(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の流れを受ける流管（３０３）と、
該流管に連結されたバランスバー（３０２）と、
上記流管及び上記バランスバーを相互に逆の位相になるように駆動平面内で振動させ、
上記駆動平面内の振動と上記物質の流れとが合わさって上記流管のコリオリ撓みを生ずるように作用する駆動源（Ｄ）と、
上記コリオリ撓みの検出に応じた上記物質の流れに関する情報を表す信号を生じ、上記コリオリ撓みを検出する上記流管に連結されたピックオフ手段（ＬＳ，ＲＳ）と、
該ピックオフ手段から上記信号を受け取り上記物質の流れに関する出力情報を生ずる流量計電子回路（３１６）と、
を有し、
動作時に上記駆動平面に実質的に垂直な平面内での上記流管の不必要な横方向の振動の存在を受け、
該横方向の振動が上記ピックオフ手段における不必要な信号を生じ、
該不必要な信号が、上記駆動振動数と上記横方向の振動との振動数の間隔が所望の大きさより小さい時に、上記コリオリ撓みを表すピックオフ信号の処理を困難にしているコリオリ流量計において、
上記流管及び上記バランスバーに連結された横モードのスタビライザー手段（１０１）と、
上記流管を受け入れるための円形開口（１１５）を有する各々の上記横モードのスタビライザー手段のリング状部材（２０４）と、
該リング状部材から上記流管の縦方向中心に向かって上記流管の横側に沿って軸方向内方に延びる上記横モードのスタビライザーにおける第１及び第２の横方向延長部（１０８）と、
をさらに含み、該横モードのスタビライザー手段が上記横方向の振動の振動数を上記駆動振動より大きい範囲で変化させ、それによって上記流量計電子回路によるコリオリ信号の処理を容易にするために上記駆動振動の振動数と上記横方向振動の振動数との振動数の間隔が上記所望の大きさより大きくなるように増大させるようにしたことを特徴とするコリオリ流量計。
【請求項２】
上記横モードのスタビライザー手段が上記流管の横方向の振動の共振振動数を上昇させるように上記流管の第１の側及び第２の側に接していることを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項３】
上記横方向モードのスタビライザー手段が
上記バランスバー（３０２）の第１の端部を上記流管（３０３）の第１の壁部分に連結する第１の横モードのスタビライザー（１０１）と、
上記バランスバーの第２の端部を上記流管の第２の壁部分に連結する第２の横方向モードのスタビライザー（１０１）と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のコリオリ流量計。
【請求項４】
上記横モードのスタビライザー手段が上記バランスバーの第１の端部に連結された第１の横モードのスタビライザー（１０１）と上記バランスバーの第２の端部に連結された第２の横モードのスタビライザー（１０１）とからなり、
上記バランスバーの第１の端部及び第２の端部がそれぞれ上記流管の第１の壁部分及び第２の壁部分に連結され、
上記バランスバーが実質的に上記流管に平行に向いており、
各々の上記横モードのスタビライザーの円筒形リング部材が上記流管の外側壁部と上記バランスバーの内側壁部との間に配置され、
各々の上記横モードのスタビライザーが上記流管の対向する周囲部分に沿った上記リング部材から上記流管の縦方向中心に向かって軸方向内方に延びる横方向の周囲部分をなす横方向の延長部（１０８）を含み、
上記横方向の延長部（１０８）が上記駆動振動の共振振動数を実質的に不変にして上記流管の横方向の共振振動数を上昇させるように作用し、
各々の上記横モードのスタビライザーの上側及び下側の周囲部分が上記延長部（１０８）のなす上記横方向の周囲部分（１０８）に周方向に近接する空所（１０９）をなすようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項５】
上記横モードのスタビライザー手段が第１の横モードのスタビライザー（１０１）及び第２の横モードのスタビライザー（１０１）からなり、
１対の横方向の延長部（１０８）が上記リング部材から上記流管の対向する横方向の面に沿って上記流管の縦方向中心に向かって内方に延び相互に周方向反対に向いて上記リング状部材（２０４）に取り付けられ、
空所部材（１０９）をなす１対の上側及び下側の周方向部材が上記対をなす延長部の間に周方向に配置されるようにして上記リング部材から上記流管の縦方向中心に向かって内方に延び相互に周方向反対に配置され、
上記横方向の延長部（１０８）が、上記流管の硬さを上記駆動平面内の振動に関して比較的影響されないようにして、上記流管を上記横方向の振動に対して硬くさせ、
上記空所部材（１０９）をなす１対の上側及び下側の周方向部材及び上記横方向延長部が上記流管を上記駆動平面内における上記流管の振動に関して比較的影響されないようにし、
上記横方向の振動に対して上記流管が硬くなることによって上記流管の横方向振動の共振振動数が上昇し、上記流管の横方向振動の振動数と駆動振動の振動数との振動数の間隔が増大する
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項６】
