(57)【要約】  計器システムは、検出パラメータの関数としてのセンサ信号を発生するセンサを含む。また、計器システムはモータ及び計器を含み、計器は目盛り盤及びモータによって駆動される可動の指示針を有し、指示針が目盛り盤に対する指示針の位置に基づき、検出パラメータの演算値を表示する。更に、計器システムは、指示針の検出位置を表す位置フィードバック信号を発生する位置センサと、センサ信号及び位置フィードバック信号に基づき、モータに対する駆動指令を提供するコントローラとを含む。【選択図】図１
2017535780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出パラメータの関数としてのセンサ信号を発生するセンサと、
モータと、
目盛り盤及び前記モータによって駆動される可動の指示針を有し、該指示針が前記目盛り盤に対する前記指示針の位置に基づき、前記検出パラメータの演算値を表示する、計器と、
前記指示針の検出位置を表す位置フィードバック信号を発生する位置センサと、
前記センサ信号及び前記位置フィードバック信号に基づき前記モータの駆動指令を提供するコントローラと
を具備した計器システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記検出パラメータの関数である出力信号を発生する、請求項１に記載の計器システム。
【請求項３】
前記コントローラに電気的に接続された無線送受信器を更に具備し、
前記出力信号は前記無線送受信器により無線で送信される、請求項２に記載の計器システム。
【請求項４】
前記出力信号は第２計器表示器に送信される、請求項２に記載の計器システム。
【請求項５】
前記第２計器表示器はアナログ表示器である、請求項４に記載の計器システム。
【請求項６】
状態表示器を更に具備し、
該状態表示器は、位置フィードバック信号と前記センサ信号との比較に基づき、前記位置フィードバック信号と前記演算値とが一致しているかを表示する、請求項１に記載の計器システム。
【請求項７】
前記状態表示器は、計量システムの他のエラーを表示する、請求項６に記載の計器システム。
【請求項８】
前記状態表示器は、単一又は多重のLEDを含む、請求項６に記載の計器システム。
【請求項９】
前記センサは、圧力、温度、湿度、レベル、振動、光、音、又は、力のセンサの少なくとも１つである、請求項１に記載の計器システム。
【請求項１０】
複数の検出パラメータの関数としての複数のセンサ信号を発生する複数のセンサと、
計器アセンブリであって、
モータと、
目盛り盤及び前記モータによって駆動される可動の指示針を有し、該指示針が前記目盛り盤に対する前記指示針の位置に基づき前記検出パラメータの演算値を表示する、計器と、
前記指示針の検出位置に基づき、位置フィードバック信号を発生する位置センサと
を含む、計器アセンブリと、
前記センサ信号及び前記位置フィードバック信号に基づき前記計器アセンブリの前記モータに対する駆動指令を提供するコントローラと
を具備する、計器システム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記センサ信号の１つと前記位置フィードバック信号とに基づき、前記モータに対する駆動指令を提供する、請求項１０に記載の計器システム。
【請求項１２】
表示選択装置を更に具備し、
前記表示選択装置は、どのセンサ信号の演算値が表示されるかを選択する、請求項１１に記載の計器システム。
【請求項１３】
複数の計器アセンブリを更に具備し、
前記各計器アセンブリの前記モータは、前記センサ信号及びその計器アセンブリの前記位置センサからの位置フィードバック信号に基づいて前記コントローラから駆動信号を受け取る、請求項１０に記載の計器システム。
【請求項１４】
前記コントローラに電気的に接続された１つ以上の無線送受信器を更に具備し、
前記センサ信号は前記無線送受信器によって無線で送信される、請求項１３に記載の計器システム。
【請求項１５】
複数の状態表器を更に具備し、
前記状態表示器は、前記センサ信号と前記位置フィードバック信号が一致しているかを表示する、請求項１３に記載の計器システム。
【請求項１６】
前記状態表示器は、計器システムの他のエラーを表示する、請求項１５に記載の計器システム。
【請求項１７】
前記状態表示器は、単一又は多重のLEDを含む、請求項１５に記載の計器システム。
【請求項１８】
前記各計器アセンブリは、どの演算値が表示されるかを選択する表示選択装置を含む、請求項１３に記載の計器システム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのセンサは、圧力、温度、湿度、レベル、振動、光、音、又は、力のセンサの少なくとも１つのである、請求項１０に記載の計器システム。
【請求項２０】
目盛り盤及び可動の針を有する計器に計測値を表示する方法であって、
検出パラメータを表すセンサ信号を発生させ、
前記センサ信号の関数としての演算値を発生させ、
前記目盛り盤に対する前記針の位置に基づき、前記検出パラメータの計測値を表示し、
