JP2736344B2

JP2736344B2 - 流体の状態をモニターする計測システム

Info

Publication number: JP2736344B2
Application number: JP1127722A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ツワードチリブ
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1989-05-20
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH0225605A; IT1232978B; CN1038880A; ES2014621A6; IT8941602A0; CA1311028C; KR890017716A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は示差温度検知装置を組込んだ計測及びモニタ
ーシステムに係わり、特に蒸気タービンシステムの蒸気
抽出管のような圧力容器における水の存在を検出するた
めの、改良型スプリットウエル（split−well）示差温
度センサを組み込んだかかるシステムに係わる。

公知のように、示差温度センサは熱力学及び流体原理
を利用して液状またはガス状物質流の存否及び／または
発生または停止を選択的に感知する。米国特許第3,366,
942号（Deane）は流動停止検知器として利用される公知
の示差温度センサの１例を開示している。このセンサま
たはプローブは１つのヒータ・プローブを熱接続した１
対の熱感知プローブから成り、感知プローブ及びヒータ
・プローブは材料が流れる導管内に導入される。ヒータ
・プローブは１対の感知プローブのうち、一方の感知プ
ローブに近接させてあり、流れが存在しない時、ヒータ
・プローブに近いこの感知プローブは他方の感知プロー
ブよりも高温になり、流体材料が流動してプローブを通
過するとヒータ・プローブから熱が奪われ、両感知プロ
ーブ間の温度差が減少または消滅する。

米国特許第3,898,638号（Deane氏等）は基本構造がこ
れより古いDeane特許第3,366,942号のものと同じである
が、測定精度を高めるように温度感知プローブの内部構
造に改良を加えた示差温度センサを開示している。該特
許に記載されているように、ヒータ・プローブにより両
温度感知プローブの選択加熱は例えばヒータ・プローブ
と両温度感知プローブのうちヒータ・プローブにより近
く配置された温度感知プローブとの間の熱分路によって
達成されるが、静止媒体における対流及び／または伝導
と分路中での伝導も両プローブへ選択的に熱を搬送する
のに寄与する。

上記示差温度感知プローブと同様、１対の温度センサ
と、その一方に近接配置したヒータ素子とから成る示差
温度センサの他の実施例が米国特許第4,449,403号（McQ
ueen氏）に開示されている。MCQueen装置はその特別な
用途のため、原子炉容器の案内管内において上下方向に
積み重ねたアレイの形でこのようなセンサを多数利用す
る必要があり、これら複数のセンサからの出力が特に燃
料棒領域における冷却材の湿／乾状態を示唆する。この
ような原子炉容器において特に注意しなければならない
のは空隙、例えば蒸気による空隙の存在であり、これは
該燃料棒から原子炉冷却材を押しのけるため冷却不足が
生じ、オーバヒートの原因となり易い。３つの状態、即
ち、サブクール状態（正常稼動状態）；飽和液体（沸騰
状態）；及び飽和蒸気（空隙状態）下の冷却材の性質の
感知に利用する複合装置が詳細に開示されている。該特
許に記載されているように、状態が不適正な場合、圧力
パルスを発生させる“ウォータ・ハンマー”効果が現わ
れ、これがパイプ、パイプ支持構造、タンク、弁など重
要な設備を破壊するおそれがある。

米国特許第4,440,717号（Bevilacqua氏等）も上下方
向に間隔を置いて原子炉容器内に複数のセンサを配置し
た計測システムを開示しており、各センサは１対の熱電
対線の１つを加熱するヒータを含み、それぞれの絶対温
度だけでなく両者の温度差をも測定することによって容
器内の冷却液レベルを検出するものであり、ここでも液
体への熱伝達とガスまたは蒸気への熱伝達との間の熱伝
達特性の差を利用して液体レベルを感知する。原子力容
器またはその他の加圧水システムに使用される同様のセ
ンサ及び関連システムが米国特許第4,418,035号（Smith
氏）及び第4,439,396号（Rolstad氏）に開示されてい
る。Smith特許第4,418,035号はこのようなセンサを利用
する多機能モニター・システムのブロックダイヤグラム
をも開示している。

本発明の示差温度センサ及び計測システムは上述した
いくつかの特許の場合と同様に原子炉システムの圧力容
器の計測及びモニターに使用するなどその用途は広い範
囲に亙るが、特にタービン発電機の運転及び予防的保守
に関連して開発された。この種の発電機において蒸気タ
ービンへの水または低温蒸気流入に起因する問題は装置
が老朽化するに従って深刻になり、特に周期的及び／交
代運転されることが多いだけに深刻化している。熱サイ
クルにおいて装置が誤動作すると、主蒸気入口管、高温
再熱蒸気入口管、低温再熱蒸気管、軸出管、パッキン押
え式蒸気密封システム、タービン・ドレンなど種々の個
所に蒸気流入が起こる可能性がある。水または低温蒸気
の流入によって生ずる構造破壊や機械的誤動作のほか
に、予期しない設備の運休も深刻な問題である。

流入が起こる個所を特定するだけでなく、発生する流
入のタイプ、即ち、水流入事象のタイプを識別しなけれ
ばならない。例えば、タービン側のパイプに水膜流の形
で流入が起こることがあり、これは多くの場合、パイプ
の低温側における蒸気の復水やオーバスプレー状態に起
因する。液滴または“粒状”流の形で現われることもあ
り、見た目には大小さまざまの、蒸気と混合した連続的
な水滴噴流の形態を取る。いわゆるスラッグ・フローが
発生する場合もある。即ち、パイプの一部に詰まってい
る水塊が恐らくは水の放流に伴ないパイプ中を流下する
現象である。二相流も既に観察されており、これは一般
に“ウォータ・スチーム”混合物というあいまいな定義
で呼ばれており、高エネルギー水の放流に起因し、凝縮
水から成る中心流を含むものである。最後に、復水、ス
プレーまたは流動、給水ヒータ管漏れ、及び／または排
水系の設計不備、及びこれらの組合わせが原因でパイプ
内を水が上昇するという広いカテゴリーがある。しか
し、水流入事象の大部分は最後に述べたカテゴリーに属
する緩慢上昇タイプであり、その他のタイプの水流入事
象の前触れとして現われると考えられる。従って、本発
明の計測システムは主として最後に述べた広いカテゴリ
ーに係わり、パイプ内の状態をモニターすること、特に
タービン・システムと連携するパイプ内における水の比
較的緩慢な上昇を検出することを目的とする。既に述べ
たように、この水の出所はボイラー及び給水ヒータ、復
水による蓄積、故障のあるスプレー装置及び破裂したパ
イプ、ウェット領域で動作する段階においてタービン自
体の内部に復水に起因する蓄積などである。

上に挙げたいくつかの特許に開示されているセンサの
ほかに、水の存在をモニターし、検出するために示差温
度センサを組込んだ市販のシステムが既に開発されてい
る。即ち、Schlumbergerの所有会社であるSolartron Tr
ansducers社の一部門Solartron Protective Systemsは
“Self−Validating Water Induction Monitoring Syst
em（自己確認式水流入モニター・システム）”を登録商
標HYDRATECT−2455Dで市販している。水と蒸気（または
空気）の抵抗を弁別する機能を果たす電極によりマニホ
ルド内で抵抗値測定が行なわれる。販売用文書に記載さ
れているように、電極の給電端をマニホルド本体に接続
して基準電極とし、これを高純度絶縁体によりマニホル
ド本体から絶縁する。このような電極を１対ずつ、モニ
ターされる例えば排水管のような導管の２ポート・マニ
ホルドに取付け、各電極が水または蒸気の存在を検出
し、その出力がそれぞれ独立の回路を介して弁別回路へ
送られるようにする。この文献によれば、弁別回路は構
成要素の故障をチェックし、各電極チャンネルに故障が
あればこれを指示する。同じ動作条件下の２つの電極チ
ャンネル間の有効性チェックは故障が存在するか否かの
指示に基づいて行なわれる。しかし、Solartron社のHYD
RATECT−2455Dシステムは多くの点で問題があり、本質
的に、信頼するに足る耐用性を期待できない。例えば、
センサはほぼ円筒形であり、従来のこの種システムと同
様に、圧力容器側壁を貫通して挿入し、固定することが
できる。円筒構造を形成するひとつのセグメントはセン
サの電極先端部を構造の残り部分から絶縁する絶縁材の
環状帯から成る。絶縁帯と電極及びセンサの円筒側壁の
残り部分との界面には耐圧シール、例えば磁器／金属溶
接を施さねばならない。異種材料、即ち、磁器と金属と
の界面は特にこのセンサ構造が苛酷な環境（例えば、温
度の周期的変化や振動など）に使用されることを考えれ
ば、センサ構造を漏れやこれに起因する破損が極めて発
生し易いものにする。経験に照らして、このようなセン
サの耐用寿命はせいぜい１乃至３年である。このタイプ
のセンサは有効なモニター・システムに不可欠な耐用性
を備えていないだけでなく、漏れ易く、破損し易いとい
うことは作業員にとって極めて危険な要因である。ま
た、その構造上、モニターされるシステムをオンライン
状態のままにしてセンサを修理したり交換することはで
きない。

市販システムの他の例としてはFluid Components,In
c.の製品があり、上記特許第3,366,942号；第3,898,638
号及び第4,449,403号に開示されたシステムに対する保
護に言及しているパフフレット“Liquid Level ＆ Inte
rface Controllers"に記載されている。即ち、温度差を
測定するため上記特許に開示されているプローブを組込
んだセンサを使用する。出力信号の値はプローブと接触
している媒体に左右されるから、例えば液体／気体及び
液体／液体界面だけでなく、湿／乾状態も検出できると
している。センサと運動する液面及び界面制御手段とし
てモニター回路及び校正回路が示されているが、これら
のセンサ及び関連の制御手段は蒸気タービン・システム
の苛酷な環境内で使用するには不適当であり、特に水流
入を予知するのに必要な感知を行なわせるには不適当で
ある。例えば、センサは蒸気タービン・システムに現わ
れる高圧、高温状態に耐えることができない。しかも、
センサは非対称であり、本発明で蒸気タービン・システ
ムの有効且つ信頼し得るモニター及び制御に不可欠であ
ることが実証された複式機能が本来欠けている。例え
ば、本発明のセンサ及び関連のシステムによって行なわ
れるファウリング・テストを非対称センサ及これを組込
んだシステムで行なうことはできない。しかも、複式構
造ではないから、オンライン状態のままで故障した素
子、例えばヒータ素子の自動切換えを行なうことはでき
ない。また、センサの構造上、故障したヒータ及び／ま
たは熱電対素子をオンライン状態のままで物理的に交換
することはできない。また、このようなセンサ、従っ
て、関連システムはたとえ低い蒸気速度でも水よりは速
く奪熱するか、ヒータ及び熱電対素子を囲むシールドが
存在しない限り蒸気流状態下では使用できない。

技術的な進歩を取り入れてはいるものの、上記文献に
報告されているような市販のセンサ及びこれを利用した
モニター／アラーム・システムは産業界の切実な要望を
満足させるに至っていない。例えば、1970年代初頭以来
着目され研究が重ねられているにも拘らず、蒸気タービ
ンにおける水流入の問題は未だ充分には解決されていな
い。

