(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の湾曲フローチューブ（２０３）と、
前記湾曲フローチューブ（２０３）の軸方向の中心線（３４０）を含む軸方向の面上に軸方向の中心線（３４１）が位置するように配置されているバランス部材（２５０）と、
前記湾曲フローチューブ（２０３）と結合されている第一のドライバーコンポーネント（１０４ａ）、および、前記バランス部材（２５０）における、前記第一のドライバーコンポーネント（１０４ａ）に近い部分と結合されている第二のドライバーコンポーネント（１０４ｂ）を有しているドライバー（１０４）と、
前記湾曲フローチューブ（２０３）と結合されている第一のピックオフコンポーネント（１０５ａ）、および、前記バランス部材（２５０）における、前記第一のピックオフコンポーネント（１０５ａ）に近い部分と結合されている第二のピックオフコンポーネント（１０５ｂ）を有している少なくとも１つの第一のピックオフセンサー（１０５）と、
を備えてなる、フローメーター（２００）。
【請求項２】
前記バランス部材（２５０）が、前記湾曲フローチューブ（２０３）の内側曲げ領域内の位置に配設されてなる、請求項１に記載のフローメーター（２００）。
【請求項３】
前記フローチューブ（２０３）における、前記第一のドライバーコンポーネント（１０４ａ）とは反対側の部分と結合されるカウンタウエイト（２０４ａ）をさらに備えてなる、請求項１に記載のフローメーター（２００）。
【請求項４】
前記カウンタウエイト（２０４ａ）と前記第一のドライバーコンポーネント（１０４ａ）とを合わせた質量中心が前記湾曲フローチューブ（２０３）の前記中心線（３４０）を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイト（２０４ａ）が形成されてなる、請求項３に記載のフローメーター（２００）。
【請求項５】
前記バランス部材（２５０）における、前記第二のドライバーコンポーネント（１０４ｂ）の反対側の部分と結合されるカウンタウエイト（２０４ｂ）をさらに備えてなる、請求項１に記載のフローメーター（２００）。
【請求項６】
前記カウンタウエイト（２０４ｂ）と、前記第二のドライバーコンポーネント（１０４ｂ）と、ブラケット（２３０）とを合わせた質量中心が前記バランス部材（２５０）の前記中心線（３４１）を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイト（２０４ｂ）が形成されてなる、請求項５に記載のフローメーター（２００）。
【請求項７】
前記フローチューブ（２０３）における、前記第一のピックオフコンポーネント（１０５ａ）の反対側の部分と結合されるカウンタウエイト（２０５ａ）をさらに備えてなる、
請求項１に記載のフローメーター（２００）。
【請求項８】
前記カウンタウエイト（２０５ａ）と前記第一のピックオフコンポーネント（１０５ａ）とを合わせた質量中心が前記湾曲フローチューブ（２０３）の前記中心線（３４０）を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイト（２０５ａ）が形成されてなる、請求項７に記載のフローメーター（２００）。
【請求項９】
前記バランス部材（２５０）における、前記第二のピックオフコンポーネント（１０５ｂ）の反対側の部分と結合されるカウンタウエイト（２０５ｂ）をさらに備えてなる、請求項１に記載のフローメーター（２００）。
【請求項１０】
前記カウンタウエイト（２０５ｂ）と、前記第二のピックオフコンポーネント（１０５ｂ）と、ブラケット（２３０）とを合わせた質量中心が前記バランス部材（２５０）の前記中心線（３４１）を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイト（２０５ｂ）が形成されてなる、請求項９に記載のフローメーター（２００）。
【請求項１１】
フローチューブ曲げ軸線（Ｗ−Ｗ）およびバランス部材曲げ軸線（Ｗ’−Ｗ’）を少なくとも部分的に規定するために、前記湾曲フローチューブ（２０３）および前記バランス部材（２５０）と結合される複数のブレースバー（２２０〜２２３）をさらに備えてなる、請求項１に記載のフローメーター（２００）。
【請求項１２】
１以上の湾曲フローチューブとバランス部材とを備えているフローメーターを製作する方法であって、
前記バランス部材の軸方向の中心線が前記湾曲フローチューブの軸方向の中心線を含む軸方向の面上に位置するように前記湾曲フローチューブの近くに前記バランス部材を位置決めするステップと、
前記湾曲フローチューブに第一のドライバーコンポーネントを結合し、前記バランス部材における、前記第一のドライバーコンポーネントに近い部分に第二のドライバーコンポーネントを結合するステップと、
前記フローチューブと第一のピックオフコンポーネントを結合し、前記バランス部材における、前記第一のピックオフコンポーネントに近い部分に第二のピックオフコンポーネントを結合するステップと
を有する、方法。
【請求項１３】
前記フローチューブにおける、前記第一のドライバーコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合するステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記カウンタウエイトと前記第一のドライバーコンポーネントとを合わせた質量中心が前記湾曲フローチューブの前記中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイトを形成するステップをさらに有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記バランス部材における、前記第二のドライバーコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合させるステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記カウンタウエイトと、前記第二のドライバーコンポーネントと、ブラケットとを合わせた質量中心が、前記バランス部材の前記中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイトを形成するステップをさらに有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記フローチューブにおける、前記第一のピックオフコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合させるステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記カウンタウエイトと前記第一のピックオフコンポーネントとを合わせた質量中心が前記湾曲フローチューブの前記中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイトを形成するステップをさらに有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記バランス部材における、前記第二のピックオフコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合させるステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記カウンタウエイトと、前記第二のピックオフコンポーネントと、ブラケットとを合わせた質量中心が前記バランス部材の前記中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に、前記カウンタウエイトを形成するステップをさらに有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記湾曲フローチューブの近くに前記バランス部材を位置決めするステップが、前記バランス部材を前記湾曲フローチューブの内側曲げ領域内に位置決めすることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
フローチューブ曲げ軸線およびバランス部材曲げ軸線を少なくとも部分的に規定するために、前記湾曲フローチューブおよび前記バランス部材に複数のブレースバーを結合させるステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローメーターに関するものであり、とくにバランス部材を備えたフローメーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フローメーターの導管を流れる物質の質量流量および他の情報を測定するためにコリオリ効果質量フローメーターを用いることは一般的に知られている。典型的なコリオリフローメーターについては、すべてＪ．Ｅ．スミスらへ付与されている米国特許第４，１０９，５２４号公報（特許文献１）、米国特許第４，４９１，０２５号公報（特許文献２）および米国再発行特許第３１，４５０号公報（特許文献３）に開示されている。これらのフローメーターは、直線構造または曲線構造を備えた１つ以上の導管を有している。コリオリ式質量フローメーターの各導管構造体は、単純曲げモード、ねじれモードまたは組み合わせタイプのモードのような一組の固有振動モードを有している。好ましいモードで振動するように各導管を振動させることができる。
【０００３】
物質は、フローメーターの流入口側に接続されているパイプラインからフローメーターの中へ流れ込み、一つ以上の導管を通り、フローメーターの流出口側からフローメーターを出るようになっている。物質を充填した振動システムの固有振動モードは、導管の質量および導管内を流れる物質の質量の合計により部分的に定義される。
【０００４】
フローメーターになにも流れていないときに振動力が導管に加えられると、導管に沿ったすべての部位が、同一の位相で振動するか、または、初期において一定の位相が僅かにオフセットされて振動する。このオフセットは訂正可能である。物質がフローメーターを流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った各ポイントが異なる位相を有するようになる。たとえば、フローメーターの流入口端部の位相は中央のドライバーの位置の位相よりも遅延しており、流出口の位相は中央のドライバーの位置の位相よりも進んでいる。導管上のピックオフセンサーにより、当該導管の運動を表す正弦波信号が発生させられる。ピックオフセンサーから出力される信号が処理されてピックオフセンサー間の位相差が求められる。２つ以上のピックオフセンサー間の位相差は導管を流れる物質の質量流量に比例する。
【０００５】
ドライバーに接続されているメーター電子機器は、ドライバーを動作させるための駆動信号を生成し、ピックオフセンサーから受信する信号から物質の質量流量およびその他の特性を求める。ドライバーは、公知となっている複数の構成のうちの１つの構成を有していてもよい。しかしながら、フローメーター産業分野においては、マグネットと、それに対向するドライブコイルとからなる構成が大きな成功を収めている。このドライブコイルに交流が流されて所望のフローチューブの振幅および振動数で導管を振動させるようになっている。また、上述のドライバーの構成と類似したマグネットとコイルとからなる構成のようにピックオフセンサーを形成することも当該技術分野において知られている。しかしながら、ドライバーは、運動を引き起こす電流を受け取り、ピックオフセンサーは、ドライバーによって提供される運動を利用して電圧を誘発することができる。
【０００６】
ピックオフセンサーによって測定される時間遅れの程度は非常に小さく、ナノセカンド単位であることが多い。したがって、トランスデューサの出力が非常に正確であることが必要となる。トランスデューサの精度は、フローメーターの構造の非線形性および非対称性または外部の力から生じる運動によって悪化（低下）する。たとえば、バランスのとれていない構成部品を有するコリオリ質量フローメーターは、フローメーターのドライブ周波数で、その容器、フランジおよびパイプラインを振動させうる。この振動は、マウントの剛性に依存する量だけ時間遅れ信号を乱す。マウントの剛性が、一般的に知られておらず、時間および温度とともに変わりうるので、通常、バランスの取れていない構成部品の影響は、補償されえないし、フローメーターの性能に対して大きな影響を与える恐れがある。これらのバランスの取れていない振動およびマウント（取り付け）の変化の影響は、バランスの取れたフローメーターの設計を用いることにより、および、信号処理技術を用いて望ましくない構成要素の運動を補償することにより減らすることができる。
【０００７】
デュアル（２重）チューブ型コリオリフローメーターの典型的な設計では、マニホールドを用いて物質の流れが二つのストリームに分割され、これら２つのストリームの物質が二つの別個のフローチューブの中へ移送される。通常、これら２つのチューブは、形状が対称であり、相互に並列になるように取り付けられている。通常、これらの２つのチューブは、同一の周波数でしかし逆位相で振動する。チューブが対称となっておりかつ相互に逆位相になって振動するので、２つのチューブが一緒になるところでは、これらの振動は相殺されるのが普通である。このことはバランスの取れたフローメーターを形成する（すなわち、マニホールドではフローメーターの振動は少ししかないか又は全くない）。２つのチューブを流れる物質の密度が変化すると両方のチューブの質量も均等に変化するので、これら２つのチューブは広範囲の物質密度にわたってバランスが取れたままである。
【０００８】
