計器のトラブルはなぜ起こる｜センサ起因・システム起因・プロセス起因の切り分け手順

「指示がおかしい」と言われた計器を調べると、計器そのものが壊れていることは少数派です。流量計メーカーで長く開発と現場対応に携わった技術者は、トラブルの原因を3つのタイプに分け、製品が成熟した今日、最も繰り返し起きるのは「センサは正常で、システム側に思い違いやうっかりミスがある」タイプだと書いています。

だから切り分けは、計器を疑う前に、配管・環境・設定・検証方法・プロセスの変化を順に疑うところから始めます。

この記事では、3つのタイプ、伝送器メーカーの実務書がまとめた「用途共通のトラブル」（水素透過、水素脆化、腐食、付着）、環境と設置が原因の例、そして計測機器全体に使える切り分け手順を説明します。流量計に特化した事例は流量計のトラブル事例にあります。

1. トラブルの3つのタイプ

「計装」誌の連載は、トラブルの原因を次のように分類しています。

タイプⅠとⅡは、原因と対策が確立すればメーカーが製品に反映して再発しません。タイプⅢは、製品がどれだけ成熟しても繰り返し起こります。 設定の思い違い、運転条件が変わったのに補正を直していない、点検後の弁の戻し忘れ、といった人間の側の要因だからです。

記事は、ユーザーから見ればシステムのどこが悪くても「指示が狂っている」であり、まず「狂っている」センサのメーカーが呼ばれるが、センサが正常であると証明しても何ら問題は解決しない、ユーザーが納得できる説明が必要だ、と書いています。製造部員の側も同じです。「計器屋を呼んで正常と言われた」で終わらせず、では何が原因かを一緒に探すのが仕事です。

2. タイプⅡの代表｜用途共通の4つのトラブル

伝送器メーカーの実務書は、差圧・圧力伝送器のトラブルを「用途共通」と「用途特有」に分け、用途共通として4つを挙げています。どれも「計器は正常に作られていたが、使用環境が想定を超えた」例です。

水素透過

水素原子や水素イオンがダイアフラムを透り抜け、封入液室に気泡（水素ガス）として溜まる現象です。封入液室の内圧が上がり、圧力がセンサに正確に伝わらなくなって、ゼロ点・リニアリティ・スパンがずれます。進むとダイアフラムの膨らみが観察されます。

常温では起きません。高温高圧の水素（熱力学的エネルギー）か、比較的高温で腐食性のある条件、あるいは迷走電流や異種金属（電気化学的エネルギー）があるときに起きます。チェックポイントは、測定条件（温度・圧力・成分）、スチームトレースの有無、導圧管や伝送器近傍の卑金属（亜鉛・銅・鉄）、迷走電流の発生源、スラリー成分です。対策は、ダイアフラムの金メッキ、測定ガスの温度を下げる、ウェットレグの採用、導圧管と接液部の材質を同一にする、などです。

水素脆化

タンタルやチタンのダイアフラムが水素を溶解して脆くなり、割れや剥離、封入液漏れを起こす現象です。迷走電流・異種金属、または高温の腐食性液による腐食が引き金になります。対策は白金の犠牲電極やテフロン膜です。

腐食

受圧ダイアフラムと本体フランジは測定流体に直接触れます。実務書は、ダイアフラム材質（SUS316、ハステロイ C、タンタル、チタン、モネル）ごとの耐食性の表を載せています。タンタルは耐食性に優れる一方、水素を吸収して脆くなるのが唯一の欠点です。チタンは不働態被膜で塩素イオンに強いのですが、乾燥塩素ガスでは発熱反応で爆発するおそれがあります。

付着

受圧ダイアフラムに付着物があると特性が大きく変わります。テフロン膜やテフロンコーティングが有効ですが、テフロンの膜は多孔性で流体が浸透するため、長期間の耐食用には使えません。ガスが浸透してダイアフラムとテフロン膜の間に入り、出力変動を起こすこともあります。

