(57)【要約】高温用のコイル変換器(２００)が提供される。コイル変換器(２００)は、導電性ワイヤ(２１２a)からなるコイル(２１２)を含むコイル部分(２１０)と、導電性ワイヤ(２１２a)に近接して配置された電気絶縁体とを備える。コイル(２１２)は、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温用のコイル変換器(２００)であって、
導電性ワイヤ(２１２a)からなるコイル(２１２)を含むコイル部分(２１０)と、
導電性ワイヤ(２１２a)に近接して配置された電気絶縁体とを備え、
コイル(２１２)は、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される、コイル変換器(２００)。
【請求項２】
３５０℃よりも大きい前記温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される前記コイル(２１２)は、
導電性ワイヤ(２１２a)及び電気絶縁体は、前記温度範囲にて互いに熱膨張が適合すること、
電気絶縁体は前記温度範囲にて実質的に非導電性であること、及び
導電性ワイヤ(２１２a)は、前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有すること、の少なくとも１つを有する、請求項１に記載のコイル変換器(２００)。
【請求項３】
互いに熱膨張が適合した前記導電性ワイヤ(２１２a)及び前記電気絶縁体は、実質的に等しい熱膨張係数を有する、請求項２に記載のコイル変換器(２００)。
【請求項４】
前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有する導電性ワイヤ（２１２a)は、前記温度範囲の少なくとも一部を含む複数の温度サイクルにわたって実質的に再現性がある導電性を有する、請求項２に記載のコイル変換器(２００)。
【請求項５】
前記複数の温度サイクルの夫々は、前記温度範囲を含む、請求項４に記載のコイル変換器(２００)。
【請求項６】
前記電気絶縁体は、前記導電性ワイヤ(２１２a)上にセラミック被覆(２１２b)を有する、請求項１乃至５の何れかに記載のコイル変換器(２００)。
【請求項７】
前記電気絶縁体はボビン(２１４)を備え、前記コイル(２１２)は前記ボビン(２１４)の周囲に配置される、請求項１乃至６の何れかに記載のコイル変換器(２００)。
【請求項８】
前記導電性ワイヤ(２１２a)と、前記ボビン(２１４)及び前記セラミック被覆（２１２b)の少なくとも一方は、互いに熱膨張が適合している、請求項７に記載のコイル変換器(２００)。
【請求項９】
前記導電性ワイヤ(２１２a)が磁性材料を含む、請求項１乃至８の何れかに記載のコイル変換器(２００)。
【請求項１０】
前記導電性ワイヤ(２１２a)が、ニッケル、ニッケル合金、白金ロジウム合金、白金イリジウム合金、およびニオビウムタンタルタングステン合金のうちの１つを含む材料からなる、請求項１乃至９の何れかに記載のコイル変換器(２００)。
【請求項１１】
前記温度範囲は、３５０℃から５００℃、３５０℃から４２７℃、４１０℃から５００℃、４１０℃から４２７℃の何れかである、請求項１乃至１０の何れかに記載のコイル変換器(２００)。
【請求項１２】
マグネット部分(２２０)をさらに含み、マグネット部分(２２０)は、コイル部分(２１０)に対して空間的に変位するように構成される、請求項１乃至１１の何れかに記載のコイル変換器(２００)。
【請求項１３】
高温用のコイル変換器を形成する方法であって、
導電性ワイヤからなるコイルを含むコイル部分を形成する工程と、
導電性ワイヤに近接して電気絶縁体を配置する工程と、
コイルを、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成する工程を備える、方法。
【請求項１４】
３５０℃を超える温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するようにコイルを構成する工程が、
前記温度範囲にて互いに熱膨張が適合するように導電性ワイヤ及び電気絶縁体を構成する工程、
電気絶縁体が、温度範囲にて実質的に非導電性であるように構成する工程、
前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有するように導電性ワイヤを構成する工程の、
少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
互いに熱膨張が適合するように導電性ワイヤ及び電気絶縁体を構成する工程は、実質的に等しい熱膨張係数を有するように前記導電性ワイヤ及び前記電気絶縁体を構成する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有するように前記導電性ワイヤを構成する工程は、前記温度範囲の少なくとも一部を含む複数の温度サイクルにわたって実質的に再現性がある導電性を有するように前記導電性ワイヤを構成する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の温度サイクルの各々が、前記温度範囲を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記導電性ワイヤに近接して前記電気絶縁体を配置する工程は、前記導電性ワイヤ上にセラミック被覆を配置する工程を含む、請求項１３乃至１７の何れかに記載の方法。
【請求項１９】
前記導電性ワイヤに近接して前記電気絶縁体を配置する工程は、ボビンを形成する工程と、前記ボビンの周囲に前記コイルを配置する工程とを含む、請求項１３乃至１８の何れかに記載の方法。
【請求項２０】
前記導電性ワイヤと前記電気絶縁体とを互いに熱膨張が適合するように構成する工程は、前記導電性ワイヤと、前記ボビン及び前記セラミック被覆の少なくとも一方とを互いに熱膨張が適合するように構成する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記導電性ワイヤが磁性材料を含む、請求項１３乃至２０の何れかに記載の方法。
【請求項２２】
前記導電性ワイヤが、ニッケル、ニッケル合金、白金ロジウム合金、白金イリジウム合金、およびニオビウムタンタルタングステン合金のうちの１つを含む材料からなる、請求項１３乃至２１の何れかに記載の方法。
【請求項２３】
前記温度範囲は、３５０℃から５００℃、３５０℃から４２７℃、４１０℃から５００℃、４１０℃から４２７℃の何れかである、請求項１３乃至２２の何れかに記載の方法。
【請求項２４】
マグネット部分を形成する工程と、コイル部分に対して空間的に変位するようにマグネット部分を構成する工程とをさらに含む、請求項１３乃至２３の何れかに記載の方法。
【請求項２５】
高温用の振動式メータ(５)であって、
メータ電子機器(２０)と、
メータ電子機器(２０)と通信可能に連結されたメータアセンブリ(１０)を備え、該メータアセンブリ(１０)は、
少なくとも１つの導管(１０３Ａ、１０３Ｂ)と、
少なくとも１つの導管(１０３Ａ、１０３Ｂ)に連結されたドライバ(１０４)と、
少なくとも１つの導管(１０３Ａ、１０３Ｂ)に連結された少なくとも１つのピックオフ(１０５、１０５')とを含み、
前記ドライバ(１０４)と少なくとも１つのピックオフ(１０５、１０５')の少なくとも１つは、コイル変換器(２００)を備え、該コイル変換器(２００)は、
導電性ワイヤ(２１２a)からなるコイル(２１２)を含むコイル部分(２１０)と、
導電性ワイヤ(２１２a)に近接して配置された電気絶縁体とを備え、
コイル(２１２)は、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される、振動式メータ(５)。
【請求項２６】
３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成されるコイル(２１２)は、
導電性ワイヤ(２１２a)及び電気絶縁体は、前記温度範囲にて互いに熱膨張が適合すること、
