(57)【要約】      （修正有）【課題】１以上の周波数を含む複雑な駆動信号を用いて、流れチューブを振動させることができる流れ測定システムを提供する。【解決手段】流れ測定システムは振動型流量計を備え、振動型流量計は少なくとも１つの流れチューブ４１０及び流れチューブ４１０にバイアス力を加えるように構成されたドライバ４２０を含む。流れ測定システムはまた、駆動信号を生成して、第１の撓み位置１００２の周りに流れチューブ４１０を振動させるように構成され、第１の撓み位置１００２は流れチューブ停止位置１００１から離れている。【選択図】図１０
2015108632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動型流量計４００を含む流れ測定システム２０であって、
振動型流量計は、
少なくとも１つの流れチューブ４１０と、
該流れチューブ４１０上にバイアス力を加えるように構成されたドライバ４２０と、
第１の撓み位置１００２の周りに流れチューブ４１０を振動させる駆動信号を生成するように構成されたメータ電子機器４５０を備え、第１の撓み位置１００２は流れチューブ停止位置１００１から離れている。
【請求項２】
駆動信号は、バイアス電圧を含む、請求項１に記載の流れ測定システム２０。
【請求項３】
ドライバ４２０によって加えられるバイアス力は、第１の方向に流れチューブ４１０を撓ませる、請求項１に記載の流れ測定システム２０。
【請求項４】
流れチューブ４１０の固有の弾性により、流れチューブ４１０は第１の方向とは反対の第２の方向に撓む、請求項３に記載の流れ測定システム２０。
【請求項５】
駆動信号は、流れチューブ４１０を停止位置１００１、第１の撓み位置１００２、及び第２の撓み位置１００３の間で振動させる、請求項１に記載の流れ測定システム２０。
【請求項６】
メータ電子機器４５０は更に、線形化アルゴリズム５１３を生成するように構成されている、請求項１に記載の流れ測定システム２０。
【請求項７】
流れチューブ４１０は更に、磁性部分４２６を備える、請求項１に記載の流れ測定システム２０。
【請求項８】
振動型流量計４００を備えた流れ測定システム２０であって、該振動型流量計４００は、
少なくとも１つの流れチューブ４１０と、
該流れチューブ４１０上にバイアス力を加えるように構成されたドライバ４２０と、
バイアス電圧及び駆動信号を生成するように構成され、バイアス電圧を含む駆動信号をドライバ４２０に加えて、流れチューブ４１０を振動させるメータ電子機器４５０を備えた、流れ測定システム２０。
【請求項９】
バイアス電圧を含む駆動信号は、第１の撓み位置１００２の周りに流れチューブ４１０を振動させ、第１の撓み位置１００２は流れチューブの停止位置１００１から離れている、請求項８に記載の流れ測定システム２０。
【請求項１０】
駆動信号は、流れチューブ４１０を停止位置１００１と第１の撓み位置１００２と第２の撓み位置１００３との間で振動させる、請求項８に記載の流れ測定システム２０。
【請求項１１】
ドライバ４２０によって加えられるバイアス力は、流れチューブ４１０を第１の方向に撓ませる、請求項８に記載の流れ測定システム２０。
【請求項１２】
流れチューブ４１０の固有弾性により、流れチューブ４１０は、第１の方向とは反対の第２の方向に撓む、請求項１１に記載の流れ測定システム２０。
【請求項１３】
メータ電子機器４５０は更に、線形化アルゴリズム５１３を生成するように構成されている、請求項８に記載の流れ測定システム２０。
【請求項１４】
流れチューブ４１０は更に磁気部分４２６を備えている、請求項８に記載の流れ測定システム２０。
【請求項１５】
流れチューブとドライバを含む振動型流量計を作動させる方法であって、
流れチューブ停止位置から離れた第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる工程を含む、方法。
【請求項１６】
流れチューブを振動させる工程は、駆動信号に基づいて、ドライバを用いて流れチューブに第１のバイアス力を加え、流れチューブの固有弾性により、第１のバイアス力とは反対方向の第２のバイアス力が加えられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる工程は、該流れチューブを停止位置と第１の撓み位置と第２の撓み位置との間で振動させ、第１の撓み位置は、流れチューブの停止位置と第２の撓み位置の間である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
更に、バイアス電圧を含む駆動信号を生成し、該駆動信号をドライバに加えて、流れチューブを振動させる工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
更に、駆動信号をドライバに送信する線形化アルゴリズムを生成する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型流量計に関し、特に振動型流量計の流れチューブを振動させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計は、流体材料の質量流量、密度、及び他の特性を測定するために用いられる。流体材料は、液体、ガス、液体又はガス内の懸濁物質、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。コリオリ質量流量計及び振動濃度計などの振動導管センサは、一般的に、流体材料が含まれている振動管の動きを検出することによって作動する。