上記流管（３０３）、上記バランスバー（３０２）及び上記横モードのスタビライザー手段（１０１）を収容する実質的に円筒形のケース（３０１）と、
上記バランスバーの第１の端部及び第２の端部と上記流管及び上記横モードのスタビライザー手段と連結された第１及び第２のケース連結リンク（４０１）と、
を含み、
上記ケース連結リンクの第１の外側端部（４０７）が上記ケースの第１の内側壁部（４０８）に連結され、
上記ケース連結リンクの第２の外側端部（４０３）が上記第１の壁部と周方向に反対側の上記ケースの上記内側壁部（４０８）に連結されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項７】
上記ケース連結リンクが
上記第１の外側端部（４０７）から上記第２の外側端部（４０３）に延びる実質的に平坦な部材（４０１）と、
該平坦な部材の中間部分における実質的に円形の開口（４０４）と、
を形成し、
上記円形の開口が上記流管と上記横モードのスタビライザー手段のリング部分（２０４）とを受け入れるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のコリオリ流量計。
【請求項８】
コリオリ流量計の所望の駆動振動数と不必要な横方向振動の振動数との振動数の間隔を増大させるようにコリオリ流量計を動作させ、
コリオリ流量計の流管（３０３）を駆動平面内において該流管とこれに連結されたバランスバー（３０２）との共振振動数で駆動する
ステップを含む方法において、
上記流管の側方部分を横方向振動に対して硬くするように上記流管の周方向側方部分に上記横方向延長部を有する横モードのスタビライザー手段を連結する
ステップをさらに含み、
上記硬くすることが上記流管の駆動振動数を、上記横モードのスタビライザー手段との連結がなされない時の上記流管の横方向振動の振動数より大きく上昇させるように作用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計を動作させる方法。
【請求項９】
上記連結するステップが上記流管の側方部を横方向振動に対して硬くするように上記流管の対向する周方向側部に上記横モードのスタビライザー手段（１０１）の周方向の横側延長部（１０８）を連結するステップからなるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記流管（３０３）及び上記横モードのスタビライザー手段（１０１）とコリオリ流量計のバランスバー（３０２）とをケース連結リンク（４０１）に連結することと、
上記コリオリ流量計を収容するケースの内面（３２１）に上記ケース連結リンクの対向する端部（４０７，４０３）を連結することと、
のステップをさらに含むようにしたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明はコリオリ流量計に関し、より詳細にはコリオリ流量計の流管の横モード振動の振動数を変化させるための装置及び方法に関する。本発明はさらに流管の共振駆動振動数と流管の横モード振動の振動数との振動数差を増大させるための装置及び方法に関する。
【０００２】
【技術的問題】
コリオリ流量計は流管が共振振動数で振動する際に物質が流れて通る流管によって特徴づけられる。物質が流れていない時に、流管のどの点も、流管の他のいずれの点とも位相を合わせて振動する。流管の異なる箇所に配置された２つのピックオフ装置が、物質が流れていない時に同じ位相を有し物質が流れている時に位相差を有する正弦波上の信号を発生する。この位相差は振動する流管を通る物質の流れによって生ずるコリオリ力のためである。流管の長さ方向のいずれかの２つの箇所の間の位相差の大きさは実質的に物質の流れの質量流量に比例する。コリオリ質量流量計はこの位相差を決定し質量流量と物質の流れに関する他の情報とを示す出力信号を生ずる信号の処理を用いる。
【０００３】
動作時に、流管は直管型コリオリ流量計のバランスバーのような、近接する平行な部材と位相が外れるように駆動される。流管とバランスバーとの組み合わせた共振振動数での位相の外れた振動を生ずる電気機械的駆動源によって駆動力が発生する。説明上バランスバーと流管とは駆動源によって１つの垂直平面内で駆動されるものとする。これらの垂直方向の振動は流管及びバランスバーの第１の位相の外れた曲げモードであってそれらの共振振動数で駆動されるので比較的大きい。
【０００４】
駆動振動と同じ垂直平面内にまた物質の流れを有する振動する流管のコリオリ撓みが生ずる。コリオリ撓みは駆動振動数で生ずるが、流管の撓みはより高い振動数を有する曲げモードの形状を有する。それゆえコリオリ撓みの振幅は流管の駆動振動数の振動の振幅よりずっと小さい。コリオリ応答の振幅は比較的小さいが、流れる物質に関する所望の質量流量及び他の情報を生ずるようにように流量計電子回路装置によって処理されるピックオフ出力信号を生ずるのはコリオリ応答である。コリオリ流量計の出力誤差は典型的には０．１５％ふるいはそれ以下であろう。この精度を得るために、コリオリピックオフ信号はできるだけその処理に支障をきたし得るノイズや不必要な信号がないようにすることが必要である。
【０００５】
