(57)【要約】【課題】コリオリ質量流量測定装置の測定管を通流する媒体の圧力を付加的に検出および出力できるコリオリ質量流量測定装置ないしそのための方法を提供することである。【解決手段】コリオリの原理に従って動作し、１つの測定管（１）を有する質量流量測定装置であって、張力センサ（３）が設けられており、該張力センサ（３）は測定管（１）の機械的張力を検出するように測定管（１）に取り付けられている形式の質量流量測定装置において、圧力信号出力装置（４）が設けられており、張力センサ（３）は張力信号の伝送のために該圧力信号出力装置（４）と接続されており、該圧力信号出力装置（４）から、張力信号に基づいて検出された圧力信号が出力されるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリオリの原理に従って動作し、１つの測定管（１）を有する質量流量測定装置であって、張力センサ（３）が設けられており、該張力センサ（３）は測定管（１）の機械的張力を検出するように測定管（１）に取り付けられている形式の質量流量測定装置において、
圧力信号出力装置（４）が設けられており、
張力センサ（３）は張力信号の伝送のために該圧力信号出力装置（４）と接続されており、
該圧力信号出力装置（４）から、張力信号に基づいて検出された圧力信号が出力される、ことを特徴とする質量流量測定装置。
【請求項２】
圧力信号出力装置（４）と接続された質量流量出力装置（６）が設けられており、
該質量流量出力装置（６）からは圧力信号に基づいて補正された質量流量信号が出力される、請求項１記載の質量流量測定装置。
【請求項３】
測定管（１）として壁厚の薄い測定管（１）が設けられており、該測定管の直径はその長さと同じオーダーである、請求項１または２記載の質量流量測定装置。
【請求項４】
張力センサ（３）として長さ変化センサ、とりわけ伸長測定計が設けられており、該伸長測定計により測定管（１）の周囲長変化が検出される、請求項１から３までのいずれか１項記載の質量流量測定装置。
【請求項５】
張力センサ（３）は測定管（１）の周方向に配向されており、該張力センサ（３）は測定管（１）の周囲張力の変化からだけ影響を受ける、請求項１から４までいずれか１項記載の質量流量測定装置。
【請求項６】
周囲張力に対する張力センサ（３）に加えて、補助張力センサ（９）が設けられており、該補助張力センサは周囲張力から影響を受けない、請求項５記載の質量流量測定装置。
【請求項７】
補助張力センサ（６）は補助張力信号を伝送するために圧力信号出力装置（４）と接続されており、圧力信号出力装置（４）からは補助張力信号に基づいて補正された圧力信号が出力される、請求項６記載の質量流量測定装置。
【請求項８】
コリオリの原理に従い動作し、１つの測定管（１）を有する質量流量測定装置での圧力測定方法において、
測定管（１）の機械的張力を検出し、検出された測定管（１）の張力に基づいて測定管（１）内の圧力を検出する、ことを特徴とする圧力測定方法。
【請求項９】
検出された圧力に基づき補正された質量流量信号を求める、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
張力を、測定管（１）の周囲長変化によって検出する、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
張力として測定管（１）の周囲長変化だけを検出し、これに加えて周囲張力から影響を受けない補助張力を検出する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
張力に基づいて検出された圧力を補助張力によって補正する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法を、壁厚の薄い測定管（１）が設けられており、その直径は長さと同じオーダーにある質量流量測定装置に対して使用する使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリオリの原理に従って動作する質量流量測定装置であって、測定管を有し、張力センサが設けられており、該張力センサはこれにより測定管の機械的張力が検出されるように、測定管に取り付けられている形式の質量流量測定装置に関する。本発明はさらに、コリオリの原理に従って動作し、測定管を有する質量流量測定装置での張力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式のコリオリ質量流量測定装置は例えばＤＥ４２２４３７９Ｃ１から公知である。このコリオリ質量流量測定装置では、測定管の振動長の変化を検出する長さ変化センサが、質量流量に対する測定値を振動長および張力に依存して補正するために設けられている。さらに測定管の温度を検出する温度センサが測定値の補正のために設けられていれば、一方では測定管の温度変化を、他方では測定管の長さ変化を、すなわち測定管の振動長の変化を測定値の補正のために使用することができる。これらの変化は測定値に影響を及ぼす。これにより測定管の温度変化に起因する測定誤差、および外部から作用する力から生じる測定誤差を低減または除去することができる。
