(57)【要約】流体を流すため、変換器は、作動中に励振アセンブリによって振動するフローチューブを有する。フローチューブの導入側および排出側の振動はセンサー装置によって感知される。流体に剪断応力を発生させるために、フローチューブは少なくとも断続的に励振され、フローチューブの長手方向軸を中心としてねじれ振動を引き起こす。少なくともフローチューブ、防振器、センサー装置および励振アセンブリによって形成され、また少なくとも導入管部および排出管部に装着される、変換器の内側部分は、フローチューブの内側に配された重心を有する。変換器は粘度計、またはコリオリ質量流量粘度計での使用に適している。単一の直管のフローチューブのみを使用しているにもかかわらず、変換器は作動中に力学的に良好にバランスさせられ、また、フローチューブをねじれ振動させることによる曲げモーメントの発生は、大部分が回避される。このことによってまた、変換器ケースあるいは接続管が励振され、共鳴振動を引き起こすことが効果的に回避される。質量流量を示す測定信号が、粘度を示す測定信号と簡単に区別することが、特に粘度測定のために使用されるセンサーが質量流量測定にも使用される場合に、可能である。
2005524845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内部を流れる流体のための振動変換器であって、
前記流体を流すための実質的に直管のフローチューブであって、該フローチューブの導入側端部まで延びる導入管部と、該フローチューブの排出側端部まで延びる排出管部とを介して、接続管と連通し、作動中に少なくとも断続的に振動させられるフローチューブと、
前記導入側端部および前記排出側端部に取り付けられる防振器と、
少なくとも前記フローチューブを振動させるために、前記フローチューブおよび前記防振器に作用する励振アセンブリと、
前記フローチューブの振動を感知するためのセンサー装置と、
を有し、
特に流体中に剪断応力を発生させるために、作動中に、前記導入管部および前記排出管部と実質的に同一線上にある軸を中心に、前記フローチューブの少なくとも一部がねじれ振動し、
少なくとも前記フローチューブ、前記防振器、前記センサー装置および前記励振アセンブリによって形成され、少なくとも前記導入管部および前記排出管部に装着される、前記変換器の内側部分が、前記フローチューブ内に重心を有する、
振動変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の変換器であって、前記内側部分の前記重心が、フローチューブの長手方向軸、特に前記導入管部および前記排出管部と同一線上にある軸上にできるだけ正確に配された、変換器。
【請求項３】
請求項１に記載の変換器であって、前記内側部分は、前記導入管部および前記排出管部と実質的に同一線上にあり、前記フローチューブ内に存在する、第１の慣性主軸を有する、変換器。
【請求項４】
請求項１に記載の変換器であって、前記内側部分は、ねじれ振動の軸に対して実質的に対称の質量分布を呈する、変換器。
【請求項５】
請求項１に記載の変換器であって、前記防振器は、実質的に筒状の形状を有し、かつ実質的に前記フローチューブと同軸である、変換器。
【請求項６】
請求項１に記載の変換器であって、前記フローチューブのねじれ固有振動数と、前記防振器のねじれ固有振動数とは少なくともほぼ同一である、変換器。
【請求項７】
請求項１に記載の変換器であって、前記防振器のねじれ固有振動数は、前記フローチューブのねじれ振動数の０．８倍を上回る、変換器。
【請求項８】
請求項１に記載の変換器であって、前記防振器のねじれ固有振動数は前記フローチューブのねじれ振動数の１．２倍を下回る、変換器。
【請求項９】
請求項１に記載の変換器であって、前記フローチューブは、特に流体中にコリオリ力を発生させるために、前記フローチューブ自身の長手方向軸を中心に少なくとも断続的にたわみ振動する、変換器。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の変換器であって、前記フローチューブのねじれ振動の振動数とたわみ振動の振動数とは別個のものとして選択される、変換器。
【請求項１１】
請求項１に記載の変換器であって、前記励振アセンブリは、前記たわみ振動を発生させる力が、前記第１の慣性主軸と直交する第２の慣性主軸の外側を通る力、あるいは最大で１点において前記第２の慣性主軸と交わる力の想像線に沿って前記フローチューブに作用するように、設計され、前記フローチューブおよび前記防振器に取り付けられている、変換器。
【請求項１２】
請求項１に記載の変換器であって、前記励振アセンブリは、前記フローチューブに取り付けられ、作動中に少なくとも断続的に励振電流によってトラバースされ、また、前記フローチューブおよび前記防振器に、前記防振器に接続されたレバーと、前記レバーに取り付けられたアーマチャーを通して作用する励振コイルを有する、変換器。
