(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の湾曲した流通管（２１０）と、
前記単一の湾曲した流通管（２１０）に固定されている流通管温度センサＴ１（２９１）と、
前記単一の湾曲した流通管（２１０）に対向して固定されているバランス構造体（２０８）と、
前記バランス構造体（２０８）に固定されているバランス温度センサＴ２（２９２）とを備えており、
前記流通管温度センサＴ１（２９１）の流通管温度センサ抵抗および前記バランス温度センサＴ２（２９２）のバランス構造体温度センサ抵抗が所定の抵抗比となるように選択されてなる、振動式フローメータ（２０５）。
【請求項２】
前記所定の抵抗比が前記単一の湾曲した流通管（２１０）と前記バランス構造体（２０８）との間の温度重要度比に相当してなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項３】
前記バランス構造体（２０８）が、
前記単一の湾曲した流通管（２３０）と結合されているベース（２６０）と、
前記ベース（２６０）から延びている被駆動構造体（２５０）とを有しており、
振動ドライバ（２２０）の第一のドライバ部分（２２０Ａ）が、前記被駆動構造体（２５０）と固定され、前記単一の湾曲した流通管（２１０）に固定されている第二のドライバ部分（２２０Ｂ）と相互作用するように構成されてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項４】
前記被駆動部材（２５０）が、前記ベース（２６０）からおおむね直角に延びるカンチレバーアームである、請求項３に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項５】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管（２１０）と前記被駆動構造体（２５０）との間の温度重要度比に相当してなる、請求項３に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項６】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管（２１０）と、前記被駆動構造体（２５０）と組み合わされた前記ベース（２６０）との間の温度重要度比に相当してなる、請求項３に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項７】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記単一の湾曲した流通管（２１０）の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項８】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体（２０８）の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項９】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記単一の湾曲した流通管（２１０）の温度による熱応力を補償するために用いられてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項１０】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体（２０８）の温度による熱応力を補償するために用いられてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項１１】
前記バランス温度センサＴ２（２９２）には、前記バランス構造体（２０８）の１つ以上の部位に固定され、バランス構造体温度信号を生じる２つ以上のバランス温度センサＴ２（２９２）およびＴ３（２９３）がさらに含まれ、前記バランス構造体（２０８）の１つ以上の部位における２つ以上のバランス構造体温度センサ抵抗が、前記バランス構造体（２０８）の１つ以上の部位における熱重要度に関する総バランス構造体抵抗を形成してなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（２０５）。
【請求項１２】
振動式フローメータの温度を測定する方法であって、
前記振動式フローメータの単一の湾曲した流通管に固定されている流通管温度センサＴ１を流れる流通管電流を測定することと、
前記単一の湾曲した流通管に対向して固定されている、前記振動式フローメータのバランス構造体に固定されたバランス温度センサＴ２を流れるバランス電流を測定することと、
温度測定結果を用いて１つ以上のフローメータ温度補償を実行することとを含んでおり、
前記流通管温度センサＴ１の流通管温度センサ抵抗および前記バランス温度センサＴ２のバランス構造体温度センサ抵抗が所定の抵抗比を形成するように選択される、方法。
【請求項１３】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管と前記被駆動構造体との間の温度重要度比に相当する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記バランス構造体が、
前記単一の湾曲した流通管と結合されているベースと、
前記ベースから延びている被駆動構造体とを有しており、
振動ドライバの第一のドライバ部分が、前記被駆動構造体に固定され、前記単一の湾曲した流通管に固定されている第二のドライバ部分と相互作用するように構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記被駆動部材が、前記ベースからおおむね直角に延びるカンチレバーアームである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管と前記被駆動構造体との間の温度重要度比に相当する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管と、前記被駆動構造体と組み合わされた前記ベースとの間の温度重要度比に相当する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記単一の湾曲した流通管の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記単一の湾曲した流通管の温度による熱応力を補償するために用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体の温度による熱応力を補償するために用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記バランス温度センサＴ２には、前記バランス構造体の１つ以上の部位に固定され、バランス構造体温度信号を生じる２つ以上のバランス温度センサＴ２およびＴ３がさらに含まれ、前記バランス構造体の１つ以上の部位における２つ以上のバランス構造体温度センサ抵抗が、前記バランス構造体の１つ以上の部位における熱重要度に関連する総バランス構造体抵抗を形成する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
振動式フローメータを形成する方法であって、
単一の湾曲した流通管と該単一の湾曲した流通管に対向して固定されるバランス構造体とを備えるフローメータ組立体を形成することと、
前記単一の湾曲した流通管に流通管温度センサＴ１を固定することと、
前記バランス構造体にバランス温度センサＴ２を固定することとを含んでおり、
前記流通管温度センサＴ１の流通管温度センサ抵抗および前記バランス温度センサＴ２のバランス構造体温度センサ抵抗が所定の抵抗比を形成するように選択される、方法。
【請求項２４】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管と前記バランス構造体との間の温度重要度比に相当する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記バランス構造体が、
前記単一の湾曲した流通管と結合されているベースと、
前記ベースから延びている被駆動構造体とを有しており、
