JP4013755B2

JP4013755B2 - 差圧測定装置

Info

Publication number: JP4013755B2
Application number: JP2002367718A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎高橋; 越太郎小山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004198277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安価な差圧測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図、例えば、製品紹介"Model 3095MV(tm) Mass Flow Transmitter"、に示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
図において、差圧測定装置１は、測定管Ａに設けられたオリフィスＢに取り付けられている。
差圧測定装置１は、差圧カプセル部２とアンプ部３とを有する。
【０００４】
差圧カプセル部２には、差圧センサ４と静圧を検出する圧力センサ５とが設けられている。
温度センサ６は、差圧測定装置１外にあって、測定管Ａに設けられ、測定流体ＦＬの温度を直接測定する。
温度センサ２は、具体的には、熱電対や測温抵抗体が使用される。
【０００５】
以上の構成において、この差圧測定装置は、プロセス内を流れる測定流体ＦＬの物理量(差圧・圧力・温度)を計測し、その物理量から流量を算出し出力する。
即ち、差圧カプセル部２内の圧力センサを用いて、オリフィスＢ間の測定流体ＦＬの差圧と測定流体ＦＬの圧力(静圧)を計測する。
【０００６】
次に、差圧測定装置１の外から、測定管Ａ内に埋め込まれた温度センサ４(熱伝対や測温抵抗体)を用いて測定流体ＦＬの温度を計測する。
この様にして得られたそれぞれの物理量を、例えば、ISO5167(Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices)などで定義されたオリフィス流量演算式に代入し、測定流体ＦＬの流量を演算する。
【０００７】
【非特許文献１】
製品紹介"Model 3095MV(tm) Mass Flow Transmitter"、P.12ページ［online］、［平成14年11月27日検索］、インターネット、＜EMERSONホームページ/Products/Rosemount/Model 3095MV(tm) Mass Flow Transmitter/3095MV Manual、
URL: http://www.rosemount.com/document/man/4716man.pdf＞
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図９従来例では、オリフィス流量演算に必要な物理量(差圧・圧力・温度)を直接計測しているため、精度の高い流量計測を行うことができる。
しかし、その反面、別に温度センサ６が必要になる。
【０００９】
測定管内に温度センサ６を設けるための計装費用など、一般的な差圧測定装置に比べコストが割高になる。
即ち、外部に温度センサー６を有する別仕様の差圧測定装置１台の価格(高価となる)＋差圧測定装置１台の計装コスト＋測定管内に温度センサ６を設けるための計装コストが必要になる。
【００１０】
しかしながら、プロセスにおいては、現況の水準の機能は必要とするが、精度はそれほど必要としない場合も多い。
精度はそこそこで、精度に見合って安いものが求められる場合がある。
【００１１】
本発明は、この問題点を、解決するものである。
本発明の目的は、差圧測定装置に内蔵された温度センサを利用して測定対象の温度を推定する。
【００１２】
また、上記により、装置外部に温度センサを別に設ける必要がなくなるため、従来装置よりコストの低い差圧測定装置を実現することができる。
