(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】2023-12-27
(45)【発行日】2024-01-11
(54)【発明の名称】振動プローブおよび計測装置
(51)【国際特許分類】
G01H 17/00 20060101AFI20231228BHJP
【ＦＩ】
G01H17/00 D
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021019127
(22)【出願日】2021-02-09
(65)【公開番号】P2022122060
(43)【公開日】2022-08-22
【審査請求日】2022-02-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000137889
【氏名又は名称】株式会社ミヤワキ
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100176304
【弁理士】
【氏名又は名称】福成 勉
(72)【発明者】
【氏名】吉川 成雄
【審査官】中村 圭伸
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－２２７７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６１－０１９７３１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平０１－０６７５３７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭５９－１２０９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０１１９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１１２５６５７５（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｈ １７／００
Ｇ０１Ｈ １／００ － １／１６
Ｇ０１Ｈ １１／０８
Ｇ０１Ｍ ９９／００
Ｇ０１Ｋ １／００ － １９／００
Ｆ１６Ｔ １／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒形状を有するとともに、計測対象物の表面に先端が直に当接される探触棒と、前記探触棒の前記先端から入力される前記計測対象物の振動に基づく電気信号を生成する振動センサと、
柱状の外観形状を有し、前記探触棒と前記振動センサとの間に介挿されるとともに、前記探触棒の前記先端から入力された前記振動を前記振動センサに伝達可能なように前記探触棒および前記振動センサと接合される台座部と、
を備える振動プローブであって、
該振動プローブに対しては、前記計測対象物の表面温度を計測する温度プローブが付随して設けられており、
前記温度プローブは、前記表面温度の計測時において、前記計測対象物の表面に先端が当接されるとともに、前記探触棒に並ぶ状態で延びるように配される筒状のハウジングと、前記ハウジング内を配策され、前記ハウジングの前記先端の近傍で互いに接合された２本の熱電対素線と、を備え、
前記ハウジングは、当該ハウジングにおける前記先端とは反対側の他端部が前記台座部に接合されているとともに、前記計測対象物の表面と前記台座部との間において、前記探触棒に対して並列となるように、前記台座部に接合された付属部材として設けられており、
前記探触棒、前記台座部、および前記付属部材は、それぞれが一体の部材で構成されており、
前記探触棒および前記ハウジングのそれぞれは、前記台座部に対して外嵌された状態で外周側からビス止めされることで接合されている、
振動プローブ。
【請求項2】
請求項１に記載の振動プローブにおいて、前記ハウジングは、前記探触棒と非接触の状態で、前記探触棒の筒内中空部に配されている、
振動プローブ。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の振動プローブにおいて、前記振動センサが生成する前記電気信号は、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域において、互いに共振周波数が異なる３つのピークを有する波形の信号であり、
前記３つのピークは、９ｋＨｚ～１１ｋＨｚの範囲内に共振周波数を有する第１ピークと、前記第１ピークの前記共振周波数よりも低い周波数帯域内に共振周波数を有する第２ピークと、前記第１ピークの前記共振周波数よりも高い周波数帯域内に共振周波数を有する第３ピークとで構成されている、
振動プローブ。
【請求項4】
計測対象物の振動の強度を計測する計測装置であって、請求項１から請求項３の何れかに記載の振動プローブを備える、
計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動プローブおよび計測装置に関し、特に、蒸気や復水が流れるスチーム配管やスチームトラップ等を計測対象とする計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