振動ドライバの第一のドライバ部分が、前記被駆動構造体に固定され、前記単一の湾曲した流通管に固定されている第二のドライバ部分と相互作用する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記被駆動部材が、前記ベースからおおむね直角に延びるカンチレバーアームである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管と前記被駆動構造体との間の温度重要度比に相当する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記所定の抵抗比が、前記単一の湾曲した流通管と、前記被駆動構造体と組み合わされた前記ベースとの間の温度重要度比に相当する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記単一の湾曲した流通管の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記単一の湾曲した流通管の温度による熱応力を補償するために用いられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記流通管温度センサ抵抗および前記バランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体の温度による熱応力を補償するために用いられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記バランス温度センサＴ２を固定することが、前記バランス構造体の１つ以上の部位に２つ以上のバランス温度センサＴ２およびＴ３を固定し、バランス構造体温度信号を生じることをさらに含み、前記バランス構造体の１つ以上の部位における２つ以上のバランス構造体温度センサ抵抗が前記バランス構造体の１つ以上の部位の熱重要度に関連する総バランス構造体抵抗を形成する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式フローメータおよび方法に関するものであり、とくに温度を測定するための振動式フローメータおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動式フローメータはさまざまな動作因子による影響を受けうる。振動式フローメータの精度に影響を与えうる１つの環境因子は温度である。この温度には、流動物質の温度が含まれうる。また、この温度には、例えば周囲の空気やフローメータに接続されている流通管などのようなフローメータ環境の温度がさらに含まれうる。
【０００３】
通常、振動式フローメータは、予測される温度または温度範囲における使用に向けて設計・校正されるのが一般的である。予測される温度または温度範囲からズレてしまうと、フローメータによりなされる測定に影響を与えてしまう場合もある。例えば、フローメータ構造体の剛性は、温度による影響を受け、質量流量測定結果に影響を与える場合もある。それに加えて、温度が変化すると、振動式フローメータの共振周波数にも影響を与えてしまう場合もある。
【０００４】
温度の影響はフローメータ内で補償することができる。従来技術における典型的な温度補償アプローチは、フローメータの流通管の側面に温度センサを固定し、温度測定結果を用いて公知の方法でフローメータの出力を増減することである。このことは、温度の変化に起因するフローメータ構造体の弾性モジュラス（弾性係数）の変化についての温度補償を含んでいる。フローメータの共振周波数は温度とともに変化しうる。典型的な直線状のチューブメータでは、バランス構造体および／またはケースにも温度センサが必要となりうる。バランス構造体温度／ケース温度と流通管温度との間の差は、フローメータの物理的寸法が変わりうる温度の変化に起因する熱応力（すなわち、張力または圧縮力）についての補償に用いられる。
【０００５】
図１には、従来の単一流通管型振動式フローメータが示されている。図示されているように、このフローメータは、バランス棒１０２を取り囲むケース１０３を備えている。バランス棒１０２は、シリンダ形状であり、流通管１０１を取り囲んでいる。ケース１０３は、ネックエレメント１０５よって、入力フランジ１０６および出力フランジ１０６に結合されている端部エレメント１０４を有している。エレメント１０７はフローメータへの入力部であり、エレメント１０８は出力部である。流通管１０１は、ケース端部１０４のブレースバー部であるエレメント１１２におけるケース端部１０４の開口部に接続されている入力端部１０９を有している。ブレースバー部１１２はネックエレメント１０５と結合されている。右側では、位置１１２において、流通管１０１の出力端部１１０がケース端部１０４と結合されており、この位置１１２では、ケース端部１０４がネックエレメント１０５に接合されている。
【０００６】
使用時、流通管１０１とバランス棒１０２とはドライバ（図示せず）により逆位相で振動させられる。物質が流通管１０１を流れている場合、流通管１０１の振動はコリオリ応答を誘発し、この応答は、ピックオフセンサにより検出される（図示せず）。ピックオフセンサの出力は、電子機器に加えられ、この電子機器は、信号を処理し、例えば質量流量、密度、粘度などの如き流動物質に関する所望な情報を導出するようになっている。ピックオフセンサ間の位相変位は、流体の質量流量に関する情報を表わしている。いずれのピックオフセンサの共振周波数も流体の密度に関する情報を表わしている。
【０００７】
従来の単一チューブメータは、流通管とバランス棒との間の振幅比を自動的に調節する設計により、ある範囲の流体密度にわたってバランスが保たれるようになっている。このことは、振動構造体の軸線に沿って存在する静止ノードが再配置されるという重大な欠点を有している。フローメータにおいて、ノードの再配置は問題である。というのは、ノードは、バランス構造体が流通管に接合されている当該流通管上に通常位置しているからである。したがって、これらのノード間の領域により通常流通管の有効長さが規定される。この有効長さは測定感度に影響を与える。さらに、ノードが再配置されると、チューブの端部が振動するようになってしまう。このことによりフランジが振動するようになる。これらの望まれない振動はさらに測定感度にも影響を与えてしまう恐れがある。
【０００８】
熱補償に関していえば、フローメータのさまざまな異なる構造部における温度は、フローメータのデータ出力に対する重要度が異なりうる。局部温度の重要度に重み付けをするという概念がキーポイントになる。ケースの温度を１０度（流通管温度と比較して）上げると表示流量に１％の変化が生じる場合、およびバランス構造体の温度を１０度上げると表示流量に２％の変化が生じる場合、バランス構造体温度は、熱影響の補償に際してケース温度より２倍重要であるといえる。局部温度の重要度は、表示された流量および密度に対するその影響に比例している。メータの性能に対する局部温度の重要度は、実験により、またはより一般的に行われているようにコンピュータモデリングにより求めることができる。
【０００９】
従来、温度補償は、温度の変化とともに生じるモジュラスシフト（係数変動）を補償するための流通管上の１つの温度センサによりなされていた。熱応力の補償には、バランス構造体および／またはケースに設けられる２つ以上の標準温度センサを備えている温度センサネットワークが用いられる。これらの標準温度センサは、通常ＲＴＤであり、０℃において例えば１００オームの標準抵抗を有している。ＲＴＤの抵抗は温度とともに増大するので、ＲＴＤの温度がその抵抗値から求められる。
【００１０】
従来の熱応力温度補償ネットワークでは、例えば、出力データの生成にとって、カウンタバランスの温度はケースの温度と比較して２倍重要であった。このようなメータでは、カウンタバランスに２つの標準温度センサが設けられ、ケースに１つの標準温度センサが設けられる。カウンタバランスおよびケースに設けられたセンサは直列に接続される。したがって、これらの抵抗は加算されることになる。総抵抗を３で割ることにより平均抵抗が求められ、ひいては加重平均温度が求められる。したがって、この温度測定では、熱応力補償のための加重平均温度測定値の生成の際、バランス構造体温度がケース温度よりも２倍重み付けされる。
【００１１】
チューブ以外の構成部材の温度の変化により流通管が引っ張られた状態または圧縮された状態に置かれ、流れに対する周波数および感度が変わりうる、直線状のチューブメータでは熱応力補償ネットワークは重要である。湾曲したチューブメータでは、熱応力はあまり重要ではない。というのは、メータの他の構成部材の寸法の変化に対応するために流通管が僅かに曲がることができるからである。したがって、湾曲したチューブメータは、チューブ以外の構成部材の温度変化による引っ張りに起因する流れに対する周波数または感度の変化が僅でしかないことになる。
【００１２】
