JPH02501090A - 対流慣性力流量計 - 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】 対流慣性力流量計 この発明の流量計は、２つの端部で剛性のあるフレームに固定されかつ、ループ を含む波路を提供する導管を具備しており、この導管の２つの半休が互いに離間 しながらも重なり合っている。

導管の重なり合ったセクションに配設され電磁パイプレークが、導管の２つの半 休を相対的に横方向に振動させ、導管の固定された２端部と中央セクションに位 置する節点だけが振幅ゼロであるように導管の全長にわたり振幅が変化する導管 の曲げ振動を生じさせる。２］管中を流れる流体はこの導管の曲げ振動の上記振 幅変化により生ずる対流慣性力を発生し、この対流慣性力の導管の長さ方向にお ける分布はこの導管の中央セクションに関して対称であり、そしてこの対流慣性 力は導管の中央セクションを中心とした対称モードを有する導管の曲げ振動を発 生し、この曲げ振動が電磁パイブレークによって発生される導管の中央セクショ ンを中心とした非対称モードを有する導管の曲げ振動に重畳される。導管を流れ る流体の質量流量Ｃｍａｓｓ　ｆｌｏｗｒａｔｅ）は、導管の曲げ振動の対称成 分を測定することによって分る。この測定は、導管の２つの半体の間の曲げ振動 の位相角の差を測るか、もしくは導管中央セクションにおける曲げ振動の振幅を 測ることによって行われる０本明細書に述べたのと同じ原理で働く質量流量計は 、導管の２つの半休を相対的に振動させる略Ｕ字形の導管を具備しうる。

この場合、導管の２つの半休の一方の一端は、たわみ継手、または互いに相対的 に振動する一対の平行な導管を備えており、それらの一対の導管のそれぞれの一 端はたわみ継手を有している。

この発明の優先権は、１９８７年７月２７日出願された「対流慣性力流量計」と いう名称の米国特許出願筒０７１０７８２０６号と１９８８年３月７日出願され た「対流慣性力」という名称の米国特許出願第０７／１６４５４１号にもとづい ている。

［コリオリの力流量計」という名称で知られている多種多様の質量流量計が、工 業用流量測定分野に登場しており、多くのユーザにより大歓迎されているが、こ の発明者が見るところでは、これらの多くのものは、その作動原理を深く、かつ 正確に理解することなしに発明され、設計されており、その性能を支配する物理 原理および数学上の関係を十分に利用することができていない。

「コリオリの力流量計」に関する誤解の明白な例をあげると、その名称がそもそ も誤りである。流体の加速ないしは減速は慣性または関連のある動的反力を生じ 、加速ないしは減速を起させている作用力に対抗する。流体の動作についてのオ イラーの説明によれば、動いている流体が受ける加速は、局部加速と対流加速の ２つの種類に分類される。対流加速に関連する慣性力は「対流慣性力」と呼ばれ 、これは質量流フランクス密度×流速の勾配に等しい、１つ以上の振動導管を使 用するいずれのｐｊｔ量流量計も、それが「コリオリの力流量計」と呼称される か否かに関係なく、対流慣性力の影響を測定して流体の質量流量を決定する。

この発明の第１の目的は、最も簡単な形の振動導管を使用し、それでいて対流慣 性力の最も大きな効果を有する流量計を提供することである。したがって、この 発明の質を流量計は流量倍率が大きく、かつ高い感度を有する。

もう１つの目的は、略３６００のループを有し、両端が剛性のあるフレームに固 定された１本の導管を備えた質量流量計を提供することである。この場合、導管 の２つのセクションが導管の２つの固定された端部に隣接し、導管のある部分に わたって互いに間隔をおいて重ね合っている３６０°のループを形成して互いに 接続されており、電磁バイブレータが導管の２つのセクションを相対的に横方向 に振動させる。質量流量は、導管の２つのセクションのそれぞれに設けられてい る２つのモーション検知器によって測定される導管の２つのセクションの曲げ振 動の差によって決定される、あるいは導管の中部セクションに設けられたモーシ ョン検知器が測定する導管の中央セクションと符号する節点における曲げ振動に よって決定される。

もう１つの目的は、２つの異った方向へ曲っている２つの３６０度ループを含み 、２つの端部が剛性のあるフレームに固定された単一の導管を有する質量流量計 を提供することである。この場合、導管の固定された端部にそれぞれ隣接し、２ つの３６０°ループによって互いに接続されている２つの導管セクションは互い に重複し合い、かつ導管の中央セクションを間隔をあけて挟んでおり、またこれ らの２つの導管セクションは電磁パイブレークによって相対的に横方向に振動を 加えられる。質量流量は、導管の２つのセクションの曲げ振動の差によって決定 される、あるいは導管を流れる流体がな（、曲げ振動がない場合、導管の中央セ クションと符号する節点における曲げ振動によって決定される。

さらにもう１つの目的は、２つの固定された端部にそれぞれ隣接し、導管のルー プ状になった部分によって互いに接続されている導管の２つのセクションを含み 、２つの端部が剛性のあるフレームに固定された単一の導管を有する質量流量針 を提供することである。この場合、２つのセクションはｉｓバイブレークによっ て相対的に横方向に振動を加えられる。質量流量は位相角の差という形で測定さ れる導管の２つのセクションの曲げ振動の差によって決定される、あるいは導管 を流れる流体がなく曲げ振動がない場合、導管の中央セクションと符号する節点 における曲げ振動によって決定される。

