JPH02500537A - コリオリ質量流量計用の強磁性駆動部及び速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コリオリ質量流量計用の強磁 性駆動部及び速度センサ 発−明−Ｑ、Ｘ景。

１゜発明の分野 本発明は、コリオリ質量流量計用の装置に関し、特に、質量清量計に用いられる 流れ導管（ｆｌｏｗ　ｃｏｒ＋ｄｕｉｔ）を駆動するための装置及び流れ導管の 速度を感知するための装置に関する。

２、従来の技術の記述 コリオリ質量流量計はプロセス流体の質量流量を測定するために使用される。米 国特許第４，４９１，０２５号明細書（１９８５年１月１日にＪ、Ｅ、スミス等 に発行された。以後、゛０２５特許とよぷ）のような先行技術に開示されている ように、コリオリ質量流量計ｊ、ま、それぞれ典型的にはＵ型の流れ導管である １個又は２個の平行な導管を含む。各導管はある軸に関して振動するように駆動 され一基準の回転フレーム（ｒｏｔａｔｉｏ＋ｔａｙ　ｆｒａｍｅ　ｏｆｒｅｆ ｅｒｅｎｃｅ）を作る。Ｕ型の流れ導管の場合、この軸は曲げ軸・とよぶことが できる。プロセス流体が各振動する流れ導管を通、て流れると、流体の運動は、 流体の速度と管の角速度とに対１、／て垂直に向いた応答コリオリカ（ｒｅａｃ ｔｉｏｎａｒｙ　Ｃｏｒｉｏｌｉｓ　ｆｏｒｃｅｓ）を生じる。これらの応答コ リオリカによって、Ｕ型流れ導管に対してはその曲げ軸に垂直な捩れ軸に関して 各導管に捩れが生じる。捩れの量は管を流れるプロセス流体の質量流量に比例す る。

小径流れ導管即ち０．０６５インチ（１，６５ｍｍ）　ＯＤ管及び０．１２５イ ンチ（３，１７愼）ＯＤ管を用いるコリオリ質量流量計は単一の流れ導管のみに 使われることが多い。この理由は、流れ導管とそこを移動する流体とによって表 わされる総合質量が流れ導管を支持する基部の質量よりも実質的に小さいからで ある。したがって、流れ導管と流体とが振動するとき、基部は実質的に堅固な状 態を続ける。こうした単一管のコリオリ質量流量計は米国特許第Ｒｅ　３Ｌ４５ ０号に記述されている。管の直径が大きくなると、０．２５インチ（６，３５ｍ ｍ）　ＯＤ前後から起るのだが、管と流体との総合質量はシステムの全質量のず っと大きな部分を表わすことになり、その結果、このような大径の管の場合、゛ ０２５特許に記述されているように、平行な複数導管装置（ｐａｒａｌｌｅｌｍ ｕｌｔｉ−ｃｏｎｄｕｉｔ　ａｐｐａｒａｔｕｓ）を使用するのが好ましい。

上述の米国特許に開示されているように、典型的な質を流量計では、流れ導管を 振動させる駆動機構と典型な流れ導管の側脚の相対速度を決定する磁気的速度セ ンサとが用いられる。また、典型的な単一管コリオリ質量流量計では、駆動機構 の一部を構成する磁石と磁気的速度恩知ピックオフ・コイルとが、通常は流れ導 管に直接に取り付けられる。例えば、当該技術分野で知られている実施例では、 駆動機構の一部として、直径０．０６２インチ・長さ０．３４３インチ（１，５ ７ｍｍｘ８．７１ｍｍ）の円筒形ＡＬＮＩＣＯ永久磁石が使用されている。この ような質量流量計では、駆動機構とピックオフ・コイルとその導線との総合質量 は、流れ導管組立て体の全質量のかなりの部分を表わしうる。

この質量を減らすための努力がなされている０例えば、質量を減らすために、５ ０ゲージ線でコイルを巻くことが多い。しかし、５０ゲージ線はきわめて細い（ 毛髪よりも細い）ので、切れ易い。しかも、コイルの製造期間中、コイル内で断 線や巻線の短絡が生じる点で線に過度に応力を加えないように注意を払わなけれ ばならない。

質量の増加の他に、管取り付はコイルに生じる別の問題は、コイルに接続される リー　導線に関係する。これらのリード線は典型的には流れ導管の脚の周りに巻 かれ、ラッカーのような接着剤を用いて典型的ムこは流れ導管に固定される。そ の結果、リード線を介して減衰力又は駆動力が振動する流れ導管に結合され、流 れ導管の運動を不都合に変更するので、測定誤差が生じる。この誤差はある種の 応用では許容することができない。特に、減衰力は典型的には２つの発生源、即 ち、（１）線そのものの間、又は装置によっては線と隣接の構造物との間に生じ る摩擦−こうした摩擦力は、線上の絶縁材料が商標テフロン（テフロン（Ｔｅｆ 　Ｉｏｎ）はデュポン社の商標である）の下で売られているような合成樹脂ポリ マ潤滑材である場合にさえも生じることが見出されている−及び（２）　＊の材 料自体の内部構造から生じる。

典型的には、駆動力は隣接の振動する機械から生じる。

減衰力又は駆動力を流れ導管に結合することによって生じる上記の問題は、線が 包囲され、又は、流れ導管の１つより多い部分に付着されるとき悪化する。これ が起るのは、Ｕ形波れ導管の脚に結合される減衰力又は駆動力が一般的に等しく ないからである。その結果、異なる力の影響の下で管が捩れ、この付加的な捩れ がコリオリカによって生じる換れ作用を隠してしまうことになる。

上記問題のいくつかを緩和しようとする試みの一つは、例えば接着剤又はテープ によって線を流れ導管に対して包んだり付着したりすることである。線はその付 着される管に対して平行に実質的に方向付けされるので、これらの線は実質的に 捩れが防止される。

線に関して起こる別の問題は疲労である。線の機械的特性が振動される構造の機 械的特性と少くとも同等又は良好であるならば、線の機械的疲労は、振動される 構造の工学的問題に匹敵する工学的問題を提起する。しかし、線が被覆され、テ ープで巻かれ、又は流れ導管に対して接着されると常に、流れ導管に付加的な質 量が追加されることが多い。この付加的な質量は、線を流れ導体の周りに巻くと きに必要とされる付加的な長さの線から、又は、付加されるテープや接着剤から 生じる。この付加的な質量は導管の振動運動を変更することができる。そのうえ 、接着剤に対する湿度及び温度の影響は均一ではないので、接着剤によって引き 起される差動減衰（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｄａｍｐｉｎｇ）も管の振動運 動を変更しうる。

その結果、コリオリ質量流量計の製造の際には、駆動力及び／又は減衰力の流れ 導管への結合を都合よく低減し、摩擦及び温度の問題を都合よく低減し、当該技 術分野において従来可能だったよりも大きいゲージの線を製造の際に用いること を可能とすることによってピックオフ・コイルの組立を都合よく容易にする、質 量の低減された駆動機構と速度センサとに対する必要性が存在する。

発ｊじ１１斐 本発明の実施例は、流れ導管が磁石及びコイルを持たないコリオリ質量流量計に 用いるための強磁性駆動手段及び強磁性速度センサを提供する。本発明のこのよ うな実施例は好都合にもコイルに大きなゲージの線の使用を可能にし、それによ り、コイル組立ての問題を軽減し、現在典型的に使用されているよりも小径の流 れ導管、例えば０．２５４　ｍｍｏ　Ｄ又は０．７６２　ｍ　ＯＤ流れ導管−二 うした小径の流れ導管の使用は、現在利用可能なコイルが例え５０ゲージ線で巻 かれていても、管とその中の流体との総合質量の大きな部分を表す質量を有する ので、現在は排除されている−の使用を可能にし、管からコイル線のリード線と その固定手段を除去させて管組立て体の質量を結果的に低減する。

発明に係る駆動手段は、コイルと、一部分が該コイルからの磁界によって覆われ るように配置された強磁性のキーパ−と、その磁界が該キーパ−の強磁性領域を 方向付けするように配置された磁石と、可変の磁界を与えるように前記コイルに 信号を印加するための手段とを備える。発明に係る駆動手段は、例えばろう付け によって前記キーパ−を流れ導管に固定することにより、発明に係るコリオリ質 量流量計に使用される。その結果、信号によって生じる可変の磁界に応答して前 記キーパ−が振動させられると、流れ導体も振動する。

発明に係る速度センサは、コイルと、一部分が該コイルからの磁界によって覆わ れるように配置された強磁性のキーパ−と、その磁界が前記キーパ−の強磁性領 域を方向付けし、且つ、その磁界の一部が前記コイルを通過するように配置され た磁石と、前記キーパ−が前記コイル内で位置を変え、前記コイルを通過する磁 界を変えるときに前記コイルに誘導される電流を検出する手段とを備える。発明 に係る速度センサは、例えばろう付けによって前記キーパ−を流れ導管に固定す ることにより、発明に係るコリオリ質量流量計に用いられる。その結果、駆動手 段に応答して流れ導管が振動させられると、キーパ−も振動する。

その結果、コイルを通過する磁界が変化し、キーパ−の速度即ち流れ導管の速度 の尺度となる信号が誘導される。

以下は、発明に係る駆動手段と発明に係る速度センサと固く取り付けられたＵ型 の流れ導管とを用いるコリオリ質量流量計の好ましい実施例の記述である。駆動 手段は、流れ導管をその曲げ軸に関して実質的にその共振周波数で振動させるの に用いられる。速度センサからの出力は、流れ導管の運動経路にわたる流れ導体 の実際のモーメントを実質的に線形に表す信号を提供する。コリオリカの結果、 Ｕ型の流れ導管の側脚のうちの一方が、他方の側脚に関して時間的に進み又は遅 れる。これら２個の信号の間の時間遅れは、流れ導管の振動経路における任意の 基準点に関して測定される。この時間遅れは、流れ導管を通過する流体の質量流 量の一次関数である。即ち、測定された時間と流れ導管を通過する流体の質量流 量との関係は、流れ導体とその固定取付は部との機構から導き出される定数にの み依存する。

発明に係る駆動手段及び発明に係る速度センサは単一管の又は複数管のコリオリ 質量流量形に使用可能である。

ｍλη単ＡＩ先吸 本発明の原理は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考察することにより明瞭 に理解することができる。

第１図は、本発明の教示を具体化する計量システムの全体図である。

第２図は、本発明に従って製作された強磁性駆動手段の断面図である。

第２Ａ図は、第２図に示された強磁性駆動手段のキーパ−の近傍の磁束線を図式 的に示す。

第２Ｂ図及び第２Ｃ図は、第２図に示された強磁性駆動手段のコイルの近傍の磁 束を図式的に示す。

第２Ｄ図は、第２図に示された強磁性駆動手段のコイルに加えられる印加周期電 流を図式的に示す。

第３図は、本発明に従って製作された強磁性速度センサの断面図である。

第４図及び第５図は、キーパ−の変位の種々の位置における磁束線と共に、第３ 図に示された強磁性速度センサの断面を示す図である。

第６図は、第１図に示された計器電子回路２０のブロック図である。

第７図は、第６図に示された質量流量回路３０のブロック図である。

第７Ａ図は、正の流れの条件に対して、第６図に示された質量流量回路３０内に 生じる種々の波形を示す。

第７Ｂ図は、流れ無しの条件に対して、第７Ａ図に示された波形に対応する波形 を示す。

第８図は、第６図に示された流れ導管駆動回路４ｏのブロック図である。

第９回は、複数導管計と共に強磁性駆動手段として又は強磁性速度センサとして 用いるために本発明に従って製作された装置の断面図である。

第１０図は、複数導管計と共に強磁性駆動手段として又は強磁性速度センサとし て用いるために本発明に従って製作された代わりの装置の断面図である。

第１１図は、第１０図に示された実施例のコイルのための電流駆動回路を図式的 に示す。

理解を容易にするために、同じ参照番号は、図に共通に、同様の素子を指すため に用いられている。

且史星説旦 第１図は、本発明の原理を具体化するコリオリ質量流量計量システムの全体図、 特に、発明に係る強磁性駆動機構及び発明に係る速度センサを利用する質量流量 計量システムの全体図を示している。記述されるシステムは未知の流体の濃度を 測定するために使用することができる。

