(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】
(24)【登録日】2023-11-24
(45)【発行日】2023-12-04
(54)【発明の名称】プロセストランスミッタ及び試験方法
(51)【国際特許分類】
G01L 27/00 20060101AFI20231127BHJP
【ＦＩ】
G01L27/00
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2022517514
(86)(22)【出願日】2020-05-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-21
(86)【国際出願番号】 US2020031008
(87)【国際公開番号】W WO2021061202
(87)【国際公開日】2021-04-01
【審査請求日】2022-03-23
(31)【優先権主張番号】16/580,266
(32)【優先日】2019-09-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】597115727
【氏名又は名称】ローズマウント インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092772
【弁理士】
【氏名又は名称】阪本 清孝
(74)【代理人】
【識別番号】100119688
【弁理士】
【氏名又は名称】田邉 壽二
(72)【発明者】
【氏名】ルワージー，ベネット レオン
(72)【発明者】
【氏名】ワインホールド，ニコラス アーロン
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特開平７－４３２３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－３５２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第５６３１６０２（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４３５９４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２
Ｇ０１Ｌ２７／００－２７／０２
Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００
Ｇ０１Ｆ １／００－ ９／０２
Ｇ０１Ｆ１５／００－１５／１８
Ｇ０１Ｄ２１／００－２１／０２
Ｈ０１Ｌ２９／８４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロセストランスミッタであって、感知したプロセス変数に応答して変化する電気的特性を有し、それによって感知されたプロセス変数を表すセンサ出力を提供するプロセス変数センサと、
前記プロセス変数センサの電気的特性と同じ種類の電気的特性を有し、前記プロセス変数センサの電気的特性を決定するために使用される部材を備えて前記プロセス変数センサの状態を検出する試験回路と、
前記試験回路の前記プロセス変数センサへの接続と前記試験回路の前記プロセス変数センサからの切断とを選択的に行うように構成されるスイッチと、
前記プロセス変数の測定値を取得すること、
前記スイッチを制御すること、
前記試験回路が前記プロセス変数センサに接続されているときの前記センサ出力と、前記試験回路が前記プロセス変数センサから切断されているときの前記センサ出力とを比較することによって、前記プロセス変数センサの状態を検出すること、および、
前記状態および前記測定値を外部制御ユニットに通信すること、
を行うように構成されるコントローラと、
を備える、プロセストランスミッタ。
【請求項2】
前記コントローラは、前記試験回路が前記プロセス変数センサに接続されているときの前記センサ出力と、前記試験回路が前記プロセス変数センサから切断されているときの前記センサ出力との差を計算することと、
前記差と基準値との比較に基づいて、前記プロセス変数センサの前記状態を判定することと、
を行うように構成される、請求項１のプロセストランスミッタ。
【請求項3】
前記プロセストランスミッタは、感知した温度を表す温度出力を有する温度センサを含み、前記プロセス変数センサの前記状態は、前記温度出力に基づく、請求項２のプロセストランスミッタ。
【請求項4】
前記プロセス変数センサは差圧センサを備えており、前記差圧センサは、第１センサボディセルと第２センサボディセルとの間に支持されて、第１出力リード線に接続されているダイヤフラムと、
前記第１センサボディセル内に支持されて、第２出力リード線に接続されている第１コンデンサ電極と、
前記第２センサボディセル内に支持されて、第３出力リード線に接続されている第２コンデンサ電極と、を備えており、
前記センサ出力は、前記第１および第２の出力リード線間で測定される第１静電容量と、前記第１と第３の出力リード線間で測定される第２静電容量との差に基づく、請求項２のプロセストランスミッタ。
【請求項5】
前記試験回路はコンデンサを備える、請求項４のプロセストランスミッタ。
【請求項6】
前記コンデンサおよび前記スイッチは、前記第１および第２の出力リード線間に直列に接続されており、前記コントローラが前記スイッチを閉じると、前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続することになり、前記スイッチを開くと、前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断することになる、請求項５のプロセストランスミッタ。
【請求項7】