質量流量、密度等のような導管内の材料に関する特性は、導管に関する運動トランスデューサから受信した測定信号を処理することによって決定できる。振動材料で充填されたシステムの振動モードは、一般的に、封入している導管及びその中に含まれる材料の組み合わせた質量、剛性、及び減衰特性によって影響を受ける。
【０００３】
一般的なコリオリ質量流量計は、パイプライン又は他の輸送システムに直列で接続され、及びシステム内に例えば流体、スラリー等の材料を運搬する１又は２以上の導管、運搬を含む。各導管は、例えば単純曲げ、ねじり、放射状及び結合されたモードを含む固有振動モードのセットを持っていると考えられる。一般的なコリオリ質量流量測定の用途では、材料が導管を通って流れると、導管は１つ以上の振動モードで励起され、導管の動きは導管に沿って離れた点で測定される。
励起は、通常、アクチュエータによって付与され、該アクチュエータは例えば導管を周期的に摂動する音声コイル型のドライバなどの電子機械デバイスである。質量流量は、トランスデューサの位置にて、動き間の時間遅延又は動き間の位相差を測定することによって決定される。
流体材料の密度は、流量計の振動応答の周波数から決定することができる。２又は３以上のそのようなトランスデューサ（またはピックオフセンサ）が、通常用いられて、流体導管の振動応答を測定し、普通はアクチュエータの上流及び下流の位置に位置する。
２つのピックオフセンサは一般的に、２つの別個のワイヤの対であるようなケーブルによって計装機器に接続されている。計装機器は、２つのピックオフセンサからの信号を受信し、流量測定を導出するために信号を処理する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
或る用途において、一般的なドライバは、実現可能ではない。これは特に、流れチューブに取り付けられた磁石の重さが、非常に過大(prohibitive)である低流れ用途にて、当て
はまる(true)。例えば、米国特許第7,168,329号から、磁石を、流れチューブ自体の一部
に貼り付けられる磁石材料に置換することが知られている。そのようなシステムは、２又は３以上のドライバを用いる正弦波、又は方形波のような単純な駆動周波数、即ち、流れチューブの両側の周波数に適切である。しかし、最近、駆動信号のタイプは単純な方形波、台形波、正弦波の単一の周波数の駆動信号ではなく、より複雑になっている。複雑な駆動信号は、例えば２又は３以上の周波数を含む。メータ検証、音速測定、多相流れ検知等のような先端的な流量計の機能を実行するには、多数の周波数が流れチューブ上に同時にかけられて、複雑な駆動信号を生じる。しかし、流量計が有意義な情報を得るには、駆動力は双方向的で線形であるべきである。双方向の駆動力は、流れチューブが駆動アセンブリに向かい且つ駆動アセンブリから離れるように振動することを意味する。線形の駆動力は、流れチューブに及ぼされる力が、コイルに加えられる電流/電圧に略線形に比例する
ことを意味する。そのような駆動力は、一般的な駆動アセンブリでは問題ではないが、’
329号特許に開示されたような実施例にて、流量計はプルモード又はプッシュモードの何
れかにてのみ作動する。従って、双方向の駆動力を得るために、多数の駆動コイルが必要であり、１つは流れチューブの両側にある。この構成は、過度の数の部品が必要であり、コストが高くなる。
【０００５】
更に、駆動力は略線形であるべきである。大部分の振動型流量計は、線形駆動システムを備えて作られているが、’329号特許に述べられた流量計のような幾つかの流量計は線
形駆動信号が無く、従って、複雑な駆動信号をサポートすることが略できない。線形問題に取り組む１つのアプローチは、磁気コイルのサイズと強度を大きくすることである。’329号特許に述べられた一方向の問題を取り扱うべく、多数のコイルが用いられ、或いは
、Ｎ/Ｓ磁界を含む堅い磁性体が流れチューブに用いられ得る。これらの解決策は、高価
であり、サイズ及び電力制限の点で困難である。
本発明は、１以上の周波数を含む複雑な駆動信号を用いて、流れチューブを振動させることができる単一の駆動コイルを組み合わせることによって、これら及び他の問題を克服する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
態様
本発明の一態様によれば、流れ測定システムは、振動型流量計を備え、該振動型流量計は、
少なくとも１つの流れチューブと、
該流れチューブ上にバイアス力を加えるように構成されたドライバと、
第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる駆動信号を生成するように構成されたメータ電子機器を備え、第１の撓み位置は流れチューブ停止位置から離れている。
好ましくは、駆動信号はバイアス電圧を含む。
好ましくは、ドライバによって加えられるバイアス力は、流れチューブを第１の方向に撓ませる。
好ましくは、流れチューブの固有弾性により、流れチューブは、第１の方向とは反対の第２の方向に撓む。
好ましくは、駆動信号は流れチューブを停止位置と第１の撓み位置と第２の撓み位置との間で振動させる。
好ましくは、メータ電子機器は更に、線形化アルゴリズムを生成するように構成されている。
好ましくは、流れチューブは更に磁気部分を備えている。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、流れ測定システムは、振動型流量計を備え、該振動型流量計は、
少なくとも１つの流れチューブと、
該流れチューブ上にバイアス力を加えるように構成されたドライバと、
バイアス電圧及び駆動信号を生成するように構成され、バイアス電圧を含む駆動信号をドライバに加えて、流れチューブを振動させるメータ電子機器を備えている。
