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技術 センサのストレス診断を備えた工業プロセス温度伝送器

出願人 ローズマウントインコーポレイテッド
発明者 エルク,アンソニー,マイケル
出願日 2013年6月4日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2015-520215
公開日 2015年8月3日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 2015-522160
状態 特許登録済
技術分野 温度及び熱量の測定
主要キーワード 標準温度範囲 温度関連情報 熱電対温度センサ プロセスパイプ センサメモリ RTDセンサ 工業プロセス制御 熱電対センサ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年8月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題・解決手段

工業プロセスの温度を感知するための温度伝送器(10)は、工業プロセスの温度に関連するセンサ(18)出力を提供するように手配された温度センサを含む。測定回路(26,28)は温度センサ(18)に結合され、センサ出力に基づいて工業プロセスの温度を測定するように構成されている。出力回路(24)は測定された温度に関連する出力を提供する。メモリ(24)は、温度センサ(18)により経験された過度温度イベントに関連する温度情報蓄積するように構成されている。診断回路(22)は、蓄積された温度情報(30)に基づいて温度センサ(18)又は他のコンポーネント(構成要素)の状態を診断する。

概要

背景

プロセス変数伝送器は、プロセス制御又はモニタシステムにおけるプロセスパラメータを測定するのに用いられる。温度伝送器は典型的には、センサ、センサからの出力をデジタル形式に変換するためのアナログデジタル変換器、該デジタル出力補償するためのマイクロプロセッサ、及び該補償された出力を伝送するための出力回路を含んでいる。典型的には、この伝送はプロセス制御ループを介して、例えば4−20mA電流ループを介して行われる。一つの例示的パラメータは、RTD(Resistive Temperature Device)の抵抗、またいわゆるPRT(Platinum Resistance Thermometer)センサの抵抗を測定することにより感知されることのできる温度又は熱電対電圧出力により感知されることのできる温度である。

本発明に関連する従来技術を開示する文献として、下記の特許文献1がある。

概要

工業プロセスの温度を感知するための温度伝送器(10)は、工業プロセスの温度に関連するセンサ(18)出力を提供するように手配された温度センサを含む。測定回路(26,28)は温度センサ(18)に結合され、センサ出力に基づいて工業プロセスの温度を測定するように構成されている。出力回路(24)は測定された温度に関連する出力を提供する。メモリ(24)は、温度センサ(18)により経験された過度温度イベントに関連する温度情報蓄積するように構成されている。診断回路(22)は、蓄積された温度情報(30)に基づいて温度センサ(18)又は他のコンポーネント(構成要素)の状態を診断する。

目的

工業プロセスの温度を感知するための温度伝送器は、工業プロセスの温度に関連するセンサ出力を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

工業プロセスの温度を感知するための温度伝送器であって、工業プロセスの温度に関連するセンサ出力を提供するように構成された温度センサと、前記温度センサに結合され、前記センサ出力に基づいて工業プロセスの温度を測定するように構成された測定回路と、前記測定された温度に関連する出力を提供するように構成された出力回路と、前記温度センサにより経験された過度温度イベントに関連する温度情報蓄積するように構成されたメモリと、前記蓄積された過度温度情報に基づいて前記温度センサの状態を診断するように構成された診断回路とを含む温度伝送器。

請求項2

前記メモリが前記温度伝送器内に置かれている、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項3

前記メモリは前記温度センサに接続され、前記温度センサは前記伝送器から取りはずし可能である、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項4

前記過度温度情報は、前記温度センサが過度温度イベントを経験した回数に関連する情報を含む、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項5

前記過度温度情報は、前記温度センサが過度温度を経験している期間に関連する情報を含む、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項6

前記過度温度情報は、過度温度イベントの間に前記温度センサにより経験された温度を含む、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項7

前記診断回路により診断された状態は、前記温度センサの残寿命に関連するものである、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項8

前記温度センサの診断状態は、前記測定温度予測エラーに関連するものである、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項9

前記測定回路は、前記診断状態に基づいて前記測定温度を補償する、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項10

前記温度センサは、抵抗温度装置RTD)からなる、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項11

前記温度センサは、熱電対からなる、請求項1に記載の温度伝送器。

請求項12

工業プロセスの温度を感知するのに用いられるタイプの温度伝送器の診断を行う方法であって、温度センサを用いて工業プロセスの温度を感知し、前記感知温度に関連するセンサを提供することと、測定回路を用いて、センサ出力に基づく工業プロセスの温度を測定することと、前記測定された温度に関連する出力を提供することと、前記温度センサにより経験された過度温度のイベントに関連する過度の温度情報をメモリに蓄積することと、前記蓄積された過度の温度情報に基づいて前記温度センサの状態を診断することとを含む温度伝送器の診断方法

