JP2002502960A - 直管型コリオリ流量計とその流管及びバランスバーの弾性率のバランスをとる方法 - Google Patents

直管型コリオリ流量計とその流管及びバランスバーの弾性率のバランスをとる方法

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Abstract

(57)【要約】 1本の直線状の流管と、該流管に平行なバランスバーと、該バランスバーの端部を流管と取り囲むケースとに連結する受けバーとを有するコリオリ流量計。バランスバー及び/または流管のばね作用を減少させることにより流れる物質の密度の変化に応じて流量計の改善された動的バランスが維持される。これにより流量計のぱね作用が受けバーの構造に集中する。受けバーの構造における振動の節点がバランスバーの有効ばね作用と流管の有効ばね作用とを分離する。異なる時間に流管における異なる密度の受けバー内で振動の節点が移動する。この節点の移動は流管の有効ばね作用に対するに対するバランスバーの有効ばね作用の比を変化させてケースの質量に関わらず流量計の改善された動的振動バランスを維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明はコリオリ流量計に関し、特に流れる物質の密度の変化に応じて流管と
バランスバーとの間の動的バランスを維持する単管型コリオリ流量計に関する。
【0002】
【技術的課題】
物質が流れる振動する流管とこれに取り付けられたバランスバーとの間の動的
バランスを維持することが単管型コリオリ流量計における1つの問題である。変
動する動作条件の下で流量計の動的バランスを維持するために単管型コリオリ流
量計にはバランスバーが設けられている。バランスバーは流量計の流管に連結さ
れ、バランスバーと振動する流管との組合せが動的バランスのとれた構造をなす
ように流管との位相が外れて振動する。
【0003】 単管型コリオリ流量計は工場で較正され、既知の比重を有する物質、あるいは
0.8〜1.0、1.0〜1.2のような既知の狭い範囲の比重を有する物質に
対して動的にバランスがとられている。これらの流量計はそれが較正された物質
に近い比重を有する物質に使用を限定すれば、良好に動作し、動的バランスを維
持する。しかしながらコリオリ流量計がその較正された比重を有する物質に使用
を限定することは必ずしも可能ではない。他の密度の物質で流量計を用いると流
量計のバランスがくずれ、振動を生じその結果精度が低下する。
【0004】 単管型コリオリ流量計は典型的には1本の流管と、流管に振動するように連結
されたバランスバーあるいはバランス管(以下バランスバーという)と、流管及
びバランスバーを取り囲む収容ケースとからなる。流量計構造体が物質の流れが
測定される対応する配管系に連結されるようにして延長スタブが流管からケース
端部を通り抜けることが多い。流量計の動的バランスが得られた時に、端側の動
きのない節点位置は典型的には流管とケース端部との交差位置となる。流管の比
較的短い部分が各々のケース端部から、流管の縦方向の軸に垂直で流管をバラン
スバーの端部に連結する受けバーまで内方に延びているる。物質で満たされた流
管及びバランスバーは、流管とバランスバーとの対が動的にバランスのとれた構
造をなして節点が流管とケース端部との交差部になるように相互に位相が外れて
振動する。この動的バランスが得られた時に、ケースは振動しない。
【0005】 流量計が較正されバランスがとれているのとは異なる比重を有する物質で流量
計が動作すると動的なアンバランスによるケースの振動が生ずる。この条件の下
で節点の位置がもはやケース端点にはないように変位する。新たな物質の比重に
応じて、振動の節点はケース端部から離れて流量計の中心に向かう方向に内方に
変位するか(より重い物質の場合)、あるいはケースの外側で配管系内に外方に
変位する(より軽い物質の場合)。この条件の下でケースは運動量保存の法則を
満たすように振動し、流量計の精度が低下する。
【0006】 流量計の形態は流管の端側節点に対して流管の有利な位置に速度センサーを配
置することを含む。端側節点の比較的近くにセンサーを設置すると流量計の感度
が高まり、センサーを端側節点からさらに離して設置すると流量計の感度が低下
することが知られている。流量計は一定した知られている感度を有するのが望ま
しい。流量計が異なる密度物質で動作する際の端側節点の動きによりセンサーと
節点との間の距離が変化する。これにより流量計の感度が変化し、出力情報の精
度が低下する。感度の変化は比較的小さいけれども、臨界的な用途においては低
下した出力情報が使用者に問題を生ぜしめるのに十分な大きさである。
【0007】 要するにコリオリ流量計の流れの感度は流管の有効長さの端部を規定する節点
と速度センサーとの間隔の関数である。単管型流量計において、物質の流れの比
重の変化により流管の端側節点位置が変化し、これはまた流量計の感度を変化さ
せることになる。
【0008】 単管型コリオリ流量計におけるバランスの問題を解決する従来の方法は振動の
振幅を最小にしそれによって節点の位置の変化を最小にするためにケースの質量
をできるだけ大きくすることである。さらにアンバランス(流量計の振動を生ぜ
しめる)は物質の密度の関数であり、物質の密度は流管の振動数から決定される
ので、流管の振動数によって流量計の流れの較正因子を変更するために流量計の
電子回路におけるソフトウェアのアルゴリズムが用いられる。このアプローチに
関する主たる問題は流量計の装着部の固さが流量計の振動の振幅に及ぼす作用を
考慮していないことである。流量計の柔軟な装着部は固い装着部よりも流量計の
振幅がより大きく(また節点の位置の変位がより大きく)なる。出力装置に用い
られる修正アルゴリズムは「適度な固さ」を有する装着部であると仮定している
ので、柔軟な装着部では補償が過小になり、固い装着部では補償が補償が過大に
なる。これはコリオリ流量計及び関連装置の出力情報の精度の低下となる。
【0009】
【課題を解決する手段】
本発明は前述の問題点を解決し、1本の流管と、バランスバーと、物質の密度
の広い範囲にわたって流量計の動的バランスを維持する組込まれた相互連結構造
とを有する流量計を与えることにより技術的な進歩を達成する。バランスバーと
、流管と、以下に受けバーと称する連結構造とのばね構造の特性を制御すること
によって流管とバランスバーとの間の動的バランスが維持される。受けバーはバ
ランスバーの端部と流管とを相互に連結し、異なる密度の物質で満たされた時に
流管の共鳴振動数に合うように流管バランスバーの共鳴振動数を動的に変化させ
ることによってこのバランスを維持する。この作用を行う際にバランスバーは動
的バランサーのように振舞い、流管とその中の物質との振動の振幅を釣り合わせ
るのに必要な振動の振幅を自動的に維持する。
【0010】 本発明には振動系の基本的法則が適用される。第1には(外力がない時に)運
動量が保存されなければならないことである。これは質量とある方向の速度との
積が質量と反対方向の速度との積に等しいことを意味する。バランスのとれた流
量計において、流管及びその中に入っている物質の質量とある方向の速度との積
がバランスバーと反対方向の速度との積に等しい。(正弦状の運動において速度
は振動の振幅に比例する。流管及びバランスバーに沿った異なる箇所は異なる振
幅であるので、これは計算の問題になる。)バランスのとれていない流量計にお
いてもこの法則が維持されるが、流量計のケース及び連結された配管系が流管、
バランスバーのいずれかとともに振動するのでそれらの質量も加わる。流量計に
よって外界のものの多くが振動するとしても、振動する物質は流管とももに振動
するものと、バランスバーとともに振動するものとの2つのグループに分けられ
る。運動量の保存はこれらの2つのグループの運動量が等しく、反対方向である
ことを要する。
【0011】 本発明に関する第2の法則は2体振動系の2つの部分が同じ共鳴振動数を有し
ていなければならないことである。同じ共鳴振動数を有していないとすれば、そ
れらは別個の振動モードをなし、同じモードの2つの部分とはならないであろう
。共鳴振動数は硬さ/質量の平方根に等しい。それゆえ同じ共鳴振動数を有する
2つの質量グループは質量に対する固さの比が同じでなければならない。
【0012】 バランスのとれた流量計において、物質が満たされている流管とバランスバー
とは同じ共鳴振動数を有するので、同じ質量に対する固さの比を有する。従来の
単管型流量計が異なる密度の物質によってバランスがとれていない時に、流管の
質量をバランスバーの質量から分離する節点が流管、バランスバー、ケースから
なる結合した構造の運動量保存に適合するように移動する。より密度の高い物質
では節点が流管上で内方に移動して流管及びケースの質量の一部がバランスバー
とともに振動する。質量の変位の結果は流管が一部の質量をバランスバーに分与
するので流管の自然振動数の低下は増大した物質の密度が示すよりは少ない。ま
たバランスバーの自然振動数が流管及びケースの一部をなす付加質量のために低
下して2つの構造の共鳴振動数及び質量/固さの比が等しいままになっている。
低密度の物質では、節点が反対方向に移動し、バランスバーが流管に質量を分与
して共鳴振動数を等しく保つ。
【0013】 従来技術の解決策では、節点の位置の変位は主として一方の部材及びケースか
ら他方の部材に質量を移す。問題はケースの質量が関わることと、その振動の振
幅が知られていない装着部の固さの関数となることである。ケースの振動の振幅
が知られていないので、流量計の感度の変化も知られていない。不釣り合いによ
る節点の変位はまた一方の「ばね」をより長く、他方の「ばね」をより短くする
ことによって2つの部材のばね率を変化させる。しかし各々の部材の「ばね」は
構造全体に広がっているので、節点の変位の距離は「ばね」の長さに比較して非
常に小さく、ばね率の変化は非常に小さい。
【0014】 本発明において、各々の部材の「ばね」は構造全体にわたって分布するという
よりむしろ端側の節点の近くに集中している。かくして節点の位置の変位は有効
ばね長さを、その一方をより短く、従ってより固く、また他方をより長くかつよ
り柔らかくする(ばねの固さはばねの長さに反比例する)ことによって変化させ
る。本発明において物質の密度による節点の変位は流管及びバランスバーの共鳴
振動数を等しく保持するようにばね率を変化させる。共鳴振動数が等しいので、
流管及びバランスバーの振動の振幅は運動量を保存するように自動的に調整がな
される。この手段によってそれほど大きな質量を移したり流量計のケースに関わ
ることなく流量計のバランスが維持される。
【0015】 本発明によれば、流管及びバランスバーは流量計のばね作用から取り除かれ、
ばね作用は受けバーに集中する。構造のばねとしての重要性はそれが屈撓した状
態で蓄積するばねエネルギーの量によって決定される。ある領域がごくわずかの
ばねエネルギーを蓄積するにすぎないとすれば、系の振動数にはごくわずかの作
用を与えるだけである。ばねエネルギーの式
【数1】 はばねエネルギーが硬さkを非常に小さくすることによって小さくすることがで
きることを示す。これがなされれば、構造は非常に柔らかいばねヒンジないしギ
ャップがあるように振る舞う。ある領域でばねの撓みxを非常に小さくすること
によってばねのエネルギーはまた非常に小さくできる。これは荷重を局所的に減
少させるか、あるいはばねの硬さkを荷重が部材を屈撓させない程度に大きくす
ることによってなされる。これがなされると、構造は固さの大きい位置で剛性の
リンクになっているように振る舞う。これらの両方の手法が流管及びバランスバ
ーに対し流量計の(大きな)ばね作用を取り除くために用いられる。バランスバ
ー及び流管は系の動作には依然として重要であるが、ただ質量要素としてだけで
ある。
【0016】 本発明の1つの好ましい実質例によれば、流管の中間部分を取り除き可撓性の
ベローズで置き換えることによって流管はばね作用が除去される。ベローズは非
常に小さいばね率なので屈撓が大きいにもかかわらずごくわずかのエネルギーを
蓄積するにすぎない。流管はこの柔らかい中心部分のために端側がベローズで緩
く連結された2本の剛性のカンチレバービームのように屈撓できる。流管の動的
部分の曲げ動作がベローズによって効果的に除去されて、ベローズの各側の流管
部分がごくわずかの変形を受けるにすぎない(比較的直線状のままである)。か
くしてばねの変形及びばねのエネルギー蓄積の大部分が流管の動的部分から除去
される。流管は連続的でなければならず、受けバーの位置で途切れることはでき
ないので、流管の剛性のカンチレバービーム部分が屈撓する際に流管の端部(受
けバーの外側でケース端部の内側)が屈曲する。これらの流管部分(以下管スタ
ブという)は屈曲する際にばねエネルギーを蓄積する。本発明の最適な実施例お
いて、ばねエネルギーの実質的に全てが受けバーに包含されている。それによっ
て中心の流管のベローズと同じようにしてばねエネルギーを消去するベローズを
管スタブに用いることによって管スタブからばねエネルギーが除去される。本発
明の流管のばね作用全体は3つのペローズによって受けバーに存在することにな
る。
【0017】 本発明のバランスバーはまた中心で非常に可撓性が大きくなっているのでばね
作用が除去される。流管と同様にバランスバーの他の部分は固くなっている。バ
ランスバーはその端側の受けバーを超えて延びることはなく、それゆえ端側のペ
ローズは必要でない。中心の柔らかい部分と他の硬い部分との組合せによりバラ
ンスバーは流量計のばね作用が効果的に除去される。流管及びバランスバーが流
量計のばね作用を除去される結果はばね作用がほとんど受けバーだけに集中する
こととなる。
【0018】 流量計のばね作用が受けバーに集中することは受けバーが比較的短い長さにな
り効果的に短いばねを形成するので有利である。本発明の流量計はバランスがと
れていて流管のばねとバランスバーのばねとを動的に分離する端側の節点が受け
バーにあることになる。かくして各々の端側の節点は流管に作用する有効ばねの
短い部分とバランスバーに作用する有効ばねの短い部分とを分離する。物質の密
度の変化により節点の位置にわずかな変位が生ずるが、これにより(ばねが非常
に短いので)一方のばねがさらにかなり短く、硬くなり、他方のばねがさらによ
り長く、柔らかくなる。運動量保存則は節点の位置が質量の増大する部材に向か
って移動する。より密度の大きい物質の場合節点は流管に向かって移動し、より
密度の小さい物質の場合バランスバーに向かって移動する。その結果はより密度
の大きい物質の場合流管のばね(受けバーの位置にある)がより固くなり、バラ
ンスバーのばね(やはり受けバーの位置にある)より柔らかくなる。この変化は
2つの部材を等しい共鳴振動数に維持するように作用する。逆により密度の小さ
い物質の場合、節点がバランスバーに向かって移動し、流管のばねがより柔らか
く受けバーのばねがより固くなり、等しい共鳴振動数が維持される。
【0019】 流管とバランスバーとが等しい共鳴振動数を有する時に、それらは相互に対し
て同調した動的バランス体であるように作用する。このためそれらはケースある
いは配管系の大きな振動を生ぜしめることなく運動量が保存されるように相対的
な振動の振幅を調整する。振動する部材の質量でなくばね率を変化させることに
よりバランスが維持される。これはケース及び配管系の振動の減小によって装着
部の固さとともに流量計の感度が変化するのを減少させるという点において従来
技術に対して大きな利点を有する。
【0020】 以前は従来技術の流量計において物質の密度に応じた節点の変位は質量の分布
の大きな変化とともにばね率のわずかな(考慮を要しない程度の)変化を生ぜし
めると言われていた。逆に本発明はばね率の大きな変動とともに質量分布のわず
かな変動を生ぜしめる。流量計の質量が関わるのを最少にしておくために2つの
設計上の特徴が必要である。1つは流量計のばねが端側の節点の近くに集中する
ことである。もう1つは流管/バランスバーの動的系のケース(ケースが用いら
れない場合は外界)との連結部が振動の振幅のない箇所になければならないこと
である。動的系において振動の振幅がない唯一の領域はもちろん端側節部である
。端側節部は受けバー内にあり、物質の密度ともに位置を変位させる。それゆえ
動的系をケースに連結する構造(以下ケース連結リンクという)の設計がケース
の振動の振幅を0近くに維持するのに重要になる。
【0021】 本発明のケース連結リンクの特定の設計はバランスバーの設計に応じたもので
ある。バランスバーの1つの好ましい実施例は流管がバランスバーの中空の中心
部を通って延びるように流管と同心状のバランスバーを有するものである。その
とき受けバーは流管の外径からバランスバーの内系まで延びる円形リングの形と
なる。受けバー(リング)は流量計の動的構造に所望の共鳴振動数を与えるのに
適切な固さを有するように限定された軸方向の長さになっている。受けバーはバ
ランスバーの端部の位置にある。
【0022】 この最適の形状が与えられて、各々の受けバーの変形の特性が決定される。流
量計はその各端部における節点の位置が受けバー内にあるようにバランスがとら
れる。受けバー(リング)の内面は流管とともに移動し、外面はバランスバーと
ともに移動する。それゆえ各々の節点は受けバーの外面と内面との間の円筒面か
らなる。節点の面の外側で受けバーの材料はバランスバーと位相を合わせて振動
し、節点の面からの距離とともに振動の振幅を増大させる。節点の面の内側で受
けバーの材料は流管と位相を合わせて振動し、やはり節点の面からの距離ととも
に増大する振幅を有する。かくして受けバーの材料はあたかも捩ればねのように
剪断撓みが見られる。節面はバランスバーの有効ばねと流管の有効ばねとを分離
する。物質の密度の変化のために流管とバランスバーとの間の振幅の比が変化す
ると、円筒形の節面が内方または外方に移動して直径を変化させる。これにより
「ばね」の相対的長さが変化し、流管の質量の変化にかかわらず2つの動作部材
の自然振動数の均等性が維持される。節点の変位とともに生ずる流管とバランス
バーとの間の質量転移はそれほど大きくなく、ケースの質量を考える必要はない
【0023】 ケース連結リンクはケースの振動を生ぜしめることなくケース内で流量計の動
的構造を支持しなければならない。バランスバー及び流管の端部は受けバーに生
ずる大部分の屈撓に対して剛性に振る舞う。それらは共通の回動軸を中心として
各々の端部において回動する。回動軸においてバランスバーの並進移動はないが
、回転振動がある。好ましい実施例において、ケース連結リンクは回動軸におい
てバランスバーの端部の外側に取り付けられている。それらを振動方向の並進移
動に対して硬くなるようにすることにより、ケースに振動を与えずに動的構造を
支持できる。ケース連結リンクを捩れに柔らかくすることにより、受けバーの外
側のばねエネルギーが避けられる。好ましい実質例において、ケース連結リンク
