JPH11500228A - 同心ロータを用いるコリオリ効果質量流量計 - Google Patents
同心ロータを用いるコリオリ効果質量流量計Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. コリオリ流量計であって、 流体収容ハウジング(301)と、 該ハウジングの中に設けられていて、回転中心軸線を有している外側ロータ( 307)とを備えており、 更に、 前記回転中心軸線と同軸状に前記外側ロータに設けられている凹所(341) と、 少なくともその一部が前記凹所に設けられていて、前記回転中心軸線と同軸状 の回転中心を有しているコリオリ検知手段(314)と、 該コリオリ検知手段に設けられていて、前記コリオリ検知手段の外周部から前 記コリオリ検知手段の中央領域まで各々の伸長している複数の穴(312)と、 前記外側ロータに設けられていて、前記外側ロータの外周部から前記外側ロー タの前記凹所まで各々伸長しており、その中の少なくとも幾つかは、前記コリオ リ検知手段の前記複数の穴(312)の中の少なくとも幾つかと整合されている 複数の穴(309)と、 受け取った流体を前記流体収容ハウジングの内部に供給するために前記流体収 容ハウジングに設けられている流体入口(302)と、 前記流体収容ハウジングに設けられている流体出口(304)と、前記入口が 前記流体を受け取ることに応答して、前記流体を、前記外側ロータの穴及び前記 コリオリ検知手段の穴を通して、当該流量計の流体出口まで移動させる手段(3 38、341、313、343)と、 前記外側ロータ及び前記コリオリ検知手段を共に前記回転中心軸線の周囲で回 転させる手段(331)と、 前記流体の移動によって発生するコリオリの力、並びに、前記外側ロータ及び 前記コリオリ検知手段の回転に応答して、前記コリオリ検知手段を前記回転中心 軸線の周囲で前記外側ロータから角変位させる手段(329)と、 前記角変位の大きさを表す出力信号を発生する手段(324、323)と、 前記信号を受信して前記流動する流体の質量流量を導出する手段(351)と を備えることを特徴とするコリオリ流量計。 2. 請求項1のコリオリ流量計において、前記コリオリ検知手段は、コリオ リロータを含むことを特徴とするコリオリ流量計。 3. 請求項2のコリオリ流量計において、前記外側ロータ及び前記コリオリ ロータの前記穴を通る流体流が、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを前記 回転中心軸線の周囲で回転させることを特徴とするコリオリ流量計。 4. 請求項3のコリオリ流量計において、前記回転させる手段が、更に、モ ータ(1701)を含むことを特徴とするコリオリ流量計。 5. 請求項3のコリオリ流量計において、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る流体流が、前記外側ロ ータ及び前記コリオリロータを前記回転中心軸線の周囲で回転させ、これにより 、前記外側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの前記外周部における 前記流体の接線速度よりも実質的に大きくなるように構成されたことを特徴とす るコリオリ流量計。 6. 請求項3のコリオリ流量計において、 前記外側ロータの前記開口は、半径方向の穴(309)を含んでおり、 前記外側ロータ(307)は、前記流体収容ハウジング(301)の円形の凹 所(338)の中に設けられており、 前記コリオリロータは、前記外側ロータの円形の凹所(341)の中に設けら れており、 前記外側ロータは、前記受け取った流体の約三倍の速度で、前記回転中心軸線 の周囲で回転するように構成されたことを特徴とするコリオリ流量計。 7. 請求項2のコリオリ流量計において、前記出力信号を発生する手段は、 前記流体収容ハウジングに設けられたコイル(323、324)と、 前記コリオリロータ及び前記外側ロータに設けられた磁石(316、344) とを備えており、 前記コイル及び前記磁石は、前記コリオリロータの回転時に有効になって、周 期的な出力信号を発生し、該出力信号は、前記外側ロータに対する前記コリオリ ロータの角変位を表す位相差を含むように構成されたことを特徴とするコリオリ 流量計。 8. 