JPS5853301B2 - 振動線装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体圧力に応答する圧力測定装置およびその製
造方法に関し、特に基本力感知素子の如き振動線を使用
する型の圧力測定装置用振動線装置およびその製造方法
に関するものである。

工業プロセスで使用するための計測システムでは、流体
圧力、特に流体流速信号を発生するのに流管のオリフィ
ス板に生ずるような差力を測定するための種々の装置が
長い間使用されている。

般に、斯る装置は、例えば米国特許第３５６４９２３号
に記載されているような力平衡型の差圧セルを備えてい
る。

このような装置は、長年に渡って兄事に完成されて来た
けれども、なお、慣用の装置は近代的工業プロセス計測
システムの要請に完全に合致していないということが明
らかになって来た。

例えば、近代的工業プロセス計測システムは、慣用の従
来装置により威し得たものより更に大きな安定性と精度
をもって大幅に変化する温度の如き状態にも対処できる
ことが所望されている。

従来、計測分野では圧力応答装置用基本力感知素子とし
て振動線を伴用することが提案されている。

斯る提案は、線振動周波数が線の張力に綿密に関連して
おり、そして線の張力が測定しようとする差圧により制
御されるという考えに基づいている。

従って線振動周波数は、差圧に応答する測定信号として
発生されることになる。

更に、斯る装置は性能が非常に優れていることが理論的
に証明されている。

振動線装置を開示するものとして多くの特許があり、そ
して斯る従来装置の幾つかの型を簡単に示すものとして
、米国特許第２４４７８１７号、２４５５０２１号およ
び３０４７７８９号が挙げられる。

米国特許第３３９３５６５号には、差圧を測定するため
の幾つかの振動線装置が記載されており、その第２図に
、液体の満された容器に線を有する装置を示している。

第２図の構造は入力を線に結合するためのピボットレバ
２６を含んでおり、以下第３欄第１５行を参照されたい
。

こ＼でレバが除去され、そして線がダイアフラムの１つ
に直接取付けられた変形例が想定される。

しかしながら、このような初期の研究に基づいて作られ
た振動線検出器を有する測定装置は、プロセス計測の分
野では受は入れ難いものである。

それは斯る測定装置が所望の動作状態で適切な性能を持
ち得らいからである。

従って従来の提案は、問題を実際に解決するものでなく
、また、達成された結果がプロセス産業に有益であると
いう所まで、その技術の状態を押し進めるものでなかっ
た。

圧力応答装置の分野でもつとも最近改善されたものとし
て、精確で実用的なガス差圧測定用振動線装置がある。

斯る装置は１９７６年１０月１３日にイー・オー・オル
セン（Ｅ、０・０１ｓｅｎ）等により出願された米国特
許願第７３２１３０号に記載されている。

斯る振動線装置で使用するために適当な電子式伝送器は
１９７６年１０月１３日にイー・オー・オルセン等によ
り出願された米国特許願第７３２１２９号に開示されて
いる。

上記ガス差圧測定用振動線装置は、その意図した目的に
対しては適切な性能々力を有するけれども、工業プロセ
ス用として総合的な目的の差圧装置として働く能力は有
していない。

特にこの装置は、現在の最も商用プロセスにおいて測定
されなければならない種々の液体差圧を測定することが
できない。

以下に述べる本発明の好適な実施例では、総合的目的の
差圧測定装置が提供され、斯る装置はそれぞれの流体圧
力を受ける一対のダイアフラムを有する主ボデー組体を
備えている。

ダイアフラムは密閉されたチャンバを内封し、このナヤ
ンバには印加差圧に従って伸張される非磁性体の振動線
を取囲む液体が満たされている。

磁界が線を横切り、そして電子回路手段により電流が線
に供給されると、電流と磁界の相互作用により線に振動
力が生じる。

本発明の一概念によれば、振動線は非常に小さな断面寸
法を有する密閉された管形の通路内に効果的に内封され
、内部の液体容積を少くシ、マグネットとの相互作用を
密とし、壁や境界面の効果に妨害されることなく線の振
動を持続させる。

磁極片が上記通路の対向する側面に沿って設けられ高密
度の磁界を発生して強い線振動を与え適当な高出力信号
レベルを発生させる。

更に本発明の概念によれば、線を取囲む管がその一端を
密閉され、この密閉した一端に線が取付けられて、後述
されるような幾つかの重要な項目において重大な利点を
与える。

また本発明の別な概念によれば、温度や静圧のような外
部状態の変化が装置の性能に与える影響を実質的に最小
化するための特殊な手段が提供される。

本発明のその他の重要な概念は、振動線の磁界に対する
選択的配向に関し、それによって適当な振幅を有する安
定した振動が得られる。

また開示される装置は、過大な範囲の圧力状態の場合に
、線や装置のその他の要素に対する損傷を防止するため
のユニークな手段を有する。

従って本発明の主たる目的は、商業的に実用的な振動線
型の圧力測定装置およびその製造方法を提供することで
ある。

本発明のその他の重要な目的、概念および利点は、添付
図面と共に以下に行なう説明で部分的に指摘され、明ら
かとなろう。

第１図および第２図は差圧測定装置を示し、この装置は
その対向する側面にダイアフラム２２および２４を有す
る低部ボデー組体２０を備えている。

左側のダイアフラム２２は所定の特定ばね定数、例えば
約７．１４ Ｋｙ／α（４０ポンド／インチ）を有する
、所謂レンジダイアプラムである。

他方のダイアフラム２４は非常に低いぼね定数を有し、
実質的にたるみダイアフラムである。

測定しようとする二つの流体圧力は、差圧測定装置用の
普通の手段（図示せず）によりそれぞれのダイアフラム
に分離して導かれる。

電子箱２８へ配線される電線の保護管として働くステム
２６がボデー組体２０より上向きに延在し、電子箱２８
は長方形の中央部々材３０と２個の円筒側部３２．３４
で構成される。