コリオリ流量計の動作において、ピックオフに生ずる信号は所望の小さい振幅のコリオリ応答信号だけでなく、所望のコリオリ応答信号とともに処理回路に与えられる不必要な信号をも含む。この不必要な信号を受けると、誤差を０．１５％以下にするという目的に合った出力信号を生ずる処理回路の性能が損なわれる。
【０００６】
不必要なピックオフ信号は包囲する環境からの周辺ノイズによって生ずる。周辺ノイズは近辺の機械装置類や、近辺の自動車及び鉄道交通によって生ずる振動によるものがあろう。またそれはコリオリ流量計が連結されている配管の振動によっても生ずるであろう。周辺ノイズは機械装置類や交通によって生ずる振動から流量計を分離するように適切に装着することによって解消される。連結された配管の振動によるノイズは流量計を配管から適切に分離することによって解消される。
【０００７】
他の不必要な信号源は流量計における不必要な振動である。この不必要な振動はより解消するのが困難であり、改善された流量計の設計により小さくできるが、消去されることはない。
【０００８】
全てのコリオリ流量計は流管を共振振動数で駆動することにより生ずるモード形状を有している。典型的な流量計は形状によって特徴づけられる
位相の合った曲げモード（ＩＰＢ）
位相の合った横モード（ＩＰＬ）
位相の外れた曲げモード（駆動）
位相の外れた横モード（ＯＰＬ）
バランスバーの第２モード（曲げ）
という振動モードを有している。
【０００９】
位相の外れた曲げモードは所望の駆動モードであり、他は不必要なモードである。これらのモードは全ていずれのコリオリ流量計にも付随する。しかし良好な設計により不必要なモードを小さくできるが、消去することはできない。またこれらのモードの振動数は流れる物質の密度により変化する。モードが振動数を変化させる時に、流量計を不安定にさせ不正確な出力データを生ずるような隣接するモードの間の相互作用の可能性がある。前述したように、流量計の所望の出力情報を生ずるのに用いられる望ましいモードは位相が外れた曲げ駆動モードである。コリオリ力を生ずるのはこのモードである。生じたコリオリ応答は、流量計の出力情報を与えるように用いられる信号を生ずるピックオフによって検出される。
【００１０】
位相の合った横モード及び位相の外れた横方向の振動はいかなる流量計の設計においても考えなければならない問題である。２つの異なる横方向の振動数が別個のコリオリ応答信号の処理に及ぼす逆効果を避け、あるいは最少にするのに十分な大きさだけ駆動振動数がより低い位相の合った横方向の振動数とより高い位相の外れた横方向の振動数から離れるようにすることが良好なコリオリ流量計の設計の目的である。これは電子処理回路が所要の０．１５％以下の誤差を有する出力信号を生ずるようにするために必要である。
【００１１】
種々の流量計の部分の非対称性や周辺ノイズのために駆動振動数によって不必要な横方向の振動が生ずる。横方向の振動の存在は、その振動数が駆動振動数から十分な大きさだけ離れている限り許容される。この分離が不十分であれば、横方向の振動数が駆動振動数に近接することにより所望のコリオリ応答信号とともに電子処理回路に加わる不必要なピックオフ信号を生ずる相互作用及びビート振動数が生じ得る。この不必要な横モードの信号が過大な振幅を有し、またコリオリ応答信号の振動数に近いとすれば、電子処理回路は所望の精度を有する出力情報を生ずるようにコリオリ信号を処理することができないであろう。
【００１２】
流量計の出力信号の精度とコリオリ応答信号の処理が両立しなくなるような望ましくない振動モードによって生ずる信号の逆作用を最小にすることがコリオリ流量計の設計及び動作において問題になることが前述のことからわかるであろう。
【００１３】
【課題を解決する手段】
駆動とコリオリ応答との振動数が位相の合った、また位相の外れた横方向振動の振動数においてともに十分な大きさだけ離れるようにコリオリ流量計の流管の振動特性を変化させるための装置及び方法からなる本発明によって前述の問題が解決され、技術的進歩がなされる。この増大した振動数分離により所望の出力精度を得られるようにコリオリ応答信号を処理する対応する流量計電子回路の性能が高められる。
【００１４】
前述のように、コリオリ応答信号の処理を妨げ得る不必要な信号は２つの原因によるものである。第１のものは周辺ノイズの存在によって生ずる。第２のものは流量計の構造における不必要な振動による。これらの原因はともにコリオリ応答信号の信号処理を損ない得る不必要な信号を生ずることにもなる。
【００１５】
周辺ノイズはコリオリ流量計のノイズ源からの改善された機械的分離によって許容される程度にまで減少させられる。不必要な流量計の振動によって生ずる信号は主として流量計の構造における非対称性によるものである。この非対称性は垂直平面内に駆動源やピックオフセンサーを不完全に装着するためであろう。この非対称性はまた流量計の製造時の不完全な溶接あるいははんだ付けの作業にもよる。この非対称性の結果、例えば駆動源が流管を所望の垂直平面内で振動させるが、流管をより小さい程度に望ましくない横方向平面内で振動させることにもなろう。同様に流管へのピックオフの取り付けは完全にはならないので、ピックオフが主として垂直平面内の運動に応答するが、横方向平面内の運動にも応答するであろう。言い換えると、コリオリ流量計はその製造、動作のいずれにおいても完全であることはなく、その結果垂直平面内においてのみ動作すべき流量計の部分が、小さくはあるが、垂直平面に垂直な平面内の応答をも有する。その結果この部分はその振動に対して所望の垂直方向成分とともに不必要な横方向成分を有する。この横方向成分は小さくはあるが、ピックオフの出力に不必要な信号を生じ得る。
