(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計(5)であって、
１以上の導管(103,103’)と、
１以上の導管(103,103’)の１つに連結されて、１以上の駆動周波数にて導管の少なくとも一部を振動させるように構成されたドライバ(104)と、
１以上の導管(103,103’)の１つに連結されて導管の動作を検知するように構成された１以上のピックオフ(105,105’)と、
第１の区画(400)及び第２の区画(402)を有して、第１の区画(400)は流体が漏れず、１以上の導管(103,103’)、ドライバ(104)、１以上のピックオフ(105,105’)の少なくとも一部を囲むように構成されたハウジング(200)と、
第２の区画(402)にバラスト材を加えることが出来るように構成された穴であるシール可能な充填ポート(418)を備えている、流量計(5)。
【請求項２】
第２の区画(402)内に１以上の壁(404)を備えて、第２の区画(402)内に少なくとも２つの空洞(406)を規定する、請求項１に記載の流量計(5)。
【請求項３】
１以上の壁(404)は、ハウジング(200)及び第２の区画(402)の少なくとも一部を規定するベース(414)に連結される、請求項２に記載の流量計(5)。
【請求項４】
第２の区画(402)は、ハウジング内の少なくとも１つの空洞(406)をシールするように構成されたカバー板(416)を備える、請求項１に記載の流量計(5)。
【請求項５】
前記カバー板(416)は、シール可能な充填ポート(418)を規定する、請求項４に記載の流量計(5)。
【請求項６】
前記カバー板(416)は、ハウジング(200)に溶接される、請求項４に記載の流量計(5)。
【請求項７】
１以上の導管(103,103’)に連結された１以上のマニホールド(102,102’)と、第１の区画(400)内に形成され、１以上のマニホールド(102,102’)を受け入れるように構成された１以上のマニホールド開口(410,410’)を備え、１以上のマニホールド(102,102’)は１以上のマニホールド開口(410,410’)にシール可能に結合されている、請求項１に記載の流量計(5)。
【請求項８】
１以上の壁(404)の第１の壁は、１以上の壁(404)の第２の壁よりも厚い、請求項１に記載の流量計(5)。
【請求項９】
少なくとも１つの空洞(406)は、バラスト材を含む、請求項１に記載の流量計(5)。
【請求項１０】
流量計(5)のアセンブリを可能にするように構成されたアクセス開口(408)と、
該アクセス開口(408)をシールするように構成されたカバー(412)を備える、請求項１に記載の流量計(5)。
【請求項１１】
１以上の導管を含む流量計を形成する方法であって、
第１の区画及び第２の区画を備えたハウジングの流体が漏れない第１の区画内に１以上の導管の少なくとも一部を囲むステップと、
第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成された穴であるシール可能な充填ポートを備えるステップを備えている、方法。
【請求項１２】
第２の区画内に１以上の壁を配備して、第２の区画内に少なくとも２つの空洞を規定するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの空洞をカバー板でシールするステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの空洞内にバラスト材を提供するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
第１の区画は、１以上の導管の圧力定格以上の圧力定格を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
第１の区画は、１以上の導管の圧力定格の所定パーセンテージである圧力定格を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
１以上の導管に１以上のマニホールドを連結するステップと、
第１の区画に１以上のマニホールド開口を形成するステップであって、該１以上のマニホールド開口は１以上のマニホールドを受け入れるように構成されたステップと、
１以上のマニホールドを１以上のマニホールド開口にシール可能に結合するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
１以上の壁の第１の壁は、１以上の壁の第２の壁よりも厚い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
ハウジング内の１以上の壁の少なくとも１つを、ハウジングのモード周波数が駆動されるモード周波数とは所定の閾値だけ異なるように、向けるステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
第１の区画内の開口にアクセスして、流量計のアセンブリを可能にするステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
ハウジング(200)であって、
第１の区画(400)及び第２の区画(402)を備え、第１の区画(400)は流体が漏れずセンサアセンブリ(10)の少なくとも一部を囲むように構成され、
第２の区画(402)にバラスト材を加えることが出来るように構成された穴であるシール可能な充填ポート(418)を備えている、ハウジング(200)。
【請求項２２】
第２の区画(402)内の１以上の壁(404)が、第２の区画(402)内に少なくとも２つの空洞(406)を規定する、請求項２１に記載のハウジング(200)。
【請求項２３】
１以上の壁(404)は、ハウジング(200)及び第２の区画(402)の少なくとも一部を規定するベース(414)に連結される、請求項２２に記載のハウジング(200)。
【請求項２４】
第２の区画(402)は、ハウジング(200)内の少なくとも１つの空洞(406)をシールするように構成されたカバー板(416)を備える、請求項２１に記載のハウジング(200)。
【請求項２５】
カバー板(416)は、シール可能な充填ポート(418)を規定する、請求項２４に記載のハウジング(200)。
【請求項２６】
カバー板(416)は、ハウジング(200)に溶接される、請求項２４に記載のハウジング(200)。