この電子箱２８は装置の動作に必要な種々の電気部品お
よびこれらを接続するための配線部材を内蔵する。

主としてこれらの電気部品は上記米国特許願第７３２１
２９号に開示されているようなトランジスタであり、従
ってこ＼ではその詳細説明は省略する。

簡単に言えば、このトランジスタは線張力に対応する周
波数でぴんと張った線の振動を誘起する手段と、直流測
定出力信号を発生する手段とを有し、直流測定出力信号
の大きさは振動周波数を表わす。

たわみダイアフラム２４の背後に、３６で示す第１図の
切断部分は、伝送回路に配線されている２本の接続線の
一方を示すものである。

第２図に示すように、低部ボデー組体２０は中央ボデ一
部材４０を有し、この中央ボデ一部材４０はそれに取付
けられたダイアフラム３２および２４用の堅牢な後備板
４２および４４を有する予め選定された小さな直径（便
宜的には０．０５１ｃＩＩＬ（０，０２インチ）、好ま
しくは０．０２５ｎ（０，０１インチ））の円形断面を
有する振動線５０が、ボデ一部材４０および後備板４２
．４４内の内部空間の中央に張られる。

振動線５０の長さの大部分を取囲むように小径の細長い
管５２（また第３図参照）が設けられる。

この管５２の右側端は密閉され、この密閉された右側端
に振動線５０の対応する端が取付けられる。

管５２の左側端は例えばセラミックでできた円筒絶縁ス
リーブ５４により支持され、この円筒絶縁スリーブ５４
は関連部品を介して左側の後備板４２に取付けられる。

振動線５０の左側端はボタンの形をした可動端片６０（
また第４図参照）に係止され、この可動端片６０は周辺
フランジ６２および半田付等により振動線が溶着される
中央バブ６４を有する。

安定した座部を得るための３個の半径リブを有するスペ
ーサリング６６が周辺フランジ６２の右側面を押して左
方向の力を与え、振動線５０を引張る。

この力はオーバレンジばね６８を介してスペーサリング
６６に伝達され、このオーバレンジばね６８は２組の相
互接続されたベレビル （Ｂｅｌ １ｅｖｉｌｌｅ ）型ワッシャ要素から成る
（また時々円錐ばねと呼ばれる）。

オーバレンジばね６８は、ダイアフラムバブ組体７０（
また第８図参照）の各要素により、約４．９９Ｋｙ （
１１ポンド）の力に予圧保持される。

このバブ組体１０はオーバレンジばね６８の右側端で押
されている円板１２と、周辺フランジ６２の外方にあり
これと同心的な一体リング状要素７４とを有し、この要
素１４はスペーサリンク６６の左方向の動きを抑止する
。

従って、装置の通常動作では、バブ組体γ０はオーバレ
ンジばね６８を所定の固定された圧力の状態に保持する
。

バブ組体１０はレンジダイアフラム２２の内部端に取付
けられ、測定しようとする差圧に応じてそのダイアフラ
ムにより発生した力を受ける。

装置の通常動作中、例えば最高約４．０８ＫＰ（９ポン
ド）の選定された線力範囲内で動作している間、予め負
荷されたオーバレンジばね６８は固体（無限のこわさ）
力伝達要素として効果的に作用し、バブ組体１０を振動
線５０の端に機能的に結合する。

その結果レンジダイアフラム２２によす発生した力は振
動線５０に直接印加される。

また、バブ組体１０は、レンジダイアフラム２２からの
力に加えて、零ばね８０からの初期紗張力すなわち零設
定力を受ける。

この零ばね８０は振動線５０を取囲む一対の略々平坦で
相互接続されたワッシャ状要素であることが好ましく、
また例えばスパイラルカットアラ） （ｃｕｔ −ｏｕ
ｔ ）（図示せず）で形成してそれらの柔軟性を増すよ
うにしてもよい。

本実施例では、これらの零ばね８０の各要素は約２ポン
ドの力を発生し、この力はレンジダイアフラム２２から
の任意の力のない場合における線張力を決定する。

線の長さが変ると、それらの内部端が共に取付けられて
いるこれらの相互接続された零ばね８０の各要素は、平
行四辺形の性質を帯びた動きを生じ、そのばね力が線の
軸を同心的に配列保持するようになる。

線長の全変化量は約０．００３８ｃｒｒＬ（０，００１
５インチ）であり、従って、レンジダイアフラム２２が
装置スパンの全範囲に渡って打つ際にはばね力の変化は
大したことはない。

後備板４２および４４は注意深く形成されたダイアフラ
ム支持面を有し、この支持面はこれと組合わさったダイ
アフラムの形状と正確に整合される。

従って後備板４２および４４は、いずれかのダイアフラ
ムをその後備板の方へ押す過大範囲の圧力状態の場合で
もこれらのダイアフラムに対して安定した支持を呈する
。

装置がその通常の動作範囲内であるとき、これらの後備
板４２および４４は、各ダイアフラムに隣接した小量の
内封領域を決定し、これらの領域はボデー組体２０内の
その他の内部穴領域（管５２の内部を含む）と共に充填
液体８４の満たされている密封された内部ナヤンバを形
成する。

それぞれのダイアフラム２２および２４の背後にある２
つの内封領域は、通路を通して相互に液体が伝達され、
上記通路は第１の後備板４２に取付けられた第１の管状
部材９０（また第３図参照）と、第２の後備板４４に取
付けられた第２の管状部材９２とで構成される。

各ダイアフラムは普通の構造を或すそれぞれの溶着リン
グ９４，９６により対応する後備板の所に保持される。

二つの流体圧力間の差を測定するのに装置を使用すると
きは、低い方の圧力が例えば約７．１４Ｋｐ／ｃＩＩＬ
（４０ポンド／インチ）の所定ばね定数を有するレンジ
ダイアフラム２２に印加される。

また高い方の圧力は右側のたわみダイアフラム２４に印
加され、このダイアフラム２４はレンジダイアフラム２
２のばね定数よりかなり低いぼね定数を持ったたるみダ
イアフラムである。