前記コンデンサおよび前記スイッチは並列に接続されて並行回路を形成し、前記並行回路は前記第３出力リード線と直列に接続されており、前記コントローラが前記スイッチを開くと、前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続することになり、前記スイッチを閉じると、前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断することになる、請求項５のプロセストランスミッタ。
【請求項8】
前記プロセス変数センサはひずみゲージセンサを備えており、前記ひずみゲージセンサは、１対の入力端子および１対の出力端子を有するホイートストンブリッジ構成の４つのひずみゲージであって、前記ひずみゲージの各々が前記入力端子の１つと前記出力端子の１つとの間に直列に接続されている、４つのひずみゲージと、
前記入力端子の１つに電流を導入するように構成される電流源と、を備えており、
前記センサ出力は、前記出力端子間の電圧に基づく、請求項２のプロセストランスミッタ。
【請求項9】
前記試験回路は抵抗器を備える、請求項８のプロセストランスミッタ。
【請求項10】
前記抵抗器および前記スイッチは前記ひずみゲージの１つと並列に接続されており、前記コントローラが前記スイッチを閉じると、前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続することになり、前記スイッチを開くと、前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断することになる、請求項９のプロセストランスミッタ。
【請求項11】
前記抵抗器および前記スイッチは並列に接続されて並列回路を形成し、前記並列回路は前記ひずみゲージの１つと直列に接続されており、前記コントローラが前記スイッチを開くと、前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続することになり、前記スイッチを閉じると、前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断することになる、請求項９のプロセストランスミッタ。
【請求項12】
前記プロセス変数センサは温度センサを備え、前記試験回路は抵抗器を備える、請求項２のプロセストランスミッタ。
【請求項13】
前記プロセストランスミッタは安全偏差を有しており、前記試験回路が前記プロセス変数センサに接続されているときの前記センサ出力は、前記試験回路が前記プロセス変数センサから切断されているときの前記センサ出力の安全偏差の二分の一未満である、請求項２のプロセストランスミッタ。
【請求項14】
プロセストランスミッタのコントローラを使用して、感知されたプロセス変数に応答して変化し、それによって感知されたプロセス変数を示すセンサ出力を提供する電気的特性を有するプロセス変数センサを試験する方法であって、前記プロセス変数センサの電気的特性と同じタイプの電気的特性を有し、プロセス変数センサの状態を決定するために使用される部材を備える試験回路を前記プロセス変数センサから切断するようにスイッチを設定する手順と、
前記プロセス変数センサから、感知したプロセス変数を表す第１センサ出力を取得する手順と、
前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続するように前記スイッチを設定する手順と、
前記プロセス変数センサから第２センサ出力を取得する手順と、
前記第１および第２のセンサ出力を比較することを含む、前記プロセス変数センサの状態を検出する手順と、
前記状態を外部制御ユニットに通信する手順と、を含む、試験方法。
【請求項15】
前記プロセス変数センサの状態を検出することは、前記第１および第２のセンサ出力間の差を計算する手順と、
前記差を基準値と比較する手順と、
を含む、請求項１４の試験方法。
【請求項16】
前記プロセス変数センサは差圧センサを備えており、前記差圧センサは、第１センサボディセルと第２センサボディセルとの間に支持されて、第１出力リード線に接続されているダイヤフラムと、
前記第１センサボディセル内に支持されて、第２出力リード線に接続されている第１コンデンサ電極と、
前記第２センサボディセル内に支持されて、第３出力リード線に接続されている第２コンデンサ電極と、を備えており、
前記センサ出力は、前記第１および第２の出力リード線間で測定される第１静電容量と、前記第１および第３の出力リード線間で測定される第２静電容量との差に基づいており、
前記試験回路はコンデンサを備えており、
前記コンデンサおよび前記スイッチは、前記第１および第２の出力リード線間に直列に接続されており、
前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを開くことを含み、
前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを閉じることを含む、請求項１５の試験方法。
【請求項17】
前記プロセス変数センサは差圧センサを備えており、前記差圧センサは、第１センサボディセルと第２センサボディセルとの間に支持されて、第１出力リード線に接続されているダイヤフラムと、
前記第１センサボディセル内に支持されて、第２出力リード線に接続されている第１コンデンサ電極と、
前記第２センサボディセル内に支持されて、第３出力リード線に接続されている第２コンデンサ電極と、を備えており、
前記センサ出力は、前記第１および第２の出力リード線間で測定される第１静電容量と、前記第１および第３の出力リード線間で測定される第２静電容量との差に基づいており、
前記試験回路はコンデンサを備えており、
前記コンデンサおよび前記スイッチは並列に接続されて並列回路を形成し、前記並列回路は前記第３出力リード線と直列に接続されており、
前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを閉じることを含み、
前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを開くことを含む、請求項１５の試験方法。
【請求項18】