【請求項２７】
１以上のマニホールド(102,102’)を第１の区画(400)に形成された１以上のマニホールド開口(410,410’)にシール可能に結合するように構成される、請求項２１に記載のハウジング(200)。
【請求項２８】
１以上の壁(404)の第１の壁は、１以上の壁(404)の第２の壁よりも厚い、請求項２１に記載のハウジング(200)。
【請求項２９】
少なくとも１つの空洞(406)は、バラスト材を含む、請求項２１に記載のハウジング(200)。
【請求項３０】
アクセス開口(408)と、
該アクセス開口(408)をシールするように構成されたカバー(412)を備える、請求項２１に記載のハウジング(200)。
【請求項３１】
ハウジングを形成する方法であって、
ハウジング内に第１の区画及び第２の区画を提供するステップであって、第１の区画はセンサアセンブリの少なくとも一部を囲み、流体が漏れないように構成されるステップと、
第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な穴である充填ポートを提供するステップを備えている、方法。
【請求項３２】
第２の区画内に１以上の壁を提供して、第２の区画内に少なくとも２つの空洞を規定するステップを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１つの空洞をカバー板でシールするステップを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１つの空洞内にバラスト材を提供するステップを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
第１の区画は、センサアセンブリの導管の圧力定格以上の圧力定格を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
第１の区画は、センサアセンブリの導管の圧力定格の所定パーセンテージである圧力定格を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
第１の区画内に１以上のマニホールド開口を形成するステップであって、１以上のマニホールド開口は第１の区画を受け入れ、且つ１以上のマニホールドにシール可能に結合するステップを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
１以上の壁の第１の壁は、１以上の壁の第２の壁よりも厚い、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
ハウジング内の１以上の壁の少なくとも１つを、ハウジングのモード周波数が駆動されるモード周波数とは所定の閾値だけ異なるように提供するステップを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
第１の区画内にアクセス開口を提供するステップを備える、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計に関し、特に圧力格納が改善されたハウジングを有する流量計及び関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、振動型デンシトメータ及びコリオリ流量計のような振動型センサが一般的に公知であり、流量計内の導管を流れる材料に関する質量流量及び他の情報を測定するのに用いられる。代表的な流量計は、全てJ.E Smithらに与えられた米国特許第4,109,524号、米国特許第4,491,025号、再発行特許31,450号に開示されている。これらの流量計は、直線形状または湾曲形状の１つまたは複数の導管を有する。例えば、コリオリ質量流量計の各導管構成は、単純な曲げ、ねじり、または結合タイプであってもよい一連の固有振動モードを有する。各導管は好ましいモードで振動するように駆動することができる。
【０００３】
いくつかのタイプの質量流量計、特にコリオリ流量計は、密度の直接測定を実行して、密度を超える質量の商によって体積情報を提供するように動作することができる。例えば、未知の多相流体の密度を測定するためにコリオリ流量計を使用する純油コンピュータ用のRueschの米国特許第4,872,351号を参照されたい。Buttler他に付与された米国特許第5,687,100号は、振動管密度計として動作する質量流量計における質量流量効果の密度測定値を補正するコリオリ効果デンシトメータを教示している。
【０００４】
材料は、流量計の入口側に接続されたパイプラインから流量計に流入し、導管を通って導かれ、流量計の出口側を通って流量計から出る。振動システムの固有振動モードは、導管と導管内を流れる材料の複合質量によって部分的に画定される。
【０００５】
流量計を通る流れがないとき、導管に加えられる駆動力は、導管に沿った全ての点を同位相で、またはゼロ流れで測定される時間遅延である小さな「ゼロオフセット」で振動させる。物質が流量計を通って流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った各点が異なる位相を有するようになる。例えば、流量計の入口端の位相は、中央のドライバ位置の位相よりも遅れ、出口の位相は、中央のドライバ位置の位相よりも先行する。導管上のピックオフは、導管の動きを表す正弦波信号を生成する。ピックオフからの信号出力は、ピックオフ間の時間遅延を決定するために処理される。２つ以上のピックオフ間の時間遅延は、導管を流れる材料の質量流量に比例する。
【０００６】
ドライバに接続されたメータ電子機器は、ドライバを動作させるための駆動信号を生成するとともに、ピックオフから受信する信号からプロセス材料の質量流量及び/又は他の特性を決定する。ドライバは、多くの周知の構成の１つを含むことができる。しかしながら、磁石と対向する駆動コイルは、流量計の業界において大きな成功を収めている。所望の導管の振幅と周波数で導管を振動させるために、交流が駆動コイルに送られる。ピックオフをドライバ構成に非常に類似したマグネット及びコイル構成として提供することも、当技術分野で知られている。しかし、ドライバが動作を誘発する電流を受けている間に、ピックオフはドライバによって与えられた運動を用いて電圧を誘起することができる。ピックオフによって測定される時間遅延の大きさは非常に小さく、しばしば、ナノ秒単位で測定される。従って、トランスデューサの出力を非常に正確にする必要がある。