詳細には、図に示されているように、発明に係る質！流量計量システムは、２つ の基本構成要素、即ち、コリオリ計器組立て体１０及び計器電子回路２０から成 る０図示のように、コリオリ計器組立て体１０は取付は台１２を含み、怒圧性の 接合部のない実質的にＵ型の流れ導管１３０が、入口ボート１５に隣接する導管 支持構造２６及び出口ボート１６に隣接する導管支持構造２７により、軸Ｗ−Ｗ の周りの領域で、回転振動できるように取付は台１２に取り付けられている９側 脚１８，２０及びぞれらの間に延びる横方向の接続部２２も設けられる。好まし くは、ＬＪ型電流導管１３０はベリリウム、銅、チタン、アルミニウム、口、こ れらの材料の合金、プラスチック等の、通常認められる弾性を有する管状の物か ら作られる。Ｕ型として説明されてはいるけれども、流れ導管１３０はＳ型でも 、ループ状でもよく、また、収束又は発散する脚を持ってもよい、即ち、実質的 に曲げられている。そのうえ、流れ導管は直線状でもよい。好ましくは、側脚１ ８．２０は並行で、横方向の脂２２は側脚に対して垂直である。しかし、上述の ように、理想的な形状からの実質的な逸脱はそれほど結果を悪くはしない。発明 に係る駆動機構１８０は流れ導管１３０に固定された第１の部分と取付は台１２ に固定された第２の部分とを有する。駆動機構１８０は、計器電子回路２０に応 答して、入口ポート１５と出口ボート１６との周りで振動様式で軸Ｗ−Ｗに関し て、好ましくは正弦波状にＵ電流れ導管１３０をその固有周波数又は共振周波数 で駆動する。発明に係る速度センサ１６０は流れ導管１３０の側脚１８に固定さ れた第１の部分と取付は台１２に固定された第２の部分とを有する。発明に係る 速度センサ１６１は流れ導管１６０の側脚２０に固定された第１の部分と取付は 台１２に固定された第２の部分とを有する。好ましい実施例としては、所与の形 状の流れ導管に対して、最大コリオリカ作用位置にセンサ１６０．１６１が配置 される。これは、Ｕ電流れ導管にあっては、それぞれ側脚１８．２０と横方向の 脚２２との交差する点に隣接する。

駆動機構１８０は計器電子回路２０によって作動されて、ｔＪ型電流導管を軸Ｗ −Ｗに関して回転振動させ、軸０−Ｏに関する流れ導管１３０のコリオリカ変位 を結果として生じさせる。質量流量及び／又は濃度が決定されるべき流体の範囲 と同じ範囲で流れ導管が流体で潤されているときには、常に、駆動機構１８０は 洟、れ導管１３０と実質的に同じ共振周波数を持つ。米国特許第４、１８７．７ ２１号によって教示されるように、軸ｗ　−Ｗに関する流れ導管１３０の振動周 波数は軸０−０に関する振動周波数とは異なるべきであり、軸Ｗ−Ｗに関する振 動の共振周波数は軸〇−〇に関する振動周波数よりも低いことが極めて好ましい 。この関係により、コリオリカの偶力に対抗する支配的な力が軸０−０に関する Ｕ電流れ導管の弾性ばね歪みであることが保証される。これにより、速度抵抗復 元力（ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｄｒａｇ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｖｅｆｏｒｃｅ）及び 慣性抗力を測定する必要性と複雑化を除去する。これらの周波数が選択されると 、周知の技術を用いて流れ導管の形状が、結果としての流れ導管が選択された周 波数で振動するように設計される。

第１図に示すように、管１３０の側脚１８，２０をそれぞれ入口ボート１５及び 出口ポート１６に固定するので、コリオリ質量流置針組立て体１０を通って連続 的な閉じた流体経路が与えられる。詳細には、流量計１０が入口ボート１５及び 出ロポー目６を介して導管システム（図示せず）に接続されると、流体が入口ポ ート１５のオリフィスを介して流量計に入り、流れ導管１３０を通って送られる 。流れ導管１３０を出るとき、流体は出口ボート１６を通って導管システムに戻 る。

Ｕ電流れ導管１３０が有する曲げ軸Ｗ−Ｗは、Ｕ電流れ導管１３０の側脚１Ｂ、 ２０に実質的に垂直であり、管入口１５及び管出口１６の近くに位置する。管１ ３０の弾性定数が温度と共に変化する限り、抵抗性温度検出器（ＲＴＤ）１９０ 　（典型的にはプラチナＲＴＤ装りがそこに取り付けられ、管の温度を測定する 。管１３０の温度と、したがってＲＴＤの両端間に現われる電圧とは、そこを連 る所与の電流に対しては、流れ導管１３０を通る流体の温度によ、って支配され る。　ＲＴＤの両端間に現われる温度依存性電圧は、後に詳細に検討するが、管 温度のいかなる変化に対しても弾性定数の値を適切に補償するために計器電子回 路２０によって使用される。　ＲＴＤはリード線１９５によって計器電子回路２ ０に接続される。

流れ導管を振動させるのに要する駆動電力を最小とするために、流れ導管１３０ は本質的にその共振周波数でその曲げ軸に関して正弦波状に駆動される。駆動機 構１８０は正弦波状の振動駆動力を管１３０に対して供給する。適切な振動駆動 力は、第８図と共に以下で詳細に検討するように、リード線１８５を介して計器 電子回路２０により駆動機構１８０に印加される。

第２図は、本発明に従って製作された強磁性駆動手段の断面図である０強磁性キ ーパ−（ｋｅｅｐｅｒ）　５００が流れ導管１３０の外壁にろう付けされる。こ の実施例では、流れ導管は、腐食性材料を扱うために用いられる周知の、ニッケ ルをベースとした合金であるハステロイＣ合金（ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏ ｙ）はインディアナ州コロモ市のキャボット社の商標である）から作られる。

この実施例では、強磁性キーパ−５００はプレーズメントＣｂｒａｚｅｗｒｅｎ 　ｔ）　５０１によって流れ導管１３０に固定され、強磁性材料、例えば４３０ ステンレススチールの細片から成る。外部磁石５０２はコリオリ質量流量計１０ の台１２に固定され、円筒形の永久磁石を備える。外部磁石５０２は、キーパ− ５００の強磁性領域を整列させるように、当業者に知られた様式で配置される。

当該技術分野では知られているように、キーパ−５００が磁石５０２の磁界内に 置かれると、キーパ−は、その材質の永久性と磁石５０２の磁界強度とに比例す る双極モーメントを示す。その結果、キーパ−５００は小さな磁石として動作す る。

コイル５０３は、その磁界によってキーパ−５００が影響されるように配置され る。開示された実施例では、コイル５０３は環状形ボビン５１０上に巻かれた絶 縁線で形成される。その代りに、コイルは環形に巻かれて包被することができる 。線がその形を維持するに充分なゲージのものであれば、所望により包被は省略 できる。当該分野で知られているように、コイル５０３は電流が印加されると電 磁石として動作する。また、正弦波状に変化する電流のような交流電流がコイル ５０３に印加されると、交流磁界がコイルに生成される。キーパ−５００を取り 囲む不変磁界と交流磁界が相互作用すると、管１３０は矢５０５によって示され る方向に交流磁界によって変位させられる。外部磁石５０２によって生じる磁界 はキーパ−５００内の磁気領域を方向付けし、第２図に示されるように、それぞ れ文字Ｎ、Ｓによって示された北極及び南極を確立する。キーパ−５００近傍の 磁束は、第２Ａ図に示されるように、一連の平行線として表すことができる。同 様に、正弦波状電流を通すときのコイル５０３によって生じる磁界は、第２Ｂ図 及び第２Ｃ図に示されるように、一連の平行線として表すことができる。この磁 界は、コイル５００に印加される電流が極性反転すると、方向を反転する。説明 の目的で、第２Ｄ図に示される印加周期電流の正の半サイクルの期間には、磁界 は第２Ｂ図に示されるようであると仮定する。第２Ｃ図に示される磁界は第２Ｄ 図の電流波形の負の半サイクルの期間は反転される。

ここで、キーパ−５００とコイル５０３との異磁極の吸引により、正のサイクル の期間にキーパ−５００はコイル５０３の方へ引かれる。キーパ−５００とコイ ル５０３との同磁極の反搗により、負の半サイクルの期間にはキーパ−５００は コイルから押しのけられる。

代りの実施例では、外部磁石５０２を除去し、コイル５０３とキーパ−５００の みによって流れ管１３０を振動させることができる。

この配置では、コイル５０３によって作られる磁界が増すにつれ、キーパ−５０ ０はコイル５０３内へ引き込まれる。逆に、磁界の大きさが減ると、キーパ−５ ００に作用する力が減少し、流れ導管１３０は中立位置に復帰する。ＡＣ駆動電 流又はパルス化されたＤＣ駆動電流を用いることができる。しかし、外部磁石５ ０２を用いた実施例に比較して、コイル５０３に印加される電流の大きさは、外 部磁石を用いるときと同じ程度の流れ導管１３０の変位を達成するに充分な強度 の磁界を発生させるために（２０〜３０倍のファクタで）増加されなければなら ない。また、この代りの実施例では、流れ導管１３０の運動は非対称である。し かし、流れ導管１３０の運動は、キーパ−のコイル５０３から遠い方の端部に隣 接して第２のコイルを配置し、キーパ−５００を延長すると共にその延長された 部分を第２のコイル内に部分的に挿入し、２つのコイル闇で駆動電流を交互に流 すことにより、特定の応用に対して必要があれば対称形とすることができる。

当業者には明らかなように、キーパ−５００の変位及びそれによる流れ導管１３ ０の変位は、駆動コイル５０３を流れる電流を増すことによって増加される。ま た、当業者には、４３０合金ステンレススチールの代りに他の強磁性材料を用い てキーパ−５００を製作することが可能であることも明らかである０例えば、ミ ュー合金や炭素計のような材料も使用可能である。そのうえ、キーパ−５００の 一定のピーク対ピーク変位に関して、次のようなことが観測された。

（１）強磁性合金のキーパ−５００の体積が増すと、駆動コイル５０３の両端間 のピーク対ピーク電圧の減少によって示されるように、駆動電力が減少する。

（２）相対的に高い磁化レヘルを持つキーパ−材料、即ち、外部の磁界が増加し ても飽和しない材料を用いると、駆動コイル電圧が低くなる。例えば、単位体積 のミュー合金（６，５００ガウス前後で飽和する）は単位体積の炭素鋼（２１， ５００ガウス前後で飽和する）よりも駆動コイルに高い電圧を住しる。

当業者に明らかなように、キーパ−５００は第２図に示される細片のほかに種り の形状をとりうる。例えば、キーパ−５００は円筒形であってもよい。

流体が流れ導管１３０を振動中に流れる限り、流れ導管１３０の側脚１８．２０ （第１図参照）に沿ってコリオリカが発生される。流れ導管の振動中、一方の側 脚が振動の中央面（ＩｌＩｉｄ−ｐｌａｎｅ）を通過してから、他方の側脚がそ の対応する振動の中央面を通過する。一方の側脚が振動の中央面を通過する瞬間 から他方の側すがその振動の中央面を通過する瞬間までの期間は、流量計組立て 体を流れる流体の全質量流量に比例する。ここに述べられたよりもずっと詳細な コリオリ質量流量針の動作原理の論考について、特に、質量流量は上記の期間の 測定から決定しうるという教示については、米国特許第Ｒｅ　３１．４５０号明 細書（１９８２年２月１１日Ｊ、Ｅ、スミスに対して再発行された）を参照する とよい。