前記プロセス変数センサはひずみゲージセンサを備えており、前記ひずみゲージセンサは、１対の入力端子および１対の出力端子を有するホイートストンブリッジ構成の４つのひずみゲージであって、前記ひずみゲージの各々が前記入力端子の１つと前記出力端子の１つとの間に直列に接続されている、４つのひずみゲージと、
前記入力端子の１つに電流を導入するように構成される電流源と、を備えており、
前記センサ出力は前記出力端子間の電圧に基づいており、
前記試験回路は抵抗器を備えており、
前記抵抗器および前記スイッチは前記ひずみゲージの１つと並列に接続されており、
前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを開くことを含み、
前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを閉じることを含む、請求項１５の試験方法。
【請求項19】
前記プロセス変数センサはひずみゲージセンサを備えており、前記ひずみゲージセンサは、１対の入力端子および１対の出力端子を有するホイートストンブリッジ構成の４つのひずみゲージであって、前記ひずみゲージの各々は前記入力端子の１つと前記出力端子の１つとの間に直列に接続されている、４つのひずみゲージと、
前記入力端子の１つに電流を導入するように構成される電流源と、を備えており、
前記センサ出力は前記出力端子間の電圧に基づいており、
前記試験回路は抵抗器を備えており、
前記抵抗器および前記スイッチは並列に接続されて並列回路を形成し、前記並列回路は前記ひずみゲージの１つと直列に接続されており、
前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを閉じることを含み、
前記試験回路を前記プロセス変数センサに接続するように前記スイッチを設定する手順は、前記スイッチを開くことを含む、請求項１５の試験方法。
【請求項20】
前記プロセストランスミッタは、感知した温度を表す温度出力を有する温度センサを含み、前記プロセス変数センサの前記状態の検出は、前記温度出力に基づく、請求項１５の試験方法。
【請求項21】
前記プロセス変数センサは温度センサを備えており、前記試験回路は抵抗器を備える、請求項１５の試験方法。
【請求項22】
前記プロセス変数センサの前記状態を検出する手順は、前記試験回路を前記プロセス変数センサから切断するように前記スイッチを設定する手順と、
前記プロセス変数センサから、前記プロセス変数を表す第３センサ出力を取得する手順と、
前記第１、第２および第３のセンサ出力に基づいて、前記プロセス変数センサの前記状態を検出する手順と、
を含む、請求項１４の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は、工業プロセストランスミッタに関し、より具体的には、工業プロセストランスミッタのプロセス変数センサの監視に関する。
【背景技術】
【0002】
プロセストランスミッタなどの工業プロセスフィールドデバイスは、工業プロセスの制御システムおよび監視システムにおいて、工業プロセス変数を監視して、例えば、化学、石油、ガス、製薬または他の流体処理プラントの制御室にプロセス変数の測定値を通信し返すために使用される。「プロセス変数」という用語は、物質の物理的状態もしくは化学的状態またはエネルギの変換をいう。プロセス変数の例には、圧力、温度、流れ、伝導率、ｐＨおよび他の特性が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
プロセストランスミッタはプロセス変数センサを使用して、プロセス変数を検出または測定する。当該センサは誤作動を起こしたり、または故障したりする可能性があり、その結果、誤ったプロセス変数の測定値になるおそれがある。プロセス変数センサの故障または劣化を検出するには、熟練技術者によるプロセストランスミッタの試験が定期的に必要となるかもしれないが、当該試験にはプロセストランスミッタを長時間オフラインにし、使用を中止し、および／または試験施設に運ぶ必要がありうる。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本開示の実施形態は、一般に、トランスミッタのプロセス変数センサを自己テストする能力を有するプロセストランスミッタ、およびプロセストランスミッタのプロセス変数センサを試験する方法に関する。プロセストランスミッタの一実施形態は、プロセス変数センサと、試験回路と、スイッチと、コントローラとを含む。プロセス変数センサは、感知したプロセス変数を表すセンサ出力を含む。試験回路はプロセス変数センサの状態を検出するように構成される。スイッチは、試験回路のプロセス変数センサへの接続と、試験回路のプロセス変数センサからの切断とを選択的に行うように構成される。コントローラはプロセス変数の測定値を取得し、スイッチを制御し、試験回路がプロセス変数センサに接続されているときのセンサ出力と、試験回路がプロセス変数センサから切断されているときのセンサ出力とを比較することによって、プロセス変数センサの状態を検出し、測定値の状態を外部制御ユニットに通信するように構成される。
【0005】
プロセストランスミッタのプロセス変数センサを試験する方法の一実施形態において、スイッチは試験回路をプロセス変数センサから切断するように設定される。プロセス変数センサから、感知したプロセス変数を表す第１センサ出力が取得される。スイッチが試験回路をプロセス変数センサに接続するように設定されると、プロセス変数センサから第２センサ出力が取得される。第１センサ出力と第２センサ出力との比較に基づいて、プロセス変数センサの状態が検出される。最後に、その状態が外部制御ユニットに通信される。
【0006】