請求項13

前記メモリが温度伝送器の中に置かれている、請求項12に記載の診断方法。

請求項14

前記メモリが前記温度センサに接続され、該温度センサが前記温度伝送器から取りはずすことができる、請求項12に記載の診断方法。

請求項15

前記過度温度情報は、前記温度センサが過度温度のイベントを経験した回数に関連する情報を含む、請求項12に記載の診断方法。

請求項16

前記過度温度情報は、前記温度センサが過度温度を経験している期間に関連する情報を含む、請求項12に記載の診断方法。

請求項17

前記過度温度は、過度温度のイベントの間に、前記温度センサにより経験された温度を含む、請求項12に記載の診断方法。

請求項18

前記温度センサの診断状態は、前記温度センサの残寿命に関連するものである、請求項12に記載の診断方法。

請求項19

前記温度センサの診断状態は、前記測定された温度中の予測エラーに関連するものである、請求項12に記載の診断方法。

請求項20

前記診断状態に基づいて前記測定された温度を補償することを含む、請求項12に記載の診断方法。

技術分野

0001

本発明は、工業プロセスを制御又はモニタするのに用いられるタイプの工業プロセス制御又はモニタシステムに関する。特に、本発明は、工業プロセスの温度を感知するのに用いられる温度伝送器に関する。

背景技術

0002

プロセス変数伝送器は、プロセス制御又はモニタシステムにおけるプロセスパラメータを測定するのに用いられる。温度伝送器は典型的には、センサ、センサからの出力をデジタル形式に変換するためのアナログデジタル変換器、該デジタル出力補償するためのマイクロプロセッサ、及び該補償された出力を伝送するための出力回路を含んでいる。典型的には、この伝送はプロセス制御ループを介して、例えば4−20mA電流ループを介して行われる。一つの例示的パラメータは、RTD(Resistive Temperature Device)の抵抗、またいわゆるPRT(Platinum Resistance Thermometer)センサの抵抗を測定することにより感知されることのできる温度又は熱電対電圧出力により感知されることのできる温度である。

0003

本発明に関連する従来技術を開示する文献として、下記の特許文献1がある。

先行技術

0004

特開平08−313466号公報

発明が解決しようとする課題

0005

プロセス変数伝送器の温度センサ経年変化するので、特に、該センサがその標準温度範囲の上又は下である過度温度(excessive temperature)で作動することがあった場合には、その正確さは劣化する傾向にある。この劣化は、センサ又は伝送器そのものを交換しなければならなくする程の完全な故障に導く場合がある。さらに、該劣化は、温度の読みにエラーを起こすかもしれない。該劣化は知覚されず、工業プロセスのモニタや制御を不正確に導く恐れがある。

課題を解決するための手段

0006

工業プロセスの温度を感知するための温度伝送器は、工業プロセスの温度に関連するセンサ出力を提供するように手配された温度センサを含む。測定回路は温度センサに結合され、センサ出力に基づいて工業プロセスの温度を測定するように構成されている。出力回路は測定された温度に関連する出力を提供する。メモリは、温度センサにより経験された過度温度イベントに関連する温度情報蓄積するように構成されている。診断回路は、蓄積された温度情報に基づいて温度センサ又は他のコンポーネント(構成要素)の状態を診断する。

発明の効果

0007

本発明によれば、メモリに蓄積された過度温度イベントに関連する温度情報に基づいて、温度センサの状態を診断することができる。

図面の簡単な説明

0008

図1は、プロセス流体の温度を感知するように構成された温度センサを含む工業プロセス制御システムを示す簡単化された図である。
図2Aは、温度を測定するためにRTDに接続された温度伝送器のブロック図である。
図2Bは、温度を測定するために熱電対センサに接続された温度伝送器のブロック図である。
図3は、本発明による手順の簡単化されたブロック図である。

実施例

0009

発明の背景の所で説明したように、温度伝送器の温度センサが経年していくと、劣化する可能性がある。これは、温度の測定に不正確さをもたらし、最悪の場合にはセンサに故障をもたらすことになる。この劣化の一つの原因は、センサにダメージを与える原因となる過度温度(excessive temperatures)に、温度センサを晒すことによることが判明した。例えば、センサは、センサを作るのに用いられる材料の限度を超える温度に晒されるかもしれない。この過度温度は、過度の高温又は過度の低温でありうる。

0010

本発明は、プロセス変数伝送器内の温度センサにより経験される多くの過度温度のイベントをモニタする。この情報に基づいて、診断がなされ、センサの劣化の程度に関する決定がなされる。過度温度をモニタすることにより、センサが経験した過度温度のイベントの回数、該過度温度のイベントの期間、及び/又は該過度温度のイベントの間の温度等を得ることができる。この情報は、プロセス変数伝送器のメモリ内、又は温度センサ自体に関連するメモリ内に蓄積されることができる。

