(57)【要約】所望の場所における圧力変化を感知するための差圧センサであって、感知部分及び基準部分を有しそれらの間の差を示す出力を発生し、感知部分及び基準部分の双方は、センサが所望の感知場所に位置決めされるまでセンサのまわりの圧力に解放され、次いで基準部分は所望の場所でその時存在する圧力を捕らえるように閉じられ、その後の圧力変化が圧力差を表示する信号を生じる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の場所で生じる圧力の変化を決定するための圧力センサであって、
所望の場所で圧力に曝される感知部分と；
所望の場所で基準部分を圧力に一時的に曝すための導管を有する基準部分と；
圧力センサが感知部分と基準部分との間の圧力差を表示する出力を生じさせるように、基準部分内にその時存在する圧力を捕らえ、その後感知部分に影響を及ぼすが基準部分に影響を及ぼさない所望の場所での圧力変化を捕らえるために、圧力センサが所望の場所に位置決めされた後に導管を閉じるように作動できる閉止体と；
を有することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記閉止体はオンボード活動化装置であることを特徴とする請求項１の圧力センサ。
【請求項３】
前記活動化装置は遠隔コマンド信号により活動化されることを特徴とする請求項２の圧力センサ。
【請求項４】
第２の所望の場所に位置し第２の出力を生じさせる第２の圧力センサを更に有し、上記の出力及び第２の出力が流体の流れを決定するための信号を提供するために使用できることを特徴とする請求項１の圧力センサ。
【請求項５】
前記感知部分及び基準部分が変形可能な部材に曝され、変形の量が感知部分と基準部分との間の圧力差を示すことを特徴とする請求項１の圧力センサ。
【請求項６】
前記変形可能な部材は感知部分と基準部分との間に位置する膜板を有することを特徴とする請求項５の圧力センサ。
【請求項７】
前記膜板は膜板の変形を感知し電気信号を生じさせるため膜板と共働する圧電感応性トランスデューサを有することを特徴とする請求項６の圧力センサ。
【請求項８】
前記膜板はケイ素部材であることを特徴とする請求項６の圧力センサ。
【請求項９】
前記膜板はセラミック部材であることを特徴とする請求項６の圧力センサ。
【請求項１０】
前記圧力の変化はそこから油を取り出すことのできる地下油プール内のものであることを特徴とする請求項１の圧力センサ。
【請求項１１】
前記所望の場所は油プールへ延びる導管内にあることを特徴とする請求項１０の圧力センサ。
【請求項１２】
前記導管内の第２の所望の場所に位置し第２の出力を生じさせる第２の圧力センサを更に有し、前記出力及び第２の出力が油の流れを決定するための信号を提供するために使用されることを特徴とする請求項１１の圧力センサ。
【請求項１３】
前記センサから出力を受け取るためのプロセッサを更に有することを特徴とする請求項１の圧力センサ。
【請求項１４】
請求項１の圧力センサであって、第２の所望の場所で生じる圧力の変化を決定するための少なくとも１つの第２の圧力センサを更に有し、第２のセンサは、
第２の所望の場所で圧力の曝される感知部分と；
第２の所望の場所で基準部分を圧力に一時的に曝すための導管を有する基準部分と；
力センサが第２の所望の場所での感知部分と基準部分との間の圧力差を表示する第２の出力を生じさせるように、基準部分内にその時存在する圧力を捕らえ、その後感知部分に影響を及ぼすが基準部分に影響を及ぼさない第２の所望の場所での圧力変化を捕らえるために、圧力センサが第２の所望の場所に位置決めされた後に導管を閉じるように作動できる閉止体と；
を有し、
プロセッサが合成信号を生じさせるように上記の出力及び第２の出力を受け取ることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１５】
遠隔源内の流体の差圧変化を決定するための方法であって、
Ａ．感知部分及び基準部分を有する第１の圧力センサを遠隔源内の第１の場所に位置決めする工程と；
Ｂ．第１の場所で圧力が感知部分及び基準部分を満たすのを許容する工程と；