電気絶縁体は前記温度範囲にて実質的に非導電性であること、及び
導電性ワイヤ(２１２a)は、前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有すること、の少なくとも１つを有する、請求項２５に記載の振動式メータ(５)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に記載された実施形態は、コイル変換器に関し、特に高温用のコイル変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動式メータ、例えば振動式デンシトメータ及びコリオリ式流量計は一般的に知られており、流量計の導管内の物質の質量流量などを測定するのに用いられている。例示的なコリオリ式流量計は、米国特許4109524号、米国特許4491025号、及び再公開特許31450号に開示されており、これらの特許はすべてＪ．Ｅ．スミスらへ付与されたものである。これらの流量計は真っ直ぐなまたは湾曲した１つ以上の導管を備えている。コリオリ式質量流量計の各導管構造は、単純曲げモード、ねじれモードまたは結合モードでありうる一組の固有の振動モードを有している。導管に駆動力を付与するドライバによって、好ましいモードで振動するように各導管が駆動される。
【０００３】
物質は、流量計の入口側に接続されているパイプラインから導管を通り、流量計の出口側から流量計を出るようになっている。振動システムの固有振動モードは、導管の質量と導管内を流れる物質の合計によって一部は規定される。
【０００４】
流体が流量計を流れていない場合、振動力が導管に加えられると、導管に沿った全ての部位が、同一の位相で振動するか又は小さな「ゼロオフセット」で振動する。この「ゼロオフセット」はゼロ流量において測定される時間遅れである。物質が流量計を流れ始めると、コリオリ力により導管に沿った各部位が異なる位相を有するようになる。たとえば、流量計の入口端部の位相は中央のドライバの位置の位相より遅れ、出口の位相は中央のドライバの位置の位相よりも進んでいる。導管上のピックオフは当該導管の運動を表す正弦波信号を生じる。２つ以上のピックオフから出力される信号が処理されて、ピックオフ間の時間遅延が求められる。２つ以上のピックオフ間の時間遅延は導管を流れる物質の質量流量に比例する。ピックオフから出力される信号は、メータ検証のためにドライバに提供された駆動信号と比較され、導管内の被覆、亀裂、侵食などの状態が検出される。
【０００５】
ドライバとピックオフはコイル変換器で構成されていてもよい。コイル変換器は、コイル内の電気エネルギーを機械的運動に変換することができ、従って、上記のドライバになり得る。コイル変換器はまた、機械的運動を電気エネルギーに変換することができ、従って、上記のピックオフとなり得る。その結果、機械的運動(例えば、導管の振動)と電気エネルギーとの間の定量的関係は、コイル変換器内の構成要素の電気的特性に依存する。
【０００６】
コイル変換器の電気的特性は、変化するが、温度に関して再現性がある。例えば、コイル変換器内のコイルの抵抗は、コイルは１００℃のときに常にほぼ所定の値になる。従って、振動式メータの電子機器は、コイルの温度の変動を補償することができる。しかし、高温(３５０℃を超えるなど)では、様々な理由で電気的特性を再現できない場合がある。例えば、一部の絶縁体は、３５０℃を超える温度で導体として動作する場合がある。その結果、要素の電気的特性の再現性の不可能な変動により、例えば、ゼロ流れのオフセットが変動したり、メータの検証結果が不正確になる。その結果、高温用のコイル変換器を求めるニーズがある。
【発明の概要】
【０００７】
概要
高温用のコイル変換器が提供される。実施形態に従って、コイル変換器は、導電性ワイヤからなるコイルを含むコイル部分と、導電性ワイヤに近接して配置された電気絶縁体とを備える。コイルは、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される。
【０００８】
高温用のコイル変換器を形成する方法が提供される。実施形態に従って、方法は導電性ワイヤからなるコイルを含むコイル部分を形成する工程と、導電性ワイヤに近接して電気絶縁体を配置する工程と、コイルを、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成する工程を有する。
【０００９】
高温用の振動式メータが提供される。実施形態に従って、振動式メータはメータ電子機器と、メータ電子機器と通信可能に連結されたメータアセンブリを備える。メータアセンブリは、少なくとも１つの導管と、少なくとも１つの導管に連結されたドライバと、少なくとも１つの導管に連結された少なくとも１つのピックオフとを含む。
ドライバと少なくとも１つのピックオフの少なくとも１つは、コイル変換器を備える。該コイル変換器は、コイルを含むコイル部分を備える。コイルは導電性ワイヤからなり、導電性ワイヤに近接して配置された電気絶縁体とを備える。コイルは、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される。
【００１０】
態様
一態様に従って、高温用のコイル変換器(２００)は、導電性ワイヤ(２１２a)からなるコイル(２１２)を含むコイル部分(２１０)と、導電性ワイヤ(２１２a)に近接して配置された電気絶縁体とを備える。コイル(２１２)は、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される。
【００１１】
３５０℃よりも大きい前記温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される前記コイル(２１２)は、導電性ワイヤ(２１２a)及び電気絶縁体は、前記温度範囲にて互いに熱膨張が適合すること、電気絶縁体は前記温度範囲にて実質的に非導電性であること、及び導電性ワイヤ(２１２a)は、前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有すること、の少なくとも１つを有するのが好ましい。
【００１２】
互いに熱膨張が適合した前記導電性ワイヤ(２１２a)及び前記電気絶縁体は、実質的に等しい熱膨張係数を有するのが好ましい。
前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有する導電性ワイヤ（２１２a)は、温度範囲の少なくとも一部を含む複数の温度サイクルにわたって実質的に再現性がある導電性を有するのが好ましい。
複数の温度サイクルの夫々は、前記温度範囲を含むのが好ましい。
前記電気絶縁体は、前記導電性ワイヤ上にセラミック被覆を有するのが好ましい。
【００１３】
前記電気絶縁体はボビン(２１４)を備え、前記コイル(２１２)は前記ボビン(２１４)の周囲に配置されるのが好ましい。
前記導電性ワイヤ(２１２a)と、前記ボビン(２１４)及び前記セラミック被覆（２１２b)の少なくとも一方は、互いに熱膨張が適合しているのが好ましい。
前記導電性ワイヤ(２１２a)が磁性材料を含むのが好ましい。
前記導電性ワイヤ(２１２a)が、ニッケル、ニッケル合金、白金ロジウム合金、白金イリジウム合金、およびニオビウムタンタルタングステン合金のうちの１つを含む材料からなるのが好ましい。
前記温度範囲は、３５０℃から５００℃、３５０℃から４２７℃、４１０℃から５００℃、４１０℃から４２７℃の何れかであるのが好ましい。
コイル変換器(２００)はマグネット部分(２２０)をさらに含み、マグネット部分(２２０)は、コイル部分(２１０)に対して空間的に変位するように構成されるのが好ましい。
【００１４】
一態様に従って、方法は導電性ワイヤからなるコイルを含むコイル部分を形成する工程と、導電性ワイヤに近接して電気絶縁体を配置する工程と、コイルを３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成する工程を有する。
【００１５】