【０００７】
一般に、流量計は最初に較正され、ゼロオフセットと共に流量較正係数が生成され得る。使用時には、流量較正係数に、ピックオフによって測定された時間遅延からゼロオフセットを引いた値を掛けて、質量流量を生成することができる。殆どの場合、流量計は最初に較正され、通常はメーカーによって較正され、その後の較正を必要とせずに正確な測定が行われると想定される。さらに、従来技術の手法では、設置後にフローを停止させ、バルブを閉じ、従ってプロセス条件でゼロ流量基準をメータに提供することによって、ユーザが流量計をゼロ較正する。
【０００８】
コリオリ流量計を含む振動センサは、センサを比較的高いプロセス流体圧力にさらす用途にしばしば用いられる。高圧は導管破裂の危険性を高める。導管破裂が起こると、プロセス流体はアセンブリの濡れた部分(例えば導管)から逃げ、ハウジングなどの濡れていない部分に入る。典型的には、ハウジングは、一般的に比較的薄いシートメタルを含むので、ハウジングは、湿った部分の圧力定格の約20％しか提供しない。従って、高圧プロセス流体は、ハウジングを容易に破損する可能性がある。特定のプロセス流体は、プロセスを停止し、クリーンアップ、及び製品の損失の際に発生するコストの他に、酸性、可燃性、温度、毒性などから有害である。従って、高圧負荷を含むことができるセンサハウジングに対するニーズがある。
【０００９】
更に、ハウジングは、駆動モードから離れたモード周波数を制御する役割を果たすことができる。これは、大きく、硬く、重いハウジング構造を採用することによって達成することができる。これは、典型的には重い重りをハウジングに溶接することによって達成される。残念なことに、これは輸送に非常に重く高価な装置をもたらす。従って、製造及び/又は出荷の前または後に制御可能なパラメータ(質量、剛性、減衰)を備えた流量計ハウジングが必要とされている。
本発明は、これら及び他の問題を克服し、当該分野における進歩が達成される。
【発明の概要】
【００１０】
実施形態に従って、流量計が提供される。実施形態に従って、流量計は１以上の導管を備える。ドライバが１以上の導管に連結され、１以上の駆動周波数にて導管の少なくとも一部を振動させるように構成される。１以上のピックオフが１以上の導管の１つに連結され、導管の動作を検出するように構成される。ハウジングは第１の区画及び第２の区画を有し、第１の区画は流体が漏れず、１以上の導管、ドライバ、及び１以上のピックオフの少なくとも一部を囲むように構成されている。シール可能な充填ポートは第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されている。
【００１１】
実施形態に従って、１以上の導管を含む流量計を形成する方法が提供される。実施形態は、第１の区画及び第２の区画を備えるハウジングの流体が漏れない第１の区画内にて１以上の導管の少なくとも一部を囲むステップと、第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な充填ポートを提供するステップを備えている。
【００１２】
実施形態に従って、ハウジングが提供される。実施形態に従って、ハウジングは第１の区画及び第２の区画を備え、第１の区画は流体が漏れず、センサアセンブリの少なくとも一部を囲むように構成されている。シール可能な充填ポートは第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されている。
【００１３】
実施形態に従って、ハウジングを形成する方法が提供される。実施形態は、第１の区画及び第２の区画を提供するステップであって、第１の区画はセンサアセンブリの少なくとも一部を包み、流体が漏れないように構成されたステップと、第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な充填ポートを提供するステップを備えている。
【００１４】
態様
一態様に従って、流量計が提供される。該態様は１以上の導管と、１以上の導管の１つに連結されて、１以上の駆動周波数にて導管の少なくとも一部を振動させるように構成されたドライバと、１以上の導管の１つに連結されて導管の動作を検知するように構成された１以上のピックオフと、第１の区画及び第２の区画を有して、第１の区画は流体が漏れず、１以上の導管、ドライバ、１以上のピックオフの少なくとも一部を囲むように構成されたハウジングと、第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な充填ポートを備えている。
【００１５】
流量計は第２の区画内に１以上の壁を備えて、第２の区画内に少なくとも２つの空洞を規定するのが好ましい。
１以上の壁は、ハウジング及び第２の区画の少なくとも一部を規定するベースに連結されるのが好ましい。
第２の区画は、ハウジング内の少なくとも１つの空洞をシールするように構成されたカバー板を備えるのが好ましい。
カバー板は、シール可能な充填ポートを規定するのが好ましい。
カバー板は、ハウジングに溶接されるのが好ましい。
【００１６】
流量計は、１以上の導管に連結された１以上のマニホールドと、第１の区画内に形成され、１以上のマニホールドを受け入れるように構成された１以上のマニホールド開口を備え、１以上のマニホールドは１以上のマニホールド開口にシール可能に結合されているのが好ましい。
１以上の壁の第１の壁は、１以上の壁の第２の壁よりも厚いのが好ましい。
少なくとも１つの空洞は、バラスト材を含むのが好ましい。
流量計は、流量計のアセンブリを可能にするように構成されたアクセス開口と該アクセス開口をシールするように構成されたカバーを備えるのが好ましい。
【００１７】
一態様に従って、１以上の導管を含む流量計を形成する方法が提供される。一態様は、第１の区画及び第２の区画を備えたハウジングの流体が漏れない第１の区画内に１以上の導管の少なくとも一部を囲むステップと、第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な充填ポートを備えるステップを備えている。
【００１８】
方法は、第２の区画内に１以上の壁を配備して、第２の区画内に少なくとも２つの空洞を規定するステップを含むのが好ましい。
方法は、少なくとも１つの空洞をカバー板でシールするステップを備えるのが好ましい。
方法は、少なくとも１つの空洞内にバラスト材を提供するステップを備えるのが好ましい。