流れ導管の側脚がそれぞれの振動の中央面を通過する間の時間を測定するために 、速度センサ１６０．１６１が流れ導管１３０の自由端の近くに配置される。こ の形態により、速度センサ１６０゜１６１によって発生された電気信号出力は、 流れ導管１３０の全行程の速度の概要（ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｐｒｏｆｉｌｅ）を 与え、後に詳述するように、時間したがって質量流量を決定するように処理され る。

特に、速度センサ１６０．１６１はそれぞれリード線１６５．１６６に現れる左 速度信号及び右速度信号を出力する。振動の中央面をタイミング基準点として利 用するということは、限定事項とみなすべきではない。速度信号の任意の所定の 点を、これら２つの信号間に生じる時間測定又は位相推移のための基準点として 利用しうる。

第３図は、本発明に従って製作された強磁性速度センサの断面図である０強磁性 キーパ−６００は流れ導管１３０の外壁にろう付けされる。この実施例では、流 れ導管はハステロイＣ合金から作られている。この実施例では、強磁性キーパ− ６００はブレーズメントロ０１によって流れ導管１３０に固着され、例えば４３ ０ステンレススチールのような強磁性材料の細片を備える。外部磁石６０２はコ リオリ質量流量計１０の台１２に固定され、Ｕ型の磁石を備えるや磁石６０２は 、そこから発する磁界がコイル６０４（第２図のコイル５０３と構成が類似して いる）に入射するように配置される。第３図に示すように、これはセンサコイル ６０４を磁石６０２の一つの極と実質的に同レベルに置くことによって達成され る。Ｕ型磁石６０２はキーパ−６００の強磁性領域に整列するように、当業者に 知られた方法で位置する。当該技術分野で知られているように、キーパ−６００ が磁石６０２の磁界内に置かれると、キーパ−の材料の導磁度と磁石６０２の磁 界強度とに比例した双極モーメントをキーパ−６００は示す。その結果、当該分 野で知られているように、キーパ−６００は小さな磁石として動作する。例えば 冷間圧延調その他の遭切な透磁性材料で作られた任意の磁極片６０３は、磁石６ ０２とキーパ−６００との間の位置調整を許容するためにのみ設けられる。

キーパ−６００が部分的にセンサコイル６０４の内部に延在するように、センサ コイル６０４が配置される。駆動手段１８０によって印加される駆動力の下で流 れ導管１３０が振動すると、センサコイル６０４内でのキーパ−６００の運動に よって磁束の変化が生じる。この変化により、キーパ−６００の双極モーメント と速度とに比例する振巾を有する電圧がセンサコイル６０４に誘導される。当該 技術分野の当業者に明らかなように、磁石６０２又は磁極片６０３によって作ら れる磁界は、時間と共に変化することがないので、センサコイル６０４に電圧を 誘導しない。

第４図及び第５図は、磁石６０２から出る磁束線６０５、及び、流れ導管１３０ が上の方へ変位したとき（第４図）及び下の方へ変位し２だときく第５１に：Ｍ ｌ’：Ｅ束線がどう変化するかを示Ｌ７ている。第４図において、強磁性細片で あるキーパ−６００が、磁束に対し、周囲の空気に比べて低いリラクタンス経路 を提供するので、磁束経路は歪まされる。第５図に示されるように、キーパ−６ ００の変位により、磁束はキーパ・−６００に対して最短の空気経路に従うので 、更らにも１束線は歪まされる。キーパ−６００が正弦波状に変位すると、磁界 はコイル６０４のような適宜の位置のコイルに電圧を誘導する。それによって誘 導される正味の電流は、磁束の変化の割合、したがってキーパ−の速度の函数で ある。また、誘導された電流は、当該技術分野で知られているように外部の磁気 強度とコイルのパラメータとの函数である。

即ち、磁束密度又はコイル６０４の巻き欽が大きければ大きいほど、それだけ大 きな電流が誘導される。また、当該技術分野の当業者には明らかなように、第３ 図〜第５図のＵ型磁石は、例えば、適宜の磁極片を有する円筒形磁石や比較的一 定の電流が供給されるＮ磁石のような他の適切な形状の磁石と交換してもよい。

計器電子回路２０はリード線１９５に現れるＲＴＤ信号とリード線１６５、１６ ６にそれぞれ現われる右速度信号及び左速度信号を入力として受け取る。また、 計器電子回路２０はリード線１８５に現われる正弦波状駆動信号を生成する。以 下に説明するように、計器電子回路は両方の速度信号とＲＴＤ信号とを処理して 計器組立て体１０を通過する流体の質量流量を決定する。その出力情報は計器電 子回路２０によってリード線２８にアナログ形で（例示的には４〜２０ｍＡの信 号で、他のプロセス制御機器とのインターフェースを容易にするための周波数出 力）与えられ、またリード線２２にシリアルなＲＳ　−２３２Ｃの形で与えられ る。

計器電子回路２０のブロック図が第６図に示されている。ここに示されているよ うに、計器電子回路２０は質量流量回路３０、流れ導管駆動回路４０及び表示装 置７０より成る。

質量流量回路３０は、第７図と関係付けて以下で詳述するように、リード線１６ ５．１６６にそれぞれ現われる右速度信号及び左速度信号とリード線１９５に現 われるＲＴＤ信号とを処理して、計器組立て体ｌＯを通過する流体の質量流量を 決定する。その結果得られた質量流量情報は、別のプロセス制御機器との接続を 容易にするための４〜２０　ｍＡの信号としてリード線２８１に与えられ、また 、遠隔の計算機との接続を容易にするためのスケーリングされた周波数信号とし てリード線２８２に与えられる。リード線２８Ｌ２８２に現われる信号は、第１ 図のリード線２８に集合的に現われるプロセス信号を形成する。

第６図に示され、また第８図と関連させて詳述される流れ導管駆動回路４０はリ ード線１８５を介して矩形波駆動信号を駆動機構を駆動するために供給する。こ の回路は矩形波駆動信号を、リードｍ１６５．４１　に現われる左速度信号に同 期させる。

第７図は、第６図に示された質量流量回路３０のブロック図であり、対応する波 形は、第７Ａ図に示された正の流れ及び第７Ｂ図に示された流れ無しの条件の下 で当該回路によって発生される。

ここでは、右及び左の速度センサ１６０．１６１からの正弦波状の入力速度信号 はそれぞれリード線１６５．１６６を介して積分器３０５゜３３０に印加される 。流体が正方向に、即ち、入口１５（第１図）を介して計器組立て体１０内へ流 れていると、それによって発生されるコリオリカにより、流れ導管１３０の右側 （出口側）の側脚が振動の中間面を通過してから流れ導管１３０の左側（入口側 ）の側脚が対応する振動の中間面を通過することになる。その結果、第７Ａ図に 示される速度波形で明らかなように、右速度信号は左速度信号に先行する。この 位相差は流体の質量流量に線形に比例する。積分器３０５．３３０の動作の結果 、両方の速度信号は９０°だけ位相がずらされて反転され、反転左位置信号及び 反転右位置信号を生じる。積分器３０５，３３０の出力はそれぞれ増巾器３１０ ．３３５で増巾されると共にクリップされる。その結果のクリップされた左、右 の位置信号Ｖ□＋”ＬＰはレベル検出器３１５．３４０でそれぞれ正、負の基準 レベル＋νｒｅｆ、　−Ｖｒｅｆと比較される。

時間積分器３４５はそれぞれレベル検出器３１５．３４０によって生成されリー ド線３１６，３４３に現われる出力信号Ｖ、　、ＶＲＯ間の時間差を積分する。

リード線３２３に現われるリセット信号ν。は積分器３４５をリセットして積分 開始時点を限定するのに用いられる。リセット信号Ｖ、は、まずリード線１６５ の左速度信号を増巾器３２０に印加し、この増巾器によって左速度信号を増巾・ クリップしてから、その結果の信号をゼロ交差検出器３２５に印加することによ って形成される。具体的には、第７Ａ図に示されるように、積分器３４５はリセ ット信号ｖｃの立上り縁と信号Ｖｔの立上り緑との間の期間はリセットされる（ リセット状ＦＪ）。その後、積分器３４５は信号ｖＬとＶｌの立上り縁の間の期 間を負に積分してから、信号ｖｌとＶ、の立下り縁の間の期間に時間差を正に積 分する。積分器３４５の出力はサンプル・ホールド（Ｓ／Ｈ）回路３５０に印加 される。この回路は、正積分が終了してからリセット状態が生じる前に積分器に よって生成される出力電圧をサンプリングする。その結果、サンプリングされた 積分器出力電圧の値と等価な値がこの回路から出力される。その後、この値の出 力をＳ／）１回路３５０は次の積分サイクルの残りの期間維持する。正の流れに 対して、Ｓ／Ｈ回路３５０の出力は積分器３４５によって生成される最終的な正 電圧＋Ｖｎｅｔを追跡する。この正味の正電圧は速度信号間の時間差、したがっ て質量流量に比例する。逆方向に生じる流れに対しては、コリオリカは逆になり 、積分器出力電圧及びサンプル・ホールド回路によって生成される出力電圧は正 ではなく負である。第７Ｂ図に示されているように、流れ無しの状態では、左、 右の速度信号波形は、反転左、右位置信号及び左、右電圧Ｖ□、ＶＬＰと同様に 同相である。したがって、結果的なゼロ値の出力電圧が、リセット状態の発生の 直前に積分器３４５によって生成される。

サンプル・ホールド回路３５０（第７図）の出力はローパス・フィルタ３５５に よって平滑化され、その後、電圧−周波数変換器３６０に印加される。この変換 器はスケーリングされた周波数出力（典型的には０　１０．０００　Ｈｚで、計 器組立て体１０を使って測定される流量の範囲に比例する）をリード線２８２に 生成するように調節されている。　ＲＴＤ温度センサ１９０によって生成されリ ード線１９５に現われる信号は、流れ導管の剛性係数（剪断弾性係数）の温度に よる変動に対して変換器３６５のスケーリングを変えるために使用される。具体 的には、温度信号は回路３７０によって線形化されてＲＴＤ温度センサの非線形 特性が補償され、その後、変換器３６０のゲイン入力にリード線３７２を介して 印加される。リード線２８１に４〜２０　ｍＡのアナログ出力信号を生成するた めに、リード線２８２に現われる周波数出力は周波数−４〜２０　ｍＡ変換器３ ６５に印加される。

第８図は、第６図に示される流れ前駆動回路４０のブロック図である。この回路 はコイル１６０によって生成される左速度信号を受け取り、それに応答して、矩 形波駆動信号を供給し、管の共振周波数に等しい周波数で且つその運動と同相で 駆動機構１８０を駆動する。したがって、この駆動信号は流れ導管１３０に機械 的エネルギを注入して固有の機械的損失を克服し、それにより、管がその共振周 波数で連続的に振動するのを保証する。

具体的には、同期増巾器４４９は、左速度信号ｖＬの各ゼロ交差と同期して、即 ち、流れ導管１３０の両脚がその振動動程の端点に同時に到達するときに、正駆 動レベルから負駆動レベルへ切り換わる矩形波を生成する。特に、図に現れる波 形によって示されるように、速度信号の正の部分の期間に、同期増巾器はリード 線１８５を介して正駆動レベルを送り、駆動機構１８０を駆動する。同様に、速 度信号の負の部分の期間に、同期増巾器４４９はリード線１８５、負駆動レベル を送る。リード線４１に現れる速度信号ν、は増巾器４３２によって増巾されて から、同期増巾器４４９へ切換え信号として印加される。