３５０℃を超える温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するようにコイルを構成する工程が、前記温度範囲にて互いに熱膨張が適合するように導電性ワイヤ及び電気絶縁体を構成する工程、電気絶縁体が、前記温度範囲にて実質的に非導電性であるように構成する工程、前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有するように導電性ワイヤを構成する工程の少なくとも１つを含むのが好ましい。
互いに熱膨張が適合するように導電性ワイヤ及び電気絶縁体を構成する工程は、実質的に等しい熱膨張係数を有するように前記導電性ワイヤ及び前記電気絶縁体を構成する工程を含むのが好ましい。
前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有するように前記導電性ワイヤを構成する工程は、前記温度範囲の少なくとも一部を含む複数の温度サイクルにわたって実質的に再現性がある導電性を有するように前記導電性ワイヤを構成する工程を含むのが好ましい。
【００１６】
前記複数の温度サイクルの各々が、前記温度範囲を含むのが好ましい。
前記導電性ワイヤに近接して前記電気絶縁体を配置する工程は、前記導電性ワイヤ上にセラミック被覆を配置する工程を含むのが好ましい。
前記導電性ワイヤに近接して前記電気絶縁体を配置する工程は、ボビンを形成する工程と、前記ボビンの周囲に前記コイルを配置する工程とを含むのが好ましい。
前記導電性ワイヤと前記電気絶縁体とを互いに熱膨張が適合するように構成する工程は、前記導電性ワイヤと、前記ボビン及び前記セラミック被覆の少なくとも一方とを互いに熱膨張が適合するように構成する工程を含むのが好ましい。
【００１７】
前記導電性ワイヤが磁性材料を含むのが好ましい。
前記導電性ワイヤが、ニッケル、ニッケル合金、白金ロジウム合金、白金イリジウム合金、およびニオビウムタンタルタングステン合金のうちの１つを含む材料からなるのが好ましい。
前記温度範囲は、３５０℃から５００℃、３５０℃から４２７℃、４１０℃から５００℃、４１０℃から４２７℃の何れかであるのが好ましい。
方法は更に、マグネット部分を形成する工程と、コイル部分に対して空間的に変位するようにマグネット部分を構成する工程とをさらに含むのが好ましい。
【００１８】
一態様に従って、高温用の振動式メータ(５)は、メータ電子機器(２０)と、メータ電子機器(２０)と通信可能に連結されたメータアセンブリ(１０)を備える。、該メータアセンブリ(１０)は、少なくとも１つの導管(１０３Ａ、１０３Ｂ)と、少なくとも１つの導管(１０３Ａ、１０３Ｂ)に連結されたドライバ(１０４)と、少なくとも１つの導管(１０３Ａ、１０３Ｂ)に連結された少なくとも１つのピックオフ(１０５、１０５')とを含む。前記ドライバ(１０４)と少なくとも１つのピックオフ(１０５、１０５')の少なくとも１つは、コイル変換器(２００)を備える。該コイル変換器(２００)は、導電性ワイヤ(２１２a)からなるコイル(２１２)を含むコイル部分(２１０)と、導電性ワイヤ(２１２a)に近接して配置された電気絶縁体とを備える。コイル(２１２)は、３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成される。
【００１９】
３５０℃よりも大きい温度範囲にて再現性がある電気的特性を有するように構成されるコイル(２１２)は、導電性ワイヤ(２１２a)及び電気絶縁体は、前記温度範囲にて互いに熱膨張が適合すること、電気絶縁体は前記温度範囲にて実質的に非導電性であること、及び導電性ワイヤ(２１２a)は、前記温度範囲にて実質的に再現性がある導電性を有すること、の少なくとも１つを有するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
同じ参照番号はすべての図面上の同じ要素を表す。図面は必ずしも縮尺通りではないことは理解されるべきである。
【図１】コリオリ流量計の形式である振動式メータを示し、該振動式メータは高温用のコイル変換器を含む。
【図２】高温用のコイル変換器２００の断面図を示す。
【図３】図２に示すコイル変換器２００の詳細な断面図である。
【図４】高温が質量流量測定にどのように影響し得るかを示すグラフ４００を示す図である。
【図５】高温用のコイル変換器から生じる安定した質量流量測定を示すグラフ５００を示す図である。
【図６】温度サイクル中の故障を示すグラフ６００を示す図である。
【図７】高温用のコイル変換器から得られる抵抗測定値を示すグラフ７００を示す図である。
【図８】高温用のコイル変換器の電気的特性を示すグラフ８００を示す図である。
【図９】高温用のコイル変換器から生じる安定した質量流量測定を示すグラフ９００を示す図である。
【図１０】高温用のコイル変換器を形成する方法１０００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１乃至図１０及び以下の説明は特定の実施例を記載して、補正測定流量を決定するための実施形態における最良の形態を創出かつ使用する方法を当業者に教示する。本発明の原理を教示することを目的として、いくつかの従来の態様を簡略化または省略している。当業者は、これらの実施例の変形例が本明細書の範囲内にあることを理解する。当業者であれば、以下に説明する特徴を様々な方法で組み合わせて、高温用のコイル変換器の複数の変形例を形成できることを理解する。結果として、以下に説明する実施形態は後述する特定の実施例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。
【００２２】
図１は、コリオリ流量計の形式である振動式メータ５を示し、該振動式メータは高温用のコイル変換器を含む。図１に示すように、振動式メータ５はメータアセンブリ１０とメータ電子機器２０を示す。メータ電子機器２０は、メータアセンブリ１０と電気的に通信して、例えば、密度、質量流量、体積流量、総質量流量、温度、および他の情報などの流れ材料の特性を測定する。
【００２３】
メータアセンブリ１０は、一対のフランジ１０１及び１０１'と、マニホールド１０２及び１０２'と、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ及び１０３Ｂとを含む。従来技術のコリオリ流量計のフランジ１０１及び１０１'は、スペーサ１０６の両端に固定されている。スペーサ１０６は、マニホールド１０２及び１０２'の間の間隔を維持して、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ及び１０３Ｂ内の望ましくない振動を防止する。第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂは、マニホールドから大凡平行に外向きに延びている。メータアセンブリ１０が流れ材料を運ぶパイプラインシステム(図示せず)に挿入されると、材料はフランジ１０１を通ってメータアセンブリ１０に入り、入口マニホールド１０２を通過し、そこで材料の総量が第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂに入るように向けられ、導管１０３Ａ、１０３Ｂを通って流れて、出口マニホールド１０２'に戻り、そこでフランジ１０１'を通ってメータアセンブリ１０を出る。
【００２４】
メータアセンブリ１０は、ドライバ１０４を含む。ドライバ１０４は、ドライバ１０４が例えば駆動モードで導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させることができる位置にて、導管１０３Ａ、１０３Ｂに取り付けられている。特にドライバ１０４は、第１の導管１０３Ａに取り付けられた第１のドライバ構成要素１０４Ａと、第２の導管１０３Ｂに取り付けられた第２のドライバ構成要素１０４Ｂとを含む。ドライバ１０４は、第１の導管１０３Ａに取り付けられたコイルや、第２の導管１０３Ｂに取り付けられた対向したマグネットなど、多くの周知の構成のうちの１つを含むことができる。
