JP2001517821A

JP2001517821A - インテリジェント圧力レギュレータ

Info

Publication number: JP2001517821A
Application number: JP2000513179A
Authority: JP
Inventors: ポールアール．アダムス，; カールジェイ．ガベル，; ダニエルジー．ローパー，
Original assignee: フィッシャーコントロールズインターナショナル，インコーポレイテッド
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2001-10-09
Also published as: EP1015950B1; CN1147767C; BR9812378B1; CN1271431A; AU9478198A; CA2668314A1; JP5503606B2; US6178997B1; CA2302607A1; CA2668315C; CA2302607C; DE69820653T2; CA2668315A1; DE69820653D1; BR9812378C1; WO1999015942A1; CA2668314C; ATE256883T1; US6056008A; BR9812378A

Abstract

(57)【要約】あらかじめ定められた圧力にプロセスにおける流量を維持するためのインテリジェント圧力レギュレータであって、レギュレータの性能を向上させ、自己診断および通信能力を与える電子制御機を含む。電子制御機は、制御されている流体の圧力を示す信号を与える圧力センサと、絞り要素の位置を調整する調整圧力と、制御されている流体の圧力を示す信号を受信し、この信号に応答にしてアクチュエータに調整圧力を与えるＰＩＤ制御器とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の分野）本発明は流体圧力レギュレータに関し、より特定的には、性能を向上させるた
めにインテリジェント電子機器およびソフトウェアを有する改善された流体圧力
レギュレータに関する。（発明の背景）一般に、プロセス制御ループの４つの基本要素は、制御されるべきプロセス変
数と、プロセス変数の状態のプロセスセンサまたは測定器と、制御器と、制御要
素とを含む。センサはプロセス変数の状態の指示を制御器に与え、制御器は、所
望のプロセス変数の状態の指示または「設定点」を格納している。制御器はプロ
セス変数の状態を設定点と比較して、補正信号を計算し、この信号を制御要素に
送ってプロセスに影響を与えて、それを設定点状態にする。制御要素はループの
最後の部分であり、もっともありふれた種類の最終の制御要素は弁であるが、例
えば、可変速度駆動装置またはポンプを含んでいてもよい。

【０００１】圧力レギュレータは、プロセスセンサ、制御器および弁を組み合わせて単一の
ユニットにする、単式の自立制御システムである。圧力レギュレータは、可変性
の下流の要求を満たすべく必要な流体の流量を与えながら、例えば、所望の低減
された出口圧力を維持するために流体分配アプリケーションおよびプロセス産業
において圧力制御のために広く用いられている。圧力レギュレータは一般に、２
つの主な区分、即ち直接動作レギュレータとパイロット動作レギュレータとに分
類される。

【０００２】典型的な従来技術の直接動作レギュレータ１１が図１に示される。直接動作レ
ギュレータのための典型的なアプリケーションは、産業、商業、およびガスサー
ビス（計器用空気またはガス供給、バーナーへの燃料ガス、水圧制御、蒸気サー
ビス、およびタンクブランケッティング）を含む。直接動作レギュレータ１１は
、入口１３と出口１４とを有するレギュレータ本体１２を含む。制限エリア１６
を有する流体流路エリア１５は、入口１３と出口１４とを連通させる。制限エリ
ア１６は、弁体、膜部材、羽根、スリーブまたは同様の制限装置のような絞り要
素１７を有し、これは、動かされたときに流体（気体または液体）の流れを制限
する。２つの側を有する検出要素を含むアクチュエータは、制御されている流体
圧力の変動に応答する。検出要素の例は、膜部材、ダイアフラムまたはピストン
を含む。図１に示される実施例は、検出要素としてダイアフラム１８を用いる。
制御圧力が、レギュレータ本体１２の内部の制御用通路即ち流路２０によって、
検出要素の第１の側即ち制御側１９に負荷される。制御用通路がこの目的のため
に用いられるならば、それは、レギュレータ本体１２と一体化しても、隣接した
配管内に位置していてもよい。検出要素の第２の側即ち基準側は、典型的には大
気に関係づけられている。ばね２２の付加的な荷重がアクチュエータに加えられ
て良く、この付加的な荷重が、設定点を表す予め定められた位置に絞り要素を移
動させるように付勢する。

【０００３】図１に示される直接動作レギュレータ１１は「減圧」レギュレータと考えられ
る。なぜなら検出要素（ダイアフラム１８）は、内部流路２０によってレギュレ
ータ１４の下流側（流体出口側）の圧力を受けるからである。下流の圧力の増大
分が内部流路２０を通って制御側１９に負荷され、ダイアフラム１８に圧力を負
荷し、ばね２２の荷重に抗してそれを上に押し上げる。これは、絞り要素を流量
制限エリア１６内に移動させ、レギュレータの出口２０に対する圧力を低減させ
る。

【０００４】減圧レギュレータは、レギュレータの下流側の圧力を検出することにより流量
を調整する。減圧レギュレータの典型的なアプリケーションはオンスチームボイ
ラであり、ここでは減圧レギュレータは初期圧を調整する。もしダイアフラム１
８に上流側の圧力が負荷され、絞り要素１７が制限エリア１６のもう一方の側に
移動させられたとすると、直接動作レギュレータ１１は「背圧」レギュレータと
考えられるだろう。背圧レギュレータは、例えば、確実にコンプレッサが真空状
態に達しないようにするためにコンプレッサと関連して適用される。

【０００５】パイロット動作レギュレータは、構成において直接動作レギュレータに似てい
る。典型的な従来技術の減圧パイロット動作レギュレータ２３が図２Ａに概略的
に示され、従来技術の背圧パイロット動作レギュレータが図２Ｂに示される。パ
イロット動作レギュレータは、直接動作レギュレータの構造的要素すべてにパイ
ロット（中継器、増幅器、または乗算器とも称される）２４を付加してなる。パ
イロットは、レギュレータアクチュエータ上に負荷される圧力を増幅させて圧力
を調整する補助装置である。パイロットは構成において自動レギュレータに似て
おり、本質的には自動レギュレータと同じ要素を有する。

【０００６】図２Ａおよび図２Ｂに示されるパイロット動作レギュレータ２３において、入
口圧力はレギュレータ２３の上流側の配管における圧力タップ２７を通して供給
される。図２Ｂにおける背圧パイロット動作レギュレータ２３においては、圧力
タップ２７はさらに絞り２６を含んでよい。パイロットに対する入口圧力は、一
体化圧力タップを介してレギュレータ本体に供給されて良い。出口圧力はレギュ
レータ２３の下流側で接続された配管２０を通ってフィードバックされる。下流
側の圧力はパイロット２４と主レギュレータ１０とに負荷される。パイロット２
４は、上流の（背圧）または下流の（減圧）流体圧力を制御するために、主レギ
ュレータダイアフラム１８にわたって圧力差を増幅する。

