JP2001518610A - コリオリ流量計に使用されるピックオフと振動型駆動装置との組合わせ、及びこの組合わせを使用する方法 - Google Patents

コリオリ流量計に使用されるピックオフと振動型駆動装置との組合わせ、及びこの組合わせを使用する方法

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Abstract

(57)【要約】 振動駆動装置（１０４）が、流量計の流管（１０３Ａ及び１０３Ｂ）を振動させるようにコリオリ流量計（１０）へ動作的に接続される。計器電子装置（２０）は、コリオリ流量計からの質量流量と密度の計算に使用される逆起電力の計測を行う信号ピックオフとして駆動装置を使用することを可能にする模擬回路線（４１４、８０２、９０２）を含む。模擬回路は、逆起電力の計測を容易にするアナログ・コイル（６０４）と磁石（６００）とを含み、あるいは模擬回路はデジタル手段（８０４、８０６、８０８、９０４、９０６）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、電力を機械的動作へ変換するのに用いられる振動する振動型駆動装
置の分野に関し、特に、コリオリ効果に基く流量測定値の取得時にコリオリ流量
計の流管を振動させる形式の振動型駆動装置に関する。更に、本発明による振動
型駆動装置は、コリオリ流量計流管の振動モードを計測する信号ピックオフ装置
として振動型駆動装置を用いることを可能にする回路を組み込んでいる。
【０００２】 課題の記述 導管内を通過する材料に対する質量流量その他の情報を計測するためコリオリ
効果質量流量計を用いることは公知である。コリオリ流量計の事例は、Ｊ．Ｅ．
スミス等の１９７８年８月２９日の米国特許第４，１０９，５２４号、１９８５
年１月１日の同第４，４９１，０２５号及び１９８２年２月１１日の米国再発行
特許第３１，４５０号において開示されている。これらの流量計は、直線形状あ
るいは湾曲形状の１本以上の流管を備える。コリオリ質量流量計における各流管
の形態は、単純な曲げ、捩りあるいは結合形式であり得る１組の固有振動モード
を有する。各流管は、これらの固有モードの１つで共振して振動するように駆動
される。材料は、流量計の流入側の接続導管から流量計内へ流入し、流管を通っ
て流れ、流量計から流出側を介して流出する。材料で充填された振動する流管系
の固有振動モードは、部分的には、流管の質量の和と流管内に流れる材料とによ
って規定される。
【０００３】 流量計内に流れが存在しないとき、流管に沿った全ての点は、同位相又は補正
が可能な小さな初期の一定の位相ずれで、印加駆動作用力によって振動する。材
料が流れ始めると、コリオリ力は流管に沿った各点に異なる位相を持たせる。流
管の流出側における位相は駆動装置より進むが、流入側における位相は駆動装置
より遅れる。流管の運動を表わす正弦波信号を生じるように、ピックオフ・セン
サが流管に配置される。ピックオフ・センサから出力される信号は、ピックオフ
・センサ間の位相差を決定するため処理される。２つのピックオフ・センサ信号
間の位相差は、流管内の材料の質量流量に比例する。
【０００４】 各コリオリ流量計及び各振動管密度計の欠くことのできない構成要素は、駆動
又は励振システムである。当該駆動システムは、流管を振動させる周期的な物理
力を流管へ印加するように働く。この駆動システムは、流量計の流管に取付けら
れた駆動装置を含んでいる。この駆動装置機構は、典型的には、１本の導管に取
付けた磁石とこの磁石に対して対向関係で他の導管に取付けられた導線コイルの
ような、多くの周知の装置の１つを含む。駆動回路は、周期的な、典型的には正
弦波状あるいは方形波状の駆動電圧を駆動装置へ連続的に印加する。周期的な駆
動信号に応答してコイルにより生成される連続的な交番磁界と該磁石により生成
される一定の磁界との相互作用により、両方の導管は対向する正弦波パターンで
振動するよう強制され、該パターンはその後維持される。当業者が認識するよう
に、電気信号を機械的作用力へ変換することが可能な任意の装置が駆動装置とし
ての使用に適する。カーペンタに発行され名義がマイクロ・モーション社へ譲渡
された米国特許第４，７７７，８３３号明細書参照。また、正弦波信号を用いる
必要はなく、むしろ、任意の周期的信号が駆動信号として適切である。カロティ
等に発行され名義がマイクロ・モーション社へ譲渡された同第５，００９，１０
９号参照。
【０００５】 コリオリ流量計が振動するよう駆動される典型的ではあるが唯一のモードでは
ないモードは、第１の位相ずれ曲げモードである。この第１の位相ずれ曲げモー
ドは、２重管コリオリ流量計の２本の管が相互に逆方向に振動する基本曲げモー
ドである。しかし、このモードは、第１の位相ずれ曲げモードで駆動されるコリ
オリ流量計の振動構造に存在する唯一の振動モードではない。最終的には、第１
の位相ずれ曲げモードで振動するよう駆動されるコリオリ流量計には数百の振動
モードが実際に励振される。このため、第１の位相ずれ曲げモードで振動或いは
共振するよう駆動されるコリオリ流量計は、実際には、第１の位相ずれ曲げモー