Ｃ．その後第１の圧力センサが感知部分及び基準部分間の圧力差を表示する信号を生じさせるように、第１の場所で圧力に対して基準部分を閉じる工程と；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記工程Ｃは遠隔的に発生した信号によりオンボード装置を活動化させる工程を有することを特徴とする請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記工程Ｂは基準部分から遠隔源へのチューブを含み、工程Ｃのオンボード装置は活動化時にチューブを閉じるように作動するアクチュエータを有し、更に、
Ｄ．基準部分内の圧力が所望のレベルに達したときにチューブを閉じるように遠隔信号によりアクチュエータを活動化させる工程を有する、
ことを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項１８】
Ｅ．新たな基準圧力が望まれるときに基準部分を再度開くようにアクチュエータを再活動化させる工程；を更に含むことを特徴とする請求項１７の方法。
【請求項１９】
Ｆ．感知部分及び基準部分を有する第２の圧力センサを源内の第２の場所に位置決めする工程と；
Ｇ．第２の場所で、圧力が第２のセンサの感知及び基準部分を満たすのを許容する工程と；
Ｈ．その後に第２のセンサが第２の場所での感知部分と基準部分間の圧力差を表示する第２の信号を生じさせるように、第２の場所で第２のセンサの基準部分を圧力に対して閉じる工程と；
を更に有することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項２０】
遠隔プールからの液体の流れを決定する装置にして、複数の圧力センサがプール内の複数の所望の場所に位置するような装置であって、
所望の位置で圧力に曝される各センサのための感知部分と；
所望の位置で基準部分を圧力に一時的に曝すための導管を有する各センサのための基準部分と；
その後所望の場所での圧力の変化が感知部分に影響を及ぼすが基準部分に影響を及ぼさず、圧力センサが所望の場所での圧力差を表示する出力を生じさせるように、基準部分内にその時存在する圧力を捕らえるために、圧力センサが所望の場所に位置決めされた後に導管を閉じるように作動できる各センサのための閉止体と；
を有することを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記センサから出力を受け取り、プール内の流れを表示する合成信号を生じさせるプロセッサを更に有することを特徴とする請求項２０の装置。
【請求項２２】
合成信号を受け取るように接続され流れを所望の値に制御するように作動できるポンプを更に有することを特徴とする請求項２１の装置。
【請求項２３】
前記流れ内に位置し、流れの量を制御するために合成信号を受け取って膨張及び収縮させるように作動できるクラッチを更に有することを特徴とする請求項２１の装置。
【請求項２４】
前記クラッチが可変オリフィス弁であることを特徴とする請求項２３の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサの分野に関し、特に、差圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力差を測定するために、絶対圧力センサを使用し、２つの連続する示度（readings）を決定することが長年普通に行われてきており、これら示度間の差が差圧である。また、所定の基準圧力（reference pressure）を使用し、感知された圧力と基準圧力との間の差を検出する圧力センサを使用することも普通である。ハネウエル社は両方の原理に基づいて作動し、ＰＰＴＲ３０００ＡＰ２ＶＢ（絶対圧力センサ）及びＰＰＴＲ３０００ＧＰ２ＶＢ（基準圧力が大気である）として知られる圧力センサを作っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