好ましくは、バイアス電圧を含む駆動信号は第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させ、第１の撓み位置は流れチューブの停止位置から離れている。
好ましくは、駆動信号は流れチューブを停止位置と第１の撓み位置と第２の撓み位置との間で振動させる。
好ましくは、ドライバによって加えられるバイアス力は、流れチューブを第１の方向に撓ませる。
好ましくは、流れチューブの固有弾性により、流れチューブは、第１の方向とは反対の第２の方向に撓む。
好ましくは、メータ電子機器は更に、線形化アルゴリズムを生成するように構成されてい
る。
好ましくは、流れチューブは更に磁気部分を備えている。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、流れチューブを含む流量計を作動させる方法は、
流れチューブの停止位置から離れた第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる工程を有する。
好ましくは、流れチューブを振動させる工程は、駆動信号に基づいて、ドライバを用いて流れチューブに第１のバイアス力を加え、流れチューブの固有弾性は、第１のバイアス力とは反対の第２のバイアス力を加える。
好ましくは、第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる工程は、該流れチューブを停止位置と第１の撓み位置と第２の撓み位置との間で振動させ、第１の撓み位置は、流れチューブの停止位置と第２の撓み位置の間である。
好ましくは、方法は更に、バイアス電圧を含む駆動信号を生成し、該駆動信号をドライバに加えて、流れチューブを振動させる工程を含む。
好ましくは、方法は更に駆動信号をドライバに送る線形化アルゴリズムを生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、従来技術の流れ測定システムを示す。
【図２】図２は、従来技術の流量計の側面図を示す。
【図３】図３は、従来技術の駆動信号を示す。
【図４】図４は、本発明の実施例に従った、流れ測定システムを示す。
【図５】図５は、本発明の実施例に従った、メータ電子機器を示す。
【図６】図６は、本発明の実施例に従った、方形駆動信号を示す。
【図７】図７は、本発明の実施例に従った、流量計の側面図を示す。
【図８】図８は、従来技術の駆動信号を示す。
【図９】図９は、本発明の実施例に従った、駆動信号を示す。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に従った、流量計の側面図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施例に従った、流量計の側面図を示す。
【図１２】図１２は、流れチューブによって受ける力と、流れチューブのドライバからの距離の間の関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、流れチューブによって受ける力と、流れチューブのドライバからの距離の間の関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、流れチューブによって受ける力とともに駆動信号を示す。
【図１５】図１５は、流れチューブによって受ける力とともに他の駆動信号を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明の詳細な説明
図４―図１５及び以下の記載は、特定例を記載し、本発明のベストモードを如何にして製作し用いるかを当業者に開示する。進歩性のある原理を開示する目的から、幾つかの従来の態様は簡略化され、又は省略される。当業者ならば、本発明の範囲に含まれるこれらの例から変形例を理解するだろう。当業者ならば、以下に記載した特徴は種々の方法で結合されて、本発明の多数の変形例を形成することを理解するだろう。その結果、本発明は以下に記載した特定例に限定されず、請求の範囲及びその均等物のみによって限定される。
【００１１】
図１は、従来技術の流れ測定システム１０を示す。流れ測定システム１０は、振動型流量計１００とメータ電子機器１５０を含む。流量計１００は、流れチューブ１１０、ドライバ１２０、ピックオフセンサ１２１、１２２を含む。ドライバ１２０及びピックオフセンサ１２１、１２２は、リード１２３、１２４、１２５を介して、メータ電子機器１５０と通信することができる。メータ電子機器１５０は、センサ１２１、１２２から受信した
信号を処理して、流れ測定情報を生成することができ、該流れ測定情報は流速、密度及びメータ検定を含むが、これらに限定されない。
動作において、流体は入口フランジ１０８を通って入口１０１に入り、出口フランジ１０９を通って出口１０２にて流れチューブ１１０を出る。流体が流れチューブ１１０を通って出ると、ドライバ１２０は流れチューブ１１０を振り子のように振動させる駆動信号を加える。
【００１２】
図２は、従来技術の流量計１００の側面図を示す。示すように、ドライバ１２０は、駆動コイル１２０Ａ及び駆動マグネット１２０Ｂを備える。従来技術の流量計１００に従ったドライバ１２０は、流れチューブ１１０を引き込み且つ押し返すことができる。従って、流れチューブ１１０は、点線２２０及び２２１に示すように、撓み位置間の停止位置２２２周りを振動する。従って、流量計１００は、図３に示すように、正負両方の電流/電
圧成分を含む単純な正弦波の駆動信号３００によって駆動される。
図３は、従来技術による駆動信号３００を示す。駆動信号３００は、単純な電圧対時間グラフとして示され、示す単位は任意である。駆動信号３００は、上記の如く、単純な正弦波の駆動周波数であり、駆動信号３００は正負電流/電圧の成分を含む。駆動信号３０