0011

図1は、工業プロセス制御システム5の簡単化された図である。図1において、プロセスパイプ7は、プロセス流体を搬送している。プロセス変数伝送器10は、プロセスパイプ7に結合するように構成されている。伝送器10は、例えば熱電対又はRTDセンサからなる温度センサ18を含んでいる。伝送器10は、他の位置、例えばプロセス制御室6に情報を伝送するように構成されている。この伝送は、プロセス制御ループ、例えば2線プロセス制御ループ11を介してなされることができる。該プロセス制御ループは、例えば、4−20mAプロセス制御ループ、デジタル通信を伝送するプロセス制御ループ、無線プロセス制御ループ等を含む、所望のフォーマットであることができる。図1に示されている例では、プロセス変数は、制御室6にある電源6Aにより電力を供給される。センス抵抗6Bは、ループ11を通って流れる電流を検知し、それによって、伝送器10により伝送される温度関連情報をモニタするのに用いられることができる。センサに電力を供給する他の方法及びセンサ情報通信する他の方法を用いることができることは明らかである。

0012

図2Aは、温度を測定するためにRTDセンサに接続された温度伝送器のブロック図である。伝送器10は、伝送器10に電力を提供し、それを介して情報が送受信されるプロセス制御ループ11に結合している。伝送器10は、例えばRTD温度センサ(図2Aに示されている)又は熱電対温度センサ図2Bに示されている)であり得るセンサ18に結合するために、端子1から4を有する端子ブロック14を含んでいる。センサ18は、伝送器10の内部又は外部のいずれにあってもよい。伝送器10は、入/出力(I/O)回路24を通って制御ループ11に結合されるマイクロプロセッサ22を含む。回路24は、またループ11を介して受けた電力を伝送器10に提供する。差動増幅器26の正と負の入力はセンサ18に接続され、高精度A/D変換器28に出力を提供する。メモリ30は、クロック32により決められた速度で動作するマイクロプロセッサ22のための命令と情報を蓄積する。

0013

動作において、伝送器10は、センサ18の温度を測定し、温度の表示(representation)を制御ループ11を介して伝送する。伝送器10は、センサ18の温度の抵抗値を計算するのに次の式を用いる。

RINUTVRINPUT/IS 式1

ここに、電流源50は、端子1と4を経てセンサ18を通る電流ISを提供する。マイクロプロセッサ22は、端子2と3との間、つまりRTD18の両端の電圧降下(VRINPUT)を測定する。このような4線抵抗測定において、全電流が実質的に端子1と4との間を流れるから、端子2と3までの電圧降下は大きく取り除かれ、測定の正確さに殆ど影響を及ぼさない。RINPUTは、メモリ30に格納されているルックアップテーブル又は適当な式を用いて温度の単位に変換される。

0014

図2Bは、温度を測定するために、端子1と2の両端間電圧VTCINPUTを生成するセンサ18用の熱電対に接続された伝送器10を示す。端子1と2は、差動増幅器26に接続されている。伝送器10は、熱電対電圧VTCINPUTを測定することにより、熱電対センサ18の温度を測定する。この電圧は、適当に補償され、例えばメモリ30に格納されているルックアップテーブルや式等に基づいて温度の表示に変換される。温度情報は、それから、上記したように、制御ループ11上を伝送されることができる。

0015

図2Bには、図2Aに示されたメモリ30に付加して、オプションセンサメモリ40がまた示されている。オプションのセンサメモリ40はセンサ18に物理的に関連付け又は接続され、端子ブロック14内のメモリコネクタ42を通ってマイクロプロセッサ22に接続されることができる。他の実施例では、メモリ40は、端子ブロック14の端子に結合するための回路を含む。どちらの構成でも、メモリ40に蓄積された情報は、マイクロプロセッサ22により読まれることができる。同様に、マイクロプロセッサ22はメモリ40に情報を書き込むことができる。メモリ40が端子ブロックコネクタ1−4を通ってマイクロプロセッサ22と通信する構成において、メモリ40は、例えば変調された高周波信号又はデジタル信号応答する回路を、端子ブロック14の端子に含むことができる。そのような信号に応答して、メモリ40はマイクロプロセッサ22からの情報を蓄積したり、マイクロプロセッサ22へ情報を送ったりすることができる。