【０００７】圧力レギュレータは、他の制御装置に対して多くの利点を有する。レギュレー
タは比較的安価である。それらは、圧力制御機能を実行するために外部電源を必
要としない。むしろ、レギュレータは、電力のために制御されているプロセスか
らの圧力を用いる。さらに、プロセスセンサ、制御器、および制御弁は組み合わ
されて、比較的小型の自立型パッケージになる。他の利点としては、良好な周波
数応答、良好な流量範囲、小サイズ、および一般にほとんどまたは全く弁棒から
の漏れがないということが含まれる。

【０００８】公知のレギュレータに関連する不利点もある。既存の圧力レギュレータに付随
する重大な問題として、「降圧」および「昇圧」があり、これらはオフセットま
たは比例帯とも称される。降圧は減圧レギュレータ内の制御された圧力の減少と
定義され、昇圧は、低負荷から全負荷流量状態に変わるときに生じる、背圧レギ
ュレータに対する制御圧力の増大と定義される。それらは通常パーセントで表現
される。降圧および昇圧は直接動作レギュレータで特によく見られるが、公知の
パイロット動作レギュレータではその度合いは低い。

【０００９】レギュレータはしばしば無流量状態になる必要があり、これは、「ロックアッ
プ」または「再着座」と称される。図１の自動のレギュレータ１１または図２Ａ
のパイロット動作レギュレータ２３のような減圧レギュレータにおいては、下流
の圧力は、レギュレータ１１が流体の流れを完全に停止することが望ましいよう
な点に達してよい。この下流の圧力では、ダイアフラム１８にフィードバックさ
れた制御圧力は、絞り要素１７を完全に流れ制限エリア１６内に移動させ、これ
により流れを遮る。この状態は「ロックアップ」と知られている。図２Ｂに示さ
れるパイロット動作レギュレータ２３のような背圧レギュレータにおいては、レ
ギュレータの上流側の圧力は、レギュレータが流れを遮断する必要があるレベル
まで落ちて良い。この場合、上流の制御圧力は、ばね荷重および／またはパイロ
ット圧力が絞り要素１７を完全に流体の流れを遮る位置にまで移動させるレベル
まで下がる。内部部品の問題、汚染物質、または内部部品の動きの拘束は、全て
ロックアップ能力の喪失に寄与するおそれがある。

【００１０】レギュレータは自立型制御システムであるので、既存のレギュレータは典型的
には、プロセス制御システムの他の部分と通信する能力を有していない。これに
は幾つか欠点がある。設定点を遠隔的に与えるかまたはレギュレータを同調する
手段はないので、それらは一般に手動で調整されねばならない。レギュレータ上
の調整ノブを回すことにより調整が行なわれ、アクチュエータ上で所望の荷重を
得る。これは、遠隔的アプリケーションにおいてまたは危険な物質の圧力を制御
するプロセスにおいては特に望ましくない。レギュレータの性能について制御室
の指示はなく、操作員が他のプロセス指示を読取ることでレギュレータの誤動作
を推論により決定する。

【００１１】通信および処理能力が欠けていると、保守性の問題にもつながる。時間をかけ
てレギュレータの性能を念入りに監視することは不可能であり、その結果、レギ
ュレータを修理または取り替えする必要性について前もって警告することはほと
んどない。今にも発生しそうな故障に対して前もって警告することもない。これ
は既存の圧力レギュレータが有する特に困った点である。それらはプロセスにお
いて動力が与えられているので、典型的には故障モード動作を含まない。ばね負
荷減圧レギュレータの動作ダイアフラムが故障すると、レギュレータは完全に開
く。もし下流の配管が上流の圧力状態に耐えることができないか、またはレギュ
レータの最大流量を扱うことが出来る安全弁が存在していなければ、これは問題
になる。背圧レギュレータは、ダイアフラムが故障するやいなや完全に閉じ、プ
ロセスの上流の部分に対して同様の問題を引き起こす。

【００１２】圧力レギュレータが適用される多くの場合において、制御弁が代わりに用いら
れることは周知である。制御弁は動力アクチュエータを含み、このアクチュエー
タは、外部から供給された信号に応答して絞り要素を移動させて流量を制御する
。正しく利用されると、レギュレータは、制御弁を用いるアプリケーションの２
５％において制御弁にとって代わることが出来ると推定されてきた。制御弁のか
わりにレギュレータを用いることにためらいがあるのは、大部分は公知の圧力レ
ギュレータに付随する欠点に依るものである。主な関心は、降圧特性と遠隔動作
性が欠けていることである。しかしながら、プロセス機器ユーザは、もっと費用
競争力のあるものを期待し続けている。既存のプロセス機器を用いた場合のプロ
セス効率および稼働時間の改善を求めるだけでなく、プロセス機器のユーザは、
プロセス制御に対する低コストの解決策を求めている。レギュレータの上で述べ
た制限がなくなれば、多くの制御弁アプリケーションのために低コストの選択肢
を与えることができる。

【００１３】米国産業は、毎年、プラント機器の保守にほぼ２０００億ドルを費やしている
。これは、1年で販売される商品の費用の１５−４０％の保守費用を生じさせる。さらに、保守に費やされるドルの３分の１は、不必要なまたは非効率的な保守
によって無駄に使われている。例えば、公知のレギュレータは、外部のシステム
と情報を交換する診断または通信能力を有していないので、それらは故障を検査
しにくい。しばしば、特定されていないプロセス問題を補正しようとして、レギ
ュレータが置換されるが、レギュレータが正しく機能していたとわかるだけであ
る。レギュレータを変えるには、プロセス全体を止めることが必要となり、かな
りの生産時間が喪失される。処理能力および通信によって保守性を改善するだけ
でなく圧力レギュレータのようなプロセス計器の性能を向上させれば、製造費用
を多いに減らすことになるだろう。

【００１４】このように、降圧特性を補償しかつ向上した性能を示すような、改善された圧
力レギュレータが求められていることはあきらかである。さらに、改善されたレ
ギュレータは、保守性を向上させるために遠隔動作およびデータの交換を可能と
する通信および診断能力を有することが望ましいだろう。さらに、これらの付加
的な特徴は、圧力調整に対して経済的な解決策がもとめられていることと併行し
て必要である。（発明の概要）本発明は、処理および通信能力を有することによりレギュレータ性能を向上さ
せるインテリジェント圧力レギュレータを提供することで従来技術の上記の欠点
に対処するものである。これは、圧力レギュレータの簡潔性および経済の既存の
便益を維持しながら達成される。