単一の湾曲したチューブメータは他の問題を有している。単一の湾曲したチューブメータには単一の直線状のチューブメータと同じ振幅比バランス設計が用いられている。しかしながら、流通管の剛性が非常に小さいため、バランス構造体の剛性も非常に小さくなり、振動固有周波数の決定にバランス構造体が非常に積極的な役割を果たしている。換言すれば、バランス構造体のモジュラスシフトは、流通管のモジュラスシフトと同じ大きさの影響をシステム周波数に対して与えうる。流体密度の測定において周波数が基本であるので、また流出流量の補償において密度が必要となるため、バランス構造体の温度について出力データを補償することが必要である。
【００１３】
バランス構造体には、駆動振動時における変形の際に、比較的ストレスの高い領域と、比較的ストレスの低い領域とが存在する。駆動周波数にとって、ストレスの高い領域はストレスの低い領域よりも重要となる。重要度の概念は、直線状のチューブメータに対するものと同じであるが、次の点において異なっている。直線状のチューブメータでは、流通管を引っ張り状態／圧縮状態に置くことにより重要な領域の周波数が変わるようになっているが、単一の湾曲したチューブメータでは、バランス構造体のモジュラスがシフトすることにより重要な領域の周波数が変わるようになっている。
【００１４】
複数の標準温度センサを用いる従来の補償方法は、直線状のチューブメータまたは湾曲したチューブメータのいずれにおいても欠点を有している。バランス棒温度の重要度がケース温度の重要度の整数倍数でない場合、必要な温度センサネットワークは、複雑で、多くの温度センサを必要とするようになる場合もある。例えば、図１に記載の単一の流通管メータでは、ケース温度の重要度はバランス構造体温度の重要度の３／８である。これに対する従来のネットワーク構成は、３つの温度センサがケースに置かれ、８つの温度センサがバランス構造体に置かれる構成となる。１１の温度センサはすべて直列に接続される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この解決策には欠点がある。多くの温度センサが必要となる。このことにより、抵抗和が大きくなる。さらに、複雑な回路および多くのワイヤーが必要となる。材料費が高くなる。製造原価が高くなる。抵抗式温度センサの数が増えると、配線不良および動作不良の恐れが高まり、複数の抵抗素子からなる直列回路内の１つの故障が全体を動作不能にしてしまう。また、抵抗式温度センサの数が増えると、加算的な許容差エラーが大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
〔本発明の態様〕
本発明の一つの態様では、振動式フローメータは、単一の湾曲した流通管と、単一の湾曲した流通管に固定されている流通管温度センサＴ１と、単一の湾曲した流通管に対向して固定されているバランス構造体と、バランス構造体に固定されているバランス温度センサＴ２とを備えており、流通管温度センサＴ１の流通管温度センサ抵抗およびバランス温度センサＴ２のバランス構造体温度センサ抵抗が所定の抵抗比を形成するように選択されている。
【００１７】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管とバランス構造体との間の温度重要度比に相当する。
【００１８】
好ましくは、バランス構造体は、単一の湾曲した流通管に結合されているベースと、このベースから延びている被駆動構造体とを有し、振動ドライバの第一のドライバ部分が、被駆動構造体に固定され、単一の湾曲した流通管に固定されている第二のドライバ部分と相互作用するように構成されている。
【００１９】
好ましくは、被駆動部材は、ベースに対しておおむね直角に延びるカンチレバーアームである。
【００２０】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管と被駆動構造体との間の温度重要度比に相当する。
【００２１】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管と、被駆動構造体と組み合わされたベースとの間の温度重要度比に相当する。
【００２２】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が、単一の湾曲した流通管の温度による弾性モジュラスのシフト（弾性係数の変動）を補償するために用いられる。
【００２３】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が、バランス構造体の温度による弾性モジュラスのシフト（弾性係数の変動）を補償するために用いられる。
【００２４】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が、単一の湾曲した流通管の温度による熱応力を補償するために用いられる。
【００２５】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗がバランス構造体の温度による熱応力を補償するために用いられる。
【００２６】
好ましくは、バランス温度センサＴ２には、バランス構造体の１つ以上の部位に固定され、バランス構造体温度信号を生じる２つ以上のバランス温度センサＴ２およびＴ３がさらに含まれ、バランス構造体の１つ以上の部位における２つ以上のバランス構造体温度センサ抵抗は、バランス構造体の１つ以上の部位の熱重要度に関連する総バランス構造体抵抗を形成する。
【００２７】
本発明の１つの態様では、振動式フローメータの温度を測定する方法は、振動式フローメータの単一の湾曲した流通管に固定されている流通管温度センサＴ１を流れる流通管電流を測定することと、単一の湾曲した流通管に対向して固定されている、振動式フローメータのバランス構造体に固定されたバランス温度センサＴ２を流れるバランス電流を測定することと、温度測定結果を用いて１つ以上のフローメータ温度補償を実行することとを含んでおり、流通管温度センサＴ１の流通管温度センサ抵抗およびバランス温度センサＴ２のバランス構造体温度センサ抵抗が所定の抵抗比を形成するように選択される。
【００２８】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管とバランス構造体との間の温度重要度比に相当する。
【００２９】
好ましくは、バランス構造体は、単一の湾曲した流通管に結合されているベースと、このベースから延びている被駆動構造体とを有し、振動ドライバの第一のドライバ部分が、被駆動構造体に固定され、単一の湾曲した流通管に固定されている第二のドライバ部分と相互作用するように構成されている。
【００３０】
好ましくは、被駆動部材は、ベースに対しておおむね直角に延びるカンチレバーアームである。
【００３１】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管と被駆動構造体との間の温度重要度比に相当する。
【００３２】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管と、被駆動構造体と組み合わされたベースとの間の温度重要度比に相当する。
【００３３】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が単一の湾曲した流通管の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる。
【００３４】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗がバランス構造体の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる。
【００３５】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が単一の湾曲した流通管の温度による熱応力を補償するために用いられる。
【００３６】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗がバランス構造体の温度による熱応力を補償するために用いられる。
【００３７】
好ましくは、バランス温度センサＴ２には、バランス構造体の１つ以上の部位に固定され、バランス構造体温度信号を生じる２つ以上のバランス温度センサＴ２およびＴ３がさらに含まれ、バランス構造体の１つ以上の部位の２つ以上のバランス構造体温度センサ抵抗は、バランス構造体の１つ以上の部位の熱重要度に関連する総バランス構造体抵抗を形成する。
【００３８】
本発明の１つの態様では、波振動式フローメータを形成する方法は、単一の湾曲した流通管とこの単一の湾曲した流通管に対向して固定されるバランス構造体とを備えるフローメータ組立体を形成することと、単一の湾曲した流通管に流通管温度センサＴ１を固定することと、バランス構造体にバランス温度センサＴ２を固定することとを含んでおり、流通管温度センサＴ１の流通管温度センサ抵抗およびバランス温度センサＴ２のバランス構造体温度センサ抵抗が所定の抵抗比を形成するように選択されている。