ドに加えて多くの他のモードで振動する導管を有する。第１の位相ずれ曲げモー
ドとは異なるモードで振動するよう駆動される流量計は、意図された駆動モード
に加えて多数の励振モードの同じ現象を経験する。
【０００６】 現存する駆動システムは、駆動信号を生成するために、典型的にはピックオフ
・センサ信号の１つであるフィードバック信号を処理する。不都合なことに、こ
の駆動フィードバック信号は、所望の励振モードに加えて、他のモードからの応
答を含む。このため、駆動フィードバック信号は、周波数領域フィルタを通して
不要な成分が除去するよう濾波され、濾波された信号は増幅されて駆動装置へ印
加される。駆動フィードバック信号を濾波するため用いられる周波数領域フィル
タは、１つの所望の駆動モードを駆動フィードバック信号に存在する他のモード
応答から分離するのには有効でない。所望のモード共振周波数に近い他のモード
からの非共振応答が存在し得る。また、所望の共振周波数に近い周波数における
共振応答も存在し得る。濾波された駆動フィードバック信号、即ち駆動信号は、
典型的には、流管の励振のための所望モード以外の周波数におけるモード内容を
含んでいる。
【０００７】 複数の周波数におけるモード内容を有する駆動信号から生じる問題は、コリオ
リ質量流量計により行われる密度の計測に影響を及ぼす。コリオリ流量計あるい
は振動管型密度計における密度の計測は、振動する流管の共振周波数の計測に依
存する。複数のモードにおけるモード内容を含む駆動信号に応答して流管が駆動
されるとき、問題が生じる。駆動信号における複数のモードの重なりは、流管が
所望の駆動モードの真の共振周波数からの共振ずれの状態で駆動される結果とな
り得る。結果として密度の計測における誤差が生じ得る。
【０００８】 コリオリ質量流量及び密度の計算にとって関心のある振動モードを分離し且つ
識別するために、モード・フィルタ手法を用いることができる。モード・フィル
タ法は、例えば、１９９７年７月１１日出願の出願人Ｔ．Ｊ．カニンガムの係属
中の米国特許出願第０８／８９０，７８５号におけるような、更に多くの信号ピ
ックオフがコリオリ流量計の振動管へ取付けられることを必要とする。更に多く
の信号ピックオフの使用は、付加的なコストと関連する。
【０００９】 駆動装置あるいはピックオフ装置がコリオリ流量計又は密度計の振動管へ接続
されるときには常に、更に別の問題が生じる。付加的な装置の接続は全振動系の
質量を変化させ、その結果、固有振動系の高調波を異なる周波数での振動へ変化
させる。増加した質量を有する流量計システムから得られる計測の精度は低下す
る。これは、増加した質量は計器の小さな振動の変化に対する感度を低下させる
からである。このような差の補正に対する校正は、システム質量の変動も最高性
能のための駆動装置及びピックオフの配置、流量計の電力消費、曲げモード及び
先に論じた他の問題に影響を与えるという事実によって複雑化される。
【００１０】 信号ピックオフとして、コリオリ流管に接続される質量の大きさを減じるよう
倍の働きをするコリオリ流量計用の駆動回路システムが必要である。 解決法の記述 本発明の駆動回路システムにより、上記の諸問題その他が解決され、技術的な
進歩が達成される。本発明は、コリオリ流量計の流管における振動速度を表わす
信号を受け取りながら、駆動装置と信号ピックオフ装置との組合わせを用いてコ
リオリ流量計又は密度計の駆動信号を生成する方法及び装置を提供する。
【００１１】 本発明による、振動信号ピックオフ装置と振動型駆動装置とを組合わせた装置
は、コイルと磁石とを有する駆動装置コイル組立体を含んでいる。前記コイルは
、コイルへ印加される振動電圧から得られる磁界を発揮することが可能である。
磁石は、周知のソレノイドの状態でコイルから生じる磁界効果により機械的に振
動するように、コイルの中心に配置される。模擬回路は、駆動装置コイル組立体
の磁石がコイルに対して固定された位置関係に静止状に保持されるとき、第１の
インピーダンスに対比し得る第２のインピーダンスを提供する。駆動コイル組立
体と模擬回路とに対して駆動電圧が印加される。
【００１２】 印加された駆動電圧は、駆動装置コイル組立体のコイルに対応の電圧を、また
、模擬回路に対応の電圧を生成する。駆動装置コイル組立体におけるコイルと磁
石との間の相対速度（即ち、振動の遷移速度）は、コイル電圧と模擬回路電圧と
の間の差の数学的関数として決定される。この計算が可能なのは、駆動装置コイ
ル組立体におけるコイルと磁石との間の相対速度がコイルに逆方向の起電力（逆
ＥＭＦ）を生じるからである。
【００１３】 本文では、模擬回路は、駆動装置コイル組立体が固定位置、即ち静止位置に保
持されるとき、即ち、駆動装置コイル組立体のコイルと磁石とが相互に運動しな
いときの駆動装置コイル組立体の性能の模型を作る回路を意味するものと定義さ
れる。以下に開示される特定の実施の形態は、模擬回路のアナログ形態とデジタ
ル形態について記述される。
【００１４】 最も簡単なアナログの実施の形態において、模擬回路は、駆動装置コイル組立