さらにもう１つの目的は、２つの固定された端部に互いに隣接し、導管の３６０ °のループによって互いに接続されている導管の２つのセクションを含み、２つ の端部が剛性のあるフレームに固定されている単一の導管を有する質量流量計を 提供することである。この場合、３６０°ループの一部と導管の２つのセクショ ンのうちの１つとは、導管の２つの半体が間隔をあけて重なり合っている個所を 中心にして対称形であり、かつ上記３６０度ループの他の部分と導管の２つのセ クションのうちの他のセクションは導管が重なり合っているセクションを中心に して対称形をなしている。導管が重なり合ったセクションに設けられたｔ磁バイ ブレークは、導管セクションの２つの組合せを相対的に振動させる。

質！流量は導管セクションの２つの組合せの１つに含まれる２つの導管セクショ ンの間にある導管セクションの曲げ振動の差によって決定される。

もう１つの目的は、−直線上に設けられた入口脚と出口脚が、２つの３６０°ル ープと平行な面に略垂直な２つの反対の方向へ伸びている２つの３６０°ループ を有する質量流量計を提供することである。入口脚と出口脚が伸びているセクシ ョンと直径を介して反対側のセクションに設けられた電磁パイブレークは、これ ら２つの３６００ループを相互対に振動させる。１ｘ量流量は、入口脚と出口脚 が伸びるセクションΣ電磁バイブレータが設けられているセクションとの中間の ２つの直径方向に対向したセクションにおいてそれぞれ測定される２つのセクシ ョン間の相対的曲げ振動の差で決定される。

また別の目的は、互いに平行に設けられ、互いに直列に接続された一対の導管セ クションを有する質量流量針を提供することである。この場合、２つのセクショ ンの各一端にはたわみ継手が取付けられており、電磁バイブレータが２つの導管 セクションを相対的に振動させる。質量流量は、２つの導管セクションの間の曲 げ振動の差によって決定される。

さらにもう１つの目的は、平行に配置された共通の入口脚と出口脚に接続された 一対の平行導管を有する質量流量計を提供することである。この場合、２つの導 管に属し、それらの両端にある２つの端部はたわみ継手を有している。２つの平 行な導管の組合せ体の中央セクションに設けられた電磁パイブレークは、導管に 相対的な曲げ振動を起させる。質量流量は、２つの平行な導管の組合せ体の２つ の半体の間の相対的な曲げ振動の差によって決定される。

この発明の上記の目的およびその他の目的は、説明が進むにつれて明らかになる であろう、この発明は下記の図面を参照することによって明瞭にかつ詳細に説明 できる。

第１図は、導管の単一の３６０°ループ・セクションを有する本発明の質量流量 計の１実施例の斜視図である。

第２図は、導管の単一の３６００ループ・セクションを有する本発明の質量流量 計の別の実施例の斜視図である。

第３図は、電磁バイブレータによって生じる一次曲げ振動のモードと振動する導 管を流れる流体の対流慣性力によって生じる二次曲げ振動のモードとを示す。

第４図は、導管の単一の３６０ｍループ・セクションを有する本発明の質量流量 計のもう１つの実施例を示す。

第５図は、導管の単一の３６０°ループ・セクションを有する本発明の質量流量 計のさらにもう１つの実施例を示す。

第６図は、それぞれ２つの反対の方向へ曲る導管の２つの３６０′″ループ・セ クションを有する本発明の質量流量計の実施例を示す。

第７図は、それぞれ２つの反対の方向へ曲る導管の２つの３６００ループ・セク ションを有する本発明の質量流量針の別の実施例を示す。

第８図は、コイルばねのように構成された導管の２つの３６０′″ループ・セク ションを有する本発明の質量流量計のさらに別の実施例を示す。

第９図は、第２図に示した実施例と同様に構成された導管の単一の３６０度ルー プ・セクションを有する本発明の質量流量計の実施例を示す。

第１０図は、それぞれ入口脚と出口層まで延長している２つの平行セクションを 有する本発明の質量流量計の実施例を示す、この場合、導管の２つの平行セクシ ョンは導管のループ・セクションによって互いに直列に接続されている。

第１１図は、それぞれ入口脚と出口層まで延長している２つの平行セクションを 有する本発明の質量流量計の別の実施例を示す。

この場合、導管の２つの平行セクションは導管のループ・セクションによって互 いに直列に接続されている。

第１２図は、それぞれ入口脚と出口層まで延長している導管の２つのセクション を有する本発明の質量流量計の実施例を示す。

この場合、導管の２つのセクションは、それぞれ入口脚と出口層まで延長してお り、互いに対称形に配置された導管の２つのセクションを含む導管の３６０′″ のループ・セクションによって互いに接続されている。

第１３図は、平行に並んだ共通の入口脚と出口層に接続された一対の平行導管を 有する本発明の質量流量計の実施例を示す、この場合、２つの平行な導管の１つ の第１の端部と２つの平行な導管の他方にある別の端部は共にたわみ継手を有し ている。