【００２５】
駆動モードは、第１の位相外曲げモードであり、夫々曲げ軸Ｗ-Ｗ及びＷ’-Ｗ’の周りに実質的に同じ質量分布、慣性モーメント及び弾性係数を有する平衡システムを提供するように、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂが選択され、入口マニホールド１０２及び出口マニホールド１０２'に適切に取り付けられる。本例において、駆動モードが第１の位相外曲げモードでは、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂは、ドライバ１０４によって、夫々曲げ軸Ｗ-Ｗ及びＷ’-Ｗ’を中心として反対方向に駆動される。交流の形態の駆動信号がメータ電子機器２０によって供給され、コイルを通過して第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させることができる。加えて又はこれに代えて、他の駆動モードが振動式メータによって使用され得る。
【００２６】
示されるメータアセンブリ１０は、導管１０３Ａ、１０３Ｂに固定される一対のピックオフ１０５、１０５'を含む。特に第１のピックオフ要素１０５Ａ、１０５'Ａは第１の導管１０３Ａの上に位置し、第２のピックオフ要素１０５Ｂ、１０５'Ｂは導管１０３Ｂの上に位置する。記載された実施形態にて、ピックオフ１０５、１０５’は、コイル変換器であり、例えば第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂの速度及び位置を表すピックオフ信号を生成するピックオフ磁石及びピックオフコイルとすることができる。例えば、ピックオフ１０５、１０５'は、メータ電子機器にピックオフ信号１１１、１１１'を供給することができる。当業者であれば、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂの動きは、流れ材料の特定の特性、例えば、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂを流れる材料の質量流量及び密度に比例することを理解するであろう。しかし、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂの動きはまた、ピックオフ１０５、１０５'で測定することができるゼロ流れオフセットを含む。ゼロ流れオフセットは非比例減衰、残留柔軟性応答、電磁クロストーク、器具の位相遅延などの多くの要因によって引き起こされる。
【００２７】
多くの振動式メータにおいて、ゼロ流れオフセットは通常、ゼロ流れ条件でゼロ流れオフセットを測定し、流れ中に行われた後続の測定から測定されたゼロ流れオフセットを差し引くことによって補正される。このアプローチは、ゼロ流れオフセットが一定のままである場合に適切な流れ測定を提供するが、実際には、ゼロ流れオフセットは、周囲環境(温度など)の変化や材料が流れる導管内の変化など、様々な要因によって変化する。温度を測定するために、温度センサ１０８は、メータアセンブリ１０、特に第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂの近くに配置される。温度センサ１０８は、抵抗温度検出器、赤外線センサなどの任意の適切な温度センサであり得る。温度センサ１０８は、直接又は間接的に、メータアセンブリ１０の任意の部分、メータアセンブリ１０を取り囲むケースなどに結合され得る。
【００２８】
上記のメータアセンブリ１０は、二重導管の振動式メータであるが、単一の導管の振動式メータを実施することは、本発明の範囲内であることは理解されるべきである。更に、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂは、湾曲した導管構成を含むものとして示されているが、本発明は、真っ直ぐな導管構成を含む振動式メータを用いて実施することができる。従って、上記のメータアセンブリ１０の特定の実施形態は、単なる一例であり、本開示の範囲を決して限定するべきではない。
【００２９】
図１に示す例において、メータ電子機器２０はドライバ１０４に駆動信号を供給し、ピックオフ１０５、１０５'から左右のピックオフ信号１１１、１１１'を受信する。メータ電子機器２０はまた、温度センサ１０８から温度信号１１２を受信する。駆動信号１１０、左右のピックオフ信号１１１、１１１'、及び温度信号１１２は、まとめてセンサ信号１１５と呼ばれる。メータ電子機器２０は、センサ信号１１５を処理して、例えば、導管１０３Ａ、１０３Ｂ内の材料の質量流量、密度などを決定する。メータ電子機器２０はまた、センサ信号１１５を処理して、メータアセンブリ１０のメータ検証を実行することができる。経路２６は、１つまたは複数のメータ電子機器２０が作業者と連絡することを可能にする入力および出力手段を提供する。
【００３０】
上記の如く、ゼロ流れオフセットは、初期較正工程中に初期のゼロ流れオフセットΔt0を測定することで補正でき、これには通常、バルブを閉じて、振動式メータにゼロ流れ条件を提供することが含まれる。動作中に、流量測定は、式[１]に従って、測定された時間差から初期のゼロ流れオフセットΔt0を差し引くことによって調整される。
【数１】
2021523377.tif 000003
ここで、
【数１Ａ】
2021523377.tif 000004
＝質量流量、
FCF＝流れ較正係数、
Δtmeasured＝測定された時間遅延、
Δt0＝初期のゼロ流れオフセット
である。
式[１]は単なる例であり、本開示の範囲を決して限定しないことは理解されるべきである。理解されるように、ゼロ流れオフセットの変化は流れ特性の測定誤差に起因する。
【００３１】
ゼロ流れオフセットの変化は、３５０℃を超える温度などの高温でのみ発生する。ゼロ流れオフセットの変化は、従来技術の振動式メータにおけるピックオフの再現不可能な電気的特性に起因する。例えば、従来技術の振動式メータにおけるピックオフの導電性ワイヤは、ピックオフが高温にあるときに存在する機械的応力のために機械的クリープを被る可能性がある。機械的クリープ故に、導電性ワイヤの抵抗が時間の経過とともに増加するか、導電性ワイヤが単に破損する可能性がある。その結果、導電性ワイヤの抵抗は、高温範囲では再現不可能である。更に又は或いは、導電性ワイヤ又は他の電気絶縁体のセラミック被覆は、高温で導電する可能性がある。これは、振動式メータのピックオフの導電性ワイヤからの電流の漏れに繋がる。
【００３２】
導電性ワイヤ内の機械的応力は、高温におけるピックオフ内の要素の熱膨張が原因である可能性がある。例えば、要素の材料は、異なる又は互換性のない熱膨張係数を有し、それにより、近接する(例えば、接する、隣接するなどの)要素を異なる速度で膨張させる。例えば、導電性ワイヤは、導電性ワイヤとは異なる割合で膨張するセラミック被覆を有する場合がある。この差により、３５０℃未満の温度では導電性ワイヤに大きな機械的応力が発生しない。しかし、３５０℃を超える温度では、セラミック被覆が導電性ワイヤほど膨張していない可能性があり、それによって導電性ワイヤに機械的応力が発生する。同様に、導電性ワイヤが巻き付けられているボビンも、導電性ワイヤに機械的応力を引き起こす可能性がある。
【００３３】
上記の記載から理解されるように、ピックオフの電気的特性は、ピックオフが暫くの間、高温になった後にのみ再現できない場合がある。即ち、電気的特性は、例えば、温度が例えば室温から３５０℃を超えるまで上昇したときに、所与の温度で再現可能な公称値を有する。しかし、電気的特性はピックオフが一定期間高温に留まった後、電気的特性が公称値から逸脱し始める場合がある。例えば、上記の如く、ピックオフ内の導電性ワイヤは、温度が上昇するために機械的なクリープが発生する可能性がある。従って、電気的特性は、クリープがコイルの機械的特性(例えば、電気抵抗を変化させるのに十分な疲労)または寸法(例えば、断面積の変化)に大きな変化を引き起こすように十分な時間が経過するまで、実質的に再現性を維持する(例えば、公称値の特定の範囲内に留まる)ことができる。これらの変化は、ピックオフの温度サイクルによっても発生する可能性がある。例えば、疲労は、一定期間にわたる温度サイクルが原因でのみ発生する可能性がある。