この回路の残りのものは、これらの２つの駆動レベルの各々に対して適切な振巾 （大きさ及び符号）を設定する。特に、左速度信号は９０”だけ移相されてから 反転され、左速度信号よりも９０°進んでいる振動信号■８を生成する。予想信 号Ｖ、４の符号は、速度信号の次の半サイクルの期間にどの特定の駆動電圧具体 的には、コイル１６０によって生成される正弦波状の左速度信号ｖＬはリード線 ４１を介して入力として９０°移相器４３１に印加される。移相器の正弦波状の 出力は増巾器４３８、インバータ４３９を介して印加されて信号ＶＮを作り、信 号ＶＷは差増巾器４４３０反転入カへ印加される。信号Ｖ、は左速度信号ν、よ り９０°進んでいる。差増巾器４４３は信号Ｖ、を既定の基準レベルＶＬＩと比 較する。信号Ｖ、の（正及び負の）ピーク毎に比較が行われ、このピーク値が正 のピークか負のピークかを決定する。ピーク値が基準レベル（Ｖｔ＊）の下側に あることが比較によって示されると、このピーク値は負のピークである。この場 合、差増巾器４４３はその出力に正レベルを生成し、これによって、増巾器４４ ５によって増巾され同期増巾器４４９の正駆動入力に印加される正の駆動信号を 生じさせる。増巾器４４５の正の出力はインバータ４５２によって反転されるの で、同期増巾器の負駆動サイクルの期間にこれら駆動信号が極性を変えないよう にするために、差動増巾器４４３はその入力をサンプリングし、エネーブル入力 の高レベルの発生時にのみ、新たな出力値を与える。

特に、この増巾器は、リード線４３７に現われる適宜のエネーブルパルスにより 、速度信号ｖＬの各負方向ゼロ交差時にのみエネーブルされる。このエネーブル パルスを発生するために、増巾器４３２の出力はゼロ交差検出器、として機能す る比較器４３４に入力として印加される。このゼロ交差検出器の出力は速度信号 Ｖ［と同相の矩形波である。この矩形波は、その負方向遷移毎に、即ち、速度信 号の各負方向ゼロ交差時にパルスを発生する負縁検出器４３５に入力として印加 される。回路４０の各増巾器及びインバータの利得は、駆動コイルに印加される 駆動信号の大きさが流れ導管１３０をその共振周波数で正弦波状パターンに振動 させるに充分であることを保証するように選択される。

当業者には明白であるが、発明に係る強磁性駆動装置及び速度センサは、米国特 許第４．４９１．０２５号明細書に示されているような複数導管（ｍｕｌ　ｔｉ −ｃｏｎｄｕｉ　ｔ）コリオリ・メーターシステムを製作するのに使用しうる。

特に、第９図は、複数導管コリオリ・メーターシステム用の発明に係る強磁性駆 動装置及び／又は速度センサの実施例を示している。強磁性のキーパ−１００１ は流れ導管１０１０の外壁にろう付けされ、強磁性のキーパ−１００２は流れ導 管１０１１の外壁にろう付けされ、これら漬れ導管は複数導管メーターシステム の部分をなす、単一導管システムに関して既に述べたように、キーパ−１００１ ，１００２は強磁性材料、例えば４３０ステンレススチールの細片より成る。外 部の磁石１０００は永久磁石で、キーパ−１００１゜１００２の強磁性領域を整 列させるように、当業者に知られた方法で位置する。その結果、キーパ−１００ １、１００２は小さい磁石として動作する。

コイル１００３はその磁界によってキーパ−１００１，１００２に影響を与える ように配置する。コイル１００３に交流電流、例えば正弦波状に変化する電流が 印加されると、コイルに交流磁界が生成される。交流磁界がキーパ−１００１， １００２を取りまく静磁界と相互作用すると、交流ｆｆｌ界によって、それぞれ 矢１０３０．１０３１によって示される方向における管１０１０．１０１１の偏 位が生じる。この振動運動は、第２図の実施例に関して既に述べたやり方で起こ る。

外部の磁石１０００によって作られる磁界はキーパ−１００１，１００２内の磁 気領域を方向付けして、第９図にそれぞれ文字Ｎ、Ｓによって示されるように北 極と南極とを確立する。その結果、平行な導管は１８０°の位相差で駆動されて 音叉の両側脚（ｔｉｎｅｓ）のように振動する。これが有利なのは、流れ導管か ら付属のプロセス配管への振動の伝達を減少させるからである。そのうえ、第９ 図の実施例は速度センサとして使用しうる。第３図に示される速度センサの実施 例の検討にしたがって、コイル１００３内でのキーパ−１００１，１００２の振 動運動の結果として、コイル１００３に電流が誘導される。２個のキーパ−の運 動が反対方向に行われる結果、コイル１００３に誘導される信号は流れ導管１０ １０と１０１１との間の差動速度を表わすものと考えられる。

第１０図は、複数導管コリオリ・メーターシステムに使用される発明に係る強磁 性駆動装置及び／又は速度センサの別の実施例を示す。強磁性のキーパ−２００ １は流れ導管２０１０の外壁にろう付けされ、強磁性のキーパ−２００２は流れ 導管２０１１の外壁にろう付けされ、これら流れ導管は複数導管メーターシステ ムの部分をなす。単一導管システムに関連してすでに述べたように、キーパ−２ ００１，２００２は強磁性材料、例えば４３０ステンレススチールの細片より成 る。外部の磁石２０００は永久磁石であり、キーパ−２００１，２００２の強磁 性領域を整列させるように当業者に知られた方法で配置される。その結果、キー パ−２００１，２００２１１小さな磁石とし、て動作する。

コイル２０５０は、その相界によってキーパー２００１が影響を受けるようＧこ 配置され、コイル２０５１はその磁界によってキーパ−２００２が影響を受ける ように配置される。第１０図に示される装置が駆動装置として用いられる場合、 コイル２０５０．２０５１は反対方向に巻かれ、第１２図の回路によって示され るやり方で電気的に接続される。第１２図に示される回路を使用することによっ て、好都合にもコイル２０５０．２０５１は同一の駆動回路２０６０を用いて１ ８０°位相をずらして駆動される。代りの実施例では、コイル２０５０、２０５ １は同じに巻かれ、出力が１８０°位相ずれしている別個の駆動回路によって駆 動される。正弦波状に変化する電流のような交流電流がコイル２０５０．２０５ １にそれぞれ印加されると、そこに交流磁界が生成される。交流磁界がキーパ− ２００１，２００２を取り囲む静磁界と相互作用すると、管２０１０．２０１１ はそれぞれ矢２０３０．２０３１によって示される方向に偏位される。この振動 運動は第２図に示される実施例に関して既に述べたやり方で起る。

外部の磁石２０００によって生成される磁界はキーパ−２００１，２００２内の 磁気領域を方向付けし、第１０図にそれぞれ文字Ｎ、Ｓによって示される北極、 南極を確立する。その結果、平行な導管は１８０゛位相をずらして駆動され、音 叉の両側脚（ｔｉｎｅｓ）のように振動する。これが有利なのは、流れ導管から 付属のプロセス配管への振動の伝達が減少されるからである。更らに、第１０図 の実施例は速度センサとして使用しうる。第３図の速度センサの実施例の検討に 従って、キーパ−２００１，２００２のコイル２０５０゜２０５１での振動運動 の結果として、コイル２０５０．２０５１に電流が誘導される。コイル２０５０ ．２０５１の出力が直列に接続されると、２つのキーパ−の振動が逆方向である 結果、結果として生じる信号は流れ導管２０１０．２０１１の間の差動速度を表 すと考えられる。

本発明の種々の実施例が示され、説明されたが、本発明の教示を組み込んだ他の 多くの実施例を当業者は容易に構成しうる。

例えば、永久磁石は、比較的一定な磁界を作るＮ磁石で置換しうる。

ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、２Ａ ＦＩＧ、２８　ＦＩＧ、２Ｃ １４Ｇ、７Ａ ＦＩＧ、７８ 吏ｔＬ：ｍＬ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 特訂庁長官　吉川大股　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８７１０１７６２ ２、発明の名称 コリオリ質量大号針用の強磁性駆動部及び速度センサ３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国コロラド用８０３０１．ボールダー。

ウィンチェスタ−・サークル　７０７０名　称　マイクロ・モーション・インコ ーホレーテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正書の提出日 昭和６３年　６月　８日 （英文明細書第１頁乃至第３頁の補正）コリオリ質量流量計用の 強磁性駆動部及び速度センサ 主里例！最 １、　発明の分野 本発明は、コリオリ質量流量計用の装置に関し、特に、質量流量針に用いられる 流れ導管（ｆｌｏｗ　ｃｏｎｄｕｉｔ）を駆動するための装置及び流れ導管の速 度を感知するための装置に関する。

２、従来の技術の記述 コリオリ質量流量計はプロセス流体の質量流量を測定するために使用される。米 国特許第４，４９ＬＯ２５号明細書（１９８５年１月１日にＪ、Ｅ、スミス等に 発行された。以後、゛１２５特許とよぶ）のような先行技術に開示されているよ うに、コリオリ質量流量計は、それぞれ典型的にはＵ型の流れ導管である１個又 は２個の平行な導管を含む。各導管はある軸に関して振動するように駆動され、 基準の回転フレーム（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｆｒａｍｅ　ｏｆｒｅｆ　ｅｒｅ ｎｃｅ）を作る。Ｕ型の流れ導管の場合、この軸は曲げ軸とよぶことができる。

プロセス流体が各振動する流れ導管を通って流れると、流体の運動は、流体の速 度と導管（管）の角速度とに対して垂直に向いた応答コリオリカ（ｒｅａｃｔｉ ｏｎａｒｙＣｏｒｉｏｌｉｓ　ｆｏｒｃｅｓ）を生じる。これらの応答コリオリ カによって、Ｕ復流れ導管に対してはその曲げ軸に垂直な捩れ軸に関して各導管 に捩れが生しる。捩れの量は管を流れるプロセス流体の質量流量に比例する。

小径流れ導管即ち０．０６５インチ（１，６５ｍ＋ｅ）　ＯＤ管及び０．１２５ インチ（３，１７ｍ）ＯＤ管な用いるコリオリ質量流量計は準−の流れ導管のみ に使われることが多い。この理由は、流れ導管とそこを移動する流体とによって 表わされる総合質量が流れ導管を支持する基部の質量よりも実質的に小さいから である。したがって、流れ導管と流体とが振動するとき、基部は実質的に堅固な 状態を続ける。こうした単一管のコリオリ質量流量計は米国特許第Ｒｅ３１　、 ４５９号に記述されている。管の直径が大きくなると、０．２５インチ（６，３ ５ｍ５）　ＯＤ前後から起るのだが、８管と流体との総合質量はシステムの全質 量のずっと大きな部分を表わすことになり、その結果、このような大径の管の場 合、゛１２５特許に記述されているように、平行な複数導管装置（ｐａｒａｌｌ ｅｌｍｕｌｔｉ−ｃｏｎｄｕｉｔ　ａｐｐａｒａｔｕｓ）を使用するのが好まし い。

上述の米国特許に開示されているように、典型的な質量流量計では、流れ導管を 振動させる駆動機構と典型な流れ導管の側脚の相対速度を決定する磁気的速度セ ンサとが用いられる。また、典型的な単一管コリオリ質量流量計では、駆動機構 の一部を構成する磁石と磁気的速度恩知ピンクオフ・コイルとが、通常は流れ導 管に直接に取り付けられる。例えば、当該技術分野で知られている実施例では、 駆動機構の一部として、直径０．０６２１゛ンチ・長さ０．３４３インチ（１， ５７聯×８゜７１腸）の円筒形ＡＬＮＩＣＯ永久磁石が使用されている。このよ うな質量流量形では、駆動機構とビックオフ・コイルとその導線との総合質量は 、流れ導管組立て体の全質量のかなりの部分を表わしうる。