請求項7のコリオリ流量計において、 前記コイルは、固定コイル(324)と、可動コイル(323)とを備えてお り、 前記磁石は、前記外側ロータのカバーに設けられた第1の組の磁石(316) を備えており、 前記磁石は、更に、前記コリオリロータに設けられた第2の組の磁石(316 )を備えていることを特徴とするコリオリ流量計。 9. 請求項3のコリオリ流量計において、当該流量計は、更に、前記コリオ リロータが前記外側ロータに対して角度方向に変位できる量を制限する手段(4 01、402)を備えることを特徴とするコリオリ流量計。 10. 請求項9のコリオリ流量計において、前記制限する手段が、更に、 前記コリオリロータの凹所(401)と、 前記外側ロータの中に設けられた第1の端部、及び、前記コリオリロータの前 記凹所の中に伸長している第2の端部を有している制限ピン(402)手段とを 備えており、 前記凹所の断面積は、当該凹所の中の前記制限ピン手段の横方向の運動を制限 すると共に、前記外側ロータに対する前記コリオリロータの角度方向の回転を制 限するのに効果的であることを特徴とするコリオリ流量計。 11. 請求項9のコリオリ流量計において、前記制限する手段は、前記コリオ リロータ(314)に設けられた第1の手段(402)と、前記外側ロータ(3 07)に設けられた第2の手段(401)とを備えており、これら第1及び第2 の手段は、前記外側ロータに対する前記コリオリロータの前記角度方向の回転を 制限するように作動的に接続されることを特徴とするコリオリ流量計。 12. 請求項2のコリオリ流量計において、前記コリオリロータの前記穴は、 前記回転軸線の上の位置から見て、半径方向に設けられていることを特徴とする コリオリ流量計。 13. 請求項2のコリオリ流量計において、前記コリオリロータの前記穴、及 び、前記外側ロータの前記穴は、半径方向に設けられていることを特徴とするコ リオリ流量計。 14. 請求項2のコリオリ流量計において、前記コリオリロータの前記穴は、 半径方向に設けられており、一方、前記外側ロータの前記穴(801、802) は、半径方向から離れていることを特徴とするコリオリ流量計。 15. 請求項2のコリオリ流量計において、前記外側ロータの前記穴は各々、 互いに実質的に90°で配置された第1の開口(803)及び第2の開口(8 04)を有する直角要素を備えており、 前記第1の開口(803)は、前記外側ロータの前記凹所の内周部を形成する 内周面と実質的に同一平面にあり、 前記第2の開口(804)は、前記外側ロータの外周部に対して実質的に直交 して配列されていて、前記外側ロータの前記外周部付近の流体の接線方向とは反 対を向いていることを特徴とするコリオリ流量計。 16. 請求項15のコリオリ流量計において、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る流体流が、前記外側ロ ータ及び前記コリオリロータを前記回転中心軸線の周囲で回転させ、これにより 、前記外側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの前記外周部における 前記流体の接線速度よりも実質的に大きくなるように構成されており、 また、前記各々の直角要素の前記第2の開口は、前記外側ロータの前記外周部 の前記流体をすくい上げて前記直角要素の内部に入れて、前記コリオリロータの 前記穴に通し、当該流量計の前記流体出口から出すことができるように構成され ており、 前記直角要素は、前記外側ロータの角度方向の回転速度を減少させて、当該流 量計の前後の圧力降下を低下させることができるように構成されたことを特徴と するコリオリ流量計。 17. 請求項2のコリオリ流量計において、前記外側ロータの前記穴は各々、 前記外側ロータの前記凹所の内方端を形成する内周面と実質的に同一平面にな るように設けられた第1の開口(312、1002)と、 前記外側ロータの前記外周部と実質的に同一平面になるように設けられている と共に、前記第1の開口に対して湾曲していて、前記外側ロータの前記外周部の 前記各々の穴に関してジェット形状の開口を形成している第2の開口とを備えて おり、 前記第2の開口は、前記流体流を加速して、該流体流を前記流体出口を通して 当該流量計から出すことができるように構成されていることを特徴とするコリオ リ流量計。 18. 