蒸気が流通する配管設備から復水（ドレン）のみを排出する用途に用いられるスチームトラップが知られている。また、当該スチームトラップやその入り口部分のスチーム配管の振動の強度および表面温度を計測し、それらの相互関係から蒸気漏れの有無を診断することが行われている。このような診断には、スチームトラップ等の振動の強度を計測するための振動プローブと、スチームトラップ等の表面温度を計測するための温度センサとを備える計測装置が用いられる。
【0003】
ここで、計測装置としては、作業者が携帯する可搬タイプのものと、スチームトラップ等に振動プローブや温度センサが固定された設置タイプのものとがある。特許文献１には、可搬タイプの計測装置が開示され、特許文献２には、設置タイプの計測装置が開示されている。例えば、特許文献２に開示の計測装置における振動プローブは、一端が計測対象物に当接される検出針と、検出針の他端が接合される伝達板と、伝達板における検出針とは反対側の主面に接合される振動センサとを有する。また、温度プローブは、円環形状の板材で形成され、振動プローブにおける検出針の上記一端の周りを囲むように配される接触板と、接触板に各一端が接続され、各他端が回路基板に接続された２本の熱電対線とを有する。
【0004】
特許文献１，２に開示の計測装置では、振動プローブにおける検出針の上記一端と、温度プローブにおける接触板とが計測対象物の表面に当接されることで、計測対象物における当接部分での振動の強度と表面温度とを計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－２１５２６７号公報
【文献】特許第６４３９０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
スチームトラップ等における蒸気漏れの有無を診断するために用いられる上記のような計測装置では、検出針から入力された振動を音として捉え、振動センサで電気信号に変換される。そして、振動センサで変換された電気信号は、当該信号を演算処理する回路基板に送られる。回路基板では、振動センサから送られた電気信号を振幅値として読み取り、Ａ／Ｄ変換後に積分して、蒸気信号として振動の強度が算出される。
【0007】
しかしながら、従来技術に係る計測装置では、振動センサで生成される電気信号（蒸気信号）が１つまたは２つのピークしか有さない波形であり、当該波形を積分して得られる積分値が小さく計測精度が低いという問題がある。
【0008】
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、高い計測精度をもって計測対象物の振動の強度を計測することができる振動プローブおよび計測装置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】
【0009】
本発明の一態様に係る振動プローブは、探触棒と、振動センサと、台座部と、を備える。前記探触棒は、筒形状を有するとともに、計測対象物の表面に先端が直に当接される。前記振動センサは、前記探触棒の前記先端から入力される前記計測対象物の振動に基づく電気信号を生成する。前記台座部は、柱状の外観形状を有し、前記探触棒と前記振動センサとの間に介挿されるとともに、前記探触棒の前記先端から入力された前記振動を前記振動センサに伝達可能なように前記探触棒および前記振動センサと接合される。
本態様に係る振動プローブに対しては、前記計測対象物の表面温度を計測する温度プローブが付随して設けられている。前記温度プローブは、前記表面温度の計測時において、前記計測対象物の表面に先端が当接されるとともに、前記探触棒に並ぶ状態で延びるように配される筒状のハウジングと、前記ハウジング内を配策され、前記ハウジングの前記先端の近傍で互いに接合された２本の熱電対素線と、を備える。前記ハウジングは、当該ハウジングにおける前記先端とは反対側の他端部が前記台座部に接合されているとともに、前記計測対象物の表面と前記台座部との間において、前記探触棒に対して並列となるように、前記台座部に接合された付属部材として設けられている。そして、本態様に係る振動プローブでは、前記探触棒、前記台座部、および前記付属部材は、それぞれが一体の部材で構成されている。
また、本態様に係る振動プローブにおいて、前記探触棒および前記ハウジングのそれぞれは、前記台座部に対して外嵌された状態で外周側からビス止めされることで接合されている。
本態様に係る振動プローブに対しては、前記計測対象物の表面温度を計測する温度プローブが付随して設けられている。前記温度プローブは、前記表面温度の計測時において、前記計測対象物の表面に先端が当接されるとともに、前記探触棒に並ぶ状態で延びるように配される筒状のハウジングと、前記ハウジング内を配策され、前記ハウジングの前記先端の近傍で互いに接合された２本の熱電対素線と、を備える。前記ハウジングは、当該ハウジングにおける前記先端とは反対側の他端部が前記台座部に接合されているとともに、前記計測対象物の表面と前記台座部との間において、前記探触棒に対して並列となるように、前記台座部に接合された付属部材として設けられている。そして、本態様に係る振動プローブでは、前記探触棒、前記台座部、および前記付属部材は、それぞれが一体の部材で構成されている。
また、本態様に係る振動プローブにおいて、前記探触棒および前記ハウジングのそれぞれは、前記台座部に対して外嵌された状態で外周側からビス止めされることで接合されている。
【0010】