０の正の電流/電圧部分の間は、流れチューブ１１０は示すように、流れチューブ位置２
２１にて駆動コイル１２０Ａから押し出される。逆に、駆動信号３００の負の電流/電圧
部分の間は、流れチューブ１１０は、示すように、流れチューブ位置２２０にて駆動コイル１２０Ａに向かって引き込まれる。駆動信号３００は、単純な動作時は、従来技術の流量計１００に適切な結果をもたらす。しかし、駆動信号３００は、駆動コイル１２０Ａから流れチューブ１１０を引き込み且つ押し返すことができない流量計には不適切である。
【００１３】
図４は、本発明の実施例に従った、流れ測定システム２０を示す。流れ測定システム２０は、流量計４００とメータ電子機器４５０を含む。流量計４００は、流れチューブ４１０、ドライバ４２０、及びピックオフセンサ４２１、４２２を含む。１つの流れチューブ４１０のみが示されるが、他の実施例において、流量計４００は多数の流れチューブを含むことは理解されるべきである。従って、本発明は、１つの流れチューブの構成に限定されるべきではない。流量計４００は、流れチューブ４１０が駆動マグネット１２０Ｂではなく、磁性部分４２６を含む点を除き、流量計１００と同様である。本発明の一実施例に従って、磁性部分４２６は、ミューメタル(mu-metal)磁性部分を含む。しかし、他の材料が用いられ得て、本発明はミューメタル材に限定されるべきではないことは理解されるべきである。更に、流量計４００は、図１に示す流量計１００に似た流れチューブ４１０に取り付けられるマグネットを含む。従って、磁性部分４２６に用いられる特定の材料に基づいて、ドライバ４２０は流れチューブ４１０を一方向、即ち、流れチューブ４１０を引き又は押す方向に駆動することができるだけである。
【００１４】
ドライバ４２０とピックオフセンサ４２１、４２２は、リード４２３、４２４、４２５を介してメータ電子機器４５０と通信することができる。メータ電子機器４５０は、夫々リード４２４、４２５を介して第１及び第２のピックオフセンサ４２１、４２２からセンサ信号を受信することができる。メータ電子機器４５０は、ピックオフ信号を処理して、流体流れ情報を演算することができる。この情報は他の情報と共に、メータ電子機器４５０によって経路２６を通って利用手段(図示せず)に付与される(applied)。メータ電子機
器４５０は、図５により詳細に示される。
【００１５】
図５は、本発明の実施例に従ったメータ電子機器４５０を示す。メータ電子機器４５０は、インターフェイス５０１と処理システム５０３を含む。メータ電子機器４５０は、流量計４００からピックオフ/速度センサ信号のようなセンサ信号５１０を受信することが
できる。幾つかの実施例において、センサ信号５１０はドライバ４２０から受信され得る。メータ電子機器４５０は、質量流量計として、又は密度計として作動することができ、
それはコリオリ流量計として作動することを含む。メータ電子機器４５０はセンサ信号５１０を処理して、流れチューブ４１０を通って流れる材料の流れ特性を得ることができる。例えば、メータ電子機器４５０は、１又は２以上の位相差、周波数、時間差、密度、質量流量、メータ検証等を決定することができる。更に、メータ電子機器４５０は駆動信号５１１を生成し、該駆動信号５１１をドライバ４２０に供給することができる。駆動信号５１１は、図６に示す駆動信号６００のような単純な駆動信号を含み、又は図９に示す駆動信号９００のような多数の周波数を含む、より進化した複雑な駆動信号を含む。特定の駆動信号は、以下により詳細に記載される。
【００１６】
更に、メータ電子機器４５０は、駆動信号５１１にバイアス電圧５１２を生成する。バイアス電圧５１２のようなバイアス電圧は、印加された信号の電流/電圧を所定量だけ上
昇又は低下する駆動信号に更に、ドライバに加えられる電流又は電圧を意味することを意図していることは理解されるべきである。バイアス電圧５１２は例えばＤＣバイアス電圧を含む。バイアス電圧５１２は、正又は負のバイアス電圧を含む。特定のバイアス電圧は、特定の磁性材及び/又は流量計４００に用いられるドライバによる。
メータ電子機器４５０はまた、線形化アルゴリズム５１３を生成する。線形化アルゴリズム５１３は、曲線当て嵌め、フィルタリング、増幅等を含む。線形化アルゴリズム５１３は、例えば線形駆動信号を生成するのに用いられ得る。
本発明の他の実施例に従って、線形化アルゴリズム５１３は、既存の非線形駆動信号に基づいて更なる線形信号を提供する、即ち、駆動信号の線形化を増加するのに用いられる。メータ電子機器４５０の種々の機能は、以下に更に詳細に記載される。
【００１７】
インターフェイス５０１は、ピックオフセンサ４２１、４２２又はドライバ４２０から、リード４２３―４２５を介してセンサ信号を受信する。インターフェイス５０１は、あらゆる方法のフォーマット化、増幅、バッファリング等のようなあらゆる必要な又は所望の信号コンディショニングを実行する。或いは、信号コンディショニングの一部又は全部は、処理システム５０３内にて実行される。更に、インターフェイス５０１によって、メータ電子機器４５０と外部装置との通信が可能になる。インターフェイス５０１は、電子的、工学的又は無線通信の如何なる方法でもあることができる。
一実施例におけるインターフェイス５０１は、デジタイザ(図示せず)を含み、センサ信号はアナログセンサ信号である。デジタイザは、アナログセンサ信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタルセンサ信号を生成する。デジタイザはまた、あらゆる必要な圧縮処理(decimation)を実行し、デジタルセンサ信号は必要な信号処理の量を減らし、処理時間を短縮すべく圧縮される。