体における総合インピーダンスと同じ総合インピーダンスを組合わせにおいて有
する、コイルと磁石とを含んでいる。特に、模擬回路の組立てられたコイルと磁
石とは駆動装置コイル組立体の抵抗値及びインダクタンスと同じ抵抗値及びイン
ダクタンスを有する。この第１のアナログ形態は本発明の目的を達成するよう働
くが、電力消費は模擬コイルによる消耗に起因して過大となる。
【００１５】 更に望ましいアナログの実施の形態は、駆動装置コイル組立体のインピーダン
スからスケール・ファクタだけ異なる総合インピーダンスを有する模擬的な磁石
・コイル組立体を含む。特に、模擬的なコイル・磁石組立体のインダクタンスは
、駆動装置コイル組立体のインダクタンスに達するように、或る数で乗じられる
。同様に、模擬的なコイル・磁石組立体の抵抗値は、駆動装置コイル組立体の抵
抗値に達するように、或る数で乗じられる。
【００１６】 デジタルの実施の形態において、駆動コイル電圧をデジタル・フィルタへ印加
するためアナログ／デジタル変換器が用いられる。抵抗値及びインダクタンスは
駆動装置コイル組立体の抵抗値及びインダクタンスに一致するので、デジタル・
フィルタは模擬回路のインピーダンスの模型を作る。デジタルの実施の形態にお
いては、電力消費は、コリオリ流量計システム全体において無視し得る電力消耗
である点まで著しく減じられる。
【００１７】 動作において、交番する駆動電圧がそれに対応する振動を駆動装置コイル組立
体に生じ、この振動が、確立されたコリオリ流量計測のプラクティスにしたがっ
て、コリオリ流量計の流管を振動させる。模擬コイルと駆動磁石との間の相対速
度は、コリオリ流量計の流管における振動から導き出される逆ＥＭＦに略々比例
する。この逆ＥＭＦは印加された駆動電圧に逆らう。電圧計が駆動回路において
計測する駆動電圧は、駆動コイルの抵抗値とインダクタンスとにおける電圧低下
に逆ＥＭＦを加えたものからなる。逆ＥＭＦは振動するコリオリ流量計の流管の
運動と関連するので、周知のコリオリ流量の計算のために、駆動信号ピックオフ
を用いて逆ＥＭＦが計測される。本発明によれば、逆ＥＭＦに起因する駆動電圧
成分は、駆動装置の抵抗値とインダクタンスから結果として生じる駆動電圧成分
から分離することができる。こうして、駆動装置を信号ピックオフとして用いる
ことが可能である。比較的小さな質量をコリオリ流量計の流管に取付けねばなら
ないため、駆動装置と信号ピックオフとの組合わせが、モード・フィルタの用途
及び他のコリオリ質量流量或いは密度の計測用途において特に有効である。本発
明の主題は、印加される駆動電圧信号から逆ＥＭＦ測定値を分離するための方法
及び装置を含むものである。
【００１８】 望ましい実施の形態の詳細な記述 コリオリ流量計全般―――図１ 図１は、コリオリ計器組立体１０と計器電子装置２０とを含むコリオリ流量計
５を示している。計器電子装置２０は、経路２６上に密度、質量流量、体積流量
及び総合質量流量の情報を提供するため、リード線１００を介してコリオリ計器
組立体１０に接続される。コリオリ流量計の構造を記述するが、当業者には、本
発明がコリオリ質量流量計により提供される付加的な計測能力のなしに、振動管
型密度計に関して実施することが可能であることが明らかである。
【００１９】 計器組立体１０は、１対のフランジ１０１、１０１′、マニフォールド１０２
及び流管１０３Ａ、１０３Ｂを含む。流管１０３Ａ、１０３Ｂには、駆動装置１
０４とピックオフ・センサ１０５、１０５′とが接続されている。支えバー１０
６、１０６′は、それに関して各流管が振動する軸心Ｗ、Ｗ′を規定するように
働く。
【００２０】 計測されている処理材料を搬送するパイプライン系統（図示せず）に流量計１
０が挿入されると、材料は、フランジ１０１を介して計器組立体１０へ流入し、
マニフォールド１０２を通過して流管１０３Ａ、１０３Ｂへ流入するよう向きを
変え、流管１０３Ａ、１０３Ｂを通過してマニフォールド１０２へ戻り、フラン
ジ１０１′を通って計器組立体１０から流出する。
【００２１】 流管１０３Ａ、１０３Ｂは、曲げ軸Ｗ−Ｗ及びＷ′−Ｗ′に関して実質的に同
じ質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つように選定され、マニフォールド
１０２へ適宜に取付けられる。流管は、実質的に平行であるようにマニフォール
ドから外方へ延びている。
【００２２】 流管１０３Ａ、１０３Ｂは、それらの曲げ軸心Ｗ、Ｗ′の各々に関して反対方
向に、流量計の第１の位相ずれ曲げモードと呼ばれるモードで駆動装置１０４に
よって駆動される。駆動装置１０４は、流管１０３Ａに取付けられた磁石と、流
管１０３Ｂに取付けられ両流管を振動させるように交流電流が流される対向する
コイルのような、多くの公知の装置の任意の１つを含むことができる。適切な駆
動信号が計器電子装置２０によりリード線１１０を介して駆動装置１０４へ印加
される。
【００２３】 計器電子装置２０は、リード線１１１に現われる左側速度信号及びリード線１
１１′に現われる右側速度信号を受け取る。計器電子装置２０は、リード線１１