振動線５０のばね定数はレンジダイアフラム２２のそれ
より相当高く、例えば約７１４．３Ｋｆ／ｃｒＩＬ（４
０００ポンド／インチ）である。

両ダイアフラム２２および２４は協働して幾つかの重要
な新規な特徴をもたらす。

これらの特徴の一つによれば、たわみダイアフラム２４
のばね定数は、装置の通常動作の全範囲に渡って略々零
である。

斯る状態の下では、密封されたチャンバ内の充填液体８
４の圧力は、印加された二つの圧力のうちの高い方、す
なわちたわみダイアフラム２４に印加されている圧力に
実質的に等しい。

従って、レンジダイアフラム２２は測定しようとする圧
力差に比例した正味の力を発生し、この正味の力は張力
として振動線５０に印加される（さらに、勿論前述した
零ばね８０からの初期固定力も印加される）。

この正味の力は適切に確立された物理的法則に従って振
動線５０の振動周波数を制御し、その結果この振動周波
数が測定しようとする差力の測定値となる。

振動線５０の振動を誘起するために、その端部は上記米
国特許願第７３２１２９号に記載されているような発振
回路に接続され、この発振回路は、正帰還特性を有し、
振動線に交流電流を生ずるように配されている。

線軸の周辺に線を通して定磁界を発生することによって
、発振線電流と磁界の相互作用のため線に横方向の力が
発生する。

振動線５０および管５２は非磁気材料で作られ、これら
の横方向のベクトル力を適切に発生するようにさせる。

本実施例では、磁気構体１００（特に第５図および第６
図参照）によって非常に強力な磁界が振動線５０を通し
て発生し、磁気構体１００は２個の並行する永久磁石１
０２，１０４を有し、これらの永久磁石１０２，１０４
は管の対向する側にこれと近接して設けられた■形磁極
片１０６゜１０８に結合される。

これらの永久磁石１０２゜１０−４は可能な最強磁界を
発生する材料で作られるべきである。

好ましくは、この磁気材料は、開示した構成において、
約１８０００ガウスの磁束密度を線に生ずるサマリウム
−コバルト磁石の如き希土類元素／コバルト化合物であ
る。

磁気構体１００は磁石保持ばね１１０により保持される
。

管５２により呈されるような振動線５０用の小さな液体
通路を使用したことによる一つの重要な利点は、磁極片
’１０６，１０８を線に近接させて装架することができ
、これによって良好な磁界の強さが得られ、強力な線振
動を得ることができるということである。

好適な実施例では、磁極片１０６および１０８間の間隔
は約０．１１４ｃｒＩＬ（０，０４５インチ）である。

管５２は０．１０４１０４（，０４１インチ）の外径と
０．０６６ＣＩｒＬ（０，０２６インチ）の内径を有し
、一方線径は０．０２５ｃｒｒＬ（０，０１インチ）で
ある。

線用の電流は、電子箱２８へ導入する接続線３６（第１
図および第２図）により振動線５０の右側端へ供給され
る。

この振動線電流の帰還路は、左側線端から可動端片６０
、スペーサリング６６、バブ組体γ０およびレンジダイ
アフラム２２を介して装置のシャーシ（すなわち接地）
へ、そしてそれから導線（図示せず）を介して電子箱２
８へもどることにより完成される。

線張力の低制限値（零ばね８０により設定される際には
約０．９に？（２ポンド）において、好適な実施例での
振動周波数は、代表的には約１７５０Ｈｚであった。

約４．０５ＫＰ（９ポンド）の線引張りを有する動作範
囲の最高端における振動周波数は、代表的には約３１０
０Ｈｚであった。

こ＼に述べた型の装置により呈されるもつと重大な問題
の一つは、周囲温度の変化により生ずる誤差である。

すなわち、線振動周波数は装置の温度関数である。

このような温度誤差に寄与する幾つかの係数がある。

特に重要な１係数は密閉された内部にある充填液体８４
の粘度の変化によって生ずる。

通常充填液体の粘度は、温度が減少するに従って一般に
増加する温度依存性である。

液体分子がもつと粘性となり、それらが線に強く付着し
て線の実効質量を増大させたとしても、粘度が増加する
と線振動周波数は減少する。

従って、振動周波数が線の質量に逆比例の関係にあるの
で、粘度が増加すると線振動周波数は減少する（但し他
の物体は等しいとする）ことがわかる。

粘度の温度誘導変化の影響を最小化するためには、比較
的低粘度の充填液体を使用することが望ましい。

約１センチストークスより大きくない室温粘度を有する
充填液体を使用することに留意すると利点があることが
わかる。

また低粘度温度係数を有する充填液体を使用することが
重要である。

粘度変化の最も重大な影響は、商業的に重要な温度範囲
である一４００Ｆ〜１８０°Ｆの低温度端で現われる。

例えば温度が室温から一４００Ｆまで下ると液体粘度２
００多〜３００％まで変化するかもしれない。

従って、。これらの低温度範囲では最小の粘度温度係数
を有する充填液体を選ぶべきである。

特に０°Ｆで約０．０５センチストークス１０Ｆ以下の
係数を有する液体を使用することが望ましい。

このような特性、そしてまた約１センチストークスだけ
の室温粘度を有する充填液体はドウコーニング（Ｄｏｗ
Ｃｏｒｎｉｎｇ ）社より発売されているＤＣ２００と
表示したシリコーンオイルである。

上述の基準に従って充填液体８４を選択することにより
温度誘導粘度変化により生ずる問題は減少される。

しかしながら、多くの用途に対しては、更に粘度の変化
の影響を最小化することが望ましい。

このことは本発明のその他の概念によれば、温度の変化
に伴なって振動線５０の張力を変えて、粘度の変化を無
効とするような補償手段により行なわれる。

特にこ＼に開示した好適な実施例では、この補償は負熱
効果を有する零ばね８０を使用することによって達成さ
れる。

すなわち、零ばね８０の力は温度の増加に伴なって減少
する。

従って温度が下ると、ばね力は振動周波数を増加する方
向に増大して、対応する線振動の温度誘起粘度変化の影
響を補償する。

この負熱ばね特性は、零ばね８０として、温度が減少す
ると増大する、従ってばね力を増大する弾性係数を持つ
材料を選ぶことにより達成される。

好適の実施例で使用したばね材料は、カーペンタスチー
ル（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ ５ｔｅｅｌ ）社製のスティ
ンレススチールの形態を威す通称カーペンタカスタム（
Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ Ｃｕｓｔｏｍ ） ４４５とし
て市販されている製品である。