【００１５】広い態様において、本発明の好適な実施例は、流体入口と、流体出口と、入口
および出口を接続する流体の流路と、流路を通る流体の流れを選択的に制限する
ために流路内で移動可能な絞り要素とを備える、予め定められた圧力にプロセス
の流体を維持するインテリジェントレギュレータを提供する。アクチュエータが
絞り要素に取りつけられ、絞り要素を選択的に移動させる。アクチュエータは、
制御側と基準側とを備え、基準負荷は基準側に加えられ、絞り要素を予め定めら
れた圧力を表す予め定められた基準位置に移動するように付勢する。フィードバ
ック通路によって、制御されている流体の圧力を制御側に負荷し、基準負荷に抗
してアクチュエータを動かし、絞り要素を流路内で移動させて流体の流れを調整
し、それによってプロセスにおける流体圧力を制御する。本発明はさらに、制御
されている流体の圧力を示す信号を与える圧力センサと、絞り要素の位置を調整
するための調整圧力と、制御されている流体の圧力を示す信号を受信し、この信
号に応答してアクチュエータに調整圧力を与える制御器とを備える。さらなる実
施例は、比例、積分、および微分（ＰＩＤ）制御、診断処理、および外部装置と
の通信のための能力を与える。

【００１６】本発明の別実施例に従えば、制御されている流体の圧力を用いて絞り要素を位
置決めして自動圧力レギュレータを通る流体の流量を制限する、予め定められた
レベルにおおよそ流体圧力を維持する圧力レギュレータのための電子制御器が提
供され、これは、制御されている流体の圧力を示す信号を与える圧力センサと、
制御されている流体の圧力を示す信号を受信し、絞り要素に調整値を表す信号を
出力するプロセッサと、プロセッサにより出力される信号に応答して、絞り要素
に、制御されている流体の圧力に加えて負荷される調整圧力とを含む。

【００１７】別の広い態様において、制御されている流体の圧力を用いて絞り要素を位置決
めし、自動圧力レギュレータを通る流体の流れを制限する、予め定められたレベ
ルに流体圧力をおおよそ維持する圧力レギュレータにおいて降圧を補償するため
の本発明に従った方法が提供される。この方法は、制御されている流体の圧力を
決定する動作と、制御されている流体の圧力を予め定められたレベルと比較する
ことにより誤差値を計算する動作と、誤差値を調整圧力に変換する動作と、制御
されている流体の圧力に加えて調整圧力を絞り要素に負荷することにより絞り要
素を再位置決めする動作とを含む。（発明の詳細な説明）図面を参照して、特に、図３および図４を参照して、本発明に従ったインテリ
ジェント圧力レギュレータの２つの実施例が概略的に示される。各実施例が参照
番号１０で包括的に示され、自動レギュレータと電子制御器（図３および図４で
破線で囲まれて示される）とを備える。一般に、図３は、背圧制御アプリケーシ
ョンにおいて用いられるものとして本発明に従ったインテリジェントレギュレー
タを示し、一方図４は、減圧アプリケーションにおいて本発明に従ったインテリ
ジェントレギュレータを示す。図３において、流体の流れは右から左である。図
４において、流体の流れは左から右である。図３および図４に示される具体的な
実施例は、自動レギュレータを含むが、この開示の恩恵を有する当業者は、パイ
ロット動作レギュレータを用いて本発明を実施することができる。

【００１８】図を参照して、自動レギュレータ１１は、流体入口１３と、流体出口１４と、
入口１３と出口１４とを連通する流路１５とを含む本体１２を備える。流量制限
エリア１６は流路１５内に位置し、絞り要素１７は制限エリア１６を通る流体の
流量を制限するように機能する。絞り要素１７は、弁体、膜部材、羽根、スリー
ブまたは他の好適な部材を備えてよく、これは、制限エリア１６内で動かされる
と流体の流れを押さえる。レギュレータ１０は、検出要素を含むアクチュエータ
をさらに備え、これは図３および図４に示される特定の実施例においては、レギ
ュレータ本体１２に取りつけられたダイアフラム１８を含む。検出要素は代替的
には膜部材またはピストンの形であってよい。摺動弁棒２９は絞り要素１７をダ
イアフラム１８に接続する。ダイアフラム１８は、制御圧力３０が負荷される制
御側１９を含む。制御圧力３０は、本体１２内で制御用通路（図示せず）または
流路（図示せず）によりダイアフラム１８に負荷されるか、または外部からそこ
に負荷される。

【００１９】図３に示されるレギュレータ１０の実施例は背圧レギュレータである。なぜな
ら制御圧力３０はレギュレータ１０の上流側でダイアフラム１８に負荷されるか
らである。減圧レギュレータが図４に示され、ダイアフラム１８には、レギュレ
ータ１０の下流側で制御圧力３０が負荷される。ダイアフラム１８はさらに制御
側１９に対向する基準側２１を含み、これは大気に関係付けられている。公知の
レギュレータにおいては、基準側は典型的には、ばね２２または基準側２１に付
加的な荷重を加える重りのような別の好適な手段を含む。付け加えると、設定ね
じ３１がばね２２の初期位置を設定するように配置される。

【００２０】図３の背圧レギュレータ１０においては、プロセス流体がパイプ３２を通って
流れるのが示される。ばね２２は、絞り要素１７を本質的に閉位置に維持するよ
うに付勢される。流体は入口１３内に流れこみ、制限エリア１６を通って流れ、
出口１４を通って出て行く。システムの圧力が上流の位置から制御側１９に負荷
され、ダイアフラム１８をばね２２に抗して動かせ、これにより弁棒および絞り
要素１７を必要に応じて移動させて制限エリア１６を通る流体の流量を変化させ
ることによって流体圧力を調整するような態様で、制御圧力３０はダイアフラム
１８の制御側１９に負荷される。

【００２１】図４の減圧レギュレータ１０は、制御圧力３０がレギュレータ１０の下流側で
検出され、絞り要素１７が制限エリア１６の反対側にあることを除いては、図３
に関連して述べられた背圧レギュレータと同様の方法で動作する。図４の減圧レ
ギュレータ１０においては、ばね２２は、絞り要素１７を本質的に開位置に移動
させるようにまたは流量制限エリア１６から出るように付勢してダイアフラム１
８の基準側２１に荷重を加える。制御圧力３０は下流位置からダイアフラム１８
の制御側１９に負荷され、このようにして絞り要素１７をさらに制限エリア１６
内に向けて、またはそこから出るように移動させ、制限エリア１６を通る流体の
流量を調整することで下流の圧力を制御する。