【００１８】
処理システム５０３は、メータ電子機器４５０の動作を実行し、流量計４００から流れ測定を処理する。処理システム５０３は、１又は２以上の処理ルーチンを実行し、それによって、１又は２以上の流れ特性を生成すべく、流れ測定を処理する。
処理システム５０３は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサシステム、論理回路、又は幾つかの汎用又は特注の処理デバイスを含む。処理システム５０３は、多数の処理デバイスの間に分散される。処理システム５０３は、あらゆる方式の一体化された又は別個の格納システム５０４のような電子的格納媒体を含む。
処理システム５０３は、センサ信号５１０を処理して、とりわけ駆動信号５１１を生成する。駆動信号はドライバ４２０に供給されて、図４の流れチューブ４１０のような関連する流れチューブを振動させる。駆動信号の例は、以下に付与される。
【００１９】
メータ電子機器４５０は、当該技術分野で略公知の種々の要素及び機能を含むことは理解されるべきである。これらの付加的な特徴は、説明の簡略化の目的から、記載及び図面から省略される。従って、本発明は示され記載された特定の実施例に限定されるべきではない。
流量計４００が流れチューブ４１０を一方向に駆動することに限定された状態で、正成分及び負成分の両方を含む単純な正弦波は実際的ではない。何故なら、駆動信号３００の負の電流/電圧部分の間は、流れチューブ４１０はドライバ１２０に引き込まれないから
である。或いは、ドライバ１２０が流れチューブ４１０を引き込むことができるが、流れチューブを押し返すことができなければ、駆動信号３００の正の電流/電圧部分は作用し
ない。従って、従来技術の１つのアプローチは、例えば図６に示され且つ以下に記載されるように、方形波の駆動信号に従って、流量計を駆動してきた。
【００２０】
図６は、本発明の一実施例に従った、方形波の駆動信号６００を示す。方形波の駆動信号６００は、１つの周波数成分を含み、電流/電圧は期間の略半分は正であり、期間の略
半分はゼロである。従って、メータ電子機器４５０が駆動信号６００をドライバ４２０に供給すれば、図７に示すように、流れチューブ４１０が振動する。
図７は、本発明の一実施例に従った、流量計４００の側面図を示す。流れチューブ４１０は停止位置７００にて実線で示される。「停止位置」がドライバによってバイアス力が略付与されない流れチューブの位置を意味することを意図していることは理解されるべきである。点線７１０は、流れチューブ４１０がドライバ４２０から押し返されるとき、例えば流量計が方形波の駆動信号６００に従って駆動されるときの流れチューブ４１０を示す。方形波の駆動信号６００に従って流量計４００が駆動されるとき、流れチューブ４１０のマグネチック部４２６は、電流が供給されると、ドライバ４２０から押し返される。電流が供給されなければ、流れチューブ４１０の弾性によって、流れチューブ４１０は停止位置に戻る。幾つかの実施例において、駆動信号６００は正の成分ではなく、負の成分を含むことは理解されるべきである。
【００２１】
図３及び図６に示された単純な駆動信号３００、６００は単純な測定には適切である。しかし、幾つかの流量計の機能は、略同時に付与される多数の周波数を含むより複雑な駆動信号を必要とする。
図８は、従来技術に従った、先端的な駆動信号８００の例を示す。駆動信号８００は、多数の周波数を含む複雑な信号である。駆動信号８００は、例えばより先端的な測定が要求される状況で実行される。駆動信号８００は、ドライバがプッシュ―プルモードの振動が可能な状況では流量計に適切な結果をもたらすが、駆動信号８００は、ドライバが一方向の駆動力のみが可能な状況では、流量計に適切な結果をもたらさない。駆動信号８００の不利な点を克服すべく、本発明は駆動信号にバイアス電圧を導入する。
【００２２】
本発明の一実施例に従って、メータ電子機器４５０はバイアス電圧５１２を生成することができる。以下の記載は、バイアス電圧５１２が駆動信号８００に加えられる状況に限定されるが、バイアス電圧５１２はあらゆる駆動信号に加えられ、本発明は記載された特定の駆動信号に限定されるべきではないことは理解されるべきである。バイアス電圧はドライバがプッシュ−プルモードの振動が可能な実施例にて実施されてもよいこともまた、理解されるべきである。従って、以下の記載は、プルのみ又はプッシュのみの何れかのモードにてドライバが作動する状況に主として言及しているが、本発明はこれらの状況に限定されるべきではない。バイアス電圧５１２を含む駆動信号８００は、流れチューブ４１０に加えられる。生じる駆動信号９００は、図９に示される。
図９は、本発明の実施例に従った、駆動信号９００を示す。示すように、本発明の実施例に従った駆動信号９００はバイアス電圧を含む点以外は、駆動信号８００と同様である。これは略全ての駆動信号が正であるとの結果に帰する。換言すれば、電流/電圧は、駆
動信号９００の略全体中に、ドライバ４２０に供給される。これは電流が交互にオン-オ
フが切り換り、流れチューブ４１０がその停止位置に戻る期間に帰する従来技術の駆動信号６００とは異なる。むしろ、本発明の一実施例に従えば、流れチューブ４１０は、第１の撓み位置１００２の周りにて振動する。第１の撓み位置１００２は、流れチューブ４１０の停止位置１００１と第２の撓み位置１００３の間にある。駆動信号９００の結果とし
て生じる流れチューブの撓みは、図１０に示される。
【００２３】