第１４図は、第１３図に示した実施例と同様な構造を有する本発明の質量流量針 の別の実施例を示す。

第１５図は、第１３図に示した実施例と同様に配置されたたわみ継手を含む２つ の平行な導管を有する本発明の質量流量計の別の実施例を示す。

第１６図は、平行に並んで配置され、第１の末端で互いに接続され、第２の末端 でそれぞれたわみ継手によって入口脚と出口層に接続された導管の２つのセクシ ョンを有する本発明の質量流量計の実施例を示す。

第１７図は、それぞれ入口脚と出口層から平行に延長しており、たわみ継手によ って互いに接続されている導管の２つのセクションを有する本発明の質量流量計 の別の実施例を示す。

第１図には、２つの端部２と３がそれぞれ入口脚４と出口層５に接続され、かつ 剛性のあるフレーム６に固定された単一の導管１を有する質量流量計の実施例の 斜視図が示されている。この導管は、オーバハングの取付は方で固定された２と ３からそれぞれ延長し、３６０°あるいはそれ以下のループ角のループ状セクシ ョン９によって互いに接続された２つの略真直のセクション７．８を有している 。導管１の２つの固定された端部２と３の間の中間平面に配設されたバイブレー タ電源１１によって付勢された電磁パイブレーク１０は、導管の２つの略真直の セクションを相対的に振動させる。この曲げ振動は、振動システムの共振周波数 で振動する。それぞれ導管の略真直セクシヲン７と８に取付けられているモーシ ョン検知器１２と１３と導管のループ・セクション９の中央セクシッ°ンに固定 された第３のモーション検知器１４によって導管の曲げ振動が測定される。モー ション検知器１２．１３．１４が発する信号は、を線によってフィルタ・アンプ １５に送られる。これらの信号は、フィルタ・アンプ１５により調整された後、 これらの信号を分析し、質量流量に関する情報に変えるデータ・プロセッサ１６ に送られる。フィルタ・アンプ１５は、共振周波数の数値に関する情報をパイブ レーク電源１１へ送る。

第２図は、２つの端部１８．１９が剛性のあるフレーム２０に固定された単一の 導管１７を有する質量流量計の別の実施例を示す、この導管は、それぞれ平行か つ突出したオーバハング構造で導管の固定された端部１８．１９から延長し、ル ープ角が３６０゜以上７２０′″以下の導管のループ・セクション２３によって 互いに接続された２つの略真直のセクション２１を有している。導管の２つの略 真直で平行なセクション２１．２２の間の中間平面に配設された電磁バイブレー タ２４は、それぞれ導管の２つの平行セクション２１．２２に接続された導管の ループ・セクション２３の２つの半休を、導管のループ・セクション２３を含む 平面に略垂直な方向に相対的に振動させる。２つの略真直なセクション２１．２ ２と導管のループ・セクション２３との間の２つの結合点に設けられた２つのモ ーション検知器２５．２６によって導管１７の２つの半休の曲げ振動を測定する 。導管１７の中央セクションに設けられたモーション検知器２７もまた、導管１ ７の曲げ振動を測定する。第１．第２図に示した実施例で使用したモーション検 知器は位置、速度もしくは加速度センサでよい、これらのセンサは誘導、容量、 ひずみもしくは応力センサを使用できる。

動く流体を含む導管の曲げ振動を決定する式は下記のように書くことができる。

ＥＩａ４ｖ／θｒ　＋　（＋ｍ　＋　ｐ　ｕＡ）２”Ｖ／ａ　ｔ　”＋　ｐ　ｕ Ａ　ａ”Ｖ／ｊ３ａ　ｔ　−０、（ｔｌただし、■は導管の曲げ速度、Ｘは導管 の中心軸に従って指定された直線座標、ｔは時間、Ｅは導管壁の弾性係数、■は 導管の断面の慣性モーメント、ｍは導管の線形密度、ｐは流体密度、Ｕは流体の 対流速度、Ａは導管流路の断面積である。

この式（１１は、電磁バイブレータが振動力を発生するセクション以外のすべて のセクションに適用される。単純化するため、端部ＡとＧは固定支持ではなく簡 単に支持されていると仮定した場合の第１図または第２図の実施例における導管 の２つの略真直のセクションの曲げ振動を説明する式（１）の解法を分析するこ とは有益である。このような解法は下記のように書くことができることは容易に わかる。

Ｖ／Ｖ、＝ｓｉｎｈλ（Ｘ／Ｌ）ｓｉｎωｔ±（ｐＵＡ＃Ｌ”／４Ｅ１λ２）・ Ｘ５ｉｎｈλ（Ｘ／Ｌ）ｃｏｓａ＋ｔ　（２）ただし、ｖｏは曲げ速度の最大振 幅であり、座標Ｘは導管の２つのセクションＡ−ＣとＧ−Ｅのそれぞれの固定端 から測定され、Ｌは導管セクションＡ−ＣまたはＧ−Ｅの長さ、ωは曲げ振動の 角周波数である０式（２）の右辺の第２項の前のプラスまたはマイナスの符号は それぞれ導管セクションＡ−ＣとＧ−Ｅとに適用される。