はバランスバーの外側とケースの内側との間で回動軸に沿って延びる平坦な蝶形
の構造である。各々のバランスバーの端部の各側に1つずつ、4つある。リンク
の平坦な面は流管の軸に垂直に向いている。この形状は動的構造とケースとの間
の連結部を流管/バランスバーの振動の方向に剛性であるようにする。バランス
バーとケースとの間のほぼ中間に生ずる蝶形形状の「くびれ部」はバランスバー
とケースとの間の連結部を捩れに柔らかくなるようにし、リンク部における捩れ
ばねエネルギーを減少させる。
【0024】 要するに本発明は質量分布でなく相対的ばね率を変えることによって物質の密
度の変化にかかわらず動的バランスを維持する。本発明は端側の節点の近くにば
ね構造を集中することによってこれを行っている。動的構造は流管/バランスバ
ーの回動軸に沿ってリンクによりケースに支持されている。これらのリンクは振
動方向の並進移動には剛性であるが、捩れには柔らかい。
【0025】 本発明の第1の特徴は改善された動的バランスを有するコリオリ流量計であっ
て、 相互に実質的に平行に向いたばね作用と質量作用とを有する流管(104)及
びばね作用と質量作用とを有するバランスバー(1101)と、 該バランスバーの端部を該流管に連結する受けバー手段(1001)と、 基準質量(1401)と、 該基準質量を上記受けバー手段に連結するための手段(1701)と、 上記受けバー手段(1001)、バランスバー(1101)あるいは流管(1
04)の1つに振動の節点を形成するように作用し、該振動の節点が上記流管の
有効ばね作用と上記バランスバーの有効ばね作用とを分離するように作用するよ
うにした、上記バランスバー及び上記流管を横方向に相互に位相を外して振動さ
せるための駆動手段(D)と、 異なる時間に上記流管に異なる密度の物質があるのに応じて上記バランスバー
の有効ばね作用を変化させるように作用し、コリオリ流量計の改善された動的バ
ランスを維持するように作用する、上記バランスバーの有効ばね作用を上記節点
の近くに集中させるための手段(1002)と、 からなるコリオリ流量計を含む。
【0026】 第2の特徴は、第1の特徴を有するコリオリ流量計において、上記有効ばね作
用を集中させるための手段(1002)が上記バランスバーの他の部分に対して
可撓性が増大している縦方向の中間部分からなるようにしたコリオリ流量計を含
む。
【0027】 第3の特徴は、第2の特徴を有するコリオリ流量計において、上記バランスバ
ーの中間部分がバランスバーの切り取られた部分(2402)からなるようにし
たコリオリ流量計を含む。
【0028】 第4の特徴は、第1の特徴を有するコリオリ流量計において、 異なる時間に上記流管に異なる密度の物質があることに応じて上記流管の有効
ばね作用を変化させるように作用する、上記流管の有効ばね作用を上記節点の近
くに集中させるための手段(1003) をさらに含むコリオリ流量計を含む。
【0029】 第5の特徴は、第4の特徴を有するコリオリ流量計において、上記流管の有効
ばね作用を集中させるための手段が上記流管の他の部分に対して可撓性が増大し
ている上記流管の縦方向の中間部分(1003)からなるコリオリ流量系を含む
【0030】 第6の特徴は、第5の特徴を有するコリオリ流量計において、上記流管の中間
部分がベローズ(1003)を含むコリオリ流量計を含む。
【0031】 第7の特徴は、第1の特徴を有するコリオリ流量計において、上記基準質量が
上記バランスバー(1101)及び上記流管(104)を取り囲むケース(14
01)及び上記受けバー手段(100)からなり、 上記ケースが上記バランスバー及び上記流管に実質的に平行な縦方向の軸を有
し、 上記連結するための手段が上記ケースに対して上記受けバー手段が並進移動す
るのを防止するように上記受けバー手段を上記レースに連結するための手段から
なる コリオリ流量計を含む。
【0032】 第8の特徴は、第7の特徴を有するコリオリ流量計において、上記受けバー手
段を上記ケースに連結するための手段が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的
に垂直に向いた実質的に平坦な面を有し上記受けバー手段が上記ケースに対して
回転できるようにするが上記受けバー手段が上記ケースに対して並進移動するの
を防止するような形状のリンク(1701)からなり、 上記受けバー手段の回転が上記受けバーの縦方向の軸及び流管に垂直で上記受
けバー手段から上記ケースまで延びる軸を中心としたものである コリオリ流量計を含む。
【0033】 第9の特徴は、第8の特徴を有するコリオリ流量計において、各々の上記リン
クの上記実質的に平坦な面が第1の端部(1704)、狭い中間部(1702)
及び第2の端部(1703)をなすように砂時計の形状になっているコリオリ流
量計を含む。
【0034】 第10の特徴は、第9の特徴を有するコリオリ流量計において、上記リンクの
第1の端部(1704)が受けバー手段に連結され、上記第2の端部上記ケース
の内壁部分に連結され、 上記リンクの中間部分が上記ケースに対して上記受けバー手段が回転できるよ
うに低い捩ればね率を有し、 上記中間部分が上記ケースに対して上記受けバー手段が並進移動するのを防止
するのに十分な強度である コリオリ流量計を含む。
【0035】 第11の特徴は、第10の特徴を有するコリオリ流量計において、各々の上記
リンクがさらに上記バランスバーと上記リンクとの間に連結された平坦な面をな
すガセット部材(2901)を含み、 上記ガセット部材が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に配置されるよう
にして上記バランスバーの外側の面に取り付けられた第1の側を有し、 上記ガセット部材が上記第1の側に実質的に垂直で上記リンクの実質的に平坦
な面に取り付けられた第2の側を有し、 上記ガセット部材が上記バランスバーの横方向の振動数を上昇させるとともに
該横方向の振動数に垂直な方向に上記バランスバーに与えられた駆動振動数に実
質的に影響を与えないようにする コリオリ流量計を含む。
【0036】 第12の特徴は、第8の特徴を有するコリオリ流量計において、上記受けバー
手段近くの上記流管の端部を上記ケースの端部に連結するための流管スタブ(1
404)をさらに有するコリオリ流量計を含む。
【0037】 第13の特徴は、第12の特徴を有するコリオリ流量計において、上記流管ス
タブが上記受けバー近くのベローズ(2201)を有し、 該ベローズが上記流管スタブのばね作用を低下させて上記受けバー手段を上記
ケース端部から動的に分離するように作用する コリオリ流量計を含む。
【0038】 第14の特徴は、第10の特徴を有するコリオリ流量計において、上記バラン
スバー及び流管をそれらの縦方向の軸に垂直に相互に対して位相を外して振動さ
せるように上記バランスバー及び流管の近くに配置された上記駆動手段(D)と
、 上記流管が上記駆動手段によって振動する際に上記流管を通る物質の流れに
よって生ずる上記流管のコリオリ摂動を検出するように上記流管の近くに配置さ
れたセンサー手段(SR、SL)と を有し、上記センサー手段が上記流れる物質の少なくとも1つの特性を表す出力
信号を生ぜしめるように上記検出に応ずるように作用するコリオリ流量計を含む
【0039】 第15の特徴は、第1の特徴を有する動的にバランスの取れたコリオリ流量計
において、 上記流管がばね作用及び質量作用を有し、 上記バランスバーがばね作用及び質量作用を有し、 上記受けバー手段が上記バランスバー及び流管に実質的に垂直であって上記バ
ランスバーの端部を上記流管に連結し、 細長いケースが上記バランスバー、流管及び受けバー手段を取り囲み、 上記ケースが上記バランスバー及び流管に実質的に平行な縦方向の軸を有し、 上記駆動手段が上記受けバー手段、バランスバー、流管のうちの1つに振動の
節点を形成するように作用し、 該振動の節点が上記流管の有効ばね作用と上記バランスバーの有効ばね作用と
を分離するように作用し、 上記バランスバー及び流管の相互に対して位相を外した振動の際に上記ケース
に対する上記受けバー手段の並進移動を防止するように上記受けバー手段を上記
ケースの内壁部に連結するためのリンク(1701)を有し、 該リンクが上記ケースに対して上記受けバーが回転できるようにして上記ケー
スに対する上記受けバーの並進移動を防止するように砂時計の形状をしており、 上記受けバー手段の回転が上記バランスバー及びケースの縦方向の軸に垂直な
軸を中心としたものであり、 上記バランスバーの有効ばね作用を上記節点の近くに集中させるための上記バ
ランスバーの中心部における切り取り部(2402)を含む手段を有し、 上記流管の有効ばね作用を上記節点の近くに集中させるための上記流管の中間
部分からなるベローズ(1003)を含む手段を有し、 上記有効ばね作用を集中させるための手段が異なる時間に上記流管に異なる密
度の物質があることに応じて上記バランスバー及び流管の有効ばね率を変化させ
るように作用し、 上記受けバー手段の近くの上記流管の端部を上記ケースの端部に連結する流管
のスタブ(1404)を有し、 該流管のスタブが上記流管のばね率を減少させて上記受けバーを上記ケースの
端部から動的に分離するように上記受けバー手段の近くのベローズを含み、 上記受けバー手段は異なる密度の物質が上記流管にある際に上記受けバー手段
の部分のばね率を変化させることによってコリオリ流量計の動的バランスを維持
するようにコリオリ流量計の実質的に全ばね作用を包含し、 上記流管が上記駆動手段によって振動する際に上記流管を通る物質の流れによ
って生ずる上記流管のコリオリ振動を検出するように上記流管の近くに配置され
たセンサー手段(SL、SR)を有し、 該センサー手段が上記流れる物質の少なくとも1つの特性を表す出力信号を生
ぜしめるため上記検出に応ずるように作用する コリオリ流量計を含む。
【0040】 第16の特徴は、第1の特徴を有するコリオリ流量計において、 上記受けバー手段にケースを連結するための連結リンク手段を有し、 該連結リンク手段が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に垂直に向いた実
質的に平坦な面を有し上記受けバー手段を上記ケースに対して回転できるように
し上記受けバー手段が上記ケースに対して並進移動するのを防止するような形状
であり、 上記受けバー手段の回転が上記流管の縦方向の軸に垂直で上記受けバー手段か
ら上記ケースまで延びる軸を中心としたものであり、 上記連結リンク手段の第1の端部が上記受けバー手段に連結され、上記第2の
端部が上記ケースの内壁部分に連結され、 上記連結リンクの中間部分が上記受けバー手段が上記ケースに対して回転でき
るように低い捩ればね率を有し、 上記中間部分が上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するの
に十分な強さであり、 各々の上記連結リンク手段がさらに上記受けバーと上記連結リンク手段との間
に連結された平坦な面をなすガセット部材(2901)を含み、 該ガセット部材が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に平行に配置される
ようにして上記バランスバーの外側の面に取り付けられた第1の側を有し、 上記ガセット部材が上記第1の側に実質的に垂直で上記連結リンク手段の実質
的に平坦な面に取り付けられた第2の側を有し、 上記ガセット部材が上記バランスバーの横方向の振動数を上昇させるように作
用して上記横方向の振動数に垂直な方向に上記バランスバーに与えられた駆動振
動数が実質的に影響を受けないようにする コリオリ流量計を含む。
【0041】 第17の特徴は、相互に実質的に平行に向いたバランスバー(1101)及び
流管(104)と、基準質量(1401)に連結されるとともに上記バランスバ
ーの端部を上記流管に連結する受けバー手段(1001)とを有するコリオリ流
量計の動的バランスをとる方法において、 上記バランスバー、受けバー、流管のいずれか1つに上記流管の有効ばね作用
と上記バランスバーの有効ばね作用とを分離するように作用する振動の節点を形
成するように上記バランスバー及び上記流管を相互に位相を外して横方向に振動
させることと、 上記バランスバーの有効ばね作用を上記節点の近くに集中させ、異なる時間に
上記流管に異なる密度の物質があることに応じて上記バランスバーの有効ばね作
用を変化させるように作用し、さらにコリオリ流量計の改善された動的バランス
を与えるように作用するようにすることと、 の各ステップを含むコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0042】 第18の特徴は、第17の特徴を有する方法において、上記バランスバー(1
101)の有効ばね作用を集中させるステップが上記バランスバーの他の部分よ
り可撓性が大きい中間部分(2402)を与えるステップを含むようにしたコリ
オリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0043】 第19の特徴は、第18の特徴を有する方法において、上記有効ばね作用を集
中させるステップが上記バランスバーの中間部分における切り取り作用(240
2)を形成するステップを有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含
む。
【0044】 第20の特徴は、第18の特徴を有する方法において、異なる時間に上記流管
に異なる密度の物質があることに応じて上記流管の有効ばね作用を変化させるよ
うに上記流管の有効ばね作用を上記節点の近くに集中させるステップをさらに有
するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0045】 第21の特徴は、第20の特徴を有する方法において、上記流管のばね作用を
集中させるステップが上記流管の中間部分にベローズ(1003)を含むステッ
プを有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0046】 第22の特徴は、第17の特徴を有する方法において、上記基準質量がケース
からなり、 上記ケースの縦方向の軸が上記バランスバー及び流管に実質的に平行になるよ
うに上記バランスバー、流管及び受けバーを上記ケースで取り囲むことと、 上記バランスバー及び流管の相互に対して位相を外した振動に応じて上記ケー
スに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するように上記受けバー手段を上
記ケースの内壁部に連結することと、 の各ステップをさらに有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0047】 第23の特徴は、第22の特徴を有する方法において、上記連結手段が上記ケ
ースに対して上記受けバーが回転できるようにし上記受けバーが上記ケースに対
して並進移動するのを防止する形状のリンク(1701)からなり、 上記バランスバー及び流管の縦方向の軸方向に垂直な軸を中心として上記受け
バー手段を上記リンクに対して回転させる ステップをさらに有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0048】 第24の特徴は、第23の特徴を有する方法において、上記リンクが砂時計の
形状であり、 上記回転させるステップが各々の上記リンクの第1の部分が上記受けバー手段
の回転に応じて各々の上記リンクの第2の部分に対して回転するように上記リン
クを回転させるステップを有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含
む。
【0049】 第25の特徴は、第22の特徴を有する方法において、上記流管の端部を上記
流管のスタブを介して上記ケースの端部(1405)に上記受けバーの近くで連
結するステップをさらに有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む
【0050】 第26の特徴は、第25の特徴を有する方法において、上記受けバー手段を上
記ケースの端部から動的に分離するように上記流管のスタブの有効ばね作用を減
少させるため上記受けバーの近くで上記流管のスタブにベローズを用いるステッ
プをさらに有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0051】
【実施例の説明】
本発明は添付の図面を参照して以下の詳細な説明からよりよく理解される。 図1は流管104の中心に配置され流れのない状況で節点箇所102及び10
3を生ぜしめるように動作する駆動装置Dによって振動するコリオリ流管104
を示している。流管104には左側センサーSL及び右側センサーSRが取り付
けられている。点線106は流管104の変位0の軸である。点線107は流管
104の反対側の屈撓限界である。図2はある流れの状況の下で動作する同じ流
量計を示している。
【0052】 振動流管によるコリオリ流量計において、流れる物質のコリオリ力が振動流管
104の形状を変形させる。図2において要素108として大きく誇張されてい
るこの変形は流管104に沿った異なる位置をわずかに異なる位相で振動させる
。振動する流管に沿った各点は正弦波状の運動を行うが、物質が流れる間それら
の点は同時に最大の変位、あるいは変位0になることはない。振動する流管の中
心は流れとともに位相変化を受けることはないが、入口側端部近く位置は位相遅
れの大きさが増大し、流管の出口側端部近くの位置は位相の進みの大きさが増大
する。かくして最大の位相の遅れ、進みとなる点は流管の振動部分の入口側端部
及び出口側端部である。これらの端部は節点、すなわち振幅0の位置によって規
定される。
【0053】 端側の節点102は流管104の入口にあり、節点103は流管104の出口
にある。中心101の左方の流管の部分流管104のこの部分の各点が、流管1
04の右側の対応する点が変位0の軸106を通過した後に変位0の軸106を
通過するということで位相の遅れを有する。
【0054】 流管104の2つの位置の間の位相差が流量を決定する手段になる。流管10
4に沿った2つの位置に速度(あるいは変位、あるいは加速度)のセンサーSL
及びSRが配置される。センサーの出力正弦波の間の時間遅れ(位相差を流管の
振動数で除したもの)は流管104を通る質流流量に正比例する。センサーの出
力信号の間の位相差及び時間遅れは端側節点102及び103において最も大き
くなるであろう。速度センサーSL及びSRを節点102及び103の近くに配
置することにより理論的には最も感度が高い流量計が形成されるであろう。しか
しながら節点102及び103は振動しないのでここでは振幅が検出されない。
かくして妥当な感度(位相差)とするのに十分なだけ節点102及び103から