【００３９】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管とバランス構造体との間の温度重要度比に相当する。
【００４０】
好ましくは、バランス構造体は、単一の湾曲した流通管に結合されているベースと、このベースから延びている被駆動構造体とを有し、振動ドライバの第一のドライバ部分が、被駆動構造体に固定され、単一の湾曲した流通管に固定されている第二のドライバ部分と相互作用するように構成されている。
【００４１】
好ましくは、被駆動部材は、ベースに対しておおむね直角に延びるカンチレバーアームである。
【００４２】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管と被駆動構造体との間の温度重要度比に相当する。
【００４３】
好ましくは、所定の抵抗比は、単一の湾曲した流通管と、被駆動構造体と組み合わされたベースとの間の温度重要度比に相当する。
【００４４】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が単一の湾曲した流通管の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる。
【００４５】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗がバランス構造体の温度による弾性モジュラスのシフトを補償するために用いられる。
【００４６】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗が単一の湾曲した流通管の温度による熱応力を補償するために用いられる。
【００４７】
好ましくは、流通管温度センサ抵抗およびバランス構造体温度センサ抵抗がバランス構造体の温度による熱応力を補償するために用いられる。
【００４８】
好ましくは、バランス温度センサＴ２を固定することが、バランス構造体の１つ以上の部位に２つ以上のバランス温度センサＴ２およびＴ３を固定し、バランス構造体温度信号を生じることをさらに含み、バランス構造体の１つ以上の部位における２つ以上のバランス構造体温度センサ抵抗がバランス構造体の１つ以上の部位の熱重要度に関連する総バランス構造体抵抗を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の単一流通管型振動式フローメータを示す図である。
【図２】本発明にかかる振動式フローメータを示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる振動式フローメータを示す図である。
【図４】抵抗比が１：２である温度センサを示す図である。
【図５】抵抗比が１：５である温度センサを示す図である。
【図６】本発明にかかる振動式フローメータを示す図である。
【図７】コネクタにより部分的に規定される曲げ軸線を中心として被駆動部材および流通管２１０を振動させることが好ましいことを示す図である。
【図８】ベース２６０が被駆動部材２５０と同位相で僅かに揺動（rocking）するようになる流通管の回転を示す図である。
【図９】ベースが流通管と同位相で僅かに揺動する流通管の回転を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図２〜図９および以下の記載には、本発明を最良のモードで実施および利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するために、従来技術の一部が単純化または省略されているものもある。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、以下の記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて本発明の複数の変形例を形成することもできる。したがって、本発明は、以下の記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。
【００５１】
図２には、本発明にかかる振動式フローメータ２０５が示されている。振動式フローメータ２０５は、コリオリ質量フローメータまたは振動式デンシトメータである。振動式フローメータ２０５は、流通管２１０と、流通管２１０と結合されているベース２６０と、ベース２６０から突出している被駆動部材２５０とを備えている（図６〜図９およびその説明も参照）。ドライバ２２０（図６およびその説明も参照）は、流通管２０１および被駆動部材２５０に固定されている構成部品から形成されている。振動式フローメータ２０５の動作中、ドライバ２２０は被駆動構造体２５０に対して流通管２１０を振動させる。ドライバ２２０により、被駆動部材２５０は流通管２１０とはほぼ反対方向に向けて振動させられる。したがって、流通管２１０が一方の方向に動くと、被駆動部材２５０がそれとはほぼ反対方向に向けて動き、流通管２１０との釣り合いがとられる。流通管２１０は、バランス構造体２０８の振動特性と同じまたは異なる振幅および周波数で振動するようになっていてもよい。
【００５２】
湾曲した流通管が示されているが、これらの温度センサは湾曲した流通管のフローメータに限定されるものではない。同様に、単一の流通管が示されているが、本発明にかかる温度センサは、単一の流通管フローメータまたはバランス棒もしくは他のバランス構造体を用いるフローメータに限定されるものではない。
【００５３】
また、振動式フローメータ２０５は、流通管温度センサＴ１２９１と、モジュラス（係数）を補償するように構成されているバランス温度センサＴ２２９２とをさらに備えている。実施形態によっては、温度センサが抵抗温度素子（ＲＴＤ）を有している場合もある。流通管温度センサＴ１２９１は、流通管２１０に固定され、流通管温度を測定するようになっている。流通管温度センサＴ１２９１は流通管温度信号を生成する。流通管温度センサＴ１２９１は、流通管２１０の中心のドライバ位置の近くに位置するものとして示されているが、いうまでもなく、流通管２１０のどの位置に配置されてもよい。
【００５４】
バランス温度センサＴ２２９２は、バランス構造体２０８に固定され、バランス構造体の温度を測定するようになっている。例えば、バランス温度センサＴ２２９２は、被駆動部材２５０に固定される場合もあれば、または、ベース２６０に固定される場合もある。バランス温度センサＴ２２９２は被駆動部材温度信号を生成する。いうまでもなく、バランス温度センサＴ２２９２をバランス構造体２０８のどの位置に配置してもよい。
【００５５】
実施形態によっては、バランス温度センサＴ２２９２が被駆動部材２５０に固定されている場合もある。というのは、温度変化による係数の変化によりもっとも影響を受けるのが被駆動部材２５０だからである。実施形態によっては、被駆動部材２５０がベース２６０からおおむね直角に延びるカンチレバーアームのことである場合もある。それに代えて、バランス温度センサＴ２２９２をベース２６０にマウントするようにしてもよい。しかしながら、バランス温度センサＴ２２９２は、特定の位置に限定されることはなく、バランス構造体２０８におけるいかなる所望の位置に配置されてもよい。
【００５６】
図面では、バランス温度センサＴ２２９２は、流通管温度センサＴ１２９１よりも物理的に大きいものとして表わされている。流通管温度センサＴ１２９１の内部抵抗とバランス温度センサＴ２２９２の内部抵抗との間のあり得る差を示すために物理的な大きさに差がつけられている（しかしながら、これらの抵抗が等しくてもよい）。この差は、流通管温度センサＴ１２９１の抵抗およびバランス温度センサＴ２２９２の抵抗が前もって決められている抵抗比を形成するように選択されることを示している。この抵抗比は、出力データに対する局部温度の相対的な重要度に応じてセットされる。このことは、流通管温度応答がベース温度応答と異なる場合、例えば振動式フローメータ２０５の動作中の温度が変化すると（その他すべての因子は一定のまま）、一方のまたは両方のピックオフセンサ２３０および２３１により生成される計測信号が変化するような場合になされる。
【００５７】
いくつかの実施形態にかかる振動式フローメータ２０５は、流通管２１０とバランス構造体２０８との間の温度重要度比に対応する所定の抵抗比を有している。いくつかの実施形態にかかる振動式フローメータ２０５は、流通管２１０と被駆動構造体２５０との間の温度重要度比に対応する所定の抵抗比を有している。いくつかの実施形態にかかる振動式フローメータ２０５は、流通管２１０とベース２６０との間の温度重要度比に対応する所定の抵抗比を有している。
【００５８】