座標Ｘの正方向は第１の導管セクションＡ−Ｃに対する流れＵの方向と同じであ り、第２の導管セクションＧ−Ｈに対してはこれらは反対方向であることを知る ことは有用である。パラメータλは特性方程式を満足させる。

（λ　／Ｌ）４−　ω２（−＋　ρυＡ）　／ＥＴ　−０（３１第１図の２つの モーション検知器１２．１３または第２図のモーション検知器２５．２６によっ てそれぞれ測定される２つの曲げ振動の合計と差は下記の式で表わされる。

（Σν）／シロ＝２ｓｉｎｈλ（Ｊ／Ｌ）ｓｉｏａ＋ｔ　（４１ΔＶ／　Ｖｏ　 ＝　（１）　ＤＡ　ωＬ”／　２　Ｅｌλ２）・１ｓｉｎｈλＣ１／Ｌ）ｃｏｓ ωｔ　（５）ただし、ｌはモーション検知器が置かれているセクションのＸ座標 値である０式（４）で与えられる２つのモーション検知器の出力の合計は、静止 流体を含む導管セクションの曲げ振動を表わし、式（５）によって与えられる２ つのモーション検知器の出力の差は、質量流量（ρＵＡ）に比例する流体流の対 流慣性力の影響を表わす。

式（４）、（５）の差組合せから下記の関係が得られる。

（Σν）／Ｖ、−ΔＶ／Ｖｏ＝ｓｉｎ（ωを一φ）（６）ただし、 φ＝ｊａｎ−’　［（ρＵＡ）　ωＬ”１／　４ＥＩλ”　］　（７）式（７） の右辺の［］内の項の大きさは一般に非常に小さい、したがって、式（７）は下 記の式で近似させることができる。

φ＝（ρＤＡ）ωＬ”　Ｊ　／　４　Ｅｌλｔ（８）式（η、（８）は導管内の 質量流量（ρＵＡ）が式（６）によって定義される位相角によって決定できる。

質量流量計の実際の校正においては、質量流量（ρＵＡ）と位相角φの間の関係 は経験的に決定されるべきである。

第３図には導管の全長にわたる導管の変位の態様が示されている。ただし、式（ ２）の右辺の第１項に相当するｙ、は、静止流体が入った導管の変位を示す、一 方式（２）の右辺の第２項に相当する３’＋は、導管内の移動する流体の対流慣 性力によって生じる導管の追加の変位を示す、電磁バイブレータによってのみ生 じるｙ、が導管の中央部分、即ち節セクションを中心にして非対称であるが、移 動する対流慣性力によって生じるｙＩは中央部分、即ち節セクションＤを中心に して対称であることを知ることは大事である。この発明の質量流量計に含まれる 振動導管は、第１の高調波ではなく第２の高調波の固有振動数で自動的に振動す る。この点が第１の高調波の固有振動数を使用する既知のタイプの質量流量計と 異る。一般に、第２の高調波の固有振動数は第１の高調波の固有振動数の２倍で ある。

式（７）、（８）によれば、質量流量計の感度は導管が振動させられる固有振動 数に正比例する。したがって、この発明の質量流量計は従来のタイプの質量流量 計と比べると圧倒的に高い感度を有する。

電磁パイブレークによってのみ生じるｙｏは導管の中央部分りの節セクションで 消え、一方、移動する流体の対流慣性力によって生じるｙｌは、節セクションＤ において最大になることがわかる。したがって、節セクションＤの曲げ振動の振 幅が質量流量に比例するので、質量流量は第１図に示したモーション検知器１４ または第２図に示したモーション検知器２７の出力の振幅によって決定すること ができる。質量流量は、第１図に示した２つのモーション検知器１２．１３と第 ２図に示した２つのモーション検知器２５．２６によってそれぞれ測定される２ つの曲げ振動の間の振幅の差によって決定されることも指摘すべきであろう、さ もなければ、質量流量は、３つの異ったモーション検知器１２．１３．１４もし くは２５．２６．２７の３つの異った出力のすべてを組合せて決定することがで きる。

第４図は、第１図の実施例と略同じ構造を有し、同じ原理で作動する質量流量計 の別の実施例を示す、この実施例では、導管の２つの略真直ぐのセクション２８ ．２９の相対的曲り振動は、導管の２つの固定された端部の間の中間平面の２つ の反対側にそれぞれ配設された一対の電磁パイプレーク３０．３１によって起さ れる。Ｒ管の２つの略真直ぐのセクション２８．２９の曲げ振動は、それぞれモ ーション検知器３２．３３によって測定される。

一方、導管の節セクション、即ち中央セクションの曲げ振動は、モーション検知 器３４によって測定される。質量流量計のこの図およびこのあとの図では、モー ション検知器から延長している電線は図の簡略化のために省略されている。