【請求項１３】
請求項１に記載の変換器であって、前記センサー装置は、前記変換器内で前記第２の慣性主軸の外側に配されたセンサーコイルと、前記センサーコイルに磁気的に接続されたアーマチャーとを備え、それらの相対的な配置、特に間隔が、前記フローチューブおよび前記防振器のねじれ振動と、励振された場合のたわみ振動との結果として変化し、これによって可変の測定電圧が少なくとも断続的に前記センサーコイル内で発生する、変換器。
【請求項１４】
請求項１に記載の変換器であって、前記フローチューブに前記導入管部および排出管部にて取り付けられた変換器ケースを備える、変換器。
【請求項１５】
請求項１に記載の変換器であって、前記内側部分の質量分布を調整するために、追加の重量が前記フローチューブに取り付けられ、および／または、溝が前記防振器に形成されている、変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘度計、粘度密度計または粘度質量流量計での使用に特に適した振動変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
管内を流れる液体の粘度を決定するために、測定器が頻繁に使われる。この測定器は、振動変換器を用い、管と連通するフローチューブと、フローチューブに接続された制御用の電子機器および評価用の電子機器を含み、流体に剪断応力または摩擦力を発生させ、粘度を示す測定信号を流体より得る。
【０００３】
例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３あるいは、特許文献４は、インライン粘度計、すなわち、流体導管に接続可能で、この管を流れる流体の粘度に応答する振動変換器を有する粘度計を開示しており、この振動変換器は、
作動時に振動し、導入管部および排出管部を介して管と連通する、流体を流すための単一の直管のフローチューブと、
作動時に、フローチューブの少なくとも一部を励振して、フローチューブと同一線上の振動軸を中心としたねじれ振動を引き起こす励振アセンブリと、
フローチューブの振動を部分的に感知するためのセンサー装置と、
を備えている。
【０００４】
よく知られるように、直管のフローチューブは励振されてフローチューブと同一線上の振動軸を中心としたねじれ振動を引き起こされた場合、チューブ内を流れる流体に起こるべき剪断応力を引き起こし、このためにねじれ振動から振動エネルギーが奪われ、流体内に散逸してしまう。このためにフローチューブのねじれ振動が減衰されることから、振動を維持するために別の励振エネルギーをフローチューブに供給する必要がある。
【０００５】
例えば、インライン粘度計にて用いられるこのような変換器のフローチューブは、作動時に、ねじれ基本モードの瞬間の共鳴振動数にて、特に一定値に維持される振動振幅で一般に励振される。粘度測定のためのフローチューブを、ねじれモードを同時にまたは交互に励振してたわみ振動を、通常はたわみ基本モードの共鳴振動数振動にて引き起こすこともまた一般的に行われる。先に参照された特許文献１をも参照されたい。このたわみ共鳴振動数は特に流体の瞬間の流体密度にも依存するため、このような測定器は管内の流体の密度を測定するのにも使用可能である。更にたわみモードで振動するこのようなフローチューブ内を流れる流体に、瞬間の質量流量に依存するコリオリ力が発生するため、このような変換器は大量の流量を測定するのにも適している。特許文献３または特許文献４も参照されたい。
【０００６】
よく知られている通り、粘度測定用の曲管のフローチューブの使用と比べて、上記のように振動する直管のフローチューブの使用は、特に半径方向への高い侵入度で事実上フローチューブの全長に渡って剪断応力が発生するという利点を有する。このため、粘度に対する変換器の測定の感度が非常に高いものとなる。直管のフローチューブの別の利点は、特にインラインで行われた洗浄の後に、事実上装置のあらゆる箇所にて高い確率で残留物をのこさずに排水することが可能であるということである。さらに、このようなフローチューブは、例えばオメガ状のフローチューブや螺旋状の曲管のフローチューブと比べはるかに単純で、故に製造コストも安い。
【０００７】
上記の変換器の本質的な欠点は、作動中に、フローチューブおよび、使用されているとすれば変換器のケースを通って、ねじれ振動が変換器から接続管に伝わることである。このことは、結果として、ゼロ点移動を招き、そのために測定が不正確になる場合がある。さらに、振動エネルギーが変換器の周囲環境へ失われることで、効率の実施的な低下を招くことがあり、さらには、測定信号におけるＳＮ比の劣化を招く可能性もある。
【特許文献１】米国特許第４，５２４，６１０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２５３，５３３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，００６，６０９号明細書