離れていて容易に検出される正弦波を生ぜしめるのに十分な振幅を有する速度セ
ンサーSL及びSRの中間的な位置が選択される。この中間的な位置は通常節点
102及び103と中心に位置する駆動装置Dとのほぼ中間にある。
【0055】 固定された速度センサーSL及びSRの位置に対する端側節点102及び10
3の位置の変化により流れに対する流量計の感度が変化する。節点が速度センサ
ーに向かって内方に、あるいは速度センサーから離れるように外方に移動すると
、位相が遅れ、かくして流量計の感度が変化する。流管の端側節点102及び1
03の位置は流量計の構造形態によって決定されるが、節点の位置は流量計の不
釣り合いによって変化させられる。
【0056】 図3は端側プレート301によって周囲のケース304に連結された流管10
4を示している。流管104は振動しており、ある振幅を有している。ケース3
04が静止していれば、節点は所望の節点位置102及び103にある。この時
構造は動的にバランスがとれているという。しかしながら図3において、ケース
304も同じ振動数で、流管104に対して180°だけ位相が外れて振動して
いる(バランスのとれていない流管に一般的な状況)。点線106A及び304
Aは屈撓していない流管及びケースの位置を示している。プレート301におけ
る所望の節点の位置102及び103はケースの振動のために実際の節点ではな
い。実際の節点は流管104の位置302及び304にあるが、ここではケース
304に対する流管104の振動の振幅が等しく、ケースの振動の振幅と反対に
なっている。かくして節点302及び303における全振動振幅は0になる。図
3における節点の位置302及び303は流管104と位相を外して振動するケ
ースのため流管104においてプレート301から内方に移動していることがわ
かる。固定された位置のセンサーSL及びSRに対する節点の位置の変位は流れ
に対する流量計の感度を変化させるもので、望ましくない。
【0057】 節点102及び103を端側プレート301内の設定された点に保持するため
に、ケース304の振動を保持することが必要である。これは一種類だけの(流
れる)物質の密度に関して、流管104のばね質量系を同じ共鳴振動数の他のば
ね質量系で釣り合わせることによって容易になされる。
【0058】 図4の単純化されたばね質量系は釣り合わせがどのように作用するかを示して
いる。2つの質量の塊m1及びm2がばね率kを有する理想的な質量のないばね
によって連結されている。質量m1及びm2が引き離されて放されると、それら
は同じ共鳴振動数で相互に180°位相を外して振動する。
【0059】 運動量保存則はある方向における質量と速度の積が逆の方向における質量と速
度の積に等しい、すなわちm1V1=m2V2である。振動の速度は振動振幅に
比例するのでm1A1=m2A2であり、ここでA1及びA2は振動の振幅であ
る。簡単に言えば、大きい質量m2はm1に比較して小さい振動の振幅を有して
いなければならない。またばねには運動が0になる節点があることになる。Nに
おける節点の位置は、l1/l2=A1/A2となるようにばねを2つの長さに
分ける。節点Nの位置は固定されているので、各々のばね部分は他のばね部分で
なく壁に取り付けられているように振る舞う。
【0060】 ばねの節点Nのいずれかの側の)二体の振動系の2つの半片は同じ共鳴振動数
を有していなければならない。共鳴振動数は(固さ/質量)の平方根に比例する
。すなわち (式1)
【数2】 である。 (式2)
【数3】 であるので、図4の系の2つの半片は同じ質量に対する硬さの比を有していなけ
ればならない。質量に対する硬さの比はばねの固さ、長さ及び振動の振幅の間の
関係に基づいて一定でなければならない。図4のばねは節点Nによって2つのば
ねk1及びk2に分けられる。ばねの固さは長さに反比例し、k1/k2=l1
/l2である。l1/l1=A1/A2、m1A1=m2A2であるので、代入
することにより、k1/m1=k2/m2となる。
【0061】 図4のばね質量系は従来のバランスのとれた単管型コリオリ流量系を表してい
れば、m1は流管104の質量を、m2はバランスバーの質量を表す。図5に示
されるように、ケース304は節点Nでそれらに連結されている。節点Nは動き
がないのでケース304は振動しない。図6において、流管m1におけるより大
きい密度の物質を表すためにm1に付加的な質量Δmが加えられている。運動量
保存則が適用されなければならないので、節点Nの位置はm1に向かって、新た
な節点となる位置Ndに移動する。これはN(もはや節点ではない)において連
結されたケースを、新たな節点Ndの各々の側での運動量の和が0となるような
振幅でm2とともに振動させることになる。ケースは一般的にm1あるいはm2
のいずれよりもずっと質量が大きいので、ケース304を運動量が保存されるの
に十分な振幅で振動させるのに図6において節点がNからNdまでそれほど移動
する必要はない。質量がm1に付加されるのでなく除去されるならば、節点はN
から右方に移動しケース304はm2でなくm1とともに振動するであろう。
【0062】 要するに、従来技術の単管型流量計において流管104の質量(m1)の変化
によりケースの質量を運動量の保存に十分な振幅でm1、m2のいずれかと位相
を合わせて振動させるのに十分な節点位置の変化が生ずる。ケースの質量は大き
いので、節点位置の変化は小さく、ケースの振動の振幅は小さく、物質の密度の
による流量計の感度の変化も小さい。しかしながら物質の密度による感度の変化
はある用途でコリオリ流量計に必要とされる精度を低下させるのに十分なほどに
大きい。ケースはバランスバー、流管及び受けバーに連結された基準質量と考え
られよう。
【0063】 本発明はケースの質量をバランスをとるのに組み込むのでなく、固さk1及び
k2を変えることにより従来の流管のバランスをとる方法を大いに改善する。従
来の手法では、流量計の構造の有効ばねが流管、バランスバー、受けバー301
のような連結構造にわたって分布する。流管104における物質の密度の変化に
よる端側の節点102及び103の移動は有効「ばね」長さに比較して非常に小
さい。かくして節点の移動は有効ばね率k1、k2の変化にはほとんど作用せず
、ケースの質量を組み込まずに構造の動的バランスを得ることができない。 (式3)
【数4】 であることを想起しよう。
【0064】 従来技術において、運動量を保存する主たる手段は軽い部材とともに移動する
ようにケース304の質量を変位させることである。かくして (式4)
【数5】 である時に均等になる。
【0065】 図7に示されるように、本発明は動的にバランスがとれていないことにより節
点の位置がどのように移動しても個々のぱね率k1及びk2の比較的大きい変化
が生ずる。ばね率を変えることにより動的バランスが維持され、必要な質量の変
位及び節点の位置の変位の長さが減少する。これによりケースの振動と物質の密
度による流量計の感度の変化とが減少する。
【0066】 図8は図7のばね領域の拡大図である。これは質量Δmがm1に加えられた後
に節点がどのように位置801から位置802まで短い距離だけ変位して動的バ
ランスを回復するかを示している。これはまたこの短い距離が短いばねの長さに
比較していかに重要であるかを示している。ばねk1が短く固くされてばねk2
が長く柔らかくされて、従来技術のように構造全体にわたってばねが延びる場合
よりも節点の変位及びケースの振動がずっと少ない状態での流量計のバランスを
可能にする。従来のバランスをとる手法と本発明の手法との差は質量の1つが変
化しても流量計の要素の間の共鳴振動数の均等性が維持される状況によって示さ
れる。
【0067】 (式2)から
【数6】 となることを想起しよう。
【0068】 物質の密度の変化等により流量計の質量m1に質量Δmが加えられた時に、従
来の方法はバランスバーの質量にケースの質量を加えることによって均等性を維
持する。ケースはこの条件で振動する。 (式5)
【数7】 この式はケースの質量がバランスをとるのに直接関係することを必要とする。
【0069】 本発明は加えられた質量Δmに応じて流量計構造のばね率k1及びk2を変え
ることによって質量に対する硬さの比の均等性を維持し、 (式6)
【数8】 となる。
【0070】 この式はケースの質量を含まず、その代わりにバランスをとるためにk1及び
k2の固さを変える。このケースは動的バランスを得るのに関わらないので、大
きく振動することはない。
【0071】 図9は典型的な従来の流量計の流管及びバランスバーを変形した状態で示して
いる。従来技術おいて流管104及びバランスバー902はその長さ方向に実質
的に一様な固さであり、その全長にわたって変形する。構造全体に系のばねが広
がっている。この意味での「ばね」という語は加えられた力に応じて弾性的に変
形するある体積の金属を表している。これは変形するとエネルギーを蓄積し、緩
和すると系にエネルギーを戻す。かくして図9の全構造は大きいばねとして作用
する。節点の変位は大きいばねの長さに比較して非常に小さいので、流管、バラ
ンスバーのいずれかの有効長、また有効ばね固さを変化させることはほとんどな
い。
【0072】 流量計の質量のバランスをとるのではなくばね率のバランスをとることを可能
にする本発明の形態の詳細の1つに流管の端側節点の近くにばねを局所化するこ
とがある。図10は本発明の構造の概念的に具体化したものを示す。この構造は
非常に曲がり易い流管104及びバランスバー1004の両方の中心部分100
2及び1003を形成することにより流管104及びバランスバー1004の節
点102及び103の近くに図10に示される流量計のばね作用を局所化する。
【0073】 これは流管104及びバランスバー1004の中心にゴムのようなより固さの
小さい材料、あるいはより硬さの小さい形状を用いることによってなされる。こ
の中心部分は流管104におけるベローズ1003とバランスバー1004にお
けるくびれた領域1002とからなる。これらの「柔らかい」中心領域は要素1
04及び1004の曲げをこの中心領域に集中させる。これらの中心領域でばね
率が非常に小さいので、ばねのエネルギーは流管104がバランスバー1004
に連結される領域に集中する。この領域は図10における受けバー1001であ
る。流管104及びバランスバー1004の直線状部分は硬く自由に移動できる
が、その柔らかい中心部分がこれらの固い要素から曲げモーメントを除去するの
で有効ばねを形成しない。バランスバー及び流管の中心領域1002及び100
3が十分な可撓性であれば、硬さが小さくてばね質量系の動的関係には重要にな
らない。この時全体のばねkは集中していて、受けバー1001のばねと等しく
なる。
【0074】 図11は流管104及びバランスバー1101(1004に対応する)を有す
る流量計の一方の端部における受けバー1001の断面図を示している。図12
は流管104及びバランスバー1101がほぼ等しい振動の振幅を有する時に生
ずる受けバーの変形を(過度に誇張して)示している。この場合節点(運動のな
い領域)は流管104の壁部とバランスバー1101の壁部とのほぼ中間の円筒
面1104(点線)である。図13はバランスバー1101が流管104よりず
っと大きい振動の振幅を有する時に生ずる変形を示している。密度の大きい物質
は流管104の振動数及び振幅を低下させる傾向にある(運動量保存則を想起す
ること)。節点の円筒面1104は流管の減小した振幅のために流管104に非
常に接近してくることがわかる。これは流管の有効ばねを短く硬くさせ、流管の
共鳴振動数の低下を減少させる。同時にバランスバーの有効ばねは長くなり柔ら
かくなっている。これはバランスバーの共鳴振動数をまた低下させることになる
。適切に設計すれば受けバー1001内のばね率の変化Δkは流管における密度
の大きい物質の余分の質量のバランスをとるのに丁度十分なものになる。その時
共鳴振動数は等しい分だけ低下しケースの質量にかかわらず等しいままである。
これは全てケースの振動の振幅が流量計の感度を変化させるので望ましい。
【0075】 これまでバランスバー1101の振動の振幅に対する流管104の相対的な振
動の振幅は密度の大きい物質では減小し、軽い物質では増大するものと仮定して
きた。ばね率の変化により等しい共鳴振動数を有するバランスバー及び流管では
この仮定は正しい。バランスバーが所望の端側の節点において流管に取り付けら
れた動的バランス体と見られれば、受けバー1001内の所望の節点の位置での
いかなる運動もバランスバー1101によって形成される動的バランス体にエネ
ルギーを注入し、動的バランサーからの反力が節点の運動を抑えるようになるま
で振幅を増大させることはすぐにわかる。流管104に質量が加われば、動的バ
ランス体が共鳴振動数を低下させて振動数の均等性を維持し、節点の円筒面11
04の位置が停止するまで振幅を上昇させる。流管104から質量が除去されれ
ば、動的バランス体が共鳴振動数を上昇させ、振幅を正規の大きさに低下させる
【0076】 本発明は振動する流管、バランスバー及びケース部材の間で質量を転移するの
でなく相対的ばねの固さを変えることによって動的バランスを維持する。受けバ
ー1001の固定された節点領域1104の回りに局所的にばね作用を集中させ
ることによってこれを行うことができる。図11、12及び13は流量計が影響
を受けないようにこれがどのように行われるかを示している。しかしながらこれ
らの図では簡単にするために図14及び15に示される複雑な要素を除外してい
る。図14及び15はバランスバー1101、流管104及び受けバー1001
を収容するケース1401の端部1405を有する流量計ケース1401を示し
ている。流量計104及びバランスバー1101は受けバー1001によってバ
ランスバー1101の端部において相互に連結されている。図14において、流
管104の振動の振幅はバランスバー1101の振幅よりずっと大きい。図15
において、バランスバー1101の振幅は流管104の振幅よりずっと大きい。
これらの状況はそれぞれ軽い物質を有する流量計(図14)、密度の大きい物質
(図15)を有する流量計のバランスをとることになるであろう。
【0077】 図14及び15は流管104が受けバー1001の領域においてこれに加わる
トルクに応じて受けバー1001とケース端部1405との間の流管の部分14
04において曲がるという点で図11、12及び13とは異なっている。このト
ルクは流管104及びバランスバー1101の相対的振幅の結果である。流量計
は与えられた物質の密度でバランスバー1101によって与えられるトルクが流
管104によって与えられるトルクと同じ大きさで逆の向きとなるように設定で
きる(図16)。しかしながら物質の密度が変わると、流管104とバランスバ
ー1101との間の振幅の比が変化し、トルクがバランスのとれていないものに
なる。このトルクはケース連結リンク1701(図17)と、流管の部分140
4が突き抜けるケース端部1405との抵抗を受け、等しい大きさで逆向きの力
F1及びF2となる。ここでケース連結リンク1701が振動の方向の転移の際
に剛性でなければならない理由がわかる。ケース連結リンク1701は所望の節
点の位置がF1だけ転移するように強制されることがないように力F1に抗しな
ければならず、全構造がバランスのとれていないものになる。ケース端部140
5及びケース連結リンク1701は極端に剛性が大きいケース1401に力を転
移し、ここで力が相互に打ち消し合ってケースに振動の力が生じない。ケース1
401の両端を考慮すると(図19)ケース1401に加わるモーメントも打ち
消し合う。
【0078】 ケース連結リンク1701は特殊な設計の基準が課せられている。これは受け
バー1001の節点領域とケース1401との間の大きな相対的運動を防止する
ように十分剛性が大きくなければならない。同時にバランスバー1101の端部
が連結リンク1701に大きなばねエネルギーを蓄積することなく自由に回転す
るように十分な可撓性がなければならない。ばねエネルギーがケース連結リンク
1701に蓄積されるとすれば、これは節点領域の外側にあって流量計の自己バ
ランス化能力を低下させるであろう。連結リンクの1つの好ましい形態は図17
及び20に示されるように蝶形あるいは砂時計形である。幅の狭い中心部170
2は捩れには可撓性があるが並進移動には可撓性がない。幅の広い端部1703
及び1704は並進方向の力に抗するのに十分な硬さを与える。中心部分170
2はリンクにかかる並進方向の力に伴う曲げモーメントが図21の曲げモーメン
ドのダイアグラムに示されるようにリンクの中心部で0になるので並進方向の力
に抗するだけの幅の広さは必要でない。
【0079】 ケース連結リンク1701はまた他の設計的問題を解決するためにも用いられ
る。流管104及びバランスバー1101は1つの共鳴振動数で相互に反対方向
に駆動される。それらは流管の軸とともに駆動平面と呼ばれる平面をなす方向に
振動するように駆動される。流管及びバランスバーはまたそれらが駆動平面に垂
直な方向に振動する振動モードを有する。流管、受けバー及びバランスバーの軸
対称性により垂直方向の振動モードは駆動振動数に非常に近くなり易い。この狭
い振動数の間隔のために測定上の問題が生じ得るが、これは避けるべきである。
駆動モードと垂直モードとの振動数の間隔を増大させる1つの方法は図29及び
30に示されるようにケース連結リンクとバランスバーとの間に薄い金属製のガ
セットを入れることである。ガセット2901はケース連結リンク1701及び
バランスバー1101に取り付けられている。この方向は垂直モードに必要とさ
れるように曲げ屈撓に対しケース連結リンクを固くする。それによりバランスバ
ー装着部を固くして垂直モードでの振動数を高める。ガセットは薄いのでケース
連結リンクの捩れ剛性を大きく増大させたり駆動モードの振動数を上昇させたり
はしない。さらに駆動方向においてケース連結リンクの並進方向での固さに作用
を与えることもない。
【0080】 力F1及びF2によって流管のスタブ1404に加わるトルクはこのトルクに
応じて各々の流管のスタブが曲がるというもう1つの問題を与える。受けバー1
103の外側の流管のスタブ1404のこの屈撓は節点の領域から離れた流管の
有効ばね構造の重要な延長になっている。すでに論じたように、流量計のばね作
用を節点の近くに集中させるのが望ましい。ばね構造のこの延長は流量計のばね
のバランスを低下させる。
【0081】 流管のスタブ1404に蓄積されたばねエネルギーは図22におけるベローズ
2201のようにより柔らかい材料あるいは柔らかい形状を備えることにより流
管のスタブ1404のばね率を減少させることによって減少する。ベローズ22
01は流管1404におけるばねのエネルギーを受けバー1001の領域にさら
に集中させるように減少させる。ベローズ2201はまた流管のスタブ1404