水流入現象が重大問題となるに及んでASME（American
Society of Mechanical Engineers 米国機械学会）は
Committee on Turbine Water−Damage Preventionを設
立、ANSI/ASME規格第TDP−１−1985号には水による損傷
を防止するためのプラント設計勧告が記載されている。
最近になって、本願発明の譲受人がEPRIのために、稼動
中の発電施設において実施した研究がEPRIが報告書CS−
4285として作成し、発表した最終報告書“Detection of
Water Induction in Steam Turbines. Phase III: Fie
ld Demonstration."に掲載された。この研究は水流入と
いう深刻な問題を検出するための蒸気タービンの環境に
使用できる信頼するに足りセンサ及びモニター・システ
ムに対する需要が極めて切実になりつつあることを強調
している。

蒸気タービン設備に発生し易い深刻な水流入の問題を
確実に検出すると共に、例えば原子炉容器内に存在する
ような足の高圧高温環境における液体／気体（蒸気）状
態及び／またはなんらかの変化を検出するための改良型
示差温度センサ及び関連のモニター／アラーム・システ
ムに対する切実な需要は未だ満たされていない。蒸気タ
ービン用の水流入モニター・システムにとって最も重要
であると思われるのは、このシステムが水流入の発生を
指示する応答をするまで、センサ及びこれと連携する制
御システムが多くの場合何年間も作動しないままの状態
にあるという事実である。ところで、このような長い期
間の間には、電気素子、即ち、ヒータ素子及び熱電対素
子の双方がこれらに作用する振動や温度変化で周期的に
故障することが予想される。従って、ほとんど無期限の
時間に亙り高温高圧状態、その周期変化及び振動に耐
え、高精度の信頼すべき出力を提供できるようにセンサ
装置自体が丈夫な構造と充分な機械強度を備えねばなら
ない。このようなセンサにおいてヒータ素子と温度感知
素子が双方共に故障するおそれがあるから、センサ及び
連携のモニター／制御回路はオンライン・テストが可能
であるだけでなく、センサを構成するヒータ及び熱電対
素子のオンライン交換が可能であることも要求される。
また、各センサは複式または冗長構成成分を含み、同様
に、連携の制御／モニター回路は故障検出と同時に自動
的にアラームを発生させ、故障検出と同時に自動的に複
式または冗長素子への切換えを行なうものでなければな
らない。

これと密接に関連する問題として、状態をモニターさ
れる容器の側壁にセンサを取付けるための貫通孔の数は
構造の健全性及び設置効率の観点から極力少なくしなけ
ればならない。また、必要な複式構成を実現し、センサ
出力の精度を確保するためには、各センサを構成するそ
れぞれの複式素子によってモニターされる状態がほとん
ど同じであることが前提条件となる。

本願の対応米国出願は1987年６月５日に出願され本出
願人へ譲渡された米国出願第058、956号（発明の名称:"
示差温度センサ”）の一部継続出願であるが、該米国出
願第058、956号に開示されたような、また本発明の計測
及びモニターシステムに組み込まれる示差温度センサー
は、従来技術の上述のまたは他の問題点及び欠点を克服
して上記した目的を充足するものである。

種々の異なる実施例のセンサー或いは検知器は一様に
堅牢な構成を有し、圧力容器の壁を高い信頼度でまた安
全に貫通できる。所与のレベルの精度及び検証されたモ
ニター能力を関連の計測システムに付与するためのかか
る貫通個所は最小限に抑えることができる。種々の実施
例では必要なヒータ及び熱電対素子が所望の温度差感知
或いは検知動作を行なうと共にそれらの素子のオンライ
ンテスト及びオンラインでの交換が可能であり、更に好
ましいある特定の複式構成のセンサー実施例は、実際に
作動中の関連の計測システムにより故障した素子が自動
的に交換される。これらは全て、ほぼ円筒形のサーモウ
ェル本体が左右相称平面に沿う小さなギャップで分割さ
れて事実上２つの同一の半円筒形プローブが立体的に結
合され共通の円筒形シャンク部分から延びるような基本
的或いは一般的な構造的特徴を有する。他の実施例で
は、本体が第１の左右相称平面とそれに関し横断方向に
交差する第２の左右相称平面とに分割されて４つの同一
の４分の１円筒形プローブが形成される。従って、これ
ら両方を包含する『部分円筒形』という表現を必要に応
じて用いる。シャンク部分にはその外周面の一部にねじ
が切られて上記ライン或いは他の圧力容器に溶接される
ボス内に嵌合固定される。別法として、ソケットを溶接
して用いることもできる。部分円筒形プローブはライン
の内部に突出するか或いはボス内の凹所に取り付けら
れ、いずれの取り付け方法においてもライン或いは容器
内の流体と関連して連通／検知作用を行なう。従って、
一般的には検知器或いはセンサーが圧力容器に、そのプ
ローブが圧力容器内のモニターを行なう流体と連通する
ように取り付けられるということである。シャンクはそ
の上部の自由端から穿孔されてその内部にほぼ円筒形の
アクセスチェンバを画定され、そのチェンバはシャンク
と半円筒形プローブの接合点にある壁で終端する。

センサーの好ましい第１実施例によると、中心孔及び
中心孔から対称的にずれた一対の孔はその底壁から半円
筒形のプローブの各々の内部に軸平行関係に延びる。各
半円筒形プローブの内部では、ヒータ素子が中心孔内
に、また一対の熱電対センサー素子が一対の対称配置の
孔の内部に挿入される。かくして、センサーは複式の構
造及び機能を有し、各プローブが加熱されるプローブ／
熱電対として選択可能であり、ヒータ素子には電力が供
給され、他方の非作動状態のヒータ素子を有するプロー
ブは加熱されない熱電対素子を構成して示差温度センサ
ーとして働く。以下において更に詳細に説明するよう
に、２つのプローブの相補的な素子は交互に選択され
る。この複式構成により多数の利点が得られるが、その
中で相補的な組のヒータ素子を自動的に切り替えること
により検証及び汚染度テストを行なうと共に素子の故障
が検知されると相補的な素子が自動的に交換されて個々
の素子の故障に拘らずモニターを継続して行なえるとい
う利点がある。

シャンクをパイプまたは容器壁に連結したから、パイ
プまたは容器壁が加熱される半円筒プローブと加熱され
ない半円筒プローブとの間を断熱する熱シンクとして作
用し、熱電対出力の精度を高める。シャンクの上部自由
端にコネクタ・ボックスを取付けることによりケーブル
を介してヒータ及び熱電対の導線を外部のモニター、制
御及び電源回路に接続する。本発明のセンサ構造はサー
モウェル筐体を取外さなくても交換のためオンライン状
態のままヒータ及び熱電対に容易に接近することを可能
にしながら、素子を挿入位置に固定することを可能にす
る。

本発明の計測／モニター・システムは各センサ・プロ
ーブのヒータ及びこれと連携する１対の熱電対素子の導
通チェックを連続的に行なうと共に、これらの素子のい
ずれかに故障があれば適当にこれを指示する。故障素子
が検出されると、故障素子を補償し且つこれを排除する
ため本発明システムは自動的に補完素子セットに切換わ
る。これによりセンサが連続的動作を行なえるよう保証
し、素子故障の結果起こる誤アラームを防止する。即
ち、センサは上述した示差温度センサとして機能する。
２つの半円筒プローブをＡ及びＢで表わすと、先ずヒー
タＡに給電すればよい。対称に配置された熱電対A1、A2
の１つ、例えばA1をプローブＢの熱電対B1、B2の１つ、
例えば熱電対B1と併用する。熱電対A1、B2のいずれか一
方が故障した場合、システムは自動的にそれぞれの補完
熱電対A2、B2に切換わる。同様に、ヒータＡが故障した
場合、システムは自動的にヒータＢに切換わる。当然の
ことながら、温度差表示（ΔＴ）は値が同じ、符号で反
対でなければならない。センサを複式に構成することに
よって得られる切換え能力は連続的なモニターを損なう
ことなく、また誤アラームを発生させることなく故障素
子の自動的な補償を可能にする。また、オンライン・テ
スト中にヒータＡとヒータＢとを切換え、その結果現わ
れるそれぞれの出力を比較して、同じ値、反対符号のΔ
Ｔ表示が形成されていることを確認することにより、シ
ステムはセンサがプローブ自体またはプローブ間に異物
がで詰まってはおらず、校正が依然として有効であるこ
とを確認できるから、テストの有効性が高められる。

第２の一体型検知器或いはセンサー実施例において
も、２つの或いは４つの同一部分円筒形プローブの各々
に単一の孔が形成されたほぼ円筒形のサーモウェル本体
が用いられる。プローブを同時に加熱しその温度を測定
できる単一のヒータ／温度計素子が各孔に挿入される。
ヒータ／温度計素子はニッケル、鉄或いは他の同様な純
粋金属で作製され、その電気抵抗値は温度の変化と実質
的に線形の関係で変化する。関連する各プローブについ
ては、一方のヒータ／温度計素子にその対応プローブを
加熱するに充分な電流が供給され、他方には格段に低い
電流が供給される。前者は加熱される素子或いはプロー
ブとして、また後者は基準素子或いはプローブとして働
く。これら２つのヒータ／温度計素子はブリッジの対応
する分枝を形成するように接続され、所定の比例関係を
有する電流がそれらに送られて基準プローブのヒータ／
温度計素子の電圧降下に同じ比例係数が掛け合わされ、
その積が差動増幅器により加熱された素子の電圧降下と
反対符号で比較される。その結果得られる差電圧（Δ
Ｖ）は選択された対のプローブ間の温度差（ΔＴ）の値
を表わす。（即ちΔＴ＝ｋ（ΔＶ）ｋ＝既知定数）。第
１の実施例と同様に、センサープローブが蒸気にさらさ
れると高レベルの差電圧が維持され、プローブが水に囲
まれるとその差電圧が実質的に減少する。この実施例は
複式構成の特徴を有し、上述したように切り替えが可能
なことによりモニター／テスト能力が増大する。

一体型センサー或いは検知器の他の実施例によれば、
２つの半円筒形プローブの各々に２つの孔が対称的に設
けられて各孔に４つのかかるヒータ／温度計素子が挿入
される。従って２対のヒータ及び基準素子が設けられ、
各対が２つの半円筒形プローブの各々により１つの素子
を構成する。好ましくは、それぞれのプローブに孔が対
称的に配置され、２組の事実上対角線の関係にある素子
がそれぞれ２つの対として関連する。従ってこの実施例
も複式構成の特徴を持ち、上述した切り替え能力により
モニター／テスト動作の実効性が上がると共に素子が故
障した際自動的な補修或いは交換が可能となる。

一体型センサー及び検知器の更に別の実施例によれ
ば、円筒形のサーモウェル本体が好ましくはその軸に沿
って交差する互いに垂直な左右相称平面に沿う２つの小
さいギャップで分割されて４つの同一な半円筒形プロー
ブが形成される。この実施例は同じ複式の構成を有し、
上述したものと同じ切り替え能力及び並列独立動作能力
を備えて２つのモニター状態のΔＴ出力につき選択が可
能である。４つの素子を前と同様、即ち２つの対応する
対として関連づけることにより、両方の対からの冗長な
高温度差出力が蒸気、即ち水の存在しない状態を確実に
検知し指示する能力を向上させ、同様に、冗長な低温度
差出力が水が存在する状態を検知する信頼度を上げる。
一方、それぞれの対が相反する高温度差及び低温度差出
力を指示すると、センサーの故障或いはセンサーの汚染
が示唆される。