【００２２】典型的な自動レギュレータのばね負荷システムを用いると、流量が最小流量か
ら最大流量に変化するにつれて制御された圧力は減少する傾向にある。これは減
圧レギュレータにおける降圧および背圧レギュレータにおける昇圧（比例帯また
はオフセットとも称される）として知られている。本発明は、降圧および昇圧を
補償し、設定点および制御圧力の指示を受け取る電子制御器２８を付加すること
によりレギュレータの正確度を向上させる。制御器は設定点および制御圧力を比
較し、次いで調整圧力をダイアフラムの基準側に負荷してレギュレータのばねシ
ステムの限界を補償する。

【００２３】電子制御器の降圧調整関数が図５Ａに示され、ｙ軸が制御圧力で、ｘ軸が流量
を示す。図５Ａにおいては、「ａ」で示される曲線は典型的な自動減圧レギュレ
ータの降圧即ちオフセットを示し、ここでは制御圧力は、流量が増大するにつれ
て減少する。「ｂ」で示される曲線は、図５Ａの曲線に示される降圧を補償する
ための電子制御器の出力を示す。摩擦の影響を無視すれば、これらの曲線は本質
的には互いを反映している（mirror each other)。曲線「ｃ」は、曲線「ａ」お
よび「ｂ」を組み合わせた結果を示しており、これは設定点と等しい。

【００２４】同様に、昇圧調整関数が図５Ｂに図形を用いて示される。図５Ａの場合と同様
に、図５Ｂに「ａ」で示される曲線は背圧レギュレータの昇圧即ちオフセットを
示し、ここでは、制御圧力は、流量が増大するにつれて増大する。「ｂ」で示さ
れる曲線は、図５Ｂの曲線「ａ」に示される昇圧を補償する電子制御器の出力を
示す。摩擦の影響を無視すると、これらの曲線は、図５Ａの曲線に示される降圧
曲線と同様に、本質的には互いを反映している。曲線「ｃ」は、曲線「ａ」およ
び「ｂ」を組み合わせた結果を示しており、これは設定点と等しい。

【００２５】図３および図４を参照して、電子制御器２８は、圧力対電流（Ｐ／Ｉ）コンバ
ータ３３と、比例、積分および微分（ＰＩＤ）制御器３４として機能するプロセ
ッサと、電流対圧力（Ｉ／Ｐ）コンバータ３５とを含む。ＰＩＤ制御器３４はマ
イクロプロセッサとして具現化されてよい。電子制御器２８は、外部電源３６に
より電力を与えられ、これは、図３および図４においては２４ボルト電源として
示される。電力は、分散制御システムからの変圧器またはループ電源のような外
部電源、エネルギ源のために制御されているプロセスからの圧力を用いる自動レ
ギュレータ内部の電力発生器、太陽熱、または電池を含め、多くの好適な電源に
より与えられてよい。圧力３７がＩ／Ｐコンバータ３５に供給され、コンバータ
３５はダイアフラム１８の基準側に空圧を負荷し、流量状態に依って必要に応じ
て降圧または昇圧補償を行う。圧力源３７を用いて空圧を与える代替例は電気モ
ータでアクチュエータを駆動することであり、この場合、Ｉ／Ｐコンバータ３５
は含まれないだろう。むしろ、モータはＰＩＤ制御器３４から直接に信号を受信
するだろう。

【００２６】インテリジェントレギュレータ１０の好ましい実施例の機能的エリアは図６に
示される。粗設定点ブロック３８は所望の圧力または設定点を表し、これは、本
発明の実施例においては、加算接合点３９として示される、ダイアフラムの基準
側に荷重を加えるレギュレータ負荷ばねの形をとっている。設定点３８は「粗設
定点」である。なぜなら自動レギュレータ１１により行なわれる圧力調整は降圧
となるからである。粗設定点３８は、レギュレータばねの負荷を設定する設定ね
じを調整することにより自動動作レギュレータ１１に入力される。ダイアフラム
に対してレギュレータ負荷ばねにより加えられた荷重は、加算接合点３９で正の
（＋）荷重として示される。

【００２７】レギュレータのばね荷重とともに、加算接合点３９からの荷重は、制限エリア
においてレギュレータの絞り要素の位置を規定する。ゲイン係数４０が位置情報
に与えられ、レギュレータの出力流量Ｗを規定する。出力流量Ｗは、加算接合点
４１で所望流量即ち負荷流量ＷＬと比較される。出力流量Ｗが負荷流量ＷＬと等
しければ、システムは定常状態にあり、制御圧力Ｐｃは一定のままである。シス
テムが定常状態でなければ、ダイアフラムにフィードバックされるＰｃ、これは
、加算接合点３９で負の（−）荷重として示されるが、加算接合点３９ではつり
あっていないだろう。これにより、加算接合点３９の出力がゼロになるまで絞り
要素は制限エリアに対して相対的に移動する。言いかえると、Ｐｃは、負荷ばね
により加えられた荷重に対向するような荷重をダイアフラム上に加えて絞り要素
の位置を変化させ、これにより流量を調節し、このようにして圧力を調整する。

【００２８】オフセットを補償しかつ自動レギュレータの性能を向上させるために、制御圧
力の指示も電子制御器２８に向けられる。Ｐ／Ｉコンバータ３３は、レギュレー
タに一体化されるかまたはレギュレータの外部の隣接する配管に装着される圧力
トランスデューサであってよく、これは、Ｐｃを、典型的なアナログ圧力トラン
スデューサにより与えられるような４−２０ｍＡ信号のような信号に変換する。
Ｐｃ信号は次いで電子制御器のＰＩＤ制御器３４に与えられる。Ｐｃは、微分定
数４２で乗算され、次いでＰｃ信号と一緒に加算接合点４３に与えられる。加算
接合点４３の出力は、加算接合点４５で、ホストコンピュータまたは分散制御シ
ステムのような外部源からの精設定点４４と比較され、ここで誤差信号が生成さ
れる。誤差信号は、比例定数４６と積分定数４７とに与えられ、次いで加算接合
点４８に与えられ、ここで出力信号が生成される。出力信号はＩ／Ｐコンバータ
３５に入力され、コンバータ３５は、加算接合点３９で正の（＋）荷重として示
されるような空圧をダイアフラムに与える。

【００２９】降圧を補償しかつ制御を向上させるために上で述べた処理能力を付加すれば、
遠隔動作および通信、改善したプロセス動作、診断能力、高められた保守性、傾
向、警報能力などを含め、圧力レギュレータの他の性能局面を向上させる手段も
提供する。これらの付加された改善点は、電子制御器がさらに述べられるに従っ
て明らかになるだろう。

【００３０】インテリジェントレギュレータ１０の実施例が図７に概略的に示される。自動
レギュレータ１１は概略図で示される。上で述べたＰＩＤ制御器部分３４に加え
て、電子制御器２８はさらに、診断セクション４９と、検出セクション５０と、
通信セクション５１と、電力セクション５２と、代替入力セクション５３とを含
む。電子制御器のこれらの機能的セクションは、全てマイクロプロセッサ内で具
現化される。