第１の区画は、１以上の導管の圧力定格以上の圧力定格を備えるのが好ましい。
第１の区画は、１以上の導管の圧力定格の所定パーセンテージである圧力定格を備えるのが好ましい。
【００１９】
方法は、１以上の導管に１以上のマニホールドを連結するステップと、第１の区画に１以上のマニホールド開口を形成するステップであって、該１以上のマニホールド開口は１以上のマニホールドを受け入れるように構成されたステップと、１以上のマニホールドを１以上のマニホールド開口にシール可能に結合するステップを備えるのが好ましい。
１以上の壁の第１の壁は、１以上の壁の第２の壁よりも厚いのが好ましい。
方法は、ハウジング内の１以上の壁の少なくとも１つを、ハウジングのモード周波数が駆動されるモード周波数とは所定の閾値だけ異なるように、向けるステップを備えるのが好ましい。
方法は、第１の区画内の開口にアクセスして、流量計のアセンブリを可能にするステップを備えるのが好ましい。
【００２０】
一態様に従って、ハウジングが提供される。ハウジングは、第１の区画及び第２の区画を備え、第１の区画は流体が漏れずセンサアセンブリの少なくとも一部を囲むように構成され、更に第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な充填ポートを備えている。
【００２１】
第２の区画内の１以上の壁が、第２の区画内に少なくとも２つの空洞を規定するのが好ましい。
１以上の壁は、ハウジング及び第２の区画の少なくとも一部を規定するベースに連結されるのが好ましい。
第２の区画は、ハウジング内の少なくとも１つの空洞をシールするように構成されたカバー板を備えるのが好ましい。
カバー板は、シール可能な充填ポートを規定するのが好ましい。
カバー板は、ハウジングに溶接されるのが好ましい。
【００２２】
ハウジングは、１以上のマニホールドを第１の区画に形成された１以上のマニホールド開口にシール可能に結合するように構成されるのが好ましい。
１以上の壁の第１の壁は、１以上の壁の第２の壁よりも厚いのが好ましい。
少なくとも１つの空洞は、バラスト材を含むのが好ましい。
ハウジングは、アクセス開口及び該アクセス開口をシールするように構成されたカバーを備えるのが好ましい。
【００２３】
一態様に従って、ハウジングを形成する方法が提供される。方法は、ハウジング内に第１の区画及び第２の区画を提供するステップを備え、第１の区画はセンサアセンブリの少なくとも一部を囲み、流体が漏れないように構成されるステップと、第２の区画にバラスト材を加えることが出来るように構成されたシール可能な充填ポートを提供するステップを備えている。
【００２４】
方法は、第２の区画内に１以上の壁を提供して、第２の区画内に少なくとも２つの空洞を規定するステップを備えるのが好ましい。
方法は、少なくとも１つの空洞をカバー板でシールするステップを備えるのが好ましい。
方法は、少なくとも１つの空洞内にバラスト材を提供するステップを備えるのが好ましい。
第１の区画は、センサアセンブリの導管の圧力定格以上の圧力定格を備えるのが好ましい。
第１の区画は、センサアセンブリの導管の圧力定格の所定パーセンテージである圧力定格を備えるのが好ましい。
【００２５】
方法は、第１の区画内に１以上のマニホールド開口を形成するステップを備え、１以上のマニホールド開口は第１の区画を受け入れ、且つ１以上のマニホールドにシール可能に結合するステップを備えるのが好ましい。
１以上の壁の第１の壁は、１以上の壁の第２の壁よりも厚いのが好ましい。
方法は、ハウジング内の１以上の壁の少なくとも１つを、ハウジングのモード周波数が駆動されるモード周波数とは所定の閾値だけ異なるように提供するステップを備えるのが好ましい。
方法は、第１の区画内にアクセス開口を提供するステップを備えるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、従来技術のセンサアセンブリを示す。
【図２】図２は、ハウジングを有する従来技術のセンサアセンブリを示す。
【図３】図３は、従来技術のメータ電子機器を示す。
【図４】図４は、実施形態に従ったセンサアセンブリを示す。
【図５】図５は、実施形態に従ったセンサアセンブリを示す。
【図６】図６は、実施形態に従った流量計を形成する方法を記載するフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１−図６及び以下の記述は特定の例を記載して、本発明の最良のモードを作り使用する方法を当業者に開示する。進歩性を有する原理を開示する目的で、いくつかの従来の態様は単純化されたか省略された。
当業者は、これらの例示から本発明の範囲内にある変形例を理解するだろう。当業者は、下記に述べられた特徴が種々の方法で組み合わされて、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、下記に述べられた特定の例にではなく特許請求の範囲とそれらの等価物によってのみ限定される。
【００２８】
図１は、従来の流量計5を示しており、例えばコリオリ流量計またはデンシトメータなどの任意の振動計であるが、これに限定されない。流量計5は、センサアセンブリ10とメータ電子機器20とを備える。センサアセンブリ10は、プロセス材料の質量流量及び密度に応答する。メータ電子機器20は、リード線100を介してセンサアセンブリ10に接続され、経路26上の密度、質量流量、及び温度情報、ならびに他の情報を提供する。センサアセンブリ10は、フランジ101及び101’一対のマニホールド102及び102'、一対の平行な導管103(第１導管)及び103'(第２導管)、ドライバ104、抵抗温度検出器(RTD)のような温度センサ106、及び磁石/コイルピックオフ、歪みゲージ、光学センサ、または当技術分野で知られている他のピックオフなどの1対のピックオフ105及び105'を含む。導管103及び103'は、入口脚部107及び107'と出口脚部108及び108'を夫々有する。導管103及び103'は、それらの長さに沿って少なくとも１つの対称位置を曲げ、その長さ全体にわたって大凡平行である。各導管103,103'は、夫々軸W及びWの周りを振動する。
【００２９】
導管103,103'の脚部107、107'、108、108'は、導管取付けブロック109及び109’に固定的に取り付けられ、これらのブロックは同様にマニホールド102及び102’に固定的に取り付けられる。これにより、センサアセンブリ10を通る連続的な閉鎖材料経路が提供される。