【００３４】
図２は、高温環境用のコイル変換器２００の断面図を示す。コイル変換器２００は、上記のピックオフ１０５、１０５'又はドライバ１０４のうちの１つであるが、コイル変換器は、高温で振動などの動きを課す及び/又は感知する任意のアセンブリ内またはアセンブリ上で使用することができる。例えば、コイル変換器２００は、デンシトメータに使用され得る。図２に示すように、コイル変換器２００はコイル部分２１０とマグネット部分２２０とから構成される。コイル部分２１０とマグネット部分２２０とは、それらの要素と同様に、コイル変換器の中心線に沿って整列して示される。
【００３５】
図２に示すように、コイル部分２１０は取付けブラケット２１０ｂを用いて、第１の導管１０３Ａに連結される。取付けブラケット２１０ｂは、溶接、ろう付け、接合などの技術に従って、第１の導管１０３Ａに結合される。コイル部分２１０は図３を参照して以下により詳細に記載するコイル２１２を含む。コイル部分２１０はまた、ボビン２１４を含む。ボビン２１４は、マグネット受入れ部分２１４'を含む。ボビン２１４は、ボルトまたは同様の固定装置で取付けブラケット２１０bに保持される。コイル部分２１０を第１の導管１０３Ａに結合するために使用される特定の方法は、本実施形態の範囲を決して制限するべきではない。
【００３６】
マグネット部分２２０は、ボルトを使用して取付けブラケット２２０ｂに保持されるマグネット２２２を備える。マグネット２２２は、磁場を方向付けるのを助けることができるマグネットキーパ２２４内に位置する。取付けブラケット２２０ｂは、第２の導管１０３Ｂに結合されて示されている。取付けブラケット２２０ｂは、溶接、ろう付け、接合などの技術に従って、第２の導管１０３Ｂに結合され得る。
【００３７】
更に、コイル変換器２００は第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂに結合されていると示されるが、他の実施形態では、コイル部分２１０及び/又はマグネット部分２２０は例えば、静止した要素又はダミー管に結合されている。これは、コイル変換器２００が単一の導管のメータアセンブリで利用される状況の場合である。
【００３８】
図３は、図２に示すコイル変換器２００の詳細な断面図である。図３の詳細な断面図に示すように、コイル２１２は導電性ワイヤ２１２aとセラミック被覆２１２bを含む。セラミック被覆２１２bは導電性ワイヤ２１２a上に蒸着されている。コイル２１２はボビン２１４の周りに配置されている。導電性ワイヤ２１２a及びボビン２１４は、導電性ワイヤ２１２aの近くに配置された電気絶縁体である。図３に示されるように、コイル２１２は、ボビンの溝２１４ｇ内に配置されている。溝２１４ｇは、ボビン２１４の周囲にあり、長方形の断面を有するが、任意の適切な形状、断面などを使用することができる。導電性ワイヤ２１２aの各端部は、第１の端子２１４ｔａ及び第２の端子２１４ｔｂに電気的に結合されている(例えば、接合、ろう付け、介在バス、ねじ端子接合部など)。見られるように、マグネット２２２は、マグネット受入れ部分２１４'に部分的に配置されている。マグネット２２は、マグネットキーパ２２４内に配置され、マグネットキーパ２２４に固定されている。
【００３９】
図２及び図３に関して、コイル変換器２００は電気−機械的な変換器である。導管１０３Ａ、１０３Ｂの動きにより、マグネット１２２及びコイル２１２は、マグネット１２２がコイル２１２に対して移動するように、コイル変換器の中心線２００ｃｌに沿って移動する。この動きは、コイル２１２に対するマグネット１２２の変位、速度、加速度などに比例する電気信号を誘発する。更に、コイル２１２に提供された信号は、マグネット１２２に作用して力を生じさせることができ、それにより、導管１０３Ａ、１０３Ｂを比例的に移動させることができる。示されるように、第１の導管及び第２の導管１０３Ａ、１０３Ｂが軸の周りで曲がっていても、動きは実質的に線形である。
【００４０】
理解されるように、コイル２１２とマグネット２２２の相対運動とコイル２１２内の信号との間の定量的関係は、コイル２１２の電気的特性に依存する。例えば、温度が上昇するにつれて、導電性ワイヤ２１２ａの抵抗はそれに応じて増加する。更に又はこれに代えて、導電性ワイヤ２１２ａ上のセラミック被覆２１２bの電気的特性はまた、温度の上昇とともに変化する。これらの電気的特性が温度に対して再現可能である場合、例えば、メータ電子機器２０は、コイル２１２内の信号を動きに相関させることができる。上記の記載から理解されるように、これは、ゼロ流れオフセットが初期のゼロ流れオフセットΔt0と同じままである可能性があることを意味する。
【００４１】
しかし、電気的特性がコイル変換器の温度に対して再現可能でない場合、ゼロ流れオフセットの変更により、不正確な質量流量測定が発生する可能性がある。以下に説明するように、図２のコイル変換器２００は質量流量を正確に測定するために高温で使用できる要素で構成されている。
【００４２】
導電性ワイヤ
以下の表１は、高温用のコイル変換器２００に使用され得る様々な導電性ワイヤ材料、並びに高温に適さない可能性がある材料の特性を示している。表１は、様々な材料をリストした材料列を含む。各材料に関連付けられているのは、密度、極限強度、熱膨張係数(ＣＴＥ)、及び動作限界値の列である。標準的な単位が使用されるが、導電性ワイヤの評価には任意の適切な単位が使用され得る。
【００４３】
表１  様々な導電性ワイヤ材料の特性の比較
【表１】
2021523377.tif 000005
【００４４】
材料は、周期表の記号、または商品名でリストされている。例えば、材料列の材料には、銀(Ａｇ)、ニッケル(Ｎｉ)、白金(Ｐｔ)、タンタル(Ｔａ)、モリブデン(Ｍｏ)、及びタングステン(Ｗ)の元素が含まれる。白金-ロジウム(８０−２０組成のＰｔ−Ｒｈ)、白金-イリジウム(８０−２０組成のＰｔ−Ｉｒ)、及びニオブ-タンタル-タングステン合金(８０−１０−１０組成のＮｂ−Ｔａ−Ｗ)も示されている。組成は、組成内の各番号に対応する各要素の比率である。例えば、８０−２０組成のＰｔ−Ｒｈは合金は８０％の白金と２０％のイリジウムで構成されることを意味する。組成は質量の単位であるが、任意の適切な単位を使用することができる。従って、１００キログラムの８０−２０組成のＰｔ−Ｒｈ合金は、８０キログラムの白金と２０キログラムのイリジウムを有する。「Kover」の商標も示され、これはニッケル合金、特にニッケル−コバルト合金である。
【００４５】
表１に見られるように、導電性ワイヤのCTE(熱膨張係数)が異なる。例えば、銀Agは、１９.７μin/in/℃のCTEを有する。これは、材料の１インチごとに、銀Agが摂氏温度の上昇ごとに１９.７μinの方向に膨張することを意味する。比較によって、タングステンは４.６μin/in/℃のCTEを有する。理解されるように、この違いは、導電性ワイヤの長さによっては重要な場合がある。例えば１０００フット(１２０００インチ)の銀の導電性ワイヤが室温から５００℃まで加熱されると、導電性ワイヤの線長さは約１１３インチ増加する可能性がある。同じ長さのタングステンの導電性ワイヤは同じ温度上昇を受けて約２６インチ増加する可能性がある。
【００４６】
材料の動作限界は、文献レビュー(「（est）」で示される)から推定されるか、テストによって定量的に確立される。例えば、白金の４１０℃の動作限界は、文献レビューから推定される。文献レビューは、白金の引張強度が４１０℃の温度で著しく低いことを示している。従って、白金は４１０℃を超える温度で導電性を有し、弾性変形することができるが、白金の導電性ワイヤは、例えば４１０℃を超える温度範囲で実質的に再現不可能な導電性を有する。従って、文献レビューでは、振動式メータで正確な測定値を取得するために、４１０℃を超える温度では白金の導電体を使用できないことが示されている。