【００３１】検出セクション５０は、入口圧力Ｐ１、下流の圧力Ｐ２、およびアクチュエー
タ負荷圧力ＰＬを示す信号に基づいて、誤差信号をＰＩＤ制御器３４に与え、こ
の誤差信号はＰＩＤ定数に従って処理される。これらの信号はレギュレータ本体
に一体化されたセンサによりまたは外部センサから与えられてよい。他のプロセ
ス変数が代替入力セクション５３により受け取られる。これらの入力は、レギュ
レータと一体化したまたはレギュレータの外部に装着された温度センサからの温
度信号６５を含んでよい。音響または振動トランスデューサ６６は、例えば、流
量制限エリアにおける漏れおよび／またはキャビテーションもしくはフラッシン
グを示し得る入力を与える。弁棒行程６７およびアクチュエータ行程６８情報は
、動きトランスデューサによって代替入力セクション５３に供給され、これらの
要素の状態を監視する。上で述べた入力のような情報は、電子制御器２８の代替
入力セクション５３に供給されて良いプロセス要素の例である。ＰＨまたは流量
のような他の適切なプロセスデータは、レギュレータと一体化されたセンサまた
はその外部のセンサによって与えられてよい。上記のセンサ信号のいづれかまた
は全ては、アナログ信号であってよく、これは電子制御器によってディジタル値
に変換される。

【００３２】ベースライン診断データは、特定のレギュレータのための「シグネチュア（si
gnature)」を生じさせるのに用いられ、この「シグネチュア」は制御器のメモリ
内に記憶されても、外部システムのメモリ内に記憶されても良い。検出セクショ
ン５０および代替入力セクション５３から診断セクション４９に与えられた性能
情報は次いで処理され、ベースラインデータまたはシグネチュアと比較され、そ
して、もしレギュレータ特性および性能が予想されるシグネチュア性能からある
予め定められた量だけ外れているならば、診断セクション４９は、警報情報と、
実際のおよび予測される故障情報と、他の診断情報とをシステム操作員に与える
ことが出来る。警報状態は、レギュレータからホストコンピュータに任意通信に
よって、またはホストコンピュータからのポーリングによって自発的に報告可能
である。ポーリングは予め定められた時間間隔で生じてもよい。代替的には、音
声または視覚警報を与える警報装置が、シグネチュアの偏差を信号で送ってもよ
い。この情報は次いで、保守予想、システム性能向上、使用年数蓄積などのため
に用いられてよい。本発明の実施例の診断セクション４９により処理され得る具
体的な情報の例が以下に述べられる。

【００３３】オフセット：上で述べたように、公知のレギュレータは降圧または昇圧のよう
なオフセットを示す。図８Ａおよび図８Ｂは、ｘ軸の流量に対してプロットされ
た自動レギュレータの設定点圧力値および制御圧力を表すグラフを示している。
設定点値は流量範囲にわたって一定である。図８Ａにおいて「レギュレータ」と
示されている曲線により示されるように、減圧レギュレータの制御圧力は、流量
が増大するにつれて減少し、一方、図８Ｂに示されるように、背圧レギュレータ
の制御圧力は、流量が増大するにつれて増大する（電子制御器による降圧または
昇圧補償を無視すると）。パイロット動作レギュレータならば、オフセットはも
っと小量であろうが、同様の曲線を示すだろう。降圧曲線（図８Ａ）または昇圧
曲線（図８Ｂ）と所与の流量での設定点曲線との間の距離がレギュレータのオフ
セットである。オフセットは、Ｏｆｆｓｅｔ = ΔＰ ×Ｋ L によって局所的に決定可能である。この式において、ΔＰは、制御圧力と入口圧
力との間の差であり、Ｋ Lは局所的流量係数である。インテリジェントレギュレ
ータのプロセッサは、オフセットを監視し、それをベースライン値と比較するこ
とができる。オフセットの変化は、例えば、レギュレータの負荷荷重（ばね）に
付随する問題を示す。操作員はこの状態を通知される。

【００３４】入口圧力感度：図９Ａおよび図９Ｂは各々、様々な入口圧力での制御圧力対流
量の３つのプロットを示し、これらはそれぞれａ、ｂ、ｃで示される。これは、
入口圧力を変化させることに対するレギュレータの感度を示す。所与の流量のた
めに、異なる入口圧力の制御圧力間の差は入口感度を規定する。図９Ａの曲線は
減圧レギュレータの入口感度を示し、図９Ｂは背圧レギュレータの入口感度曲線
を示す。オフセットと同様に、入口感度はベースライン情報と比較され、電子制
御器からの診断および故障予測情報を与えることが出来る。

【００３５】ヒステリシスおよび不感帯：ヒステリシスは、入力が前の値から増大したもの
ななのか減少したものなのかに依って、所与の入力に対して異なる出力を与えよ
うとする計器の傾向と定義される。図１０は、ヒステリシスおよび不感帯を含む
ヒステリシス誤差の測定値を示す。「ａ」で示される曲線は、必要流量が減少す
る場合において流量に対してプロットされる制御圧力を示す。「ｂ」で示される
曲線は、必要流量が増大する場合の同様の曲線を示す。言いかえると、曲線「ａ
」は、絞り要素が第１の方向に移動しているときの所与の流量の制御圧力をプロ
ットし、曲線「ｂ」は、絞り要素が反対方向に動いているときの対応する流量の
制御圧力をプロットする。２つの曲線間の差は、「不感帯」と称される。ヒステ
リシス曲線の勾配を監視すれば、例えばばね定数に関する情報を与えることが可
能である。「不感帯」またはヒステリシス曲線の勾配の変化は、ばね、アクチュ
エータ、絞り要素、またはレギュレータの他の構成部品に付随する問題を示して
もよいし、問題を予測するのに用いられてもよい。

【００３６】ロックアップおよび再着座：図１１Ａおよび図１１Ｂは、ロックアップおよび
再着座状態を図形を用いて示す。減圧レギュレータ（図１１Ａ）においては、下
流の圧力が、設定点値を上回る予め定められた点に達すると、制御圧力によって
、絞り要素を完全に閉位置に移動させ、それにより流体が流れるのを防ぐ。ロッ
クアップ点は図１１Ａでは「ａ」で示される。図１１Ｂは再着座を示し、これは
、背圧レギュレータのロックアップの同等物である。再着座状態は、絞り要素が
図１１Ｂに「ｂ」で示される閉位置にまで移動するように上流の圧力が設定点以
下のレベルにまで落ちるときに生じる。ロックアップ／再着座制御圧力値と、設
定点値とロックアップ点即ち再着座点との間のレギュレータ圧力曲線のある区分
の勾配とは、インテリジェントレギュレータ診断セクションまたは外部コンピュ
ータ内で決定され、記憶されてもよい。代替的には、音声または震動トランスデ
ューサのような漏れトランスデューサは、ロックアップまたは再着座状態と公知
の流量状態を相関させるのに用いられてよい。レギュレータのロックアップ／再
着座性能はこれらのベースライン値と比較されてレギュレータの動作を診断する
。ロックアップ／再着座性能の変化は、例えば、内部部品の問題または内部部品
の拘束を示すかもしれない。

