特許 6575337 差圧測定装置、差圧測定方法、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6575337

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】差圧測定装置、差圧測定方法、プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01L 27/00 20060101AFI20190909BHJP

   G01L 13/06 20060101ALI20190909BHJP

【ＦＩ】

   G01L27/00

   G01L13/06 C

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-238466(P2015-238466)

(22)【出願日】2015年12月7日

(65)【公開番号】特開2017-106735(P2017-106735A)

(43)【公開日】2017年6月15日

【審査請求日】2018年11月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100150304

【弁理士】

【氏名又は名称】溝口 勉

(72)【発明者】

【氏名】谷津 隆弘

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５９４９５８９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５２１８３８５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４１５０２９２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第３１０６８０５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４３２５１１７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平４−１１３２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動電極を挟んで一対の固定電極が対向した差圧センサを用いて、前記可動電極と前記一対の固定電極の間の一対のキャパシタの差動的な容量変化から差圧を測定する差圧測定装置であって、
前記可動電極に作用する差圧値の正負を反転させた場合の一方のキャパシタの容量を算出する算出部と、
前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断する診断部とを備えることを特徴とする差圧測定装置。

【請求項2】

前記診断部が、前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値との差分が許容範囲内か否かに応じて、前記差圧センサの故障を診断することを特徴とする請求項１に記載の差圧測定装置。

【請求項3】

差圧ゼロ状態の前記一対のキャパシタの容量差に基づいて前記一方のキャパシタの容量の算出値を補正する補正部を備え、
前記診断部が、前記補正後の前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の差圧測定装置。

【請求項4】

前記算出部が、前記一方のキャパシタの容量の実測値をＣ１（ｐ）、差圧ゼロ状態の前記一方のキャパシタの容量の実測値をＣ１（０）、寄生容量をＣ_ｋとしたとき、式（１）に基づいて、前記一方のキャパシタの容量の算出値Ｃ１（−ｐ）を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の差圧測定装置。

【数1】

【請求項5】

前記一方のキャパシタの容量の実測値をＣ１（ｐ）、前記他方のキャパシタの容量の実測値をＣ２（ｐ）、寄生容量をＣ_ｋとしたとき、式（２）に基づいて差圧に応じた値Ｆ（ｐ）が求められ、
前記一対のキャパシタの３つ以上の実測値Ｃ１（ｐ）、Ｃ２（ｐ）に基づく３点の前記値Ｆ（ｐ）が直線的に並ぶように、前記寄生容量Ｃ_ｋが設定されることを特徴とする請求項４に記載の差圧測定装置。

【数2】

【請求項6】

可動電極を挟んで一対の固定電極が対向した差圧センサを用いて、前記可動電極と前記一対の固定電極の間の一対のキャパシタの差動的な容量変化から差圧を測定する差圧測定方法であって、
前記可動電極に作用する差圧値の正負を反転させた場合の一方のキャパシタの容量を算出するステップと、
前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断するステップとを有することを特徴とする差圧測定方法。

【請求項7】

差圧測定装置に請求項６に記載の差圧測定方法の各ステップを実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量型の差圧センサを用いて差圧を測定する差圧測定装置、差圧測定方法、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

差圧測定装置で使用される静電容量型の差圧センサは、一対の固定電極の間に可動電極としてのダイヤフラムを配置し、ダイヤフラムの微小変位を一対のキャパシタの差動的な容量変化として検出している。重要設備の制御に使用される差圧測定装置では、この差圧センサの測定値の信頼性を高める必要があり、例えば、差圧センサを二重に設けて各差圧センサの測定値を比較する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。他に測定値の信頼性を高める方法としては、差圧センサの一対のキャパシタの容量値の異常を判定して自己診断を強化する方法が知られている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】IEC 61508-7:2010 Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-related Systems /Part7:Overview of techniques and measures /A.12.1 Reference sensor

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、非特許文献１に記載の測定値の信頼性を高める方法では、差圧測定装置に差圧センサを二重に設けなければならず、コストが増加するという問題がある。また、上記した他の測定値の信頼性を高める方法では、差圧センサの一対のキャパシタの容量値が許容範囲内か否かを診断できる程度で、センサの破損、短絡等の明確な故障だけしか検出することができなかった。このように、従来の差圧測定装置では、差圧センサの故障を高精度に検出することが困難になっていた。

