導圧管の詰まり診断システムおよび診断方法
【課題】導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知する。
【解決手段】圧力発信器１に測定用ダイアフラム８とは別に非測定用ダイアフラム９を設ける。非測定用ダイアフラム９の圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラム８の圧力変化に対する変形率の１０倍程度以上にする。これにより、圧力発信器１の内部の流路系の圧力変化に対する変形率Ｃが大きくなり、圧力揺動の変化が検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。なお、流体７は非圧縮性流体とする。
【解決手段】圧力発信器１に測定用ダイアフラム８とは別に非測定用ダイアフラム９を設ける。非測定用ダイアフラム９の圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラム８の圧力変化に対する変形率の１０倍程度以上にする。これにより、圧力発信器１の内部の流路系の圧力変化に対する変形率Ｃが大きくなり、圧力揺動の変化が検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。なお、流体７は非圧縮性流体とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロセス配管から分岐された導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムおよび診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プロセス工業分野では、例えばプロセス変量を検出してプロセスを制御するために、圧力発信器や差圧発信器が使用されている。圧力発信器は圧力伝送器とも、差圧発信器は差圧伝送器とも呼ばれる。圧力発信器は絶対圧やゲージ圧を、差圧発信器は２点間の差圧を測定するものであり、圧力、流量、液位、比重などのプロセス変量測定のために用いられている。一般に、圧力・差圧発信器（以下、総称する時は単に発信器と呼ぶ）を用いてプロセス変量を測定する場合、測定対象の流体が流れるプロセス配管から導圧管と呼ばれる細い管路を介して、測定対象を発信器に導入する。
【０００３】
図９に圧力発信器を用いたシステム（圧力測定システム）の概略図を示す。この圧力測定システムにおいて、圧力発信器１は、プロセス配管２から分岐された導圧管３を通して導かれる流体の圧力を検出する。
【０００４】
図１０に差圧発信器を用いたシステム（差圧測定システム）の概略図を示す。この差圧測定システムにおいて、差圧発信器４は、プロセス配管２から分岐された導圧管３−１，３−２を通して導かれる流体の圧力差を検出する。なお、このシステムにおいて、プロセス配管２には差圧発生機構（オリフィス等）５が設けられており、この差圧発生機構５を挟む前後の位置から導圧管３−１，３−２が分岐されている。
【０００５】
このような圧力測定システムや差圧測定システムのシステム構成では、測定対象によっては固形物などが導圧管の内部に付着し、導圧管が詰まることがある。導圧管が完全に詰まると、プロセス変量を正確に測定できなくなるため、プラントへの影響は甚大である。しかし、導圧管が完全に詰まるまでは発信器に圧力が伝わるため、詰まりの影響はプロセス変量の測定値には現れ難い。
【０００６】
このような問題に対して、導圧管が不要なリモートシール型の圧力発信器も実用化されている。しかしながら、導圧管を用いてプロセス変量を測定しているプラントは非常に多く、導圧管の詰まり診断機能をオンラインで実現することが求められている。
【０００７】
この課題に対して、流体の圧力揺動を利用して導圧管の詰まりを診断する手法や装置が既に提案されている。
【０００８】
例えば特許文献１には、圧力信号の最大変動幅（最大値と最小値の差）の減少から導圧管の詰まりが検知できることが示されている。
【０００９】
特許文献２，３には、圧力や差圧の揺動の大きさ、及び、それらから計算されるパラメータを用いて導圧管の詰まりを検知・診断する装置・方法が開示されている。
【００１０】
特許文献４には、差圧から抽出した揺動の標準偏差やパワースペクトル密度といった、揺動の大きさを反映した統計量や関数から導圧管の状態を診断する装置・手法が開示されている。
【００１１】
特許文献５には、圧力揺動の上下動回数など、揺動の速さから詰まりを診断する装置・手法が示されている。なお、この特許文献５に記載された発明は、圧力や差圧の揺動の振幅ではなく、揺動の速さ（周波数）に基づいているという点で他の特許文献１〜４に記載された発明と異なっているが、圧力や差圧の揺動を利用しているという点では共通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公平７−１１４７３号公報
【特許文献２】特許第３１３９５９７号公報
【特許文献３】特許第３１２９１２１号公報
【特許文献４】特表２００２−５３８４２０号公報
【特許文献５】特開２０１０−１２７８９３号公報
【特許文献６】特表２００９−５０５２７６号公報
【特許文献７】特許３１４７２７５号公報
【特許文献８】特開２００７−４７０１２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】栄野隼一・涌井徹也・橋詰 匠・宮地宣夫・黒森健一・結城義敬：「水ラインでのディジタル式差圧伝送器による導圧管の詰まり検出」，計測自動制御学会産業論文集，第６巻，第１３号，１０３／１０９ （２００７）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の圧力揺動から導圧管の詰まりを検知する手法には、詰まり（閉塞）の度合いが相当に進行しないと検知できない場合があるという問題点があった。例えば、特許文献６の図４〜６では、閉塞の程度と、詰まりを判断する根拠となるパワースペクトルとの関係が示されているが（使用流体は不明）、そこで示されている閉塞の孔の直径は０．０１３５インチ（０．３４［ｍｍ］）、及び０．００５インチ（０．１３［ｍｍ］）と相当に小さいものである。
【００１５】
また、非特許文献１には、定格Ｃｖ値が０．０１５のニードルバルブを５％に絞った状態を模擬詰まりとして水を流体として実験を行い、模擬詰まりが検知できたとある。しかし、Ｃｖ値０．０１５の５％というのは、バルブの両端に１［ｐｓｉ］（６．８９５［ｋＰａ］）の差圧が生じている時に７．５×１０-4［ガロン／分］の流量、すなわち２．８［ｍｌ／分］しか流体が流れないことを意味する。これは、層流を仮定した場合における、直径０．２３［ｍｍ］，長さ１０［ｍｍ］の閉塞管路の流量特性に相当するものであり（ハーゲン・ポアズイユの式から求められる）、特許文献６で示された閉塞の程度に近い。
【００１６】
以上のように、既存の文献で扱っている詰まりの程度は、詰まりが相当に進んだ状態である。そして、そこまで詰まりが進行しないと検知が難しいということでもある。この問題は圧力揺動から導圧管の詰まりを診断する手法全般に関わるものであり、多少の程度の差はあれ、どのような手法であっても同様な問題が起こりうる。
【００１７】
なお、圧力揺動のうち、周波数がより高い成分を利用することで、検知可能な閉塞の度合いを改善させることはできる。しかしながら、一般に圧力揺動は周波数が高くなるほど振幅が減少するため、その利用は困難となる。よって、周波数がより高い成分を利用するだけで問題を解決するのは容易ではない。
【００１８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能な導圧管の詰まり診断システムおよび診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するために本発明は、プロセス配管から分岐された導圧管と、この導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムにおいて、圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくする変形率増大手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくすることにより、流体の圧力揺動の高周波成分が減衰し易くなる。このため、圧力揺動の変化を検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【００２１】