また振動線装置のすぐれた性能は、振動線５０と充填液
体８４の高い密度比に起因することが分った。

この密度比は、最良の総合動作に対してはその比が２０
を越すことが望ましいけれども、少くとも１０であるべ
きである。

好適な実施例では、線（イリジウムで作られた）の密度
は約２１１／ベシリコーンオイルの充填液体の密度は７
７°Ｆで約０．８１８ ｊ！／Ｃ１／ｌであり、従って
約２５のすぐれた密度比が得られた。

イリジウム線を用いる際には、管５２としてはタンタル
で作った方がよい。

それはタンタルがイリジウムと略等しい温度膨張係数を
持っているからである。

またイリジウムは、高い弾性係数を有し、線を非常に細
かく伸張させると共に、低い電気抵抗率を有するので、
振動線としてすぐれている。

更に、イリジウムは溶着や半田付により関連する部品に
容易に取付けることができる。

線対液体の密度に関係なく、線の密度は如何なる場合に
も高くするべきであり、好ましくは少くとも１０．！９
／”ｚそして便宜的には２０．９／ｍ以上である。

上述の如く、イリジウムはこれに関してすぐれており、
２１．！ｉｌ＋／７の密度を有している。

またタングステン線は適当に高い密度を有しており、本
装置に同様に用いることができる。

温度誤差に寄与するその他の重要な係数は、温度の変化
で生ずる液体容積の変化である。

上述した型のシリコーンオイルは約６％／１００°Ｆ膨
張する。

この液体の膨張は、ダイアフラムを外側に押す力を生じ
、そして充填液体内の圧力を増大しようとするので、こ
れに対応して線張力および測定出力信号が変化する。

温度変化に伴なう液体容積の変化の影響を最小とするた
めには、先ず装置を、充填液体の容積が非常に小さくな
るように設計することが重要である。

従って、ダイアフラム２２，２４およびそれらの後備板
４２．４４間の間隔は、それらの間の・通路と充填液体
を含む装置のその他の部分を結合する際に小さくするべ
きである。

振動線５ｏ用の小断面管形通路を使用する重要な利点は
、最小量の液体のみが斯る通路（本実施例では基本的に
管５２を有する）により包含されるということである。

このような管形の通路の使用および上述したその他の部
品配列によって、装置の密閉された内部チャンバ内の全
液体容積は、こ＼に示すような好適な１ユニツトでは、
約０．９８３ＣＩｉｔ（０，０６Ｉｎ３）に保持された
。

然しなから、充填液体が最小量の場合でも、なお、液体
の膨張のある影響が残っている。

このような膨張はダイアフラム２２，２４をふくらませ
ることにより解消できるが、ダイアフラム２２゜２４が
普通のばね定数をもった慣用の設計であると、そのダイ
アフラムの動きは充填液体に付加的圧力を印加させ、も
って、緩張力を変化し、対応して測定誤差を生ずる。

従って、右側のダイアフラム２４を所謂たわみダイアフ
ラムとして形成することにより、この誤差を減少するこ
とができ、それによりダイアフラムのばね定数は非常に
低く、レンジダイアフラム２２のばね定数よりかなり低
い。

液体の膨張時たわみダイアフラム２４がふくらむけれど
も充填液体の圧力の変化は低く抑えられ、相応して線振
動周波数に対する影響も小さくなる。

こＮに述べた型の装置により呈されるさらに重要な問題
は、静圧の変化が対応する測定信号の変化を生ずるとい
うことである。

二つのダイアフラム２２，２４上の外圧が増加すると、
例えばダイアフラムは、少くとも幾分充填液体の圧縮率
により、内側方向に少し働く。

レンジダイアフラム２２が（右側に）動くと、振動線５
０はゆるめられがちであり、それによりその振動周波数
は低くなり、これは測定誤差として現われる。

しかしながら本発明の更に他の概念によれば、この静圧
誤差は次に述べる補償構成により実質的に減少される。

この静圧補償は、開示した本装置では、その密閉端に振
動線５０が取付けられる管５２を形成する構成とするこ
とにより達成される。

従って、静圧（例えば２０００プサイ〜３０００プサイ
）の増加ｌこより液体の圧力が増加すると、対応して管
５２の密閉端を押す力が増加する。

この力の増加により、管５２が少しだけ効果的に引張ら
れるので、振動線５０の右側端が後備板４２から動く。

従って、増大した静圧がレンジダイアフラム２２を右側
へ動かすと、線がたるむようになり、その同じ圧力の増
加が線の遠端を動かして、緩張力を増大するようになる
。

内装される関連部品の形状を適当に釣合わせることによ
り、これらの二つの対抗する影響は相互に略々相殺する
ことができ、この結果静圧の変化に基づく出力信号の変
化は極めて微細なものとなる。

管５２の右側端は、この補償を行なうために縦に動かな
ければならないことがわかる。

この動きを構造上安定して行なうと共に、振動線５０が
管５２を振動させないようにするために、たわみ支持体
１２０（また第９図参照）が管５２の端部に取付けられ
、軸方向には動くが、横方向には動かさないようにする
。

このたわみ支持体１２０は２個の隔置された並行たわみ
１２２，１２４を有し、これらのたわみはその上端およ
び下端が中央ボデー１４０にボルト止めされる。

これらのたわみ１２２．１２４はそれらの中央領域が金
属リング１２６に取付けられ、この金属リング１２６は
２個のたわみ１２２，１２４を均一な間隔で分離保持す
る。

金属リング１２６は、絶縁リング１２８および内部金属
スリーブ１３０を有する金属−ガラス密封体（また第１
図参照）の部分を形成する。

このスリーブ１３０は、階段状の内面を有するアンバ（
Ｉｎｖａｒ ）で作られた他のスリーブ１３２上に設け
られ、これに取付けられる。

この階段状のスリーブ１３２はモネルピン１３４に当接
してこれに取付けられ、このモネルピン１３４は振動線
５０の端部に取付けられる。

階段状のスリーブ１３２の左側端は管５２に取付けられ
る。

従って、たわみ支持体１２０はこの管５２の端部に対し
て横方向の動きを抑制し、一方充填液体の圧力の変化す
なわち管材料の温度の変化に応答して、管５２の端部を
軸方向に動かす。