【００３０】
フランジ101及び101’が測定されるべきプロセス材料を運ぶプロセスライン(図示せず)に接続されると、材料は第1のオリフィス(図1の図では見えない)を通って流量計5の第1の端部110に入り、マニホールド102を通って導管取付けブロック109に導かれる。マニホールド102内で、材料は分割され、導管103及び103'を通って導かれる。導管103、103'を出ると、プロセス材料はマニホールド102'内で単一の流れに再結合され、その後フランジ101’によってプロセスライン（図示せず）に接続された第2の端部112を出るように送られる。
【００３１】
曲げ軸W-W及びW-Wの夫々の回りにて実質的に同じ質量分布、慣性モーメント及びヤング率を有するように導管103及び103'が選択され、導管取付けブロック109及び109'に適切に取り付けられる。導管103,103'のヤング率が温度と共に変化し、この変化が流量と密度の計算に影響を与えるので、温度センサ106は導管103,103'に取り付けられて導管の温度を連続的に測定する。
導管の温度、ひいては温度センサを通過する所定の電流に対する温度センサ106の両端に現れる電圧は、主に導管を通過する材料の温度によって支配される。温度センサ106に現れる温度依存電圧は、メータ電子機器20による周知の方法で使用されて、導管103,103'の温度の変化による導管103,103'の弾性率の変化を補償する。温度センサ106は、メータ電子機器20に接続されている。
【００３２】
両導管103,103'は、ドライバ104によって、それぞれの曲げ軸W及びWの周りを逆方向に、流量計の第1の位相外曲げモードと呼ばれるところで駆動される。このドライバ104は、導管103'に取り付けられた磁石や導管103に取り付けられた対向するコイルのような多くの周知の構成のうちの任意の１つを含むことができ、両方の導管を振動させるために交流電流が流れる。適切な駆動信号が、メータ電子機器20によって、リード線113を介してドライバ104に印加される。この説明は２つの導管103,103'を指向しているが、他の実施形態では、１つだけの導管が設けられ、又は３つ以上の導管を設けることができる。複数のドライバに対して複数の駆動信号を生成することも本発明の範囲内である。
【００３３】
メータ電子機器20は、リード線114上の温度信号を受信し、左及び右の速度信号は、リード線115及び115'上に夫々現れる。メータ電子機器20は、リード線113に現れる駆動信号をドライバ104に出力し、導管103,103'を振動させる。メータ電子機器20は、左右の速度信号及び温度信号を処理して、センサアセンブリ10を通過する材料の質量流量及び密度を計算する。この情報は、他の情報とともに、経路26を介してメータ電子機器20によって利用手段に印加される。メータ電子機器20の回路の説明は、本発明を理解するためには必要ではなく、この説明を簡潔にするために省略されている。図１の記載は、単に１つの可能な振動計の動作の一例として提供されており、本発明の教示を限定することを意図しないことは理解されるべきである。
【００３４】
コリオリ流量計の構造が記載されているが、当業者には、本発明は、コリオリ質量流量計によって提供される更なる測定能力なしに、振動管デンシトメータで実施され得ることが明らかであろう。実際には、本発明は、質量流量、密度等を測定するための手段の有無にかかわらず、あらゆるサイズのパイプライン、導管、フランジに利用することができる。本発明は、同様に流量計5がなくても実施することができる。
【００３５】
図２は、ハウジング200によって囲まれた従来技術のセンサアセンブリ10の実施形態を示している。センサアセンブリ10の多くは、ハウジング200によって隠されているが、マニホールド102,102'及びフランジ101,101'が見える。この実施形態では、アダプタ202,202'が溶接されて、フランジ101,101'を夫々のマニホールド102,102'に接続する。典型的な使用について、プロセスライン(図示せず)がフランジ101,101'に接続される。
【００３６】
図３は、メータ電子機器20を示す。メータ電子機器20は、インターフェイス301及び処理システム303を含む。処理システム303は、格納システム304を含む。格納システム304は、内部メモリを備えてもよく、及び/又は外部メモリを備えてもよい。メータ電子機器20は、駆動信号311を生成し、駆動信号311をドライバ104に供給する。更に、メータ電子機器20は、ピックオフ/速度センサ信号、ひずみ信号、光信号、温度信号、または当該技術分野で知られている他の信号のようなセンサ信号310を流量計5から受信する。幾つかの実施形態では、センサ信号310はドライバ104から受信することができる。
メータ電子機器20は、デンシトメータとして動作することができ、またはコリオリ流量計として動作する質量流量計として動作することができる。メータ電子機器20は、他のタイプの振動センサアセンブリとしても動作してもよく、付与された特定の例は、本発明の範囲を限定するものではないことは理解されるべきである。メータ電子機器20は、流れ導管103,103'を通って流れる材料の流れ特性を得るためにセンサ信号310を処理することができる。幾つかの実施形態では、メータ電子機器20は、例えば、１つ又は複数のRTDセンサ又は他の温度センサ106から温度信号312を受信することができる。
【００３７】
インターフェイス301は、夫々リード線113,115,115'を介してドライバ104又はピックオフ105,105'からセンサ信号310を受信することができる。インターフェイス301は、フォーマット、増幅、バッファリングなどの任意の必要な、又は所望の信号調整を行うことができる。或いは、信号調整の一部または全部を処理システム303で実行することができる。更にインターフェイス301はメータ電子機器20と外部装置との間の通信を可能にする。インターフェイス301は、任意の形式の電子的、光学的又は無線通信が可能である。
【００３８】
一実施形態のインターフェイス301は、デジタイザ302を含むことができ、センサ信号はアナログセンサ信号を含む。デジタイザ302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ことができる。デジタイザ302はまた、任意の必要なデシメーションを実行することができ、必要な信号処理の量を低減し、処理時間を短縮するために、デジタルセンサ信号はデシメーション(縮小化)される。