第５図は、１つの例外を除いて第１図で示した実施例と基本的に同じ構造の質量 流量計を示す、この１つの例外とは、導管の２つの略真直ぐのセクション３７． ３８の曲げ振動の絶対速度を測定する加速度計タイプの一対のモーション検知器 ３５．３６を有することである。第１図のモーション検知器１２．１３と第２図 のモーション検知器２５．２６と第４図のモーション検知器３２．３３は、固定 された端部に対するあるいは導管のループ・セクションに対する略真直ぐのセク ションの曲げ振動の速度を測定する。

導管の節セクション、即ち中央セクションの曲げ振動は、常に加ｉ缶ニー　ｊ　 ）タイプのモーション検知器によって測定される。即ち、第１１，２図の実施例 にそれぞれ使用されているモーション検知器１４．２７並びにモーション検知器 ３９の場合である。

第に図は、２つの端部４１．４２を剛性のあるフレーム４３に固定しンこ単一の 導管４０を有する質量流量計の実施例である。こｃ−Ｘ管は片持ち梁の取付法で ２つの固定された端部４１．４２からそれぞれ延長し、２つの反対の方向へ曲る ループ角が３６０’以下″″１２つのループ・セクションを持つ導管のループ・ セクション　によって互いに接続されている２つの略真直ぐなセクション４４． ４５を有する。導管のループ・セクション４４の中央部分は、導管の２つの略真 直ぐなセクション４４．４５の間の空間を通る。導管の２つの固定された端部４ １．４２の間の中間平面に配設された電磁パイプレーク４７は、導管の略真直ぐ なセクション４４．４５を振動させる。一対のモーション検知器４８．４９は、 それぞれ２つの略真直ぐなセクション４４．４５の曲げ振動を測定する。第９図 に示した特殊な形状の導管を有する質量流量針の別の実施例では、要素４８．４ ９はモーション検知器ではなく一対の電磁パイプレークを使用してよい、また要 素４７は、導管の節セクション、即ち中央セクションで導管の曲げ振動を測定す るモーション検知器でよい、第６図に示した実施例の２つのタイプは、第１、第 ２、第３図に関して説明したのと同じ原理で作動する。

第７図では、２つの端部５１．５２を剛性のあるフレームに固定した単一の導管 ５０を有する質量流量計の実施例を示す、この導管は、万一バハングの取付法で それぞれ導管の２つの端部５１．５２から延長し、それぞれ２つの反対の方向へ 曲る２つの３６０゜ループ・セクションを持つ導管のループ・セクションによっ て互いに接続された略真直ぐなセクション５３．５４を有する。２つの固定され た端部５１．５２の間の中間平面に配設されたｔｉｔｔｔバイブレータ５６は、 導管の２つの略真直ぐなセクション５３．５４を相対的に振動させる。一対のモ ーション検知器５７．５８は、それぞれ導管５０の２つの略真直ぐなセクション ５３．５４の曲げ振動を測定する。質量流量は、２つのモーション検知器５７． ５８によってそれぞれ測定される２つの曲げ振動の差によって決定される。この 差とは、位相角の差もしくは振幅の差でよい、第１、第４、第５、第６図に示し た実施例に使用された導管の２つの略真直ぐなセクションは、導管のループ・セ クションに略垂直な面に配設されており、それらの相対的曲げ振動はその平面で 起る。一方、第７図に示した実施例における２つの略真直ぐなセクションは、導 管のループ・セクションに略平行な平面に配設され、その平面上で相対的に振動 する。

第８図は、２つの端部６０．６１が互いに一直線に並び、剛性のあるフレームに 固定された単一の導管を有する質量流量針の実施例を示す。この導管は、それぞ れ２つのコイルから一列に並んで延長している入口脚と出口層６０．６１に略平 行な軸に同軸に配設された２つの３６０′″ループを有する。入口脚と出口層６ ０．６１と直径を介して反対側の位置に設けられた電磁バイブレータ６４は、２ つの３６０°ループ・セクション６２．６３を相対的に振動させる。入口脚と出 口層６０，６１と電磁パイプレークを含む平面に略垂直な平面上の２つの直径を 介して正反対の位置に設けられた一対のモーション検知器６５．６６が２つの直 径を介して正反対の位置の、２つの３６０°ループ・セクションの間の曲げ振動 を測定する。導管５９０節点、即ち中央部分に設けられた第３のモーション検知 器６７は、節点における導管の曲げ振動を測定する。第６図に示した質量流量計 は、第１、第２、第３図に関連して説明したのと同じ原理で作動する。

第９図は、１つの例外を除いて第２図で示した実施例と基本的に同じ構造を有し 、同じ原理で作動する質量流量計の実施例を示す、この実施例では、導管のそれ ぞれ２つの略真直ぐで平行なセクション７０．７１の曲げ振動を測定する一対の モーション検知器６８．６９と節セクションの導管の曲げ振動を測定するモーシ ョン検知器７２とは、第２図で示した実施例で使用した誘導タイプや容量タイプ のモーション検知器２５．２６とは異り、加速器タイプである。