によってケース1401に加わるトルクを大幅に減少させる。ベローズ1404
は受けバーの領域1001が自由に回転できるようにすることによってトルクを
減少させる。自己バランスの面からは図22の形態と、ケースを除去した図23
とは本発明の好ましい実質例である。
【0082】 図23は図22と同様であるがケース1401が示されていない流量計を示し
ている。特に図23に示される流量計の構造は中心部におけるベローズ1003
と流管のスタブ1404の部分におけるベローズ2201を有する流管104か
らなる。流管104はバランスバー1101の左右の部分相互に連結する減少し
た部分1002によって形成される可撓性の中心の切り取られた部分2402を
有するバランスバー1101によって囲まれている。図23の構造はさらにケー
ス連結リンク1701を含む。かくして図23の構造は動的バランスが第一の基
準となる用途には好ましい。図23の構造は流管104、バランスバー1101
、受けバー1001のばね構造を端側の節点に集中させるので図23の構造によ
って動的バランスが得られる。
【0083】 ある用途ではベローズは単管型流量計を望ましくするいくつかの特徴を無効に
するであろう。ベローズは内側を清掃するのが困難である。これにより例えば流
管の内面全体が清掃可能で検査を受けられるようにする必要がある食品の用途で
ベローズが許容されなくなる。
【0084】 連続的で一様な直径及び材料の流管104を有するのが望ましい場合、流管1
04の中心領域及び流管のスタブ1404の領域は曲げに柔らかくされない。バ
ランスバー1101の中心領域1002を曲げに柔らかくし受けバー1001に
おけるケース連結リンク1701を用いるのがさらに有利である。図24は流管
104が図23のベローズ2201及び1003がないことを除いては図23と
同様である。図24の実施例は流管104の内側が滑らかで連続的でなければな
らない用途で最も好ましい。かくして図24の流管104は図23のペローズ2
201及び1003の与える可撓性を有していない。
【0085】 図24の流量計はバランスがとれていて節点が依然として受けバー1001の
領域にある。さらにバランスバー1101のばねは図23に示されるように受け
バー1001において節点の近くに集中している。節点の流管104の側で流管
のばねの受けバー104の部分はここでは比較的柔らかく分布したばね(屈曲す
る流管)と連続している。流管に付加的な質量が加わると、節点の位置は流管に
向かって移動し、図13に関して前述したようにバランスバー1101のばねを
柔らかくする。
【0086】 しかしながら正味の流管のばねは柔らかい流管のばねと固い受けバー1001
のばねの一部が直列条になっているものである。直列状のばねは並列状の抵抗の
ようにばね率を付加し、柔らかいばね(あるいは小さい抵抗)が主になる。
【数9】 かくして1780g/cm(10ポンド/インチ)のばねと直列になった178
00g/cm(100ポンド/インチ)のばねは正味1640g/cm(9.1
ポンド/インチ)のばね率となる。節点の移動で生ずるようにより硬いばねが
23400g/cm(130ポンド/インチ)に変化したとすると、正味の直列
で1670g/cm(9.3ポンド/インチ)のばね率となるであろう。かくし
て固いばねの固さの30%の変化で結合したばねの固さのわずか2%の変化が生
ずると考えられる。かくして正味の流管104のばね率は柔らかい流管のばねに
支配され、受けバー1001のばねにおける節点の位置の変化は正味の流管10
4のばね率にほとんど作用しない。
【0087】 図24の流管104のばね作用が図25及び26に概念的に示されている。図
25において流管104の質量はm1で表される。正味の流管のばねは柔らかい
分布した流管104のばねと節点Nの左方の受けバー1001の固い部分を直列
状に加えたk1によって表される。より大きいバランスバー1101の質量はm
2で表され、そのばねk2は受けバー1001に集中している。バランスのとれ
た状態でこの構造の節点は位置2501における節点Nによって表される。図2
6において、重い物質が流管に導入された時等に質量Δmが流管104に加わり
、節点Nを位置2601に左方に変位させることになる。この節点の変位はバラ
ンスバー1101のばねの長さ及びばね率k2に大きな変化を生ぜしめる。しか
しながら流管104のばねは流管の新たな節点の位置の側における受けバーの短
く固いばねと直列状に長さを変化させない流管における柔らかく分布したばねか
らなる。受けバー1001の要素は節点の移動によってかなり短くなるけれども
、分布した流管のばねがばね率を支配し、節点の変位は流管104の全体的なば
ねの固さにほとんど差異を与えない。かくして図24のこの形状は物質の密度の
変化とのバランスを維持することに関する妥協的なもである。バランスバー11
01はそのばね率を変化させ得るが、流管104はケース1401を移動させる
ことによって質量を変化させなければならない。その結果ケースが振動すること
になる。しかしながらバランスバー1101における固さの変化により必要な質
量の転移が減少するのでケースの移動は従来技術の流量計よりずっと少ない。こ
のケースの振動の減少は従来技術に比較して流量計における節点位置の変化がよ
り少なくなり精度の改善がなされる。
【0088】 共鳴振動数の式は本発明のこの実施例(流管にベローズがない)が従来技術の
流量計に比較していかにケースの振動が少なくなるかを示している。
【数10】 この式はΔkの項において従来の手法(式4)とは異なっている。この項がある
ことはこの式と流量計のバランスをとるためにケースの質量(振動の振幅)の関
わる必要がより少なくなることを意味する。
【0089】 図27及び28は本発明の実施例であるコリオリ流量計全体の構造を示してい
る。図27は流管104がベローズを含まない実施例からなる。図28の実施例
は流管104の中心部分及び流管のスタブ1404の領域がベローズ2201及
び1003ことを除いて図27と同様である。両方の実施例はケースの端部14
05が要素2702によってフランジ2701に連結されているのを示し、この
フランジ2701によって図27及び28の流量計が入口側端部の配管や出口側
端部の物質の受け入れ部のような物質源に連結されよう。
【0090】 図27及び28の両方の実施例は流量計を通る物質の流れを示すことになる流
管/バランスバーの構造のコリオリ振動を表す運動を検出するための流管の中間
部分における駆動装置Dと左側のセンサーSL及びSRを含む。
【0091】 本発明は好ましい実施例に限られるものではなく、発明の思想、範囲内での変
形変更に及ぶものであることがわかるであろう。かくしてここで用いられる「物
質」という語はスラリー、液体、気体、それらの組合せを含む、いかなる流動性
のものにも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 コリオリ流量計の従来の直線状流管の振動特性を示す図である。
【図2】 コリオリ流量計の従来の直線状流管の振動特性を示す図である。
【図3】 コリオリ流量計の従来の直線状流管の振動特性を示す図である。
【図4】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図5】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図6】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図7】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図8】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図9】 従来技術のコリオリ流量計を示す図である。
【図10】 本発明のバランスバー及び流管のばね構造を示す図である。
【図11】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図12】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図13】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図14】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図15】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図16】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図17】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図18】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図19】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図20】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図21】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図22】 本発明の流管延長スタブを示す図である。
【図23】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図24】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図25】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図26】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図27】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図28】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図29】 図18−21の受けバー連結リンクの他の例を示す図である。
【図30】 図18−21の受けバー連結リンクの他の例を示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年1月5日(2000.1.5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明はコリオリ流量計に関し、特に流れる物質の密度の変化に応
じて流管とバランスバーとの間の動的バランスを維持する単管型コリオリ流量計
に関する。
【0002】
【技術的課題】物質が流れる振動する流管とこれに取り付けられたバランスバー
との間の動的バランスを維持することが単管型コリオリ流量計における1つの問
題である。変動する動作条件の下で流量計の動的バランスを維持するために単管
型コリオリ流量計にはバランスバーが設けられている。バランスバーは流量計の
流管に連結され、バランスバーと振動する流管との組合せが動的バランスのとれ
た構造をなすように流管との位相が外れて振動する。
【0003】 単管型コリオリ流量計は工場で較正され、既知の比重を有する物質、あるいは
0.8〜1.0、1.0〜1.2のような既知の狭い範囲の比重を有する物質に
対して動的にバランスがとられている。これは米国特許第5398554号、欧
州特許公開第759542号に開示されている。これらの流量計はそれが較正さ
れた物質に近い比重を有する物質に使用を限定すれば、良好に動作し、動的バラ
ンスを維持する。しかしながらコリオリ流量計がその較正された比重を有する物
質に使用を限定することは必ずしも可能ではない。他の密度の物質で流量計を用
いると流量計のバランスがくずれ、振動を生じその結果精度が低下する。
【0004】 単管型コリオリ流量計は典型的には1本の流管と、流管に振動するように連結
されたバランスバーあるいはバランス管(以下バランスバーという)と、流管及
びバランスバーを取り囲む収容ケースとからなる。流量計構造体が物質の流れが
測定される対応する配管系に連結されるようにして延長スタブが流管からケース
端部を通り抜けることが多い。流量計の動的バランスが得られた時に、端側の動
きのない節点位置は典型的には流管とケース端部との交差位置となる。流管の比
較的短い部分が各々のケース端部から、流管の縦方向の軸に垂直で流管をバラン
スバーの端部に連結する受けバーまで内方に延びているる。物質で満たされた流
管及びバランスバーは、流管とバランスバーとの対が動的にバランスのとれた構
造をなして節点が流管とケース端部との交差部になるように相互に位相が外れて
振動する。この動的バランスが得られた時に、ケースは振動しない。
【0005】 流量計が較正されバランスがとれているのとは異なる比重を有する物質で流量
計が動作すると動的なアンバランスによるケースの振動が生ずる。この条件の下
で節点の位置がもはやケース端点にはないように変位する。新たな物質の比重に
応じて、振動の節点はケース端部から離れて流量計の中心に向かう方向に内方に
変位するか(より重い物質の場合)、あるいはケースの外側で配管系内に外方に
変位する(より軽い物質の場合)。この条件の下でケースは運動量保存の法則を
満たすように振動し、流量計の精度が低下する。
【0006】 流量計の形態は流管の端側節点に対して流管の有利な位置に速度センサーを配
置することを含む。端側節点の比較的近くにセンサーを設置すると流量計の感度
が高まり、センサーを端側節点からさらに離して設置すると流量計の感度が低下
することが知られている。流量計は一定した知られている感度を有するのが望ま
しい。流量計が異なる密度物質で動作する際の端側節点の動きによりセンサーと
節点との間の距離が変化する。これにより流量計の感度が変化し、出力情報の精
度が低下する。感度の変化は比較的小さいけれども、臨界的な用途においては低
下した出力情報が使用者に問題を生ぜしめるのに十分な大きさである。
【0007】 要するにコリオリ流量計の流れの感度は流管の有効長さの端部を規定する節点
と速度センサーとの間隔の関数である。単管型流量計において、物質の流れの比
重の変化により流管の端側節点位置が変化し、これはまた流量計の感度を変化さ
せることになる。
【0008】 単管型コリオリ流量計におけるバランスの問題を解決する従来の方法は振動の
振幅を最小にしそれによって節点の位置の変化を最小にするためにケースの質量
をできるだけ大きくすることである。さらにアンバランス(流量計の振動を生ぜ
しめる)は物質の密度の関数であり、物質の密度は流管の振動数から決定される
ので、流管の振動数によって流量計の流れの較正因子を変更するために流量計の
電子回路におけるソフトウェアのアルゴリズムが用いられる。これは欧州特許公
開第831306号に開示されている。このアプローチに関する主たる問題は流
量計の装着部の固さが流量計の振動の振幅に及ぼす作用を考慮していないことで
ある。流量計の柔軟な装着部は固い装着部よりも流量計の振幅がより大きく(ま
た節点の位置の変位がより大きく)なる。出力装置に用いられる修正アルゴリズ
ムは「適度な固さ」を有する装着部であると仮定しているので、柔軟な装着部で
は補償が過小になり、固い装着部では補償が補償が過大になる。これはコリオリ
流量計及び関連装置の出力情報の精度の低下となる。欧州特許公開第75954
2号及び米国特許第5398554号はある範囲の流体の密度にわたって流量計
のバランスを維持する問題を解決しようとする従来の技術を示している。それら
は手動的に調整可能な釣り合わせ重量によってこれを行っている。この方法は連
続的に変化する密度を有する流体を正確に測定ことができないという問題を有し
ている。
【0009】
【課題を解決する手段】本発明は前述の問題点を解決し、1本の流管と、バラン
スバーと、物質の密度の広い範囲にわたって流量計の動的バランスを維持する組
込まれた相互連結構造とを有する流量計を与えることにより技術的な進歩を達成
する。バランスバーと、流管と、以下に受けバーと称する連結構造とのばね構造
の特性を制御することによって流管とバランスバーとの間の動的バランスが維持
される。受けバーはバランスバーの端部と流管とを相互に連結し、異なる密度の
物質で満たされた時に流管の共鳴振動数に合うように流管バランスバーの共鳴振
動数を動的に変化させることによってこのバランスを維持する。この作用を行う
際にバランスバーは動的バランサーのように振舞い、流管とその中の物質との振
動の振幅を釣り合わせるのに必要な振動の振幅を自動的に維持する。
【0010】 本発明には振動系の基本的法則が適用される。第1には(外力がない時に)運
動量が保存されなければならないことである。これは質量とある方向の速度との
積が質量と反対方向の速度との積に等しいことを意味する。バランスのとれた流
量計において、流管及びその中に入っている物質の質量とある方向の速度との積
がバランスバーと反対方向の速度との積に等しい。(正弦状の運動において速度
は振動の振幅に比例する。流管及びバランスバーに沿った異なる箇所は異なる振
幅であるので、これは計算の問題になる。)バランスのとれていない流量計にお
いてもこの法則が維持されるが、流量計のケース及び連結された配管系が流管、
バランスバーのいずれかとともに振動するのでそれらの質量も加わる。流量計に
よって外界のものの多くが振動するとしても、振動する物質は流管とももに振動
するものと、バランスバーとともに振動するものとの2つのグループに分けられ
る。運動量の保存はこれらの2つのグループの運動量が等しく、反対方向である
ことを要する。
【0011】 本発明に関する第2の法則は2体振動系の2つの部分が同じ共鳴振動数を有し
ていなければならないことである。同じ共鳴振動数を有していないとすれば、そ
れらは別個の振動モードをなし、同じモードの2つの部分とはならないであろう
。共鳴振動数は硬さ/質量の平方根に等しい。それゆえ同じ共鳴振動数を有する
2つの質量グループは質量に対する固さの比が同じでなければならない。
【0012】 コリオリ流量計において流量計全体にわたって硬さ及び質量が空間的に分布し
ている。このような複雑な構造において、ある領域が主として質量として作用し
、また他の領域が主としてばねとして作用する。この考え方を示すために第1の
曲げモードで振動する単純なカンチレバー状ビームが用いられる。これは長さ方
向に一様な質量分布及び一様な固さを有している。ビームの振動する端部の近く
の質量は固定された端部の近くの質量より共鳴振動数に大きく影響する。かくし
て振動の局所的質量と局所的振幅との積である質量の作用は振動する端部の近く
に集中している。同様に振動する端部の固さは共鳴振動数にほとんど影響しない
が、固定された端部の固さは大きく影響する。かくして局所的ばね率kと局所的