【特許文献４】欧州特許第ＥＰ−Ａ１１５８２８９号明細書
【特許文献５】欧州特許第０１１０９９７７．７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，９６９，２６５号明細書
【特許文献７】欧州特許第Ａ３１７３４０号明細書
【特許文献８】ＷＯ第Ａ００／１４４８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、特に粘度計またはコリオリ質量流量粘度計に適し、単一の直管のフローチューブのみを使い、作動中でも力学的に良好にバランスさせられるフローチューブにねじれ振動を起こさせることによる曲げモーメントの発生を事実上起こり得ないものにし、これによって変換器のケースや接続管のいかなる励振による共鳴振動をも効果的に防ぐ、振動変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明は、管内を流れる流体のための振動変換器を提供する。変換器は、流体を流すための、前もって直径を決めることができ、フローチューブの導入側端部でまで延びる導入管部およびフローチューブの排出側端部でまで延びる排出管部を通して、接続管と連通する、実質的に直管のフローチューブを有する。作動中、フローチューブは少なくとも断続的に振動し、特に流体に剪断応力を発生させるために少なくともフローチューブの一部が導入管部および排出管部と実質的に同一線上の、所定の振動数のねじれ振動の軸を中心としたねじれ振動を引き起こす。更に、変換器は、所定のねじれ固有振動数を有し、フローチューブの導入側端部および排出側端部に取り付けられた防振器を有する。変換器は、更に、少なくともフローチューブを振動させるために、フローチューブおよび防振器に作用する励振アセンブリと、フローチューブの振動を感知するセンサー装置を有する。少なくとも、フローチューブ、防振器、センサー装置、および励振アセンブリによって形成され、少なくとも導入管部および排出管部に装着される、変換器の内側部分は、フローチューブ内に重心を持つ。
【００１０】
本発明の第１の実施形態において、内側部分の重心は、特に導入管部および排出管部と同一線上にある、フローチューブの長手方向軸上にできるだけ正確に配される。
本発明の第２の実施形態において、内側部分は、導入管部および排出管部と実質的に同一線上にあり、フローチューブの内部に存在する第１の慣性主軸を有する。
【００１１】
本発明の第３の実施形態において、内側部分は、ねじれ振動の軸に対して実質的に対称の質量分布を有する。
本発明の第４の実施形態において、防振器は実質的に管状を呈し、実質的にフローチューブと同軸である。
【００１２】
本発明の第５の実施形態において、フローチューブのねじれ振動の振動数と防振器のねじれ固有振動数は少なくともほぼ同一である。
本発明の第６の実施形態において、防振器のねじれ固有振動数は、フローチューブのねじれ固有振動数の０．８倍を上回る。
【００１３】
本発明の第７の実施形態において、防振器のねじれ固有振動数はフローチューブのねじれ固有振動数の１．２倍を下回る。
本発明の展開によると、特に流体にコリオリ力を発生させるために、フローチューブは少なくとも断続的に長手方向軸を中心にたわみ振動する。
【００１４】
本発明の第８の実施形態において、フローチューブのねじれ振動振動数とたわみ振動振動数とは、別個なものとして選択される。
本発明の第９の実施形態において、励振アセンブリは、たわみ振動を発生させる力が、第１の慣性主軸と直交する第２の慣性主軸の外側を通る力、あるいは最大で１点において第２の慣性主軸と交わる力の想像線に沿ってフローチューブに作用するように、設計され、フローチューブおよび防振器に取り付けられている。
【００１５】
本発明の第１０の実施形態において、励振アセンブリはフローチューブに取り付けられ、作動中に少なくとも断続的に励振電流によってトラバースされ、また、フローチューブおよび防振器に、防振器に接続されたレバーと、レバーに取り付けられたアーマチャーを通して作用するた励振コイルを有する。
【００１６】
本発明の第１１の実施形態において、センサー装置は、変換器内で第２の慣性主軸の外側に配されたセンサーコイルと、それに磁気的に接続されたアーマチャーを含み、この相対的な配置、特にその間隔は、フローチューブおよび防振器のねじれ振動と、励振された場合のたわみ振動との結果として変化し、これによって可変の測定電圧がセンサーコイル内で少なくとも断続的に発生する。
【００１７】
本発明の第１２の実施形態において、変換器は、導入側と排出側とでフローチューブに固定された変換器ケースを有する。
本発明の第１３の実施形態において、内側部分の質量分布を調整するために、追加の重量がフローチューブに取り付けられ、および／または、溝が防振器に形成されている。