本概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念の抜粋を簡略化した形で紹介するために提供されるものである。本概要は、請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するのではなく、また請求される主題の範囲を判断する一助として使用されることを意図されるものでもない。請求される主題は、背景で述べたいずれかまたはすべての欠点を解決する実施態様に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス測定システムの模式図である。
【図2】本開示の実施形態による、工業プロセストランスミッタのプロセス変数センサの状態を試験する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図3】本開示の実施形態による、差圧センサの模式的な側断面図である。
【図6】本開示の実施形態による、例示的な試験回路と組み合わせた状態の例示的なひずみゲージセンサの模式図である。
【図7】本開示の実施形態による、例示的な試験回路と組み合わせた状態の例示的なひずみゲージセンサの模式図である。
【図8】本開示の実施形態による、例示的な試験回路と組み合わせた状態の例示的な温度センサの模式図である。
【図9】本開示の実施形態による、例示的な試験回路と組み合わせた状態の例示的な温度センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本開示の実施形態を、添付の図面を参照して以下においてより完全に説明する。同じまたは類似の参照文字を用いて識別される要素は、同じまたは類似の要素を表す。本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で実施してもよく、本開示に記載される特定の実施形態に制限されると解釈するべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底した完全なものとなり、当業者に対して本開示の範囲を十分に伝えられるように提供される。
【0009】
図１は、本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス測定システム１００の模式図である。システム１００は、材料を低価値の状態から、石油、化学品、紙、食品等といった、より価値のある有益な製品に変換するために、材料（例えば、プロセス媒体）の加工において使用されてもよい。例えば、システム１００は、原油をガソリン、燃料油および他の石油化学製品に加工することができる工業プロセスを行う石油精製所で使用されてもよい。
【0010】
システム１００は、例えば、タンクまたはパイプなどのプロセス容器に収容することのできる、プロセス媒体１０６に関わる変数などのプロセス変数を感知するためにプロセス変数センサ１０４を利用するプロセストランスミッタ１０２または他のフィールドデバイスを含む。プロセストランスミッタ１０２は、適切なプロセス制御ループを介して、外部のコンピュータ化された制御ユニット１１０と通信するための通信回路１０８を含む。制御ユニット１１０は、図１に図示するように、システム１００の制御室１１２内など、トランスミッタ１０２から遠隔に配置してもよい。
【0011】
いくつかの実施形態において、プロセス制御ループは、２線式制御ループ１１４などの物理的通信リンク、または無線通信リンクを含む。制御ユニット１１０または別の外部コンピューティングデバイスとプロセストランスミッタ１０２との通信は、従来のアナログおよび／またはデジタル通信プロトコルに従って、制御ループ１１４を介して行ってもよい。いくつかの実施形態において、２線式制御ループ１１４は４～２０ミリアンプの制御ループを含み、そこではプロセス変数は２線式制御ループ１１４を流れるループ電流Ｉのレベルによって表されてもよい。例示的なデジタル通信プロトコルは、ＨＡＲＴ（登録商標）通信規格に従うなど、２線式制御ループ１１４のアナログ電流レベルへのデジタル信号の変調を含む。フィールドバスおよびプロフィバス通信プロトコルなど、他の純粋なデジタル技術も採用してもよい。
【0012】
プロセス制御ループの例示的な無線バージョンには、例えば、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）（ＩＥＣ ６２５９１）もしくはＩＳＡ １００．１１ａ（ＩＥＣ ６２７３４）などの無線メッシュネットワークプロトコル、またはＷｉＦｉ、ＬｏＲａ、シグフォックス、ＢＬＥ、もしくは任意の他の適切なプロトコルなどの別の無線通信プロトコルが含まれる。
【0013】
電力は、任意の適切な電源からプロセストランスミッタ１０２に供給してもよい。例えば、プロセストランスミッタ１０２は、制御ループ１１４を流れている電流Ｉによって全体的に電力を供給されてもよい。また、内部または外部のバッテリなど、１つまたは複数の電源を利用して、プロセストランスミッタ１０２に電力を供給してもよい。発電機（例えば、ソーラーパネル、風力発電機等）も、プロセストランスミッタ１０２に電力を供給するため、またはプロセストランスミッタ１０２が使用する電源を充電するために、使用してもよい。
【0014】
いくつかの実施形態において、トランスミッタ１０２は、命令の実行に応答して、本明細書に説明される１つまたは複数の機能を行うためにトランスミッタ１０２の構成要素を制御する１つまたは複数のプロセッサ（すなわち、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置等）を表してもよいコントローラ１２０を含み、該命令は、例えば、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、光記憶装置または磁気記憶装置など、一時的な波もしくは信号を含まない任意の適切な特許主題適格なコンピュータ可読媒体またはメモリ１２２にローカルに格納することができる。コントローラ１２０のプロセッサは１つまたは複数のコンピュータベースのシステムの構成要素であってもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１２０は、本明細書に説明する１つまたは複数の機能を行うようにトランスミッタ１０２の構成要素を制御するために使用される、１つまたは複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数のプログラマブルハードウェア構成要素を含む。