それに代えてまたはそれに加えて、所定の抵抗比をバランス構造体２０８の被駆動構造体２５０とベース２６０との間に形成することができる。被駆動構造体２５０が温度センサＴ２２９２を有し、ベース２６０が温度センサＴ３２９３（破線）を有するようにしてもよい。所望ならば、温度センサＴ２２９２および温度センサＴ３２９３が、被駆動構造体２５０とベース２６０との間の熱重要度を完全に特性化しうる第二の抵抗比を形成するようにしてもよい。
【００５９】
温度重要度比は、温度の変化が構成部材の弾性モジュラス（弾性係数）にどのように影響するかを数値化したものでありうる。温度重要度比は、流れる流体の温度（または、環境温度）の変化がどのように構成部材に伝達されるかを数値化することができる。例えば、ベースの端部は、ベースの中央部よりも流体の温度変化に対する応答がより迅速である。したがって、ベース２６０の端部および中心部に温度センサを配置するようにしてもよい。これらのセンサは、それらの相対的重要度と一致する適切な抵抗比を有するように選択されてもよい。次いで、ベース２６０のこれらのセンサの抵抗を足して、流通管２１０に対する所望の重要度（また抵抗）比を確立するようにすることができる。
【００６０】
温度重要度比は、実施形態によっては実験的に求められる値である場合もある。他の実施形態では、温度重要度比がフローメータの材料の既知の伝熱特性およびこれらの材料の既知の量からコンピュータモデリングを用いて求められる場合もある。しかしながら、いうまでもなく、温度重要度比が他の方法で取得されるようになっていてもよい。
【００６１】
温度センサ抵抗値はいかなる適切な方法で設定または形成されてもよい。例えば、温度センサは、ラダー抵抗の要素をトリミング（例えば、レーザートリミングもしくはエッチング）、切断または焼き切ることにより、複数群の抵抗を溶接もしくは接合することにより、あるいは他の方法により形成することができる。
【００６２】
総抵抗ＲＴＯＴが懸案事項ではないようないくつかの実施形態では、温度センサ２９１および２９２はいかなる方法で選択されてもよい。例えば、１つの温度センサを標準抵抗となるように選択し、所定の抵抗比を得るように第二の温度センサを構成することができる。それに代えて、まず総抵抗ＲＴＯＴを選択し、次いで一方のまたは両方の温度センサを所定の抵抗比を得るように構成するようにしてもよい。このアプローチにより、温度センサネットワークの２つの温度センサの総抵抗ＲＴ０Ｔがあまり大き過ぎないようにまたはあまり小さ過ぎないようにすることが担保される。
【００６３】
実施形態によっては、振動式フローメータの温度を測定する方法は、振動式フローメータの流通管に固定されている流通管温度センサＴ１および振動式フローメータのバランス構造体に固定されているバランス温度センサＴ２を流れる温度測定値を有している電流を測定することと、この温度測定値を用いて１つ以上のフローメータ温度補償を実行することとを含んでいる。流通管温度センサＴ１２９１の流通管温度センサ抵抗およびバランス温度センサＴ２２９２のバランス構造体温度センサ抵抗は、所定の抵抗比を形成するように選択される。
【００６４】
実施形態によっては、振動式フローメータを形成する方法は、バランス構造体および流通管を有するフローメータ組立体を形成することと、流通管に流通管温度センサＴ１２９１を固定することと、バランス構造体にバランス温度センサＴ２２９２を固定することとを含んでいる場合もある。流通管温度センサＴ１２９１の流通管温度センサ抵抗およびバランス温度センサＴ２２９２のバランス構造体温度センサ抵抗は、所定の抵抗比を形成するように選択される。
【００６５】
実施形態によっては、バランス構造体２０８を完全に特性化するために、図２の温度センサＴ２２９２およびＴ３２９３の如き１つ以上のさらなるバランス構造体温度センサが含まれている場合もある。一例としては、ベース温度が被駆動構造体温度よりも２倍重要である場合、被駆動構造体２５０に比べて２倍の数の温度センサ素子をバランス構造体２０８のベース２６０に取り付けるようにしてもよい。したがって、ベース２６０の温度変化は、被駆動構造体２５０の温度変化の２倍の影響をセンサ電気抵抗に対して与える。次いで、直列に並べられた３つの温度センサの抵抗の変化を３で割ってバランス構造体２０８の加重平均温度を求めるようにしてもよい。また、バランス構造体２０８の領域の熱重要度を特性化するために、複数の温度センサを並列にまたは他の電気ネットワーク構造で接続することもできる。
【００６６】
本発明にかかる温度センサは複数の利点を提供する。本発明にかかる温度センサは、振動式フローメータ２０５のために２つのセンサ素子しか必要としない。本発明にかかる温度センサは、２つのワイヤーしか必要としない。より少ない数の抵抗素子しか必要としないということは、許容差エラーの可能性がより少ないということを意味する。より少ない数の抵抗素子しか必要としないということは、許容差問題が加算されていく統計的可能性がより小さいということを意味する。
【００６７】
本発明にかかる温度センサでは、電気抵抗は、構成部材の熱重要度に比例して提供されている。したがって、温度補償は、より容易に達成され、より正確かつより本質的なものである。
【００６８】
本発明は、所定の抵抗比に応じた抵抗を有している温度センサを用いることにより、熱的影響が不均等であるという問題に対処している。このことは、バランス温度センサＴ２２９２の基準抵抗に対する流通管温度センサＴ１２９１の基準抵抗（すなわち、０℃における抵抗）の比が流通管温度とバランス構造体温度との間の重要度比に等しくなっているオーダメイドの温度センサを用いることを含みうる。
【００６９】
例えば、標準的な温度センサは１００オームの抵抗を有している。この温度センサがバランス構造体温度を測定するために用いられる場合、流通管温度の測定には３７．５オームの基準抵抗を有する温度センサが用いられうる。この場合、抵抗比は、３７．５オーム対１００オーム、すなわち約３：８である。しかしながら、先行技術とは対照的に、１１個の温度センサではなく２つの温度センサだけが必要となる。２つの温度センサが本質的に同じ温度係数を有する同じ材料からなっている場合、これらの温度センサが、直列に接続されると、所望の結果が得られることになる。次いで、検出された総合温度に起因する抵抗値の変化により、温度変化による質量流量および／または振動周波数の変化が正確に予測される。
【００７０】
図３には、本発明の他の実施形態にかかる振動式フローメータ２０５が示されている。直線状のチューブメータと同様に、フローメータを熱応力について補償するために温度測定の改良が必要とされる。この実施形態では、流通管温度センサＴ１２９１は第一の温度測定回路を備えており、バランス温度センサＴ２２９２およびＴ３２９３は独立した第二の温度測定回路を備えている。したがって、メータ電子機器２６は流通管温度測定結果およびバランス構造体温度測定結果を別々に受け取るようになっている。この実施形態は、例えば熱応力が顕著である用途、例えば直線の流通管またはわずかに湾曲した流通管において用いることが可能である。熱応力というのは、熱い流体が冷たい環境においてフローメータを流れる時のように流通管とフローメータの他の部分との間の温度の差によって引き起こされる。熱応力を補償するには、流通管の温度と他のフローメータの構成部材の加重平均温度との２つの温度が既知であることが必要である。流通管のモジュラス補償に関するいくつかの実施形態では、流通管温度は、加重平均温度とは別々に用いられる場合もある。それに加えて、流通管温度と加重平均温度との差が求められる場合もある。
【００７１】
フローメータをモジュラスシフト（係数変動）について補償するために、改良された温度測定を湾曲したチューブメータに適用することができる。流通管およびバランス構造体の振動システムの重要領域の温度を測定することにより、加重平均温度を用いて振動構造のモジュラスシフトを求め、補償することができる。
【００７２】
温度重要度比が丁度２対１またはその他の整数比でない可能性が高いので、この正確な比を抵抗比と一致させることによりストレス補償の精度を改善することが可能である。
【００７３】
実施形態によっては、熱応力補償式は以下の通りである：
ＦＣＦ＝Ｋ１＊Ｔｖｉｂ＋Ｋ２＊（Ｔｔｕｂｅ−Ｔａｖｇ）        （１）
この式で、Ｔｖｉｂは振動システムの加重平均温度であり、Ｔａｖｇは熱応力成分の加重平均である。湾曲したチューブメータでは、Ｋ２は第二の項を無視することができるほど十分に小さな値であってもよい。
【００７４】
温度差と、チューブ周期二乗誤差（熱応力による）との間の関係が線形であると仮定した場合、熱較正により比例定数（Ｋ１およびＫ２）を求めるのは簡単なことである。それに代えて、加重平均温度Ｔａｖｇはバランス構造体温度測定値と交換（または、それにより改良）されてもよい。次いで、熱により生じた誤差についてフローメータを補償することができる。
