JP2003513264A - 寸法を減少させた大きい流量のためのコリオリ流量計 - Google Patents

寸法を減少させた大きい流量のためのコリオリ流量計

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Abstract

(57)【要約】 大きい質量流量を扱うことができ減少したフラッグ寸法を有するコリオリ流量計(5)である。減少したフラッグ寸法を有するようにするため、流管(103A−103B)は入口と出口との間に実質的に半円形の弧(150)を有するように形成される。入口及び出口に近接して流管に連結された受けバー(120−121)が流管における振動の振動数を分離する。ピックオフセンサー(105−105′)は減少したフラッグ寸法を有するのに必要な流管(103A−103B)の小さい振幅で高い振動数の振動の最大限に検出することができるようにする位置で流管の実質的に半円形の弧(150)上に配置されている。

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する。より詳細には、本発明は実質
的に半円形の弧を有する流管と1組の受けバーとを用いることによってコリオリ
流量計のフラッグ寸法を小さくすることに関する。さらに詳細には、本発明はゼ
ロ安定性を維持し振動する流管の振幅を減少させて受けバーに加わる応力を減少
さる構成部分の形状に関する。
【0002】
【技術的問題】 1985年1月1日にJ.E.スミスらに対して発行された米
国特許第4491025号及び1982年2月11日のJ.E.スミスへの再発
行特許第31450号に開示されるように、配管を通って流れる物質の質量流量
及び他の情報を測定するためにコリオリ効果の質量流量計を用いることが知られ
ている。これらの流量計は曲線状の1本またはそれより多くの流管を有する。コ
リオリ質量流量計における各々の流管の形状は、単純な曲げ捩れの型あるいは結
合型の1組の固有振動モードを有する。物質を充填された振動系の固有振動モー
ドは部分的には流管と流管内の物質との併せた質量によって決定される。物質は
連結された配管から流量計の入口側に流入する。それから物質は1本または複数
本の流管を通って流れ、出口側で流量計から連結された配管に出てゆく。
【0003】 流管を所望の振動モードで振動させるため駆動源が流管に力を加える。典型的
には所望の振動モードは第1の位相が外れた曲げモードである。流管を通って物
質が流れない時に、流管上の全ての点は一致した位相で振動する。物質が流れ始
めると、コリオリ加速度により流管上の各点が流管上の他の点に対して異なる位
相を有するようになる。流管の入口側の位相は駆動源より遅れるが、出口側の位
相は駆動源より進む。流管の運動を表す正弦波信号を生ずるように流管に検出器
が配置される。2つの検出器の信号の間の位相差は1本または複数本の流管を通
って流れる物質の質量流量に比例する。そのから検出器に連結された電子回路部
分は物質の質量流量及び他の特性を決定するため信号の振動数及び位相差を用い
る。
【0004】 コリオリ流量計が他の質量流量計に対して有する利点は、流量計が典型的には
計算された物質の質量流量における誤差が0.1%より小さくなることである。
オリフィス流量計、タービン流量計、渦流量計等の他の従来の型の質量流量測定
装置は、典型的には流量測定において0.5%またはそれ以上の誤差を有する。
コリオリ質量流量計は他の型の質量流量測定装置より精度が高いけれども、コリ
オリ流量計はまた製造により多くの経費がかかる。流量計の利用者は精度より経
費の節約を選んでより経費の少ない型の流量計を選択することが多い。それゆえ
コリオリ流量計の製造者は、他の質量流量測定装置に匹敵する製品を製造するた
め、製造の経費が少なく、実際の質量流量の0.5%以内の精度で質量流量を決
定するコリオリ流量計を望んでいる。
【0005】 コリオリ流量計が他の装置より経費を要する1つの理由は、流管に加わる多く
の望ましくない振動を減少させる部品が必要なことである。1つのこのような部
品として流管を配管に取り付けるマニホルドがある。2本管式コリオリ流量計に
おいて、マニホルドはまた配管から受け入れた物質の流れを2つの別個の流れに
分割しその流れを別個の流管に向ける。配管に連結されたポンプ等の外的要因に
よって生ずる振動を減少させるために、マニホルドは振動を吸収するのに十分な
剛性を有していなければならない。多くの従来のマニホルドは十分な質量を有す
るように鋳造金属で形成されている。さらに入口側マニホルドと出口側マニホル
ドとの間隔を維持するマニホルド間のスペーサがある。このスペーサはまた外部
の力が流管を振動させないようにするために金属あるいは他の剛性の材料で形成
される。これらの鋳造物を形成するために用いられる多量の金属のため流量計の
製造経費が増大する。しかしながら望ましくない振動をなくすことにより流量計
の精度が非常に高まる。
【0006】 コリオリ流量計の当業者にとって第2の問題は、流量計がある種の用途に用い
