(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動式デンシトメータ(200)に使用されるように構成され、ベース(102)と該ベース(102)に固定される振動チューブ部(104)を備えた振動部材(100)であって、前記振動チューブ部(104)は、
内径部(104a)と、
外径部(104b)を備え、内径部(104a)は外径部(104b)から半径方向にシフトして、内径部(104a)は外径部(104b)とは同心ではなく、半径方向にシフトすることにより、振動チューブ部(104)における振動モード間の周波数分離が高められる、振動チューブ部(104)を備える、振動部材。
【請求項２】
前記振動チューブ部(104)は、１以上のラジアル振動モードにて振動されるように構成される、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項３】
前記振動チューブ部(104)は、第１の厚み(Ｔ１)を有する第１の断面部と、
第２の厚み(Ｔ２)を有する第２の断面部を有し、
第１の厚み(Ｔ１)は第２の厚み(Ｔ２)よりも薄い、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項４】
第１の厚み(Ｔ１)は第２の厚み(Ｔ２)と直径方向に反対側にある、請求項３に記載の振動部材(100)。
【請求項５】
第１の厚み(Ｔ１)と第２の厚み(Ｔ２)間の前記振動チューブ部(104)の壁厚は、前記振動チューブ部(104)の周囲に沿って第１の厚み(Ｔ１)から第２の厚み(Ｔ２)に増加する壁厚の傾きを備えている、請求項３に記載の振動部材(100)。
【請求項６】
第１の厚み(Ｔ１)は約０.０２ｍｍから約０.３０ｍｍの間であり、第２の厚み(Ｔ２)は約０.０２ｍｍから約０.３０ｍｍの間である、請求項３に記載の振動部材(100)。
【請求項７】
第１の厚み(Ｔ１)は約０.０４ｍｍから約０.０９ｍｍの間であり、第２の厚み(Ｔ２)は約０.１４ｍｍから約０.１８ｍｍの間である、請求項３に記載の振動部材(100)。
【請求項８】
前記振動チューブ部(104)は、約０.０８ｍｍから０.２５ｍｍの間の平均壁厚を備えている、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項９】
半径方向のシフトは、約０.０２ｍｍから約０.０６ｍｍの間である、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項１０】
前記振動チューブ部(104)における振動モード間の周波数分離は、約２Ｈｚから２００Ｈｚの間である、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項１１】
前記振動チューブ部(104)における振動モード間の周波数分離は、約５Ｈｚから５０Ｈｚの間である、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項１２】
前記振動チューブ部(104)は、振動式デンシトメータ(200)のハウジング(210)内に含まれる、請求項１に記載の振動部材(100)。
【請求項１３】
前記振動式デンシトメータ(200)は、
前記ハウジング(210)に対し、前記振動チューブ部(104)を振動させるように構成されたドライバ(202)と、
前記振動チューブ部(104)の振動を検出するように構成された少なくとも１つの振動センサ(204)を備える、請求項１２に記載の振動部材(100)。
【請求項１４】
振動式デンシトメータに用いられるように構成された振動部材を形成する方法であって、
ベースを形成するステップと、
内径部と外径部を備えた振動チューブ部を形成するステップであって、内径部は外径部から半径方向にシフトして、内径部は外径部とは同心ではなく、半径方向にシフトすることにより、振動チューブ部における振動モード間の分離が高められるステップと、
前記振動チューブ部をベースに固定するステップを備えている、方法
【請求項１５】
前記振動チューブ部を１以上のラジアル振動モードにて振動されるように構成するステップを備えている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記振動チューブ部を形成するステップは、
第１の厚みを有する第１の断面部を形成するステップと、
第２の厚みを有する第２の断面部を形成するステップとを備え、
第１の厚みは第２の厚みよりも薄い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記振動チューブ部を形成するステップは、第１の厚みを第２の厚みとは直径方向に反対側に形成するステップを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記振動チューブ部を形成するステップは、振動チューブ部の壁厚を第１の厚みと第２の厚みの間で可変に形成し、振動チューブ部の周囲に沿って第１の厚みから第２の厚みに増加する壁厚の傾きを形成するステップを備えている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