【０００３】
この従来技術から公知のコリオリ質量流量測定装置では、測定管の振動長の変化を検出する長さ変化センサを設けることにより、測定管の振動周波数に影響を及ぼす振動長の変化および測定管の軸方向張力状態の変化を考慮することができ、これにより測定誤差を低減または除去することができる。付加的に温度センサを設ければ、一方では測定管の温度変化に起因する測定誤差を、他方では外部から測定管に作用する力に起因する測定誤差を低減または除去できる。ここで長さ変化センサから発する長さ変化信号は測定管の振動長の変化に対する直接的尺度であり、その由来に依存しない。また同様にその由来には依存せず、測定管の軸方向張力状態の変化に対する間接的な尺度でもある。従って測定管の振動長の変化を検出する長さ変化センサによって、測定管の振動長の変化および測定管の軸方向張力状態の変化を検出することができ、これに基づく測定誤差を測定値の検出の際に低減または除去することができる。
【０００４】
上に述べた従来技術から公知のコリオリ質量流量測定装置は測定管の機械的張力を検出するための張力センサを有しており、質量流量に対して補正された測定値を出力する手段を提供する。しかしコリオリ質量流量測定装置の測定管を通流する質量流量に該当しない付加的な値を出力することは行われてない。別のパラメータ、例えばコリオリ質量流量測定装置の測定管を通流する媒体の圧力を検出および出力したい場合には、適切な付加的センサを設けなければならない。
【特許文献１】ＤＥ４２２４３７９Ｃ１
【特許文献２】ＷＯ０１／９２８３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、別のパラメータ、すなわちコリオリ質量流量測定装置の測定管を通流する媒体の圧力を付加的に検出および出力できるコリオリ質量流量測定装置ないしそのための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は冒頭に記載した質量流量測定装置から出発して、圧力信号出力装置が設けられており、張力センサは張力信号を伝送するために圧力信号出力装置と接続されており、圧力信号出力装置から張力信号に基づいて検出された圧力信号が出力されるように構成して解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によれば、測定管を通流する媒体の圧力変化は基本的に測定管の周囲長変化につながることが利用される。ここで測定管の周囲長変化の度合い、すなわち周囲張力の変化の度合いは、測定管の周囲伸縮性に依存する。直径が小さく壁の非常に厚い測定管は、測定管を通流する媒体の圧力変化の際にほとんど検出不能な周囲長変化しか示さない。一方、直径が大きく壁の非常に薄い測定管は周囲張力、ひいては周囲長の明瞭な変化を示す。
【０００８】
ここで張力センサが張力信号を伝送するために圧力信号出力装置と接続されており、圧力信号出力装置から張力信号に基づいて検出された圧力信号が出力されることを問題とすれば、張力センサにより検出された張力信号からまず圧力信号を求めなければならないことが明かである。張力信号からのこの圧力信号の検出は、様々な方法で行うことができる。第１には、測定管を通流する媒体の圧力と、測定管の幾何形状が具体的に設定されている場合における測定管の周囲長変化との理論的に検出された関係に基づくものであり、第２には、経験的に求められたデータによるものである。このようなデータを検出するために測定管にはそれぞれ媒体が既知の圧力で通流され、この既知の圧力での張力が測定される。これにより圧力と張力との具体的な値ペアを伴うデータシーケンスが得られる。この値ペアによりテーブルを作成し、このテーブルからコリオリ質量流量測定装置の動作時に検出された張力に依存して相応する圧力を読出すことができる。中間値は補間により求めることができる。このようにして測定管を通流する媒体の圧力と検出された張力にとの依存性に対して経験的な較正曲線を作成することができる。
【０００９】
張力信号を圧力信号に本来のように変換することは必ずしも圧力信号出力装置で行う必要はない。むしろこの変換はコリオリ質量流量測定装置の他の装置で行うことができる。これにより圧力信号出力装置は間接的に張力センサと接続される。すなわち圧力信号を検出するためのこの付加的装置によって、検出された張力信号に依存して接続される。
【００１０】