【００４７】
動作限界の一部には、例えば温度範囲全体で公称値からの大幅な偏差がない再現性のある導電率などの再現性のある電気的特性により、最大５００℃と推定される場合がある。従って、電気的特性は５００℃まで再現可能であるため、プラス記号が使用される。例として、文献レビューは、ニオブ-タンタル-タングステン合金で構成される導電性ワイヤが、定格５００℃のコリオリ流量計で使用できることを示している。
【００４８】
しかし、動作限界は高温範囲での導電性ワイヤのテストの結果として確立される場合もある。例えば、白金-ロジウム合金の動作限界は４３０℃まで確立されている。動作限界は、導電性ワイヤに近接する電気絶縁体で導電性ワイヤをテストすることによって確立される。
【００４９】
電気絶縁体
電気絶縁体は例えば、セラミック、ポリマー、複合材料などの任意の適切な材料であり得る。例えば、電気絶縁体は、機械加工可能である場合もそうでない場合もあるガラスセラミック（例えば、Corning(商標)によって開発されたMacor(商標)）、セメント（例えば、Sauereisen(商標)によって開発されたElectrotemp(商標)セメント第８号）、セラミックコーティング（例えば、Aremco(商標)によって開発されたCeramacoat 512-N(商標)）から構成され得る。電気絶縁体の上記例において、Macor(商標)のCTEは９.３μin/in/℃、Sauereisen＃8(商標)のCTEは４.７μin/in/℃、Aremco512N(商標)のCTEは９.９μin/in/℃である。これらの上記の例示的な電気絶縁体はすべて、少なくとも５００℃の動作限界を有する。本開示はこれらの特殊な電気絶縁体に限定されない。
【００５０】
しかし、電気絶縁体には５００℃未満の動作限界を有するものがある。例えば、金属成分を含む一部のセラミック材料(例えば、接合を改善するため)は、３５０℃を超える温度にて電流を伝導する場合がある。金属成分を含むセラミック材料によって伝導される電流の量は、多くの用途では重要ではないかもしれないが、振動式メータでは重要である。例えば、コリオリ流量計のコイル変換器におけるセラミック被覆による電流漏れは、高温でゼロ流れオフセットのドリフトを引き起こし、それによって不正確な質量流量測定を引き起こす可能性がある。
【００５１】
ＣＴＥ比較
上記の如く、導電性ワイヤ及び/又は電気絶縁体の熱膨張は、導電性ワイヤ上の機械的応力を引き起こす。その結果、導電性ワイヤの電気的特性は、温度範囲にわたって変化するか、再現性が無い場合がある。この機械的応力は、実質的に同じCTEを持つ導電性ワイヤと電気絶縁体の材料を選択するなど、様々な方法で軽減または排除することができる。例えば、上記の例示的な導電性ワイヤ及びび電気絶縁体を参照することにより、Macor(商標)、Aremco512N(商標)、及び白金−ロジウム合金がほぼ同じCTEを有することが決定され得る。従って、これらの材料から構成されたコイル変換器は、以下でより詳細に説明するように、所与の振動式メータの仕様を満たす動作限界を有する。
【００５２】
熱膨張の互換性
熱膨張の互換性がある部品は、高温に晒されても互いの電気的特性に悪影響を及ぼさない。従って、部品は高温用の振動式メータのコイル変換器の一部である。Macor、Aremco 512N(商標)、及び白金ロジウム合金が特定の振動式メータで熱膨張に対応するかどうかは、材料の選択だけでなく、コイル変換器の部品の構成(形状、寸法、断面プロファイル、巻線方法、組み立て方法など)によって、部品が互いに熱膨張に対応しているかどうかが決定される。例えば、白金のCTEがMacorのCTEに近い場合でも、この近さは、コイルが所定のMacorのボビンの構成に所定の張力で巻き付けられている場合に不利になる可能性がある。従って、所定のMacorのボビンの構成の材料として白金-ロジウム合金を選択することは、材料の他の利点とともに有利である可能性がある(例えば、白金-ロジウム合金の引張強度は白金よりも大幅に高い)。
【００５３】
一例として、Macor(商標)のボビンは、０.８３０インチの外径を有する円筒形及び０.７０８インチの直径を有する円周方向の溝を有するように特定され得る。ボビンはまた、約０.６２８インチの内径を有する同軸の穴を有する。これらの仕様では、導電性ワイヤがボビンの円周方向の溝に巻き付けられているため、白金の動作制限は最大４１０℃ではなく、３５０℃に制限される。これは、導電性ワイヤをボビンに巻き付けた後の導電性ワイヤの張力が原因である可能性がある。反対に、直径０.００５０インチ、長さ約３３フィートの白金-ロジウム合金で構成された導電性ワイヤは、文献レビュー後、最大５００℃の推定動作限界を持つ、何故なら例えば５００℃までは機械的クリープが発生しない場合があるからである。例えば、０.００２５−０.００５０インチの直径及び/又は３３フィート以外の長さなど他の寸法が使用されて、この動作限界を達成することができるが、これらの寸法に限定されない。上記の如く、有効な動作限界は、材料と部品の構成の様々な組み合わせのシミュレーション、テスト工程などを通じて確立することができる。例示的なテスト工程を以下により詳細に説明する。
【００５４】
例示的なテスト工程
上記の如く、所定の材料の有効な動作限界は、高温での電気的テストによって、または高温範囲を含む複数の温度サイクルにて確立することができる。導電性ワイヤ及び/又は絶縁性材料の動作限界は、材料の形成されたサンプル(例えば、コイルに組み立てられた導電性ワイヤ、機械加工された電気絶縁体、蒸着及び焼き付けられたセラミックなど)、組み立てられたコイル変換器、及び/又は振動式メータ内に組み立てられたコイル変換器を使用することによって決定され得る。
【００５５】
上記の材料の各々の導電性ワイヤ及び/又は電気絶縁体は、コイル又はコイル変換器に組み立てられ、オーブン内に置かれ、導電性ワイヤ及び/又は電気絶縁体の電気的特性を測定しながら、温度サイクルに晒される。電気的特性は導電性ワイヤ及び電気絶縁体の導電性及び抵抗を含むが、これらに限定されない。温度サイクルは、室温(例えば、２３℃)から５００℃まで広がるが、室温未満及び５００℃を超えるあらゆる適切な範囲が用いられる。更に又は或いは、導電性ワイヤ及び/又は電気絶縁体を含むコイル変換器は例えば、オーブン内に配置された上記の振動式メータ５などに組み立てられる。
【００５６】
導電性ワイヤ及び電気絶縁体の導電率又は抵抗は、例えば、導電率が再現可能であるかどうかを決定するために、温度サイクル中に測定される(例えば、抵抗対温度は、高温範囲にて再現可能である)。例えば、測定された電気的特性は、特定の温度で公称値の指定された範囲内に留まる。電気絶縁体の場合、公称値は、温度範囲全体で導電率がゼロになる場合がある。導電性ワイヤについては、測定された導電率または抵抗は、高温範囲にわたる温度値に対応する公称値の指定された範囲内にある。更に又は或いは、コイル、コイル変換器及び/又は振動式メータは、振動式メータが、例えば、ゼロ流量状態又は既知の質量流量を測定して、ゼロ又は既知の質量流量を正確に測定しているかを決定する間、温度サイクルに晒される。
【００５７】
従って、所定の温度範囲に亘って再現可能な電気的特性を有するように構成されたコイルを有するコイル変換器が提供される。その結果、例えば、より正確な質量流量測定が得られる。以下の図面は、図２及び図３に示されるコイル変換器によって付与される改善例を示す。
【００５８】
図４は、高温が如何に質量流量測定に影響を与えるかを示すグラフ４００である。図４に示すように、グラフ４００は、時間軸４１０、質量流量軸４２０、及び温度軸４３０を含む。時間軸４１０は時間の単位で示され、質量流量軸４２０はポンド-質量/分(lｂｍ/min)の単位で示され、温度軸４３０は摂氏(℃)の単位で示される。しかし、任意の適切な単位が用いられる。時間軸４１０はｔ１からｔ１４の範囲として示され、数週間にわたる場合があるが、任意の適切な時間範囲が使用され得る。
【００５９】