たとえばマニホールドにより引き起こされる圧力降下問題および／または詰まり問題によりデュアルチューブ型のメーターが望ましくない用途がいくつか存在する。これらの状況では、シングル（単一）チューブ型のメーターが望ましい場合が多い。シングルチューブ型コリオリフローメーターの問題は、流体密度が変わると、インバランス（バランスのとれていない）状態となる可能性が存在することである。フローメーターを流れる流体の密度が変わると、フローメーターの質量中心も変わる。このインバランス（不均衡）は、フローメーターの性能および信頼性に対して悪い影響を与える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，１０９，５２４号公報。
【特許文献２】米国特許第４，４９１，０２５号公報。
【特許文献３】米国再発行特許第３１，４５０号公報。
【特許文献４】米国特許第６，６６６，０９８号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、広範囲の物質密度にわたってバランスを保つことができるシングル（単一）チューブ型フローメーターの必要性が当該技術分野において存在している。従来技術において複数の試みがなされたものの、広範囲の流体密度にわたって満足な結果を残したものは存在しない。たとえば、シングル（単一）チューブ型フローメーターの中には、別個のカウンターバランス棒を備えたものもある。このような解決策は、限られた流体密度範囲において受け入れ可能な結果をもたらす場合もあるが、ドライバーコンポーネントとピックオフコンポーネントとの両方がカウンターバランス棒に接続されていなければ、解決策が不完全なものとなる。他の従来技術における解決策は、固定されたマウント板に対してフローチューブが振動するようにすることである。このことは理想的な状況では十分に適切な結果をもたらすものの、絶対的に安定したマウント板の実現は困難である場合が多い。したがって、マウント板に伝達される外部からの振動がメーターの性能に対して悪い影響を与える恐れがある。
【００１１】
他の従来技術における解決手段としては米国特許第６，６６６，０９８号（特許文献４）に記載されているものがある。この米国特許文献には、フローチューブと平行に延設されるカウンターチューブを用いることが記載されている。この設計に関する１つの潜在的な問題は、フローチューブとカウンターチューブとが実質的に同一の材料から形成されかつ実質的に同一の質量分布を有していなければならないという点にある。この従来技術アプローチにおいて、同一の質量分布は、バランスの取れたシステムを維持する上で必要不可欠のものである。さらに、フローチューブとカウンターチューブとが互いに平行に延設され、したがってほぼ同一の長さを有しているので、２つは同一の材料から形成されるべきである。フローチューブとカウンターチューブとを異なる熱膨脹率を有する異なる材料により形成した場合、温度が変化するとフローチューブに軸方向のストレスが生じ、測定に誤差が発生してしまう。このことは重要な問題ではないと思われるかもしれないが、いうまでもなく、ほとんどの状況で、チタンまたはジルコニウムの如き比較的低い熱膨脹率を有したフローチューブを提供することが望まれるものの、このような材料は高価であることが多い。高価な材料からフローチューブとカウンターチューブとを形成することが必要となるので、このフロフローメーターを製造するコストが著しく上昇してしまう。
【００１２】
本発明により、この問題および他の問題が克服され、技術進歩が達成される。いうまでもなく、本発明は、シングル（単一）チューブ設計においてよく見うけられる問題を克服するものであるものの、デュアル（２重）チューブ型メーターにも同様に適用可能である。下記の記載は主としてコリオリフローメーターに関するものであるが、いうまでもなく、本発明は、振動式デンシトメーターの如きコリオリフローメーターの測定機能を欠く他の振動構造体にも同様に適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある実施形態にかかるフローメーターが提供されている。このフローメーターは、湾曲フローチューブと、バランス部材とを備えている。本発明のある実施形態によれば、バランス部材は、当該バランス部材の中心線が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するように配置されている。また、提供されているドライバーは、湾曲フローチューブと結合されている第一のドライバーコンポーネントと、バランス部材における、第一のドライバーコンポーネントに近い部分と結合されている第二のドライバーコンポーネントとを有している。本発明のある実施形態によれば、フローメーターは、湾曲フローチューブと結合されている第一のピックオフコンポーネントと、バランス部材における、第一のピックオフコンポーネントに近い部分と結合されている第二のピックオフコンポーネントとを有している少なくとも１つのピックオフセンサーをさらに備えている。
【００１４】
本発明のある実施形態に従って、湾曲フローチューブとバランス部材とを備えるフローメーターを製作する方法が提供されている。かかる方法は、バランス部材の中心線が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するようにバランス部材を湾曲フローチューブの近くに位置決めするステップを有している。また、かかる方法は、湾曲フローチューブに第一のドライバーコンポーネントを結合し、バランス部材における、第一のドライバーコンポーネントに近い部分に第二のドライバーコンポーネントを結合するステップを有している。本発明のある実施形態によれば、かかる方法は、フローチューブに第一のピックオフコンポーネントを結合し、バランス部材における、第一のピックオフコンポーネントに近い部分に第二のピックオフコンポーネントを結合するステップをさらに有している。
【００１５】
発明の態様
本発明の１つの態様によれば、フローメーターは、湾曲フローチューブと、湾曲フローチューブの中心線を含む面上にバランス部材の中心線が位置するように配置されているバランス部材と、湾曲フローチューブと結合されている第一のドライバーコンポーネント、およびバランス部材における、第一のドライバーコンポーネントに近い部分と結合されている第二のドライバーコンポーネントを有しているドライバーと、湾曲フローチューブと結合されている第一のピックオフコンポーネント、およびバランス部材における、第一のピックオフコンポーネントに近い部分と結合されている第二のピックオフコンポーネントを有している少なくとも１つの第一のピックオフセンサーとを備えている。
【００１６】
好ましくは、かかるフローメーターは、該フローメーターにおける、第一のドライバーコンポーネントの反対側の部分と結合されるカウンタウエイトをさらに備えていることである。
【００１７】
好ましくは、カウンタウエイトは、当該カウンタウエイトと第一のドライバーコンポーネントとを合わせた質量中心が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に形成されていることである。
【００１８】
好ましくは、かかるフローメーターは、バランス部材における、第二のドライバーコンポーネントの反対側の部分と結合されるカウンタウエイトをさらに備えていることである。