【0005】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、安価かつ簡易な構成で差圧センサの故障を高精度に検出することができる差圧測定装置、差圧測定方法、プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の差圧測定装置は、可動電極を挟んで一対の固定電極が対向した差圧センサを用いて、前記可動電極と前記一対の固定電極の間の一対のキャパシタの差動的な容量変化から差圧を測定する差圧測定装置であって、前記可動電極に作用する差圧値の正負を反転させた場合の一方のキャパシタの容量を算出する算出部と、前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断する診断部とを備えることを特徴とする。

【0007】

本発明の差圧測定方法は、可動電極を挟んで一対の固定電極が対向した差圧センサを用いて、前記可動電極と前記一対の固定電極の間の一対のキャパシタの差動的な容量変化から差圧を測定する差圧測定方法であって、前記可動電極に作用する差圧値の正負を反転させた場合の一方のキャパシタの容量を算出するステップと、前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断するステップとを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、一方のキャパシタが他方のキャパシタと同じように容量変化したと仮定した場合の容量を算出することができる。一対のキャパシタが差動的に容量変化するため、一方のキャパシタの容量の算出値と他方のキャパシタの容量の実測値とを比較することで、一対のキャパシタの対称性を確認することができる。一対のキャパシタの対称性が失われた場合には、差圧センサが物理的に破損しているとして、差圧センサの故障と診断される。よって、安価かつ簡易な構成で差圧センサの故障を高精度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施の形態の差圧測定装置の模式図である。

【図2】本実施の形態の差圧センサの模式図である。

【図3】本実施の形態の差圧測定装置の機能ブロック図である。

【図4】本実施の形態のキャパシタ特性の一例を示す図である。

【図5】本実施の形態の差圧センサの正常時の診断結果の一例を示す図である。

【図6】本実施の形態の差圧センサの故障時の診断結果の一例を示す図である。

【図7】本実施の形態の差圧測定装置による故障診断方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の差圧測定装置について説明する。図１は、本実施の形態の差圧測定装置の模式図である。図２は、本実施の形態の差圧センサの模式図である。なお、差圧測定装置は、図１に示す構成に限定されず、差圧センサは、図２に示す構成に限定されない。図１に示す差圧測定装置及び図２に示す差圧センサは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

【0011】

図１に示すように、差圧測定装置１は、静電容量式の差圧センサ１０の一対のキャパシタＣ１、Ｃ２の差動的な容量変化から差圧（圧力差）を測定するように構成されている。また、差圧測定装置１では、差圧センサ１０がＡ／Ｄ変換器３０を介してマイクロコントローラ（以下、マイコンと称する）２０に接続されており、マイコン２０がＤ／Ａ変換器４０を介して外部機器に接続されている。マイコン２０には、各種パラメータが記憶されたＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）５０が接続されると共に、マイコン２０の出力信号をデジタル変調する通信モデム６０が接続されている。

【0012】

差圧センサ１０のキャパシタＣ１、Ｃ２からＡ／Ｄ変換器３０に容量の実測値が出力され、Ａ／Ｄ変換器３０にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器３０からマイコン２０にキャパシタＣ１、Ｃ２の容量の実測値が出力され、マイコン２０にて容量の実測値に基づいて差圧センサ１０に作用する差圧が算出される。この場合、マイコン２０によってＥＥＰＲＯＭ５０から差圧センサ１０の寄生容量が読み出され、この差圧センサ１０の寄生容量とＡ／Ｄ変換器３０から入力されたキャパシタＣ１、Ｃ２の容量の実測値とに基づいて差圧が測定される。

【0013】

マイコン２０から出力された差圧の測定値は、Ｄ／Ａ変換器４０に出力され、Ｄ／Ａ変換器４０にてデジタル信号からアナログ信号に変換される。そして、Ｄ／Ａ変換器４０から外部のシステム側の制御機器や監視機器（不図示）に差圧の測定値が通知され、差圧センサ１０が取り付けられた流体配管系の制御や監視等が実施される。なお、本実施の形態では、差圧測定装置１が差圧センサ１０を備える構成にしているが、差圧測定装置１が差圧センサ１０とは別体で構成されてもよい。すなわち、差圧測定装置１に対して差圧センサ１０が着脱可能に取り付けられていてもよい。