【００３７】予想されるＰＩＤ制御：全体のレギュレータ性能は、制御圧力、オフセット、
流量および／またはヒステリシス誤差を見て、これらの変数を予想されるＰＩＤ
制御と比較することで達成可能である。流量は、液体流量、気体流量および蒸気
流量に関係してレギュレータの本体の流量係数のパラメータを用いて電子制御器
内部で計算されてもよい。内部流量は次いで、アクチュエータ行程およびレギュ
レータ本体補正係数と比較されて主なレギュレータ流量を計算する。これらの計
算は、電子レギュレータのプロセッサ内で行われてもよいし、その情報は、通信
セクションによって計算のためにホストコンピュータに伝えられてもよい。

【００３８】自動チューニング：上記の係数はＰ、Ｉ、およびＤチューニング定数を生じさ
せるために使用可能である。ステップ変更が電子制御機によって設定点に入力さ
れ、次いで、システム動力に関する診断を行うために出力応答が測定される。

【００３９】行程：アクチュエータ行程は重要な診断係数である。とりわけ、アクチュエータ行程は、絞り要素の負荷および位置を計算するために用いられる。診断目的
のために行程を用いる例は、ダイアフラムの両側の荷重を計算し比較することで
ある。プロセッサの診断セクションは、ダイアフラムの基準側でレギュレータ負
荷ばねにより加えられる荷重を以下の式にしたがって計算してよい。

【００４０】（Ｔ1 ＋Ｉs）× Ｋ1 ここでＴ1はアクチュエータ行程であり、Ｉsは設定ねじにより設定される初期
のばね調整値であり、Ｋ1 はばね定数である。これはダイアフラムの制御側に加
えられた荷重と比較される。

【００４１】Ｐｃ × ＡここでＰｃは制御圧力であり、Ａはダイアフラム面積である。パイロット動作
レギュレータにおいては、パイロットアクチュエータ行程は同様に診断のために
用いる事が出来る。さらに、電気モータを用いて絞り要素を調節するレギュレー
タにおいては、モータ電圧および電流を、診断目的のために行程に関して見るこ
とが出来る。入口および制御圧力、入口感度、ヒステリシス誤差、および流量の
指示だけでなくこれらの比較は、レギュレータの状態および性能に関する診断情
報を与えるのに用いられる。

【００４２】フラッシングおよびキャビテーション：これらはレギュレータにノイズおよび
振動を導入するような、液体の流れが遭遇する現象であり、レギュレータの寿命
を制限するおそれがある。フラッシングおよびキャビテーションの両方は、流体
内の蒸気泡の形成に関連している。流体が制限エリアを通って流れるとき、速度
は増大し、圧力は減少し、これによって蒸気泡が形成される。流体が制限エリア
を通り過ぎてしまえば、流体は減速し、圧力は回復し、これにより蒸気泡は激し
く崩壊する。音響または振動センサは、検出されたノイズ／振動特性を直接比較
すること、およびそれらをベースライン特性と比較することによりキャビテーシ
ョンまたはフラッシングの存在を検出するのに用いられてよく、代替プロセス変
数ΔＰＡは、 ΔＰＡ＝Ｋｃ（Ｐ１−ｒｃＰｖ）に従って計算可能であり、ここでＫｃはキャビテーションまたはフラッシング指
数、Ｐ１は入口圧力、ｒｃは臨界圧比定数であり、Ｐｖは蒸気圧である。この値
は流体ストリーム蒸気圧の入力定数と比較され、それにより間接的にフラッシン
グまたはキャビテーションの存在を間接的に確かめ、警報を送信する。

【００４３】レギュレータに付加された新規の診断能力を用いて、いまや、オンライン診断
は上で述べた様々な範疇において、また他のエリアにおいて行なわれて良い。
電子「バンプ（bump）」、すなはち設定点値への突然のステップ変更は、システ
ムに導入されてもよい。これはプロセス制御ループに混乱を引き起こし、この混
乱をインテリジェントレギュレータは補正しようとする。レギュレータが電子バ
ンプに反応するとき、上で述べた様々な係数（および他の係数）に関するレギュ
レータの性能は測定され、電子制御器の診断セクションによりレギュレータのシ
グネチュアと比較される。これは、あまりプロセスを混乱させたり妨害したりす
ることなく、オンライン診断をする基礎を与える。

【００４４】例示のインテリジェントレギュレータからの設定点、機器構成、診断、および
他の情報は、様々な通信手段によって外部システムおよび装置と交換されて良い
。これはレギュレータを遠隔制御するための能力を与え、この能力は公知の機械
圧力レギュレータに欠けている重要な特徴である。オペレータは、動作パラメー
タを変更するレギュレータにコマンドを送り、パラメータを報告して良い。さら
に、診断情報は、レギュレータ内でこのデータを処理するのではなく、処理のた
めに外部システムに送られてもよい。例示のインテリジェントレギュレータの通
信能力は、保守および動作が困難な遠隔のおよび危険な環境において特に有用で
ある。

【００４５】通信データが電力上にオーバーレイされたまたは電力で変調された単一のツイ
ストペア、データ通信のみ用の単一のツイストペア、無線、モデム、光ファイバ
、同軸ケーブル、および複数の他の通信技術のような、多種多様の通信媒体をイ
ンテリジェントレギュレータとともに用いることが出来る。本発明の例示の実施
例の通信能力によって、機器構成および制御情報を他のプロセス計器とまたは外
部制御システムもしくはホストコンピュータと交換することも可能となる。

【００４６】図１２はディジタルフィールドバス（Fieldbus）通信プロトコルを用いて本発
明のインテリジェントレギュレータの実施例で実現可能な２線式通信方式を示し
、ここではディジタルデータが、単一のツイストペア上でインテリジェントレギ
ュレータの電子制御器のための電力と組み合わされている。制御室５４から送ら
れた信号は、ローパスフィルタ５５を通過し、システム電力をデータから分離す
る。電力は次いで電力調整回路５６を通過し、本発明に従ったインテリジェント
レギュレータおよび他の装置に与えられてもよい。受信されたフィールドバス信
号はハイパスフィルタ５７を通過して通信データをシステム電力から分離し、こ
の通信データは次いで電子制御器の通信セクション５１に渡される。ホストシス
テムに送信し戻された情報は変調器５８を通過し、このデータをシステム電力信
号と組み合わせる。