曲げモーメントとの積であるばる作用は固定された端部の近くに集中している。
【0013】 従来技術のコリオリ流量計(欧州特許公開第0759542号のような)にお
いて、流管及びバランスバーは両端が固定されていて、最大の振幅が中心にある
。かくして中心における質量が最も駆動振動数に影響する。しかしながら曲げモ
ーメントは3つの最大点を有する。流管及びバランスバーの中心及び両端で最大
となる。かくして各々の振動する部材の3つの領域がばね作用にあずかる。
【0014】 バランスのとれた流量計において、物質が満たされている流管とバランスバー
とは同じ共鳴振動数を有するので、同じ質量に対する固さの比を有する。従来の
単管型流量計が異なる密度の物質によってバランスがとれていない時に、流管の
構造をバランスバーの構造から分離する節点が流管、バランスバー、ケースから
なる結合した構造の運動量保存に適合するように移動する。より密度の高い物質
では節点が流管上で内方に移動して流管及びケースの質量の一部がバランスバー
とともに振動する。質量の変位の結果は流管が一部の質量をバランスバーに分与
するので流管の自然振動数の低下は増大した物質の密度が示すよりは少ない。ま
たバランスバーの自然振動数が流管及びケースの一部をなす付加質量のために低
下して2つの構造の共鳴振動数及び質量/固さの比が等しいままになっている。
低密度の物質では、節点が反対方向に移動し、バランスバーが流管に質量を分与
して共鳴振動数を等しく保つ。
【0015】 従来技術の解決策では、節点の位置の変位は主として一方の部材及びケースか
ら他方の部材に質量を移す。問題はケースの質量が関わることと、その振動の振
幅が知られていない装着部の硬さの関数となることである。ケースの振動の振幅
が知られていないので、流量計の感度の変化も知られていない。不釣り合いによ
る節点の変位はまた一方の「ばね」をより長く、他方の「ばね」をより短くする
ことによって2つの部材のばね率を変化させる。しかし各々の部材の「ばね作用
」は構造全体に広がっているので、節点の変位の距離は「ばね」の長さに比較し
て非常に小さく、ばね率の変化は非常に小さい。
【0016】 本発明において、各々の部材の最大の曲げモーメントは構造全体に分布するの
でなく端側の節点の近くに集中している。この集中は共鳴振動数を決定する際に
局所的な硬さを非常に重要なものにする。かくして節点の位置の変位は有効ばね
長さを、その一方をより短く、従ってより硬く、また他方をより長くかつより柔
らかくする(ばねの硬さはばねの長さに反比例する)ことによって大きく変化さ
せる。本発明において物質の密度による節点の変位は流管及びバランスバーの共
鳴振動数を等しく保持するようにばね率を変化させる。共鳴振動数が等しいので
、流管及びバランスバーの振動の振幅は運動量を保存するように自動的に調整が
なされる。この手段によってそれほど大きな質量を移したり流量計のケースに関
わることなく流量計のバランスが維持される。
【0017】 本発明によれば、ばね作用が受けバーに集中していて、流管及びバランスバー
から実質的に除去されている。構造のばねとしての重要性はそれが屈撓した状態
で蓄積するばねエネルギーの量によって決定される。ある領域がごくわずかのば
ねエネルギーを蓄積するにすぎないとすれば、系の振動数にはごくわずかの作用
を与えるだけである。ばねエネルギーの式
【数1】 はばねエネルギーが硬さkを非常に小さくすることによって小さくすることがで
きることを示す。これがなされれば、構造は非常に柔らかいばねヒンジないしギ
ャップがあるように振る舞う。ある領域でばねの撓みxを非常に小さくすること
によってばねのエネルギーはまた非常に小さくできる。これは荷重を局所的に減
少させるか、あるいはばねの硬さkを荷重が部材を屈撓させない程度に大きくす
ることによってなされる。これがなされると、構造は固さの大きい位置で剛性の
リンクになっているように振る舞う。これらの両方の手法が流管及びバランスバ
ーから流量計のばね作用を取り除くために用いられる。バランスバー及び流管は
系の動作には依然として重要であるが、ただ質量要素としてだけである。
【0018】 本発明の1つの好ましい実質例によれば、流管の中間部分を取り除き可撓性の
ベローズで置き換えることによって流管はばね作用が除去される。ベローズは非
常に小さいばね率なので屈撓が大きいにもかかわらずごくわずかのエネルギーを
蓄積するにすぎない。流管はこの柔らかい中間部分のために端側がベローズで緩
く連結された2本の剛性のカンチレバービームのように屈撓できる。流管の動的
部分の曲げ動作がベローズによって効果的に除去されて、ベローズの各側の流管
部分がごくわずかの変形を受けるにすぎない(比較的直線状のままである)。か
くしてばねの変形及びばねのエネルギー蓄積の大部分が流管の動的部分から除去
される。流管は連続的でなければならず、受けバーの位置で途切れることはでき
ないので、流管の剛性のカンチレバービーム部分が屈撓する際に流管の端部(受
けバーの外側でケース端部の内側)が屈曲する。これらの流管部分(以下管スタ
ブという)は屈曲する際にばねエネルギーを蓄積する。本発明の最適な実施例お
いて、ばねエネルギーの実質的に全てが受けバーに包含されている。それによっ
て中心の流管のベローズと同じようにしてばねエネルギーを消去するベローズを
管スタブに用いることによって管スタブからばねエネルギーが除去される。本発
明の流管のばね作用全体は3つのペローズによって受けバーに存在することにな
る。
【0019】 本発明のバランスバーはまた中心で非常に可撓性が大きくなっているのでばね
作用が除去される。流管と同様にバランスバーの他の部分は固くなっている。バ
ランスバーはその端側の受けバーを超えて延びることはなく、それゆえ端側のペ
ローズは必要でない。中心の柔らかい部分と他の硬い部分との組合せによりバラ
ンスバーは流量計のばね作用が効果的に除去される。流管及びバランスバーが流
量計のばね作用を除去される結果はばね作用がほとんど受けバーだけに集中する
こととなる。
【0020】 流量計のばね作用が受けバーに集中することは受けバーが比較的短い長さにな
り効果的に短いばねを形成するので有利である。本発明の流量計はバランスがと
れていて流管のばねとバランスバーのばねとを動的に分離する端側の節点が受け
バーにあることになる。かくして各々の端側の節点は流管に作用する有効ばねの
短い部分とバランスバーに作用する有効ばねの短い部分とを分離する。物質の密
度の変化により節点の位置にわずかな変位が生ずるが、これにより(ばねが非常
に短いので)一方のばねがさらにかなり短く、固くなり、他方のばねがさらによ
り長く、柔らかくなる。運動量保存則は節点の位置が質量の増大する部材に向か
って移動する。より密度の大きい物質の場合節点は流管に向かって移動し、より
密度の小さい物質の場合バランスバーに向かって移動する。その結果はより密度
の大きい物質の場合流管のばね(受けバーの位置にある)がより固くなり、バラ
ンスバーのばね(やはり受けバーの位置にある)より柔らかくなる。この変化は
2つの部材を等しい共鳴振動数に維持するように作用する。逆により密度の小さ
い物質の場合、節点がバランスバーに向かって移動し、流管のばねがより柔らか
く受けバーのばねがより固くなり、等しい共鳴振動数が維持される。
【0021】 流管とバランスバーとが等しい共鳴振動数を有する時に、それらは相互に対し
て同調した動的バランス体であるように作用する。このためそれらはケースある
いは配管系の大きな振動を生ぜしめることなく運動量が保存されるように相対的
な振動の振幅を調整する。振動する部材の質量でなくばね率を変化させることに
よりバランスが維持される。これはケース及び配管系の振動の減小によって装着
部の固くとともに流量計の感度が変化するのを減少させるという点において従来
技術に対して大きな利点を有する。
【0022】 以前は従来技術の流量計において物質の密度に応じた節点の変位は質量の分布
の大きな変化とともにばね率のわずかな(考慮を要しない程度の)変化を生ぜし
めると言われていた。その理由は、従来技術の流量計のバランスバーはピックオ
フ及び駆動マグネットが突抜ける孔を有していないか(米国特許第536579
4号)、あるいは非常に小さい孔を有している(欧州特許公開第1306号)流
管であることである。バランスバーの形状はその全長にわたってほぼ一定の曲げ
固さを有している。さらに駆動モードにおける曲げモーメントは各端部に1つず
つと中心に1つの3つの最大点を有している。一様な固さとバランスバーの中心
における曲げモーメントの最大点とはバランスバーのばねエネルギーの大部分が
この領域に蓄積されていることを意味する。バランスバーの中心の位置は端側節
点から十分に離れているので、流体の密度の変化による節点の移動はバランスバ
ーの中心におけるばね作用に影響を与えない。節点の移動は受けバーの近くでの
ばね作用に実際に影響を与え、一方の部材をわずかにより柔らかく、他方の部材
をわずかにより固くするが、その変化はバランスバーのばね率に大きな作用を与
えるのに十分ではない。大きなばね率の変化がないので、従来技術の流量計は節
点が受けバーを離れてバランスバーにまで(密度の低い流体の場合)、あるいは
流管にまで(密度の高い流体の場合)移動する。いずれにしてもケースが運動量
の保存のために流管またはバランスバーと位相を合わせて振動する。
【0023】 逆に本発明はばね率の大きな変動とともに質量分布のわずかな変動を生ぜしめ
る。流量計の質量が関わるのを最少にしておくために2つの設計上の特徴が必要
である。1つは流量計のばねが端側の節点の近くに集中することである。もう1
つは流管/バランスバーの動的系のケース(ケースが用いられない場合外界)と
の連結部が振動の振幅のない箇所になければならないことである。動的系におい
て振動の振幅がない唯一の領域はもちろん端側節部である。端側節部は受けバー
内にあり、物質の密度ともに位置を変位させる。それゆえ動的系をケースに連結
する構造(以下ケース連結リンクという)の設計がケースの振動の振幅を0近く
に維持するのに重要になる。
【0024】 本発明のケース連結リンクの特定の設計はバランスバーの設計に応じたもので
ある。バランスバーの1つの好ましい実施例は流管がバランスバーの中空の中心
部を通って延びるように流管と同心状のバランスバーを有するものである。その
とき受けバーは流管の外径からバランスバーの内系まで延びる円形リングの形と
なる。受けバー(リング)は流量計の動的構造に所望の共鳴振動数を与えるのに
適切な固さを有するように限定された軸方向の長さになっている。受けバーはバ
ランスバーの端部の位置にある。
【0025】 この最適の形状が与えられて、各々の受けバーの変形の特性が決定される。流
量計はその各端部における節点の位置が受けバー内にあるようにバランスがとら
れる。受けバー(リング)の内面は流管とともに移動し、外面はバランスバーと
ともに移動する。それゆえ各々の節点は受けバーの外面と内面との間の円筒面か
らなる。節点の面の外側で受けバーの材料はバランスバーと位相を合わせて振動
し、節点の面からの距離とともに振動の振幅を増大させる。節点の面の内側で受
けバーの材料は流管と位相を合わせて振動し、やはり節点の面からの距離ととも
に増大する振幅を有する。かくして受けバーの材料はあたかも捩ればねのように
剪断撓みが見られる。節面はバランスバーの有効ばねと流管の有効ばねとを分離
する。物質の密度の変化のために流管とバランスバーとの間の振幅の比が変化す
ると、円筒形の節面が内方または外方に移動して直径を変化させる。これにより
「ばね」の相対的長さが変化し、流管の質量の変化にかかわらず2つの動作部材
の自然振動数の均等性が維持される。節点の変位とともに生ずる流管とバランス
バーとの間の質量転移はそれほど大きくなく、ケースの質量を考える必要はない
【0026】 ケース連結リンクはケースの振動を生ぜしめることなくケース内で流量計の動
的構造を支持しなければならない。バランスバー及び流管の端部は受けバーに生
ずる大部分の屈撓に対して剛性に振る舞う。それらは共通の回動軸を中心として
各々の端部において回動する。回動軸においてバランスバーの並進移動はないが
、回転振動がある。好ましい実施例において、ケース連結リンクは回動軸におい
てバランスバーの端部の外側に取り付けられている。それらを振動方向の並進移
動に対して硬くなるようにすることにより、ケースに振動を与えずに動的構造を
支持できる。ケース連結リンクを捩れに柔らかくすることにより、受けバーの外
側のばねエネルギーが避けられる。好ましい実質例において、ケース連結リンク
はバランスバーの外側とケースの内側との間で回動軸に沿って延びる平坦な蝶形
の構造である。各々のバランスバーの端部の各側に1つずつ、4つある。リンク
の平坦な面は流管の軸に垂直に向いている。この形状は動的構造とケースとの間
の連結部を流管/バランスバーの振動の方向に剛性であるようにする。バランス
バーとケースとの間のほぼ中間に生ずる蝶形形状の「くびれ部」はバランスバー
とケースとの間の連結部を捩れに柔らかくなるようにし、リンク部における捩れ
ばねエネルギーを減少させる。
【0027】 欧州特許公開第759542号は 相互に実質的に平行に向いたばね作用と質量作用とを有する流管(104)及
びばね作用と質量作用とを有するバランスバー(1101)と、 該バランスバーの端部を該流管に連結する受けバー手段(1001)と、 基準質量(1401)と、 該基準質量を上記受けバー手段に連結するための手段(1701)と、 上記受けバー手段(1001)、バランスバー(1101)あるいは流管(1
04)の1つに振動の節点を形成するように作用し、該振動の節点が上記流管の
ばね作用と上記バランスバーのばね作用とを分離するように作用するようにした
、上記バランスバー及び上記流管を横方向に相互に位相を外して振動させるため
の駆動手段(D)と、 からなるコリオリ流量計を開示している。
【0028】 要するに本発明は質量分布でなく相対的ばね率を変えることによって物質の密
度の変化にかかわらず動的バランスを維持する。本発明は端側の節点の近くにば
ね構造を集中することによってこれを行っている。動的構造は流管/バランスバ
ーの回動軸に沿ってリンクによりケースに支持されている。これらのリンクは振
動方向の並進移動には剛性であるが、捩れには柔らかい。
【0029】 本発明の1つの特徴は改善された動的バランスを有するコリオリ流量計であっ
て、 相互に実質的に平行に向いたばね作用と質量作用とを有する流管(104)及
びばね作用と質量作用とを有するバランスバー(1101)と、 該バランスバーの端部を該流管に連結する受けバー手段(1001)と、 ケース(1401)と、 該ケースを上記受けバー手段に連結するためのケース連結リンク手段(170
1)と、 上記受けバー手段(1001)、バランスバー(1101)あるいは流管(1
04)の1つに振動の節点を形成するように作用し、該振動の節点が上記流管の
ばね作用と上記バランスバーのばね作用とを分離するように作用するようにした
、上記バランスバー及び上記流管を横方向に相互に位相を外して振動させるため
の駆動手段(D)と、 からなり、 上記バランスバーの縦方向の可撓性中間部分(1002)が上記バランスバー
の他の部分に比較して可撓性が増大しており、 上記バランスバーの可撓性の中間部分が上記バランスバーのばね作用を上記振
動の節点の近くに集中させ、 上記バランスバーのばね作用が上記振動の節点の近くに集中することにより異
なる時間に上記流管に異なる密度の流体があることに応じて上記バランスバーの
ばね作用が変化し、 異なる時間に異なる密度の物質が上記流管を通る時に上記バランスバーのばね
作用の変化がコリオリ流量計の改善された動的バランスを維持する ようにしたことを特徴とするコリオリ流量計を含む。
【0030】 他の特徴は、上記バランスバーの可撓性の中間部分が上記バランスバーの切り
取られた部分(2402)を有するものである。
【0031】 さらに他の特徴は、上記コリオリ流量計が 上記流管の縦方向の可撓性の中間部分(1003)が上記流管の他の部分に比
較して可撓性が増大しており、 上記流管の可撓性の中間部分が上記流管のばね作用を上記振動の節点の近くに
集中させ、 上記流管のばね作用の集中により異なる時間に上記流管に異なる密度の物質が
存在することに応じて上記流管のばね作用が変化し、 上記流管のばね作用の変化がさらに異なる時間に異なる密度の物質が上記流管
を通る時にコリオリ流量計の改善された動的バランスを維持する ようにしたものである。
【0032】 さらに他の特徴は、上記流管の可撓性の中間部分がベローズ(1003)を含
むようにしたものである。
【0033】 さらに他の特徴は、上記ケース(1401)が上記バランスバー(1101)
、流管(104)及び受けバー手段(100)を取り囲み、 上記ケースが上記バランスバー及び流管に実質的に平行な縦方向の軸を有し、 上記ケース連結リンク手段が上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動
を防止するため上記受けバー手段を上記ケースに連結する ようにしたものである。
【0034】 さらに他の特徴は、上記ケース連結リンク手段(1701)が各々上記バラン
スバーの縦方向の軸に実質的に垂直に向いていて上記ケースに対する上記受けバ
ー手段の回転を可能にするが上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を
防止する形状になっている実質的に平坦な面を有する第1及び第2のケース連結
リンクからなり、 上記受けバー手段の回転が上記バランスバー及び流管の縦方向の軸に垂直で上
記受けバー手段から上記ケースまで延びる軸を中心としたものである ようにしたものである。
【0035】 さらに他の特徴は、各々の上記第1及び第2のケース連結リンクの上記実質的
に平坦な面が第1の端部(1704)、幅の狭い中間部分(1702)及び第2
の端部(1703)をなすように実質的に砂時計の形状になっているものである
【0036】 さらに他の特徴は、各々の上記第1及び第2のケース連結リンクの第1の端部
(1704)が上記受けバー手段に連結され、上記第2の端部が上記ケースの内
側壁部に連結され、 各々のケース連結リンクの上記中間部分が上記ケースに対し上記受けバー手段
が回転できるように低い捩ればね率を有し、 上記中間部分が上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するの
に十分な強度である ようにしたものである。
【0037】 さらに他の特徴は、各々の上記第1及び第2のケース連結リンクが上記バラン
スバーと上記ケース連結リンクとの間に連結された平坦な面をなすガセット部材
(2901)をさらに含み、 上記ガセット部材が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に平行に配置され