請求項17のコリオリ流量計において、当該コリオリ流量計は、更に、 前記外側ロータに接続されていて、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを 共に、前記回転軸線の周囲で、前記流体流によって生ずる回転速度よりも大きい 回転速度で回転させるモータ(1701)を備えており、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータは共に、前記大きい回転速度に応答し て、前記穴の中の前記流体の圧力を増大させると共に、当該流量計を通る前記流 体の処理量を増大させるように構成されたことを特徴とするコリオリ流量計。 19. 請求項17のコリオリ流量計において、前記回転させる手段は、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータを共に前記回転中心軸線の周囲で回転 させるモータ(1701)を備えており、 前記外側ロータの前記穴は、前記流体の受け取り、並びに、前記コリオリロー タ及び前記外側ロータの前記回転に応答して、前記外側ロータの前記穴の中の前 記流体を前記流体出口へ送るポンプ作用を生ずることができ、 前記発生する手段(351)は、前記外側ロータによって送られた物質の質量 流量に関する情報を発生することができることを特徴とするコリオリ流量計。 20. 請求項19のコリオリ流量計において、 前記外側ロータの前記穴(1801)は、湾曲していて、前記外側ロータ及び 前記コリオリロータから出る流体の速度を減少させ、これにより、前記外側ロー タを通して前記流体出口に送るポンプ作用を向上させることを特徴とするコリオ リ流量計。 21. 請求項20のコリオリ流量計において、 前記流体入口(337)は、前記回転中心軸線と同軸状であり、 前記流体出口(302)は、前記外側ロータによって送られて前記外側ロータ の周部の前記穴の開口から前記流体出口に与えられる前記流体を受け取るように 、前記ハウジングに対して接線方向に設けられていることを特徴とするコリオリ 流量計。 22. 請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体入口は、前記受け取った流体の流れを、前記外側ロータの外周部に対 して接線方向に、前記流体収容ハウジングの中に導き、 前記流体出口は、前記両ロータの前記中心軸線と同軸状であることを特徴とす るコリオリ流量計。 23. 請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体入口(337)は、前記両ロータの前記中心軸線と同軸状であり、 前記流体は、前記流体収容ハウジングから前記外側ロータの前記外周部に対し て接線方向に流れることを特徴とするコリオリ流量計。 24. 請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体入口(1406)及び前記流体出口(1403)は共に、前記両ロー タの回転中心軸と同軸状に設けられており、 当該流量計は、更に、前記流体入口から前記流体の軸方向の流れを受け取り、 該受け取った流体の流れを前記外側ロータの前記外周部に対して接線方向に流す 手段(1423、1424)を備えていることを特徴とするコリオリ流量計。 25. 請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体入口(1406)及び前記流体出口(1403)は共に、前記両ロー タの前記中心軸線と同軸状に設けられており、 当該流量計は、更に、前記流体入口から受け取った前記流体の軸方向の流れを 受け取り、該受け取った流体の流れを、前記コリオリロータ(1412)及び前 記外側ロータ(1414)の穴に通して、前記外側ロータの外周部に対して接線 方向の流体の流れを前記流体出口に与える手段(1422、1421)を備えて いることを特徴とするコリオリ流量計。 26. 請求項2のコリオリ流量計において、当該流量計は、更に、 前記外側ロータの中心を前記流体収容ハウジングに接続して、前記外側ロータ を前記回転中心軸線の周囲で回転させる第1の軸(331)と、 前記軸(331)の長手方向の凹所と、 一端部が前記コリオリロータの中心に固定的に接続されており、他端部が前記 第1の軸の前記長手方向の凹所の中に位置しているトーションバー軸(329) と、 前記トーションバー軸の前記他端部を前記第1の軸に固定的に接続する手段( 332)とを備えており、 前記コリオリロータは、流体が前記両ロータの前記穴を通る際の前記両ロータ の前記回転に起因して前記コリオリロータに作用するコリオリの力に応答して、 前記コリオリロータを前記外側ロータに対して角度方向に動かすことができ、前 記角度方向の動きは、前記トーションバー軸のねじれ特性によって調節されるよ うに構成されたことを特徴とするコリオリ流量計。 