前にすでに述べたように本発明の基本原理は、壁が薄く、直径の大きな測定管が設けられていると特に良好に利用される。従って本発明の有利な改善形態では、壁の薄い測定管が設けられており、その直径はその長さとおなじオーダーにある。ここでは測定管の長さとその直径に対する比は６に等しいかまたはそれより小さく、有利には４またはそれより小さい。しかしこの関連から、本発明の原理は基本的に長さが直径との比で比較的に大きい測定管を有するコリオリ質量流量測定装置で使用される。最後に特に良好な結果は、測定管の壁厚が０．５ｍｍから０．２５ｍｍであるコリオリ質量流量測定装置を使用することにより得られることを述べておく。このようなコリオリ質量流量測定装置はＷＯ０１／９２８３３に記載されている。
【００１１】
張力センサとして基本的には従来技術から公知のすべての張力センサを使用することができる。とりわけここでは張力センサがその質量に基づいて非常に僅かな、有利には無視できる程度の影響しか測定管の振動特性に及ぼさなければ有利である。本発明の有利な発展形態では、張力センサとして長さ変化センサが使用され、とりわけ伸長測定計が使用され、これにより測定管の周囲長変化を検出することができる。測定管の周囲長変化を測定するためには張力センサが測定管の長手方向にだけ配向されていてはならない。センサが測定管の周方向の成分も検出するようにする。このことは張力センサの配向が測定管の長手軸に対して角度を以て延在することを意味する。
【００１２】
本発明により設けられた張力センサの機能に対しては、この張力センサが少なくとも部分的に測定管の周方向に配向されており、測定管の周囲長変化を検出できれば十分である。しかし本発明の有利な実施例では、張力センサが測定管に周方向に正確に配向されており、これにより張力センサは周方向張力の変化からだけ影響を受け、周方向張力の変化とは異なる張力変化の影響を受けない。本発明の有利な改善形態で、周方向張力に対する張力センサにさらに付加的な補助張力センサが設けられており、この補助張力センサが周方向張力の影響を受けなければ、種々の形式の張力変化を相互に別個に検出することができる。とりわけ本発明の有利な実施形態によれば、補助張力センサが補助張力信号を伝送するために圧力信号出力装置と接続されており、圧力信号出力装置から補助張力信号に基づいて補正された圧力信号が出力される。従ってこれにより媒体の圧力変化に起因しない他の張力変化についての補正も可能となる。とりわけこのような他の張力変化として、温度変化に起因する張力変化が考えられる。
【００１３】
本発明の有利な改善形態では、本発明のコリオリ質量流量測定装置にさらに、圧力信号出力装置と接続された質量流量出力装置が設けられており、この質量流量出力装置から圧力信号に基づいて補正された質量流量信号が出力される。これによりコリオリ質量流量測定装置から出力される質量流量信号を、測定管を通流する媒体の圧力に関して補正することができ、その際に別個の圧力センサにより、典型的にはコリオリ質量流量測定装置の測定管の直前または直後で別個に圧力を測定する必要がない。
【００１４】
冒頭に述べたコリオリの原理に従い動作する質量流量測定装置での圧力測定方法から出発して、上記課題は次のようにして解決される。すなわち測定管の機械的張力を検出し、検出された測定管の張力に基づいて測定管内の圧力を検出するのである。
【００１５】
本発明の方法の有利な改善形態は、前に説明した本発明の質量流量測定装置の有利な改善形態と同様にして得られる。本発明の方法はとりわけ壁厚の薄く、その直径がその長さのオーダーにある測定管が設けられている質量流量測定装置に対して使用するのが適している。上にすでに述べたように本発明の方法を適用するのに適したコリオリ質量流量測定装置は例えばＷＯ０１／９２８３３に記載されている。
【実施例】
【００１６】
図１には、本発明の第１実施例によるコリオリ質量流量測定装置が概略的に示されている。このコリオリ質量流量測定装置は測定管１を有し、測定管には励振器２が取り付けられている。本発明の第１実施例によるコリオリ質量流量測定装置はいわゆる「シェルの薄い」装置として構成されている。これの意味するのは、壁が比較的薄く、ここでは０．２５ｍｍの壁厚しか有しておらず、測定管１の長さとその直径との比が小さく、ここでは４以下であることを意味する。具体的には第１実施例によるコリオリ質量流量測定装置の測定管１は長さが約９０ｍｍ、直径は約２５ｍｍである。
【００１７】
図１からわかるように、測定管１には張力センサ３が配置されており、これは伸長測定計の形態にある。機械的パラメータ、例えば伸び、圧縮、撓み、捻れ、並びに所属のエラスティックな張力に対する測定センサとしての伸長測定計は従来技術から公知である。このような伸長測定計で作用する測定素子は例えば細い抵抗ワイヤからなり、ループ状またはジグザグ状に、伸長可能なテープ（例えば支持体としてのプラスチックからなる）に取り付けられている。伸長測定計が変形可能な本体、例えば本発明の第１実施例によるコリオリ質量流量測定装置の測定管１に取り付けられていれば、この伸長測定計は測定個所の負荷の際に発生する伸びまたは縮を受ける。このことは抵抗ワイヤの延長および横方向収縮ないし短縮および横方向圧縮を引き起こし、ひいてはその抵抗値を変化させる。この抵抗変化は伸長に比例し、ひいてはフックの法則に従いエラスティックな張力に比例する。