【００１８】
本発明の基本的な思想は、変換器を力学的にバランスさせるために、フローチューブをねじれ振動させることで発生したトルクと少なくともほぼ同一の反力トルクが、防振器によって発生する構成とする。一方、重心がフローチューブの外側に配される場合は、例えば揺動運動が増大した結果としての曲げモーメントは可能な限り発生させない。
【００１９】
本発明の別な基礎的な思想は、ねじれ振動およびたわみ振動の両方が同一の励振アセンブリによってフローチューブで発生され、同一のセンサーコイルによって、特に同時に感知され、さらに他方では、発生され感知されたねじれ振動とたわみ振動とが測定信号上で互いから簡単に分離できるように、励振アセンブリやセンサー装置を設計するということである。
【００２０】
本発明の一つの利点は、作動時に起こりうる流体の密度および／または粘度の変化にもかかわらず、変換器が単純でロバストな方法でバランスさせられ、このために内部のトルクの大部分が接続管に及ばないという事実にある。さらに変換器は、少なくとも狭い密度範囲では、たわみ振動に対して力学的にバランスさせられることも可能である。別の利点は、この単純な振動絶縁の構造の結果として、本発明による変換器は小型かつ軽量に製造することが可能であるという点である。
【００２１】
本発明の更なる利点は、少なくともフローチューブのねじれ振動数およびたわみ振動数が別個なものとして選択可能な場合は、特に質量流量や粘度あるいは密度といったさまざまなものの量を測定することが、ねじれ振動とたわみ振動が同時に励振されたときでも可能であるという点にある。
【００２２】
本発明およびその更なる利点は、以下の実施形態の説明を添付の図面と共に参照することでより明らかになるであろう。図面を通して同様の参照符号は同様の部品を示すために用いられる。また、明快さに役立つ場合は、すでに割り振られた符号は以降の図面において省略される場合がある。
【００２３】
本発明は、様々な修正形態や代替の形態を持ちうるが、本発明の代表的な実施形態が図面における例によって示され、またここに詳細に説明される。しかしながら、開示された特定の形態に本発明を限定しようとする意図は無く、反対に、本発明は添付の特許請求の範囲にて定義される発明の精神および範囲内に含まれるすべての修正、等価物および代替物を含むということが理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１を参照すると、管（図示せず）内を流れる流体の粘度を測定するための、管に接続されるように設計された測定器が示される。さらに、測定器は流体の質量流量および／または密度を測定する役割を有していても良い。このために、測定器は、作動中に測定対象となる流体がその内部を流れる振動変換器を有する。図２から図６は、このような振動変換器の実施形態と展開を概略的に示す。
【００２５】
振動変換器は、内部を流れる流体において、特に粘度に依存する摩擦力といった、変換器に反作用し、かつ特にセンサー技術を用いて測定可能な機械的反力を発生させるのに役立つ。これらの反力から、例えば流体の粘度ηが、当業者に良く知られた方法によって得られる。
【００２６】
流体を流すため、変換器は、前もって直径を決定することのできる、特に単一の管である、実質的に直管のフローチューブ１０を有する。このフローチューブ１０は、作動時に少なくとも断続的に振動し、そのため繰り返し弾性的に変形する。
【００２７】
フローチューブ１０を通して流体を流すため、フローチューブ１０は流体導管（図示せず）に、フローチューブ１０の導入側端部１１＃でまで延びる導入管部１１およびフローチューブ１０の排出側端部１２＃まで延びる排出管部１２を通して、接続されている。フローチューブ１０、導入管部１１、および排出管部１２は可能な限り、互いに、および、長手方向の想像軸Ｌと、同一線上にある。有利には、それらは一体形成されており、製造には例えば単一の管の半完成品を用いることができる。しかし、必要な場合には、フローチューブ１０および管部１１および１２は別個の半完成品より製造され、例えば溶接によって後に互いに結合されるものであっても良い。フローチューブ１０には、例えば鋼鉄、チタン、ジルコニウム等といった、これらの変換器に一般的に用いられる事実上あらゆる材料を使うことができる。
【００２８】
変換器を管に取り外し可能に接続しようとする場合は、第１のフランジ１３および第２のフランジ１４が、それぞれ導入管部１１と排出管部１２とに設けられる。しかし、必要な場合、導入管部１１および排出管部１２は、例えば溶接や蝋づけによって、管に直接接続してもよい。更に、図１に概略的に示されるように、フローチューブ１０を収容する変換器のケース１００が導入管部１１および排出管部１２に固定される。図１および図２を参照されたい。
【００２９】