第１の断面部を形成するステップは、第１の厚みを約０.０２ｍｍから約０.３０ｍｍの間で形成し、第２の厚みを約０.０２ｍｍと約０.３０ｍｍの間で形成するステップを備えている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
第１の断面部を形成するステップは、第１の厚みを約０.０４ｍｍから約０.０９ｍｍの間で形成し、第２の厚みを約０.１４ｍｍと約０.１８ｍｍの間で形成するステップを備えている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記振動チューブ部を形成するステップは、振動チューブ部の平均壁厚を約０.０８ｍｍから０.２５ｍｍの間で形成するステップを備えている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
半径方向のシフトは、約０.０２ｍｍから約０.０６ｍｍの間である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約２Ｈｚから２００Ｈｚの間である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約５Ｈｚから５０Ｈｚの間である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約２Ｈｚから２００Ｈｚの間である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記振動チューブ部を収容するように構成された振動式デンシトメータのハウジングを提供するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
ハウジングに対し、振動チューブ部を振動させるように構成されたドライバを提供するステップと、
前記振動チューブ部の振動を検出するように構成された少なくとも１つの振動センサを提供するステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式デンシトメータ(密度計)に関し、特に振動式デンシトメータの振動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
デンシトメータは、当該技術分野において一般的に知られており、流体の密度を測定するために使用される。流体は、液体、気体、懸濁微粒子及び/又は取り込まれた気体を有する液体、またはそれらの組み合わせを含み得る。
振動式デンシトメータは、測定中に流体に曝されるシリンダーのような振動部材を含む。振動式デンシトメータの一例は、既存のパイプライン又は他の構造に結合された入口端部と、自由に振動する出口端部とを有する片持ち梁状に取り付けられた円筒形の導管を含む。導管は振動させられて、共振周波数が測定される。当該技術分野で一般的に知られているように、測定される流体の密度は、流体の存在下で導管の共振周波数を測定することによって決定され得る。周知の原理に従って、導管の共振周波数は導管に接する流体の密度とは反比例する。他のスタイルの振動式デンシトメータは、米国特許第６,６４７,８０７号に記載されているように周知である。
【０００３】
図１は、従来技術の振動式ガスデンシトメータの振動シリンダを示す。従来技術の環状の振動シリンダは、固有(即ち、共振)周波数で、またはその近傍で振動させることができる。気体の存在下でシリンダの共振周波数を測定することによって、気体の密度を決定することができる。従来技術の振動シリンダは、金属で形成されてもよく、シリンダ壁の変動及び/又は欠陥が振動シリンダの共振周波数に影響しないように、均一な厚さで構成される。そのような従来技術のシリンダは、国際特許公開ＷＯ２０１４/０５１５７４号に見出される。同様の従来技術のシリンダは、また国際特許公開ＷＯ２０１４/１６３６４２号にも見出される。
【０００４】
理論的には、完全に環状で均一な断面形状を有するシリンダは、図２に示すように、１つの３つに別れた周波数モード形状のみをもたらす。しかし、図３に示すように、公差の差異およびその他の不規則性または不完全性によって生じる実世界の非対称性は、おそらくは周波数が非常に近い２つの振動モード形状を生成する環状チューブに多分帰結する。２つの振動モードを区別することは事実上不可能なので、これは問題である。結果的に、従来技術の振動式デンシトメータは、２つの振動モードの混合または組み合わせである共振周波数値を生成し、密度測定に誤差をもたらすことがある。
【０００５】