圧力センサを配置したり交換したりすることが極めて高価又は困難な場合または、例えば、パイプに沿った種々の場所に位置する複数の圧力センサを使用して深い井戸から汲み上げられている油の流量を決定できるような油井応用におけるような小さな圧力差を検出すべき場合の如きある状況においては、いかなる形式の圧力センサも精確で容易に使用できる差圧センサを提供することができない。例えば、油汲み上げ状況においては、パイプに沿った種々の位置での油の圧力は２５，０００ｐｓｉ（１７６０ｋｇ／ｃｍ２）ほども高くなることがあり、１ｐｓｉの変化が重要であると思われることがある。２つの連続する示度間の１ｐｓｉ即ち２５，０００に対する１の割合の差を精確に測定できるセンサを提供することは極めて困難であり、少なくとも極めて高価になろう。
【０００４】
基準圧力に関して作動する圧力センサを使用する場合は、基準圧力を感知される圧力とほぼ同じに予め設定できるので、問題は緩和される。従って、１００に対する１の割合の精度を備えたセンサは高絶対圧力環境において小さなｐｓｉの変化を検出するために使用することができる。小さな圧力差を測定するためには一層実践的ではあるが、パイプ内の種々の場所で使用する必要がある場合、特にセンサが受ける絶対圧力が未知であるか又はパイプの長さに沿って変化する場合、基準圧力の使用は極端に厄介で高価になる。このような状態の下では、予め設定した基準圧力源を有することはむしろ非実用的である。試行錯誤を使用することができるが、所望の場所での周囲圧力に適合するように基準圧力源を交換するためにパイプ内の所望の場所からセンサを頻繁に引き出し、次いでそれを所望の場所へ戻すように再挿入することは、法外に困難で高価である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、感知室と同様に、センサを所望の場所で位置決めするときに周囲圧力に対して開く基準室を提供することにより、上述の問題を回避する。従って、基準室を満たす流体はその場所で周囲圧力と自動的に等しくなる。基準圧力が確立された後、次いで、基準室を周囲圧力から閉じる即ち密封することができ、感知室が周囲圧力を感知し続ける間、基準室内の圧力は一定に保たれる。その後、感知された圧力と基準圧力との間の差が測定され、小さな変化（例えば１ｐｓｉ）が一層安価な検出器（例えば１００に対する１の割合を精確に測定する能力を有するもの）により容易に検出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１を参照すると、次の説明では油のプールと考えられる流体のプール１６へ地面１４から下方に延びる地下パイプ１２に接続されたポンプ１０を示す。油は普通砂又は他の土材料と混合している。油はポンプを使用せずに圧力の適用の如き他の方法により地下場所から取り出すことができることに留意すべきであり、ここでの用語「ポンプ」は他の取り出しの形を含むものとして解釈すべきである。また、本発明は圧力変化を検出するドリル加工中に使用することができ、パイプ１２はドリル穴とすることができる。ここで使用するように、「パイプ」は穴を含む任意の導管又はオリフィスを含むものとして解釈すべきである。
【０００７】
いずれにしても、パイプ１２は屈曲部１８のように方向を変えることができ、その後パイプ（又は穴）部分２０に沿って油プール１６を通って延びることができる。ある場合においては、符号２２で示すような水のポケットが油プール１６の部分に隣接して存在することがある。ポンプ１０はパイプ１２、２０を通してプール１６から油を汲み上げ出口パイプ２４を通して下流側の受け取り器（図示せず）へ流出させるように作動する。しかし、余りにも急に汲み出された油は油移動により水を任意の空所内へ突進させることがあり、従って、汲み上げの速度を制御し、いかなる水もがパイプ１２、２０へ入るのを回避することが極めて重要である。従って、流れの極めて正確な測定が必要となる。
【０００８】