上記態様に係る振動プローブでは、計測対象物の振動強度の計測時において、計測対象物の表面と振動センサとの間における振動の伝達経路に、探触棒と付属部材と台座部との３つの部材が介在した状態となる。このため、上記態様に係る振動プローブから出力される電気信号においては、３つのピークを少なくとも備える波形を得ることができる。よって、上記態様に係る振動プローブから出力される電気信号をＡ／Ｄ変換し、当該変換後のデータを積分した場合には、２つ以下のピークしか有さない波形に比べて大きな積分値を確保することができる。これより、上記態様に係る振動プローブを用いる場合には、高い計測精度を実現することができる。
【0012】
また、上記態様に係る振動プローブでは、温度プローブのハウジングを上記付属部材として採用する。よって、振動の強度の計測精度を高めるために、余計な部材を設ける必要がなく、振動プローブの大型化を抑制することができ、また、製造コストの上昇も抑制することができる。
【0013】
上記態様に係る振動プローブにおいて、前記ハウジングは、前記探触棒と非接触の状態で、前記探触棒の筒内中空部に配されていてもよい。
【0014】
上記態様に係る振動プローブでは、探触棒の筒内中空部に温度プローブのハウジングが収容されている。よって、上記態様に係る振動プローブを用いれば、計測対象物における表面温度の計測箇所と略同一の箇所で振動の強度を計測することができ、スチームトラップ等における蒸気漏れの有無の診断を高い精度で行うのに優位である。
【0018】
上記態様に係る振動プローブにおいて、前記振動センサが生成する前記電気信号は、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域において、互いに共振周波数が異なる３つのピークを有する波形の信号であってもよい。そして、前記３つのピークは、９ｋＨｚ～１１ｋＨｚの範囲内に共振周波数を有する第１ピークと、前記第１ピークの前記共振周波数よりも低い周波数帯域内に共振周波数を有する第２ピークと、前記第１ピークの前記共振周波数よりも高い周波数帯域内に共振周波数を有する第３ピークとで構成されていてもよい。
【0019】
上記態様に係る振動プローブにおいて、振動センサで生成される電気信号は、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲内に互いに共振周波数が異なる３つのピークを有する波形の信号である。なお、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域は、スチームトラップやスチーム配管等からの蒸気漏れの有無を診断するのに観察が必要となる範囲である。
【0020】
蒸気や復水（ドレン）の何れか一方が流れるスチームトラップ等の計測対象物においてその振動を計測する場合に、１０ｋＨｚ付近の振動周波数を調べることで、計測対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを比較的高い精度で判別できることが知られている。そして、上記態様に係る振動プローブの振動センサで生成される電気信号の波形には、９ｋＨｚ～１１ｋＨｚ（１０ｋＨｚ付近）に共振周波数を有する第１ピークが含まれる。このため、上記態様に係る振動プローブでは、計測対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを高い精度で判別するのに有用である。
【0021】
また、上記態様に係る振動プローブの振動センサで生成される電気信号の波形には、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域に、第１ピークの他に第２ピークおよび第３ピークを有する。このように波形に３つのピークが現れるのは、計測対象物の表面と振動センサとの間の振動伝達経路に、探触棒および台座部の他に付属部材が介在していることに起因している。即ち、計測対象物の表面と振動センサとの間の振動伝達経路に３つの部材が介在しているので、波形に３つのピークが現れる。よって、上述のように、１Ｋｈｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域における電気信号を積分した場合に、１つのピークや２つのピークしか有さない信号に比べて、大きな積分値を得ることができる。これによっても、計測対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを高い精度で判別するのに有用である。
【0022】
本発明の一態様に係る計測装置は、計測対象物の振動の強度を計測する計測装置である。本態様に係る計測装置は、上記の何れかの態様に係る振動プローブを備える。
【0023】
上記態様に係る計測装置では、上記の何れかの態様に係る振動プローブを備えるので、上述のような効果をそのまま得ることができる。
【発明の効果】
【0024】
上記の各態様では、高い計測精度をもって計測対象物の振動の強度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施形態に係る計測装置の構成を示す正面図である。
【図2】プローブの構成を示す斜視図である。
【図4】振動の強度を算出するための制御系統を示すブロック図である。
【図5】回路基板に入力される蒸気信号の波形を示すグラフである。