第１０図は、２つの端部７４．７５を剛性のあるフレームに固定した単一の導管 を有する質量流量計の実施例を示す、この導管は、オーバハングの取付は方で、 それぞれ導管の２つの固定された端部７４．７５から延長しており、３６０°の ループ角を持つ導管のループ・セクションによって互いに接続された２つの略真 直ぐで、かつ平行なセクション７６．７７を有している。導管の２つの略真直ぐ なセクション７６．７７のオーバハングした端部に設けられている電磁パイプレ ーク７９は、これらのセクションを振動させる。一対のモーション検知器８０． ８１は、それぞれ絶対的な形で、あるいは第３のモーション検知器８２が設けら れている導管の交点、即ち中央部分に対する相対的な形における２つの略真直ぐ なセクション７６．７７の曲げ振動を測定する。もちろん、モーション検知器８ ２は、曲げ振動の振幅が導管を通る流体の質量流量と比例する交点における導管 の曲げ振動を測定する。導管７３の一対の略真直ぐで、かつ平行なセクション７ ６．７７は、導管のループ・セクション７８に略垂直な平面上に設けられており 、その平面上で互いに相対的関係において振動させられる。質量流量計のこの実 施例は、第１、第２、第３図との関係で説明したのと同じ原理によって作動する 。

第１１図は、それぞれ導管の２つの固定された端部から延長しており、３６０° に近いループ角を持つ導管のループ・セクションによって互いに接続されている 導管８５の２つの略真直ぐで、平行なセクション８３．８４を有する質量流量計 の別の実施例を示す、導管の２つの略真直ぐなセクション８３．８４の端部に設 けられた電磁パイプレーク８９は、これらのセクションを互いに相対的な関係で 振動させる。一対のモーション検知器９０．９１は、それぞれ絶対的な形の、も しくは導管のループ・セクション８８に対する相対的な関係における略真直ぐな セクション８３．８４の曲げ振動を測定する。質量流量計のこの実施例は、第１ 、第２、第３図に関連して説明したのと同じ原理で作動する。

第１２図は、２つの端部９２．９３を剛性のあるフレームに固定した単一の導管 を有する質量流量計の実施例を示す、この導管は、それぞれオーバハングの取付 方で導管の２つの固定された端部から互いに相手方に向って延長すると共に、導 管のループ・セクション９６によって互いに接続されている２つの略真直ぐなセ クション９４．９５を有している。導管のループ・セクション２つの半休は、こ の導管の２つの半休の間の重なる点を含む平面を中心にしてそれぞれ導管の２つ の略真直ぐなセクション９４．９５に対して対称をなす２つの略真直ぐなセクシ ョン９７．９８を有している０重なり点に設けられた電磁バイブレータ９９は、 導管の２つの半体を互いに相対的に振動させる。導管の４つの略真直ぐなセクシ ョン９４．９７．９８．９５にそれぞれ取付けられている４つのモーション検知 器１０１．１０２．１０３．１０４は、導管の４つの略真直ぐなセクションの曲 げ振動を測定する。導管の中央部分に隣接する２つの略真直ぐなセクション９７ ．９８のオーバハングした端部は、剛性のあるフレーム１０４に固定されてよい 、質量流量は、いずれかの２つのモーション検知器、即ち、１００と１０１．１ ０２と１０３．１０１と１０３または１００と１０２等の組合せによってそれぞ れ測定された２つの曲げ振動の間の差によって決定される。あるいはモーション 検知器の二対以上の組合せについての上記の差を平均することによって決定され る。

第１３図は、平行接続によってそれぞれ入口層と出口層１０７．１０８に接続さ れた一対の平行導管を有する質量流量計の実施例を示す、互いに反対側の端にあ る２つの導管１０５．１０６の第１の端部１０９．１１０は剛性のあるフレーム １１１に固定される。一方、第２の端部１１２．１１３は、これらの端部におけ る２つの導管の曲げ変位を促進するループ・セクション１１４．１１５を有して いる。２つの導管の中央部分に設けた電磁パイプレーク１１６は２つの導管を相 対的に振動させる。２つの導管の中央部分を中心にして対称的に配設された一対 のモーション検知器１１７．１１８は、それぞれ２つの平行な導管の２つの半体 の間の相対的振動を測定する。質量流量は、２つのモーション検知器１１７．１ １８によってそれぞれ測定される相対的曲げ振動の間の差によって決定される。

その差は、曲げ振動の位相角差もしくは振幅の差でよい。

第１４図は、１つの例外を除いて第１３図に示した実施例と基本的には同じ構造 を持ち、同じ原理で作動する質量流量計の別の実施例を示す、その例外とは、第 １３図の実施例におけるループ・セクション１１４．１１５に代えて２つの平行 導管を含む平面に垂直な平面に配設したＳ字形導管セフシラン１１９．１２０を 有することである。Ｓ字形セクション１１９．１２０の代りに、２つの平行導管 を含む平面に対して略垂直な平面に設けるＵ字形オーバハングセクションを使用 してもよい。

第１５図は、１つの例外を除いて第１３図に示した実施例と基本的には同じ構造 を持ち、同じ原理で作動する質量流量計のさらに別の実施例を示す、その例外と は、第１３図の実施例のループ・セクション１１４．１１５に代えてベロー継手 またはたわみ継手１２０を使用していることである。