【0015】
上記述べたように、プロセス媒体１０６に関連するプロセス変数など、工業プロセスに関するプロセス変数を感知するために、センサ１０４を使用してもよい。この感知機能は、感知モードで動作するときにプロセス変数を示すセンサ出力１２６を生成するセンサ回路１２４を使用して促進してもよい。センサ出力１２６はコントローラ１２０で処理してから、通信回路１０８を使用して制御ユニット１１０または別の外部コンピューティングデバイスに通信されてもよい。
【0016】
上述したように、プロセス変数センサは劣化や故障することがあり、その結果、誤ったプロセス変数測定値を出す可能性がある。プロセス変数センサの劣化または故障を検出するために、従来のプロセストランスミッタは試験のためにオフラインにして、おそらく試験施設に運ばれる。そのため、このようなフィールドデバイスの定期試験はコストがかかり、大幅なダウンタイムを招く可能性がある。
【0017】
本開示の実施形態は、テストモードでプロセス変数センサ１０４を動作させるために使用される試験回路１３０を含み、該テストモードでは、正しく動作しているかどうかを判定する１つまたは複数の診断テストがセンサ１０４に行われる。いくつかの実施形態において、試験回路１３０は、プロセス変数センサ１０４の状態を表すテストモードセンサ出力１２６'を生成するように、センサ回路１２４を変える。
【0018】
コントローラ１２０は、試験回路１３０をセンサ回路１２４に接続するようにスイッチ１３２を制御することによって、テストモードを起動する。コントローラはテストモードセンサ出力１２６'を使用して、センサ１０４の現在の状態を判定する。現在の状態は、センサ１０４が正しく（例えば、正常な動作範囲内）動作しているか、または異常に動作しているかを示すことができる。コントローラ１２０は、プロセス制御ループ（例えば、物理的なまたは無線の通信リンク）を介して通信回路１０８を使用して、現在の状態を制御ユニット１１０または別の外部コンピューティングデバイスに通信してもよい。コントローラ１２０は、スイッチ１３２を使用して試験回路１３０をセンサ回路１２４から切断することによって、センサ１０４を感知モードに戻すことができる。
【0019】
いくつかの実施形態において、トランスミッタ１０２は温度出力１３６を有する温度センサ１３４を含み、該温度出力１３６は、プロセス変数センサ１０４の温度など、プロセストランスミッタ１０２に関する温度を示してもよい。例えば、コントローラ１２０は温度出力を使用して、センサ１０４を感知モードで動作させているときに感知したプロセス変数を示すセンサ出力１２６を補償し、および／またはセンサ１０４をテストモードで動作させているときにテストモードセンサ出力１２６'を補償してもよい。
【0020】
図２は、本開示の実施形態による、工業プロセストランスミッタ１０２のプロセス変数センサ１０４の状態を試験する例示的な方法を示すフローチャートである。方法ステップは、例えば、コントローラ１２０のプロセッサがメモリ１２２（図１）に格納されているプログラム命令を実行することに応答してなど、コントローラ１２０を使用して行ってもよい。
【0021】
方法ステップ１４０で、センサ回路１２４からなど、センサ１０４から試験回路１３０を切断するようにスイッチ１３２を設定すると、センサ１０４を感知モードで動作させるようになる。これは、図１に示すように、例えば、コントローラ１２０からのスイッチ信号１４１を使用したスイッチ１３２の開閉を伴ってもよい。
【0022】
方法ステップ１４２で、感知したプロセス変数を表す第１センサ出力１２６（感知モードのセンサ出力）がプロセス変数センサ１０４から取得される。上述したように、感知したプロセス変数は、例えば、プロセス媒体１０６に関係してもよい。
【0023】
スイッチ１３２は、方法ステップ１４４で、試験回路１３０をプロセス変数センサ１０４またはセンサ回路１２４に接続するように設定される。この試験回路１３０の設定は、図１に示すように、コントローラ１２０からのスイッチ信号１４１を使用して行ってもよい。その結果、トランスミッタ１０２はテストモードになる。
【0024】
方法ステップ１４６で、プロセス変数センサ１０４から第２センサ出力１２６'（テストモードのセンサ出力）が取得される。第２センサ出力１２６'は、試験回路１３０により第１センサ出力１２６によって示される値とはずれた値を示す。
【0025】
方法ステップ１４８で、第１センサ出力１２６および第２センサ出力１２６'に基づいて、プロセス変数センサ１０４の状態が検出される。いくつかの実施形態において、プロセス変数センサ１０４の状態は、第１センサ出力１２６と第２センサ出力１２６'とのずれによって示される。このように、方法ステップ１４８の実施形態は、第１センサ出力１２６と第２センサ出力１２６'との差を計算するなど、第１センサ出力１２６と第２センサ出力１２６'とを比較することによって、プロセス変数センサ１０４の状態を検出することを含む。センサ出力１２６と１２６'とのずれをさらに、メモリ１２２内に格納してもよい基準値１４９と比較して、プロセス変数センサ１０４の状態を判定してもよい。例えば、センサ出力１２６と１２６'との差が基準値１４９よりも小さい場合は、プロセス変数センサ１０４は正常な動作状態を有すると判定することができ、センサ出力１２６と１２６'との差が基準値１４９と一致するか、またはそれを超える場合は、プロセス変数センサ１０４の状態は異常（例えば、劣化、誤作動等）であると判定することができる。例えば、異常な状態とは、センサの抵抗の変化、望ましくない漏洩電流、電源の変更、容量性センサの場合は、センサのコンデンサ誘電体の変化またはセンサ回路１２４のエラーを示すことがある。
【0026】