【００７５】
第一の補償項（Ｋ１＊Ｔｖｉｂ）が振動構造の弾性モジュラス補償を行なうようになっていてもよい。また、第二の補償項（Ｋ２＊（Ｔｔｕｂｅ−Ｔａｖｇ））が熱応力補償を行なうようになっていてもよい。
【００７６】
一般的に、流通管２１０およびバランス構造体２０８が同じ材料からなっている場合、熱応力は、流通管温度とバランス構造体平均温度との間に温度差がある場合にのみ生じるのが普通である。
【００７７】
すべてのコリオリフローメータでは、コリオリ力に誘発される振動流管の変位により生じる信号を補正するための補償が必要となる。これらの信号は、間隔をおいて配置されているフローチューブのピックオフ間の位相差を表わし、フローメータを流れる材料を示している。湾曲したチューブメータおよび直線状のチューブメータでは両方とも、温度により変わる流管の弾性モジュラスを補償することが必要となる。フローチューブ温度およびバランス構造体温度が上昇するに従って、モジュラスは減少し、フローメータはより敏感になる。弾性モジュラスの変化についての補償は、振動構造体の温度センサを用い、温度測定結果をメータ電子機器内の適切な補償アルゴリズムにおいて用いることにより達成される。
【００７８】
流れていても流れていなくとも、流通管と当該流通管内の任意の流体との共振振動数から密度が導出される。以下の式で密度が求められる：
ρ＝Ｋ（１／ｆ）２＋ｂ            （２）
この式で、（ｂ）項は較正作業時に通常求められる較正係数であり、（ｆ）項はフローメータの振動応答の周波数である。Ｋ項は、フローメータの剛性を表わし、フローメータ材料の弾性モジュラスを含んでいる。明らかなように、温度による弾性モジュラスの変化は、密度の測定結果に影響を与える。
【００７９】
図４には、抵抗比が約１：２である温度センサ２９１および２９２が示されている。例えば、流通管温度センサＴ１２９１は約１００オームの電気抵抗を有することができ、バランス温度センサＴ２２９２は約２００オームの抵抗を有することができる。これは１例であり、他の抵抗値を用いることもできる。したがって、バランス温度センサＴ２２９２は、流通管温度センサＴ１２９１の抵抗の約２倍の抵抗を有する。
【００８０】
先に記載の場合と同様に、２つの温度センサは、それらの相対的な電気抵抗を図式に表わしている物理的寸法で示されている。しかしながら、２つの温度センサがいかなるサイズであってもよいことはいうまでもないことであり、また、２つの温度センサの物理的な大きさの比が必ずしもそれらの抵抗レベルを決めることもなければそれに影響を与えることもない。
【００８１】
図５には、抵抗比が約１：５である温度センサ２９１および２９２が示されている。例えば、流通管温度センサＴ１２９１は、約１００オームの電気抵抗を有することができ、バランス温度センサＴ２２９２は約５００オームの抵抗を有することができる。これは１例であり、他の電気抵抗値が用いられてもよい。したがって、バランス温度センサＴ２２９２は、流通管温度センサＴ１２９１の抵抗の約５倍の抵抗を有している。
【００８２】
図６には、本発明にかかる振動式フローメータ２０５が示されている。図６〜図９には、センサ組立体２０６とバランス構造体２０８とを有しているコリオリフローメータの形態をとる振動式フローメータ２０５の一例が示されている。１つ以上のメータ電子機器２６は、リード線１１０、１１１、１１１’を介して、センサ組立体２０６へ接続され、例えば密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定するようになっている。メータ電子機器２６は、ユーザーまたは他のプロセッサーに情報を送ることができる。
【００８３】
センサ組立体２０６は、流動物質を受け取るための流路を形成する流通管２１０を有している。図示されているように、流通管２１０は、湾曲していてもよいし、または直線形状もしくは異形形状の如き他の形状を有していてもよい。流動物質を搬送している配管の中にセンサ組立体２０６が挿入されると、流動物質は、流入口フランジ（図示せず）からセンサ組立体２０６の中に流入し、次いで、流通管２１０を流れ、この流通管において、流動物質の特性が測定される。この後、流動物質は、流通管２１０から流出し、流出口フランジ（図示せず）を通り抜ける。当業者にとって明らかなように、さまざまな適切な手段を介して、図１に示されているフランジ１０６の如きフランジに流通管２１０を接続することができる。本実施形態では、流通管２１０には、おおむねコネクタ２７０、２７１から延出し、外側末端部でフランジに接続される端部２１１、２１２が設けられている。
【００８４】
本実施形態にかかるセンサ組立体２０６は少なくとも１つのドライバ２２０を備えている。ドライバ２２０は、バランス構造体２０８の被駆動部材２５０に接続されている第一の部分２２０Ａと、流通管２１０に接続されている第二の部分２２０Ｂとを有している。第一の部分２２０Ａおよび第二の部分２２０Ｂは、例えばドライブコイル２２０Ａおよびドライブマグネット２２０Ｂに相当しうる。本実施形態では、ドライバ２２０は被駆動部材２５０および流通管２１０を逆位相で振動させるようになっていることが好ましい。
【００８５】
図７には、被駆動部材２５０および流通管２１０が、コネクタ２７０、２７１により部分的に規定される曲げ軸線Ｘを中心として振動することが好ましいことが示されている。本発明のある実施形態によれば、曲げ軸線Ｘは流入口−流出口チューブ軸線に相当する。被駆動部材２５０はベース２６０から曲がるようになっている。ドライバ２２０は、限定するわけではないが例えば圧電素子構成または電磁気コイル／マグネット構成を含む複数の周知の構成のうちの１つを有してうる。
【００８６】
図６に示されているように、センサ組立体０６は少なくとも一つのピックオフを有している。図示されている実施形態には、１対のピックオフ２３０、２３１が設けられている。本実施形態の１つの態様によれば、ピックオフ２３０、２３１は流通管２１０の運動を測定するものである。本実施形態では、ピックオフ２３０、２３１は、それぞれ対応するピックオフアーム２８０、２８１に位置する第一の部分と、流通管２１０に位置する第二の部分とを有している。ピックオフは、限定するわけではないが例えば圧電素子構成、容量素子構成または電磁気コイル／マグネット構成を含む複数の周知の構成のうちの１つの構成であってもよい。したがって、ドライバ２２０のように、ピックオフの第一の部分がピックオフコイルであり、ピックオフの第二の部分がピックオフマグネットであってもよい。当業者にとって明らかなように、流通管２１０の運動は、流通管２１０を流れる物質の例えば質量流量または密度を含む流動物質のなんらかの特性に関連している。
【００８７】
当業者にとって明らかなように、一つ以上の電子機器２６は、ピックオフ２３０、２３１からピックオフ信号を受け取り、ドライバ２２０にドライブ信号を送るようになっている。一つ以上の電子機器２６は、例えば密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定することができる。また、１つ以上の電子機器２６は、例えば１つ以上の温度センサ（図示せず）および１つ以上の圧力センサ（図示せず）から１つ以上の他の信号を受け取り、この情報を用いて流動物質の特性を測定するようになっていてもよい。当業者にとって明らかなように、センサの数およびタイプは測定される個々の特性に応じて異なる。
【００８８】
また、図６〜図９には、本実施形態のバランス構造体２０８がさらに示されている。本実施形態の１つの態様によれば、バランス構造体２０８は、流通管２１０の振動のバランスを少なくとも部分的にとるように構成されている。本実施形態の１つの態様によれば、バランス構造体２０８は、流通管２１０の運動量のバランスを少なくとも部分的にとるように構成されている。
【００８９】
図６〜図９に示されているように、バランス構造体２０８は、被駆動部材２５０に接続されているベース２６０を有している。図示されているように、被駆動部材２５０は、ベース２６０に対しておおむね直角に延びるカンチレバーアームであることが好ましい。本実施形態に記載のベース２６０は、被駆動部材２５０と比較して相対的に重くかつ固定されていることが好ましい。ベース２６０は、限定するわけではないが例えば、被駆動部材２５０の質量よりも少なくとも５倍の質量を有するようになっていてもよい。また、ベース２６０は、限定するわけではないが例えば、流通管２１０の質量よりも少なくとも５倍の質量を有するようになっていてもよい。実施形態によっては、これらの数値は、それぞれ対応して、被駆動部材２５０および流通管２１０よりも例えば１４倍および８倍大きくてもよい。
【００９０】