3. 環境と設置が原因の例

• 周囲温度：ダイアフラムシール形の伝送器で、高圧側と低圧側のキャピラリに日向と日陰で 10℃ の温度差がつくと、小口径（40A）ではゼロ点が −16% も動く。朝夕や季節で周期的に動く指示は周囲温度を疑う
• 輻射熱：加熱炉やボイラの炉内圧を測る微差圧計は、輻射熱で片側だけ加熱されると出力が大きく変動する。遮蔽板か断熱材
• 振動：渦流量計の圧電素子が配管振動を拾う。コリオリ式も外部振動に弱い
• ノイズ：信号線を動力線と束ねると、モータの起動と同時に指示が振れる（4〜20 mA の記事。熱電対の配線は熱電対・測温抵抗体の配線とトラブル）
• 導圧管：ドレン・気泡・凍結・詰まり。差圧式のトラブルの大半
• 直管部：エルボ直後の流量計、上流の半開の弁
• ガスケットのはみ出し：小口径のダイアフラムシールで、ガスケットがはみ出してダイアフラムに接触し、正しい出力が出ない。真空系の絶対圧計でも同様

どれも「計器は正常」で、環境と設置が原因です。

4. 切り分けの手順

1. 症状を分類する：指示ゼロ・振り切れ、振れる、ゆっくりずれる（ドリフト）、周期的に動く、突然跳ぶ。「いつから」「何を変えたあとから」
2. 現場計器と突き合わせる：同じ場所の現場圧力計・ガラス管・現場温度計と比べる（日常点検の記事）
3. 導圧管と設置を見る：ドレン・気泡・凍結・詰まり、取出し角度、伝送器の高さ、勾配。流量計なら直管部と上流の弁
4. 環境を見る：日射・輻射熱・周囲温度、振動、ノイズ源、雨水の侵入
5. 設定と関連機器を見る：レンジ、ゼロ点抑制、温圧補正、開平の二重、パルススケーラ、バイパス弁、バーンアウトの向き
6. 検証方法を疑う：比較相手の計器は正しいか。物質収支と合うか
7. プロセスの変化を疑う：温度・圧力・密度・粘度・導電率・組成が仕様と違わないか。気化・沈殿・付着・泡はないか
8. 最後にセンサ：ここまでで見つからなければ、計装担当と一緒に点検・校正する。水素透過や腐食のような使用環境起因なら、材質と条件の見直しへ

「センサを最後に疑う」のは、センサを軽視するためではありません。ループの外側のほうが原因である確率がずっと高いからです。

5. 現場で見る場所

1. 変更履歴：計器・配管・運転条件・設定を最近変えたか。トラブルの多くは変更のあとに起きる
2. 周期性：日周期なら周囲温度、運転パターンと同期なら上流の変動
3. 接液部の材質と流体：水素、腐食性、スラリー、高温が組み合わさっていないか
4. 導圧管まわり：見るべき4項目（漏れ・ドレンとガス抜き・ゼロ点・締め込み）
5. 記録：症状、時刻、切り分けの経過、結論。同じトラブルは必ず再発する

6. 先輩に聞かれたら答えられる3問

1. 製品が成熟しても繰り返し起きるトラブルはどのタイプで、なぜですか。
2. 水素透過が起きるのは、どんな条件のときですか。
3. 切り分けで、センサを最後に疑うのはなぜですか。

答えは順に、タイプⅢ（センサ正常でシステム側）で、人間の思い違いやうっかりミスが絡むから／高温高圧の水素、または高温で腐食性のある条件、迷走電流や異種金属があるとき（常温では起きない）／ループの外側（配管・環境・設定・プロセス）が原因である確率のほうが高いから、です。

まとめ

計器のトラブルは、センサの製造不良（まれ）、想定外の使用環境（水素透過・水素脆化・腐食・付着）、センサ正常でシステム側、の3タイプに分かれ、繰り返し起きるのは3つ目です。環境（周囲温度・輻射熱・振動・ノイズ）と設置（導圧管・直管部・ガスケット）も、計器が正常なまま指示を狂わせます。

切り分けは、症状の分類、現場計器との突き合わせ、導圧管と設置、環境、設定と関連機器、検証方法、プロセスの変化の順に進め、センサは最後に疑います。センサが正常だと分かっても解決ではなく、原因の特定まで行ってください。

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参考文献

• 佐鳥聡夫「現場計器の”不思議な”トラブルシューティング 第1回 トラブルはなぜ起こる？」計装, Vol.41 No.3 (1998)
• 横河電機編『計装メーカが書いた フィールド機器・虎の巻』工業技術社, Ⅱ 7「差圧・圧力伝送器のトラブル事例と対策」
• 佐鳥聡夫「流量のお話 第12回 流量計のトラブル」MS TODAY, 2002年6月号

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