一体型のセンサー或いは検知器は一段と複雑になる構
成において検知機能の向上及び多様化を可能にするだけ
でなく、サイズの減少及び製造及び取り付けるコストの
減少という別の利点を有し、更に重要なことは熱的性能
及び機械的強度も向上するということである。

一体的センサーを組み込んだ計測及びモニターシステ
ムは上述した第１のシステム実施例と同じように機能
し、しかも内部の構成が簡単で相互接続のための配線の
簡略化及び減少が図られ、製造及び取り付け並びに保守
コストが更に減少する。

本発明のセンサ及び関連のモニター・システムを添付
の図面に沿ってさらに詳細に説明する。

第１図は本発明の分割筒形サーモウェル・センサの筐
体10を示す立面図であり、第２及び３図に示す底面図及
び頂面図を併せて参照しながら説明する。センサ筐体10
は機械強度にはすぐれるが熱電導率の低いステンレスス
チールなどの金属から成る円筒棒を図示のように機械加
工して形成することが好ましい。棒の一端を２つの全く
同じほぼ半円筒形のセンサ・プローブ12A、12Bを形成す
るよう機械加工し、両センサ・プローブ12A、12Bを、そ
の境界部分13を切削して分離させてある。プローブ12
A、12Bの端部または先端部14A、14Bをさらに機械加工し
て面取り部分15A、15Bを形成する。従って、プローブ12
A、12Bの反対端、または基部はセンサ筐体10のシャンク
部分20から一体的に突出し、プローブ12A、12Bの外周よ
りやや直径の大きいカラー18を後述のような目的でほぼ
シャンク20とセンサ12A、12Bとの接合部に形成する。シ
ャンク20の部分22に管用ねじを形成し、蒸気管に溶接さ
れている対応のねじ付きボスに筐体10を公知の態様で取
付けることができるようにする。シャンク20の上部自由
端の外面に環状取付け突出部24を形成し、後述するよう
な目的でシャンク20の環状端面28にねじ付き孔26、27を
形成する。

シャンク20の上部自由端から穿孔することによりシャ
ンク20の全長の大部分を同軸に貫通し、プローブ12A、1
2Bの基端接合部付近の底壁32に達するほぼ円筒形のチェ
ンバ30を形成する。底壁32から軸平行関係にそれぞれプ
ローブ12A、12B内へ、その先端14A、14B付近の位置に至
る中心孔34A、34Bを形成する。孔34A、34Bは（第１乃至
第３図には示さないが）後述するような細長い円筒形の
ヒータ素子を収容するためのものである。孔34A、34Bを
それぞれ挟んで対称的に配置された孔36A1、36A2及び36
B1、36B2はそれぞれプローブ12A、12Bの軸長の約2/3に
亙る長さを有し、（第１乃至３図には示さない）対応の
熱電対素子を収容する。

センサ筐体10の総軸長は約15cm、最大径は約5cm、ね
じ付き部分22は上述のように筐体10を取付けるためボス
に形成されている標準的な3.8cmパイプ・タップに対応
する。センサ・プローブ12A、12Bを分離するスロット13
の幅は約3mmでよく、プローブ12A、12Bの外周直径は約6
mmでよい。ヒータ素子の孔34A及び34Bは直径を6.6mm、
底壁32から測定した深さを7cmに設定し、熱電対素子の
孔36A1、36A2及び36B1、36B2は直径を3.5mm、深さを5cm
に設定すればよい。これらの孔のそれぞれをさらに切削
してやや大きい直径、深さ約0.7cmのさら穴を形成す
る。これらのさら穴には対応の孔と同じ、ただしダッシ
ュを添えた参照番号34A′、34B′、34A1′…34B′２を
付してある。

第４図は第５図の４−４線に沿った切欠き平面におけ
るセンサ筐体10の断面図であり、センサの完全な集合体
を示す。円筒側壁43に孔42を有し、多くの場合、底44に
も孔を有する保護シールド40をセンサ・プローブ12A、1
2Bの周りに配置し、その上部自由端を溶接ビード46によ
ってセンサ筐体10のシャンク20のカラー18に固定する。
シールド40の主な機能はセンサの分割筒またはプローブ
周りの蒸気流速を低下させ、しかも水の流入を許すこと
にある。高い蒸気流速は加熱されたセンサ・プローブを
水と同じくらい有効に冷却する。そこでシールド40に対
称的に孔42を設けることにより、センサが流路中に配置
された場合、最少のまたは限られた流量がセンサ・プロ
ーブと直接接触できる、即ち、シールド40の内部に画定
されるセンサ・チエンバ内で接触できるようにする。孔
42はプローブ12A、12Bに関して対称ではあるが必ずしも
シールド40の円筒側壁43の周りに均等に配置されず、流
れ方向と一致するように配置されるから、設置に際して
はセンサを蒸気流方向に対して正しく配向しなければな
らない。孔はシールドの基部に設けてもよい。

延長部集合体50は電気コネクタ・ボックス60を筐体10
の上部自由端に着脱自在に取付ける。集合体50はその下
端が筐体10の環状突出部24に入れ子式に嵌着され、溶接
ビード52で示すように、ボックス60の底壁61の上端に溶
接される。第４図には理解し易いように第５図の４−４
線に沿った切欠き平面を示した。延長部集合体50は２本
の細長い管53A、53Bを含み、この管53A、53Bは第４図か
ら明らかなように、（図示しない）ヒータ素子Ａ、Ｂを
それぞれ収容するさら穴34A′、34B′に下端が嵌入し、
それぞれの上端はコネクタ・ボックス60の底壁61の上面
と同高の位置に達している。前記管53A、53Bと同様の、
ただしこれより直径の小さい管53A1、53A2及び53B1、53
B2がその下端を対応のさら穴36A1′、36A2′及び36B
1′、36B2′に嵌入され、管53A、53Bと同様にコネクタ
・ボックス60の底壁61の上面に延びている。底壁61は上
述した種々の管を収容するための中心孔62を含む。

コネクタ・ボックス60内に、孔62に重なってこれを塞
ぐように板63を配置する。センサ筐体10のねじ孔26にね
じ付きロッド64を螺入する一方、板63の孔65から上方へ
突出させ、これにナット66を螺合させて板63を、さらに
板63を介してコネクタ・ボックス60及び延長部集合体50
をセンサ筐体10に固定する。（図示しないが）ヒータ素
子への導線を通すため板63に孔66A、66Bを形成すると共
に、センサ筐体10に収容される４個の熱電対に対応する
孔67A1、67A2及び67B1、67B2を板63に形成する。第４図
は板63に挿通された熱電対70を上端を切欠いて示す。熱
電対70の上端周りに真円弧リング72が嵌着され、板63の
下面と係合して熱電対70を固定している。ばねタイプの
スナップリング74A、74Bが対応の管53A、53Bの側壁に形
成したスロットに嵌着されて（第４及び５図には示して
ない）ヒータ素子を対応の孔53A、53B内に固定してい
る。ねじ及びナット82A、82Bにより底板61に端子板80
A、80Bを固定し、各プローブ半体に６個ずつ、プローブ
12A、12Bの各熱電対及びヒータからの導線と接続するの
に充分な個数の端子ねじ84A、84Bをそれぞれの端子板80
A、80Bに設ける。

第４、５及び６図に示すように、カバープレート85は
４面の垂下側面87を有し、底板61の上向き垂曲端61aに
かぶさり、セルフタッピングねじ88によって固定されて
いる。端子板80A、80Bの接続ねじ84A、84Bとの接続に利
用される（図示しない）ケーブルを挿通するための係合
孔89、66bを設ける。

第７図は本発明のセンサに使用されるヒータ素子90で
あり、溝付き先端部分92から導線93が延びているほぼ円
筒形のヒータ素子部分91から成る。第４及び５図に示し
たように、溝付き部分92にはヒータ素子90を固定するた
めのクリップ74が嵌着されている。好ましい市販のヒー
タ素子としては、ミズリー州セントルイスのWatlow Com
panyの製造にかかるFIREROD CARTRIDGE HEATER（コード
名EIA51）があり、直径6mm、長さ7.5cm、120ボルト、80
ワットである。

第８図は本発明に使用できる熱電対95の平面図であ
り、細長いほぼ円筒形の本体と導線96から成る。使用で
きる好ましい市販の熱電対としてはオハイオ州クリーブ
ランドのMarlin Manufacturing Companyの製造にかかる
Model CAIN−18U−10RPがあり、その構造は第４及び５
図に示すセンサ筐体10及び延長部集合体50内への収容に
適した約25cmの長さを備えている。

センサ10は複式で堅牢な構成を持ち、製造及び取付け
コストが低いだけでなく、問題のある或いは故障した素
子をオンラインで交換できると共に保守が簡単であると
い言う利点がある。これら複式構成のセンサを用いる本
発明のシステム及び関連回路を第９、10、11A乃至11C図
を参照して説明する。

第９図は本発明の第１乃至第８図に示すような複数の
センサのための計測及びモニター・システムのブロック
ダイヤグラムである。第９図には２個のセンサ、即ち、
センサＩ及びセンサIIだけを図示したが、システムには
もっと多数のセンサが含まれるのが普通である。各セン
サの構成は同じであるから、プローブの複式内部素子を
センサＩに関してのみ略示した。第１乃至８図と同じ参
照番号で示すと、センサＩはそれぞれがヒータ（HTR）
Ａ、ヒータ（HTR）Ｂ、熱電対（TC）A1、A2、及び熱電
対（TC）B1、B2から成る複式プローブＡ、Ｂを含む。同
様に、センサＩと対応するプロセッサＩはそれぞれが両
方向性バスＩ（HC）及びＩ（TC）を介してシステム制御
装置104と接続するヒータ制御回路100及び熱電対制御回
路102を含む。装置104はまた、複数の両方向性バスII
（HC）、…及びII（TC）、…を介して複数のプロセッサ
II、…及び連携のセンサII、…の対応する制御回路（HC
及びTC）とも接続し、両方向性バス106を介して中央表
示装置及びオペレータ制御盤108とも接続する。詳しく
は後述するように、ヒータ制御回路100はシステム制御
装置104からの制御下に、校正、オンライン・テスト
（例えば電通チェック及び対地短絡）、アラーム指示処
理、センサＩのヒータＡ、Ｂ切換えを行なう。同様に、
システム制御装置104の制御下に、熱電対制御回路102は
それぞれの熱電対A1、A2及びB1、B2に対して同様の機
能、例えばオンライン・テストや素子故障時の自動切換
えなどを行なう。

第10図はヒータ制御回路100及びTC制御回路102を含む
単一プロセッサＩ（即ち、第９図に示すプロセッサ）に
関して本発明の計測及びモニター・システムの詳細を一
部ブロックダイヤグラムで示す。図示のように、制御回
路100及び102におけるそれぞれのインターフェース回路
118、129はこれら制御回路の内部成分とシステム制御装
置104とを接続する。ヒータ素子HTR A、HTR Bはそれぞ
れ独立に導通チェック／電流チェック／校正（“CCCFC
C"）装置110及び切換え選択回路（SELECTOR）112を介し
て可調電源116と接続する。表示装置114はヒータ素子HT
R A、HTR Bとそれぞれ対応し、対応のヒータ素子に故障
が発生すると装置110からの対応の出力によってそれぞ
れ独立に点灯させられるアラーム・ランプ116、118を含
む。連携の装置110及び114、装置112及び可調DC電源装
置116は図示のようにインターフェース回路118及び該当
バスを介してシステム制御装置104と接続する。