【００１６】
横方向の振動の存在が避けられないのを解決することは横方向の振動数に対して制御できるようにするため流量計の構造特性を変化させることである。これにより横方向振動の振動数が駆動信号及びコリオリ応答信号の振動数からより大きく分離されるようになる。増大した振動数の間隔により横方向振動の振幅及びビート振動数とコリオリ応答信号とのそれらの相互作用とがともに減少する。駆動及びコリオリ応答振動数からの横モード振動数の増大した間隔によりまた対応する流量計電子回路によるコリオリ応答信号のより容易な処理が可能になる。コリオリ応答信号の振動数に許容されない程度に近い横モードの振動数は信号処理回路においてきわめて狭い帯域幅と選択性とを要する。この狭い帯域幅及び選択性は得るのが困難であり、経費を要する。
【００１７】
逆に横モードの振動の振動数がコリオリ応答振動数から十分な大きさだけ離れている時に、流量計電子回路部分の帯域幅及び選択性についての要請は、流量計出力情報における所望の精度を得るためにコリオリ応答信号が処理されるように減少する。この理由は、増大した振動数の間隔により流量計電子回路の選択性が横モードの信号を排除し、あるいは許容程度に減少させることが可能になるためである。
【００１８】
本発明の装置及び方法は、流管の端部に取り付けられた同心リングを用いリングの横方向の軸方向延長部が流管にその各々の側で接触するようにして横方向振動の振動数に対して制御できるようにする。この横方向の軸方向延長部は横方向振動に対する流管の硬さを増大させ、垂直（駆動）平面における流管の振動にただ適度な作用だけを与える。その結果、垂直方向の流管の（駆動）振動数と流管の横方向振動の振動数との増大した間隔が得られる。この増大した振動数の間隔により、流量計の出力情報における高くなった精度でより容易にコリオリ応答信号の信号処理を行うことによって横モード振動の振動数についての望ましくない結果がなくなる。
【００１９】
本発明の第１の面は、
物質の流れを受ける流管と、
該流管に連結されたバランスバーと、
上記流管及び上記バランスバーを相互に逆の位相になるように駆動平面内で振動させ、  上記駆動平面内の振動と上記物質の流れとが合わさって上記流管のコリオリ撓みを生ずるように作用する駆動源と、
上記コリオリ撓みの検出に応じた上記物質の流れに関する情報を表す信号を生じ、上記コリオリ撓みを検出する上記流管に連結されたピックオフ手段と、
該ピックオフ手段から上記信号を受け取り上記物質の流れに関する出力情報を生ずる流量計電子回路と、
を有し、
動作時に上記駆動平面から偏倚した平面内での上記流管の不必要な横方向の振動の存在を受け、
該横方向の振動が上記ピックオフ手段における不必要な信号を生じ、
該不必要な信号が、上記駆動振動数と上記横方向の振動との振動数の間隔が所望の大きさより小さい時に、上記コリオリ撓みを表すピックオフ信号の処理困難にし、
上記流管及び上記バランスバーに連結された横モードのスタビライザー手段をさらに含み、
該横モードのスタビライザー手段が上記横方向の振動を変化させ、それによって上記流量計電子回路によるコリオリ信号の処理を容易にするために上記駆動振動の振動数と上記横方向振動の振動数との振動数の間隔を所望の大きさより増大させる
ようにしたコリオリ流量計を含むことがわかるであろう。
【００２０】
本発明の第２の面は、第１の面のコリオリ流量計において、上記横モードのスタビライザー手段が上記横方向の振動の共振振動数を上昇させるように上記流管の第１の側及び第２の側に取り付けられた延長部手段を含むようにしたコリオリ流量計を含む。
【００２１】
本発明の第３の面は、第１の面のコリオリ流量計において、上記横モードのスタビライザー手段が
上記バランスバーの第１の端部を上記流管の第１の壁部分に連結する第１の横モードのスタビライザーと、
上記バランスバーの第２の端部を上記流管の第２の壁部分に連結する第２の横モードのスタビライザーと、
上記流管を受け入れるための円形の開口を有する各々の横モードのスタビライザーにおけるリング部材と、
上記流管の横の側に沿って上記流管の軸方向中心に向かって上記リング部材から軸方向内方に延びる各々の横モードのスタビライザーにおける第１及び第２の横方向の延長部と、
を含み、上記横方向の延長部が上記横方向の振動の共振振動数を上昇させるように作用するようにしたコリオリ流量計を含む。
【００２２】
本発明の第４の面は、第１の面のコリオリ流量計において、
上記横モードのスタビライザー手段が上記バランスバーの第１の端部に連結された第１の横モードのスタビライザーと上記バランスバーの第２の端部に連結された第２の横モードのスタビライザーとからなり、
上記バランスバーの第１の端部及び第２の端部がそれぞれ上記流管の第１の壁部及び第２の端部に連結され、
上記バランスバーが実質的に上記流管に平行に向いており、