本発明において、流体が非圧縮流体である場合、圧力検出手段の内部の流路系における流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくするとよい。例えば、導入路を通して導入される流体に接するダイアフラムを変形率増大手段として設けることにより、流路系における流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくすることが考えられる。例えば、圧力の測定に用いるダイアフラム（測定用ダイアフラム）とは別に圧力の測定には関係しないダイアフラム（非測定用ダイアフラム）を設け、この非測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率よりも大きくするすることによって、流路系における流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくする。この場合、非測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率の１０倍程度以上とするとよい。なお、非測定用ダイアフラムを設けるのではなく、測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率を大きくするようにしてもよい。
【００２２】
本発明において、流体が圧縮性流体である場合、圧力検出手段の内部の流路系における流体の圧力変化に対する変形率を大きくするとよい。例えば、導入路を通して導入される流体が満たされる空間を変形率増大手段とし、流路系における流体の圧力変化に対する変形率を大きくすることが考えられる。例えば、測定用ダイアフラムが接液される空間（接液空間）の体積を大きくすることによって、流路系における流体の圧力変化に対する変形率を大きくする。なお、圧力検出手段の内部の流路系に、測定用ダイアフラムの接液空間とは別に、流体が流入する新たな空間を作るようにしてもよい。
【００２３】
なお、本発明において、導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段は、圧力発信器だけではなく、差圧発信器も含む広い概念として定義されるものである。すなわち、差圧発信器は２つの導圧管を通して導かれてくる流体の圧力差を検出するが、それぞれの導圧管から引き込まれる流体の圧力を検出してその差を求めているものと言え、圧力発信器と同様、導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出していることには変わりはない。また、本発明は、導圧管の詰まり診断システムとしてではなく、導圧管の詰まり診断方法としても実現することが可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくするようにしたので、流体の圧力揺動の高周波成分を減衰し易くし、圧力揺動の変化を検知し易くして、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】正常時の圧力測定システムを示す図である。
【図２】導圧管が詰まった時の圧力測定システムを示す図である。
【図３】導圧管詰まりによるローパスフィルタ効果と関係する要素を説明する図である。
【図４】導圧管詰まりによるローパスフィルタ効果と関係する変形要素（発信器の受圧面、導圧管路内の流体、導圧管の管壁）を説明する図である。
【図５】変形要素を操作することで診断が容易になる理由を説明する図である。
【図６】ローパスフィルタ効果のモデル式を説明する図である。
【図７】本発明に係る導圧管の詰まり診断システムの実施の形態１を示す図である。
【図８】本発明に係る導圧管の詰まり診断システムの実施の形態２を示す図である。
【図９】圧力発信器を用いたシステム（圧力測定システム）の概略図である。
【図１０】差圧発信器を用いたシステム（差圧測定システム）の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、実施の形態の説明に入る前に、本発明を想到するまでの経緯および本発明の原理について述べる。
【００２７】
〔経緯〕
圧力・差圧の揺動を用いた導圧管の詰まり検知手法として、種々の検知手法が提案されているが、検知の原理こそ異なるものの、利用している物理現象は同じである。それは、導圧管中の詰まり（閉塞）が、管路内の圧力伝播に対するローパスフィルタとして作用するという現象である。
【００２８】
以下、図９に示した圧力測定システムを例にとって説明する。なお、図１０に示した差圧測定システムでは導圧管が２本になることを除き、本発明に関しては本質的な違いはないので、図９に示した圧力測定システムを代表例として説明する。
【００２９】
図１に正常時の圧力測定システムを示す。この場合、導圧管３には詰まりが生じていないので、プロセス配管２内の流体（プロセス流体）の圧力の揺動（上下動）がほぼそのままの形で圧力発信器１に伝達され、圧力発信器１における圧力揺動となる。
【００３０】
しかし、図２に示すように、導圧管３に詰まり（閉塞）６が生じると、この詰まり（閉塞）６が圧力伝播に対するローパスフィルタとして働き、圧力発信器１で検出される圧力揺動は、詰まり（閉塞）６が無い場合に比べて減衰したものになる。特に、周波数が高いほど、減衰幅は大きくなる。これを揺動の振幅や周波数の変化から捉えることで、導圧管３の詰まりを診断する。
【００３１】
この現象には二つの要素が関わっている（図３参照）。一つ目は当然ながら詰まりの度合いである。詰まりの程度が重いほど高周波が減衰する（別の言い方をすれば、フィルタのカットオフ周波数が低くなる）。
【００３２】
もう一つは、詰まり（閉塞）６と圧力発信器１との間の導圧管３内にある流体７、及びその流体７に接している圧力発信器１の受圧面（圧力発信器１の内部のダイアフラム）８や導圧管３の壁面３ａなど（以下ではまとめて変形要素と呼ぶ）の、圧力に対する変形率である。この変形率が大きいほど、すなわち、単位圧力変化に対する変形要素の変形量の合計が大きいほど、揺動の高周波成分が減衰し易くなる。
【００３３】
発明者はこの事実を利用し、圧力変化に対する変形要素の変形率を意図的に大きくして高周波成分の減衰を更に大きくすることで、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となることに想到した。
【００３４】
上述した二つの要素のうち、前者（詰まりの度合い）は診断対象そのものなので操作不可であるが、後者（変形要素の変形率）は意図的に操作することが可能である。よって、高周波成分の減衰を大きくする方向に変形要素の変形率を操作すれば、導圧管の詰まり診断の感度を向上させることができる。以下ではまず、発明の原理について直観的な説明を与え、それから詳細を述べる。
【００３５】
〔発明の原理〕
詰まり（閉塞）６から見て圧力発信器１がある側（以下，検出端側と呼ぶ）には導圧管３、圧力発信器１の受圧面８、測定対象となる流体７といった変形要素が存在する。これらは管路内の圧力が変化すると多かれ少なかれ変形し、それに合わせて詰まり（閉塞）６から見て検出端側に存在する流体７の量も変化する。
【００３６】
すなわち、圧力上昇／圧力下降に対し、図４（ａ）に示すように圧力発信器１の受圧面８が変形し、また図４（ｂ）に示すように導圧管３内の流体７が変形し、また図４（ｃ）に示すように導圧管３の管壁３ａが変形し、それに合わせて詰まり（閉塞）６から見て検出端側に存在する流体７の量も変化する。この変化した分は、詰まり（閉塞）６を経由した流体の流入・流出によって補われる。なお、図４（ｂ）において、３ｂは導圧管３の固定端である。
【００３７】
ここで、プロセス側の圧力が変化したために、詰まり（閉塞）６の両端に圧力差が生じたとする。すると、この圧力差を減ずるように、詰まり（閉塞）６内に流れが生じる。この流れであるが、圧力差を解消するために必要な流体の量は、詰まり（閉塞）６から見て検出端側にある変形要素の変形し易さに比例する。
【００３８】