グラフ４００は、温度プロット４４０(オーブン温度及びメータ温度測定値を含む)及び質量流量プロット４５０を含む。温度プロット４４０は、約２５℃から約４３０℃の範囲として示されているが、２０℃未満及び４３０℃を超える温度を含む任意の適切な範囲を使用することができる。質量流量プロット４５０は約０lｂｍ/minから約１３lｂｍ/minの範囲として示される。質量流量プロット４５０はゼロ流れ条件の下で、振動式メータの質量流量を測定することにより得られる。温度プロット４４０と質量流量プロット４５０を比較することにより、温度が上昇すると、質量流量プロット４５０が大幅に増加することが理解される。
【００６０】
より具体的には、質量流量プロット４５０は、温度が約２０℃から約３５０℃の範囲であるとき、ほぼゼロlｂｍ/minで安定している。しかし、温度プロット４４０が３５０℃から４３０℃に上昇すると、質量流量プロット４５０は、測定された質量流量の可成りの増加を示す。測定された流量のこの増加は、振動式メータを通る実際の質量流量の増加によるものではない。その代わり、流量の増加は温度上昇による、測定されたゼロ流れオフセットの不安定性によるものである。
【００６１】
質量流量プロット４５０を生成するようにテストされた振動式メータのピックオフセンサは、例えば、ニッケル導電性ワイヤ及び金属注入セラミックボビンを含むセラミックから構成されていた。質量流量の増加は、導電性の金属注入セラミックボビンが３５０℃を超えたことが原因である。
【００６２】
理解されるように、質量流量プロット４５０は、ピックオフセンサのボビンとコイルの電気的特性は、２５℃から３５０℃の温度範囲で再現可能であることを示している。しかし、質量流量プロット４５０はまた、ピックオフセンサの電気的特性は、３５０℃から４３０℃の温度範囲では再現不可能であることを示している。その結果、ピックオフセンサに使用される材料は、３５０℃を越えて作動すると特定される振動式メータには適切ではない。
【００６３】
図５は、高温に対するコイル変換器から生じる安定した質量流量測定を示すグラフ５００を示す。図５に示すように、グラフ５００は、時間軸５１０、質量流量軸５２０、及び温度軸５３０を含む。時間軸５１０は時間の単位で示され、質量流量軸５２０はポンド-質量/分(lｂｍ/min)の単位で示され、温度軸５３０は摂氏(℃)の単位で示される。しかし、任意の適切な単位が用いられる。
【００６４】
グラフ５００は、温度プロット５４０(オーブン温度及びメータ温度測定値を含む)及び質量流量プロット５５０を含む。温度プロット５４０は、約２０℃から約４３０℃の範囲として示されているが、２０℃未満及び４３０℃を超える温度を含む任意の適切な範囲を使用することができる。質量流量プロット５５０は約−２lｂｍ/minから約２lｂｍ/minの範囲として示される。質量流量プロット５５０はゼロ流れ条件の下で、振動式メータの質量流量を測定することにより得られる。温度プロット５４０と質量流量プロット５５０を比較することにより、４３０℃まで温度が上昇しても、質量流量プロット５５０が大きく変化しないことが理解され、これは図４に示すグラフ４００とは反対である。
【００６５】
安定した質量流量の測定は、３５０℃を超える温度では導電しないボビンが原因である。例えば、グラフ５００を生成するためにテストされた振動式メータで使用されるボビンは、上記のMacorから構成される。グラフ５００は、Macorで構成されたボビンは、コイルが２０℃から４３０℃の温度範囲で再現可能な電気的特性を持つことを保証できることを示している。しかし、判るように、３つの温度サイクルが示される。従って、３つの温度サイクルについて、４３０℃までの有効な動作限界のみが示される。上記の振動式メータ５のような振動式メータの中には、多くの温度サイクルにて電気的特性が再現可能であることを要求するものがある。
【００６６】
図６は高温を含む温度サイクル中の故障を示すグラフ６００を示している。図６に示すように、グラフ６００は、時間軸６１０、質量流量軸６２０、及び温度軸６３０を含む。時間軸６１０は時間の単位で示され、質量流量軸６２０はポンド-質量/分(lｂｍ/min)の単位で示され、温度軸６３０は摂氏(℃)の単位で示される。しかし、任意の適切な単位が用いられる。
【００６７】
グラフ６００は、温度プロット６４０(オーブン温度及びメータ温度測定値を含む)及び質量流量プロット６５０を含む。温度プロット６４０は、０℃への負のスパイクを備えた約２０℃から約４３０℃の範囲として示されているが、２０℃未満及び４３０℃を超える温度を含む任意の適切な範囲を使用することができる。質量流量プロット６５０は、１５lｂｍ/minへの正のスパイクを備えた約−２lｂｍ/minから約２lｂｍ/minの範囲として示される。温度プロット６４０と質量流量プロット６５０を比較することにより、温度プロット６４０が増加しても、質量流量プロット５５０が大きく変化しないことが理解され、これは図４に示すグラフ４００とは反対である。しかし、図５に示すグラフ５００とは反対に、質量流量プロット６５０は流量スパイク６５０aをも含む。
【００６８】
流量スパイク６５０aは、テストされた振動式メータのコイル変換器の導電性ワイヤの故障が原因である可能性がある。例えば、故障は破損であった可能性があり、それによってコイルの導電性ワイヤが電気的に開いた状態になる。その結果、メータ電子機器は流量スパイク６５０aで示される、質量流量のスパイクとして解釈される信号をもはや受信しなくなった。この故障は、ボビンと導電性ワイヤが最大４３０℃の温度範囲で再現可能な電気的特性を持っていたにもかかわらず、２回の温度サイクル後に導電性が再現可能な電気的特性を持たなかったことを示している。導電性ワイヤは銀で構成されていた。故障は銀製ワイヤの機械的クリープに依るものであった、
【００６９】
従って、文献レビュー及び/又は他のテストは、３５０℃を超える温度範囲にて再現可能な電気的特性を有するが、温度範囲を含む複数の温度サイクルにわたって再現可能な電気的特性を有するコイルを確立するために、導電性ワイヤ及び/又は電気絶縁体のために選択される材料及び/又は構成を提案する。例えば、文献レビューは純粋な白金が銀と同じかそれより少ない温度サイクルの後に故障することを示している(例えば、白金は銀よりも降伏強度が低い)。しかし、白金-ロジウムのような他の材料はそのような故障を受けていない。
【００７０】
図７は、高温用のコイル変換器から生じる抵抗測定値を示すグラフである。図７に示すように、グラフ７００は、時間軸７１０、抵抗値軸７２０、及び温度軸７３０を含む。時間軸７１０は時間の単位で示され、抵抗値軸７２０はオーム(Ω)の単位で示され、温度軸７３０は摂氏(℃)の単位で示される。しかし、任意の適切な単位が用いられる。グラフ７００に示されるように、導電性ワイヤは白金-ロジウム合金から構成される。
【００７１】
グラフ７００は、温度プロット７４０と抵抗プロット７５０を含む(第１のコイル及び第２のコイルの測定された抵抗値を備える)。温度プロット７４０は、約２０℃から約４３０℃の範囲として示されているが、２０℃未満及び４３０℃を超える温度を含む、任意の適切な範囲を使用することができる。抵抗プロット７５０は、約１８８オームから約２８５オームの範囲である。抵抗プロット７５０は、第１のコイル及び第２のコイルの抵抗が、２０℃から４３０℃の全温度範囲にわたって再現可能であることを示している。抵抗プロット７５０はまた、３５０℃から４３０℃の高温範囲を含む複数の温度サイクルに亘って抵抗が(故障することなく)再現可能であることを示している。即ち、白金−ロジウム合金を含む導電性ワイヤは、複数の温度サイクルに亘って再現可能な電気的特性を有する。
【００７２】
理解されるように、電気的特性の再現性は、温度の上昇又は低下に関連している。例えば、４００℃での白金-ロジウム合金の抵抗は、温度が４００℃に上昇したか４００℃に低下したかによって異なる場合がある。
図８は、高温用のコイル変換器の電気的特性を示すグラフ８００を示す。図８に示すように、グラフ８００は温度軸８１０及び抵抗値軸８２０を含む。温度軸８１０は摂氏(℃)の単位で示され、抵抗値軸８２０はオーム(Ω)の単位で示されるが、任意の適切な単位が用いられる。