【図6】比較例に係る計測装置で得られる蒸気信号の波形を示すグラフである。
【図7】変形例に係る計測装置のプローブの構成を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）はその一部を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一例であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【0027】
１．計測装置１の構成
本実施形態に係る計測装置１の構成について、図１を用いて説明する。
本実施形態に係る計測装置１の構成について、図１を用いて説明する。
【0028】
図１に示すように、計測装置１は、扁平直方体形状を有する筐体部１０と、筐体部１０の上面１０ａからＹ方向外向き（上向き）に突出形成されたプローブ１１とを備える。なお、本実施形態に係る計測装置１は、蒸気や復水（ドレン）が流れるスチームトラップやスチーム配管等の計測対象物の状態を検出し、その結果を診断装置（図示を省略。）に無線送信するものである。そして、計測装置１は、計測対象物であるスチームトラップ等の振動の強度および表面温度を計測するための可搬タイプの装置である。
【0029】
筐体部１０は、計測時に作業者が把持する部位である。作業者は、計測時において、例えば、側面１０ｂなどを把持する。筐体部１０の前面（図１の紙面手前側の面）には、上面１０ａに近い部分に表示部１２が設けられ、表示部１２が設けられた部分よりも下方の部分に各種スイッチ１３～１７および電源インジケータ１８が設けられている。
【0030】
表示部１２は、例えば、液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤパネル）で構成されており、計測結果（振動の強度、表面温度）や、当該計測結果に基づく診断結果などの各種情報が表示される。
【0031】
各種スイッチ１３～１７は、計測装置１の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ、各種コマンドを選択・実行するためのコマンドスイッチ、データ表示などの送り／戻しを行うためのスクロールスイッチなどである。
【0032】
また、筐体部１０の内部には、コントローラを構成する回路基板１９が収容されている。コントローラは、ＭＰＵ／ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサと、メモリとを有して構成されている。コントローラは、メモリに予め格納されたファームウェア等を実行することにより、プローブ１１で検出された振動の強度および表面温度の各情報を演算処理する。演算処理された信号は、診断装置に送信される。また、コントローラは、診断装置からの診断結果を受信するとともに、当該診断結果を表示部１２に表示させる機能も有する。
【0033】
【0034】
図２および図３に示すように、プローブ１１は、計測対象物であるスチームトラップ等の振動の強度を検出するための振動プローブ１１１と、スチームトラップ等の表面温度を検出するための温度プローブ１１７とを有する。振動プローブ１１１は、スチームトラップ等からの振動の入力を受ける探触棒１１２と、探触棒１１２に入力された振動の強度に応じて信号を出力する振動センサ（例えば、圧電型加速度センサ）１１４と、探触棒１１２と振動センサ１１４との間に介挿され、探触棒１１２および振動センサ１１４が固定される台座部１１３とを有する。
【0035】
探触棒１１２は、筒軸に沿って延びる円筒形の金属製パイプであって、例えば、ステンレス鋼からなるパイプで構成されている。探触棒１１２における開口１１２ｃの周りを囲む端面１１２ｂがスチームトラップ等の表面に押し当てられる部位（先端）である。探触棒１１２は、外径がＤ１、内径がＤ２、肉厚がｔで形成されている。
【0036】
台座部１１３は、振動センサ１１４が固定された側から順に、大径部１１３ａ、中径部１１３ｂ、小径部１１３ｃを有する。台座部１１３は、例えば、ステンレス鋼から形成されており、大径部１１３ａ、中径部１１３ｂ、および小径部１１３ｃが一体に形成されている。
【0037】
台座部１１３における中径部１１３ｂの外径は、探触棒１１２の内径Ｄ２と略同等、または内径Ｄ２よりも若干大きく設定されている。探触棒１１２は、台座部１１３の中径部１１３ｂに外嵌され、当該探触棒１１２の筒端（図３の右側端部）が台座部１１３における大径部１１３ａの面（図３の左側の面）に突き当てられた状態で、外側からビス１１５により固定されている。なお、台座部１１３における大径部１１３ａおよび中径部１１３ｂは、筐体部１０における上面１０ａ（図１を参照。）よりも筐体部１０の内方に収容された状態となっている。
【0038】
振動センサ１１４は、圧電素子として圧電型セラミックスが使用された圧電型加速度センサにより構成されている。振動センサ１１４は、台座部１１３における大径部１１３ａの後端面１１３ｄにビス１１６により固定されている。これにより、探触棒１１２の端面１１２ｂから入力されたスチームトラップ等の振動は、探触棒１１２および台座部１１３を介して振動センサ１１４に入力される。図２に示すように、振動センサ１１４には、筐体部１０の内方に収容された回路基板１９に対して配線１２３により接続されている。振動センサ１１４は、入力された振動の強度に応じた電気信号を生成し、配線１２３を通じて回路基板１９に当該電気信号を出力する。