【0014】

図２に示すように、差圧センサ１０は、可動電極としてのダイヤフラム１１を挟んで一対の固定電極１２ａ、１２ｂを対向させた、いわゆる平行平板型の静電容量式の圧力センサで構成されている。差圧センサ１０には、ダイヤフラム１１と固定電極１２ａによってキャパシタＣ１が形成され、ダイヤフラム１１と固定電極１２ｂによってキャパシタＣ２が形成されている。また、一対の固定電極１２ａ、１２ｂにはそれぞれ小孔１３ａ、１３ｂが形成されており、各固定電極１２ａ、１２ｂの小孔１３ａ、１３ｂを通じてダイヤフラム１１の両面に圧力ｐｌ、ｐｈが作用している。

【0015】

ダイヤフラム１１に対して固定電極１２ａ、１２ｂ側から圧力ｐｌ、ｐｈが入力されると、差圧ｐ（＝ｐｈ−ｐｌ）に比例してダイヤフラム１１がΔｄだけ変位する。一対の固定電極１２ａ、１２ｂの間でダイヤフラム１１が変位するため、一方の固定電極１２ａ（固定電極１２ｂ）にダイヤフラム１１が近付いた分だけ、他方の固定電極１２ｂ（固定電極１２ａ）からダイヤフラム１１が遠ざかっている。このように、ダイヤフラム１１の変位量に応じて固定電極１２ａ−ダイヤフラム１１の間隔と固定電極１２ｂ−ダイヤフラム１１の間隔とが可変され、キャパシタＣ１、Ｃ２の静電容量が差動的に変化される。

【0016】

このように構成された差圧測定装置１では、キャパシタＣ１の容量の実測値をＣ１（ｐ）、キャパシタＣ２の容量の実測値をＣ２（ｐ）、寄生容量をＣ_ｋにしたとき、式（１）の中辺の算出式に基づいて差圧ｐに比例した値Ｆ（ｐ）が求められる。また、値Ｆ（ｐ）は、ダイヤフラム１１の変位量をΔｄ、差圧ゼロ時の固定電極１２とダイヤフラム１１の間隔をｄにしたとき、式（１）の右辺のように表される。なお、寄生容量Ｃ_ｋは電極以外の部分の導体間で発生する容量であり、差圧ｐは差圧センサ１０に加わる最大差圧を１とした場合の比率である。

【数1】

【0017】

このとき、キャパシタＣ１、Ｃ２の容量の実測値Ｃ１（ｐ）、Ｃ２（ｐ）は、寄生容量をＣ_ｋ、ダイヤフラム１１の変位量をΔｄ、差圧ゼロ時の固定電極１２とダイヤフラム１１の間隔をｄ、電極面積をＳ、真空の誘電率をε_０、封入圧力媒体の比誘電率をε_ｒにしたとき、式（２）、（３）のように表される。

【数2】

【数3】

【0018】

ところで、差圧測定装置１は、石油プラント、化学プラント等の重要設備の制御に使用されるため、差圧センサ１０の故障等を検出して測定値の信頼性を確保しなければならない。差圧センサ１０を二重に設置することによって測定値の信頼性を確保する方法も考えられるが、構成が複雑になると共にコストが増加するという問題がある。そこで、本実施の形態の差圧測定装置１では、差圧センサ１０の一対のキャパシタＣ１、Ｃ２が差動的に容量変化することに着目して、キャパシタＣ１、Ｃ２の容量の対称性が失われているか否かに応じて差圧センサ１０の故障を検出するようにしている。

【0019】

具体的には、一方のキャパシタＣ１（Ｃ２）が他方のキャパシタＣ２（Ｃ１）と同じ向きに容量変化した場合を想定する。差圧センサ１０が正常であれば、差圧ｐに応じたキャパシタＣ２（Ｃ１）の容量の変化と、差圧値の正負を反転させた場合のキャパシタＣ１（Ｃ２）の容量の変化と同じになるはずである。すなわち、差圧−ｐが加えられた場合のＣ１（−ｐ）、Ｃ２（−ｐ）をそれぞれＣ１’（ｐ）、Ｃ２’（ｐ）とすると、以下の式（４）の関係のように対称性が保たれている。以下の説明ではＣ１’（ｐ）、Ｃ２’（ｐ）をＣ１（ｐ）、Ｃ２（ｐ）の圧力反転値と呼ぶこととする。