られるのに大きすぎるフラッグ寸法を有することである。これを論ずる場合、フ
ラッグ寸法は流管が配管から外方に延びる長さである。空間が制限されたり高価
になる環境がある。典型的なフラッグ寸法を有する流量計はこの制限された面積
には適合しないであろう。
【0007】 大きい流量を扱うコリオリ流量計においてフラッグ寸法を減少させることが特
に問題になる。これを論ずる場合、大きい流量は318kg/分(700lbs
./分)またはそれ以上である。より大きい流量を扱う流量計においてフラッグ
寸法を減少させることが問題になる1つの理由は、流管がより大きい径にならな
ければならないことである。より大きい径の流管はより小さい径の流管より高い
駆動振動数を有し、フラッグ寸法を減少させると設計がより難しくなる。より大
きい径の流管はまたより小さいフラツグ寸法になった時にゼロ安定性の問題を生
ずる。これらの理由により、大きい流量を扱うことができる2本管式コリオリ流
量計を製造することは特に問題になる。
【0008】
【解決手段】 前述した、また他の問題は、本発明において減少したフラッグ寸
法を有するコリオリ流量計を提供することにより解決され、技術的進歩がなされ
る。本発明のコリオリ流量計は大きい質量流量を扱うことができる流管を有する
。本発明のコリオリ流量計は従来のマニホルド及びスペーサを有していず、その
代りにスペーサが実質的にマニホルドを取り囲んでいる。この形状は流量計の製
造経費を減少させる。本発明のコリオリ流量計はまた減少したフラッグ寸法を有
するが、それにより空間が高価になり従来のフラッグ寸法を有するコリオリ流量
計を用いることができない領域で本発明のコリオリ流量計が用いられるようにな
る。
【0009】 流管を入口側端部と出口側端部との間で実質的に半円形の弧となるように形成
することによって流管のフラッグ寸法が減少する。半円形の弧により流管の隆起
が減少しフラッグの高さが減少する。流量計の精度を高めるため、半円形の弧の
全長が振動しなければならなない。
【0010】 流管の入口側端部と出口側端部とを含む平面に実質的に垂直な各々の流管の半
円形の弧上の位置で流管に駆動源が取り付けられる。駆動源は流管を振動させる
ように駆動源によって流管に加わるエネルギーの量を最大にするためこの位置に
配置される。駆動源が流管を低い振幅で振動させて流管に取り付けられた受けバ
ーに加わる応力を減少させるようにするため駆動源に駆動信号が供給される。
【0011】 流管が振動する際に流管の振動モードを分離するため、第1の受けバーが流管
の入口側端部近くに取り付けられ、第2の受けバーが流管の出口側端部近くに取
り付けられる。受けバーは流管の実質的に同じ位置で各々の流管に取り付けられ
た金属製の部分である。
【0012】 振動する流管におけるコリオリ力を検出するため、ピックオフセンサーが低い
振幅の振動での最大のコリオリ力の大きさを検出できるようにする位置で流管に
取り付けられなければならない。これにより受けバーに加わる応力を減少させる
ために低い振幅の振動が用いられるようになる。
【0013】 流管を配管に連結するように入口側のマニホルド及び出口側のマニホルドが流
管の入口側及び出口側の端部に取り付けられよう。各々のマニホルドは材料の経
費を減少させるため別個に鋳造された別個の部分である。各々のマニホルドは半
円形の弧状の入口側及び出口側の端部を配管に連結するように実質的に90°屈
曲する流路を有するであろう。
【0014】 マニホルドの間の距離を維持するために各々のマニホルドにスペーサが取り付
けられる。このスペーサは4つの辺を有していて対向する端側が入口側及び出口
側のマニホルドに取り付けられる。スペーサは中空の空所を包囲している。これ
によりマニホルドとスペーサーとの両方の鋳造に用いられる材料の量が減少する
。スペーサの上側の開口によりマニホルドがスペーサから外方に突出する半円形
弧状の流管に連結させられるようになる。
【0015】 流管を包囲するようにスペーサの上側にケーシングが取り付けられよう。この
ケーシングが振動する流管の振動数に近い振動数で共振することが問題になる。
これは流管を通って流れる物質の特性の読み取りに誤差を与えることになろう。
ケーシングの共振振動数を変えるために、ケーシングに質量体が取り付けられて
ケーシングの共振振動数を変化させることになろう。 前述の、また他の特徴は、以下の詳細な説明及び添付の図面から理解される。
【0016】
【図1のコリオリ流量計全体】 図1は流量計10及び流量計電子回路20からなるコリオリ流量計5を示して
いる。流量計電子回路20は線路26を通じて密度、質量流量、全質量、温度及
び他の情報を与えるようにリード線100を介して流量計センサー10に連結さ
れている。本発明は駆動源の数、ピックオフセンサーの数、振動の動作モードに
かかわらずいずれの型のコリオリ流量計にも用いられることが当業者にわかるで
あろう。さらに本発明は、物質が流管を通って流れる際にコリオリ効果を測定す