【００１９】
好ましくは、カウンタウエイトは、当該カウンタウエイトと、第二のドライバーコンポーネントと、ブラケットとを合わせた質量中心がバランス部材の中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に形成されていることである。
【００２０】
好ましくは、かかるフローメーターは、フローチューブにおける、第一のピックオフコンポーネントの反対側の部分と結合されるカウンタウエイトをさらに備えている。
【００２１】
好ましくは、カウンタウエイトは、当該カウンタウエイトと第一のピックオフコンポーネントとを合わせた質量中心が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に形成されていることである。
【００２２】
好ましくは、かかるフローメーターは、バランス部材における、第二のピックオフコンポーネントの反対側の部分と結合されるカウンタウエイトをさらに備えていることである。
【００２３】
好ましくは、カウンタウエイトは、当該カウンタウエイトと、第二のピックオフコンポーネントと、ブラケットとを合わせた質量中心がバランス部材の中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置に形成されていることである。
【００２４】
好ましくは、バランス部材は、湾曲フローチューブの内側曲げ領域内の位置に配設されていることである。
【００２５】
好ましくは、かかるフローメーターは、フローチューブ曲げ軸線およびバランス部材曲げ軸線を少なくとも部分的に規定するために、湾曲フローチューブおよびバランス部材と結合される複数のブレースバーをさらに備えていることである。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、湾曲フローチューブとバランス部材とを備えるフローメーターを製作する方法は、バランス部材の中心線が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するように湾曲フローチューブの近くにバランス部材を位置決めするステップと、湾曲フローチューブに第一のドライバーコンポーネントを結合し、バランス部材における、第一のドライバーコンポーネントに近い部分に第二のドライバーコンポーネントを結合するステップと、フローチューブに第一のピックオフコンポーネントを結合し、バランス部材における、第一のピックオフコンポーネントに近い部分に第二のピックオフコンポーネントを結合するステップとを有していることである。
【００２７】
好ましくは、かかる方法は、フローチューブにおける、第一のドライバーコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合するステップをさらに有していることである。
【００２８】
好ましくは、かかる方法は、カウンタウエイトと第一のドライバーコンポーネントとを合わせた質量中心が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置にカウンタウエイトを形成するステップをさらに有していることである。
【００２９】
好ましくは、かかる方法は、バランス部材における、第二のドライバーコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合するステップをさらに有していることである。
【００３０】
好ましくは、かかる方法は、カウンタウエイトと、第二のドライバーコンポーネントと、ブラケットとを合わせた質量中心がバランス部材の中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置にカウンタウエイトを形成するステップをさらに有していることである。
【００３１】
好ましくは、かかる方法は、フローチューブにおける、第一のピックオフコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトを結合するステップをさらに有していることである。
【００３２】
好ましくは、かかる方法は、カウンタウエイトと第一のピックオフコンポーネントとを合わせた質量中心が湾曲フローチューブの中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置にカウンタウエイトを形成するステップさらに有していることである。
【００３３】
好ましくは、かかる方法は、バランス部材における、第二のピックオフコンポーネントの反対側の部分にカウンタウエイトと結合するステップをさらに有していることである。
【００３４】
好ましくは、かかる方法は、カウンタウエイトと、第二のピックオフコンポーネントと、ブラケットとを合わせた質量中心がバランス部材の中心線を含む面上に位置するようなサイズおよび位置にカウンタウエイトを形成するステップをさらに有していることである。
【００３５】
好ましくは、湾曲フローチューブの近くにバランス部材を位置決めするステップは、湾曲フローチューブの内側曲げ領域内にバランス部材を位置決めすることを含んでいることである。
【００３６】
好ましくは、かかる方法は、フローチューブ曲げ軸線およびバランス部材曲げ軸線を少なくとも部分的に規定するために、湾曲フローチューブおよびバランス部材に複数のブレースバーを結合するステップをさらに有していることである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の振動式センサー組立体を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態にかかるシングルチューブ型フローメーターを示す図である。
【図３】本発明の１つの実施形態にかかるシングルチューブ型フローメーターを示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかるシングルチューブ型フローメーターを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１〜図４および下記の記載には、本発明を最良のモードで実施および使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。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本発明の技術的範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、下記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ができる。したがって、本発明は、下記に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。
【００３９】