システム制御装置104はCCCFCC装置110によって検出さ
れた状態及びシステム制御装置104によるセレクタ112の
操作で行なわれたヒータ素子HTR AまたはHTR Bの選択に
応じて自動的にDC電源装置116の出力を調節することに
より、ヒータＡ、Ｂからの熱出力が等しくなるようにす
る。装置104はまた、後述するように、中央表示盤108に
ヒータ故障を表示する。

第10図のセンサは４個の熱電対（TC）A1、A2、B1、B2
を含み、示差温度センサにおける従来の構成と同様に、
プローブＡの一方の熱電対をプローブＢの対応熱電対と
連携させ、バッキング（bucking）関係または逆の関係
となるように直列に接続する。即ち、図示のように、熱
電対素子TC A1及びTC B1が連携する１対として接続さ
れ、熱電対素子TC A2及びTC B2が第２の、または補完的
な１対として接続され、この２対をそれぞれTCP−１及
びTCP−２でそれぞれ表わしてある。導通チェック装置1
21は各対の熱電対の導通を断続的にチェックし、もし導
通に異常があって素子の故障が検出されると、TC故障ア
ラーム装置120に出力を送って故障のある熱電対TCP−１
またはTCP−２に対応するアラーム・ランプ120−１また
は120−２を点灯させると共にシステム制御装置104に出
力を送って、後述するように中央表示盤108に故障を表
示する。

セレクタ装置122は前記出力ΔT1、ΔT2の１つをイン
ターフェース回路129に供給するため２つのTC TEMP CIR
CUIT 124−１、124−２のいずれか一方の出力を選択す
るように制御される。TC TEMP CIRCUIT 124−１、124−
２の選択されたいずれか一方は選択された熱電対が感知
した温度差（ΔＴ）に比例する電圧信号STEMPを出力す
る。インターフェイス回路129は図示のような該当のバ
スを介して装置121、122、124−１及び124−２をシステ
ム制御装置104と接続する。装置104はまた、正常モニタ
ー動作時中央表示装置108にΔＴを選択表示し、故障セ
ンサ及び故障したヒータ／温度計の対を表示し、また中
央表示装置108に各センサごとのアラーム状態を自動的
に且つ検証した上で表示する。

第11A、11B及び11C図は第９及び10図の表示及びオペ
レータ制御盤108の各種表示及び制御モジュールの配置
構成を示す。第11Aの読出及び制御モジュール130は所与
のセンサによって測定され、後述するように表示するよ
う選択された温度差ΔＴ（゜F）の値及び符号を示すデ
ジタル表示部132を含む。

オペレータによるスイッチ140の制御下にシステムを
ランプ138の点灯によって示される自動テスト・モード
に、またはランプ139の点灯によって示される選択テス
ト・モードにセットすることができ、選択テスト・モー
ドにおいて、オペレータは詳しくは後述するように、複
数のセンサの任意の１つをテストすることができる。ス
イッチ142の瞬間的な作動によって、後述するような
“全センサをテスト”または“単一センサをテスト”の
動作モードが得られる。デジタル表示部132はオペレー
タによってのみ作動可能となり、任意のセンサのΔＴを
表示する。“故障センサ”ランプ135及び“故障ヒータ
またはTC（熱電対）ランプ"136は詳しくは後述する対応
のアラームを表示する。スイッチ137を押すことによ
り、システムのすべての表示ランプをテストすることが
できる。

第11B図は抽出モニター150を示す。典型的なタービン
・システムには多数のこのようなモニターが使用される
から、モニターされる特定の機能、従って関連センサの
場所を識別するためのプレート152を設ける。モニター
盤150上に略示したように、タービンと連携する抽出管
の対応のアラーム・ランプ155、156、157及び160の位置
にセンサを配置する。具体的には、アラーム・ランプ15
5は分離弁158のタービン側に位置するセンサと対応し、
アラーム・ランプ156は分離弁158と逆止弁159の間に配
置されるセンサと対応し、アラーム・ランプ157は抽出
パイプの下方部分に位置するセンサと対応し、アラーム
・ランプ160はヒータにおける高水位状態を検出するた
めヒータ内に配置されたセンサと対応する。所与のセン
サによって水が検出されると、モニター盤150上の対応
アラーム・ランプが自動的に点灯される。

タイプの異なる多数のモニターをシステムに組み込む
ことができるから、モニター盤150の場合と同様のアラ
ーム・ランプを組み込んだそれぞれ対応のモニター表示
及び制御盤を設けることになる。その１例が第11C図に
示す水モニター盤170であり、アラーム1001乃至1004を
含む。このように、本発明はそれぞれが対応のモニター
表示及び制御盤を具備したタイプの異なる、タイプごと
に必要な個数を揃えたモニターを含むが、説明の便宜
上、第11B図に示す抽出モニター盤150だけを以下に代表
例として考察する。

本発明のセンサはシステムの動作を簡略にしてモニタ
ー及び検証能力をさらに有意義なものにする。第10図に
略示するセンサＩに関連して、セレクタ112がヒータHTR
Aを選択し、セレクタ122が熱電対TC A1及びTC B1から
成る１対の熱電対TCP−１を選択すると仮定する。正常
な稼動状態下では（従って、センサＩの複式プローブ
Ａ、Ｂを囲む水が存在しない状態下では）TC A1はHTR A
によって加熱され、RC B1が感知する温度よりも高い温
度を感知し、それぞれの出力を１対とする基準となる極
性または方向に関して、正ΔＴの出力STEMPが発生す
る。これに反して、もし補完ヒータＢが選択され、給電
され、ヒータＡに代用されると、この同じ分析条件下
で、STEMP出力は負ΔＴ、即ち、数値または絶対温度差
値は同じであるが符号は逆となる。既に述べたように、
装置110の校正回路はシステム制御装置104の命令下に、
且つ可調DC電源116の調節を介してヒータＡ及びヒータ
Ｂに供給される電力レベルを制御してHTR A及びHTR Bに
同じヒータ出力が発生し、センサに詰まりがなければ絶
対値が同じΔＴが発生するようにする。

本発明のシステムはヒータＡが故障した場合にヒータ
Ａに代えてヒータＢを使用して（またはこの逆）連続的
なモニター機能を確保すると共に従来ならヒータの故障
から生じた誤アラームを回避するため、ヒータＡとヒー
タＢの切換えを行なうことで複式センサの利点を発揮さ
せる。

第10図に示すTC制御回路102に関連して、センサの複
式構成は熱電対を含むシステムの能力をも著しく高め
る。即ち、もし対TCP−１の熱電対素子のいずれか一方
または双方に故障があることを導通チェック回路121が
検出すると、システム制御装置104の制御下にセレクタ1
22が自動的に第２対TCP−２に切換わってTC TEMP回路12
4−２に出力を供給し、該回路から値STEMP（ΔＴ）を得
る。第10図に示すように、対RCP−２は熱電対TC A1及び
TC B1から成る補完の第１対TCP−１と同じ方向に接続さ
れている。従って、ヒータ素子HTR A及びHTR Bの補完対
TCP−２が選択されると同符号のΔＴが形成される。当
然のことながら、TC A2及びTC B2の、即ち、対RCP−２
の方向を対TCP−１を逆にすれば、故障指示能力がさら
に大きい、もっと複雑な構成が得られる。かくして、例
えば、HTR Aのような所与のヒータを用いる場合、第１
の対TCP−１が故障して、システムが自動的に第２の対T
CP−２へ切換わり、センサが他の点では問題なく作動す
るならば、負のΔＴ、即ち同じ数値であるが符号が反対
の温度差出力が発生する。これはいづれの対の熱電対が
故障したかを指示するため保守が容易になる。

センサを構成するヒータ素子及び熱電対素子の（自動
切換えと区別される）物理的交換は制御盤108から遠隔
の場所に配置できるプロセッサＩによる故障素子の特定
後オンライン状態のままで行なうことができる。図面で
はHTR及びTC故障アラーム表示部114及び120をそれぞれ
ヒータ制御回路100及びTC制御回路102に組込んである
が、表示部114、120はメンテナンス要員が見易い場所に
配置すればよい。故障素子が検出されると、ヒータＡま
たはヒータＢに対応するアラーム・ランプ116または11
8、または熱電対TCP−１またはTCP−２にそれぞれ対応
するアラーム・ランプ120−１または120−２が点灯す
る。

双方のヒータＡ及びＢ、及び／または双方の熱電対TC
P−１及びTCP−２が故障すると、このセンサ・チャンネ
ルが作動不能となって誤アラームを防止する。また、ラ
ンプ136（第11A図）及び故障チャンネルに対応するアラ
ーム・ランプの同相明滅がユーザにこのチャンネルが故
障し、作動不能であることを指示する。感知したアラー
ムを検証するため自動的な切換えがなされる。詳細に説
明すると、水位が上昇してプローブＡ及びＢが浸漬され
ると、通常のΔＴ値がアラームの閾値以下まで、しかし
ながら普通は零ではない値まで著しく減少する。従っ
て、ヒータを切換えSTEMPの対応するΔＴ値を比較する
ことによりアラーム状態を自動的に検証できる。もし符
号は同じであるが数値が異なるならば、センサＩにファ
ウリングが生じΔＴ値が減少したのは誤アラームである
と結論することができる。一方、センサがこの検証テス
トに合格しないと、オペレータはシステムの保守が必要
なことを警告されたことになる。

制御表示／オペレータ制御盤108に表示され且つ制御
されるシステム動作を以上のような背景に基づいて説明
する。

先ず正常稼動状態を考察する。“自動”または“選
択”テスト・モードにおいて、オペレータはモニター盤
150上の対応アラーム・ランプ／スイッチ、例えばアラ
ーム・ランプ／スイッチ155を押すことによりシステム
中の各センサのΔＴを求めることができる。アラーム・
ランプ／スイッチ、例えば、155の作動でトリガーされ
る遅延回路は所定時間、例えば２分間に亙ってモジュー
ル130の表示部132にΔＴ表示を維持する。モニター盤15
0或いは任意の他のモニターパネル上の他のアラーム・
ランプ／スイッチ、例えば156が作動すると遅延回路は
レセットされる。

既に述べたように、対応のセンサがアラーム状態を感
知すると、これらの同じアラーム・ランプ／スイッチが
点灯する。同じく既に述べたように、システムはスイッ
チ140により選択される自動テストモードにおいてアラ
ーム表示発生の前にヒータを切換えることにより、アラ
ーム状態を指示するセンサ・チャンネルに対する自動検
証テストを行なう。ただし、一方のヒータが故障してい
るセンサについては検証のための切換えは行なわれな
い。切換え機能は３通りの異なる形式のいずれかで、即
ち、以下に述べるように、１つの“自動テスト”モード
と、２つの手動またはオペレータ制御モードのいづれか
で行なわれる。