０に現われ且つ駆動装置１０４に流管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させる駆動信号
を生成する。計器電子装置２０は、左側及び右側の速度信号を処理して計器組立
体１０を通過する材料の質量流量と密度とを計算する。この情報は、計器電子装
置２０により経路２６を介して利用手段（図示せず）へ印加される。
【００２４】 コリオリ流量計５が構造において振動管型密度計に非常に類似することは、当
業者には周知である。振動管型密度計も流体が通過する振動管を用いており、サ
ンプル形式の密度計の場合には流体が内部に保持される振動管を用いる。また、
振動管型密度計は、流管を励振して振動させる駆動システムを用いる。典型的に
は、振動管型密度計は、単一のフィードバック信号を用いる。密度の測定は周波
数の計測のみを必要とし、位相の計測は必要としないからである。本発明の記述
は、振動管型密度計に対しても等しく妥当する。当業者が認識するように、現存
のコリオリ流量計はモード・フィルタへ入力するのに利用可能な２つのフィード
バック信号を有するが、現存の振動管型密度計は典型的に利用可能な１つのフィ
ードバック信号しか持たない。このため、本発明を振動管型密度計に適用するた
めには、振動管型密度計において付加的なフィードバック信号を提供することが
必要なだけである。
【００２５】 従来技術の駆動システム―――図２及び図３ 図２は、計器電子装置２０のブロック図を示す。計器電子装置２０は、質量流
量回路３０及び駆動回路４０を含む。質量流量回路３０は、振動管における２点
間の位相差に基いて振動管内の流体の質量流量を計算するための多くの周知の回
路の１つである。質量流量回路３０は、経路２６を介して利用手段（図示せず）
に対する出力を生じる。この利用手段は例えばディスプレイでよい。質量流量回
路３０の詳細は当業者には周知であり、本発明の一部をなすものではない。質量
流量回路３０に関する情報として、１９８３年１１月２９日にスミスに発行され
名義がマイクロ・モーション社へ譲渡された米国再発行特許第３１，４５０号、
１９８９年１１月１４日にゾロックに発行され名義がマイクロ・モーション社へ
譲渡された米国特許第４，８７９，９１１号、或いは１９９３年８月３日にゾロ
ックに発行され名義がマイクロ・モーション社へ譲渡された同第５，２３１，８
８４号を参照されたい。現存の駆動回路システムにおいては、駆動回路４０が経
路４１上で左側のピックオフ・センサ１０５からフィードバック信号を受け取る
。図３に関して更に詳細に述べるように、現存の駆動回路システムは、駆動装置
１０４に対して駆動信号を経路１１０上に生じる。当業者が認識するように、現
存の駆動システムは駆動回路４０に対するフィードバックとして右側のピックオ
フ・センサを代替的に利用し得る。また、現存する駆動システムの中には、ピッ
クオフ信号の和を駆動回路４０に対するフィードバックとして利用する。
【００２６】 図３は、現存する駆動回路４０のブロック図を示している。駆動回路４０は、
一方のピックオフ信号の形態でフィードバック信号を流量計から受取り、駆動信
号を経路１１０上に生じるようにピックオフ信号の大きさを適正に条件付ける。
注目されるように、一部の現存する駆動システムは、２つのピックオフ信号を加
算し、この加算された信号を駆動信号を生じるように処理する。駆動回路４０は
経路４１上でピックオフ・センサ１０５から信号を受取る。このピックオフ信号
は整流器３００へ送られ、次いで積分器３０１へ送られる。積分器３０１から出
力された信号は、ピックオフ信号１０５の平均振幅を表わす。平均振幅信号は振
幅制御装置３０２へ入力される。振幅制御装置３０２は、積分器３０１からの平
均振幅信号と基準電圧Ｖrefとを比較する。平均振幅がこの基準電圧より小さく なると、ピックオフ信号が乗算器３０３において増幅され、振幅が条件付けされ
たピックオフ信号が乗算器３０３から出力される。振幅が条件付けされたピック
オフ信号は、駆動装置１０４へフィードバックされる最終的な駆動信号を生じる
ため電力増幅器３０４によって増幅される。こうして、駆動回路４０は、相対的
に一定な振幅を維持するように動作する。現存の駆動制御回路４０の詳細は、コ
リオリ流量計電子装置の技術分野における当業者には周知であり、本発明の一部
をなすものではない。駆動回路４０の多くの実施の形態の更に詳細な論議につい
ては、米国特許第５，００９，１０９号を参照のこと。
【００２７】 駆動装置コイル組立体及びピックオフの組合わせ 本発明は、駆動装置１０４を駆動装置１０４とピックオフ・センサ１０５又は
１０５′との組合わせ（図１参照）として用いることを可能にする計器電子装置
２０における改変を含むものである。こうして、１つ以上のピックオフ・センサ
１０５、１０５′を省略することができ、或いは、信号が図１の線１１１、１１
１′上で移動するように第３の速度信号を計器電子装置２０へ供給することがで
きる。
【００２８】 図４は、本発明による計器電子装置２０に対する第１のアナログ形態の内部要
素を含む概略の回路４００を示す。概略の回路４００の主要要素は、駆動装置１