前記針の検出位置を表す位置フィードバック信号を発生させ、
前記演算値及び前記位置フィードバック信号に基づき前記モータを駆動して前記針を動かす、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に計器に関する。特に、本発明はデジタル源信号のアナログ表示に特色をなす計器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ計器は、プロセス管理から航空産業のHVACに亘る広い産業分野で普及している。より一般的な計器の幾つかは背景の目盛り盤に対する指示針を含む。目盛り盤に対する指示針の位置は状態の計測値を示す。表示される状態の多くはプロセス又はシステムの状態である。
【０００３】
一般的な使用の一例は、プロセス流体の圧力を表示する計器を使用することである。典型的な例において、これは、計器に空圧等の非電気的な形態の信号を伝達する装置を用い、圧力を読み取ることによってのみ達成される。計器を備えた機械装置は受け取った空圧を機械アセンブリの駆動に使用し、最終的に該機械アセンブリは目盛り盤に対して針を回転させて計測値を示す。
【０００４】
最近、増加し続ける費用負担(affordability)や技術的な改良に起因し、電気的な出力信号を発生するセンサが開発され且つ普及している。この種のセンサの一般的な使用例は、センサの計測値を表示するために、その電気信号を液晶表示装置(LCD)又は発光ダイオード(LED)表示器等のデジタル表示器に送信することにある。この種の計器は有効であるものき、或る適用には最適ではない。例えば、計器は屋外に設置されることが多く、LCDやLEDの表示器は太陽の直射光下では低い読み取り性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気信号を発生するセンサを用いたアナログの計器表示器を使用する試みがなされているが、しかしながら、ここでの試みは高価で且つ非効率な構成部品を使用している。電気信号を発生するセンサを用いて、安価で且つより効率的なアナログ計器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、計器システムは、検出パラメータの関数としてのセンサ信号を発生するセンサを含む。また、計器システムはモータ及び計器を含み、該計器は目盛り盤及び該モータによって駆動される可動の指示針を有し、指示針は目盛り盤に対する指示針の位置に基づき検出パラメータの演算値を表示する。更に、計器システムは、指示針の検出位置を表す位置フィードバック信号を発生する位置センサと、センサ信号及び位置フィードバック信号に基づき、モータに対する駆動指令を提供するコントローラとを含む。
【０００７】
他の実施形態において、計器システムは、複数の検出パラメータの関数としての複数のセンサ信号を発生する複数のセンサを含む。更に、計器システムは、計器アセンブリであって、モータと、目盛り盤及びモータによって駆動される可動の指示針を有し、該指示針が目盛り盤に対する指示針の位置に基づいて検出パラメータの演算値を表示する計器を含む、計器アセンブリと、指示針の検出位置に基づいて位置フィードバック信号を発生する位置センサとを備える。また、計器システムにはコントローラが含まれ、該コントローラは、演算値及び位置フィードバック信号に基づき、計器アセンブリのモータに対する駆動指令を提供する。
【０００８】
他の実施形態は、目盛り盤及び可動の針を有する計器に計測値を表示する方法を含む。検出パラメータを表すセンサ信号が発生される。また、センサ信号の関数としての演算値が発生され、該演算値は目盛り盤に対して針を動かすことで、検出パラメータの計測値を表示するために使用される。また、針の検出位置を表す位置フィードバック信号が発生され、そして、モータが演算値及び位置フィードバック信号に基づき駆動されて針を動かす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る計器システムを説明する正面図である。
【図２Ａ】本発明の計器システムの１つを説明する部分的な側面断面図である。
【図２Ｂ】本発明の計器システムの１つを説明する部分的な側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る計器システムの説明するブロック図である。
【図４Ａ】図１の計器システムの作動状態の１つを説明する正面図である。
【図４Ｂ】図１の計器システムの作動状態の１つを説明する正面図である。
【図５】他の実施形態に係る計器システムを説明するブロック図である。
【図６】付加的な実施形態にかかる計器システムの説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示によれば、電子信号から得られた計測値を表示可能とし、より経済的且つ効率的なアナログ計器システムは、DC又はACモータ及び制御システムと共にフィードバック位置センサを使用することよって製作可能である。該アナログ計器システムは、従来技術よりもコストを削減できるばかりでなく、エラーや機器故障の表示機能と共に正確な計測値の表示を提供する。更に、前記アナログ計器システムへの無線送受信器の組み込みは、計器システムに無線ネットワークとの通信を許容する。