具体的には、スイッチ140が自動テスト・モード位置
にセットされてランプ138を点灯させると、システム制
御装置104は所与のセンサが検出するアラーム状態に呼
応してこのセンサに対する検証テストのための切換え機
能を行なう（ただし、既に述べたように、このセンサ・
チャンネルにおけるヒータ故障によって切換えテストが
阻止されない場合であり、このような場合にはセンサの
機能中である単一ヒータのみに基づいてアラームが発せ
られる）。数値は同じであるが符号は逆の（従って双方
の絶対値がアラーム閾値以下である）ΔＴが発生する
と、アラームが発せられる。両ΔＴ値の差が所定値、例
えば３゜Fよりも大きければ、上述のように誤センサ・
アラームが発せられる。このアラームはスイッチ140を
中央の中立位置またはSelective Test Mode（139）へ切
換えることによってクリアされる。本発明システムの好
ましい実施例では、“自動テスト・モード”において、
切換えテストはアラームを指示するセンサ・チャンネル
だけについて所定の基準に従って行なわれる。また、自
動テスト・モードではアラーム指示に呼応して切換えテ
ストが１サイクルだけ行なわれる。さらにまた、スイッ
チ140が中立または“選択テスト・モード”位置から
“自動テスト・モード”位置に戻ると、アラームを指示
しているチャンネルはいずれもあらためてアラームが発
せられる前に切換えテストされる。

第２形式の切換えテストはスイッチ140を“選択テス
ト・モード”位置に切換え（これによってランプ139を
点灯させ）、これと同時にスイッチ142をSingle Sensor
Test位置（143）へ瞬時押圧すると共に所期のチャンネ
ルに対応するアラーム・ランプ／スイッチ、例えばモニ
ター盤150上のアラーム・ランプ／スイッチ155を瞬時押
圧することにより、オペレータが選択できる。次いで切
換えられたセンサのΔＴがモニター130の表示部132に表
示される。既に述べたように、遅延回路はこの表示を２
分間または表示を促す他のスイッチが押されるまで維持
する。

第３形式の切換えテストはスイッチ140を位置139に切
換え、スイッチ142を“全センサ・テスト”位置へ瞬時
押圧する（ランプ144を点灯する）ことによって同時に
すべてのチャンネルについて行なわれる。これによって
すべてのセンサがヒータＡからヒータＢへ（または、初
期方向が逆ならＢからＡへ）切換わる。２分後、オペレ
ータは手動でアラーム・ランプ／スイッチを１つずつ
（例えばモニター盤150の場合なら155、156、157、…）
手動で押圧することによりモジュール130の表示部132に
対応のΔＴを順次表示する。一連のセンサ・チャンネル
のΔＴ表示値を、すべてのヒータが切換えられた前の同
じチャンネルの既に記録されているΔＴと比較する。

これら２通りの手動テスト・モードのいずれにおいて
も、オペレータは実際のアラーム状態が存在するのか、
即ち、ΔＴ表示が（符号は逆であるが）所定閾値以下の
同じ絶対値のΔＴであるか、あるいはセンサが詰まって
いるのか、即ち、切換え位置によって数値が異なるΔＴ
であるかを検証することができる。

手動形式の切換えテストではその他のチェックを行な
うこともできる。例えば、既に述べたように、所与のセ
ンサ（例えばセンサＩ）の一方のヒータが故障すると、
切換えテストが阻止され、いずれの手動テスト・モード
においてもΔＴ変化は観察されない。このことで一方の
ヒータが故障しているセンサが識別される。表示部114
及び120のランプによって特定の故障ヒータ及び故障熱
電対をそれぞれ識別できる。

故障センサは故障センサ・ランプ135及び該当センサ
・チャンネルに対応のアラーム・ランプ／スイッチ、例
えば制御盤150のアラーム・ランプ／スイッチ155の明滅
によって識別される。故障センサは（１）装置121によ
って検出される所与のセンサの両熱電対TCP−１及びTCP
−２における導通異常；（２）装置110によって検出さ
れる所与のセンサの両ヒータ素子Ａ、Ｂの故障；及び
（３）上述した“自動テスト・モード”における切換え
テストによるセンサ故障の確認のいずれかの結果として
装置104によって指示される。

モジュール130上のボタン137を押圧することにより、
制御表示／オペレータ制御盤108（第10図）のすべての
ランプ、即ち、個別モジュール、例えば130、152、170
（第11A−11C図）の特定インジケータ及びアラーム・ラ
ンプを含むすべてのランプをテストすることができる。

第12A図は、センサの第２および第３実施例の外部構
成を表わす分割筒形筐体210の斜視図であり、第２およ
び第３実施例については後述するように内部の構成が異
なる。センサ210の外部構成は第１図の筐体10と実質的
に同一であるが、後述するように一体型であるためサイ
ズがかなり小さく、従ってヒータの電力条件が低いだけ
でなく、ヒータおよびセンサ素子が少ないため材料コス
トの減少、電子回路の簡単化および製造および取付けコ
ストの軽減がはかられている。例えば、第１図のセンサ
の筐体10は1.5インチのニップル管用ネジのサイズに合
うように構成することが出来るが、センサの筐体210を
１インチのニップル管用ネジを持つ要素に合うように構
成してもよい。

第１図の筐体10と公用、第12A図の筐体210は一通のほ
ぼ反円筒形のプローブ212A、212Bを有し、それらは筐体
210の軸に関して対称的な左右相称平面により画定され
るギャップ213により分離されている。筐体210は第１図
のものと同様にシャンク220を有し、その外周には管用
ネジ222あるいは筐体を適当なボスを介してパイプある
いは他の圧力容器に取付けるための他の手段が形成され
ている。シャンク220は更に第１図の筐体10の底壁32を
有するチェンバ30に実質的に対応するほぼ円筒形のチェ
ンバ（第12A図には図示しない）を画定するように穿孔
されている。

第12B図は筐体210の軸に垂直な平面でプローブ212A、
212Bを切断した断面図であり、それぞれのプローブ212A
と212Bの中央にほぼ対称的に位置して夫々のプローブの
自由端214A、214Bの近傍の位置まで軸平行関係に延びる
孔224Aと224Bを示す。本発明のこの実施例によれば、第
８図のヒータ素子95と実質的に同一な外部形状および外
部寸法を持つ一体形ヒータ／温度計素子が各孔224A、22
4Bに挿入される。これらの孔は後者のものは第１図のセ
ンサ10に関しては直径が6.5mm（0.2インチ）、深さが6
3.5mm（2.5インチ）である。かかるヒータ素子は第12B
図には示されないが、それらの位置を夫々の孔224A、22
4Bに隣接する括弧でくくったH/T AとH/T Bで示す。

素子H/T AとH/T Bはニッケル、鉄あるいは他の同様な
純粋金属で作製したヒータ素子であり、電気抵抗が温度
に対し実質的に線形あるいは従来関係を示す。第14乃至
16図に関連して後述するように、１つの素子、例えばH/
T Aにはヒータとしてだけでなく同時に温度計として、
従って加熱される素子として作用する充分なレベルの電
流が供給される。もう一方の素子H/T Bにはヒータ素子
としては事実上無視出来るが温度計として従って基準素
子として働く格段と低い電流が供給される。本例では、
プローブ212Aが加熱されるプローブであり、プローブ21
2Bが基準プローブである。本発明の第１実施例の説明か
ら理解されるように、蒸気と水が択一的に存在すると後
述するように特定のセンサ素子の対の出力として夫々高
温度差および低温度差信号が発生する。

第12C図は、筐体210の軸を横断する平面に沿ってプロ
ーブ212A、212Bを切断した断面図である。本発明の第３
の実施例では、筐体210の内部構成は同一の４つの孔、
即ちプローブ212A′の孔224A1,224A2とプローブ212B′
の孔224B1、224B2を含むように変更されており、各孔は
上述の例と同様同一の寸法を有して夫々のプローブ212
A′、212B′の側壁から等距離離れるように対称的に配
置されている。これらの孔に４つのヒータ／温度計H/T
（素子A1,A2,B1,B2）が挿入される。第12C図の例では第
１乃至８図に示した本発明の第１実施例のセンサ10のよ
うな完全な複式構成が得られるため、本実施例の構成を
第９乃至11C図に関し説明したシステムに代りに用いてH
/T素子の一体型ヒータ／温度計の構成に合せて必要な設
計変更を行なうことが出来る。第12図の一体型センサお
よび後述する第４の実施例の一体型センサを利用するた
めに特別に設計されたシステムを後述する第17および18
図に示す。

第13A図は、第12A図の筐体210に実質的に対応する第
４の実施例のセンサ筐体310の斜視図であり、この例で
は４つの部分円筒計形（即ち４つの対称的なほぼ1/4円
筒形のプローブ312A1乃至312B2が筐体310の軸に対称的
に相互に垂直な関係の交差する左右相称平面により画定
されたギャップ313−1,313−２により離隔されている。
第13B図の断面図に示すように、第12C図と同様な表示法
を採用すると孔323A1,324A2が夫々のプローブ312A1,312
A2に形成され、孔324B1,324B2が夫々のプローブ312B1,3
12B2に形成され、これらの対応するヒータ−温度計素子
が夫々の孔に挿入される。筐体310を有するセンサを用
いると、対角線上にある関連のヒータ／温度計素子の対
（即ち、H/T A1とH/T B1,およびB1の対およびH/T A2とH
/T B2の対）を２つの完全に独立の示差温度センサとし
て作動させることが出来る。

第12A乃至13B図のセンサには、更に、第１に実施例に
つき説明したが電気素子およびそれにより必要とされる
関連の回路接続部が減少したため簡単な構成となった電
気コネクターボックスおよび関連の構造部を設けてもよ
い。

第14図は、関連するヒータ／温度計（H/T）素子Ａお
よびＢのうちの選択した一方を付勢するだけでなくその
夫々の電圧出力から感知した温度差を表わす差電圧を取
出す回路を概略的に示したものである。この図は第12B
図に示すような内部構成を持つ筐体210に用いられるよ
うな単一対の関連素子H/T A,H/T Bの例につき示した
が、第12Cおよび第13B図の各構成につき対角線方向に関
連するH/T素子の各対を同様に接続出来ることが理解さ
れる。更に、普通は第12C図の構成の単一のかかる関連H
/T対がかかる回路接続および動作のために一度に選択さ
れるのであるが、第13B図の構成のかかる対を両方とも
かかる回路に接続して同時に感知作用を行なわせること
も可能である。

第14図の回路の動作を第15および16図を参照して説明
する。第14図において、電流I0およびI0÷50を夫々供給
する定電流源97′および94′はブリッジ回路の第１およ
び第２の分枝に対応の素子H/T AとH/T Bと直列関係に接
続され、２つの分枝は図面で垂直方向の第１の組の互い
に反対の接続点に並列に相互接続されている。これらの
接続点の間に接続された外部回路は従って電流51/50I0
を運ぶ。水平方向の第２の組の接続点における電圧出力
V_aとV_bは差動増幅器98′の入力に供給され、電圧V_bは回
路94″により比例係数（x50）を掛け合される。比例係
数は電流源97′および94′により２つの分枝を介して供
給される差電流の逆数であるため、電圧出力V_aおよびV_b
を比較することが可能となり、回路94″は従って差動増
幅器98′の第２の入力へ送られる出力50V_bを発生する。
従って、差動増幅器98′の差電圧出力,V＝Va−50V_b,は
素子H/T AおよびH/T Bにより感知される温度の間の差、
即ちＴ＝ｋ（ΔＶ）を表わす。差動増幅器98′からのΔ
Ｖ出力はトリガー／アラーム回路99に加えられ、該回路
は蒸気（正常）あるいは水（アラーム）の感知状態を示
す出力を発生し、この出力は夫々実際のΔＴ値である場
合がある。

回路94′および94″の補完機能により、ヒータ素子H/
T Bの温度感知機能は素子H/T Aと等価である。しかしな
がら、H/T Aは加熱される素子としても機能するが、H/T
BのＢは実質的に加熱されず、即ちその加熱は微々たる
ものであるため、H/T Bは基準素子として働く。