また内部金属スリーブ１３０は電子伝送回路すなわち電
子箱２８からの接続線３６が接続される。

このスリーブ１３０は階段状のスリーブ１３２を介して
振動線５０および管５２へ到る電気回路を形成し、従っ
てこれらのスリーブは共に接地（すなわち装置シャーシ
）と異なった電位にある。

上述の如く、管５２の左側端は磁性体の絶縁スリーブ５
４により大地から電気的に絶縁されている。

また管５２の外面は、マイラ絶縁層で被覆されることが
好ましい。

こヌに述べた型の装置は、線の共振々動周波数である変
則性を呈するという試験結果が得られている。

特にある装置の場合、線は、時々ある一定の張力の下で
二つの異なる周波数、例えば２０００Ｈｚおよび２００
２Ｈｚで交互に共振する。

このコうな２重共振特性は、勿論装置を商用として極め
て信頼性のないものとする。

しかしながらこの問題は次の点に着目することにより解
決される。

すなわち２重共振現象は振動線５０が通常同質でなく線
軸のまわりに不同率（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ）或
いは不均一性を有するということである。

従って線軸を通る一面の共振周波数は、線軸を通る他面
の共振周波数とかなり異なっている。

更に詳しく伝えば、通常線は、異なる共振周波数を有す
る好適な二つの振動面を持っていることがわかる。

これらの二つの面は、通常相互に正して角度をなし、そ
して一面の振動振幅は他面のそれより大きい。

上述の着目点を助長するために、振動面が最大の振動振
幅を生ずることを決定し、従って線が最大振幅面で振動
されるように磁界の方向に対して装置の線の位置決めを
行なうためのある手法が提案された。

この手法によれば、振動線５０は空気中にある張力をも
って設けら札そして上述の如く電気回路によって普通の
仕方で振動させられる。

線を通る磁界は線軸のまわりに回転できるよう装架され
た磁石により発生され、従ってその磁界の大きさを変え
ることなく、線を通る磁界の方向が変化される。

磁石は線のまわりを回転するので、振動面もまた線の軸
のまわりを回転する。

磁石が回転する際に線により発生される交流電気信号の
振幅を観察することにより、二つの相互に垂直な大振幅
振動面を見付けることができ、より大きな振動を生じて
いる面を選択する。

それから、選択した好適な面を、線を保持するたわみの
上にしるし、その線をその装置に組込むときに、選択し
た振動面が磁界の方向に対して垂直となるように位置決
めする。

次にこ＼で述べたような装置のもつその他の問題を考え
るに、レンジダイアフラム２２がバブ組体１０に４．９
９にノ（１１ポンド）（零ばね８０からの力を含む）の
力が生ずるようなオーバレンジ状態が、高圧側に発生す
るならば、オーバレンジばね６８は予め負荷されている
その４．９９ＫＰ以上の付加力を吸収するように圧縮す
る。

オーバレンジばね６８が圧縮すると対応してバブ組体７
０が左側へ動ぐが、可動端片６０の対応する動きは実質
的に生じない。

オーバレンジ状態が強烈ならば、オーバレンジばね６８
がその圧縮率の限界値に達する前に、たわみダイアフラ
ム２４は遂にその後備板４４の底部に触れるようになる
。

従って、線は過大な引張りから保護され、その損傷を免
れる。

オーバレンジ状態が低圧側に生ずると、レンジダイアフ
ラム２２は右側へ動いて、遂にその後備板４２に触れる
ようになり、そして可動接片６０はスペーサリング６６
から離れる。

この結果振動線５０はたるむようになるが線が損傷され
ることはない。

許容可能なダイアフラムの行程量は非常に小さく、例え
ば約０．１４ｃｒＩＬ（０，０５５インチ）である。

また、後備板４２．４４は磁気材料、例えばイー・ブラ
イト（Ｅ−Ｂｒｉｔｅ）と称するステンレススチールで
形成することが好ましい。

従って、後備板４２．４４は永久磁石１０２，１０４用
の磁気シールドとして付加的に作用し、ダイアフラム２
２，２４の領域における磁束を減少し、プロセス流体か
らの吸引分子の変化を最小とする。

第１０図は本発明の他の実施例であって、充填液体量の
温度誘導変化を補償するための異なる構成を示すもので
ある。

本装置は前の図のものと同様であり、充填液体を含む内
封チャンバを密閉するレンジダイアフラム１５０および
たわみダイアフラム１５２を備えている。

レンジダイアフラム１５０は振動線１５６の一端に結合
された端片１５４を有し、振動線１５６に張力を与える
。

振動線１５６の他端はガラスビードの形態を成す磁器絶
縁体１５８に取付けられ、この絶縁体１５８はその上部
が固定された片持オーバレンジばね１６０により中央ボ
デ一部材１６２に保持される。

オーバレンジばね１６０の右方向の動きは、中央ボデ一
部材１６２と係合するボルト１６６のヘッド１６４によ
り抑制される。

装置の通常動作中、オーバレンジばね１６０はボルト１
６６のヘッド１６４を押し、従っである位置に固定され
た絶縁体１５８をレンジダイアフラム１５０により線に
印力目される張力に抗して保持するように働く。

小径の管１γ０は振動線１５６を取囲み、そしてその両
端が中央ボデ一部材１６２に取付けられる。

この管は内部の密閉されたチャンバの部分を形成し、こ
れはまたダイアフラム１５０，１５２およびそれらの各
後備板１７２，１７４間で内封された領域と、右側のダ
イアフラム領域から大きなブロック１１８を介して絶縁
体１５８の領域へ到る接続通路１７６を有する。