本実施形態に記載のバランス構造体２０８は流通管２１０と結合されている。図示されているように、ベース２６０は、一対のコネクタ２７０、２７１を有している。これらは、図示されているプレートの形態をしていてもよいし、または他の形状をしていてもよい。本実施形態では、コネクタ２７０、２７１は、流通管２１０の端部２１１、２１２の内側にベース２６０を結合している。図示されている実施形態では、この一対のコネクタ２７０、２７１は、それぞれ、流通管２１０の端部２１１、２１２と、ベース２６０の両側の端面２６１、２６２とに結合されている。
【００９１】
本実施形態の１つの態様によれば、流通管２１０、被駆動部材２５０およびベース２６０はバランスのとれたシステムとなるように構成されている。いうまでもなく、このシステムは完全にバランスのとれたものでなくともよい。しかしながら、このシステムは、バランス構造体２０８を有していない従来のシステムと比較してよりバランスのとれたものとなるように設計されている。本実施形態では、流通管２１０および被駆動部材２５０は、２つの別個の振動システムとして働くようになっている。これらのシステムは、軸線Ｘを中心とし、逆位相で、等しい共振周波数で振動するようになっている。図７に示されているように、被駆動部材２５０はベース２６０で曲がることにより、その共振振動数で振動する。当業者にとって明らかなように、本実施形態の技術思想をうまく伝えるために、図７では、生じる運動が誇張して表わされている。図７にさらに示されているように、流通管２１０は、被駆動部材２５０に対して逆位相となるように振動する。
【００９２】
流通管２１０が軸線Ｘを中心として振動すると、トルクがコネクタ２７０、２７１に加えられる。また当業者にとって明らかなように、被駆動部材２５０の軸線Ｘを中心とした振動も、ベース２６０を通じて、コネクタ２７０、２７１にトルクを加える。分かりやすいように、流動物質の質量を含む流通管２１０の質量および被駆動部材２５０の質量が等しいと仮定すると、被駆動部材２５０および流通管２１０は、逆位相で、等しい周波数でかつ等しい振幅で振動し、バランスのとれたシステムを提供すると考えられる。
【００９３】
この具体例では、流通管２１０および被駆動部材の両方の運動量のバランスがとられる。というのは、運動量というのが質量と速度との積であり、速度というのが振動振幅に比例しているからである。したがって、コネクタ２７０、２７１に加えられるトルクは、実質的に等しく、符号が逆となっているため、相殺されることになる。さらに、静止ノードが、実質的に端部２１１、２１２の軸線に沿って、かつ実質的にコネクタ２７０、２７１が流通管２１０に接続される位置にある。したがって、全体的にバランスのとれたシステムが実現されており、また、トルクおよび振動が実質的に相殺されるようになっている。さらに、流通管２１０の端部２１１、２１２の外側末端およびフランジにトルクが加えられることはまずない。
【００９４】
本実施形態の１つの態様によれば、流通管２１０およびバランス構造体２０８は、接続される構造体への運動の伝達を制限するように設計された比較的柔軟（ソフト）なマウント（soft  mount）により、接続される構造から分離されていることが好ましい。したがって、流通管２１０およびバランス構造体２０８は、２つの質量体が同一の振動数かつ逆位相で振動することにより自己バランスが達成されるようになっている、分離された振動構造体として機能する。したがって、２つの振動システム、すなわち振動流通管システムと振動被駆動部材システムとが存在することになる。振動流通管システムは、流通管２１０を備えていてもよいし、または流通管２１０、コネクタ２７０、２７１およびベース２６０を備えていてもよい。振動被駆動部材システムは、被駆動部材２５０を有していてもよいし、または被駆動部材２５０、コネクタ２７０、２７１およびベース２６０を備えていてもよい。このことについては以下で説明する。これらの２つの振動システムは共通の静止ノードによって分離されている。また、これらの共通の静止ノードは、流通管２１０の端部２１１、２１２の軸線において、コネクタ２７０、２７１に近い部分に位置決めされていることが好ましい。
【００９５】
有利なことには、流通管２１０の質量が変わる場合、本構成はさらに複数の利点を提供する。例えば、流通管２１０の質量は、例えば流通管２１０内の流動物質の質量が増大したとき、または流通管２１０自体の質量が例えばコーティングの堆積に起因して増大したときに増大する。このことが生じると、流通管２１０の振動周波数および振動振幅が減少する。この減少は、追加された質量および結合された振動構造体のソフトマウントの結果自動的に生じる。さらに、自然な応答として、被駆動部材２５０の振動振幅が増大する。このように振幅比が変化するとノードの再配置が引き起こされる。しかしながら、これらのノードは、流通管の運動が純粋な回転（回転のみ）である領域では、流通管の軸線Ｘに沿って内側に移動するだけである。純粋な回転は、ケースコネクト５９０、５９１を用いて担保されるようになっていてもよい。流通管の軸線Ｘを中心とした純粋な回転によるコリオリ力の生成はないので、軸線Ｘに沿ったノードの運動により出力信号が影響を受けることはない。
【００９６】
図８には、ベース２６０が被駆動部材２５０と同位相で僅かに揺動（rocking）することをもたらす流通管の回転が示されている。本実施形態では、被駆動部材２５０の振動振幅の増大は、被駆動部材２５０がベース２６０を中心として曲がる運動範囲の広がりとして反映される。この運動の増大は僅かであるものの、さらなるトルクがベース２６０に加えられ、このトルクがコネクタ２７０、２７１へトルクとしてさらに伝達される。このさらなるトルクにより、コネクタ２７０、２７１およびベース２６０が、被駆動部材２５０と同位相で、流通管２１０の端部２１１、２１２の軸線を中心として非常に僅かに回転する。説明の目的のために図面において誇張されているものの、当業者にとって明らかなように、ベース２６０の質量および被駆動部材２５０の柔軟性のために、ベースの揺動運動が僅かである。
【００９７】
したがって、ベース２６０およびコネクタ２７０、２７１は、端部２１１、２１２を貫通して延びている軸線Ｘを中心として駆動部材２５０と同位相で回転し、振動システムを形成している。流通管２１０の周波数は初期段階における質量の増加に起因して増大するものの、被駆動部材２５０の運動をベース２６０およびコネクタ２７０、２７１と結合（カップリング）させることは、同一の効果、すなわち、質量の増加、周波数の減少という効果を奏する。したがって、被駆動部材２５０の周波数は下がり、流通管２１０の周波数と実質的に一致する。同様に、ベース２６０の質量およびコネクタ２７０、２７１の質量を結合すると、被駆動部材２５０の振動振幅が増大し、被駆動部材２５０およびベース２６０の運動量が流通管２１０の運動量と等しくなり、バランスが回復される。
【００９８】
同様に、例えば流通管２１０内の流動物質の質量が減少する場合、流通管２１０の質量が減少する。このことが生じると、流通管２１０の振動数および振動振幅が増大する。この増大は、質量の減少の結果自動的に生じる。さらに、自然な応答として、被駆動部材２５０の振動振幅が減少する。先の場合と同様に、このように振幅比が変わると、メータの出力に対して実質的になんの影響を及ぼすことなく、チューブの流入口−流出口軸線Ｘに沿ってノードが再配置される。
【００９９】
図９には、ベース２６０が流通管２１０と同位相で僅かに揺動（rocking）する流通管の回転が示されている。本実施形態では、流通管の振動振幅の増大は、流通管２１０が端部２１０、２１１の軸線Ｘを中心として曲がる運動範囲の広がりとして反映される。先の場合と同様に、この運動の増大は僅かであるものの、さらなるトルクがコネクタ２７０、２７１に加えられ、このトルクがベース２６０へトルクとしてさらに伝達される。このさらなるトルクにより、コネクタ２７０、２７１およびベース２６０が、流通管２１０の端部２１１、２１２の軸線Ｘを中心として極めて僅かに回転する。この回転により、ベース２６０が、流通管２５０と同位相で僅かに揺動（rocking）する。説明の目的のために図面において誇張されているものの、当業者にとって明らかなように、ベース２６０の質量および流通管２１０の柔軟性のために、ベースの揺動運動は僅かである。
【０１００】
したがって、ベース２６０およびコネクタ２７０、２７１は、端部２１１、２１２を貫通して延びている軸線Ｘを中心として流通管２１０と同位相で回転し、振動システムを形成している。流体質量の低下のために流通管２１０の周波数は上昇するものの、ベース２６０の質量をコネクタ２７０、２７１と結合すると、周波数を下げるという逆効果を奏することになる。正味の影響は、周波数が僅かに上昇するということである。同様に、流通管２１０と一緒にベース２６０およびコネクタ２７０、２７１が回転すると、被駆動部材２５０の振動振幅が減少し、その周波数が僅かに上昇して、流通管２１０のものと等しくなる。したがって、流通管２１０と被駆動部材２５０との振幅比は、被駆動部材２５０およびベース２６０の運動量が流通管２１０の運動量と実質的に等しくなるように変わるので、バランスが回復されることになる。