図１には、フローメーター１０と１つ以上のメーター電子機器２０とを有するコリオリフローメーターの形態をとっている従来の振動式センサー組立体５の一例が示されている。１つ以上のメーター電子機器２０は、フローメーター１０へ接続され、たとえば密度、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してある。
【００４０】
フローメーター１０は、一対のフランジ１０１、１０１’と、一対のマニホールド１０２、１０２’と、一対の導管１０３Ａ、１０３Ｂとを有している。前記マニホールド１０２、１０２’は、前記導管１０３Ａ、１０３Ｂの両側の端部に固定されている。本実施形態にかかる前記フランジ１０１、１０１’は前記マニホールド１０２、１０２’に固定されている。また、本実施形態にかかる前記マニホールド１０２、１０２’はスペーサ１０６の両側の端部に固定されている。前記スペーサ１０６は、前記導管１０３Ａおよび１０３Ｂの不要な振動を避けるために、本実施形態にかかる前記マニホールド１０２とマニホールド１０２’との間の間隔を維持している。フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、マニホールド１０２および１０２’から外側に向けてほぼ並列に延出している。流動物質を運ぶ配管システム（図示せず）の中にフローメーター１０が挿入されると、流動物質がフランジ１０１を通ってフローメーター１０の中に流入し、流入口マニホールド１０２を通り、ここで流動物質の全量が導管１０３Ａおよび１０３Ｂの中に流され、前記導管１０３Ａおよび１０３Ｂを流れ、流出口マニホールド１０２’の中へ流れ込み、ここでフランジ１０１’からフローメーター１０の外へと流出する。
【００４１】
前記フローメーター１０はドライバー１０４を備えている。このドライバー１０４は、当該ドライバー１０４が導管１０３Ａ、１０３Ｂをドライブモードで振動させることができる位置で導管１０３Ａ、１０３Ｂへ固定されている。さらに具体的にいえば、ドライバー１０４は、導管１０３Ａに固定される第一のドライブコンポーネント（図示せず）と、導管１０３Ｂに固定される第二のドライブコンポーネント（図示せず）とを有している。ドライバー１０４は、マグネットが導管１０３Ａに取り付けられかつ対向するコイルが導管１０３Ｂに取り付けられる構成のような多くの周知の構成のうちの１つの構成を有している。他の例としては、圧電素子型ドライバー、アコースティック型ドライバーなどが挙げられる。
【００４２】
本実施形態では、ドライブモードは、第一の逆位相曲げモードであり、前記導管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ、曲げ軸線Ｗ−ＷおよびＷ’−Ｗ’に対して実質的に同一の質量分布、慣性モーメントおよび弾性モジュールを有するバランスの取れたシステムを提供するように、選択され、流入口マニホールド１０２および流出口マニホールド１０２’に適切に取り付けられることが好ましい。ドライブモードが第一の逆位相曲げモードである本実施形態では、導管１０３Ａおよび導管１０３Ｂは、それぞれの対応する曲げ軸線Ｗおよび曲げ軸線Ｗ’を中心として、互に反対方向に向けてドライバー１０４によって振動させられるようになっている。交流の形態を有しているドライブ信号が、たとえば経路１１０を介して一つ以上の電子機器２０によって提供され、コイルを通り抜けて両方の導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動を引き起こすようになっている。
【００４３】
上述のバランスの取れたシステムは、図示されている座標系においておおむねＺ方向にフロー導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させるようにしてある。他の方向としては、パイプラインに沿ったＸ方向、ならびにＺ方向およびＸ方向に対して垂直なＹ方向が挙げられる。この座標系は、本明細書全体にわたって用いられ、本発明を理解するうえで助けとなると思われる。しかしながらいうまでもなく、他の座標系が用いられてもよく、どのような座標系を用いるかにより本発明の技術的範囲が限定されるべきではない。
【００４４】
当業者にとって明らかなように、他のドライブモードが用いられてもよいが、それらもまた本発明の技術的範囲に含まれる。たとえば、トライブモードが公知のツイストモードであってもよい。
【００４５】
図１に示されている実施形態では、一つ以上の電子機器２０は、ピックオフ１０５、１０５’からピックオフ信号を受信するようにしてある。経路２６は、１つ以上の電子機器２０にオペレータとの通信を可能とする入力手段および出力手段を提供している（図示せず）。一つ以上の電子機器２０は、たとえば密度、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してある。さらに具体的にいえば、一つ以上の電子機器２０は、たとえばピックオフ１０５、１０５’から、および１つ以上の温度センサー（図示せず）から、１つ以上の信号を受け取り、この情報を用いて、たとえば密度、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。
【００４６】
たとえばコリオリフローメーターまたはデンシトメーターの如き振動式測定デバイスが流動物質の特性を測定する技術はよく知られている。ここで参照することにより本明細書に援用するたとえば米国特許第６，５０５，１３１号を参照されたい。したがって、記載を簡潔にするため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
図２には、本発明の実施形態にかかるフローメーター２００が示されている。フローメーター２００は、コリオリフローメーターであってもよいし、または、振動式デンシトメーターなどの如きコリオリのフローメーターの計測能力をすべて欠いた振動式システムであってもよい。本発明のある実施形態によれば、フローメーター２００は、湾曲フローチューブ２０３と、バランス部材２５０と、流入口フランジ１０１と、流出口フランジ１０１とを備えることができる。フローメーター１００は、使用時、パイプラインなどへフランジ１０１または１０１’を通じて接続されるように構成されている。
【００４８】
本発明のある実施形態によれば、フローメーター２００は１つ以上のセンサーコンポーネント１０４、１０５、１０６を有していてもよい。図示されている実施形態によれば、フローメーター２００は、ドライバー１０４と、２つのピックオフセンサー１０５および１０５’とを備えている。２つのピックオフ組立体１０５および１０５’しか図示されていないが、いうまでもなく、フローメーター２００は、単一のピックオフ組立体１０５を有するようになっていてもよいし、または、２つを超える数のピックオフ組立体を有するようになっていてもよい。さらに、実施形態によっては、ドライバー１０４は、ピックオフ組立体と、ドライブ組立体とを有している場合もある。本発明のある実施形態によれば、ドライバー１０４およびピックオフセンサー１０５、１０５’は、従来の振動式センサー組立体５に関する上記の方法と同様の方法で、リード線１１０、１１１、１１１’を通じてメーター電子機器２０と通信することができる。