なぜならば、それらが圧力変化によって変形し易いということは、検出端側の圧力を変えるために、すなわち、検出端側の圧力をプロセス配管側と等しくするために、より多く変形する必要があるということであり、多くの流体を流入・流出させる必要があるということだからである。
【００３９】
一方、詰まり（閉塞）６内は当然ながら流体が流れにくいため、両端の圧力差を解消するのには時間がかかる。そしてこの時間は、圧力差を解消するために必要な流量が多いほど、すなわち、上述した変形要素が変形しやすいほど長くなる。この結果、変形率が大きくなるほど、検出端側の圧力はプロセス配管側の速い圧力変動（周波数が高い圧力変動）に追従できなくなるので、詰まりによるローパスフィルタ効果が大きくなる（図５参照）。詰まり（閉塞）６によるローパスフィルタ効果がより大きくなるということは、圧力揺動の変化を検知し易くなることを意味する。
【００４０】
以上のような原理により、詰まり（閉塞）６よりも検出端側にある変形要素の変形率を意図的に大きくしたり、変形し易い部品等を更に追加することで、圧力揺動の変化を検知し易くし、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【００４１】
次に、上述したローパスフィルタのモデルを用いて、より理論的な説明を行う（図６参照）。まず、閉塞と変形要素の特性式を求める。以下、詰まり（閉塞）６から見てプロセス配管側の圧力をＰ1、同じく検出端側の圧力をＰ2、詰まり（閉塞）６を流れる流量をＱで表す。流量は、プロセス配管側から検出端側に流れる向きを正とし、逆に流れた時は負の値で表すものとする。本来ならば、Ｐ1からＰ2までの圧力伝播特性は分布定数系としてモデル化すべきであるが、以下では説明し易いよう、集中定数近似した簡易モデルで説明する。
【００４２】
閉塞の特性は次式でモデル化するものとする。以下、Ｒを流路抵抗と呼ぶ。なお、詰まり（閉塞）６内の流れが層流であれば、次式と同様な式をハーゲン・ポアズイユの式から導出することが可能である。なお、式中のｔは時間を表す。
【００４３】
【数１】
【００４４】
変形要素の圧力に対する変形率については、次式のようにモデル化する。以下では、変形率といえばこのＣを指すものとする。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、変形率Ｃは、その値が大きくなるほど、圧力Ｐ2が変化した時の変形要素の変形量が大きくなることを意味する。変形要素が変形することにより、その変形量と同じ量の流体が詰まり（閉塞）６から流入・流出するので、その量は（１）式のＱに一致することになる。（１）式と（２）式とを合わせると、以下のような関係が得られる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
この式より、Ｐ1からＰ2までの圧力伝播は、時定数ＲＣのローパスフィルタになっていることがわかる。つまり、Ｃを大きくすれば時定数ＲＣも大きくなり、フィルタの高周波減衰効果も大きくなる。その結果、圧力揺動の変化を検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。
【００４９】
なお、Ｃを大きくすることで圧力伝播に対するローパスフィルタ効果が高まるが、導圧管が正常の場合にはほとんど影響しない。これは、ローパスフィルタの時定数がＲとＣの積になっているためで、導圧管が正常でＲが十分に小さい時にはローパスフィルタ効果が顕在化しないからである。よって、Ｃを大きくしても、極端に大きくしない限りは正常時の圧力測定には影響しない。
【００５０】
〔実施の形態１：圧力発信器に非測定用ダイアフラムを設ける例（非圧縮性流体向き）〕
実施の形態１では、圧力発信器の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする変形率増大手段として、導入路を通して導かれる流体に接する非測定用ダイアフラムを設ける。
【００５１】
なお、この実施の形態１において、変形率増大手段として設ける非測定用ダイアフラムは、その圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率よりも遙かに大きくする。この非測定用ダイアフラムの変形率については後述する。
【００５２】
図７にこの実施の形態１の概略図を示す。この実施の形態１では、圧力発信器１に、測定用ダイアフラム８とは別に、非測定用ダイアフラム９を設けている。なお、測定用ダイアフラム８および非測定用ダイアフラム９が接液される空間（接液空間）には、導圧管３からの流体７が導入路１０を通して流れ込む。また、非測定用ダイアフラム９の圧力変化に対する変形率は、測定用ダイアフラム８の圧力変化に対する変形率よりも遙かに大きく（後述）されている。
【００５３】
測定用ダイアフラム８は、第１の面に導入路１０を通して流れ込む流体７の圧力（流体圧力）を受けるとともに第２の面に基準圧力を受け、流体圧力と基準圧力との差に応じて変形する。圧力発信器１は、この測定用ダイアフラム８の変形量に応じた検出出力を生じ、この検出出力に基づいた測定圧力を示す信号を出力する。
【００５４】
非測定用ダイアフラム９は、導入路１０を通して流れ込む流体７の圧力（流体圧力）を受けて、測定用ダイアフラム８よりも遙かに大きく変形する。この非測定用ダイアフラム９の変形は測定用ダイアフラム８を用いての圧力の測定には関係しない。
【００５５】
このような非測定用ダイアフラム９を設けることで、すなわち流体７に接する非測定用ダイアフラム９の圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラム８よりも遙かに大きくすることで、流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする効果が得られ、この結果として、圧力揺動の変化が検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。
【００５６】
追加する非測定用ダイアフラム９の変形率であるが、十分な効果を得るためには、測定用ダイアフラム８の変形率の１０倍程度以上にするのが望ましい。これは詰まり内部の流れが層流だった場合、その流路抵抗が、閉塞部分の直径の４乗、断面積の２乗に反比例することによる（ハーゲン・ポアズイユの式から導かれる）。
【００５７】
例えば、（２）式のＣが２倍になると、Ｒが１／２でも同等のローパスフィルタ効果が得られる。しかし、１／２のＲに相当するのは、直径では２1/4倍（約１．２倍）、断面積では２1/2倍（約１．４倍）であり、詰まり診断が容易になるといってもその改善幅はあまり大きくない。逆算すれば、閉塞の直径が２倍でも同程度のローパスフィルタ効果を得るためには、Ｒが１／１６になるわけだから、Ｃを１６倍にする必要がある。
【００５８】
以上より、追加する非測定用ダイアフラム９の変形率を測定用ダイアフラム８の１０倍程度以上にしないと、大幅な改善は見込めないということになる。
【００５９】
この実施の形態１が有効なのは、主に流体７が非圧縮性流体である場合である。流体７が圧縮性流体の場合には、圧力変化による流体自身の体積変化が大きく、一般的にはダイアフラム９の変形量を上回る。このような場合には、後述する実施の形態２の方が有効と言える。この実施の形態１では、導圧管３そのものに手を加えることなく、所望の効果を得られるという利点がある。
【００６０】
なお、この実施の形態１では、測定用ダイアフラム８とは別に非測定用ダイアフラム９を設けるようにしたが、測定用ダイアフラム８を通常よりも変形し易い材質や構造とすることで、圧力発信器１の内部の流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくし、同様の効果を得るようにしてもよい。
【００６１】
〔実施の形態２：測定用ダイアフラムの接液空間の体積を大きくする例（圧縮性流体向き）〕
実施の形態２では、圧力発信器の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、導入路を通して導入される流体が満たされる測定用ダイアフラムの接液空間の体積を大きくし、流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする変形率増大手段とする。