【００１１】
図１は計器システム１０を説明する一実施形態の透視図であり、ハウジング１２、カップリング１３及びセンサカプセル１４を含む。ハウジング１２は状態表示器１６、指示針１８、駆動軸２０及び目盛り盤２２を含む（該目盛り盤２２は、目盛りマーク又は印(indicia)２４及び複数の目盛り固定具２６を含む）。
【００１２】
図１に示されているようにハウジング１２の輪郭は円形をなすが、正方形、矩形又は楕円形等の他の形状でもよい。本実施形態において、ハウジング１２及びカップリング１３は、（成形プラスチックアセンブリのように）完全な一体化構成部品として、又は、（雌雄の螺子接続のような）固定具を介して互いに結合されている。センサカプセル１４は雌雄の螺子によってカップリング１３に結合しているか、また、他の連結具をよってカップリング１３に付着している。
【００１３】
状態表示器１６、指示針１８、駆動軸２０及び目盛り盤２２の全てはハウジング１２内にある。状態表示器１６は、目盛り盤２２の表面に位置して示されているが、ハウジング１２の如何なる部分にも取り付け可能である。指示針１８は駆動軸２０に取り付けられている。駆動軸２０の基端は指示針１８の内部で終わっているか、又は、駆動軸２０が指示針１８を貫通した直後で終わっている。駆動軸２０の先端は目盛り盤２２を貫通し、計器システム１０内の他の構成部品まで続いている。
【００１４】
目盛り盤２２に付与された目盛りマーク又は印２４は目盛り盤２２に描かれているか又は印刷されている。また、目盛りマーク又は印２４は目盛り盤２２に糊付け又はプラスチック溶接等の如何なる接続方法でも付与できる。目盛りマーク又は印２４は、目盛り盤２２の外周に沿い周方向に等間隔を存して離間されている。図１に示されるように目盛りマーク又は印２４は一次目盛りセット及び二次目盛りセットを含むことができる。
【００１５】
ハウジング１２はその内部の構成部品を囲んで保護する。センサカプセル１４はシステムのプロセスカップリング（図示しない）に取り付け可能であり、プロセスの計測値がセンサカプセル１内のセンサによって取り出し可能である。一実施形態において、センサカプセル１４は圧力センサを含むことができ、該圧力センサは圧力ポートにてプロセスシステムにねじ込まれている。圧力センサはシステムプロセスの圧力を計測して、その計測値を電気信号に変換し、該電気信号を送信する。目盛り盤２２の表面に付着された状態表示器１６は計器システム１０の状態を視覚的に表示する。
【００１６】
計器システム１０は、演算値を視覚的に表示する。モータは駆動軸２０を時計方向又は反時計方向に回転させる。次に、駆動軸２０は指示針１８を同一の方向に回転させる。指示針１８は、回転しない目盛り盤２２及び目盛りマーク又は印２４に対して回転する。目盛りマーク又は印２４は、単位計測値の主要な目盛り間隔を示す。例えば、目盛りマーク又は印２４は、圧力計測値を表示する計器システムのために平方インチ当たりの圧力を（表示されているように）１０ポンド（4.54kg）毎の増分で示すことができ、（表示されているように）二次目盛りはキロパスカルでの増分を示すために使用できる。目盛り盤２２及び目盛りマーク又は印２４に対する指示針１８の位置は計測値を視覚的に表示する。
【００１７】
一実施形態によれば、図２Aは、ハウジング１２の内容物を主に含む計器システム１０Aの部分的な側面断面図である。ハウジング１２内には状態表示器１６（図１参照）、指示針１８、駆動軸２０、目盛り固定具２６、複数の目盛り隔離台(scale standoff mounts)２８及び取り付け板３０がある。また、ハウジング１２内にはモータ３２、モータ台３４、フィードバック位置センサ(F.P.S)３６及び印刷回路基板３８が収容されている。
【００１８】
本実施形態によれば、指示針１８は駆動軸２０に取り付けられている。駆動軸２０の基端は指示針１８内で終わっているか、又は、駆動軸２０が指示針１８を貫通した直後で終わっている。駆動軸２０は目盛り盤２２及び取り付け板３０を貫通してモータ３２内に進入している。本実施形態ではモータ３２に直接的に結合された状態で示されているが、駆動軸２０は動力伝達系を含むことができ、該動力伝達系は例えば、駆動軸２０とモータ３２との間に設けられたギヤ対を有する。駆動軸２０はモータ３２を貫通してフィードバック位置センサ３６内に進入し、ここで、駆動軸２０の先端が終わっている。駆動軸２０はモータ３２内にて複数の軸受（図示しない）に支持され、そして、モータ３２外では付加的な複数の軸受に支持されていてもよい。
【００１９】
フィードバック位置センサ３６はひと組の配線、可撓性ケーブル、印刷回路又は電気信号を伝送する他の手段を通じて印刷回路基板３８に電気的に接続されている。印刷回路基板３８は螺子、リベット、半田付け、接着又他の固定具を介してハウジング１２に固定されている。
【００２０】