各々の上記横モードのスタビライザーが上記流管を受け入れるための円形の開口を有する円筒形リング部材を有し、
各々の上記横モードのスタビライザーの円筒形リング部材が上記流管の外側壁部と上記バランスバーの内側壁部との間に配置され、
各々の上記横モードのスタビライザーが上記流管の対向する周囲部分に沿った上記リング部材から上記流管の縦方向中心に向かって軸方向内方に延びる横方向の周囲部分をなす横方向の延長部を含み、
上記横方向の延長部が上記駆動振動の共振振動数を実質的に不変にして上記流管の横方向の共振振動数を上昇させるように作用し、
各々の上記横モードのスタビライザーの上側及び下側の周囲部分が上記延長部のなす上記横方向の周囲部分に周方向に近接する空所をなす
ようにしたコリオリ流量計を含む。
【００２３】
第５の面は、第１の面のコリオリ流量計において、
上記横モードのスタビライザー手段が第１の横方向モードのスタビライザー及び第２の横モードのスタビライザーからなり、
各々の横モードのスタビライザーが上記流管を受け入れるようにした円形の開口を有する円筒形のリング部材をなし、
１対の横方向の延長部が上記リング部材から上記流管の対向する横方向の面に沿って上記流管の縦方向中心に向かって内方に延び相互に周方向反対に向いて上記リング状部材に取り付けられ、
１対の空所部材が上記対をなす延長部の間に周方向に配置されるようにして上記リング部材から上記流管の縦方向中心に向かって内方にのび相互に周方向反対に配置され、
上記横方向の延長部が、上記流管の硬さを上記駆動平面内の振動に関して比較的影響されないようにして、上記流管を上記横方向の振動に対して硬くさせ、
上記対をなす空所部材と上記横方向の延長部とが上記流管を上記駆動平面内における上記流管の振動に関して比較的影響されないようにし、
上記横方向の振動に対して上記流管が硬くなることによって上記流管の横方向振動の共振振動数が上昇し、上記流管の横方向振動の振動数とコリオリ応答振動数との振動数の間隔が増大する
ようにしたコリオリ流量計を含む。
【００２４】
本発明の第６の面は、第１の面のコリオリ流量計において、さらに
上記流管、上記バランスバー及び上記横モードのスタビライザー手段を収容する実質的に円筒形のケースと、
上記バランスバーの第１の端部及び第２の端部と上記流管及び上記横モードのスタビライザー手段と連結された第１及び第２のケース連結リンクと、
を含み、
上記ケース連結リンクの第１の外側端部が上記ケースの第１の内側壁部に連結され、
上記ケース連結リンクの第２の外側端部が上記第１の壁部と周方向に反対側の上記ケースの上記内側壁部に連結されるようにしたコリオリ流量計を含む。
【００２５】
本発明の第７の面では、第６の面のコリオリ流量計において、上記ケース連結リンクが
上記第１の外側端部から上記第２の外側端部に延びる実質的に平坦な部材と、
該平坦な部材の中間部分における実質的に円形の開口と、
を形成し、
上記円形の開口が上記流管と上記横モードのスタビライザー手段のリング部分とを受け入れるようにしたコリオリ流量計が与えられる。
【００２６】
本発明の第８の面は、コリオリ流量計の所望の駆動振動数と不必要な横方向振動の振動数との振動数の間隔を増大させる方法において、
コリオリ流量計の流管を駆動平面内において該流管とこれに連結されたバランスバーとの共振振動数で駆動することと、
上記流管の周方向の側方部分を横方向振動に対して硬くするように該側方部分に横モードのスタビライザー手段を連結することと、
のステップからなり、
上記硬くすることが上記流管の横方向振動数を、上記横方向モードのスタビライザー手段との連結がなされない時の上記流管の横方向振動の振動数より上昇させるように作用するようにする方法を含む。
【００２７】
本発明の第９の面は、第８の面の方法において、上記連結するステップが上記流管の側方部を横方向振動に対して硬くするように上記流管の対向する周方向側部に上記横モードのスタビライザー手段の周方向の横側延長部を連結するステップからなるようにした方法を含む。
【００２８】
本発明の第１０の面は、第９の面の方法において、さらに
上記流管及び上記横モードのスタビライザー手段とコリオリ流量計のバランスバーとをケース連結リンクに連結することと、
上記コリオリ流量計を収容するケースの内面に上記ケース連結リンクの対向する端部を
連結することと、
のステップをさらに含むようにした方法を含む。
米国特許第５９４５６０９号はハウジングとハウジング内に管を支持するための機構とを含む測定管においてコリオリ力を発生させることにより流体の流量を測定するための質量流量計を開示している。支持機構は概略的に中空の円筒形ビームと第１及び第２の端側支持部材とを含む。測定管は端側支持部材によって中空ビームの内側に支持されている。測定管を振動させるための振動源とこの振動を検出するための２つのセンサーがハウジングに設けられている。支持機構の剛性を減少させたり、付加的な質量を用いたりせずに、測定管の振動の振動数を支持機構の固有振動数より高く設定するように、測定管の有効振動長が支持機構の有効振動長より短く設定される。