【００４９】
本発明のある実施形態によれば、ドライバー１０４は第一のドライバーコンポーネント１０４ａと、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂとを有している。本発明のある実施形態によれば、第一のドライバーコンポーネント１０４ａはフローチューブ２０３と結合されている。本発明の他の実施形態によれば、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂは、バランス部材２５０における、第一のドライバーコンポーネント１０４ａに近い部分と結合されている。ドライバーコンポーネント１０４ａ、１０４ｂは、ろう付け、ボンディング、溶接、接着剤、機械的ファスナーなどを含む公知の方法によって、フローチューブ２０３およびバランス部材２５０と結合されてもよい。図示されている実施形態では、第一のドライバーコンポーネント１０４ａがドライバーマグネットであり、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂがドライバーコイルである。しかしながら、いうまでもなく、これらのドライバーコンポーネントが逆になっていてもよい。すなわち、第一のドライバーコンポーネント１０４ａがドライバーコイルであり、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂがドライバーマグネットであってもよい。さらに、ドライバー１０４はマグネット／コイルを組み合わせたものにより構成されている必要はない。上述のように、たとえば圧電素子を用いたドライバー、アコースティックドライバーなどを含むさまざまな代替用のドライバーがある。したがって、どのようなドライバーコンポーネントがフローチューブ１０１およびバランス部材２５０と結合されるかということにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。重要なことは、ドライバーコンポーネントのうちの一方がフローチューブ１０１と結合され、ドライバーコンポーネントのうちの他方がバランス部材２５０と結合されるということである。  同様に、第一のピックオフセンサー１０５および第二のピックオフセンサー１０５’の各々は、第一のコンポーネント１０５ａ、１０５ａ’と、第二のコンポーネント１０５ｂ、１０５ｂ’とを有している。図示されているように、第一のピックオフコンポーネント１０５ａ、１０５ａ’はフローチューブ２０３と結合されており、第二のピックオフコンポーネント１０５ｂ、１５０ｂ’は、バランス部材２５０における、第一のピックオフコンポーネント１０５ａ、１０５ａ’に近い部分と結合されている。したがって、これらのピックオフコンポーネントは、当該技術分野において公知となっているように相互に作用することができる。第一のピックオフコンポーネント１０５ａ、１０５ａ’がピックオフマグネットにより構成されているように図示され、第二のピックオフコンポーネント１０５ｂ、１０５ｂ’がピックオフコイルにより構成されているように図示されているが、第一のピックオフコンポーネントと第二のピックオフコンポーネントとを逆にしてもよい。したがって、どのようなコンポーネントがフローチューブ２０３およびバランス部材２５０と結合されるかということにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。さらに、いうまでもなく、ピックオフセンサー１０５および１０５’はマグネット／コイルの形態に限定されない。もっと正確にいえば、ピックオフセン���ー１０５および１０５’は、マグネット／コイルセンサー、光学センサー、容量センサーなどを含む周知のピックオフ形態のうちのいずれによって構成されてもよい。
【００５０】
第二のドライバーコンポーネント１０４ｂおよび第二のピックオフコンポーネント１０５ｂ、１０５ｂ’がバランス部材２５０と結合されている場合、センサーコンポーネント１０４、１０５、１０５’は、本来これらのコンポーネントに伝達される恐れのある外部振動から実質的に隔離されることになる。たとえば、ピックオフコンポーネントが静止基準プレートと結合されている従来のシステムでは、外部振動が伝達されうるので、測定結果に誤差が生じることになる。しかしながら、本発明では、センサーコンポーネントが実質的に隔離されているので、誤った測定の可能性が削減されることになる。
【００５１】
本発明のある実施形態によれば、センサーコンポーネント１０４、１０５、１０５’は、ブラケット２３０、２３１、２３１’を用いて、フローチューブ２０３および／またはバランス部材２５０と結合されている。ブラケット２３０、２３１、２３１’をフローチューブ２０３およびバランス部材２５０のうちの一方と結合させることができる。図示されている実施形態では、ブラケット２３０、２３１、２３１’はバランス部材２５０と結合されている。図２に示されている実施形態によれば、第二のセンサーコンポーネント１０４ｂ、１０５ｂ、１０５ｂ’をバランス部材２５０と結合させるためのブラケット２３０、２３１、２３１’が設けられている。有利には、第二のセンサーコンポーネント１０４ｂ、１０５ｂ、１０５ｂ’は、第一のセンサーコンポーネント１０４ａ、１０５ａ、１０５ａ’と相互作用するためにバランス部材２５０を越えて延びることができる。
【００５２】
ブラケット２３０、２３１、２３１’に加えて、本発明にかかる実施形態によれば、フローメーター２００は複数のカウンタウエイト２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ａ’、２０５ｂ’をさらに有している。これらのカウンタウエイト２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ａ’、２０５ｂ’を設けることにより、センサーコンポーネント１０４、１０５、１０５’の重さのバランスをとることができる。たとえば、本発明のある実施形態によれば、第一のドライバーコンポーネント１０４ａは、フローチューブ２０３の第一の側面と結合されている。第一のドライバーコンポーネント１０４ａの重さのバランスをとるために、フローチューブ２０３における、第一のドライバーコンポーネント１０４ａとは反対側の部分であるフローチューブ２０３の第二の側面にカウンタウエイト２０４ａを結合させることができる。同様に、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂをブラケット２３０の第一の側面と結合させることができる。第二のドライバーコンポーネント１０４ｂの重さのバランスをとるために、ブラケット２３０における、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂの反対側の部分にカウンタウエイト２０４ｂを結合させることができる。本発明のある実施形態によれば、これらのカウンタウエイトは、センサーコンポーネントとバランスウェイトとを合わせた質量中心が、フローチューブ２０３およびバランス部材２５０の中心線を含む面の近くに存在するようなサイズおよび位置に形成される。いうまでもなく、合わせた質量中心が中心線を含むＸ−Ｙ面上の位置に来るようにすることが望ましいものの、機械加工公差により、正確なバランスを実現することが非常に高価なものとなりうるので、状況によっては、中心線を含む面からある程度のずれを受け入れる場合もある。しかしながら、合わせた質量中心がフローチューブの中心線を含む面に近づくにつれて、動作中に生じる望ましくない振動が減少することはいうまでもない。この種のバランスについては、ここで参照することによって本明細書に援用される米国特許第７，２８７，４３８号に詳細に説明されている。