図４は、従来技術のデンシトメータを示す。従来技術のデンシトメータは、ハウジング内に少なくとも部分的に配置された円筒形の振動部材を含む。ハウジング又は振動部材は、デンシトメータをパイプラインまたは同様の流体搬送デバイスに流体を密封する方式で動作可能に連結するフランジまたは他の部材を含むことができる。示された例にて、振動部材は、入口端部でハウジングに片持ち梁状に取り付けられ、反対側の端部を自由に振動させるままにする。振動部材は、流体がデンシトメータに入り、ハウジングと振動部材との間を流れることを可能にする複数の流体開口を含む。従って、流体は、振動部材の内側面及び側面に接触する。これは、被測定流体が気体を含む場合に、より大きな表面積が気体に曝されるので、特に有用である。他の例において、開口がハウジング内に設けられ、振動部材の開口は必要ではない。
【０００６】
ドライバと振動センサがシリンダ内に配置される。ドライバは、メータ電子機器から駆動信号を受信し、共振周波数またはその付近で振動部材を振動させる。振動センサは、振動部材の振動を検出し、処理のために振動情報をメータ電子機器に送信する。メータ電子機器は、振動部材の共振周波数を決定し、測定された共振周波数から密度測定値を生成する。
【０００７】
正確な密度測定値を得るために、共振周波数は非常に安定していなければならない。所望の安定性を達成する１つの従来技術のアプローチは、振動部材をラジアル振動モードで振動させることである。ラジアル振動モードにて、振動部材の長手方向軸は大凡静止したままであり、一方、振動部材の壁の少なくとも一部は、その静止位置から平行移動及び/又は回転する。ラジアル振動モードは直線状の導管のデンシトメータにて好ましい、何故ならラジアル振動モードは自己平衡であり、従って、振動部材の取り付け特性は他のいくつかの振動モードに比べて重要ではないからである。図３は、振動部材の壁の動きを示し、第１のラジアル振動モードと第２のラジアル振動モードを示す。これは、３つに別れたラジアル振動形を構成するラジアル振動モードの例である。
【０００８】
気体密度シリンダの重要な設計基準は、モード形状が容易かつ正確に識別されるように振動モード形状を分離することである。振動部材が完全な環状の断面形状を有し、完全に均一な壁厚を有する場合、３つに別れたラジアル振動モードが１つだけ存在する。しかし、設計公差のために、これは通常達成できない。従って、製造業者が完全に均一な肉厚を有する完全に環状の振動部材を作製しようとすると、小さな欠陥により周波数が互いに非常に近い２つの振動モードで振動する２つの３つに別れたラジアル振動が生じる。２つのモード間の周波数分離は、一般的には非常に小さく、例えば、１ヘルツ未満であってもよい。２つの周波数が接近していると、密度の決定が困難または不可能になることがある。
【０００９】
幾つかの先行技術のデンシトメータでは、この問題は、振動部材がラジアル振動モード間で最小の周波数分離を有するように振動部材を調整することによって対処される。調整は、軸方向に整列されたストリップ内の振動部材の壁に長手方向に厚い領域及び薄い領域を形成することを含む、様々な技術に従って達成することができる。しかしながら、この先行技術の厚さ調整は、依然として非常に厳しい公差を必要とし、製造の困難さ及び高コストを招来する。
従って、振動モード分離が強化された振動式デンシトメータに対するニーズが存在する。
【発明の概要】
【００１０】
実施形態に従って、振動式デンシトメータに適用される振動部材が提供される。実施形態は、ベースと該ベースに固定される振動チューブ部を備える。振動チューブ部は内径部と外径部を備え、内径部は外径部から半径方向にシフトして、内径部は外径部とは同心ではなく、半径方向のシフトにより、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離が高められる。
【００１１】
振動式デンシトメータに用いられるように構成された振動部材を形成する方法が提供される。該方法はベースを形成するステップと、内径部と外径部を備えた振動チューブ部を形成するステップであって、内径部は外径部から半径方向にシフトして、内径部は外径部とは同心ではなく、半径方向のシフトにより、振動チューブ部における振動モード間の分離が高められるステップと、振動チューブ部をベースに固定するステップを備えている。
【００１２】
態様
一態様において、振動部材は振動式デンシトメータに使用されるように構成されて、ベースと該ベースに固定される振動チューブ部を備える。振動チューブ部は内径部と外径部を備え、内径部は外径部から半径方向にシフトして、内径部は外径部とは同心ではなく、半径方向のシフトにより、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離が高められる。
【００１３】
好ましくは、振動チューブ部は、１以上のラジアル振動モードにて振動されるように構成される。
好ましくは、振動チューブ部は、第１の厚みを有する第１の断面部と、第２の厚みを有する第２の断面部を有し、第１の厚みは第２の厚みよりも薄い。
好ましくは、第１の厚みは第２の厚みと直径方向に反対側にある。
【００１４】