一体型センサ210,310のH/T素子の対の熱機能を、以下
の温度および温度差の定義を用いて説明する。

Ｔ（H₂O）−パイプあるいは容器内の蒸気あるいは水の
温度Ｔ（IWDEI/蒸気）−プローブ212A,212Bの該表面と蒸気
の間の温度差であり、これは普通60゜Fである。

Ｔ（IWTI/水）−プローブ212A,212Bの該表面と水の間の
温度差であり、これは０゜Fである。

Ｔ（金属）−加熱されるプローブ（212A）の孔（例え
ば、224A）を取巻く金属にかかる温度差であり、これは
小さく０であると仮定する。

Ｔ（IWDI−H/T）−プローブ212Aの孔224Aの内表面と加
熱される素子、H/T Aの間の（空気）ギャップにかかる
温度差であり、普通20゜Fである。

蒸気および水内のH/T AおよびH/T Bの夫々の感知温度
（T_aおよびT_b）の変化を第15図に示す。第13図の差動増
幅器98′はH/T AおよびH/T Bに共通のＴ（H₂O）を引き
算により除外する。Ｔ（IWDI−H/T）は孔H/Tのギャップ
が10ミルに等しいか小さい時H/T Aで消費される電力だ
けに依存する。H/T Aに供給される電力レベル（即ち、
電流I0）およびH/T Bに供給される電力（即ち、電流I0
÷50）は夫々の電流源97′および94′によりほぼ一定値
に保持されるため、Ｔ（IWDI−H/T）はほぼ一定であ
る。

蒸気中のH/T Aの温度は従って、 T_a＝Ｔ（H₂O）＋Ｔ（IWDI−蒸気）＋Ｔ（IWDI−H/
T）水ではT_aは以下のようになる。

T_A＝Ｔ（H₂O）＋Ｔ（IWDI−H/T） H/T Bの温度は蒸気および水の中において T_b＝Ｔ（H₂O）従って、温度差は蒸気ではＴ＝T_a−T_b＝ｋ（V_a−50V_b）＝Ｔ（IWDI−STEAM）＋Ｔ（IWDI−H/T）水ではＴ＝Ｔ（IWDI−H/T）これはＴの変化、典型的には蒸気においてＴ＝80゜F
から水におけるＴ＝20゜Fの変化を表わす。

第16図は、蒸気の場合の上述した典型的な温度差であ
るΔT,80゜Fと水が存在して検知されつ場合の温度差20
゜Fおよびこれらの温度差の間の典型的な60゜Fの温度変
化を示す温度ダイヤグラムである。第16図は、更にΔＴ
＝35゜Fのトリガーレベルを示し、このレベルは蒸気と
水が存在する場合の温度差の間の温度差の範囲であって
水が存在するという警報状態を判定するための多少低く
設定した値である。第14図の構成において、トリガー／
警報回路99は蒸気（正常）状態と水（警報）状態とを自
動的に判別して何れかの状態を表わす出力を発生するト
リガーレベルとしてΔＴ＝35゜Fに相当する電圧しきい
値を用いることが出来る。

第13Aおよび13B図のセンサー310は第12C図および第１
乃至８図の構成と同様な機能を有するため、第１乃至８
図に関連して説明した完全複式構成のセンサーとして作
用出来る。事実、センサー310は更に２つの独立別個の
示差温度センサーとしての機能を持つため、２つの別個
のH/T素子の対からの夫々の温度差指示を論理的に組合
わせることにより検知した状態につき選択機能を提供
し、かくして自己検証機能を持つことが出来る。４つの
H/T素子として表示A1,A2,B1,B2だけを説明を簡単にする
ために用いると、 A1−B1 対 A2−B2 対検知状態表示高ΔＴ高ΔＴ正常高ΔＴ低ΔＴ故障低ΔＴ高ΔＴ故障低ΔＴ低ΔＴアラーム関連する各H/T対が選択動作された際の第12Cおよび13
B図の実施例の動作は、上記の式（１）乃至（５）によ
り同じように完全に説明され、その際定義において特定
した典型的な温度差のあるものが特に第13B図の構成で
はここのプローブを寸法および材料以外は筐体210に対
応する筐体310に形成すると仮定して個々のプローブの
重量および壁厚が小さいため多少異なるという僅かな差
がある。

第２乃至第４実施例の一体的な複式分割筒型センサを
用いる表示およびオペレータ制御パネルのような制御シ
ステムおよびその関連の構成要素を第17および18図に示
す。前に述べたように第12B図の実施例は複式切換え能
力を有し、一方第12C図の実施例は複式構成および冗長
性を有して素子を自動的に交換出来、また第１乃至８図
の第１実施例と機能的に同じである。一方第13Aおよび1
3B図の実施例は２つの独立の示差温度センサあるいは検
知器として本質的に機能出来る限り更に別の能力を有す
る。まず第17図を参照すると、複数の一体型センサ、1,
2,・・・48がセンサ制御装置400の対応参照番号を付し
たチャンネル410に夫々接続され、各チャンネル410はシ
ステム制御装置400におよび表示／オペレータ制御パネ
ル404に制御されている。センサ制御装置400の各チャン
ネル装置はアラームランプスイッチ401および403を有
し、これらは故障したH/T A1−B1対および故障したH/T
A2−B2対の状態を夫々表示して故障した対の識別を容易
化しこれにより保守を簡単にする。所与のセンサのH/T
対が両方故障した場合には、それに応じてそのチャンネ
ルが非作動状態にされ、前述したパネル404にその旨の
表示がなされる。

表示／オペレータ制御パネル404は第11A乃至11c図の
モジュール130,152および170にほぼそのまま対応する多
数のモジュールを有し、その主な例外は一体型センサの
第11A図の読出し制御モジュール130がランプ／スイッチ
136に関連する故障ヒータあるいはTCとの表示の代りに
故障H/T素子の表示がある点である。この点に関し、第
３および第４の実施例の一体型センサは第１実施例の示
差温度感知機能と同じものを有するため、後者の動作機
能の全ては全て前で説明したように本質的に同一の手動
および／または自動制御装置により実現可能であること
が理解出来る。第17図のシステム制御装置402はパネル4
04とのインターフェイスを行ない、第9,10および11A−1
1C図のモニターシステムに関して前に説明したように、
センサ制御装置400の個々のチャンネルのH/T対を自動的
にあるいは表示／オペレータ制御パネル404上において
オペレータが手動選択した制御入力に応答して選択を行
なう。

第18図は、単一センサ制御チャンネル410,例えば第17
図のセンサ制御装置400のチャンネルNO.1の制御回路を
示す。一体型センサは複式構成を持つため、単一のかか
るチャンネル制御器410は第18図に示したように２つの
同一サブチャンネル、“H/T対A1−B1サブチャンネル410
−1"および“H/T対A2−B2サブチャンネル410−2"よりな
る。サブチャンネル410−１と410−２は同一であるた
め、A1−B1サブチャンネルだけを詳細に示した。センサ
チャンネル制御器410は２つの関連するサブチャンネル4
10−１と410−２の何れかを選択してこれらの動作を制
御し、後述する対応で第18図のシステム制御装置402と
直接インターフェイスする。

電流選択スイッチ412はリード418および420を介する
チャンネル制御器410の制御の下にI0電流源414とI0÷50
電流源416を選択的にH/T素子H1およびB1に接続する。H/
T温度選択スイッチ422はライン424および426を介してH/
T A1とH/T B1から電圧レベル信号を受信して、ライン41
8および420を介してセンサチャンネル制御器410の制御
下において後述する態様でこれらの信号を処理する。

更に詳細には、ライン418の制御信号が高（418′が
低）の時、H/T素子対A1−B1が選択されて作動状態にさ
れ、一方H/T素子対A2−B2は待機状態にある。逆に、ラ
イン418′が高、ライン418が低い場合には、H/T素子対A
2−B2,即ちサブチャンネル410−２が選択されて作動状
態になる。ライン420の信号が高レベルになるとスイッ
チ412が電流源414から電流I0をH/T素子A1へまたI0÷50
電流を電流源416KららH/T素子B1へ供給する。ライン420
の信号が低レベルにあると逆の接続がなされる。従っ
て、チャンネル制御器410は418が高レベルにある時H/T
素子対Ｈ−B1を加熱される素子と基準素子の間で選択的
に切換えることが出来る。ライン420′の信号はサブチ
ャンネル410−２のH/T A2−B2につき同じ役割を担う。
典型的には、センサチャンネル制御器410は普通所与の
素子対、例えばH/T A1−B1（即ちライン418が高レベ
ル）を選択し、素子A1は（ライン420が高レベルにある
時）I0を運び、システム制御装置402（第18図）から入
力ライン471および474を介して送られる入力に応答して
反対の選択、即ちI0（加熱）を運ぶH/T B1あるいは活性
状態にあるH/T A2−B2へ切換える。ライン418′および4
20′の信号が高レベル（高レベルにある時）（418およ
び420が、低レベルにある）、スイッチ410には電流源41
6′からH/T素子A2およびB2へI0÷50電流を供給する。

ライン418上の高レベル信号によりH/T素子対A1−B1が
選択され、素子A1がI₀を運んでいると仮定すると（ライ
ン420も高レベル）、温度選択スイッチ420にはライン42
4及び426を介して受信したH/T素子対A1−B1の高電圧及
び低電圧出力をそれぞれ出力ライン428及び430へ供給す
る。これらの出力は、増倍率がそれぞれx1（即ち１倍）
及びx50（すなわち50倍）である演算増幅器である乗算
回路432及び434より処理される。ライン436及び438上の
出力はそれぞれ、H/T素子A1−B1により温度差が検知さ
れる場合は除いて、差動増幅器440により比較を行なう
ために大きさを一致させられている。これらの回路動作
は第14図を参照して説明した回路動作に対応し、乗算回
路434及び差動増幅器440は第14図の素子94″及び98′に
対応する。温度選択スイッチ422はもちろんH/T A1−B1
の出力をそれらが基準及び加熱素子としての選択に従っ
て設けられる。例えば、もしライン420が低レベルにあ
れば、ライン426上のH/T B1の出力電圧はライン424上の
ものより大きく、従ってスイッチ422は前者の出力を出
力ライン428へ、後者を出力ライン430へ向ける。かくし
て、増幅器434は常に、基準プローブH/T素子へのI₀÷50
電流の供給により決まるその基準プローブの素子の出力
電圧を受ける。

差動増幅器440の出力は従って、H/T素子対A1−B1によ
り感知されるそれぞれの温度の差ΔＴ（ΔＴ＝kV）を表
わす信号となる。その出力ΔＴはさらにライン440を介
してスイッチ442に供給され、スイッチ442は制御ライン
444を介してセンサーチャンネル制御器410により作動さ
れて現在選択作動された状態にある対応のサブチャンネ
ル410−１或いは410−２の出力を制御器410への入力ラ
イン474によりチャンネル出力ライン446へ選択的に接続
して、そのライン上のΔＴ信号を第17図に従ってシステ
ム制御装置402及び表示−オペレータ制御パネル404へ供
給する。

センサーチャンネル制御器410は同時に、動作チャン
ネル及それにより発生するΔＴ出力状態に関するエラー
チェック及び検証作用を実行し、その関連の一体型セン
サーの４つの全てのH/T素子及びそれらの支持回路の動
作状態をモニターし検証する。