米国特許第５７３１５２７号は流管が少なくとも部分的にファイバー補強合成材のようなアンティストロフィックな材料で形成されるコリオリ流量計を開示している。合成材料はファイバーをある方向に制御可能に向けてその方向における材料の引っ張り強度を増大させることによって形成される。流管の感度を高め所望の流量計振動の振動数を不必要な振動の振動数からよりよく分離するために流管の選択された領域がこの合成材で形成される。周方向に向いたファイバーにより流管の内部圧力保持能力が増大する。流管に取り付けられたストレインゲージが流管の変形とともに屈撓して流管の内部圧力を示す。
【００２９】
本発明のこれらの、また他の目的及び特徴は、添付の図面を参照して、以下の実施例の詳細な説明からよりよく理解されよう。
【００３０】
［図１、２及び３についての説明］
本発明は流管の垂直方向の共振駆動振動数及びコリオリ応答振動数を実質的に不変にして流管の横方向共振振動数を変化させるための本発明の横モードのスタビライザーを具体化したコリオリ流量計からなる。横モードのスタビライザーが図１及び２に示されている。図３ないし８は直管型コリオリ流量計において実施した横モードのスタビライザーを示している。
【００３１】
図１及び２の横モードのスタビライザーは図３−８の流管３０３を受け入れるようにした中心の開口１１５を有する円筒形部材１０１からなる。円筒形部材１０１０１はリング部材２０４（図２に示される）と各々端部１０４及び横方向の面２０５を有する１対の横方向側方延長部１０８とを有する。横モードのスタビライザー１０１は、図４及び６に最もよく示されるように、ケース連結リンク４０１の歯４１１を受け入れる上側部分及び底側部分の凹溝１０６を有する。横モードのスタビライザー部材１０１は製造工程において部材１０１が流管３０３に取り付けられる時にろう付け操作を容易にするために用いられる１対の側方凹溝１０７を有する。
【００３２】
図１は図２の直線１−１から見た端面図の横モードのスタビライザー１０１である。図１の部材１０９は部材１０１の４分割空所部分であり、部材１０１の横方向延長部１０８からなる２つの４分割部分の間に周方向に配置されている。図１及び２に示されるように、各々の周方向の空所１０９は延長部１０８からなる２つの横方向の４分割部分の間の部材１０１の上部及び底部に配置された周方向部分ないし４分割部分からなる。部材１０５は４分割空所部材１０９の内面である。２つの横方向延長部１０８は図１の左右の側に示されていて、部材１０４が図２の各々の延長部１０８の右側後方縁部になっている。
【００３３】
図２において、横モードのスタビライザー部材１０１はリング部材２０４と外側の面２０５を有する対をなす横方向延長部１０８とに機能的に分割されよう。図２における部材１０１の左側端部はリング部材２０４に実質的に垂直な端側の面２０２と端側の面２０２の周方向外側部分をリング部材２０４の左側端部に相互に連結する傾斜した面２０３とからなる。面２０２及び２０３は凹溝１０６とともに図６におけるケース連結リンク４０１及びその歯４１１が横モードのスタビライザー部材１０１の凹溝１０６に係合できるようにする。部材１１１、１１２、１１４及び１１６は横方向延長部１０８の上側及び下側の縁部からなる。
【００３４】
図３は本発明の実施例である直管型コリオリ流量計３００の断面図である。流量計３００は流管３０３とこれを取り囲む同心状のバランスバー３０２とを収容するケース３０１を含み、流管３０３とバランスバー３０２とはバランスバー３０２の左右の端部で横モードのスタビライザー１０１に接合されている。流管３０３はケース端部３１０及びネック部３１５を通って延び、末端がフランジ部分３０６になっている。流管３０３の左側端部は部分３０７であり、流管３０３の右側端部は部分３１８である。１対のピックオフＬＳ及びＲＳは左右のコイル３１２と左右のマグネット３１３とからなる。流量計はさらにバランスバーと流管とを流管／バランスバー構造の第１の曲げモードの共振振動数で相互に位相を外して駆動するためバランスバー３０２及び流管３０３に連結された駆動源Ｄ、３０９を含む。
【００３５】
駆動信号が流量計電子回路３１６によって生じ、導体３２８を通じて駆動源３０９に供給されて流管／バランスバーの対をその第１の曲げモードの共振振動数で振動させる。流量計電子回路はピックオフＬＳ及びＲＳから線路３１７及び３１９を通じて物質を流れを有する振動する流管のコリオリ変位を表す信号を受け取る。流量計電子回路３１６はこの信号を処理して質量流量及び物質の流れに関する他の所望の情報を生ずる。流量計の出力情報は線路３２０を通じて図示されない利用回路に供給される。
【００３６】
部材３０４はケース３０１の壁部３０１からなる。図３は流管３０３の側断面図であるので、横モードのスタビライザー１０１のケース連結リンク４０１への連結は示されていない。またケース３０１の後側内壁３２１へのケース連結リンク４０１の端側部分４０７の連結も図３に示されていない。部分３０５はバランスバー３０２の内面と流管３０３の外面との間の空間を表している。
【００３７】
［図４及び５についての説明］