好ましくは、第１の厚みと第２の厚み間の振動チューブ部の壁厚は、振動チューブ部の周囲に沿って第１の厚みから第２の厚みに増加する壁厚の傾きを備えているのが好ましい。
好ましくは、第１の厚みは約０.０２ｍｍから約０.３０ｍｍの間であり、第２の厚みは約０.０２ｍｍから約０.３０ｍｍの間である。
好ましくは、第１の厚みは約０.０４ｍｍから約０.０９ｍｍの間であり、第２の厚みは約０.１４ｍｍから約０.１８ｍｍの間である。
好ましくは、振動チューブ部は約０.０８ｍｍから０.２５ｍｍの間の平均壁厚を備えている。
【００１５】
好ましくは、半径方向のシフトは、約０.０２ｍｍから約０.０６ｍｍの間である。
好ましくは、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約２Ｈｚから２００Ｈｚの間である。
好ましくは、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約５Ｈｚから５０Ｈｚの間である。
好ましくは、振動チューブ部は、振動式デンシトメータのハウジング内に含まれる。
好ましくは、振動式デンシトメータは、ハウジングに対し、振動チューブ部を振動させるように構成されたドライバと、振動チューブ部の振動を検出するように構成された少なくとも１つの振動センサを備える。
【００１６】
一態様において、振動式デンシトメータに用いられるように構成された振動部材を形成する方法が提供される。該方法はベースを形成するステップと、内径部と外径部を備えた振動チューブ部を形成するステップであって、内径部は外径部から半径方向にシフトして、内径部は外径部とは同心ではなく、半径方向のシフトにより、振動チューブ部における振動モード間の分離が高められるステップとを備えている。方法はまた、振動チューブ部をベースに固定するステップを備えている。
【００１７】
好ましくは、方法は振動チューブ部を１以上のラジアル振動モードにて振動されるように構成するステップを備えている。
好ましくは、振動チューブ部を形成するステップは、第１の厚みを有する第１の断面部を形成するステップと、第２の厚みを有する第２の断面部を形成するステップとを備え、第１の厚みは第２の厚みよりも薄い。
好ましくは、振動チューブ部を形成するステップは、第１の厚みを第２の厚みとは直径方向に反対側に形成するステップを備える。
【００１８】
好ましくは、振動チューブ部を形成するステップは、振動チューブ部の壁厚を第１の厚みと第２の厚みの間で可変に形成し、振動チューブ部の周囲に沿って第１の厚みから第２の厚みに増加する壁厚の傾きを形成するステップを備えている。
好ましくは、第１の断面部を形成するステップは、第１の厚みを約０.０２ｍｍから約０.３０ｍｍの間で形成し、第２の厚みを約０.０２ｍｍと約０.３０ｍｍの間で形成するステップを備えている。
好ましくは、第１の断面部を形成するステップは、第１の厚みを約０.０４ｍｍから約０.０９ｍｍの間で形成し、第２の厚みを約０.１４ｍｍと約０.１８ｍｍの間で形成するステップを備えている。
【００１９】
好ましくは、振動チューブ部を形成するステップは、振動チューブ部の平均壁厚を約０.０８ｍｍから０.２５ｍｍの間で形成するステップを備えている。
好ましくは、半径方向のシフトは、約０.０２ｍｍから約０.０６ｍｍの間である。
好ましくは、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約２Ｈｚから２００Ｈｚの間である。
好ましくは、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約５Ｈｚから５０Ｈｚの間である。
【００２０】
好ましくは、振動チューブ部における振動モード間の周波数分離は、約２Ｈｚから２００Ｈｚの間である。
好ましくは、振動チューブ部を収容するように構成された振動式デンシトメータのハウジングを提供するステップを備える。
好ましくは、方法はハウジングに対し、振動チューブ部を振動させるように構成されたドライバを提供するステップと、振動チューブ部の振動を検出するように構成された少なくとも１つの振動センサを提供するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
全ての図面上で、同じ参照符号は同じ要素を表す。図面は必ずしも、原寸に比例していない。
【図１】従来技術の振動式ガスデンシトメータの振動シリンダを示す。
【図２】ラジアルモードで振動する図１の従来技術の振動シリンダを示す。
【図３】第１のラジアル振動モード及び第２のラジアル振動モードを示す振動部材の壁の動きを示す。
【図４】従来技術のデンシトメータを示す。
【図５】実施形態に従った振動式デンシトメータに用いられる振動部材を示す。
【図６】実施形態に従った振動式デンシトメータを示す。
【図７】図５の振動部材の断面を示す。
【図８】実施形態に従った振動式デンシトメータの断面を示す。