【００５３】
先の場合と同様に、ブラケット２３０と結合されているカウンタウエイト２０４ｂは、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂと、カウンタウエイト２０４ｂと、ブラケット２３０とを合わせた質量中心がバランス部材２５０の中心線を含む面の近くに存在するようなサイズおよび位置に形成される。カウンタウエイト２０４ｂをこのようなサイズおよび位置に形成すると、第一のドライバーコンポーネント１０４ａに関して先に記載したような同一の効果を奏することができる。いうまでもなく、ピックオフセンサー１０５および１０５’についても同様のバランシングを行なうことができる。
【００５４】
図２に示されているように、フローチューブ２０３は湾曲フローチューブであり、フローチューブ２０３の形状により内側曲げ領域２１３が形成されている。図２に示されているように、内側曲げ領域２１３とは、湾曲フローチューブ２０３のおおむね真下に位置し、かつ流入口フランジ１０１と流出口フランジ１０１’との間に位置する領域のことである。図２に示されている実施形態では、バランス部材２５０は、内側曲げ領域２１３内に「入れ子状」に配設されている。換言すれば、バランス部材２５０は、フローチューブ２０３に隣接し、かつフローチューブ２０３の内側曲げ領域２１３内の位置に配設されている。バランス部材２５０は、内側曲げ領域２１３の近くに位置しているように示されており、バランス部材２５０がフローチューブ２０３よりも短いという点を除いてフローチューブ２０３と同様の形状を有している。バランス部材２５０は、フローチューブ２０３の内側曲げ領域２１３内に位置するため、フローチューブ２０３よりも短くなっている。したがって、フローチューブ２０３は、実質的にバランス部材２５０を囲むように湾曲している。バランス部材の長さが小さいので、フローチューブ２０３に加えられる軸方向のストレスを著しく増大させることなくフローチューブ材料の熱膨脹率よりも高い熱膨脹率を有している材料からバランス部材２５０を形成することができる。というのは、熱膨脹率が温度変化に対する長さの変化の割合として表現されることが多いからである。したがって、１片の材料の長さが小さくなると、温度の変化に起因して生じる長さの総変化も小さくなる。したがって、フローチューブの熱膨脹率より高い熱膨脹率を有する材料からバランス部材２５０を形成することができ、また、ある与えられた温度変化において、フローチューブ２０３およびバランス部材２５０の長さの総変化が実質的に同一でありうる。高い熱膨脹率を有している材料は安価であることが多いので、温度変化に起因する軸方向の大きなストレスをフローチューブ２０３に与えることなくフローチューブ２０３よりも安価な材料からバランス部材２５０を形成することができる。フローチューブとカウンターチューブとが隣り合って並んで、実質的に同一の長さを有している従来の設計では、このような構成は可能ではなかった。したがって、本発明にかかるフローメーター２００を先行技術によって実現することができたものよりも安く形成することが可能となった。いうまでもなく、フローチューブ２０３とは異なる材料からバランス部材２５０を形成してもよいが、バランス部材２５０とフローチューブ２０３とを同一の材料から形成することも本発明の技術範囲に当然含まれる。
【００５５】
図３には、フローメーター２００を示すＸ軸方向に沿って切断された概略断面図が示されている。図３に示されているように、フローチューブ２０３の中心線３４０およびバランス部材２５０の中心線３４１は、共通の面、すなわち記載の座標系におけるＸ−Ｙ面を共有している。換言すれば、バランス部材２５０の中心線３４１は、フローチューブ２０３の中心線３４０を含むＸ−Ｙ面にまたは少なくともその近くに位置している。有利には、バランス部材２５０を、フローチューブ２０３の下に入れ子状に設ける（ｎｅｓｔｅｄ）ことができ、また、フローチューブ２０３の位相とは逆の位相で振動させることができる。しかしながら、いうまでもなく、実施形態によっては、フローチューブ２０３がバランス部材２５０の下の位置に設けられている場合もある（フローチューブ２０３がバランス部材２５０の下に入れ子状に設けられている場合もある）。
【００５６】
バランス部材２５０が中空のチューブであるように図示されているが、いうまでもなく、バランス部材２５０が実質的に中実の構造物であってもよい。さらに、バランス部材２５０は、たとえば正方形、Ｉ形状、異形状などのいかなる形状を有していてもよい。したがって、バランス部材２５０は図示されるような円形チューブに限定されるものではない。いうまでもなく、実施形態によっては、バランス部材２５０が流体で充填されていてもよい。この流体は、たとえばフローメーター２００を流れると予想される流体の密度に近い密度を有している流体であってもよい。それに代えて、この流体は、フローメーター２００を流れると予想される流体であってもよい。バランス部材２５０を流体で充填させることにより、バランス部材２５０の固有周波数の調節を補助することができるようになる。しかしながら、運転中、フローメーター２００を流れる流体がバランス部材２５０を流れないことはいうまでもない。もっと正確にいえば、フローメーター組立体中に、バランス部材２５０を充填させることができる。
【００５７】