るようにして上記バランスバーの外面に取り付けられた第1の側を有し、 上記ガセット部材が上記第1の側に実質的に垂直であって各々の上記ケース連
結リンクの実質的に平坦な面に取り付けられた第2の側を有し、 上記ガセット部材が上記バランスバーの横方向の振動数を上昇させるように作
用し上記横方向の振動数に垂直な方向に上記バランスバーに与えられた駆動振動
数が実質的に影響を受けないようにする ようにしたものである。
【0038】 さらに他の特徴は、上記コリオリ流量計が上記受けバー手段の近くの上記流管
の端部を上記ケースの端部に連結するための流管のスタブ(1404)をさらに
含むようにしたものである。
【0039】 さらに他の特徴は、上記流管のスタブが上記受けバーの近くのベローズ(22
01)を含み、 該ベローズが上記受けバー手段を上記ケース端部から動的に分離するように上
記流管のばね作用を低下させるように作用する ようにしたものである。
【0040】 さらに他の特徴は、上記コリオリ流量計が上記流管が上記駆動手段によって振
動する際に上記流管を通る物質の流れによって生ずる上記流管のコリオリ摂動を
検出するように上記流管の近くに配置されたセンサー手段(SR、SL)をさら
に含み、 該センサー手段が上記流れる物質の少なくとも1つの特性を表す出力信号を生
ぜしめるように上記検出に応じて作用する ようにしたものである。
【0041】 さらに他の特徴は、上記ケースが上記バランスバー、流管及び受けバー手段を
取り囲み、 上記ケースが上記バランスバー及び流管に実施的に平行に平行な縦方向の軸を
有し、 上記ケース連結リンク手段(1701)が上記バランスバー及び流管の相互に
対する位相を外した振動の際に上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動
を防止するように上記受けバー手段を上記ケースの内壁部分に連結し、 上記ケース連結手段が上記ケースに対して上記受けバー手段が回転できるよう
にするが上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を防止する砂時計の形
状になっており、 上記受けバー手段の回転が上記バランスバー及び流管の縦方向の軸に垂直な軸
を中心としたものであり、 上記バランスバーの可撓性の中間部分が上記バランスバーのばね作用を上記振
動の節点の近くに集中させるための切り取られた部分(2402)を含み、 上記流管の可撓性の中間部分が上記流管のばね作用を上記振動の節点の近くに
集中させるためのベローズ(1003)を含み、 上記ばね作用の集中により異なる時間に異なる密度の物質が上記流管にあるこ
とに応じて上記バランスバー及び流管のばね率が変化し、 流管のスタブ(1404)が上記受けバー手段の近くの上記流管の端部を上記
ケースに連結させ、 上記流管のスタブが上記受けバーを上記ケースの端部から動的に分離するため
上記流管のスタブのばね率を減少させるように上記受けバー手段の近くのベロー
ズを含み、 上記受けバー手段が上記流管に異なる密度の物質がある際に上記受けバー手段
の部分のばね率を変えることによって上記コリオリ流量計の動的バランスを維持
するようにコリオリ流量計の実質的に全体のばね作用を包含し、 上記流管が上記駆動手段によって振動する際に上記流管を通る物質の流れによ
って生ずる上記流管のコリオリ振動を検出するため上記流管の近くにセンサー手
段(SR、SL)が配置され、 該センサー手段が上記流れる物質の少なくとも1つの特性を表す出力信号を生
ぜしめるため上記検出に応ずるように作用する ようにしたものである。
【0042】 さらに他の特徴は、上記連結リンク手段が上記バランスバーの縦方向の軸に実
質的に垂直に向いていて上記受けバー手段が上記ケースに対して回転できるが上
記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するような形状である実質
的に平坦な面を有し、 上記受けバー手段の回転が上記流管の縦方向の軸に垂直で上記受けバー手段か
ら上記ケースまで延びる軸を中心としたものであり、 上記ケース連結リンク手段の第1の端部が上記受けバー手段に連結され、上記
第2の端部が上記ケースの内側壁部に連結されており、 上記ケース連結手段の中間部分が上記ケースに対して上記受けバー手段が回転
できるように低い捩ればね率を有し、 該中間部分が上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するのに
十分な強度であり、 上記ケース連結リンクが上記バランスバー手段と上記ケース連結リンク手段と
の間に連結された平坦な面をなすガセット部材(2901)をさらに含み、 上記ガセット部材が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に平行に配置され
るようにして上記バランスバーの外側の面に取り付けられた第1の側を有し、 上記ガセット部材が上記第1の側に実質的に垂直で上記ケース連結リンク手段
の上記実質的に平坦な面に取り付けられた第2の側を有し、 上記ガセット部材が上記バランスバーの横方向の振動数を上昇させるように作
用し該横方向の振動数に垂直な方向に上記バランスバーに与えられた駆動振動数
が実質的に影響を受けないようになっている ようにしたものである。
【0043】 さらに他の特徴は、相互に実質的に平行に向いたバランスバー(1101)及
び流管(104)と、流量計のケース(1401)、上記バランスバーの端部及
び上記流管に連結された受けバー手段(1001)とからなるコリオリ流量計に
対し、上記バランスバー、受けバー、流管のいずれか1つに上記流管のばね作用
と上記バランスバーのばね作用とを分離するように作用する振動の節点を形成す
るように上記バランスバー及び上記流管を相互に位相を外して横方向に振動させ
るステップを有するコリオリ流量計の動的バランスをとる方法において、 上記バランスバーの他の部分より大きい可撓性を有する上記バランスバーの中
間部分(2402)を形成することと、 上記受けバーのばね作用を上記節点の近くに集中させることとの各ステップを
さらに有し、 上記ばね作用を集中させるステップが異なる時間に異なる密度の物質が上記流
管にあることに応じて上記バランスバーのばね作用を変化させ、 上記ばね作用を変化させるステップが異なる時間に異なる密度の物質が上記流
管にあることに応じてコリオリ流量計の改善された動的バランスを与える ようにしたことを特徴とするコリオリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
オリ流量計の動的バランスをとる方法を含む。
【0044】
【実施例の説明】本発明は添付の図面を参照して以下の詳細な説明からよりよく
理解される。 図1は流管104の中心に配置され流れのない状況で節点箇所102及び10
3を生ぜしめるように動作する駆動装置Dによって振動するコリオリ流管104
を示している。流管104には左側センサーSL及び右側センサーSRが取り付
けられている。点線106は流管104の変位0の軸である。点線107は流管
104の反対側の屈撓限界である。図2はある流れの状況の下で動作する同じ流
量計を示している。
【0045】 振動流管によるコリオリ流量計において、流れる物質のコリオリ力が振動流管
104の形状を変形させる。図2において要素108として大きく誇張されてい
るこの変形は流管104に沿った異なる位置をわずかに異なる位相で振動させる
。振動する流管に沿った各点は正弦波状の運動を行うが、物質が流れる間それら
の点は同時に最大の変位、あるいは変位0になることはない。振動する流管の中
心は流れとともに位相変化を受けることはないが、入口側端部近く位置は位相遅
れの大きさが増大し、流管の出口側端部近くの位置は位相の進みの大きさが増大
する。かくして最大の位相の遅れ、進みとなる点は流管の振動部分の入口側端部
及び出口側端部である。これらの端部は節点、すなわち振幅0の位置によって規
定される。
【0046】 端側の節点102は流管104の入口にあり、節点103は流管104の出口
にある。中心101の左方の流管の部分流管104のこの部分の各点が、流管1
04の右側の対応する点が変位0の軸106を通過した後に変位0の軸106を
通過するということで位相の遅れを有する。
【0047】 流管104の2つの位置の間の位相差が流量を決定する手段になる。流管10
4に沿った2つの位置に速度(あるいは変位、あるいは加速度)のセンサーSL
及びSRが配置される。センサーの出力正弦波の間の時間遅れ(位相差を流管の
振動数で除したもの)は流管104を通る質流流量に正比例する。センサーの出
力信号の間の位相差及び時間遅れは端側節点102及び103において最も大き
くなるであろう。速度センサーSL及びSRを節点102及び103の近くに配
置することにより理論的には最も感度が高い流量計が形成されるであろう。しか
しながら節点102及び103は振動しないのでここでは振幅が検出されない。
かくして妥当な感度(位相差)とするのに十分なだけ節点102及び103から
離れていて容易に検出される正弦波を生ぜしめるのに十分な振幅を有する速度セ
ンサーSL及びSRの中間的な位置が選択される。この中間的な位置は通常節点
102及び103と中心に位置する駆動装置Dとのほぼ中間にある。
【0048】 固定された速度センサーSL及びSRの位置に対する端側節点102及び10
3の位置の変化により流れに対する流量計の感度が変化する。節点が速度センサ
ーに向かって内方に、あるいは速度センサーから離れるように外方に移動すると
、位相が遅れ、かくして流量計の感度が変化する。流管の端側節点102及び1
03の位置は流量計の構造形態によって決定されるが、節点の位置は流量計の不
釣り合いによって変化させられる。
【0049】 図3は端側プレート301によって周囲のケース304に連結された流管10
4を示している。流管104は振動しており、ある振幅を有している。ケース3
04が静止していれば、節点は所望の節点位置102及び103にある。この時
構造は動的にバランスがとれているという。しかしながら図3において、ケース
304も同じ振動数で、流管104に対して180°だけ位相が外れて振動して
いる(バランスのとれていない流管に一般的な状況)。点線106A及び304
Aは屈撓していない流管及びケースの位置を示している。しかしながらプレート
301における所望の節点の位置102及び103はケース振動のために実際の
節点ではない。実際の節点は流管104の位置302及び304にあるが、ここ
ではケース304に対する流管104の振動の振幅が等しく、ケースの振動の振
幅と反対になっている。かくして節点302及び303における全振動振幅は0
になる。図3における節点の位置302及び303は流管104と位相を外して
振動するケースのため流管104においてプレート301から内方に移動してい
ることがわかる。固定された位置のセンサーSL及びSRに対する節点の位置の
変位は流れに対する流量計の感度を変化させるもので、望ましくない。
【0050】 節点102及び103を端側プレート301内の設定された点に保持するため
に、ケース304Aの振動を保持することが必要である。これは一種類だけの(
流れる)物質の密度に関して、流管104のばね質量系を同じ共鳴振動数の他の
ばね質量系で釣り合わせることによって容易になされる。
【0051】 図4の単純化されたばね質量系は釣り合わせがどのように作用するかを示して
いる。2つの質量の塊m1及びm2がばね率kを有する理想的な質量のないばね
によって連結されている。質量m1及びm2が引き離されて放されると、それら
は同じ共鳴振動数で相互に180°位相を外して振動する。
【0052】 運動量保存則はある方向における質量と速度の積が逆の方向における質量と速
度の積に等しい、すなわちm1V1=m2V2である。振動の速度は振動振幅に
比例するのでm1A1=m2A2であり、ここでA1及びA2は振動の振幅であ
る。簡単に言えば、大きい質量m2はm1に比較して小さい振動の振幅を有して
いなければならない。またばねには運動が0になる節点があることになる。Nに
おける節点の位置は、l1/l2=A1/A2となるようにばねを2つの長さに
分ける。節点Nの位置は固定されているので、各々のばね部分は他のばね部分で
なく壁に取り付けられているように振る舞う。
【0053】 ばねの節点Nのいずれかの側の)二体の振動系の2つの半片は同じ共鳴振動数
を有していなければならない。共鳴振動数は(固さ/質量)の平方根に比例する
。すなわち (式1)
【数2】 である。 (式2)
【数3】 であるので、図4の系の2つの半片は同じ質量に対する硬さの比を有していなけ
ればならない。質量に対する硬さの比はばねの硬さ、長さ及び振動の振幅の間の
関係に基づいて一定でなければならない。図4のばねは節点Nによって2つのば
ねk1及びk2に分けられる。ばねの固さは長さに反比例し、k1/k2=l1
/l2である。l1/l1=A1/A2、m1A1=m2A2であるので、代入
することにより、k1/m1=k2/m2となる。
【0054】 図4のばね質量系は従来のバランスのとれた単管型コリオリ流量系を表してい
れば、m1は流管104の質量を、m2はバランスバーの質量を表す。図5に示
されるように、ケース304は節点Nでそれらに連結されている。節点Nは動き
がないのでケース304は振動しない。図6において、流管m1におけるより大
きい密度の物質を表すためにm1に付加的な質量Δmが加えられている。運動量
保存則が適用されなければならないので、節点Nの位置はm1に向かって、新た
な節点となる位置Ndに移動する。これはN(もはや節点ではない)において連
結されたケースを、新たな節点Ndの各々の側での運動量の和が0となるような
振幅でm2とともに振動させることになる。ケースは一般的にm1あるいはm2
のいずれよりもずっと質量が大きいので、ケース304を運動量が保存されるの
に十分な振幅で振動させるのに図6において節点がNからNdまでそれほど移動
する必要はない。質量がm1に付加されるのでなく除去されるならば、節点はN
から右方に移動しケース304はm2でなくm1とともに振動するであろう。
【0055】 要するに、従来技術の単管型流量計において流管104の質量(m1)の変化
によりケースの質量を運動量の保存に十分な振幅でm1、m2のいずれかと位相
を合わせて振動させるのに十分な節点位置の変化が生ずる。ケースの質量は大き
いので、節点位置の変化は小さく、ケースの振動の振幅は小さく、物質の密度の
による流量計の感度の変化も小さい。しかしながら物質の密度による感度の変化
はある用途でコリオリ流量計に必要とされる精度を低下させるのに十分なほどに
大きい。ケースはバランスバー、流管及び受けバーに連結された基準質量と考え
られよう。
【0056】 本発明はケースの質量をバランスをとるのに組み込むのでなく、固さk1及び
k2を変えることにより従来の流管のバランスをとる方法を大いに改善する。従
来の手法では、流量計の構造の有効ばねが流管、バランスバー、受けバー301
のような連結構造にわたって分布する。流管104における物質の密度の変化に
よる端側の節点102及び103の移動は有効「ばね」長さに比較して非常に小
さい。かくして節点の移動は有効ばね率k1、k2の変化にはほとんど作用せず
、ケースの質量を組み込まずに構造の動的バランスを得ることができない。 (式3)
【数4】 であることを想起しよう。
【0057】 従来技術において、運動量を保存する主たる手段は軽い部材とともに移動する
ようにケース304の質量を変位させることである。かくして (式4)
【数5】 である時に均等になる。
【0058】 図7に示されるように、本発明は動的にバランスがとれていないことにより節
点の位置がどのように移動しても個々のぱね率k1及びk2の比較的大きい変化
が生ずる。ばね率を変えることにより動的バランスが維持され、必要な質量の変
位及び節点の位置の変位の長さが減少する。これによりケースの振動と物質の密
度による流量計の感度の変化とが減少する。
【0059】 図8は図7のばね領域の拡大図である。これは質量Δmがm1に加えられた後
に節点がどのように位置801から位置802まで短い距離だけ変位して動的バ
ランスを回復するかを示している。これはまたこの短い距離が短いばねの長さに
比較していかに重要であるかを示している。ばねk1が短く固くされてばねk2
が長く柔らかくされて、従来技術のように構造全体にわたってばねが延びる場合
よりも節点の変位及びケースの振動がずっと少ない状態での流量計のバランスを
可能にする。従来のバランスをとる手法と本発明の手法との差は質量の1つが変
化しても流量計の要素の間の共鳴振動数の均等性が維持される状況によって示さ
れる。
【0060】 式2から
【数6】 となることを想起しよう。
【0061】 物質の密度の変化等により流量計の質量m1に質量Δmが加えられた時に、従
来の方法はバランスバーの質量にケースの質量を加えることによって均等性を維
持する。ケースはこの条件で振動する。 (式5)
【数7】 この式はケースの質量がバランスをとるのに直接関係することを必要とする。
【0062】 本発明は加えられた質量Δmに応じて流量計構造のばね率k1及びk2を変え
ることによって質量に対する硬さの比の均等性を維持し、 (式6)
【数8】 となる。
【0063】 この式はケースの質量を含まず、その代わりにバランスをとるためにk1及び
k2の固さを変える。このケースは動的バランスを得るのに関わらないので、大
きく振動することはない。
【0064】 図9は典型的な従来の流量計の流管及びバランスバーを変形した状態で示して
いる。従来技術おいて流管104及びバランスバー901はその長さ方向に実質
的に一様な硬さであり、その全長にわたって変形する。構造全体に系のばねが広
がっている。この意味での「ばね」という語は加えられた力に応じて弾性的に変
形するある体積の金属を表している。これは変形するとエネルギーを蓄積し、緩
和すると系にエネルギーを戻す。かくして図9の全構造は大きいばねとして作用
する。節点の変位は大きいばねの長さに比較して非常に小さいので、流管、バラ
ンスバーのいずれかの有効長、また有効ばね固さを変化させることはほとんどな
い。
【0065】 流量計の質量のバランスをとるのではなくばね率のバランスをとることを可能
にする本発明の形態の詳細の1つに流管の端側節点の近くにばねを局所化するこ
とがある。図10は本発明の構造の概念的に具体化したものを示す。この構造は
非常に曲がり易い流管104及びバランスバー1004の両方の中心部分100
2及び1003を形成することにより流管104及びバランスバー1004の節
点102及び103の近くに図10に示される流量計のばね作用を局所化する。
【0066】 これは流管104及びバランスバー1004の中心にゴムのようなより固さの
小さい材料、あるいはより硬さの小さい形状を用いることによってなされる。こ