第１６図は、単一の導管１２３を有する質量流量計の実施例を示す、この導管は 、それぞれ平行なオーバハングの取付は方により入口層と出口層１２６．１２７ から延長しており、導管の曲ったセクションによって互いに接続された２つの略 真直ぐなセクション１２４．１２５を備えている。２つの略真直ぐなセクション １２４．１２５は、それぞれベロー継手またはたわみ継手１２９．１３０によっ て入口層と出口層１２６．１２７に接続されている。

入口層と出口！ｊ１２６．１２７に接続された２つの略真直ぐなセクション１２ ４．１２５の端部近くに設けられた電磁バイブレータ１３１は２つの略真直ぐな セクション１２４．１２５を相対的に振動させる。２つの略真直ぐなセクション １２４．１２５にそれぞれ設けられた一対のモーション検知器１３２．１３３は 、それぞれのセクションの曲げ振動を測定する。質量流量は、それぞれ２つのモ ーション検知器１３２．１３３によって測定される２つの曲げ振動間の差によっ て決定される。その差とは、曲げ振動の位相差もしくは振幅の差でよい。

第１７図は、２つの端部１３５．１３６が剛性を有するフレームに固定された単 一の導管を有する質量流量計の別の実施例である。この導管は、それぞれ平行の オーバハングの取付は方により導管の固定された端部１３５．１３６から延長し つつ、中央部分でベロー継手またはたわみ継手１４０を含む導管の曲ったセクシ ョン１３９により互いに接続された２つの略真直ぐなセクション１３７．１３８ を備えている。導管の曲ったセクション１３９の近くに設けられた電磁パイプレ ーク１４１は、２つの略真直ぐなセクション１３７．１３８を相対的に振動させ る。それぞれ２つの略真直ぐなセクション１３７．１３８に設けられた一対のモ ーション検知器１４２．１４３は、それぞれこれらの真直ぐなセクションの曲げ 振動を測定する。質量流量計のこの実施例は、第１０、第１１、第１６図に示し た実施例と同じ原理で作動する。

節点のあるセクションにおける曲げ振動は、パイプラインの振動に関連するノイ ズによっても、振動する導管を通る流体の対流慣性力によっても生じる。したが って、電磁パイブレークを含む導管セクションにおける曲げ振動に対する節点の あるセクションの曲げ振動の振幅の比から質量流量を決定する場合、節点のある セクションに設けたモーション検知器が検出した信号からノイズを差引く必要が ある。ノイズは振動する導管の戦略化に選択したセクションに設けた別のモーシ ョン検知器によって測定することができる。質量流量を決定する場合、電磁パイ ブレークを設けたセクションを中心とする両反対側にそれぞれ設けた２つのモー ション検知器によって測定された２つの曲げ振動間の位相差を用いることが一般 的に望ましい。

この発明の原理は、示された実施例で既に明らかとなった。この発明を実施する 時の特殊な作業環境および運転条件に特に適合させる構造、配置、割合、要素、 材料の多様な変形例を、発明の原理から逸脱することなく行うことができること は、当業者には明白なことであろう、この発明を以上に示され、説明された特定 の実施例に限定することは望ましくない、したがって、すべての適切な変形例お よび同等物は、以下に述べる特許請求の範囲に定義した発明の範囲内で行うこと ができる。