０４として示される従来の駆動装置コイル組立体、駆動装置１０４のインピーダ
ンスと同じインピーダンスを持つ模擬回路４０２及び接続線４０４を含む。
【００２９】 駆動装置１０４は、図１に示されたものと同じようにコリオリ流量計１０に位
置する。特に、図５に示されるように、駆動装置１０４はコイル５０４の中心穴
５０２内に収受される円柱状の磁石５００を含む。磁石５００は、流管１０３Ａ
の作動のために流管１０３Ａに固定される。駆動装置コイル５０４は、流管１０
３Ｂの作動のために流管１０３Ｂへ固定される。駆動装置コイル５０４に対して
リード線１００上で交番するあるいはパルス状の駆動電圧を印加すると、磁石５
００を両頭矢印５０６の方向に往復運動させる。流管１０３Ａ、１０３Ｂは、磁
石５０２を中心穴５０２内の中立位置の方へ強制するばねバイアスを生じる。図
４において、駆動装置コイル５０４は、抵抗Ｒ406とインダクタンスＬ408として
表わされている。
【００３０】 図６は、模擬回路４０２を更に詳細に示している。模擬回路４０２は、コイル
６０４内の中心穴６０２に配置される円柱状の磁石６００を含む。静止板６０６
は模擬コイル６０４と結合される。静止板６０８は磁石６００と結合される。静
止板６０６、６０８は、コイル６０４と磁石６００との間の相対運動を阻止する
よう相互に逆方向に動作する。
【００３１】 図４において、模擬回路４０２は、抵抗Ｒ410とインダクタンスＬ412として表
わされる。図４の実施の形態によれば、Ｒ406はＲ410と同じであり、Ｌ408はＬ4 12 と同じある。
【００３２】 接続線４０４は、駆動線１００（図１も参照）、模擬回路線４１４及び共通供
給線４１６を含んでいる。駆動線１００は、共通供給線４１６からの電圧Ｖaを 、駆動線１００上の電流ｉdを測定するため用いられる電流検出抵抗４１８へ搬 送する。Ｒcs４１８の下流側の電圧Ｖdは （１） Ｖd＝Ｖa−ｉdＲcs により計算される。但し、ＶdはＲcs４１８より下側で駆動コイル５０４より上 側の、駆動線１００上の電圧であり、ｉdは駆動線１００上の電流であり、Ｒcs は電流検出抵抗Ｒcs４１８の抵抗値であり、Ｖaは共通供給線４１６における電 圧である。
【００３３】 同様に、模擬回路線４１４は共通供給線４１６からの電圧Ｖaを模擬コイル６ ０４へ送る。駆動線１００は、共通供給線４１６からの電圧Ｖaを、模擬回路線 ４１４上の電流ｉsを計測するため用いられる電流検出抵抗４２０へ送る。Ｒcs ４２０の下流側の電圧Ｖsは （２） Ｖs＝Ｖa−ｉsＲcs のように計算される。但し、Ｖsは抵抗Ｒcs４２０より下側で駆動コイル６０４ より上側の、駆動線１００上の電圧であり、ｉsは線４１４上の電流であり、Ｖa は共通供給線４１６上の電圧であり、Ｒcsは電流検出抵抗Ｒcs４２０の抵抗値で
ある。
【００３４】 電圧比較器４２２（例えば、従来のホイートストーン・ブリッジ又は類似の回
路）は、線１００及び４１４上の電圧間の差である電圧Ｖvを決定するために用 いられる。但し、 （３） Ｖv＝Ｖd−Ｖs 駆動線１００上の電流ｉdは数学的に （４） ｉd＝（Ｖa−ＥＭＦ）／（Ｒ＋ｊωＬ） のように表わすことができる。但し、ｉdは駆動線１００上の電流であり、Ｖaは
駆動線１００及び模擬回路線４１４に対する印加電圧であり、ＥＭＦは磁石５０
０の運動に起因するコイル５０４における逆起電力であり、Ｒは駆動コイル５０
４の抵抗値Ｒ406と電流検出抵抗４１８の抵抗値Ｒcsとの和であり、ｊは−１の 平方根であり、ωは駆動線１００へ印加される交番電圧又はパルス状電圧Ｖaの 周波数であり、Ｌは駆動コイル５０４におけるインダクタンスＬ408である。式 （４）は、従来のコリオリ計測計算による流管運動の計測のため解く必要がある
所望の計測値であるＥＭＦについて解くように容易に調整することができる。従
来のコリオリ計算は、例えば駆動装置１０４における駆動信号から逆起電力を分
離する能力を含まない。
【００３５】 同様に、回路線４１４上の電流ｉsは数学的に （５） ｉs＝Ｖa／（Ｒ＋ｊωＬ） のように表わすことができる。但し、ｉsは模擬回路線４１４上の電流であり、 Ｖaは模擬回路線４１４に対する印加電圧であり、Ｒは模擬コイル６０４の抵抗 値Ｒ410と電流検出抵抗４２０の抵抗値Ｒcsとの和であり、ｊは−１の平方根で あり、ωは駆動線１００へ印加される交番電圧又はパルス状電圧Ｖaの周波数で あると共に駆動コイル５０４に関する磁石５００（図６参照）の相対速度即ち角
速度でもあり、Ｌは模擬コイル６０４のインダクタンスＬ412であり、これは設 計により駆動コイルＬ408のインダクタンスに等しい。
【００３６】 上式から （６） Ｖv＝（ＥＭＦ×Ｒcs）／（Ｒ＋ｊωＬ） が導かれる。但し、Ｖvは式（３）において先のように定義され、残りの項は式 （４）に関して定義されている。式（６）は、線１１１、１１１′（図２参照）
上で質量流量回路３０へ入力するため独立のピックオフ組立体１０５、１０５′
により計測される所望の変数であるＥＭＦについて解くことができる。計器電子
装置２０の従来の質量流量回路３０（図２参照）は、式（６）に従って計算を行