また、図３には、ドライバー１０４のさまざまな質量中心がさらに示されている。図示されているように、フローチューブ２０３と結合されているのは、質量中心ＣＭmを有する第一のドライバーコンポーネント１０４ａと、質量中心ＣＭb1を有するカウンタウエイト２０４ａとである。本発明のある実施形態によれば、カウンタウエイト２０４ａは、第一のドライバーコンポーネント１０４ａとカウンタウエイト２０４ａとを合わせた質量中心ＣＣＭ1が、フローチューブ２０３の中心線３４０にもなるＸ−Ｙ面上に位置するようなサイズおよび位置に形成することができる。本発明のある実施形態によれば、バランス部材２５０と結合されているのは、質量中心ＣＭBを有するブラケット２３０である。バランス部材２５０にさらに結合されているのは、質量中心ＣＭCを有する第二のドライバーコンポーネント１０４ｂと、質量中心ＣＭb2を有するカウンタウエイト２０４ｂとである。カウンタウエイト２０４ｂは、ブラケット２３０と、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂと、カウンタウエイト２０４ｂとを合わせた質量中心ＣＣＭ2が、バランス部材２５０の中心線３４１を含むＸ−Ｙ面上に位置するようなサイズおよびブラケット２３０上の位置に形成することができる。いうまでもなく、合わせた質量中心をＸ−Ｙ面上に正確に位置するようにすることは望ましいものの、なんらかの製造上の公差などに起因してこれが困難なことである場合もある。しかしながら、合わせた質量中心をＸ−Ｙ面に隣接させてまたは可能な限りその近くに配置するようにすることが望ましい。同様に、ピックオフセンサー１０５および１０５’もカウンタウエイト２０５ａ、２０５ｂ、２０５ａ’２０５ｂ’を用いてバランスを取ることができることはいうまでもないことであり、詳細な説明は明細書の簡潔さを保つために省略する。
【００５８】
図４には、本発明の他の実施形態にかかるフローメーター２００が示されている。図４に示されている実施形態は、先に記述された実施形態と類似しているものの、図４に示されている実施形態はカウンタウエイト２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ａ’、２０５ｂ’を有していない。したがって、図４に示されているフローメーター２００は、フローチューブ２０３およびバランス部材２５０と結合されているドライバー１０４およびピックオフセンサー１０５、１０５’により引き起こされるインバランスを補償するためにさらなる較正を必要とする場合もある。図４に示されている実施形態によれば、第二のドライバーコンポーネント１０４ｂおよび第二のピックオフコンポーネント１０５ｂ、１０５ｂ’を先の場合と同様にブラケット２３０、２３１、２３１’を用いてバランス部材２５０と結合させるようにすることができる。しかしながら、実施形態によっては、ブラケット２３０、２３１、２３１’が取り除かれて、第二のコンポーネント１０４ｂ、１０５ｂ、１０５ｂ’がバランス部材２５０と直接結合させる場合もあるということはいうまでもない。いうまでもなく、ドライバー１０４およびピックオフセンサー１０５、１０５’をフローチューブ２０３およびバランス部材２５０と結合する具体的な方法には、接着剤、ろう付け、ボンディング、メカニカルカプラーなどを用いることが含まれてもよい。したがって、どのような方法が用いられるかということによって本発明の技術的範囲が限定されるべきではない。
【００５９】
動作時、メーター電子機器２０により、ドライブ信号がリード線１１０を通じてドライブコイル１０４Ｂへと送信されうる。このドライブ信号に従って、フローチューブ２０３が曲げ軸線Ｗ−Ｗを中心として振動し、バランス部材２５０が曲げ軸線Ｗ’−Ｗ’を中心として振動する。本発明のある実施形態によれば、バランス部材２５０は、フローチューブ２０３と同一モードであるものの逆位相で振動する。本発明のある実施形態によれば、これらの曲げ軸線Ｗ−Ｗ、Ｗ’−Ｗ’は、フローチューブ２０３およびバランス部材２５０の動作領域を制限する複数のブレースバー２２０〜２２３を用いて部分的に規定される。振動しているフローチューブ２０３、２５０は、ピックオフセンサー１０５、１０５’に電圧を誘発し、この電圧は、リード線１１１、１１１’を通じてメーター電子機器２０へと送信される。メーター電子機器２０は、ピックオフセンサー１０５、１０５’によって送信された信号に基づいて、質量流量情報および物質密度の如き他の情報をもたらす。ＲＴＤ（図示せず）の如き温度測定デバイスは温度測定値をさらに提供することができる。メーター電子機器２０はこの情報をリード線２６を通じて下流側のプロセスへと送信することができる。
【００６０】
本発明のある実施形態によれば、フローチューブ２０３にプロセス流体を流す前に、バランス部材２５０にプロセス流体を充填することができる。このことは、バランス部材２５０の固有周波数を調節するのに有用となりうる。実施形態によっては、バランス部材２５０にプロセス流体を充填することを必要とせず、バランス部材２５０の固有周波数の調節が、たとえば１つ以上のさらなるおもりをバランス部材２５０と結合させることの如き他の周知の方法によって行われるようにしてある場合もある。
【００６１】
バランス部材２５０の中心線３４１がフローチューブ２０３の中心線３４０を含む面上に位置するため、従来技術により実現されうるよりもはるかに安い価格でフローメーター２００を製作することができる。というのは、フローチューブ２０３の熱膨脹率よりも高い熱膨脹率を有する安価な材料からバランス部材２５０を製作することができるからである。それに加えて、バランス部材２５０がフローチューブ２０３の内側曲げ領域２１３内に入れ子状に配設されるため、フローメーター２００は、フローメーターのサイズ、とくにフローメーターの幅が問題となるような状況において導入することができる。というのは、バランス部材２５０がフローチューブ２０３以外に必要とするスペースの量が大きくないからである。ほとんどの実施形態では、バランス部材２５０は、フローチューブ２０３の内側曲げ領域２１３内で入れ子状に配設されるので、フローメーター２００の幅を増やしてしまうことはない。これは、カウンターチューブがフローチューブと並んで配設されるために、フローメーターによって必要とされる幅が２倍となるカウンターチューブを組み込んだ従来のフローメーターとは対照的である。
【００６２】
上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術的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。もっと正確にいえば、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な方法で組み合わせてまたは取り除い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および教示範囲に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲および教示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。
【００６３】
以上のように、本発明のいくつかの実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変更がさらに可能である。本明細書に記載の教示を上述のかつそれに対応する図に記載の実施形態のみでなく他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明の技術的範囲は添付の請求項によって決められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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