この質量を減らすための努力がなされている。

例えば、質量を滅らすため乙こ、５０ゲージ線でコイルを巻くことが多い。しか し、５０ゲージ線はきわめて細い（毛髪よりも細い）ので、この線は切れ易い。

しかも、コイルの製造期間中、コイル内で断線や巻線の短絡が生じる点で線に過 度に応力を加えないように注意を払わなければならない。

質量の増加の他に、管取り付はコイルに生じる別の問題は、コイルに接続される リード線に関係する。これらのり−導線は典型的には流れ導管の脚の周りに巻か れ、ランカーのような接着剤を用いて典型的には流れ導管に固定される。その結 果、リード線を介して減衰カヌは駆動力が振動する流れ導管に結合され、流れ導 管の運動を不都合に変更するので、測定誤差が生じる。この誤差はある種の応用 では許容することができない、！！＋に、減衰力は典型的には２つの発生源、即 ち、（１）線そのものの間、又は装置によっては線と隣接の構造物との間に生じ る摩擦−こうした摩擦力は、線上の絶縁材料が商標テフロン（テフロンＴＥＦＬ ＯＮはデュポン社の商標である）の下で売られているような合成樹脂ポリマ潤滑 材である場合にさえも生じることが見出されている−及び（２）線の材料自体の 内部構造から生じる。典型的には、駆動力は隣接の振動する機械から生じる。

減衰力又は駆動力を流れ導管に結合することによって生じる上記の問題は、線が 包囲され、又は、流れ導管の１つより多い部分に付着されるとき悪化する。

（英文明細書第７頁乃至第１２頁の補正）この時間遅れは、流れ導管を通過する 流体の質量流量の一次関数である。即ち、測定された時間遅れと流れ導管を通過 する流体の質量流量との関係は、流れ導体とその固定取付は部との機構から導き 出される定数にのみ依存する。

発明に係る駆動手段及び発明に係る速度センサは単一管の又は複数管のコリオリ 質量流量計に使用可能である。

区■夏鉦巣星且咀 本発明の原理は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考察することにより明瞭 に理解することができる。

第１図は、本発明の教示を具体化する計量システムの全体図である。

第２図は、本発明に従って製作された強磁性駆動手段の断面図である。

第２Ａ図は、第２図に示された強磁性駆動手段のキーパ−の近傍の磁束線を図式 的に示す。

第２Ｂ図及び第２Ｃ図は、第２図に示された強磁性駆動手段のコイル５０３の近 傍の磁束を図式的に示す。

第２Ｄ図は、第２図に示された強磁性駆動手段のコイルに加えられる印加周期電 流を図式的に示す。

第３図は、本発明に従って製作された強磁性速度センサの断面図である。

第４図及び第５図は、キーパ−６００の変位の種々の位置における磁束線と共に 、第３図に示された強磁性速度センサの断面を示す図である。

第６図は、第１図に示された計器電子回路２０のブロック図である。

第７図は、第６図に示された質量流量回路３０のブロック図である。

第７Ａ図は、正の流れの条件に対して、第６図に示された質量流量回路３０内に 生じる種々の波形を示す。

第７Ｂ図は、流れ無しの条件に対して、第７Ａ図に示された波形に対応する波形 を示す。

第８図は、第６図に示された流れ管駆動回路４０のブロック図である。

第９図は、複数導管計と共に強磁性駆動手段として又は強磁性速度センサとして 用いるために本発明に従って製作された装置の断面図である。

第１０図は、複数導管計と共に強磁性駆動手段として又は強磁性速度センサとし て用いるために本発明に従って製作された代わりの装置の断面図である。

第１１図は、第１０図に示された実施例のコイル２０５０．２０５１のための電 流駆動回路を図式的に示す。

理解を容易にするために、同じ参照番号は、図に共通に、同様の素子を指すため に用いられている。

丘図星設里 第１図は、本発明の原理を具体化するコリオリ質量流量計量システムの全体図、 特に、発明に係る強磁性駆動機構及び発明に係る速度センサを利用する質量流量 計量システムの全体図を示している。記述されるシステムは未知の流体の濃度を 測定するだめに使用することができる。

詳細には、図に示されているように、発明に係る質量流量計量システムは、２つ の基本構成要素、即ち、コリオリ計器組立て体１０及び計器電子回路２０から成 る。図示のように、コリオリ計器組立て体１０は取付は台１２を含み、窓圧性の 接合部のない実質的にＵ型の流れ導管１３０が、入口ボート１５に隣接する導管 支持構造２６及び出口ポート１６に隣接する導管支持構造２７により、軸Ｗ−Ｗ の周りの領域で回転振動できるように取付は台１２に取り付けられている。側脚 １８，２０及びそれ会の間に延びる横方向の接続部２２も設けられる。好ましく は、Ｕ電流れ導管（管）１３０はベリリウム、銅、チタン、アルミニウム、鋼、 これらの材料の合金、プラスチック等の、通常認められる弾性を有する管状の物 から作られる。Ｕ型として説明されてはいるけれども、流れ導管１３０はＳ型で も、ループ状でもよく、また、収束又は発散する脂を持ってもよい、即ち、実質 的に曲げられている。そのうえ、流れ導管は直線状でもよい。好ましくは、側脚 １８，２０は並行で、横方向の］！１ｌｉ１２２は側脚に対して垂直である。し かし、上述のように、理想的な形状からの実質的な逸脱はそれほど結果を悪くは しない。発明に係る駆動機構１８０は流れ導管１３０に固定された第１の部分と 取付は台１２に固定された第２の部分とを有する。

駆動機構１８０は、計器電子回路２０に応答して、入口ポート１５と出口ボート １６との周りで好ましくは正弦波状の振動様式で軸Ｗ−Ｗに関してＵ電流れ導管 １３０をその固有周波数又は共振周波数で駆動する。発明に係る速度センサ１６ ０は流れ導管１３０の側胛１８に固定された第１の部分と取付は台１２に固定さ れた第２の部分とを有する。発明に係る速度センサ１６１は流れ導管１６０の側 脚２０に固定された第１の部分と取付は台１２に固定された第２の部分とを有す る。好ましい実施例としては、所与の形状の流れ導管に対して、最大コリオリカ 作用位置にセンサ１６０，１６］が配置される。これは、Ｕ電流れ導管にあって は、それぞれ側脚１８゜２０と横方向の脚２２との交差する点に隣接する。

駆動機構１８０は計器電子回路２０によって作動されて、Ｕ電流れ導管を軸Ｗ− Ｗに関して回転振動させ、軸０−０に関する流れ導管１３０のコリオリカ変位を 結果として生じさせる。質量流量及び／又は濃度が決定されるべき流体の範囲と 同じ範囲で流れ導管が流体で満たされているときには常に、駆動機構１８０は流 れ導管１３０と実質的に同じ共振周波数を持つ。米国特許第４．１８７，７２１ 号によって教示されるように、軸Ｗ−Ｗに関する流れ導管１３０の振動周波数は 軸０−０に関する振動周波数とは異なるべきであり、軸Ｗ−Ｗに関する振動の共 振周波数は軸０−０に関する振動周波数よりも低いことが極めて好ましい。この 関係により、コリオリカの偶力に対抗する支配的な力が軸０−０に関するＵ電流 れ導管の弾性ばね歪みであることが保証される。これにより、速度抵抗復元力（ ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｄｒａｇ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｖｅｆｏｒｃｅ）及び慣性抗 力を測定する必要性と複雑化を除去する。

これらの周波数が選択されると、周知の技術を用いて流れ導管の形状が、結果と しての流れ導管が選択された周波数で振動するように設計される。

第１図に示すように、管１３０の側脚１８．２０をそれぞれ入口ボート１５及び 出口ポート１６に固定するので、コリオリ質量ｆＬＩ計組立て体１０を通って連 続的な閉じた流体経路が与えられる。詳細には、流量計１０が入口ポート１５及 び出口ボート１６を介して導管システム（図示せず）に接続されると、流体が入 口ポート１５のオリフィスを介して流量計に入り、流れ導管１３０を通って送ら れる。流れ導管１３０を出るとき、流体は出口ボート１６を通って導管システム に戻る。

Ｕ電流れ導管１３０が有する曲げ軸Ｗ　−Ｗは、Ｕ電流れ導管１３０の側脚１８ ，２０に実質的に垂直であり、管入口１５及び管出口１６の近くに位置する。管 １３００弾性定数が温度と共に変化する限り、抵抗性温度検出器（ＲＴＤ）１９ ０　（典型的にはプラチナＲＴＤ装置）がそこに取り付けられ、管の温度を測定 する。管１３０の温度と、したがってＲＴＤの両端間に現われる電圧とは、そこ を通る所与の電流に対しては、流れ導管１３０を通る流体の温度によって支配さ れる。Ｒ丁りの両端間に現われる温度依存性電圧は、後に詳細に検討するが、管 温度のいかなる変化に対しても流れ導管の弾性定数の値を適切に補償するために 計器電子回路２０によって使用される。・Ｉ？ＴＤはリード線１９５によって計 器電子回路２０に接続される。

流れ導管を振動させるのに要する駆動電力を最小とするために、流れ導管１３０ は本質的にその共振周波数でその曲げ軸に関して正弦波状に駆動される。駆動機 構１８０は正弦波状の振動駆動力を管１３０に対して供給する。適切な振動駆動 力は、第８図と共に以下で詳細に検討するように、リード線１８５を介して計器 電子回路２０により駆動機構１８０に印加される。

第２図は、本発明に従って製作された強磁性駆動手段１８０（第１図）の断面図 である。第２図に示すように、強磁性キーパ−（ｋｅｅｐｅｒ）　５００が流れ 導管１３０の外壁にろう付けされる。この実施例では、流れ導管は、腐食性材料 を扱うために用いられる周知の、ニラゲルをベースとした合金であるハステロイ Ｃ合金（ハステロイ（ＨＡＳＴＥ［、ＬＯＹ　）はインディアナ州コロモ市のキ ャポ、１・社の商標である）から作られる。この実施例では、強磁性キーパ−５ ００はプレーズメント（ｂｒａｚｅｍｅｎ　ｔ）　５０１によって流れ導管１３ ０に固定され、強磁性材料、例えばタイプ４３０ステンレススチールの細片から 成る。外部磁石５０２はコリオリ質量流量計１０の台１２に固定され、円筒形の 永久磁石を備える。この磁石は磁極片５０４．５０６に付着される。外部磁石５ ０２は、キーパ−５００の強磁性領域を整列させるように、当業者に知られた様 式で配置される。

当該技術分野では知られているように、キーパ−５００が１石５０２の磁界内に 置かれると、キーパ−は、その材質の導磁率と磁石５０２の磁界強度とに比例す る双極モーメントを示す。その結果、−）−−バー５ＱＱは小さな磁石として動 作する。

コイル５０３は、その磁界によってキーパ−５００が影響されるように配置され る。開示された実施例では、コイル５０３は環状形ポビン５１０上に巻かれた絶 縁線で形成される。

（英文明細書第１４頁の補正） 代りの実施例では、外部磁石５０２を除去し、コイル５０３とキーパ−５００の みによって流れ管１３０を振動させることができる。この配置では、コイル５０ ３によって作られる磁界が増すにつれ、キーパ−５００はコイル５０３内へ引き 込まれる。逆に、磁界の大きさが減ると、キーパ−５００に作用する力が減少し 、流れ導管１３０は中立位置に復帰する。ＡＣ駆動電流又はパルス化されたＤＣ 駆動電流を用いることができる。しかし、外部磁石５０２を用いた実施例に比較 して、コイル５０３に印加される電流の大きさは、外部磁石を用いるときと同じ 程度の流れ導管１３０の変位を達成するに充分な強度の磁界を発生させるために （２０〜３０倍のファクタで）増加されなければならない。また、この代りの実 施例では、流れ導管１３０の運動は非対称である。しかし、流れ導管１３０の運 動は、キーパ−の他端に隣接してコイル５０３から離れて第２のコイル（図示せ ず）を配置し、キーパ−５００を延長すると共にその延長された部分を第２のコ イル内に部分的に挿入し、２つのコイル間で駆動電流を交互に流すことにより、 特定の応用に対して必要があれば対称形とすることができる。