う本発明の目的のために改変される。こうして、ＥＭＦの計測がピックオフ・セ
ンサ１０５、１０５′から生じたかのように、式（６）により計算されたＥＭＦ
が用いられる。
【００３７】 図７は、本発明の第２のアナログ形態、即ち概略の回路７００を示している。
図４における概略の回路４００と同様に、図７における概略の回路７００の特徴
が実質的に同じである場合は、同じ番号が付されている。概略の回路７００は概
略の回路４００と同じであるが、模擬コイル６０４はＲ406と異なる抵抗値Ｒ704 を有する。但し、 （７） Ｒ704＝Ｒ406×ＳR 但し、ＳRはＲ704とＲ406間の差に起因するスケール・ファクタである。Ｒ704が
Ｒ406より大きいことが望ましいので、ＳRは１より大きな値であることが望まし
い。増加した抵抗値Ｒ704が模擬回路線４１４における電流の量を減少させるの で、Ｒ704がＲ406より大きいとき、流量計測システムは電力を節減する。同様に
、Ｌ408はＬ706と異なる。但し、 （８） Ｌ706＝Ｌ408×ＳR 但し、ＳRはＬ706とＬ408間の差に起因するスケール・ファクタである。概略の 回路７００の場合、計器電子装置２０は、式（１）ないし式（６）による計算に
入る前に、Ｌ408をＬ706に、またＲ406をＲ704に等しくするように式（７）及び
式（８）に従って調整を行う。
【００３８】 図８は、デジタルの概略の回路８００を示しているが、この概略の回路８００
は概略の回路７００よりも更に多くの電力を節減することを除いて、概略の回路
４００及び７００と同じ作用を行うように動作する。図８における概略の回路８
００と同じ特徴に関して可能である場合、図４における概略の回路４００と同様
の番号が付されている。デジタル構成の顕著な利点は、駆動コイルの抵抗値及び
インダクタンスのドリフトを考慮に入れるようデジタル形態の模擬回路を容易に
同調でき或いは適応的に更新できることである。
【００３９】 図８の実施の形態において、リード線８０２は電圧Ｖaをアナログ／デジタル 変換器８０４へ送る。デジタル・フィルタ８０６はＡＤＣ８０４から電圧Ｖaに 対応するデジタル入力を受け取り、このデジタル入力を用いて、図４の模擬回路
線４１４における模擬コイル６０４と同じインピーダンスを形成する。デジタル
・フィルタは当業者には周知であり、デジタル・フィルタ８０６としての使用に
は、従来の或いは標準的な種類のデジタル・フィルタ構成で充分である。例えば
、アントニー著「デジタル・フィルタ：分析及び設計」（マグローヒル、１９７
９年）におけるような従来のデジタル・フィルタ構成について記載する色々なデ
ジタル・フィルタの教科書が入手可能である。デジタル・フィルタ８０６は、入
力電圧Ｖaの周波数を用いて、図４の模擬コイル６０４に対応する複素インピー ダンスを計算し、従来のデジタル・フィルタ技法を用いて適正な振幅及び位相の
デジタル電圧Ｖsを出力する。デジタル／アナログ変換器８０８は、デジタル・ フィルタ８０６から入力されるデジタル信号Ｖsを受け取り、この信号を電圧Ｖs からなるアナログ信号へ変換する。電圧比較器４２２は、図４の実施の形態にお
けると同様に、アナログ電圧比較器である。このため、概略の回路８００は、デ
ジタル要素とアナログ要素の混成を含んでいる。
【００４０】 図９は、最も望ましい実施の形態である本発明による第４の実施の形態、即ち
、図４、図７或いは図８による任意の実施の形態よりも多くの電力を節減する全
デジタル形態を含む概略の回路９００を示している。この全デジタルの概略の回
路９００は、概略の回路８００が他の概略の回路よりも更に多くの電力を節減す
ることを除いて、概略の回路４００、７００、８００と同じ効果となるように働
く。図９における概略の回路９００の特徴と同じ特徴に関して可能である場合に
は、図８における概略の回路８００と同じ番号付けがなされている。
【００４１】 図９の実施の形態において、線９０２はアナログ／デジタル変換器８０４へ電
圧Ｖaを運び、変換器８０４は電圧Ｖaに対応するデジタル出力を提供する。図４
の模擬回路線４１４における模擬コイル６０４と同じインピーダンスを形成する
ため、デジタル・フィルタ８０６が用いられる。デジタル・フィルタ８０６は、
入力電圧Ｖaの周波数を用いて図４の模擬コイル６０４に対応する複素インピー ダンスを計算し、適正な振幅及び位相を有するデジタル電圧Ｖsを出力する。第 ２のアナログ／デジタル変換器９０４は、抵抗Ｒcs４１８から下流側の駆動線１
００からアナログ電圧信号Ｖdを受け取り、このアナログ信号をデジタル出力へ 変換する。デジタル電圧比較器９０６がＶvを計算するのに使用され、線９０６ 上に計器電子装置２０に対するデジタル信号としてＶvを提供する。
【００４２】 図１０は、駆動装置と信号ピックオフ装置の組合わせとして駆動装置１０４を
用いるための概略的なプロセス図Ｐ１０００を示す。図１０は、図４に対応する
参照番号に関連して記述されるが、図１０の機能的な議論は図４、図７、図８及
び図９に示される実施の形態のいずれにも等しく適用し得る。
【００４３】 ステップＰ１００２において、計器電子装置２０は、駆動線１００及び駆動装