ステップ１４８のいくつかの実施形態において、プロセス変数センサ１０４の状態は、さらに、温度センサ１３４が出力する温度信号出力によって示される温度に基づく。例えば、温度センサ１３４が示す温度を使用して、センサ出力１２６および／またはセンサ出力１２６'が示す値を調整してもよい。付加的に、温度センサ１３４が示す温度を使用して、基準値１４９を調整してもよい。
【0027】
いくつかの実施形態において、試験回路は、感知モードのセンサ出力１２６から、安全偏差の二分の一など、安全偏差よりも低いセンサ出力１２６'を出すように構成される。例えば、試験回路は、トランスミッタ１０２の安全偏差が約２％のとき、感知モードのセンサ出力１２６の１％未満のセンサ出力１２６'を出すように構成してもよい。
【0028】
いくつかの応用には、テストモードのセンサ出力１２６'とセンサ出力１２６との変動がトランスミッタ１０２の安全偏差以内であるために、テストモードのセンサ出力１２６'をトランスミッタ１０２の通常の動作中に使用してもよく、それによってトランスミッタ１０２をプロセス変数センサ１０４の試験中にオンラインのままにさせる。したがって、プロセス変数センサ１０４の試験は、トランスミッタ１０２をオフラインにする必要なく行うことができる。付加的に、トランスミッタ１０２をオフラインにする必要がある場合でも、プロセス変数センサ１０４の試験を短時間（例えば、１０秒未満）で完了させることができ、その結果トランスミッタ１０２の動作に対しての最低限の中断となる。
【0029】
一実施形態において、センサ１０４からのセンサ出力１２６'またはトランスミッタ１０２により送信されるセンサ出力は、スイッチ１３２による試験回路１３０の接続による変化を考慮するために補償してもよい。代替的に、センサ１０４の試験中、トランスミッタ１０２は、センサ１０４の試験が完了するまで、最後のセンサ出力１２６に関連する値を送信するように構成してもよい。いずれのアプローチも、トランスミッタ１０２の動作に対するセンサ試験の実施の影響を最小化する。
【0030】
方法ステップ１５０で、プロセス変数センサ１０４の状態を、通信回路１０８を使用して、制御ユニット１１０（図１）などの外部制御ユニット、または別のコンピューティングデバイスに通信してもよい。
【0031】
ステップ１４８の後かつステップ１５０の前に、追加の方法ステップを行ってもよい。例えば、スイッチ１３２を元の状態に戻して、センサ１０４の動作を感知モードにさせてもよい。付加的に、さらに第３センサ出力１２６を検出して、センサ１０４の状態の検出に使用してもよい。
【0032】
試験回路１３０は、プロセス変数センサ１０４の種類およびセンサ回路１２４の構成に応じて異なる形態を取ってもよい。プロセス変数センサは、例えば、プロセス媒体１０６の圧力など、プロセス変数を検出するためのひずみゲージまたは静電容量センサを含んでもよい。図３は、本開示の実施形態による、静電容量センサを有する例示的な差圧センサ１０４Ａを含む圧力トランスミッタ１０２Ａの模式的な側断面図である。
【0033】
トランスミッタ１０２Ａは、差圧センサ１０４Ａを含め、トランスミッタ１０２Ａの電子機器を格納して、環境条件から保護するハウジング１６０を含んでもよい。ハウジング１６０はベース１６２を含み、当該ベース１６２はプロセス開口部１６４Ａおよび１６４Ｂなどの１つまたは複数のプロセス開口部１６４を含んでもよい。プロセス開口部１６４は、プロセスインターフェース１６８によるなど、適切な接続によりプロセス媒体１０６に連結してもよい。
【0034】
例示的なトランスミッタ１０２Ａは、図３に図示するように、それぞれプロセス開口部１６４Ａおよび１６４Ｂに与えられる、それぞれプロセス媒体１０６の圧力Ｐ１およびＰ２に曝されているダイヤフラム１７０Ａおよび１７０Ｂを含んでもよい。ダイヤフラム１７０Ａおよび１７０Ｂは圧力Ｐ１およびＰ２を受けて湾曲する。湾曲したダイヤフラム１７０Ａおよび１７０Ｂは、感知された圧力をライン１７２Ａおよび１７２Ｂを通して圧力センサ１０４Ａに伝えるが、当該ラインには非圧縮性の流体（例えば、油圧流体）を充填してもよい。
【0035】
図４および図５は、本開示の実施形態による、例示的な試験回路１３０と組み合わせた状態の図３に図示する例示的な差圧センサ１０４Ａの側断面図である。差圧センサ１０４Ａは１対のセンサボディセル１７４Ａおよび１７４Ｂを含み、これらは総称してセル１７４ということもある。セル１７４の各々は、内部キャビティ１８０を画定する凹面壁１７８を有する椀状の金属ハウジング１７６を含む。各センサボディセル１７４の流体流路１８２は、セル１７４を貫通して延びていて、ライン１７２を内部キャビティ１８０に連結するが、内部キャビティ１８０にも非圧縮性の流体が充填される。感知ダイヤフラム１８４はセル１７４間に支持されるとともに、キャビティ１８０を略等しい２つの対向するキャビティ半体１８０Ａおよび１８０Ｂに分割する。ダイヤフラム１８４はプロセス圧力Ｐ１およびＰ２を受けて撓み、当該プロセス圧力Ｐ１およびＰ２はそれぞれライン１７２Ａおよび１７２Ｂおよび流体流路１８２を通して内部キャビティ半体１８０Ａおよび１８０Ｂに伝達されるものである。撓んだダイヤフラム１８４の変位量は、圧力Ｐ１とＰ２との差に比例する。
【0036】
ダイヤフラム１８４の壁１７８に対する位置が、静電容量センサ１９０Ａおよび１９０Ｂなどの１つまたは複数の静電容量センサ１９０を使用して検出される。静電容量センサ１９０は、各々が壁１７８に装着されているコンデンサ電極１９２と、導電性ダイヤフラム１８４とを含む。センサ回路１２４はリード線１９４Ａ、１９４Ｂおよび１９４Ｃを含み、静電容量センサ１９０の各々の静電容量を受けるために、それぞれコンデンサ電極１９２およびダイヤフラム１８４の各々に連結されている。したがって、静電容量センサ１９０Ａの静電容量はリード線１９４Ａおよび１９４Ｃを使用して取得され、静電容量センサ１９０Ｂの静電容量はリード線１９４Ｂおよび１９４Ｃを通して取得される。センサ出力１２６は、センサ１９０の一方または両方からの静電容量、またはセンサ１９０Ａと１９０Ｂとの静電容量（センサ出力１２６）の差を含んでもよい。このように、センサ出力１２６は、ダイヤフラム１８４の位置およびダイヤフラム１８４両側の差圧（Ｐ１－Ｐ２）を表してもよい。