即ち、本発明の目的は、安価な差圧測定装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１記載の差圧測定装置においては、
測定管に設けられたオリフィスの上下流の差圧を測定する差圧カプセル部と、この差圧カプセル部に設けられ測定流体の静圧を測定する圧力センサとを具備する差圧測定装置において、前記差圧カプセル部に設けられ前記差圧カプセル部の温度を検出する温度センサと、前記差圧カプセル部に取り付けられたアンプ部に設けられアンプ部の温度を測定するアンプ温度センサと、前記アンプ部の温度Ｔａ，前記差圧カプセルの温度Ｔｃ，前記アンプ温度センサから前記温度センサまでの距離Ｘ１，前記温度センサから前記測定管までの距離Ｘ２として、測定流体の温度Ｔｆ＝（Ｘ２／Ｘ１）（Ｔｃ−Ｔａ）＋Ｔｃなる演算式から測定流体の温度Ｔｆを演算する第３の温度推測回路と、前記圧力センサと前記温度推測回路とからの信号により前記差圧カプセル部の圧力センサの出力信号に圧力補償と温度補償とを補償する第３の補償回路とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部詳細説明図、図３は図１の要部電気回路図である。
【００２０】
図において、図９と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図９と相違部分のみ説明する。
【００２１】
温度センサ１１は、差圧カプセル部２に設けられ、差圧カプセル部２の温度を検出する。
この場合は、温度センサ１１は、差圧を検出する差圧センサ４と静圧を検出する圧力センサ５が組込まれているシリコンセンサチップ１２に、同様に設けられている。
【００２２】
第１の温度推測回路１３は、図３に示す如く、温度センサ１１の測定温度から測定流体の温度を推測して、測定流体温補償回路度推測値を演算する。
この場合は、第１の温度推測回路１３として、測定流体ＦＬの温度と差圧カプセル部の温度差を推定して、所定温度を温度センサ１１の測定温度に加算するようにしている。
【００２３】
第１の補償回路１４は、図３に示す如く、圧力センサ５と温度推測回路１３とからの信号とにより、差圧カプセル部２の出力信号に圧力補償と温度補償とを補償する。
【００２４】
以上の構成において、温度センサ１１は、差圧カプセル部２の温度を検出する。
第１の温度推測回路１３において、温度センサ１１の測定温度から測定流体の温度を推測して、測定流体温補償回路度推測値を演算する。
【００２５】
この場合は、第１の温度推測回路１３は、測定流体ＦＬの温度と差圧カプセル部の温度差を推定して、所定温度を温度センサ１１の測定温度に加算するようにしている。
第１の補償回路１４において、圧力センサ５と温度推測回路１３とからの信号とにより、差圧カプセル部２の出力信号に圧力補償と温度補償とを補償する。
【００２６】
本発明は、図９従来例のように、熱伝対や測温抵抗体６を用いて直接測定流体ＦＬの接液温度を計測するのではなく、測定流体ＦＬの熱が、導圧管を通して差圧カプセル部２内のセンサ部に伝わる。
この差圧カプセル部２内の温度センサ１１の温度から、間接的に測定流体ＦＬの温度を推定するところが特徴である。
【００２７】
この場合、流量の測定精度は、差圧カプセル部２の温度を、如何に測定流体ＦＬの温度に近づけるかに係ってくる。
【００２８】
この結果、
（１）通常使用されている差圧測定装置と同じプラットフォームを利用できるため、開発コスト、製造コスト、計装コストが少なくて済む差圧測定装置が得られる。
【００２９】
（２）外部に温度センサー１１を設ける必要が無いために、温度センサー１１を設けるための計装が不要となり、コストダウンを図ることができる差圧測定装置が得られる。
【００３０】
（３）第１の温度推測回路１３として、測定流体ＦＬの温度と差圧カプセル部２の温度差を推定して、所定温度を温度センサ１１の測定温度に加算するようにしたので、簡潔な回路で良く、安価な差圧測定装置が得られる。
【００３１】