置コイル組立体１０４を励振する交番状あるいはパルス状の駆動電圧Ｖaを供給 線４１６へ印加する。ステップＰ１００４により、同じ駆動電圧Ｖaが模擬回路 線４１４上で模擬回路４０２へ送られる。
【００４４】 ステップＰ１００６において、電圧比較器４２２が電圧差Ｖvを決定し、式（ ６）によるＥＭＦの計算において用いるため、この値を計器電子装置２０へ送る
。ＥＭＦの計算はステップＰ１００８において行われ、次いで、ステップＰ１０
１０が計器電子装置２０に対してＥＭＦに対応する信号を送出する。ステップＰ
１０１２により、ＥＭＦ信号を用いて、従来のコリオリ計算に従って、ＥＭＦを
含む従来のピックオフ信号の状態で流管の運動を計算する。計器電子装置２０は
、従来のコリオリ質量流量、密度及び駆動フィードバックの諸計算においてＥＭ
Ｆの計算結果を用いる。
【００４５】 当業者が認識するように、コリオリ流量計の振動信号を処理するためのモード
・フィルタ処理システムに役立つように、先に述べた駆動装置及びピックオフ組
立体の組合わせを用いることができる。一般に、コリオリ流量計から取得できる
質量流量、密度及び駆動周波数の計測に対して該当振動モードを選択的に識別す
るために、モード・フィルタ分析が用いられる。このような選択的識別は、パイ
プラインから流量計へ送られる振動のようなノイズを除去するために用いられる
。コリオリ流量計において、信号を識別してノイズを除去する際にモード・フィ
ルタ分析の特殊性及び選択性を強化するため、更に多くのピックオフ、即ち３個
以上のピックオフ１０５、１０５′（図１参照）が用いられ得る。しかし、付加
的なピックオフの各々は、ノイズの除去における特殊性及び選択性の問題に加わ
る可能性のある付加的な振動モードを除去することができる。本発明による装置
は、駆動装置もまたピックオフ装置として機能することから、有利なことに、信
号ピックオフの数を付加するという問題を回避する。
【００４６】 当業者は、先に述べた望ましい実施の形態が本発明の真の範囲及び趣旨から逸
脱することなく明らかな変更が可能であることを理解されよう。従って、発明者
は本発明における全ての権利を保護するために「均等論」に依存する意図を宣言
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のコリオリ流量計及び関連する計器電子装置を示す図である。
【図２】 従来技術のコリオリ流量計の電子装置のブロック図である。
【図３】 コリオリ流量計に対する従来技術の駆動システムのブロック図である。
【図４】 第１のアナログ形態による本発明の実施に用いられる計器電子装置の概略の回
路図である。
【図５】 本発明により使用される駆動装置コイル組立体を示す図である。
【図６】 本発明により使用される模擬コイル組立体を示す図である。
【図７】 第２のアナログ形態による本発明の実施において用いられる計器電子装置の概
略の回路図である。
【図８】 デジタル電子部品を含む本発明の第３の実施の形態の概略の回路図である。
【図９】 全デジタル電子装置を含む本発明の第４の実施の形態の概略回路図である。
【図１０】 ピックオフ装置として駆動装置コイル組立体を用いるプロセス・フロー図であ
る。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１２月１３日（２０００．１２．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動信号ピックオフ装置と振動型駆動装置との組合わせとし
    て使用される装置（４００、７００、８００）において、 第１のインピーダンス（Ｒ４０６、Ｌ４０８）を持つ駆動装置コイル組立体（
    １０４）であって、加えられる振動電圧から得る電界効果を発揮することが可能
    なコイル（５０４）と磁石（５００）とを備える駆動装置コイル組立体と、 前記磁石が前記コイルから生じる電界効果に応答して前記コイルに関して振動
    状態に駆動される動作可能な関係において前記磁石を前記コイルに関して配置す
    る手段（５００、１０３Ａ；５０４、１０３Ｂ）と、 前記磁石が前記コイルに関して固定位置関係に静止しているとき、前記第１の
    インピーダンスに対比し得る第２のインピーダンス（Ｒ４１０、Ｌ４１２；Ｒ７
    ０４、Ｌ７０６、８０６）を生じる模擬回路（４０２、７０２、８０４、８０６
    、８０８、９０４、９０６）と、 対応するコイル電圧及び対応する模擬回路電圧を生成するため、駆動電圧信
    号を前記コイルと前記模擬回路とへ印加する手段（１００、４１６、４１４、８
    ０２、９０２）と、 前記模擬回路と前記駆動装置コイル組立体との少なくとも一方から得る測定
    値を用いて前記コイルにおける逆起電力を計算する手段（２０）と、 を具備する装置。
  2. 【請求項２】 前記模擬回路がアナログ回路（４０２、７０２）である請求
    項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記アナログ回路が静止コイル（６０４）と静止磁石（６０