【数4】

【0020】

一方で、差圧センサ１０が物理的に破損している場合には、キャパシタＣ１、Ｃ２の容量の対称性が失われていることが多い。このため、一対のキャパシタＣ１、Ｃ２のいずれか一方の圧力反転値Ｃ１’（ｐ）、Ｃ２’（ｐ）といずれか他方の実測値Ｃ２（ｐ）、Ｃ１（ｐ）を比較することで、差圧センサ１０の故障を診断することが可能になっている。よって、差圧測定装置１に差圧センサ１０を二重に設けることなく、圧力反転値を算出することで差圧センサ１０の故障を検出でき、差圧センサ１０から出力された測定値の信頼性を確保することができる。

【0021】

以下、図３を参照して、差圧測定装置による故障診断処理について説明する。図３は、本実施の形態の差圧測定装置の機能ブロック図である。なお、図３の機能ブロック図は、一例を示しており、適宜変更が可能である。また、以下の説明では、キャパシタＣ１の圧力反転値とキャパシタＣ２の実測値を比較する構成を説明しているが、キャパシタＣ２の圧力反転値とキャパシタＣ１の実測値を比較する場合も同様である。

【0022】

図３に示すように、差圧測定装置１には、キャパシタＣ１の算出値として圧力反転値を算出する算出部２１、圧力反転値を補正する補正部２２、差圧センサ１０の故障を診断する診断部２３が設けられている。算出部２１は、ダイヤフラム１１に作用する差圧値の正負を反転させた場合のキャパシタＣ１の容量である圧力反転値（Ｃ１’（ｐ））を算出する。この場合、圧力反転値は、上記の式（２）、式（３）、式（４）から式（５）のように表される。

【数5】

【0023】

差圧ゼロ状態を考えて、上記の式（２）の差圧をゼロにすると、式（６）に示すようにε_０ε_ｒＳ／ｄが求められる。

【数6】

【0024】

また、上記の式（２）が式（７）に示すように変形されてΔｄ／ｄ＊ｐが求められ、式（７）に対して上記の式（６）が代入されて、式（８）に示すようにε_０ε_ｒＳ／ｄが除去される。

【数7】

【数8】

【0025】

そして、上記圧力反転値の式（５）に対して上記の式（６）、式（８）が代入されて式（９）が求められる。このように、キャパシタＣ１の容量の実測値をＣ１（ｐ）、差圧がゼロ状態のキャパシタＣ１の容量の実測値をＣ１（０）、寄生容量をＣ_ｋとしたとき、式（９）に基づいて、キャパシタＣ１の容量の算出値Ｃ１（−ｐ）、すなわち圧力反転値Ｃ１’（ｐ）が算出される。

【数9】

【0026】

ところで、差圧センサ１０の実製品には、差圧ゼロ状態のキャパシタＣ１、Ｃ２の容量差が誤差として生じている。補正部２２は、この差圧ゼロ状態のキャパシタＣ１、Ｃ２の容量差に基づいて圧力反転値Ｃ１’（ｐ）を補正する。例えば、式（１０）に示すように、上記の式（９）の圧力反転値Ｃ１’（ｐ）から誤差（Ｃ１（０）−Ｃ２（０））が減算されることで、補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）が算出される。このように、差圧ゼロ状態のキャパシタの容量の実測値Ｃ１（０）、Ｃ２（０）、寄生容量Ｃ_ｋを予めメモリ等に格納しておけば補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）を算出することができる。

【数10】

【0027】

診断部２３は、キャパシタＣ１の補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）とキャパシタＣ２の実測値Ｃ２（ｐ）とを比較して差圧センサ１０の故障を診断する。理想的な一対のキャパシタＣ１、Ｃ２が完全対称で形成されていると仮定すると、補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）と実測値Ｃ２（ｐ）とが一致するはずである。しかしながら、実製品には電極面積や寄生容量等にわずかな差があるので完全に一致することはない。よって、診断部２３は、補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）と実測値Ｃ２（ｐ）との差分（Ｃ１’’（ｐ）−Ｃ２（ｐ））が許容範囲内か否かに応じて故障を診断している。