図４は本発明の他の実施例の要部構成説明、図５は図４の要部詳細説明図、図６は図４の要部電気回路図である。
【００３２】
本実施例においては、差圧カプセル部２に設けられた温度センサ１１により、測定流体ＦＬの温度を推定すると共に、アンプ部３に設けられたアンプ回路温度補償用の温度センサを利用して周囲温度の温度を推定するようにしたものである。
そして、この場合は、接液ダイヤフラムシール形レベル計として使用された例である。
【００３３】
このような使用例において、一般的に、接液温度が高いと接液ダイヤフラム内の封入液が熱膨張をおこし測定誤差を生じる。
従来機器では、そういった問題を解決するため、接液ダイヤフラム内に熱伝対や測温抵抗体を埋め込み、直接接液温度を計測し温度補正を行っている。
【００３４】
図４において、Ｃは、測定流体ＦＬが満たされたタンクである。
接液ダイヤフラム２１は、タンクＣに設けられている。
アンプ温度センサ２２は、差圧カプセル部２に取り付けられたアンプ部３に設けられ、アンプ部３の温度を測定する。
【００３５】
第２の温度推測回路２３は、このアンプ温度センサ２２の測定温度から、周囲温度を推測して周囲温度推測値を演算する。
第２の補償回路２４は、圧力センサ５と第１の温度推測回路１３と第２の温度推測回路２３とからの信号により、差圧カプセル部２の出力信号に圧力補償と温度補償とを補償する。
【００３６】
以上の構成において、アンプ温度センサ２２はアンプ部３の温度を測定する。
第２の温度推測回路２３はアンプ温度センサ２２の測定温度から、周囲温度を推測して周囲温度推測値を演算する。
【００３７】
第２の補償回路２４は、圧力センサ５と第１の温度推測回路１３と第２の温度推測回路２３とからの信号により、差圧カプセル部２の出力信号に圧力補償と温度補償とを補償する。
【００３８】
すなわち、接液ダイヤフラム２１近傍の温度Ｔ１を、温度センサ１１から推定し、熱による接液ダイヤフラム２１内の封入液膨張誤差を補正する。
また、アンプ部温度センサ２２から、周囲温度Ｔ２を推定することで、接液ダイヤフラム２１から温度センサ１１までの熱伝搬の、周囲温度による影響を補正し、より正確に接液温度を推定する。
【００３９】
例えば、下記の演算式を用いて接液温度を演算する。
Ｔ＝Ｔ１＋Ｆ（Ｔ１，Ｔ２）
Ｆ（Ｔ１，Ｔ２）＝ａ０（Ｔ１−Ｔ２）＋ｂ０
【００４０】
Ｔ：周囲温度の影響を補正した接液温度
Ｔ１：推定した接液温度
Ｔ２：推定した周囲温度
ａ０：ユーザーが設定可能な定数
ｂ０：ユーザーが設定可能な定数
【００４１】
この結果、差圧カプセル部２に設けられた温度センサ１１により、測定流体ＦＬの温度を推定すると共に、アンプ部３に設けられたアンプ回路の温度補償用のアンプ温度センサ２２を利用して、周囲の温度を第２の温度推測回路２３で推定して、第２の補償回路２４で補償するようにしたので、より精度が向上された差圧測定装置が得られる。
【００４２】
図７は、本発明の他の実施例の要部構成説明、図８は図７の要部電気回路図である。
本実施例において、温度センサ３１は、差圧カプセル部２に設けられ、差圧カプセル部２の温度を検出する。
【００４３】
アンプ温度センサ３２は、差圧カプセル部２に取り付けられたアンプ部３に設けられ、アンプ部３の温度を測定する。
【００４４】
第３の温度推測回路３３は、アンプ部３の温度Ｔａ，差圧カプセル部２の温度Ｔｃ，アンプ温度センサ３２から温度センサ３１までの距離Ｘ１，温度センサ３１から測定管Ａまでの距離Ｘ２として、測定流体の温度Ｔｆ＝（Ｘ２／Ｘ１）（Ｔｃ−Ｔａ）＋Ｔｃなる演算式から測定流体の温度Ｔｆを演算する。
【００４５】
第３の補償回路３４は、圧力センサ５と温度推測回路３３とからの信号により、差圧カプセル部２の出力信号に、圧力補償と温度補償とを補償する。
【００４６】
以上の構成において、温度センサ３１は差圧カプセル部２の温度を検出する。
アンプ温度センサ３２は、アンプ部３の温度を測定する。
【００４７】