るため2本の流管103A−103Bを振動させ、それから物質の特性を測定す
るためコリオリ効果を用いるいすれのシステムにも用いられよう。
【0017】 流量計センサー10は1対のフランジ101及び101′、マニホルド102
―102′、流管103A及び103B、受けバー120−121、駆動源10
4、及びピックオフセンサー105及び105′を含む。フランジ101−10
1′はマニホルド102−102′に取り付けられている。マニホルド102−
102′は流管103A−103Bの対向する端部に取り付けられている。後述
するように流管103A−103Bに受けバー120―121が取り付けられて
いる。駆動源104は流管103A−103Bを相互に反対の方向に振動させら
れる位置で流管103A−103Bに取り付けられている。流管103A−10
3Bの対向する端部に、その位置での振動の位相差を検出するようにピックオフ
センサー105−105′が取り付けられている。
【0018】 フランジ101及び101′がマニホルド102−102′に取り付けられ流
管103A及び103Bを配管(図示せず)に連結している。流量計センサー1
0が測定される物質を移送する配管系(図示せず)に挿入されると、物質が入口
側フランジ101を通って流量計センサー10に入り、全体の量の物質が入口側
マニホルド102によって2つの流れに分割され、等量ずつ流管103A及び1
03Bに入るように向けられる。それから物質は出口側フランジ101′を通っ
て流れ、ここで流量計センサー10を出てゆく。マニホルド102及び102′
は最少の量の材料で形成される。
【0019】 流管103A及び103Bはそれぞれ曲げの軸W−W及びW′−W′を中心と
して実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、弾性計数を有するように選択され
て入口側マニホルド102及び出口側マニホルド102′に適切に装着されてい
る。流管は実質的に平行になってマニホルドから外方に突出する。
【0020】 流管103A−Bはそれぞれの曲げ軸W−W′を中心として位相が逆になって
、流量計の第1の位相の外れた曲げモードという状態になるようにして駆動源1
04によって駆動される。駆動源104は流管103Aに装着されたマグネット
及び流管103Bに装着された対向するコイルのような多くの周知の装置の1つ
からなるものでもよい。両方の流管103A−Bを振動させるように対向するコ
イルに交流電流が流れる。流量計の電子回路20によってリード線130A−B
を介して駆動源104に適当な駆動信号が供給される。図1の説明は単にコリオ
リ流量計の動作の一例としてなされたものであり、本発明の考え方を制限するも
のではない。
【0021】 流量計電子回路20はそれぞれリード線111及び111′に生ずる右及び左
の速度信号を受け取る。流量計電子回路20はまた駆動源104に流管103A
及び103Bを振動させる駆動信号をリード線110に与える。本発明はここに
説明したように複数の駆動源に対して複数の駆動信号を与えることができる。流
量計電子回路20は左及び右の速度信号を処理して質量流量を計算する。線路2
6は流量計電子回路20が操作者とのインタフェースをとれるようにする入出力
手段を与える。流量計電子回路20の内部構成部分は従来のものである。それゆ
え簡略にするため、流量計電子回路の完全な説明は省略される。
【0022】 コリオリ流量計センサー10の形状により実際の質量流量の5%以内の読み取
り精度を維持しながら流管103A−103Bがより小さいフラッグ寸法を有す
ることができるようになる。フラッグ寸法は流管のループがそのループに垂直で
連結されている配管を含む面から外方に突出する長さである。コリオリ流量計セ
ンサ10の形状の第2の利点はより経費の少ないマニホルド及びスペーサが用い
られることである。
【0023】 フラッグ寸法を減少させるために、流管103A−103Bは入口端部151
−151′と出口側端部152−152′との間に実質的に半円形の弧150−
150′を有する。実質的に半円形の弧150−150′は流管103A−10
3Bに連続的な曲線を形成することによってフラッグ寸法を減少させる。流管1
03A−103Bがコリオリ流量計5を通って大きい流量の物質を流れ易くする
のに十分な直径とするこができるように実質的に半円形の弧150を用いなけれ
ばならない。流管103A−103Bを配管に直列状に連結するために、入口側
マニホルド102及び出口側マニホルド102′は流れを配管から実質的に半円
形の弧150−150′に向けるように流路内で実質的に90°の屈曲部を有す
るであろう。
【0024】 ゼロ安定性を達成し流管103A−103Bの振動モードを分離するために、
流管103A及び103Bに第1の受けバー120及び第2の受けバー121が
取り付けられる。第1の受けバー120は流管103A−103Bの振動を制御
するように流管103A及び103Bを連結するため流管103A−103Bに