本実施形態において、目盛り盤２２は隔離台２８及び目盛り固定具２６に接触している。目盛り固定具２６は目盛り盤２２を貫通して目盛り隔離台２８に進入している。目盛り固定具２６は螺子、リベット、又は他の固定具である。目盛り隔離台２８は目盛り盤２２に接触し、取り付け板３０に接着又は固定されている。また、モータ台３４はハウジング１２に固定されているか又はハウジング１２と一体化されている。指示針１８は目盛り盤２２から離間し、好ましくは、目盛り盤２２と接触することはない。
【００２１】
目盛り固定具２６は、隔離台２８に目盛り盤２２を固定することによって目盛り盤２２を適正な位置に保持し、これら固定具２６及び隔離台２８は取り付け板３０に対して目盛り盤２２を所定の位置に保持する。また、目盛り盤２２は、例えば一般的なプラスチック射出成形アセンブリの１つの部材としてハウジング１２と一体であってもよい。モータ３２及び取り付け板３０の両方に取り付けられたモータ台３４はモータ取り付け板３０に対してモータ３２の位置を固定する。ハウジング１２に取り付けられた取り付け板３０は、ハウジング１２に対して隔離台３８、目盛り盤２２、モータ台３４、モータ３２及び駆動軸２０の構成部品を適正な位置に保持する。それ故、取り付け板３０は、前記構成部品とハウジング１２に取り付けられた印刷回路基板３８及びフィードバック位置センサ３６との間の相対位置を維持する。前記構成部分の固定及びこれらの相対位置は構成部分の寿命を長くし、表示された計測値の正確さを増大させる。
【００２２】
本実施形態において、状態表示器１６は印刷回路基板３８に電気的に接続されている。更に、状態表示器１６は目盛り盤２２の表面に位置付けられ、印刷された目盛り盤２２、即ち、取り付け板３０に物理的に取り付けられている。
【００２３】
計器システム１０Aは計測値を視覚的に表示する。計測値に基づき、コントローラ及びドライバ（後述の図に示されている）はモータ３２に指令し、モータ３２を回転させる。次に、モータ３２は指示針１８を同一の方向に回転させる。指示針１８の位置が回転したとき、フィードバック位置センサ３６は駆動軸２０の位置を電気信号に変換し、該電気信号はコントローラ（後述の図に示されている）に送信される。指示針１８は、回転しない目盛り盤２２に対して回転する。目盛り盤２２に対する指示針１８の位置は演算値を視覚的に表示する。
【００２４】
他の実施形態によれば、図２Bは計器システム１０Bの部分的な側面断面図であって、取り付け板３０を除いて、計器システム１０Aの構成部品の全てを含んでいる。
【００２５】
他の実施形態によれば、指示針１８は駆動軸２０に取り付けられている。駆動軸２０の基端は指示針１８の内部で終わっているか、又は、駆動軸２０が指示針１８を貫通した直後で終わっている。駆動軸２０は目盛り盤２２、フィードバック位置センサ３６及び印刷回路基板３８を貫通している。この後、駆動軸３０は印刷回路基板３８を通じてモータ３２内に続いている。駆動軸２０の先端はモータ３２の内部で終わっているか、又は、駆動軸２０がモータ３２を貫通したチック後で終わっている。該実施形態では、モータ３２に直接的に接続された状態で示されているが、駆動軸２０は例えば、ひと組のギヤを有する動力伝達系を含んでいてもよい。駆動軸２０はモータ３２内にて複数の軸受（図示しない）に支持され、そして、モータ３２外では付加的な複数の軸受に支持可能である。
【００２６】
該実施形態において、目盛り盤２２は隔離台２８及び目盛り固定具２６に接触している。目盛り固定具２６は目盛り盤２２を貫通して目盛り隔離台２８内に進入している。目盛り固定具２６は螺子、リベット又は他の固定具でもよい。目盛り隔離台２８は目盛り盤２２に接触し、印刷回路基板３８に接着されているか又は固定されている。また、モータ台３４は印刷回路基板３８に装着されている一方、モータ３２に取り付けられている。印刷回路基板３８はハウジング１２に固定されているか又はハウジング１２と一体化されている。指示針１８は目盛り盤２２から離間し、目盛り盤２２と接触しないのが好ましい。
【００２７】
目盛り固定具２６は、隔離台２８に目盛り盤２２を固定することによって目盛り盤２２を保持し、これら目盛り固定具２６及び隔離台２８は回路基板３８に対して目盛り盤２２を所定位置に保持する。モータ３２及び回路基板３８の両方に取り付けられたモータ台３４は回路基板３８に対するモータ３２の位置を固定する。ハウジング１２に取り付けられた印刷回路基板３８はハウジング１２に対して隔離台２８、目盛り盤２２、モータ台３４、モータ３２及び駆動軸２０を適正に保持する。
【００２８】
該実施形態において、状態表示器１６は印刷回路基板３８に電気的に接続されている。更に、状態表示器１６は目盛り盤２２の表面に位置付けられ、印刷回路基板３８に物理的に取り付けられている。
【００２９】
計器システム１０Bは計器システム１０Aと同様に機能し、演算値を視覚的に表示する。
【００３０】
図３は、計器システム１０を説明するためのブロック図である。計器システム１０の構成部品は、状態表示器１６、目盛り盤２２、モータ３２、駆動軸２０、フィードバック位置センサ３６、モータのドライバ４２、コントローラ４０、センサ４４、センサ信号調整器４６、アナログーデジタル変換器（ADC）４８、外部通信装置５０、送受信器５２及び電源５４を含む。