    ０）とを含む請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記駆動装置コイル組立体が運動を禁止されたとき、前記静
    止コイル及び前記静止磁石の組合わせが前記第１のインピーダンスと同じ前記第
    ２のインピーダンス（Ｒ４１０、Ｌ４１２）を生じる請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記駆動装置コイル組立体が運動を禁止されたとき、前記静
    止コイル及び前記静止磁石の組合わせが前記第１のインピーダンスに関してある
    スケール・ファクタだけ異なる前記第２のインピーダンス（Ｒ７０４、Ｌ７０６
    ）を生じる請求項３記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記模擬回路がデジタル回路（８０４、８０６、８０８、９
    ０４、９０６）である請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記デジタル回路がデジタル・フィルタ（８０６）を含む請
    求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記模擬回路が、前記第１のインピーダンスを形成するデジ
    タル・フィルタ（８０６）と、アナログ電圧比較器（４２２）とを含む請求項１
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記磁石を前記コイルに関して動作可能な関係に配置する前
    記手段（５００、１０３Ａ；５０４、１０３Ｂ）が、前記コイルを第１のコリオ
    リ流量計流管（１０３Ａ）に載置し且つ前記磁石を前記第１のコリオリ流量計流
    管と対向する第２のコリオリ流量計流管（１０３Ｂ）に載置する手段を含む請求
    項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記磁石が前記コイル内の中心位置に配置される請求項９
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】 逆起電力を計算する前記手段が、前記駆動装置コイル組立
    体と前記模擬回路との間の電圧を比較する手段を含む請求項１記載の装置。
  12. 【請求項１２】 逆起電力を計算する前記手段が式 （６） Ｖv＝ＥＭＦ／（Ｒ＋ｊωＬ） に従って進行するプロセッサを含む請求項１１記載の装置。 但し、Ｖvは前記駆動装置コイル組立体と前記模擬回路との間の電圧差であり、 ＥＭＦは駆動装置コイルにおける逆起電力であり、Ｒは駆動装置コイルの抵抗値
    であり、ｊは−１の平方根であり、ωは駆動コイル線１００に印加される交番電
    圧又はパルス状電圧の周波数であり、Ｌは駆動コイルのインピーダンスである。
  13. 【請求項１３】 駆動装置コイル組立体（１０４）をピックオフとして用い
    て、振動に対応する遠隔測定データを受け取りながら、前記駆動装置コイル組立
    体を用いて振動を生じる方法（Ｐ１０００）であって、 第１のインピーダンス（Ｒ４０６、Ｌ４０８）を有する、コイル（５０４）と
    磁石（５００）とを含む駆動装置コイル組立体（１０４）へ駆動電圧を印加する
    ステップ（Ｐ１００２）と、 前記駆動装置コイル組立体が静止位置に保持されるとき、前記駆動電圧を模擬
    回路へ印加して、前記第１のインピーダンスと対比し得る第２のインピーダンス
    を生じるステップ（Ｐ１００４）と、 前記コイルにおける逆起電力を計算するステップ（Ｐ１００８）と、 を含む方法。
  14. 【請求項１４】 駆動電圧を前記駆動装置コイル組立体へ印加する前記ステ
    ップが、コリオリ流量計における１対の流管を振動させるステップを含む請求項
    １３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 逆起電力を計算する前記ステップが式 （６） Ｖv＝ＥＭＦ／（Ｒ＋ｊωＬ） に従って進行する請求項１３記載の方法。 但し、Ｖvは前記駆動装置コイル組立体と前記模擬回路との間の電圧差であり、 ＥＭＦは駆動コイルにおける逆起電力であり、Ｒは駆動コイルの抵抗値であり、
    ｊは−１の平方根であり、ωは駆動コイル線１００へ印加される交番電圧又はパ
    ルス状電圧の周波数であり、Ｌは駆動コイルのインピーダンスである。
  16. 【請求項１６】 前記駆動電圧を模擬回路へ印加する前記ステップが、前記
    駆動電圧をアナログ模擬回路（４０２、７０２）へ印加するステップを含む請求
    項１３記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記駆動電圧を模擬回路へ印加する前記ステップが、前記
    駆動電圧をデジタル模擬回路（８０４、８０６、８０８、９０４、９０６）へ印
    加するステップを含む請求項１３記載の方法。
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