【００４７】図１３は、ＨＡＲＴプロトコルを用いて本発明の実施例で実現される代替的な
通信方式を示し、ここではディジタル通信データは４−２０ｍＡのアナログ信号
上に重ねられている。制御室５４からの信号は、インピーダンス制御およびフィ
ルタ回路５９を通過する。４−２０ｍＡ信号は次いでインテリジェントレギュレ
ータおよび他の装置に適切な電力を与えるように調整される。受信された信号は
フィルタ５７でフィルタ処理され、４−２０ｍＡＨＡＲＴ信号から通信データを
取り除き、この通信データは電子制御器通信セクション５１に渡される。送信デ
ータは変調器５８を通過し、このデータを４−２０ｍＡ信号と組み合わされる。

【００４８】図１４はデュアルツイストペアを用いる通信システムの例を示す。電力は調整
回路５６で調整され、２線式ペアの一方の上でインテリジェントレギュレータお
よび他の装置に与えられる。データは、制御室５４から送信および受信回路６０
を介して他方の２線式ペアによって電子制御器の通信セクション５１に渡される
。

【００４９】図１５において、無線通信を用いる例示の通信装置が示される。データを含む
無線信号は、制御室からインテリジェントレギュレータに関連する無線６１に送
られる。信号は電力制御装置６２（レギュレータの無線がデータ送信準備制御を
備えていない場合）および適切なデータ通信ハードウェア６３を通過し、次いで
この情報はレギュレータの通信セクション５１に与えられる。同様に、図１６は
、モデムまたは光ファイバを用いて制御室５４と本発明に従ったインテリジェン
トレギュレータとの間の通信を行なうための構成を示す。図１６に示されるよう
な構成とともに他の通信媒体も用いられてもよい。データは制御室５４から適切
なトランシーバ６４に送られ、トランシーバ６４は、データを処理して、通信ハ
ードウェア６３を通過させて電子制御器の通信セクション５１に渡す。

【００５０】上記の複数の実施例の説明ははあくまで例示であり、限定の目的のためになさ
れたのではない。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、ここでなされ
た実施例および方法には多くの変更を加えることが可能である。本発明は前掲の
特許請求の範囲の範囲および精神によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】典型的な従来技術の直接動作圧力レギュレータを示す概略図である。