【0037】
図４に図示するように、試験回路１３０の一実施形態は、リード線１９４Ａなど、コンデンサ電極１９２に接続されているリード線１９４のうちの１本と、ダイヤフラム１８４に接続されているリード線１９４Ｃとの間に、スイッチ１３２と直列に接続されているコンデンサ２００を含む。任意の適切なコンデンサ２００を試験回路１３０に使用してもよい。例えば、センサ１０４Ａがゼロの差圧で３０ピコファラドのアクティブ静電容量を有する場合、コンデンサ２００は、０．３ピコファラドコンデンサなど、０．２～０．４ピコファラドコンデンサとして、感知モードのセンサ出力１２６から約１％シフトしているテストモード出力１２６'を提供してもよい。
【0038】
コントローラ１２０がスイッチ１３２を閉じると、試験回路１３０をセンサ１０４Ａまたはそのセンサ回路に接続して、センサ１０４Ａをテストモードにすることになり、スイッチ１３２を開くと、試験回路１３０をセンサ１０４Ａまたはそのセンサ回路から切断して、センサ１０４Ａを感知モードにすることになる。テストモード（スイッチ１３２が閉じている）のとき、静電容量センサ１９０Ａから出力される静電容量は、センサ１０４Ａを感知モード（スイッチ１３２が開いている）で動作させるときの値からシフトしている、またはずれている。上述するように、これら２つの値のずれをコントローラ１２０で基準値１４９（図１）と比較して、センサ１０４Ａが正常に動作しているか、または異常に動作しているかを判定してもよい。
【0039】
図５に図示する試験回路１３０の実施形態は、スイッチ１３２と並列に接続されているコンデンサ２０２を含んで、並列回路２０４を形成する。並列回路２０４は、図５に図示するように、リード線１９０Ｂなど、コンデンサ電極１９２に接続されているリード線１９０のうちの１本と直列に接続されている。任意の適切なコンデンサ２０２を試験回路１３０に使用してもよい。例えば、センサ１０４Ａがゼロの差圧で、３０ピコファラドのアクティブ静電容量を有する場合、コンデンサ２０２は、３ナノファラドコンデンサなど、１～４ナノファラドコンデンサとして、感知モードのセンサ出力１２６から約１％シフトしているテストモード出力１２６'を提供してもよい。
【0040】
コントローラ１２０がスイッチ１３２を開くと、試験回路１３０をセンサ１０４Ａまたはそのセンサ回路に接続して、センサ１０４Ａをテストモードにすることになり、スイッチ１３２を閉じると、試験回路１３０をセンサ１０４Ａまたはそのセンサ回路から切断して、センサ１０４Ａを感知モードにすることになる。テストモード（スイッチ１３２が開いている）のとき、静電容量式センサ１９０Ｂから出力される静電容量は、センサ１０４Ａが感知モード（スイッチ１３２が閉じている）で動作しているときの値からシフトしている、またはずれている。これら２つの値のずれをコントローラ１２０で基準値１４９（図１）と比較して、センサ１０４Ａが正常に動作しているか、または異常に動作しているかを判定してもよい。
【0041】
ひずみゲージセンサは、センサに対するひずみに応答して変化する抵抗を有する。ひずみゲージセンサは、プロセス媒体１０６の流れに曝されるフィルタ要素、またはプロセス媒体１０６での圧力に曝されるダイヤフラムなど、要素に対するひずみを検出することにより、圧力センサとして使用されることが知られている。図６および図７は、本開示の実施形態による、例示的な試験回路１３０と組み合わせた状態の例示的なひずみゲージセンサ１０４Ｂの模式図である。センサ１０４Ｂのセンサ回路１２４はホイートストンブリッジ構成の４つのひずみゲージ２１０Ａ～２１０Ｄを含み、１対の入力端子２１２および１対の出力端子２１４を含む。ひずみゲージ２１０の各々は、入力端子２１２の１つと出力端子２１４の１つとの間に直列に接続されている。センサ回路１２４は、入力端子２１２の１つに電流を導入するように構成される電流源または電圧源２１６も含む。センサ出力１２６は、出力端子２１４間の電圧に基づいており、ひずみゲージ２１０に加わるひずみに応答して変動する。
【0042】
いくつかの実施形態において、図６および図７に図示するように、試験回路１３０は抵抗２２０を含む。試験回路１３０の抵抗２２０はスイッチ１３２と直列に接続してもよく、抵抗２２０およびスイッチ１３２は、図６に図示するように、ひずみゲージ２１０Ｂなど、ひずみゲージ２１０のうちの１つと並列に接続してもよい。この実施例では、抵抗２２０およびスイッチ１３２は入力端子２１２の１つおよび出力端子２１４の１つと直列に接続してもよい。試験回路１３０に任意の適切な抵抗２２０を使用してもよい。例えば、センサ１０４Ｂが１０キロオームの公称ブリッジ抵抗および２０ミリボルト／ボルトのゲージ率を有する場合、抵抗２２０は、１０メガオームなど、およそ８～１２メガオームとして、感知モードのセンサ出力１２６から約１％シフトしているテストモード出力１２６'を提供してもよい。
【0043】
コントローラ１２０がスイッチ１３２を閉じると、試験回路１３０をセンサ１０４Ｂまたはセンサ回路１２４に接続して、センサ１０４Ｂをテストモードにすることになり、スイッチ１３２を開くと、試験回路１３０をセンサ１０４Ｂまたはセンサ回路１２４から切断して、センサ１０４Ｂを感知モードにすることになる。テストモード（スイッチ１３２が閉じている）のとき、センサ出力（出力端子間の電圧）は、センサ１０４Ｂを感知モード（スイッチ１３２が開いているとき）で動作しているときの値からシフトしている、またはずれている。上述したように、これら２つの値間のずれをコントローラ１２０で基準値１４９（図１）と比較して、センサ１０４Ｂが正常で動作しているか、または異常に動作しているかを判定してもよい。
【0044】