図１０は、本発明の実施例に従った、流量計４００の側面図である。示された実施例に従って、メータ電子機器４５０によってドライバ４２０に送信された駆動信号９００に反応して、流れチューブ４１０は、停止位置１００１、第１の撓み位置１００２、及び第２の撓み位置１００３の間で振動する。図１０に示す実施例に従って、流れチューブ４１０は第１の撓み位置１００２の周りにて振動する。示された実施例に従って、第１の撓み位置１００２は、停止位置１００１から離れている。従って、ドライバ４２０が流れチューブ４１０を一方向に撓ませるだけの実施例でさえ、流れチューブ４１０は尚、第１の撓み位置１００２の周りにて振動する。これは何故なら、ドライバ４２０が流れチューブ４１０を第１の撓み位置１００２を越えて、第２の撓み位置１００３まで撓ませ、流れチューブの固有の弾性により、流れチューブ４１０が第１の撓み位置１００２の反対側の停止位置１００１に向けて戻るからである。
本発明の実施例に従って、流れチューブ４１０は、バイアス電圧を含む駆動信号９００のような先端的な駆動信号を用いて駆動される。本発明の実施例に従って、第１の撓み位置は、流れチューブの振動の略中間点にある。
【００２４】
ドライバが流れチューブを一方向にのみ付勢することができた従来技術の流量計において、流量計は流れチューブの固有の弾性に依存して、流れチューブの停止位置と第１の撓み位置の間で振動させた。このタイプの構成は、例えば図７に示される。
本発明の実施例によれば、駆動信号９００はまた、流れチューブの固有の弾性を利用する。しかし、流れチューブ４１０を停止位置と第１の撓み位置の間で駆動するのではなく、流れチューブ４１０は停止位置１００１と、第１の撓み位置１００２と、第２の撓み位置１００３の間で駆動される。これは、流量計４００があたかも流れチューブ４１０が双方向モードで駆動されるように振動することに帰する。しかし、本発明の実施例に従った流量計４００は、流れチューブ４１０を撓ませ、流れチューブ４１０を引き込むのではなく、流れチューブ４１０を第１の撓み位置１００２まで撓ませ、流れチューブ４１０を更に第２の撓み位置１００２へ撓ませる。示された実施例に従って、第１の撓み位置１００２及び第２の撓み位置１００３は、同じ方向にて停止位置１００１から撓んで離れる。幾つかの実施例において、第２の撓み位置１００３は、第１の撓み位置１００２よりも停止位置１００１から離れている。従って、従来技術のように信号の中間点が停止状態ではなく、振動の中間点は第１の撓み位置１００２である。換言すれば、流れチューブ４１０は第１の撓み位置１００２の周りで振動する。第１の撓み位置１００２が振動の正確な中間点ではないが、むしろ、駆動信号９００は従来技術の流量計のように、流れチューブ４１０が、停止位置１００１の両側を振動するのではなく、第１の撓み位置１００２の両側を振動するようにするものであることは理解されるべきである。
更に、第１の撓み位置１００２の箇所は、駆動信号を通じて変化することは理解されるべきである。該箇所は、例えば駆動信号の電流/電圧の変化を含む多数の理由から変化す
る。しかし、第１の撓み位置１００２の箇所が変化しなくとも、該箇所はなお、流れチューブの停止位置１００１から離れている。
【００２５】
図１１は、本発明の他の実施例に従った、流量計４００の側面図を示す。上記の記載は、ドライバ４２０が、流れチューブ４１０をドライバ４２０から押し出すことのみ可能な状況を取り扱った。しかし、幾つかの実施例において、流れチューブ４１０に連結された磁性材が、代わりにドライバ４２０に引き込まれる。従って、本発明の実施例に従って、流れチューブ４１０が図１１に示すように、撓まされる。
図１１に示す流れチューブの振動は、流れチューブ４１０がドライバ４２０から押し出されるのではなく、ドライバ４２０に向かって引き込まれる点を除き、図１０に示す流れチューブの振動と同様である。従って、駆動信号の全体が正として示される駆動信号９００と異なり、図１１に示す流れチューブの振動は、駆動信号の略全体が負の電流/電圧で
ある駆動信号から生じる。従って、バイアス電圧は、負のバイアス電圧である。本発明の実施例に従って、流れチューブ４１０は、第１の撓み位置１００２の周りで振動する。使用された駆動信号に基づいて、駆動信号が最大時に、流れチューブ４１０は第２の撓み位置１１０３に駆動される。駆動信号が最小時に、流れチューブ４１０は停止位置１１０１、又は停止位置１１０１の近傍に戻る。
駆動信号９００に準じたように、駆動信号が完全に除去されなければ、流れチューブ４１０は、停止位置１１０１に完全には戻らないことは理解されるべきである。
【００２６】
上記記載は、バイアス電圧を含む駆動信号９００に限定されているが、同様のバイアス電圧が、以前に記載した駆動信号の何れかに加えられてもよいことは理解されるべきである。例えば、バイアス電圧が、夫々図３及び図６の単純な正弦波又は方形波駆動信号に供給される。更に、示された駆動信号は、単なる例であって、種々の他の駆動信号が考えられ、それらは本発明の範囲内であることは理解されるべきである。上記の如く、バイアス電圧は、プッシュ−プルモード振動が可能なドライバを用いて利用される。プッシュ−プルモードのドライブを用いるバイアス電圧を含む駆動信号は全体的に正又は負であるが、駆動信号は正又は負の両成分を含む。従って、流れチューブ４１０が、第１の撓み位置１００２の周りに振動すると、流れチューブ４１０は、駆動信号が正又は負の成分である間は、流れチューブの停止位置１００１となお、交差する(cross)。
【００２７】
バイアス電圧を含む駆動信号９００は信号を供給し、該信号は流れチューブ４１０を一方向に撓ませ、固有の流れチューブ弾性を用いて、流れチューブ４１０を反対方向に撓ませ、それによって、双方向の駆動信号を表す振動を生成する。
従って、駆動信号９００は流量計４００のような流量計に用いられ、該流量計４００ではドライバは流れチューブを一方向に撓ませることだけができ、なお複雑な多数の周波数の駆動信号を測定することを実現できる。しかし、本発明はまた、先端的な駆動信号９００から生じる非線形性をも訂正することができる。