【００３１】
（図１，２に示されるように）駆動軸２０は、モータ３２、指示針１８及びフィードバック位置センサ３６に結合されている。フィードバック位置センサ３６はコントローラ４０に電気的に接続されている。モータのドライバ４２はモータ３２及びコントローラ４０に電気的に接続されている。
【００３２】
センサ４４は信号調整器４６に電気的に接続され、該信号調整器４６はADC４８に電気的に接続されている。ADC４８はコントローラ４０に電気的に接続されている。更に、コントローラ４０は状態表示器１６、外部通信装置５０、送受信器５２及び電源５４に電気的に接続している。
【００３３】
センサ４４は、圧力、温度、湿度、水準(level)、振動、光、音又は力等におけるプロセス又はシステムの状態、又は、パラメータを検出可能に取り付けられている。検出時、センサ４４はアナログの電気信号を発生し、該電気信号は検出した状態又はパラメータの関数である。信号調整器４６は、アナログ信号に関してフィルタ処理、増幅処理又は他の処理を実行し、センサ４４の信号から計測値への正確な変換をコントローラ４０に可能にする。ADC４８は信号調整器４６から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号はコントローラ４０に送信される。
【００３４】
コントローラ４０には通信ポートを形成する回路が電気的に接続されている。該通信ポートは外部通信装置５０とコントローラ４０との間の通信を許容する。通信ポートはハウジング１２に含まれ、ハウジング１２の背面又計器システム１０の他の場所に位置付けられている。外部通信装置５０は外部機器であって、該外部機器は通信ポートとインタフェース接続する複数の電気構成部品を含む。このことは、計器システム１０がネットワークのための構成であることを許容する。例えば、外部通信装置５０は、IEC 62591に準じるワイヤレスハート(WirelessHART（登録商標)）プロトコルを使用する無線ネットワークへの組み込みを計器システム１０に許容する。
【００３５】
構成プロセス(configuration process)中又はその後に、送受信器５２は、有線又は無線接続を介して遠隔ネットワークとの通信パケットの送受を計器システム１０に許容する。例えば、送受信器５２はワイヤレスハートプロトコルを有する無線ネットワークへの接続を計器システム１０に許容するか、又は、送受信器５２はワイヤレスハートプロトコルを有する有線ネットワーク又は他のフィールドバス(fieldbus)ネットワークとの接続を計器システム１０に許容する。
【００３６】
電源５４はコントローラ４０に電力を供給する。コントローラ４０はモータ３２等の電力を要求する他の装置への電力の分配を決定する。印刷回路基板３８は、電力が電力調整器（図示しない）によって調整された後、電力を要求する他の装置に電力を分配する。これは、例えば電源として電池が使用されるとき等、省電力な方法が要求されるか又は理想であるときに特に重要である。電源５４は電池を含むか、又は、AC又はDCの他の電源である。例えば、電源５４は４〜２０ミリアンペア回路であるか、又は、該回路から電力を受け取る。
【００３７】
計器システム１０に表示された演算値は、２つのパラメータに基づきコントローラ４０によって決定されている。第１パラメータはフィードバック位置センサ３６によって提供され、該フィードバック位置センサ３６は駆動軸２０の位置を計測し、その計測値を電気信号の形態でコントローラ４０に送信する。第２パラメータはセンサ４４が検出した状態に基づき、センサ４４によって提供される。コントローラ４０は、センサ４４から受け取った第２の状態を回転値パラメータに変換し、該回転値パラメータは指示針１８のための指定値(setpoint)である。そして、指示針１８の駆動に使用される出力を得るには多重アルゴリズムが使用可能である。
【００３８】
一実施形態の次のステップにて、コントローラ４０は、指示針１８の指定値とフィードバック位置センサ３６から報告された駆動軸２０の位置とを比較するために１つのアルゴリズムを使用する。ここでの比較に基づき、前記アルゴリズムは、指示針１８が回転を必要とするか、そして、必要な場合にはどの程度かを決定する。前記アルゴリズムの結果は出力信号である。出力信号は、第２パラメータに基づく簡単な比例アルゴリズム、積分アルゴリズム（ＰＩ）、比例-積分-微分（ＰＩＤ）アルゴリズム又は出力信号を生成可能な他のアルゴリズムから得ることができる。出力信号はドライバ４２に送信され、該ドライバ４２は図１，２に説明且つ示されているように指示針１８の回転を最終的にもたらす。フィードバック位置センサ３６は、指示針１８の新たな位置を検出して、コントローラ４０に戻す信号を提供し、指示針１８の位置に関して一定のフィードバックループを生成する。この後、コントローラ４０は他のアルゴリズムを介して、第１パラメータの新たな値と指定値との比較により指示針１８が正確に位置付けられているかを決定する。第２アルゴリズムは比例、ＰＩ又はＰＩＤであってもよい。指示針１８が正確に位置付けられていないなら、他の出力信号が生成され、ドライバ４２に送信される。最終的に、第１及び第２アルゴリズムは正確な演算値を表示するために共に働く。