【００６２】
図８（ｂ）にこの実施の形態２の概略図を示す。この実施の形態２では、測定用ダイアフラム８の接液空間１１の体積、すなわち測定用ダイアフラム８の接液面８ａ，８ｂが接液される空間１１ａ，１１ｂの体積を、図８（ａ）に示す従来の測定用ダイアフラム８の接液空間１１’（１１ａ’，１１ｂ’）よりも遙かに大きくしている。
【００６３】
このような接液空間１１を設けることによって、すなわち接液空間１１の体積を従来よりも遙かに大きくすることによって、圧力発信器１の内部にある流体７の体積が増える。この場合、導圧管３に詰まり（閉塞）６が発生したとすると、詰まり（閉塞）６より奥（検出端側）にある流体７の体積は、この接液空間１１の体積を大きくしなかった場合より増大することになる。
【００６４】
流体７自身の圧力変化による変形量は流体７の体積に比例するので、この接液空間１１の体積を大きくすることで、すなわち流体７の圧力変化に対する変形率を大きくすることで、圧力発信器１の内部の流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする効果が得られる。この結果として、圧力揺動の変化が検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。
【００６５】
この実施の形態２が有効なのは、主に流体７が圧縮性流体である場合である。流体７が非圧縮性流体の場合は、圧力が変化しても流体自身はほとんど変形しないため、効果が無いか、あってもごく小さい。このような場合には、前述した実施の形態１の方が有効と言える。この実施の形態２でも、導圧管３そのものに手を加えることなく、所望の効果を得られるという利点がある。
【００６６】
なお、この実施の形態２では、測定用ダイアフラム８の接液空間１１の体積を大きくするようにしたが、圧力発信器２の内部の流路系に、測定用ダイアフラム８の接液空間１１とは別に、流体７が流入する新たな空間を作るようにしてもよい。
【００６７】
以上、実施の形態１，２について説明したが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定するものでは無い。例えば、実施の形態１と実施の形態２とを併用したり、上述で説明した以外の構成として変形率増大手段を設けることも考えられる。
【００６８】
また、上述した実施の形態１，２では、圧力発信器１を用いた圧力測定システムへの適用例として説明したが、差圧発信器４（図１０）を用いた差圧測定システムへも同様にして適用することが可能である。差圧測定システムでは、導圧管３−１を通して導かれてくる流体の圧力と導圧管３−２を通して導かれてくる流体の圧力との差を差圧発信器４で検出するが、実施の形態１，２で示したと同様にして、非測定用ダイアフラムを設けたり、測定用ダイアフラムの接液空間の体積を増大させるようにしたりしてもよい。
【００６９】
また、本発明は主に、流体の圧力揺動を利用して導圧管の詰まりを診断する手法を利用することを想定しているが、それだけに限るものではない。すなわち、本発明は、導圧管中の詰まり（閉塞）が管路内の圧力伝播に対するローパスフィルタとして作用するという現象を利用していれば、他の詰まり診断手法であっても有効である。
【００７０】
例えば、特許文献７、８では、発信器が接続されているプロセス配管の制御弁（コントロール・バルブ）の操作信号にステップ状の波形を重畳し、その信号に対する圧力や差圧の応答から導圧管の詰まりを診断するという技術が開示されている。
【００７１】
これらの技術は、制御弁の操作によって生じた圧力や差圧の変化が発信器に伝播する際に、導圧管路内の詰まりがローパスフィルタとして作用するため、圧力応答波形が変化することを利用している。このような手法においても、本発明を適用すれば、詰まりによる応答変化が大きくなるため、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の導圧管の詰まり診断システムは、プロセス配管から分岐された導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムとして、圧力発信器を用いた圧力測定システムや差圧発信器を用いた差圧測定システムに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…圧力発信器、２…プロセス配管、３，３−１，３−２…導圧管、３ａ…管壁、３ｂ…固定端、４…差圧発信器、５…差圧発生機構（オリフィス等）、６…詰まり（閉塞）、７…流体、８…測定用ダイアフラム、８ａ，８ｂ…接液面、９…非測定用ダイアフラム、１０…連通管、１１（１１ａ，１１ｂ）…空間（接液空間）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロセス配管から分岐された導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムおよび診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プロセス工業分野では、例えばプロセス変量を検出してプロセスを制御するために、圧力発信器や差圧発信器が使用されている。圧力発信器は圧力伝送器とも、差圧発信器は差圧伝送器とも呼ばれる。圧力発信器は絶対圧やゲージ圧を、差圧発信器は２点間の差圧を測定するものであり、圧力、流量、液位、比重などのプロセス変量測定のために用いられている。一般に、圧力・差圧発信器（以下、総称する時は単に発信器と呼ぶ）を用いてプロセス変量を測定する場合、測定対象の流体が流れるプロセス配管から導圧管と呼ばれる細い管路を介して、測定対象を発信器に導入する。
【０００３】
図９に圧力発信器を用いたシステム（圧力測定システム）の概略図を示す。この圧力測定システムにおいて、圧力発信器１は、プロセス配管２から分岐された導圧管３を通して導かれる流体の圧力を検出する。
【０００４】
図１０に差圧発信器を用いたシステム（差圧測定システム）の概略図を示す。この差圧測定システムにおいて、差圧発信器４は、プロセス配管２から分岐された導圧管３−１，３−２を通して導かれる流体の圧力差を検出する。なお、このシステムにおいて、プロセス配管２には差圧発生機構（オリフィス等）５が設けられており、この差圧発生機構５を挟む前後の位置から導圧管３−１，３−２が分岐されている。
【０００５】
このような圧力測定システムや差圧測定システムのシステム構成では、測定対象によっては固形物などが導圧管の内部に付着し、導圧管が詰まることがある。導圧管が完全に詰まると、プロセス変量を正確に測定できなくなるため、プラントへの影響は甚大である。しかし、導圧管が完全に詰まるまでは発信器に圧力が伝わるため、詰まりの影響はプロセス変量の測定値には現れ難い。
【０００６】
このような問題に対して、導圧管が不要なリモートシール型の圧力発信器も実用化されている。しかしながら、導圧管を用いてプロセス変量を測定しているプラントは非常に多く、導圧管の詰まり診断機能をオンラインで実現することが求められている。
【０００７】
この課題に対して、流体の圧力揺動を利用して導圧管の詰まりを診断する手法や装置が既に提案されている。
【０００８】
例えば特許文献１には、圧力信号の最大変動幅（最大値と最小値の差）の減少から導圧管の詰まりが検知できることが示されている。
【０００９】
特許文献２，３には、圧力や差圧の揺動の大きさ、及び、それらから計算されるパラメータを用いて導圧管の詰まりを検知・診断する装置・方法が開示されている。
【００１０】
特許文献４には、差圧から抽出した揺動の標準偏差やパワースペクトル密度といった、揺動の大きさを反映した統計量や関数から導圧管の状態を診断する装置・手法が開示されている。
【００１１】
特許文献５には、圧力揺動の上下動回数など、揺動の速さから詰まりを診断する装置・手法が示されている。なお、この特許文献５に記載された発明は、圧力や差圧の揺動の振幅ではなく、揺動の速さ（周波数）に基づいているという点で他の特許文献１〜４に記載された発明と異なっているが、圧力や差圧の揺動を利用しているという点では共通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公平７−１１４７３号公報