パイプ１２、２０内の油の流れを測定するため、複数の圧力センサ３０がパイプ１２、２０に沿って種々の位置即ち場所３１に位置する。図１には半ダースのこのようなセンサを示すが、実践では異なる数のセンサを使用することができる。更に、図示のように、センサの位置は時間毎に変えることができる。圧力センサ３０（図２、３に関連して述べる例）は種々の場所での圧力変化即ち圧力差を検出するように作動し、これらの信号はライン３４によりポンプ１０に接続された図１に示すプロセッサ３２へ送られ、そのため、周知の技術を使用して、パイプ１２、２０に沿った流れ又は流れ場の速度を決定でき、流量を制御するためにこれを使用することができる。
【０００９】
パイプに沿った油の圧力はおよそ６０００ｐｓｉａ（絶対圧４２２ｋｇ／ｃｍ２）から約２５，０００ｐｓｉａ（絶対圧１７６０ｋｇ／ｃｍ２）ほどまで高くなることがあること、及び、流れを精確に測定するために１ｐｓｉ以下の圧力変化を検出することが望ましいことを理解されたい。また、所望の場所での多数のセンサの配置はむしろ困難で時間の掛かる作業であり、多くの場合、取り外して再設置する必要のないセンサを使用することが望ましいことを理解されたい。
【００１０】
図２、図３は本発明の圧力センサ３０の１つの例の断面図である。図面において、上方のハウジング４０及び下方のハウジング４２はそれぞれ上方及び下方の室４４、４６を提供するものとして示されている。セラミック、ケイ素又は他の変形可能な材料の膜４８は上方のハウジング４０と下方のハウジング４２との間に保持され、室４４、４６の形状は、その間の圧力差が変化したときに、材料４８が上方及び下方へ屈曲するのを許容する。１又はそれ以上の圧電感応装置４９の如きセンサは固定されるか、エッチングされるか又は他の方法で表面に接続されるか又は材料の膜４８内で一体化され、材料４８の変形従って室４４、４６間の差圧を表示する電気信号を生じさせるホイートストンブリッジを形成するように接続できる。
【００１１】
これらの信号はパイプ２０、１２から出てポンプ１０及びライン３４を通り図１のプロセッサ３２へ通じるワイヤ５０、５２、５４、５６によるように案内することができるか、または、代わりに、信号は矢印６０で示すような音波又は無線周波数信号をプロセッサ３２へ直接送るために破線接続５９で示すようにトランスミッタ５８へ送ることができる。どちらの場合にも、プロセッサ３２は感知されている圧力及び関係ある流れ場を決定するために周知の方法で信号に基づいて作動する。プロセッサ３２はまた例えばインジケータ５８において可視の圧力／流れ信号を提供でき及び（又は）パイプ１２、２０を通る流量を制御するような方法で接続部３４を介してポンプ１０の作動を変更するために制御信号を提供できる。パイプ１２、２０内の流れを制御する代わりの方法はパイプの横断面積に変化を生じさせるチョーク装置又は矢印６１で示すようにプロセッサ３２からの信号により制御される括約筋弁の使用を含むことができる。１つのこのような装置は図４に関連して説明する。
【００１２】
述べたように、パイプ１２、２０はまた油場内でボア穴を表すことができ、差圧の周囲部分は、種々の場所で時間が経つにつれて圧力変化を与えるためのドリル加工の間、開閉することができる。これは異なる場所での圧力測定の履行を提供する。
【００１３】
図２、図３において、その中の周囲油から流体の流れを許容するためにそれぞれ上方及び下方のハウジング４０、４２を通って室４４、４６に至るパイプ６２、６３のような１又はそれ以上のパイプが示してある。この一般形式のセンサは産業界で周知であり、このようなセンサの例は上述のハネウエル社のＰＰＴＲ３０００ＧＰ２ＶＢにおいて見ることができる。
【００１４】
本発明においては、両方のパイプ６２、６３は同じ周囲圧力Ｐ１に曝される。次いで、平衡に達した後、パイプの一方（例えばパイプ６２）は、例えばバッテリーパック６４の如きオンボード（on-board;組込まれた）手段及び例えば導管１２、２０を通るワイヤによるような表面コマンドにより又は図１、図３に矢印６７で示す活動化（activation）信号を伝達するように作動できる制御トランスミッタ６６からの信号により開閉できるスイッチ６５により、閉じられる。次いで、スイッチ６５の活動化は周囲からパイプ６２をブロックし室４４を密封して、その中で更なる圧力変化が生じないように室４４内の圧力Ｐ１を一定にする弁６９の如きクローザー即ち閉止体（closer）を活動化させるように作動するものとして図３に示されたアクチュエータ６８を付勢するように作動する。そのとき以降、Ｐ１、Ｐ２間の差圧±小変化ｘが測定されるように、圧力変化は室４６に影響を及ぼすが室４４には影響を及ぼさない。両方の室が同じ温度及び圧力環境を受け、両方が同じセンサを使用して、多くの温度、圧力及びヒステレシス誤差を大幅に減少させることに留意されたい。