の中心部分は流管104におけるベローズ1003とバランスバー1004にお
けるくびれた領域1002とからなる。これらの「柔らかい」中心領域は要素1
04及び1004の曲げをこの中心領域に集中させる。これらの中心領域でばね
率が非常に小さいので、ばねのエネルギーは流管104がバランスバー1004
に連結される領域に集中する。この領域は図10における受けバー1001であ
る。流管104及びバランスバー1004の直線状部分は硬く自由に移動できる
が、その柔らかい中心部分がこれらの固い要素から曲げモーメントを除去するの
で有効ばねを形成しない。バランスバー及び流管の中心領域1002及び100
3が十分な可撓性であれば、硬さが小さくてばね質量系の動的関係には重要にな
らない。この時全体のばねkは集中していて、受けバー1001のばねと等しく
なる。
【0067】 図11は流管104及びバランスバー1101(1004に対応する)を有す
る流量計の一方の端部における受けバー1001の断面図を示している。図12
は流管104及びバランスバー1101がほぼ等しい振動の振幅を有する時に生
ずる受けバーの変形を(過度に誇張して)示している。この場合節点(運動のな
い領域)は流管104の壁部とバランスバー1101の壁部とのほぼ中間の円筒
面1104(点線)である。図13はバランスバー1101が流管104よりず
っと大きい振動の振幅を有する時に生ずる変形を示している。密度の大きい物質
は流管104の振動数及び振幅を低下させる傾向にある(運動量保存則を想起す
ること)。節点の円筒面1104は流管の減小した振幅のために流管104に非
常に接近してくることがわかる。これは流管の有効ばねを短く硬くさせ、流管の
共鳴振動数の低下を減少させる。同時にバランスバーの有効ばねは長くなり柔ら
かくなっている。これはバランスバーの共鳴振動数をまた低下させることになる
。適切に設計すれば受けバー1001内のばね率の変化Δkは流管における密度
の大きい物質の余分の質量のバランスをとるのに丁度十分なものになる。その時
共鳴振動数は等しい分だけ低下しケースの質量にかかわらず等しいままである。
これは全てケースの振動の振幅が流量計の感度を変化させるので望ましい。
【0068】 これまでバランスバー1101の振動の振幅に対する流管104の相対的な振
動の振幅は密度の大きい物質では減小し、軽い物質では増大するものと仮定して
きた。ばね率の変化により等しい共鳴振動数を有するバランスバー及び流管では
この仮定は正しい。バランスバーが所望の端側の節点において流管に取り付けら
れた動的バランス体と見られれば、受けバー1001内の所望の節点の位置での
いかなる運動もバランスバー1101によって形成される動的バランス体にエネ
ルギーを注入し、動的バランサーからの反力が節点の運動を抑えるようになるま
で振幅を増大させることはすぐにわかる。流管104に質量が加われば、動的バ
ランサー(バランスバー)が共鳴振動数を低下させて振動数の均等性を維持し、
節点の円筒面1104の位置が停止するまで振幅を上昇させる。流管104から
質量が除去されれば、動的バランサー(バランスバー)が共鳴振動数を上昇させ
、振幅を正規の大きさに低下させる。
【0069】 本発明は振動する流管、バランスバー及びケース部材の間で質量を転移するの
でなく相対的ばねの固さを変えることによって動的バランスを維持する。受けバ
ー1001の固定された節点領域1104の回りに局所的にばね作用を集中させ
ることによってこれを行うことができる。図11、12及び13は流量計が影響
を受けないようにこれがどのように行われるかを示している。しかしながらこれ
らの図では簡単にするために図14及び15に示される複雑な要素を除外してい
る。図14及び15はバランスバー1101、流管104及び受けバー1001
を収容するケース1401の端部1405を有する流量計ケース1401を示し
ている。流量計104及びバランスバー1101は受けバー1001によってバ
ランスバー1101の端部において相互に連結されている。図14において、流
管104の振動の振幅はバランスバー1101の振幅よりずっと大きい。図15
において、バランスバー1101の振幅は流管104の振幅よりずっと大きい。
これらの状況はそれぞれ軽い物質を有する流量計(図14)、密度の大きい物質
(図15)を有する流量計のバランスをとることになるであろう。
【0070】 図14及び15は流管104が受けバー1001の領域においてこれに加わる
トルクに応じて受けバー1001とケース端部1405との間の流管の部分14
04において曲がるという点で図11、12及び13とは異なっている。このト
ルクは流管104及びバランスバー1101の相対的振幅の結果である。流量計
は与えられた物質の密度でバランスバー1101によって受けバーに与えられる
トルクが流管104によって与えられるトルクと同じ大きさで逆の向きとなるよ
うに設定できる(図16)。しかしながら物質の密度が変わると、流管104と
バランスバー1101との間の振幅の比が変化し、トルクがバランスのとれてい
ないものになる。このトルクはケース連結リンク1701(図17)と、流管の
部分1404が突き抜けるケース端部1405との抵抗を受け、等しい大きさで
逆向きの力F1及びF2となる。ここでケース連結リンク1701が振動の方向
の転移の際に剛性でなければならない理由がわかる。ケース連結リンク1701
は所望の節点の位置がF1だけ転移するように強制されることがないように力F
1に抗しなければならず、全構造がバランスのとれていないものになる。ケース
端部1405及びケース連結リンク1701は極端に剛性が大きいケース140
1に力を転移し、ここで力が相互に打ち消し合ってケースに振動の力が生じない
。ケース1401の両端を考慮すると(図19)ケース1401に加わるモーメ
ントも打ち消し合う。
【0071】 ケース連結リンク1701は特殊な設計の基準が課せられている。これは受け
バー1001の節点領域とケース1401との間の大きな相対的運動を防止する
ように十分剛性が大きくなければならない。同時にバランスバー1101の端部
が連結リンク1701に大きなばねエネルギーを蓄積することなく自由に回転す
るように十分な可撓性がなければならない。ばねエネルギーがケース連結リンク
1701に蓄積されるとすれば、これは節点領域の外側にあって流量計の自己バ
ランス化能力を低下させるであろう。連結リンクの1つの好ましい形態は図17
及び20に示されるように蝶形あるいは砂時計形である。幅の狭い中心部170
2は捩れには可撓性があるが並進移動には可撓性がない。幅の広い端部1703
及び1704は並進方向の力に抗するのに十分な硬さを与える。中心部分170
2はリンクにかかる並進方向の力に伴う曲げモーメントが図21の曲げモーメン
ドのダイアグラムに示されるようにリンクの中心部で0になるので並進方向の力
に抗するだけの幅の広さは必要でない。
【0072】 ケース連結リンク1701はまた他の設計的問題を解決するためにも用いられ
る。流管104及びバランスバー1101は1つの共鳴振動数で相互に反対方向
に駆動される。それらは流管の軸とともに駆動平面と呼ばれる平面をなす方向に
振動するように駆動される。流管及びバランスバーはまたそれらが駆動平面に垂
直な方向に振動する振動モードを有する。流管、受けバー及びバランスバーの軸
対称性により垂直方向の振動モードは駆動振動数に非常に近くなり易い。この狭
い振動数の間隔のために測定上の問題が生じ得るが、これは避けるべきである。
駆動モードと垂直モードとの振動数の間隔を増大させる1つの方法は図29及び
30に示されるようにケース連結リンクとバランスバーとの間に薄い金属製のガ
セットを入れることである。ガセット2901はケース連結リンク1701及び
バランスバー1101に取り付けられている。この方向は垂直モードに必要とさ
れるように曲げ屈撓に対しケース連結リンクを固くする。それによりバランスバ
ー装着部を硬くして垂直モードでの振動数を高める。ガセットは薄いのでケース
連結リンクの捩れ剛性を大きく増大させたり駆動モードの振動数を上昇させたり
はしない。さらに駆動方向においてケース連結リンクの並進方向での固さに作用
を与えることもない。
【0073】 力F1及びF2によって流管のスタブ1404に加わるトルクはこのトルクに
応じて各々の流管のスタブが曲がるというもう1つの問題を与える。受けバー1
103の外側の流管のスタブ1404のこの屈撓は節点の領域から離れた流管の
ばね作用の重要な延長になっている。すでに論じたように、流量計のばね作用を
節点の近くに集中させるのが望ましい。ばね構造のこの延長は流量計のばねのバ
ランスを低下させる。
【0074】 流管のスタブ1404に蓄積されたばねエネルギーは図22におけるベローズ
2201のようにより柔らかい材料あるいは柔らかい形状を備えることにより流
管のスタブ1404のばね率を減少させることによって減少する。ベローズ22
01は流管1404におけるばねのエネルギーを受けバー1001の領域にさら
に集中させるように減少させる。ベローズ2201はまた流管のスタブ1404
によってケース1401に加わるトルクを大幅に減少させる。ベローズ1404
は受けバーの領域1001が自由に回転できるようにすることによってトルクを
減少させる。自己バランスの面からは図22の形態と、ケースを除去した図23
とは本発明の好ましい実質例である。
【0075】 図23は図22と同様であるがケース1401が示されていない流量計を示し
ている。特に図23に示される流量計の構造は中心部におけるベローズ1003
と流管のスタブ1404の部分におけるベローズ2201を有する流管104か
らなる。流管104はバランスバー1101の左右の部分相互に連結する減少し
た部分1002によって形成される可撓性の中心の切り取られた部分2402を
有するバランスバー1101によって囲まれている。図23の構造はさらにケー
ス連結リンク1701を含む。かくして図23の構造は動的バランスが第一の基
準となる用途には好ましい。図23の構造は流管104、バランスバー1101
、受けバー1001のばね構造を端側の節点に集中させるので図23の構造によ
って動的バランスが得られる。
【0076】 ある用途ではベローズは単管型流量計を望ましくするいくつかの特徴を無効に
するであろう。ベローズは内側を清掃するのが困難である。これにより例えば流
管の内面全体が清掃可能で検査を受けられるようにする必要がある食品の用途で
ベローズが許容されなくなる。
【0077】 連続的で一様な直径及び材料の流管104を有するのが望ましい場合、流管1
04の中心領域及び流管のスタブ1404の領域は曲げに柔らかくされない。バ
ランスバー1101の中心領域1002を曲げに柔らかくし受けバー1001に
おけるケース連結リンク1701を用いるのがさらに有利である。図24は流管
104が図23のベローズ2201及び1003がないことを除いては図23と
同様である。図24の実施例は流管104の内側が滑らかで連続的でなければな
らない用途で最も好ましい。かくして図24の流管104は図23のペローズ2
201及び1003の与える可撓性を有していない。
【0078】 図24の流量計はバランスがとれていて節点が依然として受けバー1001の
領域にある。さらにバランスバー1101のばねは図23に示されるように受け
バー1001において節点の近くに集中している。節点の流管104の側で流管
のばねの受けバー104の部分はここでは比較的柔らかく分布したばね(屈曲す
る流管)と連続している。流管に付加的な質量が加わると、節点の位置は流管に
向かって移動し、図13に関して前述したようにバランスバー1101のばねを
柔らかくする。
【0079】 しかしながら正味の流管のばねは柔らかい流管のばねと固い受けバー1001
のばねの一部が直列条になっているものである。直列状のばねは並列状の抵抗の
ようにばね率を付加し、柔らかいばね(あるいは小さい抵抗)が主になる。
【数9】 かくして1780g/cm(10ポンド/インチ)のばねと直列になった178
00g/cm(100ポンド/インチ)のばねは正味1640g/cm(9.1
ポンド/インチ)のばね率となる。節点の移動で生ずるようにより硬いばねが
23400g/cm(130ポンド/インチ)に変化したとすると、正味の直列
で1670g/cm(9.3ポンド/インチ)のばね率となるであろう。かくし
て固いばねの固さの30%の変化で結合したばねの固さのわずか2%の変化が生
ずると考えられる。かくして正味の流管104のばね率は柔らかい流管のばねに
支配され、受けバー1001のばねにおける節点の位置の変化は正味の流管10
4のばね率にほとんど作用しない。
【0080】 図24の流管104のばね作用が図25及び26に概念的に示されている。図
25において流管104の質量はm1で表される。正味の流管のばねは柔らかい
分布した流管104のばねと節点Nの左方の受けバー1001の固い部分を直列
状に加えたk1によって表される。より大きいバランスバー1101の質量はm
2で表され、そのばねk2は受けバー1001に集中している。バランスのとれ
た状態でこの構造の節点は位置2501における節点Nによって表される。図2
6において、重い物質が流管に導入された時等に質量Δmが流管104に加わり
、節点Nを位置2601に左方に変位させることになる。この節点の変位はバラ
ンスバー1101のばねの長さ及びばね率k2に大きな変化を生ぜしめる。しか
しながら流管104のばねは流管の新たな節点の位置の側における受けバーの短
く固いばねと直列状に長さを変化させない流管における柔らかく分布したばねか
らなる。受けバー1001の要素は節点の移動によってかなり短くなるけれども
、分布した流管のばねがばね率を支配し、節点の変位は流管104の全体的なば
ねの固さにほとんど差異を与えない。かくして図24のこの形状は物質の密度の
変化とのバランスを維持することに関する妥協的なもである。バランスバー11
01はそのばね率を変化させ得るが、流管104はケース1401を移動させる
ことによって質量を変化させなければならない。その結果ケースが振動すること
になる。しかしながらバランスバー1101における固さの変化により必要な質
量の転移が減少するのでケースの移動は従来技術の流量計よりずっと少ない。こ
のケースの振動の減少は従来技術に比較して流量計における節点位置の変化がよ
り少なくなり精度の改善がなされる。
【0081】 共鳴振動数の式は本発明のこの実施例(流管にベローズがない)が従来技術の
流量計に比較していかにケースの振動が少なくなるかを示している。
【数10】 この式はΔkの項において従来の手法(式4)とは異なっている。この項がある
ことはこの式と流量計のバランスをとるためにケースの質量(振動の振幅)の関
わる必要がより少なくなることを意味する。
【0082】 図27及び28は本発明の実施例であるコリオリ流量計全体の構造を示してい
る。図27は流管104がベローズを含まない実施例からなる。図28の実施例
は流管104の中心部分及び流管のスタブ1404の領域がベローズ2201及
び1003ことを除いて図27と同様である。両方の実施例はケースの端部14
05が要素2702によってフランジ2701に連結されているのを示し、この
フランジ2701によって図27及び28の流量計が入口側端部の配管や出口側
端部の物質の受け入れ部のような物質源に連結されよう。
【0083】 図27及び28の両方の実施例は流量計を通る物質の流れを示すことになる流
管/バランスバーの構造のコリオリ振動を表す運動を検出するための流管の中間
部分における駆動装置Dと左側のセンサーSL及びSRを含む。
【0084】 本発明は好ましい実施例に限られるものではなく、発明の思想、範囲内での変
形変更に及ぶものであることがわかるであろう。かくしてここで用いられる「物
質」という語はスラリー、液体、気体、それらの組合せを含む、いかなる流動性
のものにも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 コリオリ流量計の従来の直線状流管の振動特性を示す図である。
【図2】 コリオリ流量計の従来の直線状流管の振動特性を示す図である。
【図3】 コリオリ流量計の従来の直線状流管の振動特性を示す図である。
【図4】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図5】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図6】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図7】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図8】 一体化したばね/質量構造の振動特性を示す図である。
【図9】 従来技術のコリオリ流量計を示す図である。
【図10】 本発明のバランスバー及び流管のばね構造を示す図である。
【図11】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図12】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図13】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図14】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図15】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図16】 本発明の受けバー、バランスバー及び流管の構造をさらに詳細に示
す図である。
【図17】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図18】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図19】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図20】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図21】 本発明の受けバー連結リンクをさらに詳細に示す図である。
【図22】 本発明の流管延長スタブを示す図である。
【図23】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図24】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図25】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図26】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図27】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図28】 本発明の第1及び第2の可能な実施例を示す図である。