【特許文献２】特許第３１３９５９７号公報
【特許文献３】特許第３１２９１２１号公報
【特許文献４】特表２００２−５３８４２０号公報
【特許文献５】特開２０１０−１２７８９３号公報
【特許文献６】特表２００９−５０５２７６号公報
【特許文献７】特許３１４７２７５号公報
【特許文献８】特開２００７−４７０１２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】栄野隼一・涌井徹也・橋詰 匠・宮地宣夫・黒森健一・結城義敬：「水ラインでのディジタル式差圧伝送器による導圧管の詰まり検出」，計測自動制御学会産業論文集，第６巻，第１３号，１０３／１０９ （２００７）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の圧力揺動から導圧管の詰まりを検知する手法には、詰まり（閉塞）の度合いが相当に進行しないと検知できない場合があるという問題点があった。例えば、特許文献６の図４〜６では、閉塞の程度と、詰まりを判断する根拠となるパワースペクトルとの関係が示されているが（使用流体は不明）、そこで示されている閉塞の孔の直径は０．０１３５インチ（０．３４［ｍｍ］）、及び０．００５インチ（０．１３［ｍｍ］）と相当に小さいものである。
【００１５】
また、非特許文献１には、定格Ｃｖ値が０．０１５のニードルバルブを５％に絞った状態を模擬詰まりとして水を流体として実験を行い、模擬詰まりが検知できたとある。しかし、Ｃｖ値０．０１５の５％というのは、バルブの両端に１［ｐｓｉ］（６．８９５［ｋＰａ］）の差圧が生じている時に７．５×１０-4［ガロン／分］の流量、すなわち２．８［ｍｌ／分］しか流体が流れないことを意味する。これは、層流を仮定した場合における、直径０．２３［ｍｍ］，長さ１０［ｍｍ］の閉塞管路の流量特性に相当するものであり（ハーゲン・ポアズイユの式から求められる）、特許文献６で示された閉塞の程度に近い。
【００１６】
以上のように、既存の文献で扱っている詰まりの程度は、詰まりが相当に進んだ状態である。そして、そこまで詰まりが進行しないと検知が難しいということでもある。この問題は圧力揺動から導圧管の詰まりを診断する手法全般に関わるものであり、多少の程度の差はあれ、どのような手法であっても同様な問題が起こりうる。
【００１７】
なお、圧力揺動のうち、周波数がより高い成分を利用することで、検知可能な閉塞の度合いを改善させることはできる。しかしながら、一般に圧力揺動は周波数が高くなるほど振幅が減少するため、その利用は困難となる。よって、周波数がより高い成分を利用するだけで問題を解決するのは容易ではない。
【００１８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能な導圧管の詰まり診断システムおよび診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するために本発明は、プロセス配管から分岐された導圧管と、この導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムにおいて、圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくする変形率増大手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくすることにより、流体の圧力揺動の高周波成分が減衰し易くなる。このため、圧力揺動の変化を検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【００２１】
本発明において、流体が非圧縮流体である場合、圧力検出手段の内部の流路系における流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくするとよい。例えば、導入路を通して導入される流体に接するダイアフラムを変形率増大手段として設けることにより、流路系における流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくすることが考えられる。例えば、圧力の測定に用いるダイアフラム（測定用ダイアフラム）とは別に圧力の測定には関係しないダイアフラム（非測定用ダイアフラム）を設け、この非測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率よりも大きくするすることによって、流路系における流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくする。この場合、非測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率の１０倍程度以上とするとよい。なお、非測定用ダイアフラムを設けるのではなく、測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率を大きくするようにしてもよい。
【００２２】
本発明において、流体が圧縮性流体である場合、圧力検出手段の内部の流路系における流体の圧力変化に対する変形率を大きくするとよい。例えば、導入路を通して導入される流体が満たされる空間を変形率増大手段とし、流路系における流体の圧力変化に対する変形率を大きくすることが考えられる。例えば、測定用ダイアフラムが接液される空間（接液空間）の体積を大きくすることによって、流路系における流体の圧力変化に対する変形率を大きくする。なお、圧力検出手段の内部の流路系に、測定用ダイアフラムの接液空間とは別に、流体が流入する新たな空間を作るようにしてもよい。
【００２３】
なお、本発明において、導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段は、圧力発信器だけではなく、差圧発信器も含む広い概念として定義されるものである。すなわち、差圧発信器は２つの導圧管を通して導かれてくる流体の圧力差を検出するが、それぞれの導圧管から引き込まれる流体の圧力を検出してその差を求めているものと言え、圧力発信器と同様、導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出していることには変わりはない。また、本発明は、導圧管の詰まり診断システムとしてではなく、導圧管の詰まり診断方法としても実現することが可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくするようにしたので、流体の圧力揺動の高周波成分を減衰し易くし、圧力揺動の変化を検知し易くして、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】正常時の圧力測定システムを示す図である。
【図２】導圧管が詰まった時の圧力測定システムを示す図である。
【図３】導圧管詰まりによるローパスフィルタ効果と関係する要素を説明する図である。
【図４】導圧管詰まりによるローパスフィルタ効果と関係する変形要素（発信器の受圧面、導圧管路内の流体、導圧管の管壁）を説明する図である。
【図５】変形要素を操作することで診断が容易になる理由を説明する図である。
【図６】ローパスフィルタ効果のモデル式を説明する図である。
【図７】本発明に係る導圧管の詰まり診断システムの実施の形態１を示す図である。
【図８】本発明に係る導圧管の詰まり診断システムの実施の形態２を示す図である。
【図９】圧力発信器を用いたシステム（圧力測定システム）の概略図である。
【図１０】差圧発信器を用いたシステム（差圧測定システム）の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、実施の形態の説明に入る前に、本発明を想到するまでの経緯および本発明の原理について述べる。
【００２７】
〔経緯〕
圧力・差圧の揺動を用いた導圧管の詰まり検知手法として、種々の検知手法が提案されているが、検知の原理こそ異なるものの、利用している物理現象は同じである。それは、導圧管中の詰まり（閉塞）が、管路内の圧力伝播に対するローパスフィルタとして作用するという現象である。
【００２８】
以下、図９に示した圧力測定システムを例にとって説明する。なお、図１０に示した差圧測定システムでは導圧管が２本になることを除き、本発明に関しては本質的な違いはないので、図９に示した圧力測定システムを代表例として説明する。