第２の温度推測回路３３は、アンプ部３の温度Ｔａ，差圧カプセル部２の温度Ｔｃ，アンプ温度センサ３２から温度センサ３１までの距離Ｘ１，温度センサ３１から測定管Ａまでの距離Ｘ２として、測定流体の温度Ｔｆ＝（Ｘ２／Ｘ１）（Ｔｃ−Ｔａ）＋Ｔｃなる演算式から測定流体の温度Ｔｆを演算する。
【００４８】
第３の補償回路３４は、圧力センサ５と温度推測回路３３とからの信号により、差圧カプセル部２の出力信号に、圧力補償と温度補償とを補償する。
【００４９】
この結果、測定管Ａからの距離に基づく温度勾配を、2箇所３１，３２で測定して、測定流体ＦＬの温度を推定するようにしたので、更に、精度が良い差圧測定装置が得られる。
【００５０】
なお、前述の実施例においては、温度推測回路１３，２３として、測定流体ＦＬの温度と差圧カプセル部２の温度差を推定して、所定温度を温度センサ１１，２２の測定温度に加算するようにしていると、説明したが、これに限ることはなく、たとえば、温度推測回路として、測定流体の温度と差圧カプセル部の温度の関係を折れ線近似曲線で求め温度センサの測定温度に補正するようにする、あるいは、温度推測回路として、測定流体の温度と差圧カプセル部の温度の関係を近似多項式で求め温度センサの測定温度に補正するようにしても良く、要するに、測定流体の温度が推定できれば良い。
【００５１】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明の請求項１によれば、
（１）通常使用されている差圧測定装置と同じプラットフォームを利用できるため、開発コスト、製造コスト、計装コストが少なくて済む差圧測定装置が得られる。
【００５２】
（２）外部に温度センサーを設ける必要が無いために、温度センサーを設けるための計装が不要となり、コストダウンを図ることができる差圧測定装置が得られる。
従って、測定管からの距離に基づく温度勾配を、２箇所の温度センサーで測定して、測定流体の温度を推定するようにしたので、精度の良い差圧測定装置が得られる。
【００５９】
従って、本発明によれば、安価な差圧測定装置を実現することが出来る．
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の要部詳細説明図である。
【図３】図１の要部電気回路図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】図４の要部詳細説明図である。
【図６】図４の要部電気回路図である。
【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図８】図７の要部電気回路図である。
【図９】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【符号の説明】
１差圧測定装置
２差圧カプセル部
３アンプ部
４差圧センサ
５圧力センサ
１１温度センサ
１２シリコンセンサチップ
１３第１の温度推測回路
１４第１の補償回路
２１接液ダイヤフラム
２２アンプ温度センサ
２３第２の温度推測回路
２４第２の補償回路
３１温度センサ
３２アンプ温度センサ
３３第３の温度推測回路
３４第３の補償回路
Ａ測定管
Ｂオリフィス
Ｃタンク
ＦＬ測定流体

Claims

測定管に設けられたオリフィスの上下流の差圧を測定する差圧カプセル部と、この差圧カプセル部に設けられ測定流体の静圧を測定する圧力センサとを具備する差圧測定装置において、
前記差圧カプセル部に設けられ前記差圧カプセル部の温度を検出する温度センサと、
前記差圧カプセル部に取り付けられたアンプ部に設けられアンプ部の温度を測定するアンプ温度センサと、
前記アンプ部の温度Ｔａ，前記差圧カプセルの温度Ｔｃ，前記アンプ温度センサから前記温度センサまでの距離Ｘ１，前記温度センサから前記測定管までの距離Ｘ２として、測定流体の温度Ｔｆ＝（Ｘ２／Ｘ１）（Ｔｃ−Ｔａ）＋Ｔｃなる演算式から測定流体の温度Ｔｆを演算する第３の温度推測回路と、
前記圧力センサと前記温度推測回路とからの信号により前記差圧カプセル部の圧力センサの出力信号に圧力補償と温度補償とを補償する第３の補償回路と
を具備したことを特徴とする差圧測定装置。