駆動信号内には多くの非線形性の種々のソースがあるが、本発明の一実施例に従って、駆動信号内の非線形性の１つのソースは、ドライバ４２０と流れチューブ４１０の間の距離による。流量計１００のような従来技術の流量計において、ドライバのコイル/マグネッ
トアセンブリ１２０は、コイル１２０Ａとマグネット１２０Ｂ間に非常に小さな空間がある。一定の電流/電圧によってコイル内に及ぼされるマグネット１２０Ｂ上の力とコイル
からのマグネットの距離を描画すると、図１２に示すようなグラフが生成され得る。
【００２８】
図１２は、マグネット１２０Ｂによって受ける力、或いはコイル１２０Ａ又はドライバ４２０によって流れチューブ４１０の距離の関係を示す。示されるように、コイル/ドラ
イバの短距離１２５０内にて、力は略線形である。従来技術の流量計１００は、この略線形領域１２５０にて作動するように構成されている。
しかし、流量計４００の１つのドライバ４２０及び磁性部分４２６に関して、ドライバ４２０は流れチューブ４１０から比較的遠くに位置して、停止位置１００１ではなく第１の撓み位置１００２の周りにて振動させる。このようにして、流量計４００は図１３に示す領域１３５０内で主に作動する。
図１３は、流れチューブ４１０によって受ける力と、流れチューブ４１０のドライバ４２０からの距離の関係を示す。ドライバ４２０が流れチューブ４１０を押し出すことのみができる状況で、正の距離だけが示される。同様のグラフは、ドライバ４２０が流れチューブ４１０を引き込むことだけができる状況で構築され得ることは理解されるべきである。
【００２９】
示されるように、領域１３５０は、図１２に示す領域１２５０よりもドライバ４２０から略離れている。これは、略非線形性の駆動信号９００に帰する、何故なら、生じる力は駆動信号に線形に追随しないからである。これは、流れチューブが第１の撓み位置１００
２から第２の撓み位置１００３に撓むと、加えられる力が一定を維持しても、距離は比較的大きく変化するからである。この非線形性は図１４に示される。
図１４は、流れチューブ４１０によって受ける実際の力と共に、駆動信号６００を示す。各サイクルの開始時に、流れチューブ４１０は停止位置７００にある。これは、ドライバ４２０が流れチューブ４１０、故に磁性部分４２６に最も接近した位置である。従って、力１４００は、停止位置７００で最大である。ドライバ４２０が流れチューブ４１０を遠くに撓ませると、コイルに加えられる力は減少する。図１４に示すように、ドライバ４２０の電流/電圧がオフになる前に、力１４００は著しく低下する。このタイプの歪みは
、位相及び周波数に基づく質量流量及び密度のような標準的な測定に著しい影響を与えない。しかし、他の測定は、そのような非線形の傾向によって悪影響を受けるだろう。従って、駆動信号９００のような他の駆動信号への影響は、著しいエラーに帰する。
【００３０】
図１５は、流れチューブ４１０によって受ける力１５００とともに、駆動信号９００を示す。示されるように、流れチューブ４１０に加えられる力１５００は、電流/電圧信号
９００に対して、明らかに線形ではない。本発明は、流量計４００によって実現される非線形性を修正することができる。修正はハードウエア又はソフトウエアの何れか内である。電気回路又はデジタル信号処理アルゴリズムは、例えば図１３に示す力と距離カーブの特性を示すことができる。従って、図１５に示すカーブを近似したグラフは、更に線形な駆動信号を得るのに用いられ得る。
本発明の実施例に従って、流れチューブ４１０によって受ける力が駆動信号に対して描画される。差は、生じる力を駆動信号に対してカーブ近似することにより修正される。このようにして、駆動コイルと流れチューブ４１０間の距離が増加することによる非線形性は、種々のハードウエア及び/又はソフトウエアの修正アルゴリズムを用いて修正される
。
【００３１】
上記実施例の詳細な記載は、本発明の範囲内にあるとして発明者らによって考えられた全ての実施例の余すところの無い記載ではない。実際、当該技術分野の専門家は、上記に記載した実施例の或る要素が様々に結合され又は除去されて、更なる実施例を生成し、そのような更なる実施例は本発明の範囲及び開示内に含まれることを理解するだろう。当該技術分野の専門家には、上記に記載した実施例は、全部又は一部が結合されて、本発明の範囲及び開示内の更なる実施例を生成することは明白であろう。
このようにして、本発明の特定の実施例及び本発明の例が説明の目的からここに開示されているが、関連技術の専門家が認識するように、均等な種々の修正が本発明の範囲内で可能である。ここに付与された開示は、他の流量計に応用され、上記の実施例及び添付の図面に示された実施例だけのものではない。従って、本発明の範囲は、以下の請求の範囲から決定されるべきである。
【図１】
2015108632.tif 000003
【図２】
2015108632.tif 000004
【図３】
2015108632.tif 000005
【図４】
2015108632.tif 000006
【図５】
2015108632.tif 000007
【図６】
2015108632.tif 000008
【図７】
2015108632.tif 000009
【図８】
2015108632.tif 000010
【図９】
2015108632.tif 000011
【図１０】
2015108632.tif 000012
【図１１】
2015108632.tif 000013
【図１２】
2015108632.tif 000014
【図１３】
2015108632.tif 000015
【図１４】
2015108632.tif 000016