直管のフローチューブは励振されてねじれ振動の軸を中心としたねじれ振動を引き起こされた場合、チューブ内を流れる流体に起こるべき剪断応力を引き起こし、このためにねじれ振動から振動エネルギーが奪われ、流体内に散逸してしまう。このためにフローチューブのねじれ振動が減衰されるため、振動を維持するために別の励振エネルギーをフローチューブに供給するする必要がある。従って、流体の粘度に対応した摩擦力を流体に発生させるために、フローチューブ１０は、長手方向軸Ｌを中心としたねじれ固有振動モード形状または実質的にそれに平行な軸に実質的に従ってひねられるように、作動中に、少なくとも断続的に、特にねじれ固有振動数の範囲内で、ねじれ振動の軸を中心としたねじれ振動へと励振される。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３または特許文献４を参照されたい。
【００３０】
フローチューブ１０は、フローチューブ１０が全長に渡って実質的に一定の方向にひねられる基本ねじれ固有モードの固有共鳴振動数にできるだけ正確に対応するねじれ振動数にて励振されても良い。公称直径２０ｍｍ、壁厚約１．２ｍｍ、長さ約３５０ｍｍで、付属部品のついた特殊な鋼鉄でできたフローチューブ１０の場合、この基本ねじれ固有モードの固有共鳴振動数は、例えば、約１５００Ｈｚから２０００Ｈｚ程度である。
【００３１】
本発明の展開によれば、変換器の作動中、フローチューブ１０は、励振されてねじれ振動を引き起こされるのに加え、励振によって、特にねじれ振動と同時に、たわみ振動をも引き起こされる。このようにして、フローチューブ１０は第１の固有たわみ振動モード形状に実質的に従って歪む。フローチューブ１０は、振動してはいるが空のフローチューブ１０が、長手方向軸と直交し単一の波腹を有する中心軸を中心に実質的に対称的に歪むように、フローチューブ１０の最も低い固有たわみ共鳴振動数にできるだけ正確に対応するたわみ振動数にて励振されても良い。公称直径２０ｍｍ、壁厚約１．２ｍｍ、長さ約３５０ｍｍで、通常の付属部品もついた特殊な鋼鉄でできたフローチューブ１０の場合、この最も低いたわみ共鳴振動数は約８５０Ｈｚから９００Ｈｚ程度であって良い。
【００３２】
管内を流体が流れて、質量流量ｍがゼロではないとき、コリオリ力が、たわみモードで振動するフローチューブ１０によって流体内に発生する。コリオリ力はフローチューブ１０に反作用しこのために、第１のたわみ振動モード形状と同一平面上で、第２の固有たわみ振動モード形状に従ってフローチューブ１０は更に変形する（図示せず）。特に振幅に関して、フローチューブ１０の変形の瞬間の形状は瞬間の流量ｍにも依存する。第２のたわみ振動モード形状およびいわゆるコリオリモードは、こういった変換器で通常あるように、例えば、２つもしくは４つの波腹を有する非対称たわみ振動モード形状であっても良い。
【００３３】
上記の通り、一方では望ましいエネルギーが流体へ失われることによってねじれ振動が減衰され、これが特に粘性の測定のために感知される。しかし、他方では、フローチューブに機械的に接続された、ケース１００や接続管といった構成部品もまた励振される場合は、フローチューブ１０から振動エネルギーもまた奪われる。ケース１００にエネルギーが失われることは望ましくないとしても補正することはできるが、少なくとも特に管といった変換器の周囲環境へエネルギーが失われることは、実際上、再生不可な態様あるいは予測不可能な態様においてでさえも起こる。
【００３４】
このように周囲環境にねじれ振動エネルギーが失われることを抑えるために、変換器はフローチューブの導入側と排出側とに取り付けられた防振器２０を含む。
防振器２０は、長手方向軸Ｌを中心にひねられる単一のフローチューブ１０によって発生したトルクと大部分がバランスする反力トルクを発生させるのに役に立つ。これによって特に接続管といった変換器の周囲環境が実質的に力学的トルクの無い状態に保たれる。フローチューブ１０がさらに励振されてたわみ振動を引き起こす上記の場合は、防振器２０は、例えば変換器の作動中に最も頻繁に示されると期待される値あるいは臨界値といった所定の流体密度値のために、フローチューブ１０を振動させる際に発生する可能性のあるいかなる剪断力および／または曲げモーメントの大部分がバランスさせられる点に、変換器を力学的にバランスさせることにも役立つ。本願の出願日より前には公開されていない本出願人による特許文献５を参照されたい。
【００３５】