【0039】
温度プローブ１１７は、振動プローブ１１１における探触棒１１２の筒内中空部１１２ａ内に配置されている。具体的に、温度プローブ１１７は、探触棒１１２の筒内中空部１１２ａの径方向の略中心部に、探触棒１１２の内周面に対して非接触の状態で配置されている。温度プローブ１１７は、ハウジング１１８と、熱電対素線１１９，１２０と、接触板１２２とを有する。ハウジング１１８は、円筒形状を有し、筒軸が探触棒１１２と同軸となるように配されている。なお、本実施形態では、ハウジングは、例えば、ステンレス鋼からなるパイプで構成されている。
【0040】
熱電対素線１１９，１２０は、ハウジング１１８の筒内中空部１１８ａで配策されている。接触板１２２は、図示を省略する弾性部材により、ハウジング１１８の筒内中空部１１８ａ側から外側に向けて付勢されている。接触板１２２は、外部から力が付加されていない自然状態において、ハウジング１１８の開口および探触棒１１２の開口１１２ｃから外方に突出しており、外力を受けることで内方に押し込まれるように構成されている。このため、温度プローブ１１７のハウジング１１８についても、スチームトラップ等の表面に当接または近接し、スチームトラップ等の振動が入力される。
【0041】
なお、熱電対素線１１９，１２０は、例えば、一方がクロメル線であり、他方がアルメル線で構成されている。熱電対素線１１９，１２０は、それぞれがガラス繊維やフッ素樹脂等の被覆材によって被覆されている。熱電対素線１１９と熱電対素線１２０とは、各一端同士が接触板１２２の同じ位置で接合されている（接合部１２１）。これにより、接触板１２２によって熱電対素線１１９，１２０を含む熱電対の測温接点が構成されている。そして、接触板１２２の外側の主面１２２ａがスチームトラップ等の表面に当接することで、スチームトラップ等の表面温度が検出される。そして、図２および図３に示すように、温度プローブ１１７において、熱電対素線１１９，１２０は、台座部１１３に形成された溝部１１３ｅを通り配線１２４に接続されている。温度プローブ１１７で検出されたスチームトラップ等の表面温度に関する信号は、当該配線１２４を通じて回路基板１９に出力される。
【0042】
ハウジング１１８は、接触板１２２が出没可能とされた開口とは反対側の開口に台座部１１３の小径部１１３ｃが嵌入され、ビス１２５により固定されている。これにより、台座部１１３には、振動センサ１１４と、探触棒１１２と、ハウジング１１８とが一体に結合されている。
【0043】
３．振動プローブ１１１の具体的構成
蒸気および復水（ドレン）の何れか一方が流れるスチームトラップ等の計測対象物においてその振動を計測した場合、計測対象物を流れる流体が蒸気であるか否かによって、特定の周波数成分の振動強度が大きく異なり、特に、１０ｋＨｚ付近の振動周波数を調べることで、計測対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを比較的高い精度で判別できることが知られている（特開２０１６－０１１９０４号公報）。
蒸気および復水（ドレン）の何れか一方が流れるスチームトラップ等の計測対象物においてその振動を計測した場合、計測対象物を流れる流体が蒸気であるか否かによって、特定の周波数成分の振動強度が大きく異なり、特に、１０ｋＨｚ付近の振動周波数を調べることで、計測対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを比較的高い精度で判別できることが知られている（特開２０１６－０１１９０４号公報）。
【0044】
そのため、スチームトラップ等の蒸気漏れの有無の診断を行う場合に使用する計測装置１の振動プローブ１１１については、１０ｋＨｚ付近の振動強度を高い精度をもって計測できるように振動プローブ１１１を構成することが重要となる。
【0045】
以上の知見を基に、振動プローブ１１１を次のような構成を有するようにすることが重要であることを見出した。
【0046】
図３に示す、振動プローブ１１１の各値について、次の関係式を満たすように設定することができる。
ｆ＝Ｃ×（Ｄ１／Ｌ２） ・・（式１）
上記の関係式において、ｆは共振周波数、Ｃは構成材料が有する振動加速度であり、Ｄ１、Ｌ１は図３に示す各値である。
ｆ＝Ｃ×（Ｄ１／Ｌ２） ・・（式１）
上記の関係式において、ｆは共振周波数、Ｃは構成材料が有する振動加速度であり、Ｄ１、Ｌ１は図３に示す各値である。
【0047】
また、本願発明者は、鋭意検討を重ね、図３に示すように探触棒１１２が筒内中空部１１２ａを有する円筒体であり、内径がＤ２である場合には、形状係数βを考慮して、上記関係式１を次のように変形することができるとの知見を得た。なお、形状係数βは、長さＬ１に占める中空部分の長さＬ２の割合に応じて設定される値である。
ｆ＝Ｃ×（（Ｄ１－Ｄ２）／Ｌ１）×β ・・（式２）
本実施形態では、探触棒１１２を一例としてステンレス鋼で形成する場合に、細径化と強度とのバランスを確保しつつ共振周波数が１０ｋＨｚ付近となるように、上記の関係式２に基づいて、振動プローブ１１１の各値Ｌ１，Ｌ２，Ｄ１，Ｄ２を設定することができる。
ｆ＝Ｃ×（（Ｄ１－Ｄ２）／Ｌ１）×β ・・（式２）