その入口側端部の近くで取り付けられる。第2の受けバー121は流管103A
−103Bの振動を制御するように流管103A及び103Bを連結するため流
管103A−103Bにその出口側端部の近くで取り付けられる。好ましい実施
例において、第1の受けバー120及び第2の受けバー121は流管103A−
103Bに、実質的に半円形の弧150上で相互に実質的に180°離れて取り
付けられる。
【0025】 駆動源104は流管入103A−103Bの入口側151と出口側152との
実質的に中心点となる半円形の弧150上の位置で流管103A−103Bに取
り付けられる。この位置は駆動源104が最小量の電力を用いて流管103A−
103Bに最大の力を与えられるようにするものである。駆動源104は所望の
振幅及び振動数で振動できるようにする流量計電子回路20からの信号を線路1
10を介して受け取る。好ましい実施例において、振動の振動数は従来のコリオ
リ流量計より高い振動数となる流管103A−103Bの第1の位相の外れた曲
げモードと実質的に同等である。より高い振動数からの応力を減少させるために
、好ましい実施例において小さい振動振幅を維持するのが望ましい。
【0026】 流管103A−103Bを高い振動数及び及び小さい振幅で振動させるために
、ピックオフセンサー105−105′が流管103A−103Bに、その最大
量の振動が検出される位置に取り付けられなければならない。これによりピック
オフセンサー105−105′が流れる物質によって生ずる最大量のコリオリ力
の効果を検出することができるようになる。好ましい実施例において、ピックオ
フセンサーは軸W−W′から実質的に30°の位置に配置されよう。しかしなが
ら、流量計を駆動するために従来の電子回路が用いられる時にピックオフセンサ
ーは軸W−W′から25°と50°との間のいずれの位置に配置されてもよい。
【0027】
【図2のマニホルド102及び102′に取り付けられたスペーサ】 図2は流量計センサー10に取り付けられたスペーサ200を示している。ス
ペーサ200は入口側マニホルド102と出口側マニホルド102′との間に一
定の間隔を維持する。コリオリ流量計における従来のスペーサと異なって、スペ
ーサは最少の材料で形成される。スペーサ200は対向する側に方形の端部19
0−191を有する。好ましい実施例において、方形の端部190−191はマ
ニホルド102−102′における方形の板として鋳造される。壁部201−2
02によって表される4つの壁部が方形の台部190−191の各々の縁部を連
結して包囲体を形成する。開口210により流管103A−103Bの実質的に
半円形の弧150−150′がスペーサ200から突出できるようになる。
【0028】
【図3の流管103A−103Bのケーシング】 図3は流管103A−103B(図1に示される)を包囲するケーシング30
0を示している。ケーシング300は流管103A−103B上に嵌合して溶接
あるいはボルト及びナット等の手段によってスペーサ200に取り付けられた中
空の内側になった構造体である。
【0029】 ケーシング300は流管103A−103Bの所望の振動モードの振動数に実
質的に等しい振動数で共振するであろう。この場合には、流管103A−103
Bの振動の読み違いを防止するためにケーシング300の共振振動数を変えるの
が望ましい。1つの解決策はケーシング300の実質的に平坦な部分302に重
り301を取り付けることである。重りはケーシング300の一部として付加さ
れることが当業者にはわかるであろう。
【0030】 前述したのは最少のフラッグ寸法を有するコリオリ流量計についての説明であ
る。本発明の範囲に文言上、あるいは均等的に入る他の形のコリオリ流量計とす
ることができるのが当業者にはわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 減少したフラッグ寸法を有するコリオリ流量計を示す部である。
【図2】 スペーサに取り付けられた本発明のコリオリ流量計を示す図である。
【図3】 スペーサに取り付けられケーシングに包囲されたコリオリ流量計を示
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マッカーシー,ジョン・リチャード アメリカ合衆国コロラド州80303,ボール ダー,サーティーフィフス・ストリート 865 Fターム(参考) 2F035 JA02

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の流管(103A)と、 第2の流管(103B)と、 該第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)の各々の入口側端部と出
    口側端部との間の実質的に半円形の弧状部(105−105′)と、 上記第1及び第2の流管の曲げの軸に実質的に垂直な上記実質的に半円形の弧
    状部上の点において上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)に