【００２９】
図１に正常時の圧力測定システムを示す。この場合、導圧管３には詰まりが生じていないので、プロセス配管２内の流体（プロセス流体）の圧力の揺動（上下動）がほぼそのままの形で圧力発信器１に伝達され、圧力発信器１における圧力揺動となる。
【００３０】
しかし、図２に示すように、導圧管３に詰まり（閉塞）６が生じると、この詰まり（閉塞）６が圧力伝播に対するローパスフィルタとして働き、圧力発信器１で検出される圧力揺動は、詰まり（閉塞）６が無い場合に比べて減衰したものになる。特に、周波数が高いほど、減衰幅は大きくなる。これを揺動の振幅や周波数の変化から捉えることで、導圧管３の詰まりを診断する。
【００３１】
この現象には二つの要素が関わっている（図３参照）。一つ目は当然ながら詰まりの度合いである。詰まりの程度が重いほど高周波が減衰する（別の言い方をすれば、フィルタのカットオフ周波数が低くなる）。
【００３２】
もう一つは、詰まり（閉塞）６と圧力発信器１との間の導圧管３内にある流体７、及びその流体７に接している圧力発信器１の受圧面（圧力発信器１の内部のダイアフラム）８や導圧管３の壁面３ａなど（以下ではまとめて変形要素と呼ぶ）の、圧力に対する変形率である。この変形率が大きいほど、すなわち、単位圧力変化に対する変形要素の変形量の合計が大きいほど、揺動の高周波成分が減衰し易くなる。
【００３３】
発明者はこの事実を利用し、圧力変化に対する変形要素の変形率を意図的に大きくして高周波成分の減衰を更に大きくすることで、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となることに想到した。
【００３４】
上述した二つの要素のうち、前者（詰まりの度合い）は診断対象そのものなので操作不可であるが、後者（変形要素の変形率）は意図的に操作することが可能である。よって、高周波成分の減衰を大きくする方向に変形要素の変形率を操作すれば、導圧管の詰まり診断の感度を向上させることができる。以下ではまず、発明の原理について直観的な説明を与え、それから詳細を述べる。
【００３５】
〔発明の原理〕
詰まり（閉塞）６から見て圧力発信器１がある側（以下，検出端側と呼ぶ）には導圧管３、圧力発信器１の受圧面８、測定対象となる流体７といった変形要素が存在する。これらは管路内の圧力が変化すると多かれ少なかれ変形し、それに合わせて詰まり（閉塞）６から見て検出端側に存在する流体７の量も変化する。
【００３６】
すなわち、圧力上昇／圧力下降に対し、図４（ａ）に示すように圧力発信器１の受圧面８が変形し、また図４（ｂ）に示すように導圧管３内の流体７が変形し、また図４（ｃ）に示すように導圧管３の管壁３ａが変形し、それに合わせて詰まり（閉塞）６から見て検出端側に存在する流体７の量も変化する。この変化した分は、詰まり（閉塞）６を経由した流体の流入・流出によって補われる。なお、図４（ｂ）において、３ｂは導圧管３の固定端である。
【００３７】
ここで、プロセス側の圧力が変化したために、詰まり（閉塞）６の両端に圧力差が生じたとする。すると、この圧力差を減ずるように、詰まり（閉塞）６内に流れが生じる。この流れであるが、圧力差を解消するために必要な流体の量は、詰まり（閉塞）６から見て検出端側にある変形要素の変形し易さに比例する。
【００３８】
なぜならば、それらが圧力変化によって変形し易いということは、検出端側の圧力を変えるために、すなわち、検出端側の圧力をプロセス配管側と等しくするために、より多く変形する必要があるということであり、多くの流体を流入・流出させる必要があるということだからである。
【００３９】
一方、詰まり（閉塞）６内は当然ながら流体が流れにくいため、両端の圧力差を解消するのには時間がかかる。そしてこの時間は、圧力差を解消するために必要な流量が多いほど、すなわち、上述した変形要素が変形しやすいほど長くなる。この結果、変形率が大きくなるほど、検出端側の圧力はプロセス配管側の速い圧力変動（周波数が高い圧力変動）に追従できなくなるので、詰まりによるローパスフィルタ効果が大きくなる（図５参照）。詰まり（閉塞）６によるローパスフィルタ効果がより大きくなるということは、圧力揺動の変化を検知し易くなることを意味する。
【００４０】
以上のような原理により、詰まり（閉塞）６よりも検出端側にある変形要素の変形率を意図的に大きくしたり、変形し易い部品等を更に追加することで、圧力揺動の変化を検知し易くし、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【００４１】
次に、上述したローパスフィルタのモデルを用いて、より理論的な説明を行う（図６参照）。まず、閉塞と変形要素の特性式を求める。以下、詰まり（閉塞）６から見てプロセス配管側の圧力をＰ1、同じく検出端側の圧力をＰ2、詰まり（閉塞）６を流れる流量をＱで表す。流量は、プロセス配管側から検出端側に流れる向きを正とし、逆に流れた時は負の値で表すものとする。本来ならば、Ｐ1からＰ2までの圧力伝播特性は分布定数系としてモデル化すべきであるが、以下では説明し易いよう、集中定数近似した簡易モデルで説明する。
【００４２】
閉塞の特性は次式でモデル化するものとする。以下、Ｒを流路抵抗と呼ぶ。なお、詰まり（閉塞）６内の流れが層流であれば、次式と同様な式をハーゲン・ポアズイユの式から導出することが可能である。なお、式中のｔは時間を表す。
【００４３】
【数１】
【００４４】
変形要素の圧力に対する変形率については、次式のようにモデル化する。以下では、変形率といえばこのＣを指すものとする。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、変形率Ｃは、その値が大きくなるほど、圧力Ｐ2が変化した時の変形要素の変形量が大きくなることを意味する。変形要素が変形することにより、その変形量と同じ量の流体が詰まり（閉塞）６から流入・流出するので、その量は（１）式のＱに一致することになる。（１）式と（２）式とを合わせると、以下のような関係が得られる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
この式より、Ｐ1からＰ2までの圧力伝播は、時定数ＲＣのローパスフィルタになっていることがわかる。つまり、Ｃを大きくすれば時定数ＲＣも大きくなり、フィルタの高周波減衰効果も大きくなる。その結果、圧力揺動の変化を検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。
【００４９】
なお、Ｃを大きくすることで圧力伝播に対するローパスフィルタ効果が高まるが、導圧管が正常の場合にはほとんど影響しない。これは、ローパスフィルタの時定数がＲとＣの積になっているためで、導圧管が正常でＲが十分に小さい時にはローパスフィルタ効果が顕在化しないからである。よって、Ｃを大きくしても、極端に大きくしない限りは正常時の圧力測定には影響しない。
【００５０】
〔実施の形態１：圧力発信器に非測定用ダイアフラムを設ける例（非圧縮性流体向き）〕
実施の形態１では、圧力発信器の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする変形率増大手段として、導入路を通して導かれる流体に接する非測定用ダイアフラムを設ける。
【００５１】
なお、この実施の形態１において、変形率増大手段として設ける非測定用ダイアフラムは、その圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラムの圧力変化に対する変形率よりも遙かに大きくする。この非測定用ダイアフラムの変形率については後述する。
【００５２】
図７にこの実施の形態１の概略図を示す。この実施の形態１では、圧力発信器１に、測定用ダイアフラム８とは別に、非測定用ダイアフラム９を設けている。なお、測定用ダイアフラム８および非測定用ダイアフラム９が接液される空間（接液空間）には、導圧管３からの流体７が導入路１０を通して流れ込む。また、非測定用ダイアフラム９の圧力変化に対する変形率は、測定用ダイアフラム８の圧力変化に対する変形率よりも遙かに大きく（後述）されている。
【００５３】