これらの目的のため、フローチューブ１０と同様にねじれ方向に弾性を有するおよび／または可撓性を有する防振器２０は作動中に、フローチューブ１０からははずれた位相、特にそれとは反対の位相にてたわみ振動する。従って、防振器２０のねじれ固有振動数のうち少なくとも１つは、フローチューブが作動中に振動するねじれ振動数にできるだけ正確に調整される。しかし、いずれにしても、たとえフローチューブ１０がねじれ振動し、防振器２０が共に振動しても、導入管部１１および排出管部１２が実質的にねじれ応力を受けないままでいるように、フローチューブ１０と防振器２０とは互いに適合しており、また防振器２０はフローチューブ１０に取り付けられている。必要な場合には、防振器２０の固有たわみ振動数もまた、フローチューブのたわみ振動振動数にできるだけ正確に調整される。また、変換器２０の作動中は、防振器２０もまた励振され、フローチューブ１０のどんなたわみ振動とも実質的に同一平面となるたわみ振動が引き起こされる。
【００３６】
防振器２０は図２に概略的に示されるように一体形成されて良い。必要な場合、例えば特許文献６、特許文献７または特許文献８に示されるように、多数の部品より構成されても良く、あるいは、図６のように、フローチューブ１０の導入側端部と排出側端部とに取り付ける２つの別個の防振器によって実施されても良い。
【００３７】
図２、図３、および図６に概略的に示されるように、変換器の測定精度を上げるためまたは変換器が干渉されにくくするために、フローチューブ１０、防振器２０および導入管部１１と排出管部１２のそれぞれの長さは、作動中に導入管部１１と排出管部１２もまた弾性的に変形することで変換器の内側部分によって失われる可能性のある振動エネルギーの一部を吸収できるように、互いに適合していても良い。導入管部１１と排出管部１２との各ばね定数は、フローチューブ１０によって形成される内側部分および励振アセンブリ４０、センサーアセンブリ５０、場合によっては防振器２０といった付属部品の総重量に適合しており、これにより、振動システムの最も低い共鳴振動数、特にもっとも低いねじれ共鳴振動数が、作動中に少なくとも支配的となっているフローチューブ１０のねじれ振動数よりも低くなる。
【００３８】
フローチューブ１０の機械振動、特に前述のねじれ振動および／たわみ振動を発生させるため、変換器はさらに、特に電気機械励振器（ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｅｘｃｉｔｅｒ）といった励振アセンブリ４０を有する。励振アセンブリ４０は、制御用の電子機器（図示せず）から供給される、例えば調整電流および／または調整電圧といった電気的な励振エネルギーＥｅｘｃを、例えばパルス振動で、または調和振動でフローチューブ１０に作用し前述した方法でチューブを弾性的に変形させる励振モーメントＭｅｘｅに変換し、また、フローチューブ１０がさらに励振されてたわみ振動を引き起こされた場合には横方向に作用する励振力に変換することに役立つ。励振モーメントＭｅｘｃは図４または図６に概略的に示されるように二方向性のものでも、あるいは一方向性のものでもよく、また、例えば電流調整回路および／または電圧調整回路による振幅調整および、例えばフェーズロックループによる周波数調整が、当業者にとって良く知られた方法で行われても良い。フローチューブ１０のねじれ振動および、場合によってはさらに励振されるたわみ振動を維持するのに必要な電機的な励振エネルギーＥｅｘｃから、当業者に良く知られた方法によって、流体の粘度が得られる。特に特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４と比較のこと。
【００３９】
励振アセンブリ４０は、例えば、フローチューブ１０または防振器２０に取り付けられ作動中に適切な励振電流によってトラバースされる筒状の励振コイルと、防振器２０またはフローチューブ１０に取り付けられ、少なくとも部分的に励振コイルに載る永久磁石アーマチャーを含む、単純なソレノイドであってよい。励振アセンブリ４０は、例えば特許文献１に示されるような１つまたはそれより多くの電磁石によって実施されても良い。
【００４０】
フローチューブ１０の振動を感知するため、変換器は特に電気機械式の（ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ）センサー装置５０を有する。このセンサー装置は、フローチューブ１０の、特に導入側および排出側の運動を、少なくとも第１のセンサー５１によって、場合によっては第２のセンサー５２によっても感知し、当業者に良く知られた方法で対応するセンサー信号Ｓ１およびＳ２に変換する、このような変換器に共通に用いられるもので合って良い。センサー５１および５２としては、フローチューブ１０および防振器２０の振動を相対的に測定する電気機械粘度センサー、電気機械変位センサー、または加速センサーが用いられて良い。電気機械センサー装置の代わりに、抵抗ひずみ計、圧電ひずみ計または光電子センサー装置を使ったセンサー装置を用いても良い。センサー信号は、特にデジタル式の、適切な評価用の電子部品によって当業者によく知られた方法で対応する測定値に変換されることが可能である。上記の励振アセンブリ４０のための制御用電子部品と、センサー装置５０に接続された評価用電子部品は、変換器ケース１００に装着されても良い電子部品ケース２００に収容されても良い。