【０１０１】
ベース２６０の質量が比較的大きなことが好ましいため、流通管２１０および被駆動部材２５０の振動特性を比較的大きく変化させるにあたって、ベース２６０の振動振幅に対してほんの僅かな変化しか加える必要がない。低密度の流体が流れている場合、ベース２６０は、流通管２１０と一緒に僅かに回転し、その質量を流通管２１０に加える（かける）。高密度の流体が流れている場合、ベース２６０は、被駆動部材２５０と一緒に回転し、その質量を被駆動部材２５０に加える。したがって、ベース２６０は、軽い部材（流通管２１０または被駆動部材２５０）にその質量を加える。バランスは、軽い部材がその振動振幅を増大させ、重い部材がその振動振幅を減少させように振動振幅を変えることによりさらに維持される。さらに、ベース２６０の小さな振動振幅は、流通管２１０の端部２１１、２１２の内側端部に加えられる小さなトルクしかもたらさない。したがって、高密度または低密度の流体の場合、ほんの少量のトルクしかケース３００には加えられない。
【０１０２】
したがって、本実施形態では、ベース２６０は、流通管２１０の質量に応じて、もっと具体的には流動物質の密度に応じて、流通管２１０と同位相での動作と被駆動部材２５０と同位相での動作との間で切り替わるようになっている。好ましくは、流動物質が約１０００ｋｇ／ｍ３の比重を有している状態では、ベース２６０と端部２１１、２１２の内側端部とは静止状態である。好ましくは、流動物質が約１０００ｋｇ／ｍ３未満である比重を有している状態では、流通管２１０はより高い振動振幅を有し、被駆動部材２５０はより低い振動振幅を有し、ベース２６０およびコネクタ２７０、２７１は流通管２１０と一緒にほんの僅かに回転する。流通管の端部２１１、２１２も、流通管２１０と一緒にほんの僅かに回転する。好ましくは、物質が約１０００ｋｇ／ｍ３より大きな比重を有している状態では、流通管２１０はより低い振動振幅を有し、被駆動部材２５０はより高い振動振幅を有し、ベース２６０およびコネクタ２７０、２７１は被駆動部材２５０と一緒にほんの僅かに回転する。この場合、流通管の端部２１１、２１２は、ベース２６０およびコネクタ２７０、２７１と一緒にほんの僅かに回転する。流通管の端部２１１、２１２の軸線を中心とする流通管２１０の純粋な回転は流動物質にコリオリ加速度を与えないので、メータの感度はほとんど影響を受けない。いうまでもなく、上述の具体的な流体密度は例示のみを意図するものであって、この具体的な流体密度は異なる値のものであってもよい。本発明の他の実施形態によれば、バランス構造体２０８のサイズおよび剛性は、流通管２１０内に流体がない（追加密度がゼロである）ときにベース２６０が実質的に静止するように選択されてもよい。この場合、ベース２６０は、流体の密度とは関係なく、被駆動部材２５０と一緒に動いて僅かに回転する。さらに他の実施形態では、バランス構造体２０８のサイズおよび剛性は、すべての予測される流体密度の範囲にわたってベース２６０が流通管２１０と一緒に回転するように選択されてもよい。換言すれば、フローメータが流体と動作すると予測される最大流体密度を選択してもよい。したがって、予側される実質的にすべての運転条件下において、流体密度が最大流体密度未満であり、ほぼいつでも、ベース２６０が流通管２１０と一緒に回転する。しかしながら、ベースの回転の振幅は流体の密度に応じて変わる。いうまでもなく、流体密度が最大流体密度を超えた場合、ベース２６０は上述のように被駆動部材２５０と一緒に回転する。同様に、流体密度が最大流体密度である場合、ベース２６０は実質的に静止した状態のまま留まる。
【０１０３】
なお、大部分の説明が流体密度の変化に応じてベース２６０が動くことに関するものであるが、例えば腐食、浸食、堆積など如き、流通管２１０の質量を変えうる他の状況が生じうることはいうまでもないことである。したがって、ベース２６０は、流通管の質量を変えうるさまざまな状況を補償することができる。
【０１０４】
本実施形態では、端部２１１、２１２は、限定するわけではないが例えば十分に長いことが好ましく、ねじれに対して実質的に柔軟（soft）であるように少なくともチューブの直径の３倍であることが好ましい。さらに、このことにより、フランジ、および端部２１１、２１２の外側末端に加えられるトルクが減少する。
【０１０５】
図６に示されているように、センサ組立体２０６は、ケース３００と、ケースコネクト５９０、５９１とをさらに備えていてもよい。図示されているケースコネクト５９０、５９１は、流通管２１０と結合されている第一の部分５９５と、ケース３００と結合されている第二の部分５９６とを有している。図示されているように、ケースコネクト５９０、５９１は、フランジとコネクタ２７０、２７１との間に位置する、流通管２１０を支える唯一の構造体であることが好ましい。
【０１０６】
本実施形態の１つの態様によれば、ケースコネクト５９０、５９１は、軸方向および横軸方向の並進運動に対しは剛性を示すもののねじれ運動に対しては柔軟である（ねじれ運動の影響を受けない）振動システムをサポートするように構成されていることが好ましい。このことは、ケースコネクト５９０、５９１に例えば流通管２１０の端部２１１、２１２の軸線に対して半径方向に延びる変形可能部材５９２、５９３、５９４を設けることにより達成可能である。３つの変形可能部材２９２、２９３、２９４が設けられているが、いうまでもなくいかなる数の変形可能部材２９２、２９３、２９４が用いられてもよい。また、どのような数の変形可能部材が用いられるかにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。変形可能部材は、例えば中央ハブ５９５を流通管２１０に接続することを含むいかなる方法で流通管２１０に取り付けられてもよい。並進運動には剛性を示しねじれ運動には柔軟であるカップリング（結合）は少なくとも２つの機能を提供する。第一に、並進運動には剛性を示しねじれ運動には柔軟であるカップリング（結合）は、端部２１１、２１２をねじれ運動に制限して、ノードを端部の軸線に制限することにより、ノードの再配置に起因する測定誤差を制限する。第二に、端部２１１、２１２の自由回転を可能とすることにより、振動構造体がねじれに対して非常に柔軟に支えられることとなる。柔軟な取り付け（ソフトマウント）とすることにより、流体密度に応じて振幅比が変わることを可能とし、また、本発明にかかる自己バランス機能を可能とすることができる。
【０１０７】
本発明は抵抗型温度センサの点から記述されているが、当業者にとって明らかなように、温度センサに代えて、いかなるタイプの抵抗型センサが用いられてもよい。例えば、本明細書に記載の温度センサのうちの１つ以上の温度センサに代えて、可変抵抗の形態を有する歪みを示す歪みゲージが用いられてもよい。本発明には、抵抗の変化により状態を示すことができるいかなるセンサが用いられてもよい。本発明の本質はそのような構成に対して同様に適用される。
【０１０８】
本発明にかかる振動式フローメータは、所望ならば、複数の利点を提供するために、いずれの実施形態に従って用いられてもよい。本発明にかかるフローメータは熱弾性補償可能な湾曲チューブメータを提供している。本発明にかかるフローメータは熱応力補償可能な湾曲チューブメータを供給している。
【０１０９】
上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。さらに正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成要素をさまざまに組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を作成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内および教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術および教示の範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。したがって、本発明の技術範囲は添付の請求項によって決まる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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