【００７３】
グラフ８００はまた、第１のコイル及び第２のコイルの測定された抵抗を示すヒステリシスプロット８４０(第１のコイル及び第２のコイルの測定された抵抗を含む)を含む。ヒステリシスプロット８４０は、約２０℃から約４３０℃の温度範囲で約１８５オームから約２８５オームの範囲である。ヒステリシスプロット８４０は、第１のコイル及び第２のコイルの温度が上昇するにつれて、第１のコイル及び第２のコイルの抵抗が増加することを示している。
【００７４】
見られるように、ヒステリシスプロット８４０は第１の温度経路８４０a及び第２の温度経路８４０bを含む。第１の温度経路８４０aは、第１のコイル及び第２のコイルの温度が約４３０℃から約２０℃に低下するときに測定される抵抗値である。第２の温度経路８４０bは、第１のコイル及び第２のコイルの温度が約２０℃から約４３０℃に上昇するときに測定される抵抗値である。見られるように、所与の温度での抵抗値は、第１の温度経路及び第２の温度経路８４０ａ、８４０ｂのどちらが測定されるかによって異なるが、抵抗値は温度範囲に亘って再現可能である。
【００７５】
図９は、高温用のコイル変換器から生じる安定した質量流量測定を示すグラフ９００を示す。コイル変換器は、図７及び図８に関して記載された白金-ロジウム合金の導電性ワイヤから構成される。図９に示すように、グラフ９００は、時間軸９１０、質量流量軸９２０、及び温度軸９３０を含む。時間軸９１０は時間の単位で示され、質量流量軸９２０はポンド-質量/分(lｂｍ/min)の単位で示され、温度軸９３０は摂氏(℃)の単位で示される。しかし、任意の適切な単位が用いられる。
【００７６】
グラフ９００は、温度プロット９４０及び質量流量プロット９５０を含む。温度プロット９４０及び質量流量プロット９５０は、テストが一時停止されたギャップを含む。温度プロット９４０は、約２０℃から約４３０℃の範囲として示されているが、２０℃未満及び４３０℃を超える温度を含む任意の適切な範囲を使用することができる。質量流量プロット６５０は、約０lbｍ/分から約−２lbｍ/分の範囲として示されている。温度プロット６４０と質量流量プロット６５０を比較することにより、温度プロット６４０が増加しても、質量流量プロット６５０が大きく変化しないことを理解することができる。理解されるように、質量流量プロット６５０は複数の温度サイクルに亘って、約ゼロlbｍ/分のままである。
【００７７】
コイル変換器を形成する方法
図１０は、高温用のコイル変換器を形成する方法１０００を示す。方法は、ステップ１０１０にてコイルを含むコイル部分を形成する。コイルは導電性ワイヤから構成される。ステップ１０２０にて、方法１０００は、導電性ワイヤの近くに電気絶縁体を配置する。方法１０００は、ステップ１０３０において、３５０℃を超える温度範囲に亘って再現可能な電気的特性を有するようにコイルを構成する。温度範囲は、例えば、３５０℃から５００℃、３５０℃から４２７℃、４１０℃から５００℃、及び/又は４１０℃から４２７℃であり得る。
【００７８】
ステップ１０３０にて、方法１０００は、導電性ワイヤ及び電気絶縁体を３５０℃を超える温度範囲に亘って互いに熱膨張が適合するように構成することにより、３５０℃を超える温度範囲に亘って再現可能な電気的特性を有するようにコイルを構成することができる。更に又はこれに代えて、方法１０００は電気絶縁体を、温度範囲に亘って実質的に非導電性であるように構成することができる。更に又はこれに代えて、方法１０００は、温度範囲に亘って実質的に再現可能な導電性を有するように導電性ワイヤを構成することができる。
【００７９】
方法１０００は、導電性ワイヤと電気絶縁体が実質的に等しい熱膨張係数を有するように構成することによって、導電性ワイヤと電気絶縁体が互いに熱膨張が適合するように構成することができる。実質的に等しい熱膨張係数は、例えば、データシートから入手可能な熱膨張係数を比較することによって決定することができる。さらに、夫々の形状、寸法、構造などの導電性ワイヤ及び電気絶縁体の構成及び製造方法もまた、熱膨張係数が実質的に等しいかどうかを決定するために考慮され得る。例えば、導電性ワイヤが比較的短く、比較的低い張力で巻かれている場合は、ボビンの周りに巻かれた導電性ワイヤは、実質的に同じ熱膨張係数を有し得るが、導電性ワイヤが比較的長く比較的高い張力で巻かれている場合は、実質的にボビンと同じ熱膨張係数を有さない。
【００８０】
温度範囲の少なくとも一部を含む複数の温度サイクルに亘って、実質的に再現可能な導電性を有するように導電性ワイヤを構成することにより、方法１０００は、温度範囲にわたって実質的に再現可能な導電性を有する導電性ワイヤを構成することができる。方法１０００は、電気絶縁体とともに又は電気絶縁体無しで導電性ワイヤを選択し形成し、且つ図７乃至図９に関して記載したように導電性ワイヤをテストすることにより、そのような方法で導電性ワイヤを構成することができる。図２乃至図９に関して記載したように、方法１０００にて用いられる複数の温度サイクルの各々は、温度範囲を含む。
【００８１】
方法１０００は、導電性ワイヤ上にセラミック被覆を配置することにより、導電性ワイヤの近傍に電気絶縁体を配置する。更に又は或いは、方法１０００はボビンを形成し、コイルをボビンの周りに配置することによって、導電性ワイヤの近くに電気絶縁体を配置する。従って、方法１０００は導電性ワイヤと、ボビンとセラミック被覆の少なくとも１つを、互いに熱膨張が適合するように構成することにより、導電性ワイヤ及び電気絶縁体を熱膨張が互いに適合するように構成する。
【００８２】
方法１０００は種々お材料を用いる。例えば、導電性ワイヤは磁性材を含む。更に又は或いは、導電性ワイヤはニッケル、白金-ロジウム合金、白金-イリジウム合金、及びニオブ-タンタル-タングステン合金の何れかを含む材料を含む。方法１０００はまた、マグネット部分を形成し、マグネット部分をコイル部分に対して空間的に変位するように構成する。
【００８３】
上記で開示されたコイル変換器２００及びコイル変換器を形成する方法は、高温にて安定したゼロ流れオフセットを備えた振動式メータ５を提供するのに使用される。高温における安定したゼロ流れオフセットは、３５０℃を超える温度範囲にて再現可能な電気的特性を有するように構成されたコイル２１２を含むことにより達成される。温度範囲に亘る安定した電気的特性のこの技術的に有利な利点によって、例えばメータ電子機器２０は少なくとも１つの導管１０３Ａ、１０３Ｂの機械的変位をコイル変換器２００内の電気信号に正確に相関させて、安定したゼロ流れオフセットの技術的効果を達成することができ、それにより高温における質量流量測定のような正確な測定を確実にする。更に又は或いは、メータの検証が実行されて、導管内の被覆、亀裂、侵食などの状態を正確に検出できる。
【００８４】
上記の実施形態の詳細な説明は、本明細書の範囲内であると本発明者らが企図するすべての実施形態の網羅的な説明ではない。実際、当業者であれば、上記の実施形態の特定の要素を様々に組み合わせるか、または削除して別の実施形態を創出してもよく、またこのような別の実施形態が本明細書の範囲および教示内容に含まれることを認識する。また、当業者には、上記の実施形態の全体または一部を組み合わせて、本明細書の範囲および教示内容内にある追加の実施形態を創出してもよいことが明らかである。
【００８５】
従って、特定の実施形態を例示の目的で本明細書に記載しているが、当業者が認識するように、本明細書の範囲内で種々の均等な修正が可能である。本明細書で提供している教示内容を、他の高温用のコイル変換器に適用することができ、これらは、上述し、かつ添付の図面に示した実施形態にのみ適用されるものではない。従って、上記の実施形態の範囲は以下の特許請求の範囲から決定されるべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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