【0028】

診断時の許容範囲は、測定圧力範囲及び使用温度範囲の全般に亘り、差圧センサ１０の正常時には誤判定にならないように設定される。補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）と実測値Ｃ２（ｐ）との差分が許容範囲内の場合には、差圧センサ１０が正常と診断される。一方、補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）と実測値Ｃ２（ｐ）との差分が許容範囲から外れる場合には、差圧センサ１０が故障と診断される。診断部２３によって差圧センサ１０が故障と診断された場合には、差圧測定装置１から外部のシステム側の制御機器や監視機器に故障警報がアナログ出力又はデジタル出力される。

【0029】

なお、算出部２１、補正部２２、診断部２３は、マイコン２０（図１参照）のプロセッサやメモリ等により構成されている。メモリは、上記したＥＥＰＲＯＭ５０（図１参照）に限られず、用途に応じてＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成されてもよい。また、メモリには、算出部２１、補正部２２、診断部２３による算出ステップ、補正ステップ、診断ステップを含む差圧測定方法を差圧測定装置に実行させるプログラム等が記憶されている。

【0030】

図４から図６を参照して、キャパシタ特性および診断処理の一例について説明する。図４は、本実施の形態のキャパシタ特性の一例を示す図である。図５は、本実施の形態の差圧センサの正常時の診断結果の一例を示す図である。図６は、本実施の形態の差圧センサの故障時の診断結果の一例を示す図である。なお、図４から図６においては説明の便宜上、図２及び図３の符号を使用して説明する。

【0031】

図４に示すように、一対のキャパシタＣ１、Ｃ２はダイヤフラム１１に作用する差圧に応じて差動的に容量が変化している。

【0032】

図５に示すように、キャパシタＣ１がキャパシタＣ２と同じ向きに容量変化した場合の補正後の圧力反転値Ｃ１’’を算出したところ、キャパシタＣ２の曲線に近い圧力反転値Ｃ１’’の曲線が得られている。キャパシタＣ１の圧力反転値Ｃ１’’とキャパシタＣ２の容量の実測値との差分（Ｃ１’’−Ｃ２）を調べたところ、最低差圧（ｐ＝−１００％）で最も差分が大きくなっている。この差分は差圧センサ１０の製造時に生じた誤差に過ぎず、許容範囲の上限値と下限値の間に収まっているため、差圧センサ１０は正常であると診断される。

【0033】

これに対し、図６に示す他の差圧センサ１０では、キャパシタＣ２が特定差圧（ｐ＝５０％）で容量が急峻に変化しているが、キャパシタＣ１にはこのような急峻な変化が見られない。キャパシタＣ１の補正後の圧力反転値Ｃ１’’の曲線を算出したところ、特定差圧（ｐ＝５０％）でキャパシタＣ２の曲線と圧力反転値Ｃ１’’の曲線とが大きく異なって完全に対称性が失われている。キャパシタＣ１の圧力反転値Ｃ１’’とキャパシタＣ２の容量の実測値との差分（Ｃ１’’−Ｃ２）が特定差圧（ｐ＝５０％）で許容範囲の下限値を下回るため、差圧センサ１０は故障であると診断される。

【0034】

続いて、図７を参照して、差圧測定装置による故障診断方法の流れについて説明する。図７は、本実施の形態の差圧測定装置による故障診断方法のフローチャートである。なお、図７の故障診断方法は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、図７においては説明の便宜上、図１から図３の符号を使用して説明する。

【0035】

図７に示すように、先ず差圧センサ１０にてキャパシタＣ１、Ｃ２の実測値Ｃ１（ｐ）、Ｃ２（ｐ）が検出される（ステップＳ０１）。ダイヤフラム１１に差圧が加わった分だけ、キャパシタＣ１、Ｃ２の容量が差動的に変化している。次に、算出部２１によってキャパシタＣ１の容量の実測値Ｃ１（ｐ）から、上記の式（９）に基づいてダイヤフラム１１に作用する差圧値の正負を反転させた場合の圧力反転値Ｃ１’（ｐ）が算出される（ステップＳ０２）。このとき、ＥＥＰＲＯＭ５０に記憶された寄生容量Ｃ_ｋ、差圧ゼロ状態の実測値Ｃ１（０）、Ｃ２（０）が圧力反転値の算出に使用されている。