【００３９】
他の実施形態において、コントローラ４０は、指示針１８の指定値とフィードバック位置センサ３６により検出された駆動軸２０の位置とを比較するアルゴリズムを使用する。該アルゴリズムは指示針１８がどの程度回転される必要があるかを決定する。該アルゴリズムの結果は、エラーのために調整された出力信号である。出力信号は、２つのパラメータに基づく簡単な比例アルゴリズム、PＩアルゴリズム或いはPIDアルゴリズム、又は、出力信号を生成可能な他のアルゴリズムから得ることもできる。出力信号はドライバ４２に送信され、該ドライバ４２は図１，２に説明又は記載されているように最終的に指示針１８を回転させる。指示針１８が動いた後、フィードバック位置センサ３６は指示針１８の位置を検出し、検出信号をコントローラ４０に提供することで、指示針１８の位置に関して、一定のフィードバックループを生成する。
【００４０】
図４Ａ、４Ｂは、本発明の計器システムに係る一実施形態の２つの作動状態を示す正面図である。図４Ａ，４Ｂは同一の構成部品を含み、且つ、図１〜３の実施形態と一致して作動する。しかしながら、図４Ａ，４Ｂは状態表示器１６の作動を更に示している。
【００４１】
計器システム１０は、ハウジング１２、センサカプセル１４及び状態表示器１６を含む。ハウジング１２は指示針１８、駆動軸２０及び目盛り盤２２を含む。状態表示器１６は表示灯５６を含む。また、図４Ａ，４Ｂに示されているように指示針位置Ａが演算される。
【００４２】
ハウジング１２はその内部に構成部品の全てを囲い込んで保護する。センサカプセル１４はシステムのプロセスカップリング（図示しない）に取り付け可能で、プロセスの計測値をセンサカプセル１４内に位置付けられたセンサ４４により取り込み可能である。状態表示器１６の表示灯５６は目盛り盤２２に配置されている。
【００４３】
状態表示器１６はコントローラ４０に電線で接続されている。状態表示器１６は、指示針１８が目盛り盤２２に対して正確に位置付けられているかを視覚的に示す手段を提供する。本実施形態において、状態表示器１６は単一の二色LED（緑及び赤）を使用するが、２つの別個のLED（一方が緑で他方の赤）や、他の色や、他の低電力灯をも使用可能である。
【００４４】
計器システム１０のモータ３２は駆動軸２０を時計方向又は反時計方向に回転させる。次に、駆動軸２０は同一の方向に指示針１８を回転させる。指示針１８は回転しない目盛り盤２２や、目盛りマーク又は印２４に対して回転する。目盛りマーク又は印２４は、平方インチ当たり１０ポンド（4.54kg）の圧力を演算値単位とする主要な間隔を示す。目盛り盤２２及び目盛りマーク又は印２４に対しての指示針１８の位置は演算値を視覚的に示す。指示針の指定位置Ａは多数のパラメータに基づく指示針１８の所望位置を表し、一方、検出された指示針の位置Ｂは、フィードバック位置センサ３６から受け取った位置フィードバック情報に基づく指示針の検出位置である。
【００４５】
コントローラ４０は両方の位置Ａ，Ｂを知っている。コントローラ４０はフィードバック位置センサ３６から受け取った信号に基づき、指示針１８の検出位置を決定し、そして、コントローラ４０は図３に関して説明且つ記載されているように２つのパラメータに基づいて実行された演算から指示針の指定位置Ａを決定する。この後、コントローラ４０は検出された指示針の位置Ｂを指示針の指定位置Ａと比較する。図４Ａに示されるように指示針の検出位置Ｂと指示針の指定位置Ａとが一致されるとき、コントローラ４０は状態表示器１６に信号を送り、表示灯５６を緑等の１つの色で点灯させる。本実施形態において、表示灯５６はデュアルカラーLEDである。図４Ｂに示されるように検出指示針位置Ｂと指示針指定位置Ａとが一致されないとき、コントローラ４０は状態表示器１６に信号を送り、表示灯５６を赤等の他の色で点灯させる。また、コントローラ４０は状態表示器１６に信号を送り、表示灯５６を赤等の色で点滅させることもできる。このような視覚表示は、表示された示度が正確さに関して所定の公差内に無いことを現場のユーザ又は検査員に通知する。この通知は、エラー及び構成部品の故障を報知するのに役立ち、また、計器システムの始動時の構築にも役立つ。
【００４６】
また、状態表示器１６は計器システム１０にて他のエラーを報告するのにも役立つ。例えば、電池が電源として使用される実施形態において、状態表示器１６は、電池の電力レベルが所定値を下回って低下したとき、表示灯５６から赤色光を点滅させることもできる。他の実施形態では、状態表示器１６は、検出されたパラメータ又は大気温度が範囲外であるとき、表示灯５６から赤色光を点灯させることもできる。他の実施形態では、状態表示器１６は、通信接続が失われたとき、表示灯５６から赤色光を点滅させることもでき。また、他のエラーもまた表示灯５６を点灯させることで、状態表示器１６を介して表示できる。
【００４７】