【００１５】
極めて高い温度に耐えることのできる圧力センサはまた極めて高い温度環境内での本発明の使用を許容するように使用できる。新たな基準圧力を室４４内で使用できるように後にパイプ６８を再度開くことが望ましい場合、（例えば、センサ３０を別の場所へ移動させるのを可能にするため）弁６８を開いて新たな基準圧力が室４４へ入るのを許容するようにトランスミッタ６６からの別の信号６７によりアクチュエータ６８を活動化させることができる。パイプ６０を閉じる方法をバッテリーパック６４、スイッチ６５、アクチュエータ６８及び弁６９として示したが、任意の適当な方法を使用することができる。例えば、パイプ６２の再度の開放が必要でない場合、表面トランスミッタ６６により爆発性チャージを活動化させて、屈曲又はクリンプによりパイプ６０を変形させることができる。
【００１６】
ポンプ１０の制御に加えて、図４はパイプ１２、２０を通る流れを制御する別の可能な方法を示す。図４において、パイプ２０Ａの区分はそこを通る矢印７０で示す流れと一緒に示してある。クラッチ即ち弁機構７２はパイプ２０Ａのまわりに示され、パイプ２０Ａ内へ延び、双頭矢印７６で示すように流れに対して出入りするように動くことのできる閉止部材７４と関連する。矢印６１で示すようなプロセッサ３２からの所望流れ信号は弁機構７２を活動化させて、流れ７０に対して出入りするように部材７４を運動させ、パイプ２０Ａの横断面積を変更し、従って流れを制御する。７２のような１又はそれ以上の弁機構はパイプ１２、２０に沿って使用することができる。
【００１７】
従って、種々の異なる状況において使用するのに適した新規で信頼ある圧力及び高精度差動センサを提供したことが分かる。当業者なら多くの変更が可能である。例えば、好ましい環境において本発明を説明するために油汲み上げ状況を使用したが、化学生産設備、食品処理設備、塗料混合及び生産設備の如き他の状況でも本発明が有用であることが分かった。流れの決定のために少なくとも２つのセンサが必要であるが、流体のレベルの変化を決定するために単一のセンサを使用することができる。例えば、流体のレベルが変化する容器内へセンサ３０の如きセンサを下降させることができる。センサは容器内で所望の深さに位置決めすることができ、基準圧力を提供するために室４４を密封することができる。次いで、流体のレベルが変化したときに、室４６内の圧力が変化し（室４４内は変化しない）、差圧を表す出力が流体レベルの変化を表示する。
【００１８】
当業者なら本発明に対する多くの変更が可能である。例えば、上述のものに加えて、本発明のための他の使用、センサから遠隔信号処理設備への及びトランスミッタまたはプロセッサからセンサへの信号の他の伝達方法、及び、パイプ６２を密封する他の方法を使用することができ、また、周囲圧力を室４４、４６内へ入れるために単一のパイプ６２、６３を示したが、各室に対して２又はそれ以上の導管を使用することができる。したがって、好ましい実施の形態に関連して示した特定の構造に制限されることを望むものではない。特許請求の範囲は本発明の範囲を規定する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】簡単化した油汲み上げ構成の断面図である。
【図２】共に周囲圧力に開いた感知及び基準室を備えた差圧センサの断面図である。
【図３】周囲圧力から密封された基準室を備えた図２の差圧センサの断面図である。
【図４】導管内の流れを制御するための装置の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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