当業者には明らかなように、キーパ−５００の変位及びそれによる流れ導管１３ ０の変位は、駆動コイル５０３を流れる電流を増すことによって増加される。ま た、当業者には、タイプ４３０合金ステンレススチールの代りに他の強磁性材料 を用いてキーパ−５００を製作することが可能であることも明らかである９例え ば、ミュー合金や炭素鋼のような材料も使用可能である。そのうえ、キーパ−５ ００の一定のピーク対ピーク変位に関して、次のよう第３図に示すように、これ はセンサコイル６０４を磁石６０２の一つの極と実質的に同レベルに置くことに よって達成される。Ｕ型磁石６０２はキーパ−６００の強磁性領域に整列するよ うに、当業者に知られた方法で位置する。当該技術分野で知られているように、 キーパ−６００が磁石６０２の磁界内に置かれると、キーパ−の材料の導磁度と 磁石６０２の磁界強度とに比例した双極モーメントをキーパ−６００は示す。そ の結果、当該分野で知られているように、キーパ−６００は小さな磁石として動 作する。例えば冷間圧延鋼その他の適切な透磁性材料で作られた任意の磁極片６ ０３は・磁石６０２とキーパ−６００との間の位置調整を許容するためにのみ設 けられる。

キーパ−６００が部分的にセンサコイル６０４の内部に延在するように、センサ コイル６０４が配置される。駆動＠横１８０（第１図）によって印加される駆動 力の下で流れ導管１３０が振動すると、センサコイル６０４内でのキーパ−６０ ０（第３図）の運動によって磁束の変化が生じる。この変化により、キーパ−６ ００の双極モーメントと速度とに比例する振巾を有する電圧がセンサコイル６０ ４に誘導される。当該技術分野の当業者に明らかなように、磁石６０２又は磁極 片６０３によって作られる磁界は、時間と共に変化することがないので、センサ コイル６０４に電圧を誘導しない。

第４図及び第５図は、磁石６０２から出る磁束線６０５、及び流れ導管１３０が 上の方へ変位したとき（第４図）及び下の方へ変位したとき（第５図）に磁束線 がどう変化するかを示し７ている。

第４図において、強磁性細片であるキーパ−６００が、磁束に対し、周囲の空気 に比べて低いリラクタンス経路を提供するので、磁束経路は歪まされる。第５図 に示されるように、キーパ−６００の変位により、磁束はキーパ−６００に対し て最短の空気経路に従うので、更に磁束線は歪まされる。キーパ−６００が正弦 波状に変位すると、磁界はコイル６０４のような適宜の位置のコイルに電圧を誘 導する。それによって誘導される正味の電流は、磁束の変化の割合、したがって キーパ−の速度の画数である。

また、誘導された電流は、当該技術分野で知られているように外部の磁気強度と コイルのパラメータとの画数である。即ち、磁束密度又はコイル６０４の巻き数 が大きければ大きいほど、それだけ大きな電流が誘導される。また、当該技術分 野の当業者には明らかなように、第３図〜第５図のＵ電磁石は、例えば、適宜の 磁極片を有する円筒形磁石や比較的一定の電流が供給される電磁石のような他の 適切な形状の磁石と交換してもよい。

計器電子回路２０は、上記のように、また、第１図に示されるように、リード線 １９５に現われるＲＴＤ信号とリード線１６５．１６５にそれぞれ現われる右速 度信号及び左速度信号を入力として受け取る。また、計器電子回路２０はリード 綿１８５に現われる正弦波状駆動信号を生成する。以下に説明するように、計器 電子回路は両方の速度信号とＲＴＤ信号とを処理して計器組立て体１０を通過す る流体の質量流量を決定する。その出力情報は計器電子回路２０によってリード 線２８にアナログ形で（例示的には４〜２０ＩＩＩＡの信号で、他のプロセス制 御機器とのインターフェースを容易にするための周波数出力）与えられ、またリ ード線２２にシリアルなＲ５−２３２Ｃの形で与えられる。

計器電子回路２０のブロック図が第６図に示される。ここＧ二足されているよう に、計器電子回路２０は質量流量回路３０、流れ前駆動回路４０及び表示装置７ ０より成る。

質量流量回路３０は、第７図と関係付けて以下で詳述するように、リード線１６ ５．１６６にそれぞれ現われる右速度信号及び左速度信号とリードｙＡ１９５に 現われるＲＴＤ信号とを処理して、計器組立て体１０を通過する流体の質量流量 を決定するやその結果得られた質量流量情報は、別のプロセス制御機器との接続 を容易にするだめの４〜２０＋＋Ａの信号としてリード線２８１に与えられ、ま た、遠隔の計算機との接続を容易にするためのスケーリングされた周波数信号と してリード線２８２に与えられる。リード線２８１．２８２に現われる信号は、 第１図のリード線２８に集合的に現われるプロセス信号を形成する。

第６図に示され、また第８図と関連させて詳述される流れ前駆動回路４０はリー ド線１８５を介して矩形波駆動信号を駆動機構を駆動するために供給する。この 回路は矩形波駆動信号を、リード線１６５．４１に現われる左速度信号に同期さ せる。

第７図は、第６図に示された質量流量回路３０のブロック図であり、対応する波 形は、第７Ａ図に示された正の流れ及び第７Ｂ図に示された流れ無しの条件の下 で当該回路によって発生される。ここでは、右及び左の速度センサ１６０．１６ １からの正弦波状の入力速度信号はそれぞれリード線１６５．１６６を介して積 分器３０５．３３０に印加される。

流体が正方向に、即ち、入口１５（第１図）を介して計器組立て体１０内へ流れ ていると、それによって発生されるコリオリカにより、流れ導管１３０の右側（ 出口側）の側脚が振動の中間面を通過してから流れ導管１３０の左側（入口側） の側部が対応する振動の中間面を通過することになる。その結果、第７Ａ図に示 される速度波形で明らかなように、右速度信号は左速度信号に先行する。この位 相差は流体の質量流量に線形に比例する。

積分器３０５．３３０の動作の結果、両方の速度信号は９０°Ｃだけ位相がずら されて反転され、反転左位置信号及び反転右位置信号を生じる。積分器３０５． ３３０の出力はそれぞれ増巾器３１０，３３５で増巾されると共にクリップされ る。その結果のクリップされた左、右の位置信号■□ｌ’ＪＬＦはレベル検出器 ３１５，３４０でそれぞれ正、負の基準レベル＋Ｖ　ｒ＠ｌ　’Ｖｒｅｔと比較 される。時間積分器３４５はそれぞれレベル検出器３１５．３４０によって生成 されリード線３１６゜３４３に現われる出力信号Ｖ、、ＶＬＯ間の時間差を積分 する。リード線３２３に現われるリセット信号ｖｃは積分器３４５をリセットし て積分開始時点を限定するのに用いられる。リセット信号ＶＣは、まずリード線 １６５の左速度信号を増巾器３２０に印加し、この増巾器によって左速度信号を 増巾・クリップしてから、その結果の信号をゼロ交差検出器３２５に印加するこ とによって形成される。具体的には、第７Ａ図に示されるように、積分器３４５ はリセット信号■。の立上り縁と信号■、の立上り縁との間の期間はリセットさ れる（リセット状態）、その後、積分器３４５は信号ＶＬと■６の立上り緑の間 の期間を負に積分してから、■、ｌと■１の立下り縁の間の期間に時間差を正に 積分する。

（英文明ｖＢ＠第２２頁乃至第２７頁の補正）具体的には、温度信号は回路３７ ０によって線形化されてＲＴＤ温度センサの非線形特性が補償され、その後、変 換器３６０のゲイン入力にリー　導線３７２を介して印加される。リード線２８ １に４〜２０勤＾のアナログ出力信号を生成するため、リード線２８２に現われ る周波数出力は周波数−４〜２０ｍＡ変換器３６５に印加される。

第８図は、第６図に示される流れ前駆動回路４０のブロック図である。この回路 はコイル１６０によって生成される左速度信号を受け取り、それに応答して、矩 形波駆動信号を供給し、管の共振周波数に等しい周波数で且つその運動と同相で 駆動機構（コイル）１８０を駆動する。したがって、この駆動信号は流れ導管１ ３０に機械的エネルギを注入して固有の機械的損失を克服し、それにより、流れ 管がその共振周波数で連続的に振動するのを保証する。

具体的には、第８図に示すように、同期増巾器４４９は、左速度信号■、の各ゼ ロ交差と同期して、即ち、流れ導管１３０の両脚がその振動動程の端点に同時に 到達するときに、正駆動レベルから負駆動レベルへ切り換わる矩形波を生成する 。特に、図に現れる波形によって示されるように、左速度信号の正の部分の期間 に、同期増車器はリード線１８５を介して正駆動レベルを送り、駆動コイル１８ ０を駆動する。同様に、左速度信号の負の部分の期間に、同期増巾器４４９はリ ード線１８５へ負駆動レベルを送る。リード線４１に現れる左速度信号■、は増 巾器４３２によって増巾されてから、同期増巾器４４９へ切換え信号として印加 される。

この回路の残りのものは、これらの２つの駆動レベルの各々に対して適切な振巾 （大きさ及び符号）を設定する。特に、左速度信号は９０°だけ移相されてから 反転され、左速度信号よりも９０°進んでいる振動信号ＩＩ、を生成する。予想 信号ｖ０の符号は、左速度信号の次の半サイクルの期間にどの特定の駆動電圧が 同期増巾器４４９への正、負駆動レベル入力に印加されるかを決定する。

具体的には、コイル１６０によって生成される正弦波状の左速度信号■１はリー ド線４１を介して入力として９０°移相器４３１に印加される。移相器の正弦波 状の出力は増巾器４３８、インバータ４３９を介して印加されて信号■９を作り 、信号ｖＭは差増巾器４４３の反転入力へ印加される。信号■８は左速度信号■ 、より９０”進んでいる。差増巾器４４３は信号■８を規定の基準レベルＶＬ１ １と比較する。信号ｖＭの（正及び負の）ピーク毎に比較が行われ、このピーク 値が正のピークか負のピークかを決定する。ピーク値が基準レベル（ＶＬＩ）の 下側にあることが比較によって示されると、このピーク値は負のピークである。

この場合、差増巾器４４３はその出力に正レベルを生成し、これによって、増巾 器４４５によって増巾され同期増巾器４４９の正駆動入力に印加される正の駆動 信号を生じさせる。増巾器４４５の正の出力はインバータ４５２によって反転さ れるので、同期増巾器の負駆動レベル入力には負の駆動信号が印加される。信号 ＶＭの次に半サイクルの期間にこれら駆動信号が極性を変えないようにするため に、差動増巾器４４３はその入力をサンプリングし、エネーブル入力の高レベル の発生時にのみ、新たな出力を与える。

特に、この増巾器は、リード線４３７に現れる適宜のエネーブルパルスにより、 左速度信号■、の各負方向ゼロ交差時にのみエネーブルされる。このエネーブル パルスを発生するために、増巾器４３２の出力はゼロ交差検出器として機能する 比較器４３４に入力として印加される。このゼロ交差検出器の出力は速度信号Ｖ １と同相の矩形波である。この矩形波は、その負方向遷移毎に、左速度信号の各 負方向ゼロ交差時にパルスを発生する負緑検出器４３５に入力として印加される 。回路４０の各増巾器及びインバータの利得は、駆動コイルに印加される駆動信 号の大きさが流れ導管１３０をその共振周波数で正弦波状パターンに振動させる に充分であることを保証するように選択される。