【００１８】
測定管１の周囲長変化、すなわち測定管の周方向における伸長ないし収縮を検出するためには、測定テープが測定管１の長手軸に対し角度を以て配置されていなければならない。図１によれば、本発明の第１実施例で張力センサ３は伸長測定計の形態で正確に測定管１の周方向に取り付けられている。従ってこの張力センサ３により測定管１の周囲長変化に起因する張力変化だけが検出され、他の張力変化、とりわけ測定管１の長さ方向の変化は検出されない。
【００１９】
図１に示されているように、本発明の第２実施例によるコリオリ質量流量測定装置には圧力信号出力装置４が設けられており、この圧力信号出力装置は張力センサ３と計算ユニット５を介して接続されている。張力センサ３により検出された張力信号はマイクロプロセッサの形態に構成することのできる計算ユニット５に供給され、ここで経験的に求められた値、すなわち張力センサ３により検出された張力と測定管１を通流する媒体の圧力との依存性に対する経験的関数に従って張力信号から圧力信号が計算される。この圧力信号は圧力信号出力装置４に出力のため供給される。圧力信号出力装置４は光学的表示器の形態に構成することができるが、圧力信号出力装置４がバスインタフェースであっても良い。この場合、圧力信号は他の値に処理される。第１実施例では圧力信号出力装置４はコリオリ質量流量測定装置の質量流量出力装置６に接続されており、質量流量信号を圧力信号により補正する。そして質量流量測定装置６から圧力信号に基づいて補正された質量流量信号が出力される。
【００２０】
図２には第２実施例によるコリオリ質量流量測定装置が概略的に示されている。第２実施例によるコリオリ質量流量測定装置では励振器２の近傍に間隔をおいて２つの振動センサ７が設けられている。これらの振動センサ７はコリオリ効果の影響を受けた測定管１の振動信号を検出する。ここでコリオリ質量流量測定装置では一般的に公知のように、一方の振動センサと他方の振動センサ７の振動信号から生じる位相差から測定管１を通流する質量流量が計算される。従って振動センサは図２には図示されていないが、質量流量出力装置６と、質量流量に対する値の出力のため接続されている。
【００２１】
付加的に図２から分るように、第２実施例のコリオリ質量流量測定装置では温度センサ８が設けられている。この温度センサは測定管１に取り付けられている。冒頭に説明したように測定管１の張力変化はとりわけ温度変化によって発生するから、測定管１の温度を温度センサ８により検出することによって、温度変化に起因する測定管１の張力変化を求めることができる。これにより検出された張力信号を補正することができ、測定管１を通流する媒体の圧力変化によってだけ生じた張力変化に基づく張力信号を得ることができる。
【００２２】
図２では付加的に張力センサ３が補助張力センサ９と共に設けられている。ここでは張力センサ３は完全に測定管１の周方向に配向されており、補助張力センサ９０はこれに対して垂直に延在している。すなわち測定管１の長手方向に配向されている。補助張力センサ９のこの配向によって、このセンサは周方向張力変化は検出しないが、次の方法が可能になる。張力センサ３並びに補助張力センサ９がそれぞれ伸長測定計の形態で図３に示すようにホイートストーンブリッジに配置される。張力センサ３も補助張力センサ９も両方が温度変化の影響を受けることによって、ホイートストーンブリッジの平衡状態では温度作用が除去される。ホイートストーンブリッジの出力端１０に出力される電気的張力信号は測定管１の温度変化に起因する張力変化には依存しない。ホイートストーンブリッジの入力端１１は公知のように供給電圧の端子と接続される。
【００２３】
図２の第２実施例によるコリオリ質量流量測定装置では、温度センサ８と、張力センサ３および補助張力センサ９との組合せがホイートストーンブリッジの枠内で設けられている。もちろん温度作用を除去するために、補助張力センサ９なしで張力センサ３を温度センサ８と共に設けることもできる。しかし温度センサ８は、張力センサ３と補助張力センサ９とが前に説明した組合せのように設けられていれば省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施例によるコリオリ質量流量測定装置の概略図である。
【００２５】
【図２】本発明の第２実施例によるコリオリ質量流量測定装置の概略図である。
【００２６】
【図３】第２実施例のコリオリ質量流量測定装置に対する回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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