本実施形態では、探触棒１１２を一例としてステンレス鋼で形成する場合に、細径化と強度とのバランスを確保しつつ共振周波数が１０ｋＨｚ付近となるように、上記の関係式２に基づいて、振動プローブ１１１の各値Ｌ１，Ｌ２，Ｄ１，Ｄ２を設定することができる。
【0048】
なお、振動プローブ１１１における探触棒１１２をステンレス鋼以外の金属材料で形成する場合にも、用いるＣの値が異なることとなるが、上記の関係式２に基づいて各値Ｌ１，Ｌ２，Ｄ１，Ｄ２を設定することができる。
【0049】
４．計測装置１における振動の強度を算出するための制御系統
計測装置１における振動の強度を算出するための制御系統について、図４を用いて説明する。なお、図４では、表面温度の算出のための制御系統については図示を省略している。
計測装置１における振動の強度を算出するための制御系統について、図４を用いて説明する。なお、図４では、表面温度の算出のための制御系統については図示を省略している。
【0050】
図４に示すように、計測装置１の回路基板１９には、Ａ／Ｄ変換部１９１と、信号増幅部１９２と、積分値算出部１９３と、振動強度算出部１９４とを有する。Ａ／Ｄ変換部１９１は、振動センサ１１４から配線１２３を介して入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する部位である。信号増幅部１９２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号の振幅を増幅する部位である。積分値算出部１９３は、所定の周波数域における信号の積分値を算出する部位である。振動強度算出部１９４は、積分値算出部１９３で算出された積分値を用いてスチームトラップ５００の振動の強度を算出する部位である。
【0051】
本実施形態に係る計測装置１では、スチームトラップ５００の振動の強度および表面温度を計測する場合に、スチームトラップ５００の表面５００ａに対して探触棒１１２の端面（先端）１１２ｂとハウジング１１８の先端とが当接する。このため、矢印で示すように、探触棒１１２およびハウジング１１８の両方を振動が伝達される。換言すると、計測装置１では、スチームトラップ５００の表面５００ａと振動センサ１１４との間の振動の伝達経路において、探触棒１１２と、台座部１１３と、温度プローブ１１７のハウジング１１８との２つの部材が介在することとなる。なお、本実施形態に係るハウジング１１８は、「付属部材」に該当する。そして、振動の伝達経路において、ハウジング１１８は、探触棒１１２に対して並列に配され、台座部１１３に対して直列に配されている。
【0052】
５．蒸気信号の波形
回路基板１９に入力される蒸気信号（電気信号）の波形について、図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る計測装置１における蒸気信号の波形であり、図６は、比較例に係る計測装置における蒸気信号の波形である。なお、比較例に係る計測装置は、上記特許文献２に開示されているような、中実で長尺状の検出針と、振動センサとの間に板状の接触板が介挿された構造のものである。
回路基板１９に入力される蒸気信号（電気信号）の波形について、図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る計測装置１における蒸気信号の波形であり、図６は、比較例に係る計測装置における蒸気信号の波形である。なお、比較例に係る計測装置は、上記特許文献２に開示されているような、中実で長尺状の検出針と、振動センサとの間に板状の接触板が介挿された構造のものである。
【0053】
図５に示すように、本実施形態に係る計測装置１では、スチームトラップ５００における蒸気漏れの有無を診断するのにあたり考慮が必要な１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域において、３つのピークを有する蒸気信号の波形が得られた。具体的には、共振周波数Ｒｆ１（１０ｋＨｚ付近の周波数）で振幅が最も高いＥ１、共振周波数Ｒｆ２（８ｋＨｚ付近の周波数）で振幅が次に高いＥ２、共振周波数Ｒｆ３（１４ｋＨｚ付近の周波数）で３番目に高いＥ３となっている。なお、共振周波数がＲｆ１のピークが「第１ピーク」、共振周波数がＲｆ２のピークが「第２ピーク」、共振周波数がＲｆ３のピークが「第３ピーク」に該当する。
【0054】
このように、本実施形態に係る計測装置１では、スチームトラップ５００の表面５００ａと振動センサ１１４との間の振動の伝達経路において、探触棒１１２および台座部１１３に加えて、付属部品としてのハウジング１１８を配することで、３つのピークを有する波形を得ることができる。
【0055】
一方、図６に示すように、比較例に係る計測装置では、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域において、２つのピークを有する蒸気信号の波形が得られた。具体的には、共振周波数Ｒｆ９１（Ｒｆ１よりも低い周波数）で振幅が最も高いＥ９１、共振周波数Ｒｆ９２（Ｒｆ１よりも高い周波数）で振幅が低いＥ９２となっている。そして、図６に示すように、比較例の波形では、スチームトラップ５００における蒸気漏れの有無を診断するのに重要となる共振周波数がＲｆ１（１０ｋＨｚ付近）においてピークが存在しない。このような波形は、上記の関係式１，２が考慮されていないことが原因であると考えられる。そして、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域に２つのピークしか有さないのは、比較例に係る計測装置においてはスチームトラップの表面と振動センサとの間の振動の伝達経路において、検出針と接触板との２つの部材しか介在していないことに起因すると考えられる。