【００３９】
処理システム303は、メータ電子機器20の動作を行い、センサアセンブリ10からの流量測定値を処理することができる。処理システム303は、例えば密度ルーチン313、ゼロ決定ルーチン314、一般的な動作ルーチン315、及び流量ルーチン316を含むが、これらに限定されない。一実施形態によれば、メータ電子機器20はまた、温度信号312を測定し、その温度を所定の温度で捕捉された流量と関連付けることができる。
【００４０】
流量計5は密度317を生成する。質量流量318又は密度317は、例えば、動作ルーチン315の一部として計算することができる。一実施形態では、温度信号312が読み取られ、ゼロ流量がゼロ決定ルーチン314の一部として保存され、計算される。較正されたメーターゼロは、計算精度を改善する。
【００４１】
処理システム303は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッシングシステム、論理回路、または他の汎用又はカスタマイズされた処理デバイスを含むことができる。処理システム303は、複数の処理デバイス間に分散させることができる。処理システム303は、格納システム304のような、任意の方法の一体型又は独立した電子格納媒体を含むことができる。
処理システム303は、とりわけ、駆動信号311を生成するためにセンサ信号310を処理する。駆動信号311は、図１の導管103,103'のような関連する導管を振動させるためにドライバ104に供給される。
【００４２】
メータ電子機器20は、当該技術分野で一般的に知られている様々な他の構成要素及び機能を含むことは理解されるべきである。これらの更なる特徴は、説明を簡潔にするために説明及び図面から省略されている。従って、本発明は、示され、記載された特定の実施形態に限定されるべきではない。
【００４３】
図４は、実施形態に従ったセンサアセンブリ10を示す。センサアセンブリ10の多くは、ハウジング200によって見えないが、導管103,103'及びマニホールド102,102'がこの図で見える。ハウジング200は、２つの主たる区画、即ち第１の区画400と第２の区画402とに分割される。ハウジング200は、２つ以上の部分に設けられ、接着、スナップ嵌め、溶接、ろう付け又は他の方法で一旦所定箇所に連結される。ハウジング200は、鋳造、機械加工、又は鋳造及び機械加工されてもよい。第１の区画は流体が漏れず、概して、導管103,103'の輪郭に従う。従って、導管103,103'は直線状、Ω型、U字型、または当該技術分野で周知の他の形状であってもよいため、第１の区画400の形状は図示の曲げ方向に限定されない。ドライバ104、１つ以上のピックオフ105,105'、温度センサ106、歪ゲージ(図示せず)、又は導管103,103'に関連する他のセンサも、第１の区画400に収容することができる。
メータ電子機器20は、第１の区画400、第２の区画402、またはこれらの両方の区画の外側に収容される。一実施形態では、第１の区画400の容積は最小化され、高い圧力定格を可能にする。一実施形態では、温度センサ106はハウジング200上に配置される。関連する実施形態では、温度センサ106は、第１の区画400及び/又は第２の区画402に配置される。第１の区画400及び/又は第２の区画402からの温度測定値はメータ電子機器20によって利用されて、第２の区画402による第１の区画400の誘導応力を補償してもよい。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、第１の区画400は、導管103,103'及び関連するセンサ、ドライバ、及び相互接続によって占有される領域よりわずかに大きい領域を備える。第１の区画に設置された流量計構成要素に関連して、第１の区画400が比較的少量であることにより、導管103,103'が故障した場合にハウジング200が破裂する危険性を最小にする。一実施形態では、第１の区画400は、第１の区画400の圧力定格が１つ以上の導管103,103'の圧力定格以上になるように構成される。一例として、導管103,103'が500psiの流体圧力を扱うように定格されている場合、第１の区画もまた500psi以上の流体圧力に対して定格されるが、これに限定するものではない。
幾つかの実施形態では、第１の区画400は、１つ以上の導管103,103'の圧力定格の所定のパーセンテージである圧力定格を含む。従って、第１の区画400の所定の圧力定格が導管定格の80％であり、導管103,103'が500psiを扱うように定格されていた場合、例えば第１の区画400は、400psiの圧力を受け入れるように定格されるが、これに限定されない。
【００４５】
ハウジング200は、典型的には、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、チタン、これらの組み合わせ、または当該技術分野で知られている他の金属のような金属で作られる。しかし、他の実施形態では、少なくとも部分的にポリマー、プラスチック、及び例えば炭素繊維又は弾道布を含む複合材料から作られたハウジングが考えられる。更に、幾つかの実施形態では、金属ハウジング200を、例えば、ポリマー、プラスチック、及び炭素繊維又は弾道布を含む複合材料で補強することができる。
【００４６】
一実施形態では、第１の区画400は、アクセス開口408を規定する。この開口408は、流量計5の組み立てに必要なクリアランス及び空間を提供するハウジング200の切り欠きである。湾曲した導管103,103'を備えた実施形態(又は曲げを備える他の導管形状)にて、第1の区画400が導管103,103'の輪郭に追従することがあるので、アクセス開口408なしで流量計5を組み立てることは困難であるか、または不可能でさえあり得、マニホールド開口410,410'を通って導管103,103'を送ることが物理的に可能でない状況が生じ得る。
別の実施形態では、第１の区画400は、各部品がセンサアセンブリ10の周りで溶接され得るように多部品構成である。アクセス開口408は、アクセス開口408を封止するように必要な形状及び寸法を有するカバー412でシールされ得る。一実施形態では、カバー412はアクセス開口408に溶接されるが、他の実施形態では、第１の区画400が流体が漏れないようにカバー412を密閉するための代替手段が考えられる。一実施形態では、シーラント及び/又は接着剤が考えられる。