27. 請求項2のコリオリ流量計において、前記外側ロータ(307)は、皿 状の端部要素(340)を有しており、該端部要素の周部は、前記外側ロータの 前記穴(309)を含むリング要素の一側部に接続されており、 当該コリオリ流量計は、更に、 前記リング要素の第2の側部に取り外し自在に取り付けられていて、前記外側 ロータの前記凹所をシールする円形の外側ロータカバープレートと、 前記外側ロータカバープレート(317)に設けられていて、前記流体出口( 304)に接続されている穴と、 前記カバープレートの前記穴の付近で前記カバープレートの内側面に接続され ていて、前記コリオリロータの前記穴の中の前記流体の回転速度を、当該流量計 の前記流体出口の中の流体の非回転状態によって生ずる剪断効果から分離する流 体剪断デカップラ(342)とを備えていることを特徴とするコリオリ流量計。 28. 請求項27のコリオリ流量計において、前記流体剪断デカップラ(34 2)は、 中央の穴(319)を有する実質的に円形の要素を備えており、 該実質的に円形の要素は、前記カバープレート(317)の前記内側面に取り 付けられており、これにより、前記実質的に円形の要素の前記中心の穴は、前記 カバープレートの前記中央の穴に整合されており、 前記流体剪断デカップラは、更に、 前記コリオリロータの前記穴の1つに各々整合されていて、前記実質的に円形 の要素の外周部に設けられている複数の穴(343)を備えており、 前記実質的に円形の要素の前記外周部の前記各々の穴は、複数の湾曲した通路 の中の1つによって、前記実質的に円形の要素の前記中央の穴に接続されていて 、前記流体の運動を、回転する半径方向の流れの状態から、上方の流れの状態に 変換して、前記コリオリロータを前記流体の剪断効果から分離するように構成さ れていることを特徴とするコリオリ流量計。 29. 請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体入口(1102)及び前記流体出口(1107)は共に、前記両ロー タの前記中心軸線と同軸状に設けられており、 当該流量計は、更に、 その先端を前記流体入口(1102)付近に位置させている前記コリオリロー タを含む円錐形の要素(1101)と、 該円錐形の要素の周部に設けられていて、前記円錐形の要素の前記先端から前 記外側ロータ(1114)の外周部付近に位置している前記円錐形の要素の他端 部まで伸長している螺旋状の通路(1113)とを備えており、 前記円錐形の要素(1101)及び前記通路(1113)は、前記流体入口か ら前記流体の軸方向の流れを受け取り、該受け取った流体の流れを再指向して、 前記外側ロータの前記外周部に対して接線方向の流体流を形成することができる ように構成されており、 前記流体は、前記外側ロータの前記穴(1116)、及び、前記コリオリロー タの前記通路を通ることができ、 当該流量計は、また、 前記回転中心軸線の周囲で前記外側ロータと一体になって回転することができ 、前記コリオリロータの凹所の中に設けられている流体剪断デカップラ(111 1、1112)と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記コリオリロータの前記穴から 当該流量計の前記流体出口まで伸長している穴とを備えており、 前記流体剪断デカップラの前記穴は、前記流体流に応答して、当該コリオリ流 量計の前記穴から受け取った回転する半径方向の流体流を前記流体出口に与えら れる軸方向の流体流に変換するように構成されていることを特徴とするコリオリ 流量計。 30. 請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体入口(1406)及び前記流体出口(1403)は共に、前記両ロー タの前記中心軸線と同軸状に設けられており、 当該コリオリ流量計は、更に、 その先端が前記流体入口(1406)の付近に位置するように設けられている 流体剪断デカップラの一部を含む円錐形の要素(1411)と、 前記円錐形の要素の周部に取り付けられた端部を各々有すると共に、前記流体 入口に隣接する他端部を各々有している細長いフィン(1423)とを備えてお り、 前記円錐形の要素は、前記外側ロータ(1414)と一体に回転するように取 り付けられており、 