【図29】 図18−21の受けバー連結リンクの他の例を示す図である。
【図30】 図18−21の受けバー連結リンクの他の例を示す図である。
【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】
【手続補正書】
【提出日】平成12年12月12日(2000.12.12)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項15
【補正方法】変更
【補正内容】
【請求項15】 相互に実質的に平行に向いたバランスバー(1101)及び流管(104)と
、流量計のケース(1401)、上記バランスバーの端部及び上記流管に連結さ
れた受けバー手段(1001)とからなるコリオリ流量計に対し、上記バランス
バー、受けバー、流管のいずれか1つに上記流管のばね作用と上記バランスバー
のばね作用とを分離するように作用する振動の節点を形成するように上記バラン
スバー及び上記流管を相互に位相を外して横方向に振動させるステップを有する
コリオリ流量計の動的バランスをとる方法において、 上記バランスバーの他の部分より大きい可撓性を有する上記バランスバーの中
間部分(2402)を形成すること、これにより上記受けバーのばね作用を上記
節点の近くに集中させるステップをさらに有し、 上記ばね作用を集中させるステップが異なる時間に異なる密度の物質が上記流
管にあることに応じて上記バランスバーのばね作用を変化させ、 上記ばね作用を変化させるステップが異なる時間に異なる密度の物質が上記流
管にあることに応じてコリオリ流量計の改善された動的バランスを与える ようにしたことを特徴とするコリオリ流量計の動的バランスをとる方法。
【手続補正書】
【提出日】平成13年3月12日(2001.3.12)
【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】
【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】
【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】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図8
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正8】
【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】
【手続補正9】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図21
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランハム,グレゴリー・トリート アメリカ合衆国コロラド州80501,ロング モント,シックスス・アベニュー 1612 Fターム(参考) 2F035 JA02

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 改善された動的バランスを有するコリオリ流量計であって、 相互に実質的に平行に向いたばね作用と質量作用とを有する流管(104)及
    びばね作用と質量作用とを有するバランスバー(1101)と、 該バランスバーの端部を該流管に連結する受けバー手段(1001)と、 基準質量(1401)と、 該基準質量を上記受けバー手段に連結するための手段(1701)と、 上記受けバー手段(1001)、バランスバー(1101)あるいは流管(1
    04)の1つに振動の節点を形成するように作用し、該振動の節点が上記流管の
    有効ばね作用と上記バランスバーの有効ばね作用とを分離するように作用するよ
    うにした、上記バランスバー及び上記流管を横方向に相互に位相を外して振動さ
    せるための駆動手段(D)と、 異なる時間に上記流管に異なる密度の物質があるのに応じて上記バランスバー
    の有効ばね作用を変化させるように作用し、コリオリ流量計の改善された動的バ
    ランスを維持するように作用する、上記バランスバーの有効ばね作用を上記節点
    の近くに集中させるための手段(1002)と、 からなることを特徴とするコリオリ流量計。
  2. 【請求項2】 上記有効ばね作用を集中させるための手段(1002)が上記バ
    ランスバーの他の部分に対して可撓性が増大している縦方向の中間部分からなる
    ようにしたことを特徴とする請求項1に記載のコリオリ流量計。
  3. 【請求項3】 上記バランスバーの中間部分がバランスバーの切り取られた部分
    (2402)からなるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のコリオリ流
    量計。
  4. 【請求項4】 異なる時間に上記流管に異なる密度の物質があることに応じて上
    記流管の有効ばね作用を変化させるように作用する、上記流管の有効ばね作用を
    上記節点の近くに集中させるための手段(1003) をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のコリオリ流量計。
  5. 【請求項5】 上記流管の有効ばね作用を集中させるための手段が上記流管の他
    の部分に対して可撓性が増大している上記流管の縦方向の中間部分(1003)
    からなることを特徴とする請求項4に記載のコリオリ流量系。
  6. 【請求項6】 上記流管の中間部分がベローズ(1003)を含むことを特徴と
    する請求項5に記載のコリオリ流量計。
  7. 【請求項7】 上記基準質量が上記バランスバー(1101)及び上記流管(1
    04)を取り囲むケース(1401)及び上記受けバー手段(100)からなり
    、 上記ケースが上記バランスバー及び上記流管に実質的に平行な縦方向の軸を有
    し、 上記連結するための手段が上記ケースに対して上記受けバー手段が並進移動す
    るのを防止するように上記受けバー手段を上記レースに連結するための手段から
    なることを特徴とする請求項1に記載のコリオリ流量計。
  8. 【請求項8】 上記受けバー手段を上記ケースに連結するための手段が上記バラ
    ンスバーの縦方向の軸に実質的に垂直に向いた実質的に平坦な面を有し、上記受
    けバー手段が上記ケースに対して回転できるようにするが上記受けバー手段が上
    記ケースに対して並進移動するのを防止するような形状のリンク(1701)か
    らなり、 上記受けバー手段の回転が上記受けバーの縦方向の軸及び流管に垂直で上記受
    けバー手段から上記ケースまで延びる軸を中心としたものであることをと特徴と
    する請求項7に記載のコリオリ流量計。
  9. 【請求項9】 各々の上記リンクの上記実質的に平坦な面が第1の端部(170
    4)、狭い中間部(1702)及び第2の端部(1703)をなすように実質的
    に砂時計の形状になっていることを特徴とする請求項8に記載のコリオリ流量計
  10. 【請求項10】 上記リンクの第1の端部(1704)が上記受けバー手段に連
    結され、上記第2の端部上記ケースの内壁部分に連結され、 上記リンクの中間部分が上記ケースに対して上記受けバー手段が回転できるよ
    うに低い捩ればね率を有し、 上記中間部分が上記ケースに対して上記受けバー手段が並進移動するのを防止
    するのに十分な強度であることを特徴とする請求項9に記載のコリオリ流量計。
  11. 【請求項11】 各々の上記リンクがさらに上記バランスバーと上記リンクとの
    間に連結された平坦な面をなすガセット部材(2901)を含み、 該ガセット部材が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に平行に配置される
    ようにして上記バランスバーの外側の面に取り付けられた第1の側を有し、 上記ガセット部材が上記第1の側に実質的に垂直で上記リンクの実質的に平坦
    な面に取り付けられた第2の側を有し、 上記ガセット部材が上記バランスバーの横方向の振動数を上昇させるとともに
    該横方向の振動数に垂直な方向に上記バランスバーに与えられた駆動振動数に実
    質的に影響を与えないようにすることを特徴とする請求項10に記載のコリオリ
    流量計。
  12. 【請求項12】 上記受けバー手段の近くの上記流管の端部を上記ケースの端部
    に連結するための流管スタブ(1404)をさらに有することを特徴とする請求
    項8に記載のコリオリ流量計。
  13. 【請求項13】 上記流管のスタブが上記受けバー近くのベローズ(2201)
    を有し、 該ベローズが上記の流管スタブのばね作用を低下させて上記受けバー手段を上
    記ケース端部から動的に分離するように作用することを特徴とする請求項12に
    記載のコリオリ流量計。
  14. 【請求項14】 上記バランスバー及び流管をそれらの縦方向の軸に垂直に相互
    に対して位相を外して振動させるように上記バランスバー及び流管の近くに配置
    された上記駆動手段(D)と、 上記流管が上記駆動手段によって振動する際に
    上記流管を通る物質の流れによって生ずる上記流管のコリオリ摂動を検出するよ
    うに上記流管の近くに配置されたセンサー手段(SR、SL)と を有し、上記センサー手段が上記流れる物質の少なくとも1つの特性を表す出力
    信号を生ぜしめるように上記検出に応ずるように作用することを特徴とする請求
    項10に記載のコリオリ流量計を含む。
  15. 【請求項15】 上記流管がばね作用及び質量作用を有し、 上記バランスバーがばね作用及び質量作用を有し、 上記受けバー手段が上記バランスバー及び流管に実質的に垂直であって上記バ
    ランスバーの端部を上記流管に連結し、 細長いケースが上記バランスバー、流管及び受けバー手段を取り囲み、 上記ケースが上記バランスバー及び流管に実質的に平行な縦方向の軸を有し、 上記駆動手段が上記受けバー手段、バランスバー、流管のうちの1つに振動の
    節点を形成するように作用し、 該振動の節点が上記流管の有効ばね作用と上記バランスバーの有効ばね作用と
    を分離するように作用し、 上記バランスバー及び流管の相互に対して位相を外した振動の際に上記ケース
    に対する上記受けバー手段の並進移動を防止するように上記受けバー手段を上記
    ケースの内壁部に連結するためのリンク(1701)を有し、 該リンクが上記ケースに対して上記受けバーが回転できるようにして上記ケー
    スに対する上記受けバーの並進移動を防止するように砂時計の形状をしており、 上記受けバー手段の回転が上記バランスバー及びケースの縦方向の軸に垂直な
    軸を中心としたものであり、 上記バランスバーの有効ばね作用を上記節点の近くに集中させるための上記バ
    ランスバーの中心部における切り取り部(2402)を含む手段を有し、 上記流管の有効ばね作用を上記節点の近くに集中させるための上記流管の中間
    部分からなるベローズ(1003)を含む手段を有し、 上記有効ばね作用を集中させるための手段が異なる時間に上記流管に異なる密
    度の物質があることに応じて上記バランスバー及び流管の有効ばね率を変化させ
    るように作用し、 上記受けバー手段の近くの上記流管の端部を上記ケースの端部に連結する流管
    のスタブ(1404)を有し、 該流管のスタブが上記流管のばね率を減少させて上記受けバーを上記ケースの
    端部から動的に分離するように上記受けバー手段の近くのベローズを含み、 上記受けバー手段は異なる密度の物質が上記流管にある際に上記受けバー手段
    の部分のばね率を変化させることによってコリオリ流量計の動的バランスを維持
    するようにコリオリ流量計の実質的に全ばね作用を包含し、 上記流管が上記駆動手段によって振動する際に上記流管を通る物質の流れによ
    って生ずる上記流管のコリオリ振動を検出するように上記流管の近くに配置され
    たセンサー手段(SL、SR)を有し、 該センサー手段が上記流れる物質の少なくとも1つの特性を表す出力信号を生
    ぜしめるため上記検出に応ずるように作用することを特徴とする請求項1に記載
    の動的にバランスのとれたコリオリ流量計。
  16. 【請求項16】 上記受けバー手段にケースを連結するための連結リンク手段を
    有し、 該連結リンク手段が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に垂直に向いた実
    質的に平坦な面を有し上記受けバー手段を上記ケースに対して回転できるように
    し上記受けバー手段が上記ケースに対して並進移動するのを防止するような形状
    であり、 上記受けバー手段の回転が上記流管の縦方向の軸に垂直で上記受けバー手段か
    ら上記ケースまで延びる軸を中心としたものであり、 上記連結リンク手段の第1の端部が上記受けバー手段に連結され、上記第2の
    端部が上記ケースの4内壁部分に連結され、 上記連結リンクの中間部分が上記受けバー手段が上記ケースに対して回転でき
    るように低い捩ればね率を有し、 上記中間部分が上記ケースに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するの
    に十分な強さであり、 各々の上記連結リンク手段がさらに上記受けバーと上記連結リンク手段との間
    に連結された平坦な面をなすガセット部材(2901)を含み、 該ガセット部材が上記バランスバーの縦方向の軸に実質的に平行に配置される
    ようにして上記バランスバーの外側の面に取り付けられた第1の側を有し、 上記ガセット部材が上記第1の側に実質的に垂直で上記連結リンク手段の実質
    的に平坦な面に取り付けられた第2の側を有し、 上記ガセット部材が上記バランスバーの横方向の振動数を上昇させるように作
    用して上記横方向の振動数に垂直な方向に上記バランスバーに与えられた駆動振
    動数が実質的に影響を受けないようにすることを特徴とする請求項1に記載のコ
    リオリ流量計。
  17. 【請求項17】 相互に実質的に平行に向いたバランスバー(1101)及び流
    管(104)と、基準質量(1401)に連結されるとともに上記バランスバー
    の端部を上記流管に連結する受けバー手段(1001)とを有するコリオリ流量
    計の動的バランスをとる方法において、 上記バランスバー、受けバー、流管のいずれか1つに上記流管の有効ばね作用
    と上記バランスバーの有効ばね作用とを分離するように作用する振動の節点を形
    成するように上記バランスバー及び上記流管を相互に位相を外して横方向に振動
    させることと、 上記バランスバーの有効ばね作用を上記節点の近くに集中させ、異なる時間に
    上記流管に異なる密度の物質があることに応じて上記バランスバーの有効ばね作
    用を変化させるように作用し、さらにコリオリ流量計の改善された動的バランス
    を与えるように作用するようにすることと、 の各ステップを含むことを特徴とするコリオリ流量計の動的バランスをとる方法
  18. 【請求項18】 上記バランスバー(1101)の有効ばね作用を集中させるス
    テップが上記バランスバーの他の部分より可撓性が大きい中間部分(2402)
    を与えるステップを含むようにしたことを特徴とする請求項17に記載のコリオ
    リ流量計の動的バランスをとる方法。
  19. 【請求項19】 上記有効ばね作用を集中させるステップが上記バランスバーの
    中間部分における切り取り作用(2402)を形成するステップを有することを
    特徴とする請求項18に記載のコリオリ流量計の動的バランスをとる方法。
  20. 【請求項20】 異なる時間に上記流管に異なる密度の物質があることに応じて
    上記流管の有効ばね作用を変化させるように上記流管の有効ばね作用を上記節点
    の近くに集中させるステップをさらに有することを特徴とする請求項18に記載
    のコリオリ流量計の動的バランスをとる方法。
  21. 【請求項21】 上記流管のばね作用を集中させるステップが上記流管の中間部
    分にベローズ(1003)を含むステップを有することを特徴とする請求項20
    に記載のコリオリ流量計の動的バランスをとる方法。
  22. 【請求項22】 上記基準質量がケースからなり、 上記ケースの縦方向の軸が上記バランスバー及び流管に実質的に平行になるよ
    うに上記バランスバー、流管及び受けバーを上記ケースで取り囲むことと、 上記バランスバー及び流管の相互に対して位相を外した振動に応じて上記ケー
    スに対する上記受けバー手段の並進移動を防止するように上記受けバー手段を上
    記ケースの内壁部に連結することと、 の各ステップをさらに有することを特徴とする請求項17に記載のコリオリ流量
    計の動的バランスをとる方法。
  23. 【請求項23】 上記連結手段が上記ケースに対して上記受けバーが回転できる
    ようにし上記受けバーが上記ケースに対して並進移動するのを防止する形状のリ
    ンク(1701)からなり、 上記バランスバー及び流管の縦方向の軸方向に垂直な軸を中心として上記受け
    バー手段を上記リンクに対して回転させる ステップをさらに有することを特徴とする請求項22に記載のコリオリ流量計の
    動的バランスをとる方法。
  24. 【請求項24】 上記リンクが砂時計の形状であり、 上記回転させるステップが各々の上記リンクの第1の部分が上記受けバー手段
    の回転に応じて各々の上記リンクの第2の部分に対して回転するように上記リン
    クを回転させるステップを有することを特徴とする請求項23に記載のコリオリ
    流量計の動的バランスをとる方法。
  25. 【請求項25】 上記流管の端部を上記流管のスタブを介して上記ケースの端部
    (1405)に上記受けバーの近くで連結するステップをさらに有することを特
    徴とする請求項22に記載のコリオリ流量計の動的バランスをとる方法。
  26. 【請求項26】 上記受けバー手段を上記ケースの端部から動的に分離するよう
    に上記流管のスタブの有効ばね作用を減少させるため上記受けバーの近くで上記
    流管のスタブにベローズを用いるステップをさらに有することを特徴とする請求
    項25に記載のコリオリ流量計の動的バランスをとる方法。
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