    取り付けられ、上記第1の流管及び第2の流管を相互に反対の方向に振動させる
    ようにした駆動源(104)と、 上記第1の流管(103A)及び(103B)にその入口側端部に近接して取り
    付けられた第1の受けバー(120)と、 上記第1の流管(103A)及び(103B)にその出口側端部に近接して取り
    付けられた第2の受けバー(121)と、 上記第1の流管(103A)及び(103B)に、小さい振幅の振動で最大の
    大きさのコリオリ力を検出できるようにする位置で取り付けられたピックオフセ
    ンサー(105−105′)と、 からなることを特徴とする減少したフラッグ寸法を有するコリオリ流量計。
  2. 【請求項2】 上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)を配管
    に取り付けるため上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)の入
    口側端部に取り付けられた入口側マニホルド(102)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。
  3. 【請求項3】 上記入口側マニホルドを通る流路における実質的に90°の屈曲
    部をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のコリオリ流量計。
  4. 【請求項4】 上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)を配管
    に連結するため上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)の出口
    側端部に取り付けられた(102′)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】 上記出口側マニホルドを通る流路における実質的に90°の屈曲
    部をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のコリオリ流量計。
  6. 【請求項6】 上記第1の流管(103A)及び第2の流量計(103B)を配
    管に取り付けるため上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)の
    入口側端部に取り付けられた入口側マニホルド(102)と、 上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)を配管に連結するた
    め上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)の出口側端部に取り
    付けられた出口側端部(102′)と、 上記入口側マニホルドと出口側端部との間の一定の間隔を維持するため上記入
    口側マニホルド及び出口側マニホルドに取り付けられたスペーサ(200)と、
    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。
  7. 【請求項7】 上記スペーサが 上記入口側マニホルド(102)に取り付けられた入口側端部(190)と、 上記出口側マニホルド(102′)に取り付けられた出口側端部(191)と
    、 上記入口側端部と出口側端部との間の上側の辺(202)、底側の辺(204
    )、前側の辺(201)及び後側の辺(203)と、 上記第1の流管(103A)及び第2の流管(103B)が上記入口側及び出
    口側マニホルドに取り付けられるに際に通り抜ける上記スペーサ(200)の上
    側の辺(202)の開口(210)と、 からなることを特徴とする請求項6に記載のコリオリ流量計。
  8. 【請求項8】 上記スペーサの上側の辺に取り付けられた上記第1の流管及び第
    2の流管を包囲するケーシング(300)をさらに含むことを特徴とする請求項
    7に記載のコリオリ流量計。
  9. 【請求項9】 上記ケーシングが 前側の壁部と、 後側の壁部と、 上記ハウジングの振動モードを変化させるように上記前側の壁部及び後側壁部
    に取り付けられた重りと、 からな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】 上記ピックオフセンサーの位置が上記第1及び第2の流管の曲
    げ軸から実質的に25―50°になっていることを特徴とする請求項1に記載の
    コリオリ流量計。
  11. 【請求項11】 上記ピックオフセンサーの位置が上記第1及び第2の流管の曲
    げ軸から30°になっていることを特徴とする請求項10に記載のコリオリ流量
    計。
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