エラーチェック及びチャンネル能力検証作用は、両方
のサブチャンネルのH/T素子対の動作状態及び待機状態
の両方における電圧レベルの通常の範囲を考慮する。ま
ず第１に最も典型的なエラーの発生源、即ち第14図の概
略図から予想されるようなリード線の断線或いはヒータ
素子の焼き切れ及び故障を考慮すると、本質的には開路
状態になる。低電流源97′及び94′の特徴により、それ
ぞれのH/T素子及び／または開路状態にある支持回路に
対応する対応ブリッジ出力電圧V_a或いはV_b、A_a或いはA_b
は電流源97′及び94′のいわゆる“レール電圧”、即ち
その電流源が定電流状態を維持しようとして到達する最
も高い電圧に近づく。第14図を参照して、レール電圧は
例えばI₀を受けるブリッジの分子V_a出力は150ボルトI₀
÷50を受ける分子のV_b出力は12ボルトである。一方、V_a
の通常の動作電圧の範囲は50乃至125ボルト、V_bは１乃
至2.5ボルトである。逆に、H/T素子の一方或いは両方が
短絡すると出力電圧V_a及びV_bが０ボルト或いはそれに近
い値になる。従って、出力電圧V_aの動作範囲は25ボルト
の下限しきい電圧から125ボルトの上限しきい電圧に亘
る範囲として定義できる。同様に、出力電圧V_bについて
は、その動作範囲はほぼ0.5ボルトの下限しきい電圧か
ら2.5ボルトの上限しきい電圧の範囲と定義できる。し
かしながら、前述したように、低い方のレベルの出力電
圧V_bは第18図（x50）回路434及び462により電圧V_aに関
し正規化されている。従って、第18図の比較器450及び4
52へ送られる基準電圧V_REF1及びV_REF2は共にH/T素子A1
及びB1の出力電圧の動作範囲基準電圧としてそれぞれ25
及び125ボルトの下限及び上限を決める。

H/T素子対A1−B1が作動状態にあること、更にライン4
20上の信号が高レベルにあって素子A1が高レベル電流I₀
を受けていることを考慮すると、温度選択スイッチ420
には、ライン428上の素子A1の出力電圧を供給するだけ
でなくライン464上の同じ出力電圧を比較器450へ供給す
る。I₀÷50電流を供給される素子B1の低レベル出力はラ
イン430を介して前と同様に増倍器434へ加えられ、増倍
された出力はライン439を介して比較器452へ送られる。
従って、ライン464及び434上の電圧は共にV_REF1及びV
_REF2により決まる範囲（即ち25乃至125ボルト）内にあ
るはずである。もしいずれもそうでない場合には対応の
比較器450或いは452がそれぞれの出力451及び453上にエ
ラー信号を発生する。ORゲート454はかかるエラー信号
出力をライン458を介して制御器410へ送る。素子A1及び
B1が切り替えらると、それぞれの出力は反対の回路を流
れて同じ結果が得られる。

ライン418上の信号が低レベルにある場合には、素子
の対A1−B1が選択されず従って待機状態にある。素子A1
及びB1には共にスイッチ412により電流源416からI₀÷50
電流が供給されるため、それぞれの電圧出力は同じ低レ
ベルにあるはずである。この状況において、スイッチ42
2はライン424上の出力電圧をライン428へ、またライン4
26上の出力をライン430上へ送る。この例の温度選択ス
イッチ422に入力460を選択し、ライン436上の信号をラ
イン437及びx50増倍器462を介して受信し、その結果得
られたライン464上の増倍信号を基準V_REF1と比較するた
めに比較器450へ送る。スイッチ422からのライン430上
の出力電圧はその通常の範囲の値では、素子対H/T A1−
B1が選択された場合基準プローブの加熱されない素子の
出力電圧に一致する。従って、前と同様、その出力電圧
はX50増倍器434により増倍されてライン435を介し比較
器452へ加えられる。V_REF1及びV_REF2により送られる同
じ下限及び上限しきい電圧及びそれらの範囲が、待機状
態にあるH/T素子A1及びB1の作動性の判定に適応される
ことには変わりがない。

これより、H/T素子A1及びB1の作動及び支持回路、例
えば素子対A1−B1が作動状態にあるか或いは待機状態に
あるか、また素子A2−B2がいずれの状態にあるかに関係
なく、電流源414及び416、スイッチ412、422等が故障す
るとライン458上にエラー信号が発生することがわか
る。センサーチャンネル制御器410は対応のエラー信号
を出力ライン470を介してシステム制御装置402（18図）
に送り、所与のサブチャンネルのH/T対（例えばサブチ
ャンネル410−１の素子対H/T A1−B1及びサブチャンネ
ル410−２の素子対H/T A2−B2）の故障を指示する。同
様に、所与のチャンネルのサブチャンネルが両方とも故
障している場合には、エラー信号は出力ライン472を介
して送られてセンサーのチャンネル全体が故障したこと
を指示する。更に、センサーチャンネル制御器410は１
つのサブチャンネルの素子対の故障を内部的に検知する
か或いはシステム制御装置402からライン474を介して受
信したH/T素子対制御信号の切り替えをリクエストする
信号に応答して待機状態にあるもう一方のサブチャンネ
ルへの切り替えを行なる。もちろん、両方のサブチャン
ネルが故障状態にある場合にはオペレーターの介入が必
要となる。

上述したように、サブチャンネル410−２はサブチャ
ンネル410−１と実質的に同一であるため第18図におい
て同一符号及び参照番号で示したように同じ動作及び対
応信号ラインを介して同じ信号を受ける。２つのサブチ
ャンネル410−１と410−２の間のエラーチェック機能も
継続して行なわれる。

以上より、第18図のシステムは第９乃至12C図のモニ
ターシステムと同様、それぞれのサブチャンネル410−
１及び410−２並びにH/T素子対につき同じ状態指示信号
を与えるため、上述した自動モード及びオペレータ制御
モードで完全な作動状態にある。しかしながら、一体型
センサーにより公知のシステムと比較すると簡単な相互
接続及び信号処理が得られ、信頼性の向上、取り付け、
保守及び作動コストの減少だけでなくモニター及び検証
機能に同じような融通性及び信頼性が与えられる。