【００４１】
図２および図３に示される通り、励振アセンブリ４０は、フローチューブ１０および防振器２０に同時に、そして特に別個に作用するように設計され、変換器上に配置される。同様に、センサー装置５０は、フローチューブ１０の振動と防振器２０との振動とを別個に感知するように設計され、変換器上に配置される。
【００４２】
フローチューブのねじれ振動周波数とたわみ振動周波数とが別個なものとして選択されるといった上記の場合、変換器は、例えば、信号フィルタリングプロセスまたは周波数解析に基づいて、ねじれ振動とたわみ振動とが同時に励振された場合であっても単純で有利な方法で、励振信号およびセンサー信号の両方において個々の振動モードを分離することができる。
【００４３】
本発明によれば、前述の特許文献３または特許文献４の変換器と異なり、例えば、フローチューブ１０、防振器２０および、それに取り付けれたセンサーアセンブリ５０および励振アセンブリ４０の質量分布は互いに適合し、このため、導入管部１１および排出管部１２に装着された内側変換部が、少なくともフローチューブ１０内に、好ましくはチューブの長手方向軸Ｌのできるだけ近傍に配された重心ＭＳを有する。更に、好ましくは内側部分は、導入管部１１および排出管部１２と同一線上にあり、少なくともその一部がフローチューブ１０内にある第１の慣性主軸Ｔ１を有するように、設計されてもよい。内側部分の重心ＭＳのずれのため、好ましくは前述の第１の慣性主軸Ｔ１の配置のために、フローチューブ１０の振動の２つの形態、すなわち、防振器２０によって大部分がバランスするねじれ振動およびたわみ振動は、殆ど完全に互いから絶縁される。この結果、特に、特許文献１、特許文献２または特許文献３にて開示されている変換器と異なり、振動の両方の形態が本発明では有利な方法にて、簡単に別個に励振されることが可能である。
【００４４】
重心ＭＳおよび第１の慣性主軸Ｔ１の両方のフローチューブの長手方向軸Ｌへのずれは、例えば、内側部分およびその構成部品、すなわち互いに関連するフローチューブ１０、防振器２０、センサー装置５０および励振アセンブリ４０を、フローチューブの長手方向軸Ｌに沿った内側部分の質量分布が実質的に対称であり、少なくともフローチューブの長手方向軸Ｌを中心とした１８０度の仮想回転にあっても不変であるように（ｃ２対称）、設計、配置することで大いに単純化できる。
【００４５】
本発明の第１の実施形態において、好ましくは筒状でありまた好ましくはおおむね軸対称な防振器２０は実質的にフローチューブ１０と同軸であり、このために、内側部分の対称の質量分布が非常に単純に達成され、これによって重心ＭＳは単純な方法でフローチューブの長手方向軸Ｌの近傍の点に移動する。
【００４６】
更に、センサー装置５０および励振アセンブリ４０は、これらによって発生する慣性モーメントが、フローチューブの長手方向軸とできるだけ同心であるか、少なくとも最小に維持されるように、設計され、互いに対してフローチューブ１０および防振器上で位置決めされる。これは、例えば、センサー装置５０と励振アセンブリ４０との共通の重心もがフローチューブの長手方向軸Ｌのできるだけ近傍に配される場合、および／または、センサー装置５０と励振アセンブリ４０との総重量が最小に維持される場合、において達成可能となる。
【００４７】
本発明の更に別の実施形態によると、フローチューブ１０のねじれ振動および／またはたわみ振動を別個に励振するために、励振アセンブリ４０は、たわみ振動を生み出す力が、第１の慣性主軸Ｔ１と直交する、もしくは最大１箇所で第２の慣性主軸Ｔ２と交わる、第２の慣性主軸Ｔ２の外側を通る力の想像線に沿ってフローチューブ１０に作用するように、設計され、フローチューブ１０および防振器２０に取り付けられる。更に、内側部分は第２の慣性主軸Ｔ２が上記中心軸と実質的に一致するように設計される。
【００４８】
図４に示される実施形態において、励振アセンブリ４０は、作動中に少なくとも断続的に励振電流または部分的な励振電流によってトラバースされ、フローチューブ１０に接続するレバー４１ｃに取り付けられ、このレバー４１ｃおよび防振器２０の外側に取り付けられたアーマチャー４１ｂを通して、フローチューブ１０および防振器２０に対し別個に作用する第１の励振コイル４１ａを有する。この配置の利点の一つは、防振器２０の断面、すなわち変換器ケース１００の断面は、小さいものに維持され、同時に、励振コイル４１ａは、特に組み立て中にアクセスが容易であるという点である。励振アセンブリ４０の本実施形態の別の利点は、特に公称直径が８０ｍｍを超えるような無視できない程に重量のあるカップ鉄心４１ｄもが防振器２０に取り付け可能であり、これによって、フローチューブ１０の共鳴振動数に実質的にまったく影響が出ないという点である。しかしながら、この点において、必要な場合は、励振コイル４１ａを防振器２０に接続し、アーマチャー４１ｂをフローチューブ１０に接続することも可能である。