別の実施形態では、機械的締結具が使用される。一実施形態では、カバー412は、第１の区画400の輪郭に従うように成形される。一実施形態では、第１の区画400はチューブ材料から構成され、カバー412はチューブ材料から形成され又は機械加工される。別の実施形態では、カバー412は単なる材料の板である。一実施形態では、ハウジング200の第２の区画402は、第１の区画400に結合されてもよい。第１の区画400及び第２の区画402は、複数の場所に結合されてもよい。或いは、第１及び第２の区画400,402は、センサアセンブリ10が第１の区画400に組み立てられる前に事前に組み立てられてもよい。
【００４７】
一実施形態では、マニホールド102,102'は、流体が漏れないようにマニホールド開口410,410'に近接して第１の区画400に固定される。一実施形態では、マニホールドは、マニホールド開口410,410'に近接して第１の区画400に溶接される。マニホールド開口410,410'は、第１の区画400によって画定されマニホールド102,102'と係合する大きさと寸法である開口である。
【００４８】
ハウジング200は、マニホールド102,102'に夫々連結することができる。マニホールド102,102'は、接着剤、ろう付け、接着、機械的ファスナなどを含むがこれに限定されない既知の方法に従って、ハウジング200のマニホールド開口410,410'に結合されることができる。マニホールド102,102'はまた導管103,103'にも結合されているので、ハウジング200の振動は、導管103,103'によって被られ、振動計の測定を妨害することがある。
【００４９】
従来技術のハウジングは、駆動モードとハウジングの共振周波数との間の重なりのために１つ以上の振動モードで振動の影響を受けやすいが、本発明のハウジング200は、振動モードを誘発するのに必要な共振周波数が実質的に低減され、駆動モード周波数から離れて分離されるように構成される。第２の区画402は、その中に少なくとも１つの壁404を有する。壁は、第２の区画402内に空洞406を規定する。壁404は、流体が漏れない空洞406を規定するために定位置で溶接されてもよい。一実施形態では、壁404は、機械加工、鋳造、または鋳造と機械加工の両方で加工され得る。壁404を異なる構成に配置することによって、構造の周波数を変更することができる。
例えば、金属の平らな板は、それがリブによって硬化されると、同じ板とは異なる固有周波数を有する。従って、第２の区画402の内部に壁404を追加することによって、ハウジング200は全体として、このような壁404なしの同等のハウジングよりも大きな剛性、質量及び減衰を有することになる。本発明の一実施形態によれば、ハウジング200の共振周波数は、ハウジング200の第２の区画402に壁404を形成するか設置することによって、駆動モード周波数から実質的に分離される。
同様に、特定の壁404を他の壁404よりも厚く選択的に作ることによって、ハウジング200の剛性、質量、及び減衰は変化する。全体として、壁の数、位置、及び厚さは、駆動モードとのモード相互作用が受け入れられるように、第２の区画402及び/又は第１の区画400内に構成され配置される。
流量計5のサイズ、材料及び構成が大幅に変化するので、壁404の数、位置及び厚さもそれに応じて変化する。一方の壁404を他方の壁404よりも選択的に厚くすることにより、振動モードを最適化するように軸周りの慣性又は曲げ形状の剛性が構成され得る。
【００５０】
図４に示す実施形態にて、ハウジング200は、複数の壁404を含む。壁404は、軽量化を維持しながらハウジング200を強化するために設けられる。例えば、ハウジング200内の壁404の数を増やすことによって、及び/又は壁404間の間隔を減少させることによって、ハウジング200の剛性が増加し、それによりハウジング200の減衰を増加させて、ハウジング200内に振動モードを誘発するのに必要な周波数を更に減じる。
【００５１】
本発明の一実施形態によれば、ハウジング200は、ハウジング200内の振動モードを誘発する周波数と駆動モード周波数との間の周波数分離が1kHzよりも大きくなるように形成される。別の実施形態では、予想される流体密度に基づいて、周波数分離は3〜5kHzより大きい。
幾つかの実施形態では、ある範囲の流体密度に対して十分な周波数分離を維持するためにハウジング200が形成される。例えば、ハウジング200の共振周波数は、多相流中であっても駆動モード周波数より下を維持することがある。別の実施形態では、ハウジングのモード周波数と駆動モード周波数との間の所定の閾値差が達成される。周波数分離の程度は、ハウジング200に使用される特定の材料及び/又は壁404の特定の厚さ、配置、及び一般的な構成に基づいて調整することができ、また、バラストを空洞406に加えることによっても調整することができる(以下の説明を参照)。加えて、被覆、フィルム、フォイル、または他の表面処理をハウジング200に印加することができる。さらに、例えばショックアブソーバなどの機械的ダンパを、ハウジング200に取り付けることができるが、ショックアブソーバに限定されない。
【００５２】
一実施形態では、ベース414は、ハウジング200の外側境界、特に第２の区画402の外側境界を画定する働きをする。壁404は、ベース414に取り付けられてもよい。一実施形態では、壁は、ベース414に取り付けられてもよく、第１の区画400を画定する表面に取り付けられてもよい。
【００５３】
図５は、ハウジング200を有するセンサアセンブリ10の別の実施形態を示す。カバー板416は、第２の区画402の少なくとも一部をシールするように構成される。少なくとも幾つかの壁404を取付け点として、カバー板416をハウジング200に取り付けることによって、空洞406の少なくとも１つが効果的にシールされる。一実施形態では、カバー板416は、ハウジング200に溶接される。カバー板416は、シール可能な充填ポート418を備える。
上述したように、壁404を用いてハウジング200に剛性を加えることは、ハウジング200の振動応答を最適化するために使用され得る。同様に、ハウジング200に質量を加えることは、ハウジング200の振動応答を最適化するために使用され得るツールでもある。残念なことに、重い流量計5は輸送に費用がかかる。一実施形態は、ユーザによって充填可能な少なくとも１つの空洞406を提供することによって輸送コストを低減する。バラストが、振動計が使用場所に運ばれた後、充填ポート418を通って空洞406に加えられてもよい。