図４は流量計ケース３０１の内壁４０８に連結された外側の左側端部４０７を有する蝶形のケース連結リンク４０１を示している。図４に示されるケース連結リンク４０１の外側の右側端部４０３もケース３０１の内壁４０８に取り付けれている。図４及び５はともに横モードのスタビライザー部分１０１がどのように流管３０３，バランスバー３０２及びケース連結リンク４０１に連結されるかを示している。図４は図５の直線４−４に沿ってとった図５の構造の端面図である。言い換えると、図４は流量計の中間部分からとった流量計構造の端側断面図である。図４において、流管３０３の中心部分は、最も内側の対をなすハッチング線部分が流管３０３の壁部の断面図となるように示されている。流管３０３の左右の側部に円筒形の横モードのスタビライザー部分１０１の左右の横面１０４が取り付けられている。左側の横面１０４の周方向縁部は図４の線１１１及び１１２によって表されている。この図の右側の対応する線は右側の横面１０４の周方向末端であり、その周方向縁部が図１の１１４及び１１６になっている。図４の部分１１３は図２に示されるように下側空所１０９の面である。最も上側の線１１３は図２に示されるように上側の空所１０９の内面である。
【００３８】
流管３０３の中心から外方に延びる次の対をなす周方向のハッチング線部分がバランスバー３０２の壁部である。これは交差ハッチング線部分４２１である。図４の上側及び下側のこの部分４２１の外面はバランスバー３０２の上側及び下側の部分に取り付けられたケース連結リンク４０１の部分をなしている。図４の左側はケース壁部４０８の内面に連結されたケース連結リンク４０１の左側端部４０７を示している。図４の右側はケース壁部４０８の内面に連結されたケース連結リンク４０１の右側端部４０３を示している。部分４０６はケース連結リンク４０１とバランスバー３０２との接合部である。
【００３９】
［図６についての説明］
図６は流管３０３及びバランスバー３０２を，ケース連結リンク４０１及び横モードのスタビライザー１０１がどのようにバランスバー３０２の端部を流管３０３に連結するかを示す詳細とともに示している。横モードのスタビライザー１０１の横方向延長部１０８が右側の横側延長部１０８の軸方向内側端部１０４とともに明確に示されている。横モードのスタビライザー１０１の空所１０９の内側端部１１３も示されている。ケース連結リンク４０１の歯４１１が横モードのスタビライザー１０１の凹溝１０６に入り込むようにしてある。
【００４０】
［図７及び８についての説明］
流管３０３及びこれと同心状のバランスバー３０２を収容するケース３０１を有する直管型コリオリ流量計３００が図７及び８に示されている。流管３０３はケース内３０１からケースの左右の端部３１０及びネック部３１５を通ってフランジ３１６に延びている。図７において、部分３０７は流管３０３の左側端部であり、部分３０８は流管３０３の右側端部である。フランジ３０６は流管３０３が流量計３００によって処理される物質を受け入れるため配管に連結されるようにする。フランジ３０６の孔８０１は流量計が配管に連結されるようにする。
【００４１】
横モードのスタビライザー部材１０１はバランスバー３０２の各々の端部に連結されて示されている。横モードのスタビライザー１０１はバランスバー３０２が流管３０３及びケース連結リンク４０１に連結する。各々のケース連結リンク４０１の左側の外側端部４０７は図４におけるケース３０１の壁部３２１の内面３２１に連結されて示されている。図４におけるケース連結リンク４０１の右側端部４０３の接合部４１０はケース３０１の内側壁部３２１がケース連結リンク４０１の右側端部に合わさる箇所である。
【００４２】
図７及び８は横モードのスタビライザー部材１０１と、流管３０３及びバランスバー３０２へのその連結の詳細を示している。図７において、横モードのスタビライザー１０１はバランスバー３０２の左右の端部に連結されて示されている。横モードのスタビライザー１０１はバランスバー３０２の端部に取り付けられ、バランスバー３０２と流管３０３との間に配置されている。スタビライザー１０１の周方向のリング部材２０４は流管３０３を完全に取り囲んでいる。スタビライザー１０１の各々の側の横側延長部１０８は流管３０３の中心に向かって軸方向内方に突出している。
【００４３】
図７及び８の示すところは、図８が全ての流量計部分の断面図であり、図７では横モードのスタビライザー１０１がより詳細に示されていることを除いて実質的に同じである。したがって、図１のろう付け凹溝１０７は図８では流管３０３と横方向延長部１０８との間の幅の狭い空所として示されている。
【００４４】
流量計３００について前述したことから、横モードのスタビライザー１０１が存在することにより流管３０３の垂直方向の振動が横モードのスタビライザー１０１及び横方向延長部１０８に比較的影響されないようになることがわかる。また横方向延長部１０８は図７及び８に示されるように流管３０３の横方向振動特性を変化させるように作用することがわかる。この横方向延長部１０８はそれが取り付けられている流管３０３の横方向部分を硬くする。その際に、流管３０３の振動の節点ないし横振動の枢動点が結果的に各々の横方向延長部１０８の内側端部１０４に向かって内方に移動する。これにより結果的に横方向の振動での流管の振動長が短くなり、横方向の振動の共振振動数が上昇する。
【００４５】
［図９についての説明］
図９は図４の流量計の外側上面図である。図９にケース３０１，ケース連結リンク４０１、流管３０３、バランスバー３０２、リング部分２０４及びケース連結リンク１０１の横方向延長部１０８に示されている。