【００４９】
本発明のまた別の実施形態によると、特に、質量分布に対する上記要求を満たすため、励振アセンブリ４０は、フローチューブ１０の直径に沿って位置決めされ、フローチューブ１０および防振器２０に励振コイル４１ａと同様な方法で結合された第２の励振コイル４２ａを少なくとも有する。本発明の更に別の実施形態によれば、励振アセンブリは、２つの更なる励振コイル４３ａおよび４４ａを有し、すなわち、合計で４つの、少なくとも第２の慣性主軸Ｔ２に対して対称に配され、すべてが上記した方法にて変換器に装着されている励振コイルを有する。
【００５０】
第２の慣性主軸Ｔ２の外側でフローチューブ１０に作用する力は、励振コイルのうちの一つ、例えば励振コイル４１ａが他のコイルの各インダクタンスと異なるインダクタンスを有するか、作動中に励振コイルのうちの一つ、例えば励振コイル４１ａが他の励振コイル中の各部分的な励振電流と異なる部分的な励振電流によってトラバースされる場合に、このような２つのコイル配置もしくは４つのコイル配置によって簡単な方法で発生させることができる。
【００５１】
本発明の更に別の実施形態によれば、図５に概略的に示される通り、センサー装置５０は、第２の慣性主軸Ｔ２の外側のフローチューブ１０に取り付けられたセンサーコイル５１ａを有する。センサーコイル５１ａは防振器２０に取り付けられたアーマチャー５１ｂのできるだけ近傍に配され、また、このアーマチャーに、フローチューブ１０と防振器２０の間の縦方向の相対運動の回転運動、および／または、縦方向の相対運動による回転運動によって影響を受ける可変の測定電圧がセンサーコイルで発生させられるように、磁気的に結合される。本発明に従って位置決めされるセンサーコイル５１ａによって、上記のねじれ振動と、場合によっては励振されるたわみ振動とが共に有利な方法で同時に感知可能となる。しかしながら、必要な場合、センサーコイル５１ａを防振器２０に、センサーコイル５１ａに取り付けられたアーマチャー５１ｂをフローチューブ１０に取り付けることも可能である。
【００５２】
必要な場合、励振アセンブリ４０とセンサー装置５０は、機械設計において事実上同一でも良く、更に、前述の励振アセンブリ４０の機械設計の実施形態はセンサー装置４０の機械設計に大部分が適用可能であり、またその逆も可能であることに留意されたい。
【００５３】
本発明の展開によれば、溝２０１および２０２は、内側部分の質量分布を調整するために防振器２０に備えられている。これらの溝によって防振器２０のねじれ共鳴振動数を正確に設定することが可能となり、故に、絶縁性能の向上および／または信号評価へのより高い適合もが可能となる。図２および図３と比較のこと。図３にも概略的に示されるように、内側部分の質量分布はフローチューブ１０に取り付けられた適切なカウンタウエイト１０１、１０２によって修正されることも可能である。カウンタウエイト１０１、１０２は、例えば、フローチューブ１０上を滑動する金属リングや、フローチューブ１０に取り付けられた板状体であってよい。
【００５４】
上記説明から簡単に明らかとなるように、本発明による変換器は、可能な設定の数の多さによって特徴づけられ、これにより、特に外側装着寸法および内側装着寸法の決定の後であっても、当業者はフローチューブ１０および防振器２０内で発生するねじれ応力を高品質でバランスさせることができ、これによって、ねじれ振動エネルギーが変換器の周囲環境へ失われることを最小にすることが可能となる。
【００５５】
本発明が図面および先の記載によって詳細に説明および記述されてきたが、このような説明および記述は特徴を限定するものではなく特徴を代表するものと解するべきであり、また、代表的な実施形態のみが示され記述さて来たものと理解され、かつ、本明細書に記述される本発明の精神および範囲内にて行われる変更および改良との全ては保護の対象となるものと、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】管内を流れる流体の粘度を測定するための、管に接続されるように設計された測定器を示す。
【図２】図１の測定器での使用に適した振動変換器の一実施形態の斜視図である。
【図３】図２の変換器の横から見た断面図である。
【図４】図２の変換器の第１の断面図である。
【図５】図２の変換器の第２の断面図である。
【図６】図１の測定器での使用に適した振動変換器の別の実施形態の横から見た断面図である。
【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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【国際調査報告】
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