【図２Ａ】典型的な従来技術のパイロット動作減圧レギュレータを示す概略図である。

【図２Ｂ】典型的な従来技術のパイロット動作背圧レギュレータを示す概略図である。

【図３】本発明に従った背圧制御インテリジェントレギュレータの例示の実施例を示す
概略図である。

【図４】本発明に従った減圧インテリジェントレギュレータの例示の実施例を示す概略
図である。

【図５Ａ】本発明の実施例のために電子制御器の降圧補償関数を図形を用いて示す図であ
る。

【図５Ｂ】本発明の実施例のために電子制御器の昇圧補償関数を図形を用いて示す図であ
る。

【図６】インテリジェントレギュレータのブロック図であり、自動レギュレータおよび
電子制御器の機能的エリアを強調表示している。

【図７】本発明の実施例の電子制御器を概略的に示す図である。

【図８Ａ】設定点圧力値および減圧レギュレータの流れに抗した制御圧力をプロットする
レギュレータオフセットチャートである。

【図８Ｂ】設定点圧力値および背圧力レギュレータの流れに抗した制御圧力をプロットす
るレギュレータオフセットチャートである。

【図９Ａ】減圧レギュレータの様々な入口圧力の制御圧力曲線を示すレギュレータ入口感
度チャートである。

【図９Ｂ】背圧レギュレータの様々な入口圧力の制御圧力曲線を示すレギュレータ入口感
度チャートである。

【図１０】圧力レギュレータのヒステレシス誤差の測定を示すチャートである。

【図１１Ａ】減圧レギュレータにおける「ロックアップ」を示すチャートである。

【図１１Ｂ】背圧レギュレータにおける「再着座」を示すチャートである。

【図１２】Ｆｉｅｌｄｂｕｓの単一のツイストペアを用いた、本発明に従ったインテリジ
ェントレギュレータと外部制御室との間の通信リンクを示す図である。

【図１３】ＨＡＲＴの単一のツイストペアを用いた、本発明に従ったインテリジェントレ
ギュレータと外部制御室との間の通信リンクを示す図である。

【図１４】４線式デュアルツイストペア構成を用いた、本発明に従ったインテリジェント
レギュレータと外部制御室との間の通信リンクを示す図である。

【図１５】無線リンクを用いた、本発明に従ったインテリジェントレギュレータと外部制
御室との間の通信リンクを示す図である。

【図１６】モデムまたは光ファイバのような代替的な通信手段を用いた、本発明に従った
インテリジェントレギュレータと外部制御室との間の通信リンクを示す図である
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ローパー，ダニエルジー. アメリカ合衆国 75002 テキサスルーカスホリーオークレーン 1515 Ｆターム(参考） 5H316 DD07 DD17 DD20 EE02 EE09 EE12 FF06 FF23 FF31 FF37 GG04 HH04 HH08 HH10 HH12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の圧力に流体を維持するための自己調整圧力レギュレー
タであって、流体の流路を規定する本体と、流路を通る流体の流量を選択的に制限するために流路内で移動可能な絞り要素
と、前記絞り要素に連結され、前記絞り要素に予め設定された荷重を加える予め設
定されたアクチュエータであって、前記予め設定された荷重が、所望の圧力を達
成すべく前記絞り要素を位置決めするのに必要な推定された荷重に対応している
、予め設定されたアクチュエータと、所望の圧力に維持されるべき流体の検出された圧力の指示を与える圧力センサ
と、前記圧力センサに連結され、前記絞り要素に荷重を加えるように適合される調
整可能なアクチュエータであって、前記絞り要素が、検出された圧力と所望の圧
力との間の差を低減すべく移動させられるように、検出された圧力と所望の圧力
との間の差に従って変動する荷重を前記絞り要素に加える調整可能なアクチュエ
ータとを備えてなる自己調整圧力レギュレータ。
【請求項２】前記予め設定されたアクチュエータはばねを備える請求項１
に記載の自己調整圧力レギュレータ。
【請求項３】前記調整可能なアクチュエータは、検出された圧力と所望の
圧力との間の差に対応する電気信号を受信し、空圧を出力する電流対圧力コンバ
ータを含み、前記絞り要素は、出力された空圧が絞り要素に荷重を加えるように
構成される請求項１に記載の自己調整圧力レギュレータ。
【請求項４】通信信号を外部通信装置に与える通信回路をさらに備え、前
記通信信号は、検出された圧力と所望の圧力との間の差に対応する請求項１に記
載の自己調整圧力レギュレータ。
【請求項５】予め定められた圧力にプロセスの流体を維持するための圧力
レギュレータであって、流体入口と、流体出口と、流体入口および流体出口を流体で連通させた流路と
を規定する本体と、流路を通る流体の流量を選択的に制限するために流路内で移動可能な絞り要素
と、前記絞り要素に連結され、前記絞り要素を選択的に移動させるための、制御側
と基準側とを有するアクチュエータと、前記アクチュエータの基準側に加えられ、前記絞り要素を予め定められた基準
位置に移動するように付勢する基準負荷と、前記アクチュエータの制御側にプロセスにおける流体の圧力を負荷することに
より、前記アクチュエータを前記基準負荷に抗して移動させて流路内で前記絞り
要素を位置するフィードバック用通路と、プロセスにおける流体の圧力を示す信号を与える圧力センサと、流体の圧力を示す信号を受信し、検出された圧力と予め定められたレベルとの
間の差に応答して前記絞り要素に調整値を表す調整信号を出力する制御器と、前記制御器により出力される調整信号に応答して前記絞り要素をさらに位置決
めする調整機構とを備えてなる圧力レギュレータ。
【請求項６】前記フィードバック用通路は、これによって前記レギュレー
タの下流側でプロセスにおける流体の圧力を加える請求項５に記載の圧力レギュ
レータ。
【請求項７】前記アクチュエータはダイアフラムを含む請求項５に記載の
圧力レギュレータ。
【請求項８】前記調整機構は、前記制御器に応答して前記アクチュエータ
の基準側に空圧を与える電流対圧力コンバータを含む請求項７に記載の圧力レギ
ュレータ。
【請求項９】前記基準負荷はばねを含む請求項５に記載の圧力レギュレー
タ。
【請求項１０】プロセスにおける流体の圧力を用いて絞り要素を位置決め
することにより圧力レギュレータを通る流体の流量を制限する圧力レギュレータ
用の電子制御器であって、制御されている流体の圧力を示す信号を与える圧力センサと、制御されている流体の圧力を示す信号を受信し、検出された圧力と予め定めら
れたレベルとの間の差に応答して前記絞り要素に調整値を表す信号を出力するプ
ロセッサと、前記プロセッサに連結され、前記プロセッサにより出力される信号に応答して
、前記絞り要素に荷重を加えて前記絞り要素の位置を調整する調整機構とを備えてなる電子制御器。
【請求項１１】前記調整機構は、前記圧力レギュレータに空圧を出力する
電流対圧力コンバータを含み、前記制御器からの空圧は、前記絞り要素の位置を
調整する請求項１０に記載の電子制御器。
【請求項１２】前記プロセッサに電力を与えるための電源をさらに含み、
前記電源は、プロセスにおける流体をエネルギー源として用いる発生器を含む請
求項１０に記載の電子制御器。
【請求項１３】前記電子制御器はさらにメモリ構造を有し、前記制御器は
前記メモリ構造内に前記圧力レギュレータの動作に関するディジタルデータを記
憶するように適合され、前記制御器は、電子制御器の外部の装置に、記憶された
ディジタルデータの少なくとも幾分かを伝えるための通信回路を含む請求項１０
に記載の電子制御器。
【請求項１４】流体の圧力を用いて絞り要素を位置決めし、圧力レギュレ
ータを通る流体の流量を制限する圧力レギュレータにおいてオフセットを補償す
る方法であって、制御されている流体の圧力を決定するステップと、制御されている流体の圧力を所望の予め定められた圧力レベルと比較すること
により誤差値を計算するステップと、前記誤差値を調整圧力に変換するステップと、前記絞り要素に、制御されている流体の圧力に加えて調整圧力を負荷すること
により前記絞り要素を再位置決めするステップとを含む方法。
【請求項１５】制御されている流体の圧力を用いて絞り要素を位置決めし
、これにより圧力レギュレータを通る流体の流量を制限する圧力レギュレータ用
の電子制御器であって、制御されている流体の圧力を検出する手段と、制御されている流体の圧力と予め定められた圧力レベルとの間の差を決定する
手段と、前記絞り要素の位置を調整して、制御されている流体の圧力と予め定められた
レベルとの間の差をなくす手段とを含む電子制御器。
【請求項１６】流路を規定する本体と、流路を通る流体の流量を選択的に制限するために流路内で移動可能な絞り要素
と、前記絞り要素に連結され、前記絞り要素を選択的に移動させるための、制御側
および規準側を有するダイアフラムと、前記ダイアフラムの基準側に加えられ、前記ダイアフラムを、したがって前記
絞り要素を予め定められた付勢位置に付勢するばね負荷と、前記ダイアフラムの制御側にプロセスにおける流体の圧力を負荷することによ
り、前記ダイアフラムを、したがって前記絞り要素を移動させて前記流体の圧力
の対応する位置に前記絞り要素を位置決めするフィードバック用通路と、流体の検出された圧力を示す電気信号を与える圧力センサと、流体の検出された圧力を示す電気信号を受信し、その信号を、所望の流体圧力
を示す電気信号と比較する電子制御器であって、検出された圧力を示す電気信号
と所望の流体圧力を示す電気信号との間の差に従って変化する電気誤差信号を生
成する電子制御器と、電気誤差信号を受信するように適合される入力と、前記ダイアフラムの基準側
に可変性の空圧を与えるように適合される出力とを有する電流対圧力トランスデ
ューサとを備えており、前記電流対圧力トランスデューサにより与えられる可変性の空圧は、電気信号
に従って変化する自己調整圧力レギュレータ。
【請求項１７】前記電子制御器は、通信回路およびメモリを含み、前記制
御器は、前記通信回路を介して所望の流体圧力を表す電気信号を受信し、前記メ
モリ内にその電気信号のディジタル表現を記憶するように適合される請求項１６
に記載の自己調整圧力レギュレータ。
【請求項１８】電力を前記電子制御器と前記電流対圧力トランスデューサ
とに供給するための電源をさらに備える請求項１６に記載の自己調整圧力レギュ
レータ。
【請求項１９】前記電源は、太陽電池板によりエネルギーを与えられる太
陽電池板および電池システムを含む請求項１８に記載の自己調整圧力レギュレー
タ。
【請求項２０】前記圧力レギュレータはさらに、流路と流体でつながる入
口と、流路と流体でつながる出口とを規定し、前記入口は、前記出口での流体の
圧力よりも大きな圧力で流体を受け入れるように適合され、前期フィードバック
用通路によって、前記ダイアフラムの制御側に前記出口からの圧力を加える請求
項１６に記載の自己調整圧力レギュレータ。