【0056】
６．効果
本実施形態に係る振動プローブ１１１では、計測対象物であるスチームトラップ５００の振動強度の計測時において、スチームトラップ５００の表面５００ａと振動センサ１１４との間における振動の伝達経路に、探触棒１１２とハウジング１１８と台座部１１３との３つの部材が介在した状態となる。このため、振動プローブ１１４から出力される電気信号（蒸気信号）においては、共振周波数Ｒｆ１，Ｒｆ２，Ｒｆ３で３つのピークを備える波形を得ることができる。よって、振動プローブ１１１から出力される電気信号をＡ／Ｄ変換し、当該変換後のデータを積分した場合に大きな積分値を確保することができる。これより、本実施形態に係る振動プローブ１１１を採用する計測装置１では、高い計測精度を実現することができる。
本実施形態に係る振動プローブ１１１では、計測対象物であるスチームトラップ５００の振動強度の計測時において、スチームトラップ５００の表面５００ａと振動センサ１１４との間における振動の伝達経路に、探触棒１１２とハウジング１１８と台座部１１３との３つの部材が介在した状態となる。このため、振動プローブ１１４から出力される電気信号（蒸気信号）においては、共振周波数Ｒｆ１，Ｒｆ２，Ｒｆ３で３つのピークを備える波形を得ることができる。よって、振動プローブ１１１から出力される電気信号をＡ／Ｄ変換し、当該変換後のデータを積分した場合に大きな積分値を確保することができる。これより、本実施形態に係る振動プローブ１１１を採用する計測装置１では、高い計測精度を実現することができる。
【0057】
また、本実施形態に係る振動プローブ１１１では、温度プローブ１１７のハウジング１１８を台座部１１３に接合することで、振動の伝達経路において、ハウジング１１８が探触棒１１２と並列、台座部１１３と直列に配された付属部材とすることができる。よって、振動の強度の計測精度を高めるために、余計な部材を設ける必要がなく、振動プローブ１１１の大型化を抑制することができ、また、製造コストの上昇も抑制することができる。
【0058】
また、図５に示したように、本実施形態に係る振動プローブ１において、振動センサ１１４で生成される電気信号は、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲内に互いに共振周波数が異なる（共振周波数がＲｆ１，Ｒｆ２，Ｒｆ３である）３つのピークを有する波形の信号である。なお、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域は、スチームトラップ５００からの蒸気漏れの有無を診断するのに観察が必要となる範囲である。
【0059】
蒸気や復水（ドレン）の何れか一方が流れるスチームトラップ５００においてその振動を計測する場合に、１０ｋＨｚ付近の振動周波数を調べることで、スチームトラップ５００内を流れる流体が蒸気であるか否かを比較的高い精度で判別できることが知られている。そして、振動プローブ１１１の振動センサ１１４で生成される電気信号の波形には、１０ｋＨｚ付近（９ｋＨｚ～１１ｋＨｚ）に共振周波数Ｒｆ１を有する第１ピークが含まれる（振幅がＥ１のピークが含まれる）。このため、振動プローブ１１１では、スチームトラップ５００内を流れる流体が蒸気であるか否かを高い精度で判別するのに有用である。
【0060】
また、振動センサ１１４で生成される電気信号の波形には、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域に、第１ピークの他に第２ピーク（共振周波数がＲｆ２のピーク）および第３ピーク（共振周波数がＲｆ３のピーク）を有する。このように波形に３つのピークが現れるのは、図３を用いて説明したように、スチームトラップ５００の表面５００ａと振動センサ１１４との間の振動伝達経路に、探触棒１１２と台座部１１３の他に温度プローブ１１７のハウジング１１８が介在していることに起因している。よって、積分値算出部１９３で１Ｋｈｚ～２０ｋＨｚの周波数帯域における電気信号を積分した場合に、１つのピークや２つのピークしか有さない信号に比べて、大きな積分値を得ることができる。これによっても、スチームトラップ５００内を流れる流体が蒸気であるか否かを高い精度で判別するのに有用である。
【0061】
また、本実施形態に係る計測装置１では、振動プローブ１１の探触棒１１２が筒形状を有し、当該探触棒１１２の筒内中空部１１２ａ内に温度プローブ１１７のハウジング１１８が収容されている。よって、本実施形態に係る計測装置１では、スチームトラップ５００における表面温度の計測箇所と略同一の箇所で振動の強度を計測することができ、スチームトラップ５００における蒸気漏れの有無の診断を高い精度で行うのに優位である。
【0062】
以上のように、本実施形態に係る振動プローブ１１１および計測装置１では、高い計測精度をもって計測対象物であるスチームトラップ５００の振動の強度を計測することができる。
【0063】
［変形例］