【0036】

なお、寄生容量Ｃ_ｋ、差圧ゼロ状態の実測値Ｃ１（０）、Ｃ２（０）は、差圧測定用のパラメータとして事前にＥＥＰＲＯＭ５０に登録されている。寄生容量Ｃ_ｋは上記の式（１）の項になっている。キャパシタＣ１、Ｃ２の３つ以上の実測値Ｃ１（ｐ）、Ｃ２（ｐ）について、上記の式（１）から差圧に比例した３点以上の値Ｆ（ｐ）が求められ、これら３点以上の値Ｆ（ｐ）が直線的に並ぶ関係になるように寄生容量Ｃ_ｋが設定される。また、差圧ゼロ状態の実測値Ｃ１（０）、Ｃ２（０）のデータは、差圧測定装置１の製造工程で取得されている。

【0037】

次に、補正部２２によって差圧ゼロ状態の実測値Ｃ１（０）、Ｃ２（０）の容量差によって圧力反転値Ｃ１’（ｐ）が補正され、上記の式（１０）に示すように補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）が求められる（ステップＳ０３）。補正値は、差圧ゼロ状態の実測値Ｃ１（０）、Ｃ２（０）と同様に事前にＥＥＰＲＯＭ５０に登録されていている。次に、診断部２３によってキャパシタＣ１の補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）とキャパシタＣ２の実測値Ｃ２（ｐ）との差分が許容範囲か否かが判定される（ステップＳ０４）。

【0038】

この場合、補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）と実測値Ｃ２（ｐ）の差分が許容範囲内であれば（ステップＳ０４でＹｅｓ）、診断部２３によって差圧センサ１０が正常であると診断される（ステップＳ０５）。一方で、補正後の圧力反転値Ｃ１’’（ｐ）と実測値Ｃ２（ｐ）の差分が許容範囲外であれば（ステップＳ０４でＮｏ）、診断部２３によって差圧センサ１０が故障していると診断される（ステップＳ０６）。差圧センサ１０が故障している場合には、外部のシステム側の制御機器等に故障警報が通知されて、差圧センサ１０の修理又は交換がオペレータに促される。

【0039】

以上のように、本実施の形態の差圧測定装置１によれば、一方のキャパシタＣ１が他方のキャパシタＣ２と同じように容量変化したと仮定した場合の容量を算出することができる。キャパシタＣ１、Ｃ２が差動的に容量変化するため、キャパシタＣ１の容量の算出値（圧力反転値）とキャパシタＣ２の容量の実測値とを比較することで、キャパシタＣ１、Ｃ２の対称性を確認することができる。キャパシタＣ１、Ｃ２の対称性が失われた場合には、差圧センサ１０が物理的に破損しているとして、差圧センサ１０の故障と診断される。よって、安価かつ簡易な構成で差圧センサ１０の故障を高精度に検出することができる。

【0040】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

【0041】

例えば、本実施の形態において、キャパシタＣ１、Ｃ２のいずれか一方の圧力反転値といずれか他方の実測値との差分が許容範囲内か否かに応じて差圧センサ１０の故障が診断されたが、この構成に限定されない。差圧センサ１０の故障診断は、一対のキャパシタＣ１、Ｃ２のいずれか一方の圧力反転値といずれか他方の実測値とを比較して、差圧センサ１０の故障を診断する構成であればよく、他に適切な比較方法を採用することができる。

【0042】

また、本実施の形態において、差圧ゼロ状態のキャパシタＣ１、Ｃ２の容量差に基づいて圧力反転値を補正する構成にしたが、この構成に限定されない。キャパシタＣ１、Ｃ２の差圧ゼロ状態の誤差が小さければ、圧力反転値を補正しなくてもよいし、補正の代わりに故障判定時の許容範囲を広げるようにしてもよい。

【0043】

また、本実施の形態において、可動電極としてダイヤフラム１１を例示したが、この構成に限定されない。可動電極は、一対の固定電極１２ａ、１２ｂの間で差圧によって変位可能に構成されていれば、どのように構成されてもよい。