【図９】振動周波数対振動部材の壁厚のグラフであり、振動式デンシトメータにおける第１及び第２のラジアル振動モード間の周波数分離に関する壁厚の効果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図５−図９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の実施形態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。
【００２３】
図５は、本発明の一実施形態による振動式デンシトメータ200(図６及び図８参照)で使用するための振動部材100を示す。示された実施形態の振動部材100は、ベース102と該ベース102に固定される長く延びた振動チューブ部104を備える。振動部材100は、大凡中空であり、入口端部106と出口端部108とを含む。ベース102は、振動部材100の入口端部106に位置する。入口端部106は、振動式デンシトメータ200のハウジング210(図６及び図８参照)または他の構成要素に結合され得る。振動部材100を通って流入又は流出する流体は、入口端部106にて入り、出口端部108にて出る。一実施形態では、入口端部106は出口であるように構成され、出口端部108は入口であるように構成されてもよいことが理解されるだろう。
【００２４】
振動チューブ部104は、密度を感知する要素を備えている。幾つかの実施形態において、振動チューブ部104は薄肉金属チューブである。動作にて、振動チューブ部104は、その固有周波数にてラジアルモードで振動するように作動される(例えば、図２及び図３参照)。振動部材100(ひいては振動チューブ部104)は、１つ以上のラジアル振動モードで振動するように構成される。流体は、振動チューブ部104の内面110及び/又は外面112を通過することができ、従って、流体は、振動チューブ部104の露出した側面と接触する。チューブと共に振動する流体の質量は、流体の密度に依存する。振動質量を増加させると振動の固有振動数が低下するので、流体の存在下で振動部材100が振動するときに、振動部材100の固有又は共振振動周波数を測定することによって流体の密度が決定される。流体は、気体、液体、懸濁微粒子及び/又は取り込まれた気体を有する液体、またはそれらの組み合わせである。
【００２５】
続けて図５を参照し、更に図７を参照すると、一実施形態では、振動チューブ部104は、その外径部104bから半径方向にシフトした内径部104aを有する。従って、内径部104aは外径部104bと同心ではない。これにより、第１の厚さＴ１が第２の厚さＴ２より薄くなるように壁厚が変化するシリンダが形成される。一実施形態にて、Ｔ１及びＴ２は振動チューブ部104の直径方向に反対側に位置する。環状の直径が示されているが、楕円形の断面もまた考えられる。一実施形態では、Ｔ１は振動チューブ部104の外周に沿った最も薄い領域であり、一方、Ｔ２は振動チューブ部104の外周の最も厚い領域である。従って、Ｔ１とＴ２との間の壁厚は連続的に可変であり、振動チューブ部104の外周に沿ってＴ１からＴ２まで増加する壁厚の勾配を形成する。
【００２６】
振動チューブ部104の剛性は振動チューブ部104の厚さに対応するので、剛性は振動チューブ部104の外周に沿ってＴ１からＴ２に増加することは明らかである。また、剛性が外周に沿って変化するにつれて、周波数分離が対応して変化することも理解されるべきである。また、振動チューブ部104の滑らかで連続的な表面は、比較的高い品質係数(Q factor)をもたらし、従って容易に振動可能であるが、依然として周波数を分離する能力を有することにも留意されたい。
【００２７】
周波数分離は、ラジアル振動モードなどの振動モード間の周波数分離を含む。例えば、周波数分離は、第１のラジアル振動モードと第２のラジアル振動モードとの間の周波数分離を含むことができる。その結果、第１の振動モードと第２の振動モードとの間の周波数分離は、振動式デンシトメータ200の設計者が、振動チューブ部104の適切な厚さの選択だけでなく、内径部104aと外径部104bとの間が、半径方向にずれることによって、選択することができる。
【００２８】
幾つかの実施形態にて、振動チューブ部104は約0.08ｍｍと0.25ｍｍの間の平均壁厚を有する。一実施形態では、平均壁厚は約0.12ｍｍである。一実施形態では、半径方向のシフトは、約0.02ｍｍと0.06ｍｍの間である。一実施形態において、半径方向のシフトは、約0.045ｍｍである。一実施形態において、第１の厚さＴ１は約0.02ｍｍと0.30ｍｍの間であり、第２の厚さＴ２は約0.02ｍｍと0.30ｍｍの間である。幾つかの実施形態にて、半径方向のシフトの距離は、所望の周波数分離を付与するように選択される。
【００２９】