0016

動作中、マイクロプロセッサ22は温度センサ18の温度をモニタする。温度センサ18の温度が閾値を超えた場合には、情報がメモリ30及び/又はメモリ40に蓄積されることができる。ここで用いられる"過度温度イベント"は、センサ18が閾値を超える温度を経験したことを意味する。この閾値は、絶対閾値であってもよいし、温度と継続時間の両方に基づく閾値であってもよい。例えば、感知された温度が閾値を超える場合には、メモリ30/40内のカウンタは増加(カウントアップ)されることができる。この増加は、また温度が該閾値より大きい期間に関連させられることができる。他の実施例では、測定された温度が公称値から引き算され、その結果が時間に関して積分される。例えば、センサ18がより高温にある期間は、より低温よりも大きな重みを与えられることができる。一具体例として、一瞬500°Cを超える温度センサ18の経験は、200°Cの温度を10時間の間経験した温度センサ18と同じ量の重みを与えられることができる。これは、要望通りに調整されることができる。例えば、いくつかの部品は高温で即座に故障するのに対して、いくつかの部品は、即時に故障を引き起こす温度より低い温度での昇温に晒された時に急速に劣化する傾向がある。

0017

メモリ30/40に蓄積された、過度温度の経験に関連する情報に基づいて、マイクロプロセッサ22はセンサ18の状態を診断することができる。この診断は、予測残寿命に関連する出力を提供する形式、またはセンサ18が即座に交換される必要があることを表示する形式であってもよく、または過度温度イベントに起因して誘導される温度測定値のエラーを補償するのに用いられてもよい。過度温度情報はまた過度温度イベントに起因する温度測定値のエラーを予測するのに用いられることができる。そのような情報は、温度センサが過度温度イベントを経験している時に温度センサを特性化し、メモリ30又は40中の形状補償情報(form compensation information)にこの情報を蓄積することにより、確定されることができる。

0018

いくつかの構成では、温度センサ18は取りはずし可能である。オプションのメモリ40は、例えば電源なしに情報を保持し続けることができる不揮発性メモリであることができる。そのような構成は、過度温度イベント情報がセンサ18自身の中に保持されるので、望ましいものである。センサ18が取りはずされ、異なる伝送器10で用いられる場合には、過度温度イベント情報はその新しい伝送器で利用することができる。さらに、この情報は、センサが故障のためにユーザにより回収された場合に、故障の解析に用いられることができる。メモリ30又は40に蓄積された情報は、また過度温度イベントが起きた時に関連する情報、例えば時間情報データ情報を含んでいる。他の例示的な構成では、特定の閾値情報は、また製造中、試運転中またはユーザ入力に基づいてのいずれか一つにより、メモリ30または40に蓄積されることができる。ユーザ入力はローカルインターフェースを通すか、プロセス制御ループ11を通って受信されることができる。メモリ30または40は、また他のプロセス変数、例えばセンサ18により経験された振動のような他の情報を含んでもよい。

0019

図3は、本発明の一実施形態による手順(step)を示す簡単化されたブロック図である。図3に示されている手順は、例えばメモリ30に蓄積されている命令に基づいて動作するマイクロプロセッサ22を用いて実行されることができる。手順はブロック62で始まり、温度測定値がブロック64で得られる。ブロック66では、センサが過度温度イベントを経験しているかどうかの判断がなされる。この判断は温度を閾値と比較することによりなされてもよいし、さらに過度温度イベントの決定に時間を組み入れてもよい。そのようなイベントが発生している又は発生した場合には、過度温度イベント情報がブロック68でメモリ30又は40に蓄積される。過度温度イベントでない場合には、制御はブロック70に移行する。ブロック70では、過度温度イベントがメモリ30又は40から読みだされる。ブロック72では、該読みだされた過度温度イベント情報に基づいて診断が行われる。他の構成では、ブロック72で、該読みだされた過度温度イベントに基づいて測定された温度の値の補償を含む他のタイプのステップが行われることができる。さらに、メモリ30又は40から読みだされた過度温度イベント情報は、プロセス制御ループ11を経て所望の他の位置に伝送されることができる。

0020

本発明は好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに形状及び細部について変更することが可能であることを認識するであろう。ここに用いられているような、"測定回路"及び"診断回路"は、温度伝送器の様々な構成要素(components)の中で実施されることができる。例えば、両方の回路はマイクロプロセッサ22の中で実施されることができ、また他の回路を含んでも良い。例えば、測定回路は、アナログ・デジタル変換器、増幅器、電流源等もまた含むことができる。他の構成では、この回路は個別素子(discrete elements)に分散されてもよいし、共有素子(shared elements)を含んでいてもよい。

0021

5・・・工業プロセス制御システム、6・・・制御室、7・・・プロセスパイプ、10・・・伝送器、11・・・2線プロセス制御ループ、18・・・温度センサ(RTD温度センサ、熱電対温度センサ)、30,40・・・メモリ。

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