変形例に係る振動プローブ２１１の構成について、図７を用いて説明する。なお、本変形例に係る振動プローブ２１１は、設置タイプの計測装置に採用されるものを想定している。
変形例に係る振動プローブ２１１の構成について、図７を用いて説明する。なお、本変形例に係る振動プローブ２１１は、設置タイプの計測装置に採用されるものを想定している。
【0064】
図７（ａ）に示すように、本変形例に係る振動プローブ２１１は、探触棒２１２と、断熱部材２１５と、台座部２１３と、振動センサ（例えば、圧電型加速度センサ）２１４と、複数のビス２１６とを備える。振動の計測時において、探触棒２１２における断熱部材２１５が接合された側とは反対側の先端がスチームトラップ５００の表面５００ａに当接される。なお、本変形例では、上記実施形態と同様に、ステンレス鋼から形成された探触棒２１２を採用している。
【0065】
探触棒２１２は、断熱部材２１５との接合側において、他の部分に比べて大径の大径部２１２ｄを有し、当該大径部２１２ｄの後端面２１２ｅで断熱部材２１５に当接するように配されている。断熱部材２１５の後端側は、台座部２１３の前端面２１３ｆに当接している。
【0066】
台座部２１３の後端面２１３ｄには、振動センサ２１４が接合されている。
【0067】
図７（ｂ）に示すように、断熱部材２１５は、円筒形状を有し、内方に筒内中空部２１５ａを有する。断熱部材２１５の外周面には、長手方向に沿って２つのネジ孔が開けられている。なお、本実施形態では、アルミナセラミックスから形成された断熱部材２１５を採用している。
【0068】
断熱部材２１５に対しては、後端側の開口から、筒内中空部２１５ａに台座部２１３の嵌入部２１３ｇが嵌入されている。そして、台座部２１３における嵌入部２１３ｇの外周面と断熱部材２１５の内周面とは、互いに直に当接した状態でビス２１６により固定されている。なお、本変形例でも、ステンレス鋼から形成された台座部２１５を採用している。
【0069】
断熱部材２１５の前端側の開口からは、筒内中空部２１５ａに探触棒２１２の嵌入部２１２ｆが嵌入されている。そして、探触棒２１２における嵌入部２１２ｆの外周面と断熱部材２１５の内周面とは、互いに直に当接した状態でビス２１６により固定されている。
【0070】
本変形例に係る振動プローブ２１１では、探触棒２１２と台座部２１３との間に断熱部材２１５が介挿されている。特に設置タイプの計測装置に用いる振動プローブ２１１においては、探触棒２１２の先端が計測対象物であるスチームトラップ５００の表面５００ａに常時当接した状態となるため、スチームトラップ５００からの熱が探触棒２１２に伝達され、探触棒２１２が高温となる。このため、探触棒２１２と台座部２１３との間に断熱部材２１５を介挿することで、探触棒２１２を伝ってきた熱が振動センサ２１４へと伝達されるのを抑制することができる。よって、本変形例に係る振動プローブ２１１では、振動センサ２１４の熱に起因する故障や破損を抑制することができる。
【0071】
また、本変形例に係る振動プローブ２１１では、スチームトラップ５００の表面５００ａと振動センサ２１４との間の振動の伝達経路において、探触棒２１２および台座部２１３の双方と直列に断熱部材２１５を介挿している。このため、本変形例に係る振動プローブ２１１では、断熱部材２１５を「付属部材」として採用することにより、熱による振動センサ２１４の故障や破損を抑制しながら、高い計測精度を実現することができる。
【0072】
ここで、図７（ｂ）に示すように、断熱部材２１５の長さはＬ３である。断熱部材２１５の長さＬ３については、長くし過ぎると共振周波数が低い帯域でピークが出ることになり、逆に、短くし過ぎると探触棒２１２と台座部２１３との間での断熱性能が低下してしまう。よって、断熱部材２１５の長さＬ３については、共振周波数と断熱性能の両観点を考慮して決定することが重要となる。
【0073】
［その他の変形例］
上記実施形態および上記変形例では、計測対象物（スチームトラップ５００）の表面５００ａと振動センサ１１４，２１４との間の振動の伝達経路において、「付属部材」としてハウジング１１８、断熱部材２１５を配することとしたが、本発明は、２つ以上の「付属部材」を配することにしてもよい。この場合に、探触棒や台座部に対して直列・並列の任意の配置も可能である。
上記実施形態および上記変形例では、計測対象物（スチームトラップ５００）の表面５００ａと振動センサ１１４，２１４との間の振動の伝達経路において、「付属部材」としてハウジング１１８、断熱部材２１５を配することとしたが、本発明は、２つ以上の「付属部材」を配することにしてもよい。この場合に、探触棒や台座部に対して直列・並列の任意の配置も可能である。
【符号の説明】
【0074】
１ 計測装置
１１ プローブ
１１１，２１１ 振動プローブ
１１２，２１２ 探触棒
１１３，２１３ 台座部
１１４ 振動センサ
１１７ 温度プローブ
１１８ ハウジング（付属部材）
２１５ 断熱部材（付属部材）
５００ スチームトラップ（計測対象物）
１１ プローブ
１１１，２１１ 振動プローブ
１１２，２１２ 探触棒
１１３，２１３ 台座部
１１４ 振動センサ
１１７ 温度プローブ
１１８ ハウジング（付属部材）
２１５ 断熱部材（付属部材）
５００ スチームトラップ（計測対象物）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