図７に図示する試験回路１３０の抵抗２２０は、スイッチ１３２と並列に接続されて並列回路２２２を形成する。並列回路２２２は、図７に図示するように、入力端子２１２の１つと出力端子２１４の１つとの間に、ひずみゲージ２１０Ｃなど、ひずみゲージ２１０のうちの１つと直列に接続されている。試験回路１３０の抵抗に任意の適切な抵抗２２０を使用してもよい。例えば、センサ１０４Ｂが１０キロオームの公称ブリッジ抵抗および２０ミリボルト／ボルトのゲージ率を有する場合、抵抗を、１０オームなど、およそ８～１２オームにして、感知モードのセンサ出力１２６から約１％シフトしているテストモード出力１２６'を提供してもよい。
【0045】
コントローラ１２０がスイッチ１３２を開くと、試験回路１３０をセンサ１０４Ｂまたはセンサ回路１２４に接続して、センサ１０４Ｂをテストモードにすることになり、スイッチ１３２を閉じると、試験回路１３０をセンサ１０４Ｂまたはセンサ回路１２４から切断して、センサ１０４Ｂを感知モードにすることになる。テストモード（スイッチ１３２が開いている）のとき、センサ出力（出力端子間の電圧）は、センサ１０４Ｂが感知モード（スイッチ１３２が閉じているとき）で動作しているときの値からシフトしている、またはずれている。これら２つの値のずれをコントローラ１２０で基準値１４９（図１）と比較して、センサ１０４Ｂが正常に動作しているか、または異常に動作しているかを判定してもよい。
【0046】
抵抗温度検出器（例えば、白金抵抗温度計）などの温度センサは、センサの温度に応答して変化する抵抗を有する。印加される電圧に応答してセンサを流れる電流を検出する、または印加される電流に応答してセンサにわたる電圧を検出するなど、従来の手法を用いてセンサの抵抗を検出することにより、このようなセンサを使用して温度を検出する。
【0047】
図８および図９は、本開示の実施形態による、例示的な試験回路１３０と組み合わせた状態の例示的な温度センサ１０４Ｃの模式図である。温度センサ１０４Ｃのセンサ回路１２４は、その温度に依存する抵抗２３０を含む。付加的に、センサ回路１２４は、抵抗にわたる電圧を印加する電圧源２３２など、抵抗２３０の値を検出するための従来の回路系と、例えば、抵抗２３０を流れる電流を検出するための回路系とを含んでもよい。センサ出力１２６は印加電圧に応答して抵抗２３０を流れる電流を示してもよく、それから、例えば、抵抗２３０の値および検出温度を判定することができる。
【0048】
いくつかの実施形態において、図８および図９に図示するように、試験回路１３０は抵抗２３４を含む。図８に図示するように、試験回路１３０の抵抗２３４はスイッチ１３２と直列に接続されてもよく、抵抗２３４およびスイッチ１３２は抵抗２３０と並列に接続されてもよい。
【0049】
試験回路１３０に任意の適切な抵抗２３４を使用してもよい。例えば、抵抗２３０が１００オームの白金抵抗温度計で、５°Ｆの公称シフトが望ましい場合、例えば、抵抗２３４の値は１０キロオームにしてもよい。
【0050】
コントローラ１２０がスイッチ１３２を閉じると、試験回路１３０をセンサ１０４Ｃまたはセンサ回路１２４に接続して、センサ１０４Ｃをテストモードにすることになり、スイッチ１３２を開くと、試験回路１３０をセンサ１０４Ｃまたはセンサ回路１２４から切断して、センサ１０４Ｃを感知モードにすることになる。テストモード（スイッチ１３２が閉じている）のとき、センサ出力１２６（例えば、抵抗２３０にわたる電流）は、センサ１０４Ｃが感知モード（スイッチ１３２が開いている）で動作しているときの値からシフトしている、またはずれている。上述したように、これら２つの値のずれをコントローラ１２０で基準値１４９（図１）と比較して、センサ１０４Ｂが正常に動作しているか、または異常に動作しているかを判定してもよい。
【0051】
図９に図示する試験回路１３０の抵抗２３４は、スイッチ１３１２と並列に接続されて並列回路２３６を形成する。並列回路２３６は、図９に図示するように、抵抗２３０と直列に接続されている。試験回路１３０の抵抗に任意の適切な抵抗２３４を使用してもよい。例えば、抵抗２３０が１００オームの白金抵抗温度計で、５°Ｆの公称シフトが望ましい場合、例えば、抵抗２３４の値は１オームにしてもよい。
【0052】
コントローラ１２０がスイッチ１３２を開くと、試験回路１３０をセンサ１０４Ｃまたはセンサ回路１２４に接続して、センサ１０４Ｃをテストモードにすることになり、スイッチ１３２を閉じると、試験回路１３０をセンサ１０４Ｃまたはセンサ回路１２４から切断して、センサ１０４Ｃを感知モードにすることになる。テストモード（スイッチ１３２が開いている）のとき、センサ出力（例えば、抵抗２３０にわたる電流）は、センサ１０４Ｃが感知モード（スイッチ１３２が閉じているとき）で動作しているときの値からシフトしている、またはずれている。これら２つの値のずれをコントローラ１２０で基準値１４９（図１）と比較して、センサ１０４Ｃが正常に動作しているか、または異常に動作しているかを判定してもよい。
【0053】
本開示の実施形態を好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、形態および細部に変更を行えることを認識するであろう。
【符号の説明】
【0054】
１００ システム
１０２ プロセストランスミッタ
１０４ プロセス変数センサ
１０６ プロセス媒体
１０８ 通信回路
１１０ 外部制御ユニット
１１２ 制御室
１１４ 制御ループ
１２０ コントローラ
１２２ メモリ
１２４ センサ回路
１２６ センサ出力
１３０ 試験回路
１３２ スイッチ
１３４ 温度センサ
１３６ 温度出力
１０２ プロセストランスミッタ
１０４ プロセス変数センサ
１０６ プロセス媒体
１０８ 通信回路
１１０ 外部制御ユニット
１１２ 制御室
１１４ 制御ループ
１２０ コントローラ
１２２ メモリ
１２４ センサ回路
１２６ センサ出力
１３０ 試験回路
１３２ スイッチ
１３４ 温度センサ
１３６ 温度出力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】