前記円錐形の要素及び前記フィンは、前記流体入口から前記流体の軸方向の流 れを受け取り、該流れを再指向して、前記コリオリロータの前記穴(1421) の内方端に与えられる回転する角度方向の流体流を形成することができるように 構成されており、 前記流体は、前記コリオリロータ(1412)及び前記外側ロータの前記穴 (1422)を通って流れて、前記両ロータを共に回転させることができ、 当該流量計は、また、 前記外側ロータの前記穴からの前記流体を当該流量計の前記流体出口まで移動 させる手段(1401)と、 前記コリオリロータの前記外側ロータ(1414)に対する角度方向の変位を 制限する手段(1518)を備えていることを特徴とするコリオリ流量計。 31. 前記コリオリロータ(307)と前記流体出口(337)との間に位置 する流体剪断デカップラ手段(342)と組み合わせて使用される請求項2のコ リオリ流量計において、 前記流体剪断デカップラを前記回転中心軸線の周囲で前記外側ロータと一体に 回転させる手段(317)と、 前記流体剪断デカップラ手段に設けられていて、前記コリオリロータ(314 )の前記穴(312)から角度方向の流体流を受け取る手段(343)と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記角度方向の流体流を軸方向の 流体流に変換する手段と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記軸方向の流体流を前記流体出 口に供給する手段(319)とを備えることを特徴とするコリオリ流量計。 32. 前記コリオリロータと前記流体入口との間に設けられている流体剪断デ カップラ手段と組み合わせて使用される請求項2のコリオリ流量計において、 前記流体剪断デカップラを前記回転中心軸線の周囲で前記外側ロータと一体に 回転させる手段(317)と、 前記流体剪断デカップラ手段に設けられていて、前記流体入口(337)から 軸方向の流体流を受け取る手段(343)と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記軸方向の流体流を角度方向の 流体流に変換する手段と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記角度方向の流体流を前記コリ オリロータの前記穴の内方端に与える手段(343)とを備えることを特徴とす るコリオリ流量計。 33. コリオリ流量計を作動させる作動方法であって、 受け取った流体流を、ハウジング(301)の中に設けられていて回転中心軸 線を有する外側ロータ(307)の穴(309)、及び、少なくともその一部が 前記外側ロータ(307)の凹所(341)に設けられていて前記回転中心軸線 と同軸状の回転中心軸線を有するコリオリ検知手段(314)の穴に通す工程と 、 前記流体が前記ロータの穴を通過する時に、前記外側ロータ、及び、前記コリ オリ検知手段を共に、前記回転中心軸線の周囲で回転させる工程とを備えており 、 前記コリオリ検知手段は、前記外側ロータ及び前記コリオリ検知手段の同時の 回転を生じさせる前記流体の移動によって生ずるコリオリの力に応答して、前記 回転中心軸線の周囲で前記外側ロータから角度方向に変位するように構成されて おり、 当該作動方法は、更に、 前記角変位の大きさを表す出力信号(323、324)を発生する工程と、 前記信号の受信に応答して、前記流体流の質量流量を導出する工程とを備える ことを特徴とする作動方法。 34. 請求項33の作動方法において、前記コリオリ検知手段は、コリオリロ ータを含むことを特徴とする作動方法。 35. 請求項34の作動方法において、当該作動方法は、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る前記流体流に応答して 、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを前記回転中心軸線の周囲で回転させ る工程を備えることを特徴とする作動方法。 36. 請求項34の作動方法において、当該作動方法は、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る前記流体流に応答して 、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを前記回転中心軸線の周囲で回転させ 、これにより、前記外側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの前記外 周部の前記流体の接線速度よりも実質的に大きくなるようにする工程を備えるこ とを特徴とする作動方法。 