【0044】

下記に、上記の実施形態における特徴点を整理する。
上記実施形態に記載の差圧測定装置は、可動電極を挟んで一対の固定電極が対向した差圧センサを用いて、前記可動電極と前記一対の固定電極の間の一対のキャパシタの差動的な容量変化から差圧を測定する差圧測定装置であって、前記可動電極に作用する差圧値の正負を反転させた場合の一方のキャパシタの容量を算出する算出部と、前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断する診断部とを備えることを特徴とする。

【0045】

また、上記実施形態に記載の差圧測定方法は、可動電極を挟んで一対の固定電極が対向した差圧センサを用いて、前記可動電極と前記一対の固定電極の間の一対のキャパシタの差動的な容量変化から差圧を測定する差圧測定方法であって、前記可動電極に作用する差圧値の正負を反転させた場合の一方のキャパシタの容量を算出するステップと、前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断するステップとを有することを特徴とする。

【0046】

これらの構成によれば、一方のキャパシタが他方のキャパシタと同じように容量変化したと仮定した場合の容量を算出することができる。一対のキャパシタが差動的に容量変化するため、一方のキャパシタの容量の算出値と他方のキャパシタの容量の実測値とを比較することで、一対のキャパシタの対称性を確認することができる。一対のキャパシタの対称性が失われた場合には、差圧センサが物理的に破損しているとして、差圧センサの故障と診断される。よって、安価かつ簡易な構成で差圧センサの故障を高精度に検出することができる。

【0047】

また、上記実施形態に記載の差圧測定装置において、前記診断部が、前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値との差分が許容範囲内か否かに応じて、前記差圧センサの故障を診断する。この構成によれば、簡易な算出処理によって差圧センサの故障を診断することができる。

【0048】

また、上記実施形態に記載の差圧測定装置において、差圧ゼロ状態の前記一対のキャパシタの容量差に基づいて前記一方のキャパシタの容量の算出値を補正する補正部を備え、前記診断部が、前記補正後の前記一方のキャパシタの容量の算出値と前記他方のキャパシタの容量の実測値とを比較して前記差圧センサの故障を診断する。この構成によれば、差圧センサの実製品の差圧ゼロ状態で、一対のキャパシタに生じる誤差を考慮して差圧センサの故障を診断することができる。

【0049】

また、上記実施形態に記載の差圧測定装置において、前記算出部が、前記一方のキャパシタの容量の実測値をＣ１（ｐ）、差圧ゼロ状態の前記一方のキャパシタの容量の実測値をＣ１（０）、寄生容量をＣ_ｋとしたとき、式（１１）に基づいて、前記一方のキャパシタの容量の算出値Ｃ１（−ｐ）が算出される。

【数11】

【0050】

また、上記実施形態に記載の差圧測定装置において、前記一方のキャパシタの容量の実測値をＣ１（ｐ）、前記他方のキャパシタの容量の実測値をＣ２（ｐ）、寄生容量をＣ_ｋとしたとき、式（１２）に基づいて差圧に応じた値Ｆ（ｐ）が求められ、前記一対のキャパシタの３つ以上の実測値Ｃ１（ｐ）、Ｃ２（ｐ）に基づく３点の前記値Ｆ（ｐ）が直線的に並ぶように、前記寄生容量Ｃ_ｋが設定される。

【数12】

【0051】

また、上記実施形態に記載のプログラムは、差圧測定装置に上記の差圧測定方法の各ステップを実行させる。この構成によれば、差圧測定装置にプログラムをインストールすることで、差圧測定装置に安価かつ簡易な構成で差圧センサの故障を高精度に検出させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0052】

以上説明したように、本発明は、安価かつ簡易な構成で差圧センサの故障を高精度に検出できるという効果を有し、特に、石油プラント、化学プラント等の重要設備に用いられる差圧測定装置、差圧測定方法、プログラムに有用である。

【符号の説明】

【0053】

１ 差圧測定装置
１０ 差圧センサ
１１ ダイヤフラム（可動電極）
１２ａ、１２ｂ 固定電極
２１ 算出部
２２ 補正部
２３ 診断部
Ｃ１ 一方のキャパシタ
Ｃ２ 他方のキャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】