当業者には明白であるが、発明に係る強磁性駆動装置及び速度センサは、米国特 許第４．４９１．０２５号明細書に示されているような複数導管□ｕｌｔｉ−ｃ ｏｎｄｕｉ　ｔ）コリオリ・メーターシステムを製作するのに使用しろる。

特に、第９図は、複数導管コリオリ・メーターシステム用の発明に係る強磁性駆 動装置及び／又は速度センサの実施例を示している０強磁性のキーパ−１００１ は流れ導管１０１０の外壁にろう付けされ、強磁性のキーパ−１００２は流れ導 管１０１１の外壁にろう付けされ、これら流れ導管は複数導管メーターシステム の部分をなす、単一導管システムに関して既に述べたように、キーパ−１００１ ，１００２はそれぞれ強磁性材料、例えばタイプ４３０ステンレススチールの細 片より成る。

外部の磁石１０００は永久磁石で、キーパ−１００１，１００２の強磁性領域を 整列させるように、当業者に知られた方法で位置する。

その結果、キーパ−１００１，１００２は小さな磁石として動作する。

コイル１００３はその磁界によってキーパ−１００１，１００２に影響を与える ように配置される。コイル１００３に交流電流、例えば正弦波状に変化する電流 が印加されると、コイルに交流磁界が生成される。交流磁界がキーパ−１００１ ，１００２を取りまく静磁界と相互作用すると、交流磁界によって、それぞれ矢 １０３０．１０３１によって示される方向における導管１０１０．１０１１の偏 位が生じる。この振動運動は、第２図の実施例に関して既に述べたやり方で起る ０列部の磁石１０００によって作られる磁界はキーパ−１００１，１００２内の 磁気領域を方向付けして、第９図にそれぞれ文字Ｎ、Ｓによって示されるように 北極と南極とを確立する。その結果、平行な導管は１８０°の位相差で駆動され て音叉の両側脚（ｔｉｎｅｓ）のように振動する。これが有利なのは、流れ導管 からは属のプロセス配管への振動の伝達を減少させるからである。そのうえ、第 ９図の実施例は速度センサとして使用しうる。第３図に示される速度センサの実 施例の検討にしたがって、コイル１００３内でのキーパ−１００１，１００２の 振動運動の結果として、コイル１００３に電流が誘導される。２個のキーパ−の 運動が反対方向に行われる結果、コイル１００３に誘導される信号は流れ導管１ ０１０と１０１１との間の差動速度を表わすものと考えられる。

第１０図は、複数導管コリオリ・メーターシステムに使用される発明に係る強磁 性駆動装置及び／又は速度センサの別の実施例を示す０強磁性のキーパ−２００ １は流れ導管２０１０の外壁に、ろう付けされ、強磁性のキーパ−２００２は流 れ導管２０１１の外壁にろう付けされ、これら流れ導管は複数導管メーターシス テムの部分をなす。単一導管システムに関連してすでに述べたように、キ−バー ２００１．２００２はそれぞれ、強磁性材料、例えばタイプ４３０ステンレスス チールの細片より成る。外部の磁石２０００は永久磁石であり、キーパ−２００ １，２００２の強磁性領域を整列させるように当業者に知られた方法で配置され る。その結果、キーパ−２００１゜２００２は小さな磁石として動作する。

コイル２０５０は、その磁界によってキーパ−２００１が影響を受けるように配 置され、コイル２０５１はその磁界によってキーパ−２００２が影響を受けるよ うに配置される。第１０図に示される装置が駆動装置として用いられる場合、コ イル２０５０．２０５１は反対方向に巻かれ、第１１図の回路によって示される やり方で電気的に接続される。第１１図に示される回路を使用することによって 、好都合にもコイル２０５０．２０５１は同一の駆動回路２０６０を用いて１８ ０゜位相をずらして駆動される。代りの実施例では、コイル２０５０゜２０５１ は同じに巻かれ、出力が互いに１８０°位相ずれしている別個の駆動回路によっ て駆動される。正弦波状に変化する電流のような交流電流がコイル２０５１．２ ０５１にそれぞれ印加されると、そこに交流磁界が生成される。交流磁界がキー パ−２００１，２００２を取り囲む静磁界と相互作用すると、導管２０１０．２ ０１１はそれぞれ矢２０３０．２０３１によって第１０図に示される方向に偏位 される。

この振動運動は第２図に示される実施例に関して既に述べたやり方で起る。外部 の磁石２０００によって生成される磁界はキーパ−２００１，２００２内の磁気 領域を方向付けし、第１０図にそれぞれ文字Ｎ、Ｓによって示される北極、南極 を確立する。その結果、平行な導管は１８０’位相をずらして駆動され、音叉の 両側脚（ｔｉｎｅｓ）のように振動する。これが有利なのは、流れ導管から特表 千２−５００５３７　（１７） 付属のプロセス配管への振動の伝達が減少されるからである。

更に、第１０図の実施例は速度センサとして使用しうる。第３図の速度センサの 実施例の検討に従って、キーパ−２００１，２００２のコイル２０５０．２０５ １での振動運動の結果として、コイル２０５０．２０５１に電流が誘導される。

コイル２０５０．２０５１の出力が直列に接続されると、２つのキーパ−の振動 が逆方向である結果、結果として生じる信号は流れ導管２０１０．２０１０の間 の差動速度を表すと考えられる。

本発明の種々の実施例が示され、説明されたが、本発明の教示を組み込んだ他の 多くの実施例を当業者は容易に構成しうる。

例えば、永久磁石は、比較的一定な磁界を作る電磁石で置換しうる。

請求の範囲 １、　予め規定された周波数での且つ第１の軸に関する実質的に正弦波状のパタ ーンでの振動運動状態に置かれ、通過する流体の移動によって誘起されるコリオ リカに応答して第２の軸に関して換れ運動を経験する第１の流れ管と、前記第１ の流れ管の両端が取り付けられる台と、前記第１の流れ管を前記正弦波状のパタ ーンで運動させる駆動機構であって、 前記第１の流れ管を前記正弦波状に運動する方向に実質的に平行な方向に前記第 １の流れ管から一端が延びるように、前記第１の流れ管の外壁に取付けられた第 １の細長い磁性キーパ−と、 前記台に取付けられ、前記第１のキーパ−に実質的に一定の磁界を生成して、前 記第１の流れ管が前記正弦波状のパターンで運動する方向に実質的に平行な方向 に前記第のキーパ−の磁性領域を方向付けるための手段と、前記台に関連した一 定の位置にあり且つ前記一定磁界生成手段に近接して位置し、前記一定の磁界と 結合して前記第１のキーパ−に複合磁界を作るための第１のコイルと、前記第１ のコイルに正弦波状に変化する電流を印加して前記複合磁界を正弦波状に変化さ せ、それによって、前記第１のキーパ−とそれに取付けられた前記第１の流れ管 とを前記正弦波状のパターンで運動させるための手段と、を備える駆動機構と、 を具備するコリオリ質量流量計。

２、前記キーパ−が、その他端の近傍で前記流れ管の外壁に取付けられた強磁性 材料の第１の細長片を有する請求項１記載のコリオリ流量針。

３、往復運動のために前記第１の細長片の一端をその中に受け入れるようになさ れた中空の芯を有する第１の環形のボビンを更に備え、前記第１のコイルが前記 第１のボビンに巻かれている請求項２記載のコリオリ流量計。

４、前記一定磁界生成手段が、前記第１のボビンが取付けられる磁極片を有する 請求項３記載のコリオリ流量計。

５、前記一定磁界生成手段が更らに永久磁石を有し、前記キーパ−が、ミュー合 金、タイプ４３０ステンレススチール及び炭素鋼を含む群から主に製作された材 料の細片である請求項４記載のコリオリ流量針。

６、前記第１の流れ管と実質的に同じで前記第１の流れ管に実質的に平行に方向 付けられた第２の流れ管を更に備え、前記駆動機構が更に、 前記第２の流れ管が正弦波状に運動する方向に実質的に平行な方向に前記第２の 流れ管から一端が延びるように、前記第２の流れ管の外壁に取付けられた第２の 細長い磁性キーパ−と、 前記台と関連した一定の位置にあり且つ前記一定磁界生成手段に近接して位置し 、前記一定の磁界と結合して前記第２のキーパ−に第２の複合磁界を作るための 第２のコイルと、前記第２のコイルに正弦波状に変化する電圧を印加して前記第 ２の複合磁界を正弦波状に変化させ、それによって、前記第２のキーパ−とそれ に取付けられた第２の流れ管とを実質的に正弦波状のパターンで運動させるため の手段と、を備える請求項１記載のコリオリ流量計。

７、前記キーパ−が、その他端の近傍で前記流れ管の外壁に取付けられた強磁性 材料の細長片を有する請求項６記載のコリオリ流量計。

８、往復運動のために前記第２の細長片の一端をその中に受け入れるようになさ れた中空の芯を有する第２の環形のボビンを更に備え、前記第２のコイルが該ボ ビンに巻かれ、前記−一定磁界生成手段が、前記第２のボビンが取付けられる磁 極片を有する請求項７記載のコリオリ流量計。

９、前記一定磁界生成手段が更に永久磁石を備え、前記第２のキーパ−がミュー 合金、タイプ４３０ステンレススチール及び炭素鋼を含む群から主に製作された 材料の細片である請求項８記載のコリオリ流量計。

１０、前記第１の流れ管と同じで前記第１の流れ管に実質的に平行付けされた第 ２の流れ管を更に備えた請求項１記載のコリオリ流量計であって、 前記駆動機構が更に、前記第２の流れ管が正弦波状に運動する方向に実質的に平 行な方向に前記第２の流れ管から一端が延びるように、前記第２の流れ管の列壁 に取付けられた第２の細長い磁性キーパ−を備え、前記第１及び第２のキーパ− の前記一端が互いに向って延び、 前記第１のコイルが前記第１及び第２のキーパ−の前記一端の間に位置し、前記 第１及び第２のキーパ−の前記一端が前記第１のコイルの芯の夫々の対向端内で 往復動可能であり、それにより、前記第１のコイルに適宜の正弦性電圧が印加さ れると、前記第１及び第２のキー・バーとそれに夫々取り付けられた前記第１及 び第２の流れ管を対抗する実質的に正弦波状のパターンで運動させるコリオリ流 量計。

１１、前記第１及び第２のキ・−バーが、その他端の近傍でそれぞれ第１及び第 ２の流れ管の外壁に取付けられる強磁性材料の細長片をそれぞれ有する請求項１ ０記載のコリオリ流量計。

１２、前記一定磁界生成手段が永久磁石を有し、前記第１及び第・２のキーパ− がそれぞれ、ミニ−合金、タイプ４３０ステンレススチール及び炭素釦を含む群 から主に製作された物質の細片を有する請求項１１記載のコリオリ流量計９１３ 、予め規定された周波数での且つ第１の軸に関する実質的に正弦波状のパターン での振動運動状態に置かれ、通過する流体の移動によって誘起されるコリオリカ に応答して第２の軸に捩れ運動を経験する流れ管と、 前記流れ管の両端が取付けられる台と、前記流れ管の速度の函数として変化する 信号を発生する速度センサであって、 前記流れ管が前記正弦波状のパターンで運動する方向に実質的に平行に前記流れ 管から一端が延びるように、前記流れ管の外壁に取付けられた細長い磁性キーパ −と、前記台に取付けられ、前記キーパ−に実質的に一定の磁界を生成して、前 記第１の軸に関して前記流れ管が運動する方向に実質的に平行な方向に前記キー パ−の磁気領域を適宜に方向付けするための手段と、 前記台に関連した一定の位置にあり且つ前記一定磁界生成手段に近接して位置す るコイルであって、前記キーパ−とそれに取付けられた前記流れ管とが前記第１ の軸に関して運動するとき前記信号を発生するコイルと、を備え、前記コイルが 受ける磁界の磁束密度が前記コイルに対する前記キーパ−の移動に応答して変化 するように、前記コイルが前記磁界内に適切に位置する速度センサと、を具備す るコリオリ質量流量計。