37. 請求項34の作動方法において、前記コリオリロータが前記外側ロータ に対して角度方向に変位できる量を制限する工程(401、402)と組み合わ されることを特徴とする作動方法。 38. 請求項34の作動方法において、当該作動方法は、 前記流体流を前記外側ロータの周部の直角要素に通す工程を備えており、 前記直角要素は、互いに実質的に90°で配置された第1の開口(804)及 び第2の開口(803)を有しており、 前記第1の開口は、前記外側ロータの前記凹所の内周部を形成する内周面と実 質的に同一平面に位置しており、 前記第2の開口は、前記外側ロータの外周部付近で該外周部に対して実質的に 直交する方向に設けられていると共に、前記外側ロータの前記外周部付近の接線 方向の流体流の方向とは反対方向を向いており、 当該作動方法は、また、 前記流体流を前記直角要素から前記コリオリロータの前記穴に通して、前記外 側ロータ及び前記コリオリロータを前記回転中心軸線の周囲で回転させ、これに より、前記外側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの前記外周部の前 記流体の接線速度よりも実質的に大きくなるようにする工程を備えており、 前記各々の直角要素の前記第2の開口(803)は、前記外側ロータの前記外 周部の前記流体をすくい上げて、前記直角要素の内部に入れ、前記コリオリロー タの前記穴を通して、前記流量計の流体出口から出すことができるように構成さ れており、 前記直角要素は、前記外側ロータの角度方向の回転速度を減少させて、前記流 量計の前後の流体の圧力降下を小さくするように構成されていることを特徴とす る作動方法。 39. 請求項34の作動方法において、当該作動方法は、 前記外側ロータの前記外周部と実質的に同一平面にあり、前記外側ロータの前 記各々の穴に関してジェット形状の開口(1003)を形成するように湾曲して る第1の開口(312、1002)に、前記流体流を通す工程を備えており、 前記第1の開口は、前記流体出口を介して前記流量計から出る前記流体の流れ を加速することができるように構成されていることを特徴とする作動方法。 40. 請求項39の作動方法において、 前記外側ロータに接続されていて、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを 共に、前記回転中心軸線の周囲で、前記流量計によって生ずる回転速度よりも大 きな回転速度で回転させるモータ(1701)を作動させる工程を備えており、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータは共に、前記大きな回転速度に応答し て、前記穴の中の流体の圧力を増大させると共に、前記流量計を通る流体の処理 量を増大させるように構成されていることを特徴とする作動方法。 41. 請求項34の作動方法において、 流体剪断デカップラ手段(342)を前記回転中心軸線の周囲で前記外側ロー タと一体に回転させる工程を備えており、 前記流体剪断デカップラは、前記コリオリロータと前記流体出口との間に設け られており、 当該作動方法は、更に、前記コリオリロータの前記穴からの回転する半径方向 の流体流を前記流体剪断デカップラ手段に与える工程と、 回転する方法流量を軸方向の流体流に変換する工程と、 前記流体剪断デカップラからの前記軸方向の流体流を前記流体出口に与える工 程とを備えることを特徴とする作動方法。 42. 請求項34の作動方法において、 前記コリオリロータと前記流体入口との間に設けられた流体剪断デカップラ( 342)手段を、前記回転中心軸線の周囲で、前記外側ロータと一体に回転させ る工程と、 前記流体入口からの軸方向の流体流を前記流体剪断デカップラ手段に与える工 程とを備えており、 前記流体剪断デカップラ手段は、前記軸方向の流体流を回転する半径方向の流 体流に変換するように構成されており、 前記流体剪断デカップラ手段は、該流体剪断デカップラ手段からの前記回転す る半径方向の流体流を、前記コリオリロータの前記穴の内方端に与えるように構 成されていることを特徴とする作動方法。
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