測定用ダイアフラム８は、第１の面に導入路１０を通して流れ込む流体７の圧力（流体圧力）を受けるとともに第２の面に基準圧力を受け、流体圧力と基準圧力との差に応じて変形する。圧力発信器１は、この測定用ダイアフラム８の変形量に応じた検出出力を生じ、この検出出力に基づいた測定圧力を示す信号を出力する。
【００５４】
非測定用ダイアフラム９は、導入路１０を通して流れ込む流体７の圧力（流体圧力）を受けて、測定用ダイアフラム８よりも遙かに大きく変形する。この非測定用ダイアフラム９の変形は測定用ダイアフラム８を用いての圧力の測定には関係しない。
【００５５】
このような非測定用ダイアフラム９を設けることで、すなわち流体７に接する非測定用ダイアフラム９の圧力変化に対する変形率を測定用ダイアフラム８よりも遙かに大きくすることで、流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする効果が得られ、この結果として、圧力揺動の変化が検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。
【００５６】
追加する非測定用ダイアフラム９の変形率であるが、十分な効果を得るためには、測定用ダイアフラム８の変形率の１０倍程度以上にするのが望ましい。これは詰まり内部の流れが層流だった場合、その流路抵抗が、閉塞部分の直径の４乗、断面積の２乗に反比例することによる（ハーゲン・ポアズイユの式から導かれる）。
【００５７】
例えば、（２）式のＣが２倍になると、Ｒが１／２でも同等のローパスフィルタ効果が得られる。しかし、１／２のＲに相当するのは、直径では２1/4倍（約１．２倍）、断面積では２1/2倍（約１．４倍）であり、詰まり診断が容易になるといってもその改善幅はあまり大きくない。逆算すれば、閉塞の直径が２倍でも同程度のローパスフィルタ効果を得るためには、Ｒが１／１６になるわけだから、Ｃを１６倍にする必要がある。
【００５８】
以上より、追加する非測定用ダイアフラム９の変形率を測定用ダイアフラム８の１０倍程度以上にしないと、大幅な改善は見込めないということになる。
【００５９】
この実施の形態１が有効なのは、主に流体７が非圧縮性流体である場合である。流体７が圧縮性流体の場合には、圧力変化による流体自身の体積変化が大きく、一般的にはダイアフラム９の変形量を上回る。このような場合には、後述する実施の形態２の方が有効と言える。この実施の形態１では、導圧管３そのものに手を加えることなく、所望の効果を得られるという利点がある。
【００６０】
なお、この実施の形態１では、測定用ダイアフラム８とは別に非測定用ダイアフラム９を設けるようにしたが、測定用ダイアフラム８を通常よりも変形し易い材質や構造とすることで、圧力発信器１の内部の流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくし、同様の効果を得るようにしてもよい。
【００６１】
〔実施の形態２：測定用ダイアフラムの接液空間の体積を大きくする例（圧縮性流体向き）〕
実施の形態２では、圧力発信器の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、導入路を通して導入される流体が満たされる測定用ダイアフラムの接液空間の体積を大きくし、流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする変形率増大手段とする。
【００６２】
図８（ｂ）にこの実施の形態２の概略図を示す。この実施の形態２では、測定用ダイアフラム８の接液空間１１の体積、すなわち測定用ダイアフラム８の接液面８ａ，８ｂが接液される空間１１ａ，１１ｂの体積を、図８（ａ）に示す従来の測定用ダイアフラム８の接液空間１１’（１１ａ’，１１ｂ’）よりも遙かに大きくしている。
【００６３】
このような接液空間１１を設けることによって、すなわち接液空間１１の体積を従来よりも遙かに大きくすることによって、圧力発信器１の内部にある流体７の体積が増える。この場合、導圧管３に詰まり（閉塞）６が発生したとすると、詰まり（閉塞）６より奥（検出端側）にある流体７の体積は、この接液空間１１の体積を大きくしなかった場合より増大することになる。
【００６４】
流体７自身の圧力変化による変形量は流体７の体積に比例するので、この接液空間１１の体積を大きくすることで、すなわち流体７の圧力変化に対する変形率を大きくすることで、圧力発信器１の内部の流路系の圧力変化に対する変形率Ｃを大きくする効果が得られる。この結果として、圧力揺動の変化が検知し易くなり、導圧管の詰まり診断の感度が向上する。
【００６５】
この実施の形態２が有効なのは、主に流体７が圧縮性流体である場合である。流体７が非圧縮性流体の場合は、圧力が変化しても流体自身はほとんど変形しないため、効果が無いか、あってもごく小さい。このような場合には、前述した実施の形態１の方が有効と言える。この実施の形態２でも、導圧管３そのものに手を加えることなく、所望の効果を得られるという利点がある。
【００６６】
なお、この実施の形態２では、測定用ダイアフラム８の接液空間１１の体積を大きくするようにしたが、圧力発信器２の内部の流路系に、測定用ダイアフラム８の接液空間１１とは別に、流体７が流入する新たな空間を作るようにしてもよい。
【００６７】
以上、実施の形態１，２について説明したが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定するものでは無い。例えば、実施の形態１と実施の形態２とを併用したり、上述で説明した以外の構成として変形率増大手段を設けることも考えられる。
【００６８】
また、上述した実施の形態１，２では、圧力発信器１を用いた圧力測定システムへの適用例として説明したが、差圧発信器４（図１０）を用いた差圧測定システムへも同様にして適用することが可能である。差圧測定システムでは、導圧管３−１を通して導かれてくる流体の圧力と導圧管３−２を通して導かれてくる流体の圧力との差を差圧発信器４で検出するが、実施の形態１，２で示したと同様にして、非測定用ダイアフラムを設けたり、測定用ダイアフラムの接液空間の体積を増大させるようにしたりしてもよい。
【００６９】
また、本発明は主に、流体の圧力揺動を利用して導圧管の詰まりを診断する手法を利用することを想定しているが、それだけに限るものではない。すなわち、本発明は、導圧管中の詰まり（閉塞）が管路内の圧力伝播に対するローパスフィルタとして作用するという現象を利用していれば、他の詰まり診断手法であっても有効である。
【００７０】
例えば、特許文献７、８では、発信器が接続されているプロセス配管の制御弁（コントロール・バルブ）の操作信号にステップ状の波形を重畳し、その信号に対する圧力や差圧の応答から導圧管の詰まりを診断するという技術が開示されている。
【００７１】
これらの技術は、制御弁の操作によって生じた圧力や差圧の変化が発信器に伝播する際に、導圧管路内の詰まりがローパスフィルタとして作用するため、圧力応答波形が変化することを利用している。このような手法においても、本発明を適用すれば、詰まりによる応答変化が大きくなるため、導圧管の詰まり診断の感度を向上させ、より早い時点で導圧管の詰まりを検知することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の導圧管の詰まり診断システムは、プロセス配管から分岐された導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムとして、圧力発信器を用いた圧力測定システムや差圧発信器を用いた差圧測定システムに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…圧力発信器、２…プロセス配管、３，３−１，３−２…導圧管、３ａ…管壁、３ｂ…固定端、４…差圧発信器、５…差圧発生機構（オリフィス等）、６…詰まり（閉塞）、７…流体、８…測定用ダイアフラム、８ａ，８ｂ…接液面、９…非測定用ダイアフラム、１０…連通管、１１（１１ａ，１１ｂ）…空間（接液空間）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス配管から分岐された導圧管と、この導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて前記導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくする変形率増大手段