他の実施形態において、コントローラ４０は上述の如何なるエラーも検出されないとき、指示針１８が目盛りの外、つまり、目盛りマーク又は印２４が存在しない領域を指すように指示針を方向付けることもできる。更に、指示針１８は状態表示器１６を指すべく駆動されてもよく、１つのエラーを示す他の視覚的な表示として役立つ。これは、表示灯５６が故障又は機能しない場合、状態表示器１６に冗長性を提供する。
【００４８】
図５は他の実施形態に係る計器システム１０Ｃのブロック図である。計器システム１０は、幾つかの実施形態において、センサカプセル１４がカップリング１３に直接に接続されていないことを除き、同様な構成部品を含み、図１〜４Ｂの実施形態に一致して作動する。また、計器システム１０Ｃは選択装置６０、センサ４４Ａ〜４４Ｃ、信号調整器４６Ａ〜４６Ｃ及びADC４８Ａ〜４８Ｃを更に示している。
【００４９】
該実施形態において、計器システム１０の構成部品は、図１〜図４Ｂの計器システム１０の構成部品及びその記載に一致して、接続、取り付け、そして、位置付けられている。付け加えて、センサ４４Ａは信号調整器４６Ａに電気的に接続され、該信号調整器４６ＡはADC４８Ａに電気的に接続されている。ADC４８Ａはコントローラ４０に電気的に接続されている。センサ４４Ｂ，４４Ｃは信号調整器４６Ｂ，４６Ｃ、ADC４８Ｂ，４８Ｃに同様に接続されている。また、ADC４８Ｂ，４８Ｃはコントローラ４０に電気的に接続されている。表示選択装置６０もまたコントローラ４０に電気的に接続されている。
【００５０】
図５に示された計器システム１０Ｃは、図１〜４Ｂに一致して機能する。しかしながら、計器システム１０Ｃは、コントローラ４０がセンサ４４Ａ〜４４Ｃから異なる３つの信号を受け取る点で相違する。該実施形態は３つのセンサを図示している。しかしながら、コントローラ４０に任意の数のセンサが接続できることを理解すべきである。
【００５１】
多数のセンサ信号を受け取ると、コントローラ４０は、センサ４４Ａ〜４４Ｃからセンサ信号入力に基づいて出力信号を演算し、ドライバ４２に送信する。このことは、単一の計器にて多数の演算値のうちの１つを表示する計器システム１０Ｃが可能となる。表示選択装置６０は計器システム１０Ｃに表示される演算値の切り換えを現場のユーザに可能にする。例えば、現場のユーザは計器システム１０Ｃに近付き、表示選択装置６０がセンサ４４Ａからの示度に基づく演算値を表示すべく設定されていることを確認し、この後、表示選択装置６０を使用してセンサ４４Ｂ又は４４Ｃからの示度に基づき演算値を表示するように計器システム１０Ｃを切り換える。表示選択装置６０は、３位置のトグルスイッチスイッチ又は他の装置であって、計器システムに演算値が表示されるように手動切り換えをユーザに許容する。
【００５２】
計測値の表示に拘わりなく、フィードバック位置センサ３６は、目盛り盤２２及び目盛りマーク又は印２４に対する指示針１８の位置を検出する。この後、コントローラ４０は検出された指示針位置Ｂを現在表示されている演算値に基づいた指示針の指定位置Ａと比較する。これは保守点検員が多数のセンサからの示度を迅速に取得することを可能にし、一方、状態表示器１６を見ることで、表示の正確さを迅速に確認可能にする。この全てが単一の計器を介してなすことができ、費用の節約となる。
【００５３】
他の例では、表示選択装置６０はコントローラ４０に組み込まれ、送受信器５２を通じてユーザによりアクセスされる。この構成において、コントローラ４０は、計器システム１０Ｃに現在、どの演算値が表示されているかを出力する。また、現場又は遠隔のユーザはコントローラ４０と通信し、計器システム１０Ｃに現在表示されているものとは異なる変数を表示させることもできる。これらの機能の全ては遠隔制御のセンサ及び計器システムの利点を提供する。付け加えて、この機能性は、低下した電池や範囲外の検出パラメータ等の他のエラーを伝達するのにも使用できる。
【００５４】
図６は、付加的な実施形態に係る計器システム１０Ｄを説明するブロック図である。図６に示された計器システム１０Ｄは、図１〜５の計器システム１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに一致して機能する。しかしながら、計器システム１０Ｄは、コントローラ４０が計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃに接続され、センサカプセル１４がカップリング１３に直接に接続されていない点で相違する。各計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃは図１，２，４Ａ，４Ｂの特徴の全てを、図３のドライバ４２及び図５の表示切り換え装置６０と共に含む。該実施形態は、３つの計器アセンブリを図示している。しかしながら、コントローラ４０には如何なる数の計器アセンブリも接続できることを理解すべきである。計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃは図１〜５に記載されたアナログ表示装置を有することができ、また、その表示装置はデジタルであってもよい。
【００５５】