【００４６】
【表１】
0003550363.tif 000002
【００４７】
【表２】
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【００４８】
表１及び２は本発明の横モードのスタビライザーによって与えられる利点を示している。表１は比重０．５、１．０及び１．５を有する物質の場合のベースラインを補償していない流量計から得られた数字を示している。表２は本発明の横モードのスタビライザーを備えた流量計についての結果を示している。
【００４９】
表１及び２の両方において、ＳＧと示された列は比重を表し、ＩＰＬと示された列は位相の合った横方向の共振振動数を表し、駆動Ｆと示された列は駆動共振振動数を表し、ＯＰＬと示された列は位相の外れた横方向の共振振動数を表している。ΔＦと示された左側の列は位相の合った横方向の振動数と駆動振動数との振動数の差を表している。ΔＦと示された右側の列は駆動振動数と位相の外れた横方向の共振振動数との振動数の差を表している。
【００５０】
表１は比重が０．５の場合にＩＰＬと駆動振動数ＦとのΔＦが１４１であることを示している。これはピックオフ信号を処理するための流量計電子回路部分の選択性に関する限り許容される振動数の間隔である。しかしながら、ＳＧが０．５の場合の駆動ＦとＯＰＬ振動数とのΔＦはわずかに７である。これは許容されない周波数の間隔である。また駆動ＦとＯＰＬ振動数とのΔＦは比重が１．０及び１．５の場合にそれぞれ１９及び３５であることがわかる。やはり許容されない振動数間隔がある。
【００５１】
表２は表１のベースライン流量計に比較される流量計に横モードのスタビライザーが備えられた時の結果を示している。表２において、全ての示された比重の値に関して、ＩＰＬと駆動Ｆ振動数とのΔＦが表１の比較される流量計の場合よりかなり増大していることがわかる。また駆動ＦとＯＰＬ振動数とのΔＦが比較される表１のベースライン流量計のΔＦよりもかなり増大していることがわかる。それぞれ比重が０．５、１．０及び１．５の場合のΔＦの値４５、４８及び５５はかなり上昇しており、流量計電子回路部分３１６がこれらの信号を好適に処理して必要な精度の出力情報を得られるようにするのに十分な振動数の間隔を表している。
【００５２】
表２からわかるように、横モードのスタビライザーにより流量計の横モードが増大して、ΔＦ、駆動Ｆ及びＯＰＬ振動数が適度に一定にされるようにできる。これは、モードのクロスオーバーあるいは妨害の可能性が錯綜せずにＯＰＬの横方向振動数が下げられるので、より設計の融通性が増す。これは信号の安定性が増大した流量計となる。
【００５３】
要するに前述したことから、流量計に横モードのスタビライザーを備えることにより必要な振動数と不必要な振動数との増大した振動数間隔が与えられ、それによって高い精度の出力データをより容易に生ずるように所望のコリオリピックオフ信号が処理されるようになることがわかる。
【００５４】
本発明は好ましい実施例の説明に限定されず、発明の思想に基づいてその範囲内で他の変形、変更をなし得ることは明らかであろう。例えば、本発明は直管型で単管式のコリオリ流量計の一部からなるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、不規則な、あるいは曲線形状の単管式流量計や複数の流管を有するコリオリ流量計を含む他の型のコリオリ流量計にも用いられよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により与えられる横モードのスタビライザーを説明する図である。
【図２】本発明により与えられる横モードのスタビライザーを説明する図である。
【図３】本発明を具体化した単管式の直管型コリオリ流量計の側断面図である。
【図４】図９の直線４−４に沿ってとった流量計の図である。
【図５】本発明を具体化した流量計の側断面図である。
【図６】図１及び図２の横モードのスタビライザーを具体化した図３の流量計の等角図である。
【図７】図１及び図２の横モードのスタビライザーを具体化した図３のコリオリ流量計を示す付加的な等角図である。
【図８】図１及び図２の横モードのスタビライザーを具体化した図３のコリオリ流量計を示す付加的な等角図である。
【図９】本発明を具体化した流量計の一部の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003550363.tif 000006
【図４】
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【図９】
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【図５】
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【図６】
0003550363.tif 000010
【図７】
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【図８】
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