を備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項２】
請求項１に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記流体は非圧縮性流体であり、
前記変形率増大手段は、
前記流路系における前記流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくする
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項３】
請求項１に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記流体は圧縮性流体であり、
前記変形率増大手段は、
前記流路系における前記流体の圧力変化に対する変形率を大きくする
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項４】
請求項２に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記変形率増大手段は、
前記導入路を通して導かれる流体に接するダイアフラムである
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項５】
請求項３に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前変形率増大手段は、
前記導入路を通して導かれる流体が満たされる空間である
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項６】
プロセス配管から分岐された導圧管と、この導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて前記導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断方法において、
前記圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項７】
請求項６に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記流体を非圧縮性流体とし、
前記流路系における前記流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項８】
請求項６に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記流体を圧縮性流体とし、
前記流路系における前記流体の圧力変化に対する変形率を大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項９】
請求項７に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記導入路を通して導かれる流体に接するダイアフラムを備え、
前記流路系における前記流体に接する面の圧力変化に対する変形率を前記ダイアフラムによって大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項１０】
請求項８に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記導入路を通して導かれる流体が満たされる空間を備え、
前記流路系における前記流体の圧力変化に対する変形率を前記空間によって大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項１】
プロセス配管から分岐された導圧管と、この導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて前記導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくする変形率増大手段
を備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項２】
請求項１に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記流体は非圧縮性流体であり、
前記変形率増大手段は、
前記流路系における前記流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくする
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項３】
請求項１に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記流体は圧縮性流体であり、
前記変形率増大手段は、
前記流路系における前記流体の圧力変化に対する変形率を大きくする
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項４】
請求項２に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前記変形率増大手段は、
前記導入路を通して導かれる流体に接するダイアフラムである
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項５】
請求項３に記載された導圧管の詰まり診断システムにおいて、
前変形率増大手段は、
前記導入路を通して導かれる流体が満たされる空間である
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断システム。
【請求項６】
プロセス配管から分岐された導圧管と、この導圧管を通して導かれてくる流体の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて前記導圧管に生じる詰まりを診断する導圧管の詰まり診断方法において、
前記圧力検出手段の内部の流体の導入路およびこの導入路を流れる流体とを流路系とし、この流路系の圧力変化に対する変形率を大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項７】
請求項６に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記流体を非圧縮性流体とし、
前記流路系における前記流体に接する面の圧力変化に対する変形率を大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項８】
請求項６に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記流体を圧縮性流体とし、
前記流路系における前記流体の圧力変化に対する変形率を大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項９】
請求項７に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記導入路を通して導かれる流体に接するダイアフラムを備え、
前記流路系における前記流体に接する面の圧力変化に対する変形率を前記ダイアフラムによって大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項１０】
請求項８に記載された導圧管の詰まり診断方法において、
前記導入路を通して導かれる流体が満たされる空間を備え、
前記流路系における前記流体の圧力変化に対する変形率を前記空間によって大きくするようにした
ことを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２４５７５（Ｐ２０１３−２４５７５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６４２３（Ｐ２０１１−１５６４２３）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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