該実施形態に従い、センサ４４Ａ〜４４Ｃから多数のセンサ信号を受け取ると、コントローラ４０は、センサ信号入力の幾つかに基づき、計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃの幾つかのドライバ４２に出力されるべき計測値を演算することができる。これは、計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃにセンサ４４Ａ〜４４Ｃに基づく演算値を同時に表示可能にする。表示選択装置６０は、計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃに表示される演算値の切り換えを現場のユーザに可能にする。例えば、現場のユーザは計器アセンブリ６２Ａに近接して、表示選択装置６０がセンサ４４Ｂからの示度に基づく演算値を表示すべく設定されていることを確認し、この後、表示選択装置６０を使用して、センサ４４Ａ又は４４Ｃから示度に基づく演算値を表示すべく計器アセンブリ６２Ａを切り換える。
【００５６】
どの計測値が表示されるかに拘わらず、フィードバック位置センサは、計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃの目盛り盤２２及び目盛りマーク又は印２４に対する指示針１８の位置を検出する。この後、コントローラ４０は、検出された指示針の位置Ｂが指示針の指定位置Ａと一致しているか否かにより表示灯５６を点灯させることができる。これは、多数のセンサから示度を保守点検員が迅速に取得できることを可能にし、一方、計器アセンブリ６２Ａ〜６２Ｃの状態表示器１６を見ることで、表示の正確さを迅速に確認可能とする。
【００５７】
更に、本実施形態は、冗長性や故障診断の可能性を提供する。例えば、計器アセンブリ６２Ｃがセンサ４４Ｃからの出力信号に基づく演算値を表示し、そして、状態表示器１６が計器アセンブリ６２Ｃの状態を表示していると仮定する。そして、状態表示器１６が表示灯５６を点灯させることで、図４Ｂに示されているように検出された指示針の位置Ｂと指示針の指定位置Ａとが一致されていないのを現場のユーザに示していると仮定する。この後、現場のユーザは、計器アセンブリ６２Ａの表示選択装置６０を使用して、センサ４４Ｃからの出力信号に基づく演算値を表示させる。計器アセンブリ６２Ａの状態表示器１６が変化するか否かに依存して、現場のユーザは計器アセンブリ６２Ｃの１つの構成部品がエラーの原因であるのか否か、又は、センサ４４Ｃ（又はセンサ４４Ｃからの信号を伝送する他の構成部品）がエラーの原因であるのか否かを迅速に決定できる。
【００５８】
同様に、コントローラ４０は、指示針１８の検出位置Ｂと指示針の指定位置Ａとが一致しないことを検出すると、前記チェックを自動的に実行すべくプログラムされていてもよい。そして、コントローラ４０は現場にエラーを報告するか、又は、送受信器５２を通じ有線又は無線の媒体によって遠隔のユーザ又はプログラムにエラーを送信することができる。また、コントローラ４０は、計器及びセンサのどの組み合わせが指示針の位置の不一致をもたらしているかを決定する。該結果に基づき、コントローラ４０は、他のセンサ及び計器システムが同様なエラーを被っているか否かをその問題の診断と共に送信することができる。このことは、特定のセンサ又は計器アセンブリの保守点検や故障診断の促進を考慮して、誤った計測又は記録に起因する時間や費用の損失を故障診断のプロセスを促進によって削減する。同様な故障診断や解析は図５の実施形態でも実行できる。
【００５９】
駆動軸２に使用されたモータ３２は標準的なブラシ付きDC又は標準的なブラシレスのACモータであるが、軸を回転できる如何なるモータであってもよい。更には、モータ３２はソレノイドモータ又ステップモータであってもよい。
【００６０】
本発明は例示的な実施形態を参照して記載されたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形や構成要素に対する等価物の置換が可能であることを理解している。付け加えて、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく、本発明の教示に対しては特別な状況又は材料に適合させるべく多くの改良をなすことができる。それ故、本発明は、開示された特定の実施形態に制約されるものでなく、添付特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むことを意図するものである。
【図１】
2017535780.tif 000003
【図２Ａ】
2017535780.tif 000004
【図２Ｂ】
2017535780.tif 000005
【図３】
2017535780.tif 000006
【図４Ａ】
2017535780.tif 000007
【図４Ｂ】
2017535780.tif 000008
【図５】
2017535780.tif 000009
【図６】
2017535780.tif 000010
【国際調査報告】
2017535780.tif 000011
2017535780.tif 000012