大きなブロック１γ８は装置内の密閉チャンバ内の対応
する間隙に設けられる。

この間隙はブロックとその大きさをほとんど整合され、
そしてこのブロックのまわりの小さな間隙を充填液体が
占める。

ブロック１１８は中央ボデ一部材１６２に物理的に取付
けられ、従って密封チャンバ内に効果的に浮遊している
。

ブロック１７８は、略々零の極めて低い温度膨張係数を
有する材料、例えばアンバで作られる。

装置の他の部分は充填液体用の密封チャンバを構成する
が、普通（比較的高い）の温度膨張係数を有する。

装置の温度が上昇すると、これらの装置の他の部分は膨
張し、もって密封チャンバの大きさも増大する。

しかしながら、ブロック１７８は実質的に同じ大きさを
保持したま＼である。

密封チャンバの全容積に関連してブロック１７８の容積
を適当に選ぶことによって、チャンバの正味の容積（す
なわちブロック１１８以下）の温度誘導増加を充填液体
の容積膨張と整合するように釣合わせることができ、従
ってその容積膨張による充填液体の圧力への重大な影響
を防止することができる。

また、第１０図の実施例は変形されたオーバレンジ保護
構成を有する。

高圧のオーバレンジが生じると、上述の如くレンジダイ
アフラム１５０は左側へ動き、振動線１５６に過大な力
を発生しがちである。

しかしながら、通常の線力を越えるとオーバレンジばね
１６０が曲り、左へ動いてボルト１６６のヘッド１６４
から離れ、それによって線の引張り過ぎを防止する。

強烈なオーバレンジ状態ではたるみダイアフラム１５２
はその後備板１１４に底が触れ、更に大きくなろうとす
る充填液体の圧力を抑制する。

この後備板１１４への底の触しは、オーバレンジばね１
６０が中央ボデ一部材１６２と係合する点に到達する前
に発生し、従って、振動線１５６がオーバレンジ状態で
損傷されないようにする。