結論を言えば、本発明のモニターシステムは第１の通
常選択された活性素子対により発生される所与のセンサ
ーのアラーム状態を、補完第２ヒータ素子を用いる切り
替えテストにより自動的な検証を受けながら表示すると
共に、継続的なオンラインテスト及び素子の故障を自動
的な検知を行なって適当な故障信号を発生すると共に補
完素子を自動的に交換して、全てのセンサー位置を常に
モニターし診断して必要な場合はただちにアラームの指
示を行ない、更に構成要素の故障によるにせのアラーム
の発生を回避する。自動的及び継続オンラインテストに
加えて、オペレータの制御による選択テストモードが与
えられる。システムのこれらの能力にとって重要なのは
本発明のセンサーの複式構成及び切り替え能力である。
センサーは長寿命を保証する堅牢な構成を有するだけで
なく、故障したヒータ及びセンサー素子をオンラインで
交換する能力を有し、複式及び冗長センサーが補完素子
の自動的な交換により完全な機能性を維持する。本発明
のセンサー及び計測システムについては種々の変形例或
いは適応例が当業者に自明であろうが、頭書記載の特許
請求範囲はそれらを全て含むことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセンサのサーモウェル筐体を示す立面
図である。第２図は第１図の分割筒形のサーモウェル筐体の底面図
である。第３図は第１図の分割筒形のサーモウェル筐体の頂面図
である。第４図は第１図に示した本発明の分割筒形サーモウェル
筐体の軸線を通る平面における、電気コネクタ・ボック
ス及び関連構造を含む、本発明のセンサ集合体の断面図
である。第５図は第４図の５−５線を通る切欠き平面における、
一部断面で示す頂面図である。第６図は第４及び５図に断面で示したコネクタ・ボック
スのカバー素子を示す端面図である。第７及び８図は本発明のセンサに使用するヒータ及び熱
電対素子をそれぞれ示す平面図である。第９図は本発明の分割筒形センサを複数個利用するモニ
ター・システムを略示するブロックダイヤグラムであ
る。第10図は本発明の計測／モニター・システムを分割筒形
センサの各素子との関連を一部ブロックダイヤグラムで
示す簡略図である。第11A、11B及び11C図は本発明システムの表示／オペレ
ータ制御盤の構成成分を示す平面図である。第12A図は分割筒型サーモウェル筐体の簡単化した斜視
図であり、この筐体は第１図のものと実質的に同一であ
るが第２及び第３のセンサー実施例に従って異なる内部
構成を有する。第12B図はセンサー筐体の中心軸を横断する平面におい
てとった第12A図のセンサー筐体のプローブ部分の横断
面図であり、第２のセンサー実施例による内部構成を示
す。第12C図はセンサー筐体の中心軸を横断する平面におい
てとった第12A図のセンサー筐体のセンサー筐体のプロ
グ部分を示す横断面図であり、第３のセンサー実施例に
よる内部構成を示す。第13A図は交差した左右相称平面により画定される４つ
の対称的な部分円筒形プローブより成る第４のセンサー
実施例のサーモウェル筐体の簡単化した概略図である。第13B図は筐体の中心軸を横断する平面における第13A図
のサーモウェル筐体のプローブの横断面図である。第14図は第12A乃至13B図に示した本発明の実施例の一体
型センサーのヒータ／温度計素子対を付勢し、その対に
より感知される温度間の差を示す差電圧を検知するため
の電流源及びブリッジ回路構成を示す簡単な回路図であ
る。第15図は、一体型センサーの実施例によるヒータ／温度
計素子の対により感知される温度レベル及びその対によ
り発生される対応の差電圧を説明するための温度ダイヤ
グラムである。第16図は、蒸気と水をそれぞれ表わす第14図の回路の差
電圧出力を弁別するためのトリガーレベルの設定を説明
するための温度ダイヤグラムである。第17図は、上述の第２乃至第４実施例の一体型分割筒型
センサーを複数個用いる第２の実施例によるモニターシ
ステムを示す概略的なブロック図である。第18図は第９図の計測及びモニターシステムの一部をブ
ロックで示した概略図である。 10は筐体、12A、12Bはセンサプローブ、13はスロット、
14A、14Bは先端、15A、15Bは面取り部分、18はカラー、
20はシャンク部分、22はねじ付き部分、28は環状端面、
30はチェンバ、50は延長部集合体、51は円筒スリーブ、
60はコネクタボックス、62は中心孔、63は取付け板、6
4、65は固定手段、70、95は熱電対、74はクリップ、86
はカバープレート、87は垂下側壁、89は整合孔、90はヒ
ータ素子、93、96は導線である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気と可変量の水を収容する圧力容器内に
おける流体の状態をモニターするための計測システムで
あって、使用時圧力容器内の流体と連通する状態におか
れる少なくとも２つの実質的同一の温度測定プローブよ
り成るプローブ対と、補完組のヒータ及び温度感知素子
を含む２つのプローブとよりなる少なくとも１つの複式
示差温度センサーを備え、補完組の各々が所与の対のプ
ローブと連携して、付勢されると選択的に作動されて前
記所与の対のうちの１つのプローブを加熱し、かくして
所与の対の関連した加熱基準プローブを構成し、また所
与の対の関連加熱基準プローブの温度を感知してそれら
の間の温度差を表わす対応の感知温度出力を発生させ、
温度差はセンサーの関連加熱基準プローブの対が圧力容
器内の蒸気及び水の状態のいずれかに露出されるのに応
答してそれぞれ高い及び低い値を有し、前記少なくとも
２つの同一温度測定プローブは互いに熱的に隔離されて
おり、更に所与のセンサーの補完組のヒータ及び温度感
知素子の所与の１つのヒータ素子を選択的に付勢する選
択付勢手段と、補完組の所与の１つの感知温度出力間の
温度差を測定して対応の感知温度差出力を発生する手段
と、通常のモニターモードの際作動されて補完組のうち
の１つを作動組として選択し、２つの補完組の他方のも
のを待機状態に保つ制御手段とより成り、制御手段は選
択付勢手段を制御して選択された組を付勢し測定手段を
制御して選択された組の感知温度出力間の差を求め対応
感知温度差出力を発生することを特徴とする継続システ
ム。
【請求項２】所与のセンサーの補完組の温度感知及びヒ
ータ素子の任意のものの故障を判別して対応の故障素子
出力を発生する手段を更に含み前記制御手段は選択され
た作動組に対応する通常モニターモードの故障判定手段
故障素子出力に応答して待機状態にある補完組の他方の
ものを作動組として選択し、選択付勢手段を制御してま
た判定手段を制御してかくして選択されたもう一方の組
の感知温度出力間の差を求めることを特徴とする請求項
第（１）項に記載計測装置。
【請求項３】故障素子出力に応答して故障素子をセンサ
ー表示手段を更に含むことを特徴とする請求項第（２）
項に記載の計測装置。
【請求項４】所与の組の感知温度出力に応答して発生さ
れる測定手段の感知温度出力の関連する対のセンサープ
ローブを圧力容器内の蒸気及び水状態にさらした場合に
それぞれ対応する比較的高い及び比較的低い値の間にお
いて基準温度差の値を決定する手段と、選択された作動
セットの感知温度出力に応答して発生される測定手段の
感知温度差出力の値を基準温度差値と比較して感知温度
差出力が基準温度差値以下であるときアラーム出力を発
生する手段とを更に含むことを特徴とする請求項第
（１）項に記載の装置。
【請求項５】制御手段は検証モードにおいて比較手段の
アラーム出力に応答して待機状態にある補完組の要素を
選択して付勢手段を制御することにより測定手段を付勢
してこのようにして選択された補完組の感知温度出力と
の間の差を測定して対応の補完値温度差出力を発生する
ことを特徴とする請求項第（４）項の記載の装置。
【請求項６】所与のセンサーにつきモニターモードにあ
る時発生される測定手段の感知温度差出力とアラーム出
力が発生した結果検証モードにあるときの測定手段の感
知温度差出力とを比較してアラーム状態を検証すること
を特徴とする請求項第（５）項に記載の装置。
【請求項７】アラーム出力に応答してアラーム表示を行
なう手段を更に備えたことを特徴とする請求項第（６）
項に記載の装置。
【請求項８】補完組の所与のセンサーの温度感知及び加
熱素子の任意のものの故障を判定して対応の故障素子出
力を発生する手段を更に備え、制御手段はオンラインテ
スト時通常モニターモードにおいて選択的に作動可能で
あり、待機状態にある他方の補完組を作動組として選択
して選択的付勢手段を制御して測定手段を付勢せしめ、
このようにして選択された他方の補完組の感知温度出力
の差を求めることになることを特徴とする請求項第
（１）項に記載の装置。
【請求項９】複数の示差温度センサーとそれぞれの付勢
手段と測定手段を備え、制御手段はシステム制御手段と
複数のセンサーにそれぞれ関連する複数のセンサー制御
手段とより成り、システム制御手段は複数のセンサー制
御手段を制御してそれぞれ関連するセンサーのオンライ
ンテストを行なうことを特徴とする請求項第（８）項に
記載の装置。
【請求項１０】通常モニターモード時及びオンラインテ
スト時において複数の測定手段の各々により発生される
温度差出力を比較してそれぞれ対応のセンサーの動作テ
ストを行なう手段を備えてなることを特徴とする請求項
第（９）項に記載の装置。
【請求項１１】複数のセンサーの各々につき各センサー
と関連する複数の測定手段の各々の通常モニターモード
及びオンラインテスト時におけるそれぞれの温度差出力
を表示するシステム表示手段を備えてなることを特徴と
する請求項第（10）項に記載の装置。
【請求項１２】システム表示手段は選択されたただ１組
の単一のセンサーにつき温度差出力を表示し、システム
制御手段はモニターモード及びオンラインテストモード
のそれぞれにおいて、別々に複数のセンサー制御手段及
びそれに対応してそれぞれの関連する複数のセンサー及
び複数の測定手段を次々に選択して、モニターモードに
ある選択した組の各センサー及びオンラインテスト中の
補完組の各センサーに対応するそれぞれの温度差出力を
システム表示手段に送って選択したセンサーの表示と共
に次々と表示することを特徴とする請求項第（11）項に
記載の装置。
【請求項１３】システム表示手段はそれぞれ複数のセン
サーに対応する複数のアラーム表示手段を備え、かかる
対応のアラームセンサー表示手段はそれぞれ関連のセン
サーのアラーム状態を支持することを特徴とする請求項
第（11）項に記載の装置。
【請求項１４】各センサーに関連して補完組の温度感知
及び加熱素子の任意のものの故障を判定して対応する故
障素子出力を発生する手段を備え、複数のセンサー制御
手段はそれぞれ選択された作動組に関する対応の測定手
段の故障素子出力に応答して故障状態にある組の出力を
発生し、また両方の補完組につき測定手段の故障素子出
力の受信に応答して故障センサー出力を発生し、システ
ム制御手段はシステム表示手段に対する対応センサーの
識別に関連して複数のセンサー制御手段の故障組及び故
障センサー出力を供給し、システム表示手段は更に故障
組及び故障センサー出力の受信に応答して対応のセンサ
ーの識別に関連し故障組及び故障センサーの表示を別々
に行なう手段を備えてなることを特徴とする請求項第
（11）に記載の装置。
【請求項１５】システム制御手段を選択的に制御して複
数のセンサーの選択的オンラインテストを行なうオペレ
ータ制御手段を備えてなることを特徴とする請求項第
（９）項に記載の装置。
【請求項１６】各補完セットは独立のヒータ素子と２つ
の温度感知素子より成り、一対の関連プローブの各々は
独立のヒータ素子と関連のヒータ素子に関し、対象配置
された２つの温度感知素子とを有し、１つのプローブの
ヒータ素子及び一方の温度感知素子並びに他方のプロー
ブの２つの温度感知素子の所与の１つは第１の補完組と
して関連し、前記対の他方のプローブの独立のヒータ素
子及び前記対のプローブの残りの温度感知素子は第２の
補完組として関連することを特徴とする請求項第（１）
項に記載の装置。
【請求項１７】各補完組は一対の一体型ヒータ／温度感
知素子より成り、センサーの前記対のプローブの各々は
一対の一体型ヒータ／温度感知素子を有し、各一体型素
子は温度に実質的に線形の関係で変化する抵抗値を有
し、温度感知素子として作動して感知温度出力を発生可
能であり、また付勢されると選択的に作動されて関連の
プローブを加熱するヒータ素子として作用し、一対の関
連プローブの一方のかかる一体型ヒータ／温度感知素子
はそれぞれ前記対の他方のプローブの一体型ヒータ／温
度感知素子の１つと関連して所与のセンサーの所与の対
の関連プローブにつき第１及び第２の補完組の一体型ヒ
ータ／温度感知素子を構成し、制御手段は通常のモニタ
ーモードにおいて第１の補完組の一体型ヒータ／温度感
知素子を作動させるよう選択し、第２の組は待機状態に
あり、付勢手段を制御して所与のセンサーの前記所与の
対のプローブの所定の１つに関連する選択された組の一
体型ヒータ／温度感知素子の所与の１つを付勢すること
を特徴とする請求項第（１）項に記載の装置。
【請求項１８】補完組の所与のセンサーの任意の温度感
知ヒータ素子の故障を判定して対応の故障素子出力を発
生する手段を備え、制御手段は通常モニターモード時選
択された組につき判定手段の故障素子出力に応答して待
機状態にあるもう一方の組を選択し、付勢手段を前記対
の関連プローブの他方のものに関連するこのようにして
選択した他方の組の一体型ヒータ／温度感知素子を付勢
するよう制御することを特徴とする請求項第（17）項に
記載の装置。
【請求項１９】付勢手段は第１と第２の接続点の間にお
いて並列に接続された第１及び第２の分枝を持つブリッ
ジ回路と、第１及び第２の分枝の補完組の第１及び第２
のヒータ／温度感知素子と直列に接続されてそれぞれ第
３及び第４の接続点と形成する１及び第２の低電流源と
を含み、第１の低電流源は第１の分枝にある第１の素子
にそれを引いた素子として付勢するに充分な第１レベル
の電流を供給し、第２の分枝に接続された第２の低電流
源は第１レベルの電流と比べて所定の比例定数だけ低い
第２レベルの電流を第２の素子に供給して第２のヒータ
／温度感知素子がそれを流れる第２レベルの電流により
僅かに加熱されるに過ぎないようにし、更に第１及び第
２の入力及び出力を有する作動増幅器と、ブリッジ回路
の直列接続点を作動増幅器の第１及び第２の入力に接続
し、また第３及び第４の接続点におけるそれぞれの電圧
出力を比例係数の逆数によりそれぞれ第１及び第２のヒ
ータ／温度感知素子を流れる第１及び第２レベルの電流
に応じて正規化する手段とを備え、作動増幅器は補完組
の一体型ヒータ／温度感知素子のそれぞれの感知温度出
力の差を表わす感知温度差出力を発生することを特徴と
する請求項第（17）項に記載の装置。
【請求項２０】付勢手段は所与の補完組の第１及び第２
の一体型ヒータ／温度感知素子に既知の比例係数だけ異
なる高レベル及び低レベルの定電流をそれぞれ供給して
それらの素子から感知温度出力としてそれぞれ高レベル
及び低レベルの電圧出力を発生させ、高レベルの電流に
より第１の一体型ヒータ／温度感知素子がヒータとして
作用し、またその対応のプローブが加熱されるプローブ
として作用できるに充分なほど第１の一体型ヒータ／温
度感知素子が加熱され、低レベル電流により第２の一体
型ヒータ／温度感知素子及びその関連のプローブは僅か
に加熱されるだけであるため基準プローブとして作用で
きることを特徴とする請求項第（17）項に記載の装置。
【請求項２１】判定手段は更に、感知温度出力の差を求
めて対応する感知温度差出力を発生するにあたり第１及
び第２の一体型ヒータ／温度感知素子の電圧出力の関連
レベルを既知の比例係数の逆数により変化させる手段を
備えてなることを特徴とする請求項第（20）項に記載の
装置。
【請求項２２】判定手段は、作動中の一体型ヒータ／温
度感知素子の感知温度出力電圧値の範囲に相当する連続
的な基準範囲の電圧値を発生する手段と、各一体型ヒー
タ／温度感知素子の感知温度出力電圧を連続的な基準範
囲の電圧値と比較して感知温度出力電圧が連続的な基準
範囲内にないとき故障素子出力を発生する手段とを備え
てなることを特徴とする請求項第（21）項に記載の装
置。