１４、前記キーパ−が、その他端の近傍で前記流れ管の外壁に取付けられた強磁 性材料の第１の細長片を有する請求項１３記載のコリオリ流量計。

１５゜往復運動のために前記細長片の一端をその中に受け入れるようになされた 中空の芯を有する環形のボビンを更に備え、前記コイルが該ボビンに巻かれてい る請求項１４記載のコリオリ流量計。

１６、前記一定磁界生成手段が、前記ボビンが固定される磁極片を有する請求項 １５記載のコリオリ流量計。

１７゜前記一定磁界生成手段が更に永久磁石を有し、前記キーパ−が、ミュー合 金、タイプ４３０ステンレススチール及び炭素鋼を含む群から主に製作された材 料の細片である請求項１６記載のコリオリ流量計。

１８、予め規定された周波数での且つ第１の軸に関する実質的に正弦波状のパタ ーンでの振動運動状態に置かれ、通過する流体の移動によって誘起されるコリオ リカに応答して第２０軸に関して捩れ運動を経験する第１の流れ管と、前記流れ 管の両端が取り付けられる台と、前記流れ管を前記正弦波状のパターンで運動さ せる駆動機構であって、 前記流れ管が前記正弦波状に運動する方向に実質的に平行な方向に前記流れ管か ら一端が延びるように、前記流れ管の外壁に取付けられた第１の細長い磁性キー パ−と、前記台に取付けられ、前記第１のキーパ−に実質的に一定の磁界を生成 して、前記流れ管が前記正弦波状のパターンで運動する方向に実質的に平行な方 向に前記第１のキーパ−の磁性領域を適宜に方向付けるための手段と、前記台に 関連した一定の位置にあり且つ前記第１の一定磁界の生成手段に近接して位置し 、前記第１の一定の磁界と結合して前記第１のキーパ−に複合磁界を生成する第 １のコイルと、 前記第１のコイルに正弦波状に変化する電流を印加して前記複合磁界を正弦波状 に変化させ、それによって、前記第１のキーパ−及びそれに取付けられた前記流 れ管を前記正弦波状のパターンで運動させるための手段と、を備える駆動機構と 、 前記流れ管の速度の画数として変化する信号を発生する速度センサであって、 前記流れ管が前記正弦波状のパターンで運動する方向に実質的に平行な方向に前 記流れ管から一端が延びるように、前記流れ管の外壁に取付けられた第２の細長 い磁性キーバ−と、 前記台に取付けられ、前記第２のキーパ−に第２の実質的に一定の磁界を生成し て、前記流れ管が前記第１の軸に関して運動する方向に実質的に平行な方向に前 記第２のキーパ−の磁性領域を適宜に方向付けするための手段と、前記台に関連 した一定の位置にあり且つ前記第２の一定磁界の生成手段に近接して位置し、前 記第２のキーパ−とそれに取付けられた前記流れ管とが前記第１の軸に関して運 動するときに前記信号を発生する手段と、を備え、前記第２のコイルが受ける磁 界の磁束密度が前記コイルに対する前記キーパ−の運動に応答して変化するよう に、前記第２のコイルが前記第２の磁界内に適切に位置する速度センサと、 を具備するコリオリ質量流量計。

１９、前記第１及び第２のキーパ−が、そのそれぞれの他端の近傍で前記流れ管 の外壁に取付けられる強磁性材料の対応する細長片を有する請求項゛１８記載の コリオリ流量計。

２０、それぞれが中空の芯を有する第１及び第２の環形のボビンを更に備え、該 第１及び第２のボビンが、往復運動のためにそれぞれ前記第１及び第２の細長片 の前記一端をそれぞれの芯内に受けるようになされており、前記第１及び第２の コイルがそれぞれ第１及び第２のボビンに巻かれてきる請求項１９記載のコリオ リ流量計。

２１、前記第１及び第２の一定磁界の生成手段が永久磁石を備え、前記第１及び 第２のキーパ−がそれぞれ、ミュー合金、タイ特表千２−５００５３７　（ｊ９ ） ブ４３０ステンレススチール及び炭素鋼を含む群から主に製作された材料の細片 である請求項２０記載のコリオリ流量計。

国際調査報告 ｍ−ｌｍｍ−ｍ−５−、ＰＣＴ／ＵＳ　８７１０１７６２−２−ＡＮＮ＝ｘ　Ｔ ｏ　ＴＦＥ　ｒＮ？ＥＲＮＡＴＺＯＮＡＬ　！ＥＥＡＲＣ！（ＲＥＰＯＲＴ　０ ＮＤＥ−Ａ−６４６６９１Ｎｏｎｅ

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．駆動信号を印加するための手段を含み、コリオリ質量流量計のための駆動手 段において、 前記駆動信号に応答して磁界を生成する駆動コイルと、前記駆動コイルからの磁 界によって少くとも部分的に影響される強磁性の駆動キーパーと、 前記駆動キーパーの強磁性領域を方向付けする手段と、を具備することを特徴と する駆動手段。
2. ２．電流信号を検出するための手段を含み、コリオリ質量流量計のための速度セ ンサにおいて、 センサ・コイルと、 前記センサ・コイルに少くとも部分的に挿入され、前記センサ・コイルを横切る 磁界によって影響される強磁性センサ・キーパーと、 前記センサ・キーパーの強磁性領域を方向付けし、且つ、磁界を発生する手段で あって、該磁界の一部が前記センサ・コイルを通過する手段と、 を具備し、前記センサ・キーパーの移動に応答して前記センサ・コイルに電波信 号が誘導されることを特徴とする速度センサ。
3. ３．駆動信号を印加する手段と電流信号を検出する手段とを含むコリオリ質量流 量計において、 （ａ）前記駆動信号に応答して駆動磁界を生成する駆動コイルと（ｂ）前記駆動 磁界によって少なくとも部分的に影響を受ける強磁性駆動キーパーと、（ｃ）前 記駆動キーパーの強磁性領域を方向付けする手段とを備える強磁性駆動部と、（ ａ）センサ・コイルと、（ｂ）前記センサ・コイルに少くとも部分的に挿入され 、前記センサ・コイルを横切る磁界によって影響される強磁性センサ・キーパー と、（ｃ）前記センサ・キーパーの強磁性領域を方向付けし且つ磁界を発生する 手段であって、該磁界の一部が前記センサ・コイルを通過する手段とを備える強 磁性速度センサと、 を具備し、前記電流信号が前記センサ・キーパーの移動に応答して前記センサ・ コイルに誘導される質量流量計。
4. ４．前記の方向付けする手段が永久磁石である請求項１記載の駆動手段。
5. ５．前記の方向付けする手段が永久磁石である請求項２記載の速度センサ。
6. ６．前記駆動キーパーを方向付けする前記の手段が永久磁石であり、前記センサ ・キーパーを方向付けする前記の手段が永久磁石である請求項３記載のコリオリ 質量流量計。
7. ７．前記駆動キーパーがミュー合金、４３０合金ステンレススチール及び炭素鋼 を含む群から選択される請求項１記載の駆動手段。
8. ８．前記センサ・キーパーがミュー合金、４３０合金ステンレススチール及び炭 素鋼を含む群から選択される請求項２記載の速度センサ。
9. ９．前記駆動キーパーがミュー合金、４３０合金ステンレススチール及び炭素鋼 を含む群から選択され、前記センサ・キーパーがミュー合金、４３０合金ステン レススチール及び炭素鋼を含む群から選択される請求項３記載のコリオリ質量流 量計。
10. １０．少くとも２つの導管を有するコリオリ質量流量計用の駆動手段であって、 駆動信号を印加するための手段を含む駆動手段において、 前記駆動信号に応答して磁界を生成する駆動コイルと、前記駆動コイルからの磁 界によって少くとも部分的に影響を受ける第１及び第２の強磁性駆動キーパーと 、前記駆動キーパーの強磁性領域を方向付けする手段と、を具備する駆動手段。
11. １１．少くとも２つの導管を有するコリオリ質量流量計用の駆動手段であって、 駆動信号を印加するための手段を含む駆動手段において、 前記駆動信号に応答して第１及び第２の磁界を発生する第１及び第２の逆方向に 巻回された駆動コイルと、前記第１の駆動コイルからの磁界によって少くとも部 分的に影響を受ける第１の強磁性駆動キーパーと、前記第２の駆動コイルからの 磁界によって少くとも部分的に影響を受ける第２の強磁性駆動キーパーと、前記 駆動キーパーの強磁性領域を方向付けする手段と、を具備する駆動手段。
12. １２．駆動信号を印加する手段を含むコリオリ質量流量計用の駆動手段において 、 前記駆動信号に応答して磁界を生成する手段と、前記駆動コイルからの磁界によ って少くとも部分的に影響を受ける強磁性駆動キーパーと、 を具備する駆動手段。
13. １３．少くとも２つの導管を有するコリオリ質量流量計用の駆動手段であって、 駆動信号を印加するための手段を含む駆動手段において、 前記駆動信号に応答して磁界を生成する駆動コイルと、前記駆動コイルからの磁 界によって少くとも部分的に影響を受ける第１及び第２の強磁性駆動キーパーと 、を具備する駆動手段。
14. １４．少くとも２つの導管を有するコリオリ質量流量計用の駆動手段であって、 駆動信号を印加するための手段を含む駆動手段において、 前記駆動信号に応答して第１及び第２の磁界を生成する第１及び第２の逆方向に 巻かれた駆動コイルと、前記第１の駆動コイルからの磁界によって少くとも部分 的に影響を受ける第１の強磁性駆動キーパーと、前記第２の駆動コイルからの磁 界によって少くとも部分的に影響を受ける第２の強磁性駆動キーパーと、を具備 する駆動手段。
15. １５．前記第１及び第２の駆動キーパーが、ミュー合金、４３０合金ステンレス スチール及び炭素鋼を含む群から選択される請求項１０記載の駆動手段。
16. １６．前記第１及び第２の駆動キーパーが、ミュー合金、４３０合金ステンレス スチール及び炭素鋼を含む群から選択される請求項１１記載の駆動手段。
17. １７．前記駆動キーパーがミュー合金、４３０合金ステンレススチール及び炭素 鋼を含む群から選択される請求項１２記載の駆動手段。
18. １８．前記第１及び第２の駆動キーパーが、ミュー合金、４３０合金ステンレス スチール及び炭素鋼を含む群から選択される請求項１３記載の駆動手段。
19. １９．前記第１及び第２の駆動キーパーが、ミュー合金、４３０合金ステンレス スチール及び炭素鋼を含む群から選択される請求項１４記載の駆動手段。
20. ２０．少くとも２つの導管を有するコリオリ質量流量計用の速度センサであって 、電流信号を検出する手段を含む速度センサにおいて、 センサ・コイルと、 前記センサ・コイルに少くとも部分的に挿入され、前記センサ・コイルを横切る 磁界によって影響を受ける第１及び第２の強磁性センサ・キーパーと、 前記センサ・キーパーの強磁性領域を方向付けし、且つ、磁界を発生する手段で あって、該磁界の一部が前記センサ・コイルを通過する手段と、 を具備し、前記電波信号が前記センサ・キーパーの移動に応答して前記センサ・ コイルに誘導される速度センサ。
21. ２１．駆動信号を印加するための手段を含むコリオリ質量流量計用の駆動手段に おいて、 前記駆動信号に応答して磁界を生成するための第１及び第２の駆動コイルと、 前記第１及び第２の駆動コイルからの磁界によって少くとも部分的に影響を受け る強磁性駆動キーパーと、を具備する駆動手段。