一実施形態によれば、意図した駆動モードと意図しない駆動モードの間の周波数分離は、閾値量に等しいか、閾値量を超える。例えば、幾つかの実施形態では、より低い周波数の３つに別れた振動モードが、少なくとも10Ｈｚだけ次の最も近い振動モードから分離されることを必要とする場合がある。しかし、10Ｈｚは単なる一例であり、特定の周波数分離は用途ごとに異なり、以下の特許請求の範囲を決して限定するものではないことを理解されたい。実施形態にて、周波数分離は、約2Ｈｚと約200Ｈｚとの間である。一実施形態では、周波数分離は約5Ｈｚと約50Ｈｚとの間である。現在の実施形態は、２つの周波数を分離し、設計の堅牢性を改善し、設計を製造公差に対してあまり影響を受けないようにする(less sensitive)ために、振動チューブ部104の半径方向がシフトされた直径を有する新規性のあるユニークな幾何学的形状を使用する。
【００３０】
限定されない例示的な実施例として、約0.15ｍｍの平均壁厚及び約0.045ｍｍの半径方向のシフトを有する振動チューブ部104は、約0.07ｍｍの第１の厚さＴ１及び約0.16ｍｍの第２の厚さＴ２を有する。これらの値は図９の点に反映され、図９は、第１のラジアル振動モードと第２のラジアル振動モードとの間の周波数分離を示すグラフである。厚さＴ２が0.16ｍｍである振動チューブ部104は、約47Ｈｚの周波数分離を生じる。完全に丸い振動チューブ部104において、これらの同じモード間の差異はほとんど区別できないことに留意すべきである。
【００３１】
図６を参照して、図８を導入し、振動式デンシトメータ200は、気体、液体、取り込まれた気体を含む液体、懸濁微粒子及び/又は気体を有する液体、またはそれらの組み合わせなどの流体の密度を決定するように構成され得る。
【００３２】
実施形態によれば、振動式デンシトメータ200は、ハウジング210の内部に振動部材100を含む。振動部材100は、ハウジング210に恒久的に又は着脱可能に固定され得る。測定される(quantified)流体は、ハウジング210に導入されてもよいし、ハウジング210を通過してもよい。幾つかの実施形態において、振動部材100は、ハウジング210と略同心である。しかし、振動部材100は断面形状がハウジング210と完全に一致している必要はない。
【００３３】
振動チューブ部104が振動式デンシトメータ200に取り付けられると、振動部材100の入口端部106はハウジング210に結合され、一方、出口端部108は自由に振動する。示される実施形態では、振動チューブ部104はハウジング210に直に連結されていないが、その代りにベース102がハウジング210に連結されて、出口端部108は自由に振動する。その結果、振動チューブ部104はハウジング210に片持ち梁状に取り付けられる。
【００３４】
実施形態によれば、振動式デンシトメータ200は、中央タワー212に連結されるドライバ202と少なくとも１つの振動センサ204を含む。ドライバ202は、振動部材100を１以上の振動モードで振動させるように構成される。ドライバ202は、振動部材100内に位置する中央タワー212内に配置されて示されているが、幾つかの実施形態では、例えば、ドライバ202は、ハウジング210と振動部材100の間に配置されてもよい。更に、ドライバ202は入口端部106のより近くに配置されて示されているが、ドライバ202は任意の所望の位置に配置されてもよいことは理解されるべきである。
【００３５】
実施形態によれば、ドライバ202はリード208を介してメータ電子機器206から電気信号を受信する。示された実施形態にて、少なくとも１つの振動センサ204は、ドライバ202と同軸に整列される。他の実施形態では、少なくとも１つの振動センサ204は、他の位置において振動部材100に結合される。例えば、少なくとも１つの振動センサ204は、振動部材100の外面に配置されてもよい。さらに、少なくとも１つの振動センサ204は、振動部材100の外側に配置され、その一方、ドライバ202が振動部材100の内側に位置していてもよく、またはその逆であってもよい。
【００３６】
少なくとも１つの振動センサ204は、リード208を介して信号をメータ電子機器206に送信する。メータ電子機器206は少なくとも１つの振動センサ204によって受信される信号を処理して、振動部材100の共振周波数を決定する。実施形態にて、ドライバ202と振動センサ204は振動部材100に磁気的に連結され、このようにしてドライバ202は磁界を介して振動部材100内に振動を誘発し、振動センサ204は近接した磁界内の変化を介して振動部材100の振動を検知する。試験される流体が存在する場合、振動部材100の共振周波数は、当該技術分野で知られているように、流体密度に反比例して変化する。比例的な変化は、例えば、初期較正中に決定され得る。図示の実施形態では、少なくとも１つの振動センサ204はまたコイルを含む。ドライバ202は電流を受け取って振動部材100内に振動を誘発し、少なくとも１つの振動センサ204はドライバ202によって生成された振動部材100の動きを用いて、電圧を誘発する。コイルドライバ及びセンサは当該技術分野で公知であり、記載の簡潔化の為に、それらの動作の更なる記載は省略する。