【図１５】
2015108632.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月21日(2015.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動型流量計(４００)を含む流れ測定システム(２０)であって、
振動型流量計は、
少なくとも１つの流れチューブ(４１０)と、
該流れチューブ(４１０)上にバイアス力を加えるように構成されたドライバ(４２０)と、
第１の撓み位置(１００２)の周りに流れチューブ(４１０)を振動させる駆動信号及び線形化アルゴリズム(５１３)を生成するように構成されたメータ電子機器(４５０)を備え、第１の撓み位置(１００２)は流れチューブ停止位置(１００１)から離れており、
前記線形化アルゴリズム(５１３)は、線形駆動信号を生成する、又は駆動信号の線形化を増幅するのに用いられる、流れ測定システム(２０)。
【請求項２】
駆動信号は、流れチューブ(４１０)を停止位置(１００１)、第１の撓み位置(１００２)、及び第２の撓み位置(１００３)の間で振動させる、請求項１に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項３】
駆動信号は、バイアス電圧を含む、請求項１に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項４】
ドライバ(４２０)によって加えられるバイアス力は、第１の方向に流れチューブ(４１０)を撓ませる、請求項１に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項５】
流れチューブ(４１０)の固有の弾性により、流れチューブ(４１０)は第１の方向とは反対の第２の方向に撓む、請求項4に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項６】
流れチューブ(４１０)は更に、磁性部分(４２６)を備える、請求項１に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項７】
振動型流量計(４００)を備えた流れ測定システム(２０)であって、該振動型流量計(４００)は、
少なくとも１つの流れチューブ(４１０)と、
該流れチューブ(４１０)上にバイアス力を加えるように構成されたドライバ(４２０)と、
バイアス電圧及び駆動信号を生成するように構成され、バイアス電圧を含む駆動信号をドライバ(４２０)に加えて、流れチューブ(４１０)を振動させるとともに、線形化アルゴリズム(５１３)を生成するように構成されたメータ電子機器(４５０)を備え、
前記線形化アルゴリズム(５１３)は、線形駆動信号を生成する、又は駆動信号の線形化を増幅するのに用いられる、流れ測定システム(２０)。
【請求項８】
バイアス電圧を含む駆動信号は、第１の撓み位置(１００２)の周りに流れチューブ(４１０)を振動させ、第１の撓み位置(１００２)は流れチューブの停止位置(１００１)から離れている、請求項７に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項９】
駆動信号は、流れチューブ(４１０)を停止位置(１００１)と第１の撓み位置(１００２)と第２の撓み位置(１００３)との間で振動させる、請求項７に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項１０】
ドライバ(４２０)によって加えられるバイアス力は、流れチューブ(４１０)を第１の方向に撓ませる、請求項７に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項１１】
流れチューブ(４１０)の固有弾性により、流れチューブ(４１０)は、第１の方向とは反対の第２の方向に撓む、請求項１０に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項１２】
流れチューブ(４１０)は更に磁気部分(４２６)を備えている、請求項７に記載の流れ測定システム(２０)。
【請求項１３】
流れチューブとドライバと駆動信号を生成するように構成されたメータ電子機器を含む振動型流量計を作動させる方法であって、
前記駆動信号を用いて、流れチューブ停止位置から離れた第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる工程と、
前記駆動信号をドライバに送信する線形化アルゴリズムを生成する工程を含み、該線形化アルゴリズムは、線形駆動信号を生成する、又は駆動信号の線形化を増幅するのに用いられる工程を含む、方法。
【請求項１４】
流れチューブを振動させる工程は、駆動信号に基づいて、ドライバを用いて流れチューブに第１のバイアス力を加え、流れチューブの固有弾性により、第１のバイアス力とは反対方向の第２のバイアス力が加えられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の撓み位置の周りに流れチューブを振動させる工程は、該流れチューブを停止位置と第１の撓み位置と第２の撓み位置との間で振動させ、第１の撓み位置は、流れチューブの停止位置と第２の撓み位置の間である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
更に、バイアス電圧を含む駆動信号を生成し、該駆動信号をドライバに加えて、流れチューブを振動させる工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【外国語明細書】
2015108632000001.pdf