本発明の好適な実施例をこ＼に詳細に述べて来たけれど
も、これは本発明の原理を例示するためのものであり、
本発明を何等限定するべきものでないことを強調したい
。

従って、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変化変
更例を威し得ることが当業者には明白であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置を一部切断して示す斜視図、
第２図は第１図に示す装置の中央ボデー組体を切断して
示す断面図、第３図は第１図に示す装置の２個のダイア
フラムのサブアッセンブリをある内部々品が見えるよう
に一部切断して示す斜視図、第４図は線へ張力を伝達す
るために使用される要素を示す斜視図、第５図は線内封
管を除いた磁石組体を示す斜視図、第６図は線およびこ
れを取巻く管と共に磁石組体を拡大して示す断面図、第
１図はレンジダイアフラムにより支持される力伝達部材
の構成を示す詳細断面図、第８図は線内封管の密閉端用
たわみ支持体を示す断面図、第９図は線および管組体を
拡大して示す断面図、第１０図は本発明の他の実施例の
断面図である。 図中、２０は低部ボデー組体、２２はレンジダイアフラ
ム、２４はたるみダイアフラム、２８は電子箱、３０は
中央部材、３２．３４は円筒側部、４０は中央ボデ一部
材、４２．４４は後備板、５０は振動線、５２は細長い
管、６０は可動端片、６４は中央バブ、６６はスペーサ
リング、６８はオーバレンジばね、ｌＯはダイアフラム
バブ組体、８０は零ばね、８４は充填液体、９０は第１
管状部材、９２は第２管状部材、１００は磁気構体、１
０２．１０４は永久磁石、１５０はレンジダイアフラム
、１５２はたわみダイアフラム、１５６は振動線、１６
０は片持オーバレンジばね、１６２は中央ボデ一部材、
１１０は小径の管、１７２゜１１４は後備板、１１８は
ブロックである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 印加された差圧に対応する測定信号を発生するため
   の振動線装置であって、内部空間を有するボデ一手段と
   、このボデ一手段に取付けられ、上記内部空間を密封す
   るための隔置された第１および第２のダイアフラムとを
   備え、上記ダイアフラムはその外面に測定しようとする
   液体差圧をそれぞれ受けるように配列され、上記ボデ一
   手段は対応するダイアフラムの内面に近接してそれぞれ
   設けられた第１および第２のダイアフラム支持手段を有
   し、これらのダイアフラム支持手段間に第１および第２
   の内封領域をつくり、更に上記第１のダイアフラムにそ
   の一端が結合された振動線と、上記ボデ一手段に対して
   上記振動線の他端を固定するための手段と、上記振動線
   と近接してこれを取囲み、上記第１のダイアフラムに隣
   接する上記第１の内封領域から延びる小さな断面寸法の
   細長い通路を有する管状手段と、この管状手段の内部と
   上記第４および第２のダイアフラムに＠接する第１およ
   び第２の内封領域との間の伝達を行なうための手段と、
   上記内封領域、上記細長い通路および上記伝達を行なう
   ための手段を含む密封チャンバを形成する手段と、上記
   密封チャンバの充填液体と、エネルギーを上記振動線に
   与えてその張力に関連した周波数で上記振動線を振動さ
   せるための手段とを備えた振動線装置。 ２ 管状手段の対向する側に設けられ、管状手段に内蔵
   された振動線を通して強度の定磁界を発生するための磁
   気手段と、電気信号を振動線に流して線張力に応じた線
   振動を行なわせるための手段とを備え、上記定磁界は線
   軸を横切り、上記振動線は非磁気材料で作られている特
   許請求の範囲第１項記載の振動線装置。 ３ 振動線はイリジウムで作られる特許請求の範囲第２
   項記載の振動線装置。 ４ 管状手段はタンタルで作られた丸管である特許請求
   の範囲第３項記載の振動線装置。 ５ 振動線はタングステンで作られる特許請求の範囲第
   ２項記載の振動線装置。 ６ 振動線は全長に渡り均一な断面の円形をなし、且つ
   全長に渡り他に触れないようになされている特許請求の
   範囲第１項記載の振動線装置。 ７ 管状手段は少くとも１０：１の長さ対内部幅比を有
   する特許請求の範囲第１項記載の振動線装置０ ８ 管状手段は均一な壁を有し、約０．１２７ｃＩｒＬ
   （０，０５インチ）より大きくない外径の円形断面管と
   、この円形断面管の対向する側にこれと近接して設けら
   れ、振動線を通して強度の定磁界を発生するための磁極
   片手段とを備え、上記振動線および上記円形断面管は非
   磁気材料で形成される特許請求の範囲第１項記載の振動
   線装置。 ９ 振動線は円形断面をなし、且つその振動する全長に
   渡って他に触れないようになされている非磁気材料で形
   成され、しかも０．０５１ｃＩＩＬ（０，０２インチ）
   より大きくない直径を有する特許請求の範囲第１項記載
   の振動線装置。 １０ 充填液体は所定の低粘度温度係数を有するシリコ
   ーンオイルである特許請求の範囲第１項記載の振動線装
   置。 １１０°Ｆにおける粘度温度係数が０．０５センナスト
   ークス１０Ｆ以下である特許請求の範囲第１０項記載の
   振動線装置。 １２ シリコーンオイルは８０°Ｆで２センナストー
   クス以下の粘度を有する特許請求の範囲第１０項記載の
   振動線装置。 １３振動線の密度と充填液体の密度の比は少くとも１０
   ：１である特許請求の範囲第１項記載の振動線装置。 １４振動線の密度と充填液体の密度の比は２０：１より
   大きい特許請求の範囲第１３項記載の振動線装置。 １５ 振動線の密度は１ｏｇ／ｃｒｔ！より大きい特許
   請求の範囲第１項記載の振動線装置。 １６振動線の密度は２０ ｊｉ／ｃｒ／ｌより大きい特
   許請求の範囲第１５項記載の振動線装置。 １１ ボデ一手段に対して振動線の他端を固定する手段
   は、その第１の点が振動線の軸から片寄っている領域の
   上記ボデ一手段に取付けられ、且つ振動線の方へ延在す
   る片持部を有する片持ばねと、この片持ばねの片持部を
   上記振動線の他端に接続するための手段と、上記片持ば
   ねの片持部に結合され、上記振動線の軸に並行な方向で
   しかも上記振動線の一端から離れる方向の上記片持部の
   動きを抑１１］する運動制限手段とを備え、片持ばね力
   は上記振動線の一端方向への動きから振動線の他端を常
   に保持しているが振動線力が過大となると斯る動きをさ
   せる特許請求の範囲第１項記載の振動線装置。 １８印加された差圧に対応する測定信号を発生するため
   の振動線装置であって、内部空間を有るボデ一手段と、
   とのボデ一手段に取付けられ、上記内部空間を密封する
   ための隔置された第１および第２のダイアフラムとを備
   え、上記ダイアフラムはその外面に測定しようとする液
   体差圧をそれぞれ受けるように配列され、上記ボデ一手
   段は対応するダイアフラムの内面に近接してそれぞれ設
   けられた第１および第２のダイアフラム支持手段を有し
   、これらのダイアフラム支持手段間に第１および第２の
   内封領域をつくり、更に上記第１のダイアフラムにその
   一端が結合された振動線と、上記ボデ一手段に対して上
   記振動線の他端を固定するための手段と、上記振動線と
   近接してこれを取囲み、上記第１のダイアフラムに隣接
   する上記第１の内封領域から延びる小さな断面寸法の細
   長い通路を有する管状手段と、この管状手段の内部と上
   記第１および第２のダイアフラムに隣接する第１および
   第２の内封領域との間の伝達を行なうための手段と、上
   記内封領域、上記細長い通路および上記伝達を行なうた
   めの手段を含む密封ナヤンバを形成する手段と、上記密
   封チャンバの充填液体とエネルギーを上記振動線に与え
   てその張力に関連した周波数で上記振動線を振動させる
   ための手段と、第１および第２のダイアフラム間に差圧
   がない場合に振動線に張力を与えるばね手段を備え、こ