【００３７】
更に、ドライバ202及び少なくとも１つの振動センサ204は、コイルに限定されず、むしろ、例えばピエゾ電気センサ、レーザセンサなどの様々な他の周知の振動構成要素を含むことができることは理解されるべきである。従って、本実施形態は決してコイルに限定されるべきではない。更に当業者は、本実施形態の範囲内にとどまりながら、ドライバ202及び少なくとも１つの振動センサ204の特定の配置を変更できることを容易に認識するであろう。
【００３８】
メータ電子機器206は、バス214または他の通信リンクに結合されてもよい。メータ電子機器206は、バス214を介して密度測定値を通信することができる。メータ電子機器206は、バス214を介して任意の方法の他の信号、測定値又はデータを送信することもできる。更に、メータ電子機器206は、バス214を介して指示、プログラミング、他のデータ、またはコマンドを受信し得る。
【００３９】
動作中、振動チューブ部104の壁は、ドライバ202又は他の励起機構によって半径方向及び半径方向振動モードで励起される。振動チューブ部104の壁は、対応する半径方向モードで振動するが、それは細長い振動チューブ部104及び周囲の流れ流体の共振周波数で振動する。振動の駆動力とチューブ壁の非対称性との間の関係により、１つ以上のモード形状が励起される。
【００４０】
振動チューブ部104は、得られた振動モードを少なくとも所定の周波数差で分離し、実際の振動モード間を識別する。その結果、振動式デンシトメータ200は、少なくとも１つの振動センサ204によってピックアップされた振動モードをフィルターにかけるか、さもなければ分離又は識別することができる。
【００４１】
振動部材100の構成時に、振動チューブ部104とベース102が形成される。一実施形態では、振動部材100は機械加工によって少なくとも部分的に形成される。一実施形態では、振動部材100は、放電加工によって少なくとも部分的に形成される。これらの構成は、可能性のある構成技術の例を限定せず、他の構成技術を限定する役目を有しない。当業者には明らかなように、振動チューブ部104が形成され、該振動チューブ部104はその外径部104bから半径方向にシフトした内径部104aを備える。内径部104aは外径部104bと同心ではなく、第１の厚さＴ１が第２の厚さＴ２よりも小さくなるように、振動チューブ部104が可変の壁厚を有するように形成される。実施形態にて、厚さＴ１及びＴ２は振動チューブ部104の直径方向の反対側に位置する。
【００４２】
振動チューブ部104はベース102と同じ材料片である。一実施形態では、振動チューブ部104が形成され、続いてベース102に固定される。幾つかの実施形態では、振動チューブ部104は、ベース102に溶接またはろう付けされてもよい。しかし、振動チューブ部104は、ベース102に恒久的にまたは取り外し可能に固定されることを含め、任意の適切な方法でベース102に固定されてもよいことは理解されるべきである。実施形態にて、振動チューブ部104の形状により、デンシトメータ本体216上に取り付けた際のベース102の回転向きは重要ではなく、アセンブリは簡素化されて、振動部材100を回転させる振動式デンシトメータ200の部分を省略することができ、組立てを簡素化し、関連コストを低減することができる。
【００４３】
ここでの記載は、一端部が固定され、他端部が自由である振動チューブに関するが、この概念と例はまた、両端部が固定され、ラジアルモードで振動されるちゅーびにも適用される。
【００４４】
上記の実施形態の詳細な記述は、本発明の範囲内にある発明者によって熟考された全ての実施形態の完全な記述ではない。実際に当業者は、さらに実施形態を作成するために上記実施形態のある要素が種々に組み合わせられるかもしれないし除去されるかもしれないことを認識している、そしてそのような、さらなる実施形態は現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある。現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある追加の実施形態を作成するために、上記実施形態の全部或いは一部が組み合わせられるかもしれないことも当業者には明白である。
【００４５】
特定の実施形態が説明の目的のためにここに記載されるが、当該技術分野における熟練者には、様々な等価な修正は現在の記載の範囲内で可能であることが判るだろう。ここに提供される開示は、単に上記され、添付の図面に示される実施形態だけではなく他の振動部材に適用され得る。従って、上記の実施形態の範囲は、添付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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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