バラストは、考えられるあらゆる液体、固体、またはそれらの組み合わせを含むことができる。バラストのいくつかの例は、水、砂、リードショット、ポッティング、液体鋳物塊、及び他の粒状材料であるが、これらに限定されない。更に、固体材料は、液体注型塊のような流体で被覆されていてもよいし、そうでなければ結合されていてもよい。一実施形態では、バラストは加圧流体を含む。各流量計5は、輸送コストが安いことに加えて、カスタマイズ可能であり、用途別の状況によって指示されるように、バラストの所望のタイプ及び質量を正確に利用することができる。一旦バラストが充填ポート418を介して空洞406に加えられると、充填ポート418はシールされてもよい。充填ポート418は、プラグ又はファスナーのような再シール可能な閉鎖部を備えてもよく、或いは永久的又は半永久的な閉鎖を形成するために適所に溶接又は接着されてもよい。結果として、流量計5は、従来技術の振動計を一般的に悩ませる振動重なりに直面していない。一実施形態では、充填ポート418がベース414に存在してもよいことに留意すべきである。
【００５４】
図６に戻り、流量計5を形成する方法が提供される。ステップ500において、ドライバ104は、１つ又は複数の導管103,103'の導管に結合され、ドライバ104は、１つ又は複数の駆動周波数で導管の少なくとも一部を振動させるように構成される。このドライバ104は、導管103に取り付けられた磁石と、反対側の導管103'に取り付けられたコイルのような、多くの周知の構成のいずれか１つを含むことができ、両導管103,103'を振動させるために両導管103,103'を通って交流電流が流れる。
１つ以上のピックオフ105,105'は、１つ以上の導管103,103'の１つに結合され、１つ以上のピックオフ105,105'は、ステップ502に示すように、導管の振動部分の動きを検出するように構成される。１つ又は複数のピックオフ105,105'は、磁石/コイルピックオフ、歪みゲージ、光学センサ、または当該技術分野で知られている他のピックオフである。ステップ504において、１つ以上の導管103,103'、ドライバ104、及び１つ以上のピックオフ105,105'の少なくとも一部は、第１の区画400と第２の区画400の両方を有するハウジング200の第１の区画400に封入される。第１の区画400は流体が漏れない。
一実施形態では、１つ以上のマニホールド102,102'が１つ以上の導管103,103'に結合され、１つ以上のマニホールド開口410,410'が第１の区画400によって画定される。マニホールド開口410,410'は、１つ以上のマニホールド102,102'を受け入れるように構成されている。これにより、マニホールド102,102'をマニホールド開口410,410'にシール接合することが可能になり、流体が漏れないアセンブリが可能になる。従って、導管103,103'が破裂した場合には、プロセス流体が第１の区画400に収容されて、プロセス流体がケース内に収容される。
【００５５】
一実施形態では、第１の区画400は、１つ以上の導管103,103'の圧力定格以上の圧力定格を有する。同様の実施形態では、第１の区画400は、１つ以上の導管103,103'の圧力定格の所定のパーセンテージである圧力定格を有する。
【００５６】
ステップ506において、第２の区画402内に１つ以上の壁404が設けられて、ハウジング200内に少なくとも１つの空洞406を画定する。一実施形態では、空洞406はシール可能であってもよい。関連する実施形態では、流量計5を形成する方法は、少なくとも１つの空洞406をカバー板416でシールするステップを含む。関連する方法では、バラスト材料が空洞406内に設けられる。上記のように、バラストは、考えられるあらゆる液体、固体、又はそれらの組み合わせを含むことができる。バラストのいくつかの例には、水、砂、リードショット、ポッティング、液体鋳物塊、及び他の粒状材料が含まれるが、これらに限定されない。更に、固体材料は、液体注型塊のような液体で被覆されていてもよいし、そうでなければ結合されていてもよい。
【００５７】
ステップ508にて、流量計のハウジング200にシール可能な充填ポート418が配備される。充填ポート418は、バラストが加えられることができるように、空洞406へのアクセスを提供する。関連する実施形態では、アクセス開口408を設けることができる。別の実施形態では、アクセス開口408は、アクセス開口408を密閉するのに必要な形状及び寸法を有するカバー412でシールされる。一実施形態では、アクセス開口408にカバー412が溶接されるが、他の実施形態では、第1の区画が流体が漏れないようにカバー412をシールする代替手段が考えられる。
【００５８】
更に別の関連する方法では、ハウジング200内の壁404は、ハウジング200のモード周波数が駆動モード周波数と所定の閾値だけ異なるように配向される。例えば、ハウジング200のモード周波数が調整される１つの方法は、ハウジング200の他の壁よりも厚い１つ以上の壁404を含むことである。
【００５９】
上記の実施形態の詳細な記載は、本記載の範囲内にある発明者によって考えられた全ての実施形態を網羅しない。実際、当業者は上記に記載された実施形態の要素が種々に組み合わされ又は削除されて、更なる実施形態を生成し、そのような更なる実施形態は本発明の範囲及び開示内にあることを理解するだろう。当業者には、上記の実施形態の全部又は一部が組み合わされて、本発明の範囲及び開示内にある更なる実施形態を生成することは明らかである。
【００６０】
このように、説明の目的で本発明の特定の実施形態及び例がここに記載されているが、種々の均等な修正は当該技術分野の熟練者には判るように、本発明の範囲内で可能である。ここに提供された開示は他の振動システムに適用でき、上記に記載された実施形態及び添付の図面のみに適用されない。従って、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲から決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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