   のばね手段は充填液体の粘度の変化による上記振動線の
   振動に対する温度誘導効果に反対方向の所定温度係数の
   ばね力変化を有する振動線装置０ １９充填液体の粘度は温度が下ると増大し、それによっ
   て線振動周波数を減少し、ばね手段のばね力はその温度
   が下ると増大し、それによって低温度で振動線により大
   きな張力を生じて上記低温度における線振動周波数を増
   大させる特許請求の範囲第１８項記載の振動線装置。 加印力日された差圧に対応する測定信号を発生するため
   の振動線装置であって、内部空間を有するボデ一手段と
   、このボデ一手段に取付けられ上記内部空間を密封する
   ための隔置された第１および第２のダイアフラムとを備
   え、上記ダイアフラムはその外面に測定しようとする液
   体差圧をそれぞれ受けるように配列され、上記ボデ一手
   段は対応するダイアフラムの内面に近接してそれぞれ設
   Ｏられた第１および第２のダイアフラム支持手段を有し
   、これらのダイアフラム支持手段間に第１および第２の
   内封領域をつくり、更に上記第１のダイアフラムにその
   一端が結合された振動線と、上記ボデ一手段に対して上
   記振動線の他端を固定するための手段と、上記振動線と
   近接してこれを単囲み、上記第１のダイアフラムに隣接
   する上記第１の内封領域から延びる小さな断面寸法の細
   長い通路を有する管状手段と、この管状手段の内部と上
   記第１および第２のダイアフラムに隣接する第１および
   第２の内封領域との間の伝達を行なうための手段と、上
   記内封領域、上記細長い通路および上記伝達を行なうた
   めの手段を含む密封チャンバを形成する手段と、上記密
   封チャンバの充填液体とエネルギーを上記振動線に与え
   てその張力に関連した周波数で上記振動線を振動させる
   ための手段と、振動線の前記一端を前記第１のダイアフ
   ラムに連結する手段を含み、前記連結手段が振動線の前
   記一端に堅固に連結された第１の要素と、前記第１のダ
   イアフラムに堅固に連結された第２の要素と、前記第１
   と第２の要素の間に置かれた圧縮ばね手段と、振動線に
   よりささえられる通常の最大力より大きい予設定ばね力
   まで前記圧縮ばね手段を通常は圧縮する手段を含み、そ
   れにより作用力が前記予設定のばね力を越えなければ前
   記圧縮ばね手段がダイアフラムの力を振動線へ直接に伝
   達することを特徴とする振動線装置。 ２１ 前記第１の要素が振動線の方向に面する第１の
   接触表面を提供する側方へ延在する部分を含み、前記第
   ２の要素が前記第１の接触表面と側方へ整合し、かつ前
   記第１の接触表面から外へ位置した第２の接触表面を含
   み、 前記圧縮ばね手段の一側が通常は前記第１と第２の接触
   表面の双方と係合し、 前記第２の要素はさらに前記圧縮ばね手段の他側と係合
   する部分を含み、 前記圧縮ばね手段は前記第２の接触表面と前記第２の要
   素の部分との間で通常は圧縮され、それにより前記予設
   定力より小さいダイアフラムの力は振動線を介して直接
   に伝達されるのに対し、予設定力より大きいダイアフラ
   ムの力は前記第２の接触表面を前記圧縮ばね手段の一側
   から持ち上げた状態で前記圧縮ばね手段をさらに圧縮さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の
   振動線装置。 授前記第１の要素が前記第１の接触表面を提供する外方
   フランジを有するボタン状部材を含み、前記第２の要素
   が前記ボタン状のフランジを円形状に取囲み、かつ前記
   フランジと同心の部分を含み、この部分は前記第１の接
   触表面と整合した前記第２の接触表面を提供することを
   特徴とする特許請求の範囲第２１項に記載の振動線装置
   。 お前記圧縮ばね手段と前記第１と第２の接触表面との間
   にあるスペーサを含む特許請求の範囲第２２項に記載の
   振動線装置。 ２４ 前記スペーサが輪郭において円形であり、また前
   記第１と第２の接触表面と係合する３個の半径方向のリ
   ブ部材を含む特許請求の範囲第２３項に記載の振動線装
   置。 ｂ印加された差圧に対応する測定信号を発生するための
   振動線装置において、ボデ一手段であって、前記ボデ一
   手段の第１と第２の両端部に開口部を備えた内部空間を
   有するボデ一手段と、このボデ一手段に取付けられ、前
   記第１と第２の開口部をそれぞれ密封して密閉された内
   部室を画成する第１および第２のダイアフラムとを備え
   、上記ダイアフラムはその外面に測定しようとする液体
   差圧をそれぞれ受けるように配設され、さらに前記密閉
   した内部室内の充填液体と、前記第１のダイアフラムの
   中央区域に一端を結合され、そこから前記第２のダイア
   フラムの中央区域まで概ね延在している小さい断面の振
   動線とを備え、前記第１のダイアフラムは前記液体差圧
   に対応した引張り力を前記振動線の一端に作用させるよ
   うに配設され、さらに前記振動線の全長の少なくとも大
   部分にわたり前記振動線を取り囲んで前記第１のダイア
   フラムから前記第２のダイアフラムへ向かって延在する
   細長い通路を形成する小径の管状壁手段と、前記振動線
   装置の作動範囲内において前記第１のダイアフラムによ
   り作用される張力に応じて前記振動線の他端が動くのを
   阻止するように前記振動線の他端を固定する手段を備え
   、前記ボデ一手段内の前記密閉した内部室は前記細長い
   通路の壁を概ね越えて前記振動線の軸線に関して半径方
   向の外方に配置された比較的に大きな体積の補助部分と
   、前記補助部分を概ね満たす材料を含み、前記材料の膨
   張温度係数が前記密閉した内部室を画成する前記ボデ一
   手段の膨張温度係数より相当に小さく、前記材料の体積
   は前記充填液体および前記ボデ一手段の温度誘導膨張特
   性に予定的に関連して、前記充填液体の体積の変化に概
   ね対応した前記内部室の正味体積の変化をもたらし、前
   記材料を内部に有する前記内部室の前記補助部分が前記
   管状の通路の一端と連通ずる一方で、前記通路の一端と
   前記隣接したダイアフラムとの間における前記充填液体
   を開放連通させる振動線装置。 茜大容積の部材は零に近い温度膨張特性を有する特許請
   求の範囲第２５項記載の振動線装置。 π大容積の部材はアンバで形成される特許請求の範囲第
   ２６項記載の振動線装置。 ２８大容積の部材は密封ナヤンバの壁の如何なる点にも
   取付けられていない特許請求の範囲第２５項記載の振動
   線装置。 ３円形断面を有し、軸線方向に垂直に振動する引張ワイ
   ヤと、前記引張ワイヤと共に作動可能で振動を誘起する
   磁場形成磁気手段を含む型式の力応答装置を作る方法に
   おいて、 前記引張ワイヤの軸線に対し垂直方向に向く磁場に前記
   引張ワイヤを位置づけること、 前記引張ワイヤに接続され、かつ前言己磁場との相互作
   用を行うように配設された電気手段により前記引張ワイ
   ヤを振動させること、 前記引張ワイヤの振動の大きさに比例した電気信号を発
   生すること、 前記磁場の強さを一定に維持する一方で、前記引張ワイ
   ヤの軸線と前記磁場との間に相対回転を生じさせること
   、 前記引張ワイヤにより生じた該信号の振幅を測定するこ
   と、 最大の信号振幅を提供する前記磁場に関する前記引張ワ
   イヤの位置を前記測定値から決定すること、 前記装置において前記磁気手段に関する前記位置に前記
   引張ワイヤを固定すること、 を含む力応答装置を作る方法。 加前記位置の決定が、 前記磁場内に保持する一方で、定着真向に前記引張ワイ
   ヤを保持すること、 前記定着具のまわりに回転するように設置された磁石に
   より前記磁場を生じ・させること、前記磁場に関して決
   定された前記引張ワイヤの適正な位置を指示するしるし
   をつけること、前記装置内において前記しるしに対応し
   た位置決めで前記引張ワイヤを組み付けること、を含む
   特許請求の範囲第２９項に記載の力応答装置を作る方法
   。