Ａ　ＢＣＤＥＦ　Ｇ Ｆｉｇ、　３ Ｆｉｇ、　７ Ｆｉｇ、　１２ 国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．質量流量を測定する装置において、ａ）剛性のあるフレームに固定され、そ れぞれ２つの固定された端部からオーバハングした形で、かつ互いに間隔をあけ て延長し、導管の曲ったセクションによって互いに接続された第１、第２セクシ ョンからなっており、少なくとも第１セクションの一部と第２セクションの一部 が間隔をあけて重なり合っており、支持されていない中央セクションを有する導 管の２つの半体は、それぞれ２つの固定された導管の端部によって片持ち梁のよ うな形で支持されている少なくとも１つの導管と、ｂ）前記導管の第１、第２セ クションの重なり合った部分に振動力を加え、その振動力が導管の２つの半体の 間の相対的曲げ振動を生じさせるようになされた手段と、ｃ）導管の２つの半体 の間の曲げ振動の差を、中を移動する媒体質量流量の測定値として測定する手段 を具備した質量流量測定装置。
2. ２．質量流量が、導管の２つの半体の間の曲げ振動の位相角の差によって決定さ れる請求項１の組合せ。
3. ３．質量流量が、導管の２つの半体の間の曲げ振動の振幅の差によって決定され る請求項１の組合せ。
4. ４．質量流量が、導管に入った媒質が静止している時曲げ振動が起らない導管の 中央セクションと略符号する節セクションで測定した曲げ振動の振幅によって決 定される請求項１の組合せ。
5. ５．曲げ振動の差を測定する上記手段は、それぞれ導管の２つの半体の曲げ振動 を測定する少なくとも２つのモーション検知器を有する請求項１の組合せ。
6. ６．曲げ振動の差を測定する上記手段が、導管に入った媒質が静止している時曲 げ振動が起らない導管の中央セクションと略符号する節セクションにおける導管 の曲げ振動を測定する少なくとも１つのモーション検知器を含む請求項１の組合 せ。
7. ７．導管の第１、第２セクションが、導管の曲ったセクションを略含む平面に略 垂直な平面上に配設されている請求項１の組合せ。
8. ８．導管の曲ったセクションが３６０°に略等しいか、あるいはそれ以下のルー プ角を有する請求項７の組合せ。
9. ９．導管の曲ったセクションが、２つの反対方向へ曲る２つのループを有する請 求項７の組合せ。
10. １０．導管の第１、第２セクションは、導管の曲ったセクションを略含む平面と 略平行な平面に配役されている請求項１の組合せ。
11. １１．導管の曲ったセクションが３６０°に略等しいか、あるいはそれ以下のル ープ角を有する請求項１０の組合せ。
12. １２．導管の曲ったセクションが、２つの反対方向に曲る２つのループを有する 請求項１０の組合せ。
13. １３．導管の２つの半体のそれぞれが、３６０°ループを有し、この場合、２つ の３６０°ループは間隔をあけて同軸に重なっており、入口脚と出口脚は、それ ぞれ２つの３６０°ループの組合せ体の２つの端部から延長しており、さらに上 記の振動力を起す手段は、入口脚と出口脚が延長するセクションに直径方向に対 向した位置にあるセクションに配設されている請求項１の組合せ。
14. １４．曲げ振動の差を測定する上記手段は、２つの３６０°ループの中心軸を含 む平面の２つの反対側にそれぞれ設けられた少なくとも２つのモーション検知器 と上記の振動力を起す手段とを有し、この場合２つのモーション検知器は上記の ２つの３６０°ループの間の相対的曲げ振動を測定する請求項１３の組合せ。
15. １５．曲げ振動の差を測定する上記の手段は、導管内の媒質が静止している時、 曲げ振動が生じない導管の中央セクションと略符号する節セクションに設けられ ている少なくとも１つのモーション検知器を有する請求項１３の組合せ。
16. １６．導管の第１、第２セクションが間隔をあけながらそれぞれの中央セクショ ンにおいて重なり合っており、この場合上記の振動力を起す手段が上記の中央セ クションに設けられており、曲げ振動の差を測定する上記手段が導管の第１、第 ２セクションのそれぞれの１つの半体に設けられている少なくとも２つのモーシ ョン検知器を有しており、上記の各半体は導管の第１、第２セクションを互いに 接続している導管の上記の曲ったセクションに接続されている請求項１の組合せ 。
17. １７．導管の上記の曲ったセクションに接続された導管の第１、第２セクション のそれぞれの端部が剛性のあるフレームに固定される請求項１６の組合せ。
18. １８．曲げ振動を測定する上記の手段は、上記の半体とは反対側の導管の第１、 第２セクションのそれぞれの残りの半体にそれぞれ設けられている別の一対のモ ーション検知器をさらに具備し、この場合質量流量が上記の２つのモーション検 知器の間と上記の別の一対のモーション検知器の間の曲げ振動の平均差によって 決定される請求項１７の組合せ。
19. １９．質量流量を測定する装置において、ａ）２つの端部が剛性のあるフレーム に固定され、それぞれ２つの固定された端部から間隔をあけながら平行にオーバ ハングした形で延長し、導管の曲ったセクションで互いに接続された第１、第２ セクションを有し、導管の第１、第２セクションの端部は隣合って配設されてい るが、第１、第２セクションのそれぞれの２つの端部の１つが、その端部で増大 した曲げ振動を起させるたわみ継手を具備しており、上記の１つの端部の反対側 にある、第１、第２セクションのそれぞれの残りの端部が導管の隣接するセクシ ョンに堅固に接続されている少なくとも１つの導管と、 ｂ）導管の第１、第２セクションに振動力を加え、その振動力が導管の第１、第 ２セクションの間の相対的曲げ振動を生じさせるようになされた手段と、 ｃ）導管の第１、第２セクションの間の曲げ振動の差を、導管を流れる媒質の質 量流量の測定値として測定する手段とを有する質量流量測定装置。
20. ２０．曲げ振動を測定する上記手段が、それぞれ導管の第１、第２セクションの 曲げ振動を測定する少なくとも２つのモーション検知器を有する請求項１９の組 合せ。
21. ２１．質量流量を測定する装置において、ａ）第１の開口脚に固定して接続され た一方の端部と第２の開口脚に弾性的に接続された他の端部を有する第１の導管 と、第１の開口脚に弾性的に接続された一方の端部と第２の開口脚に固定的に接 続されている他方の端部とを有し第１の導管に略平行に設けられている第２の導 管と、 ｂ）第１、第２導管のそれぞれの中央セクションに振動力を加え、その振動力が 、第１、第２導管の間に相対的曲げ振動を生じさせるようになされた手段と、 ｃ）第１、第２導管の組合せ体の第１、第２の半体の間の相対的曲げ振動の差を 、第１、第２導管を流れる媒質の質量流量の尺度として測定する手段とを有する 質量流量測定装置。
22. ２２．曲げ振動の差を測定する上記の手段は、第１、第２導管の間の相対的曲げ 振動を測定する第１、第２セクションのそれぞれの中央セクションの２つの反対 側にそれぞれ配設された少なくとも２つのモーション検知器を有する請求項２１ の組合せ。