JP2005530126A - 振動型トランスデューサ - Google Patents

Abstract

トランスデューサは流体の流れるフローチューブ（４）を支持する支持フレーム（６）及びトランスデューサの動作中振動するフローチューブ（４）の少なくとも一つの屈曲したセグメント（４１）を収容するケースキャップ（７）によって形成されるケースを有している。ケースキャップ（７）は所望の半径Ｒの円弧状の第１のセグメントエッジ（７１ａ）及び本質的に同一の形状の第２のセグメントエッジ（７１Ｂ）を有する流路形状の第１のキャップセグメント（７１）を備えている。第１のキャップセグメント（７１）は第１のセグメントエッジ（７１ａ）の半径Ｒより小さな半径ｒの円弧状の断面を有している。ケースキャップ（７）は更に円弧状の第１のセグメントエッジ（７２ａ）を介して第１のキャップセグメント（７１）の第１のセグメントエッジ（７１ａ）に接続されている本質的に平面状の第２のキャップセグメント（７２）と、第２のキャップセグメント（７２）と本質的に鏡面対称で且つ円弧状の第１のセグメントエッジ（７３ａ）を介して第１のキャップセグメント（７１）の第２のセグメントエッジ（７１ｂ）に接続されている第３のキャップセグメント（７３）とを備えている。第２及び第３のセグメント（７２，７３）は各々第１のキャップセグメント（７１）より充分に大きなたわみ剛性を有している。ケースキャップ（７）を使用することにより、可能な限りの耐圧力を有するトランスデューサ（１）のケースを最小のコストで作ることができる。

Description

本発明は、振動型トランスデューサ用のケースキャップ及びそのようなケースキャップを使用したトランスデューサに関する。

プロセス計測及びオートメーションテクノロジーにおいて、パイプを流れる流体の物理的パラメータ、例えば、質量流量、密度、及び／又は粘性率は、流体が通過する振動型トランスデューサ並びにこれに接続された計測及び制御回路を用いて、流体中に応答力、例えば質量流量に対応するコリオリ力及び密度に対応する慣性力を誘起し、これらから流体の各質量流量及び／又は密度を示す測定信号を導き出す計器類によってしばしば測定される。

そのような質量流量計又はコリオリ質量流量計−密度計は、例えば、WO-A 01-/33174、WO-A 00/57141、WO-A 98/07009、米国特許 5,796,011、米国特許 5,301,557、米国特許 4,876,898、EP-A 553 939、EP-A 1 001 254、EP-A 553,939、EP-A 1 001 254、又は、本出願の出願日前には公表されていなかった欧州特許出願 EP 01 120 561.4に開示されている。流体を流すため、これらのトランスデューサは各々、支持フレームに保持され且つ動作中電気・機械的な励起アセンブリによって駆動されて前記応答力を生じさせるために振動させられる屈曲したチューブセグメント（ｔｕｂｅ ｓｅｇｍｅｎｔ）を有する少なくとも一つのフローチューブを備えている。前記チューブセグメントの振動、特に入り口側及び出口側の振動を感知するために、それらのトランスデューサは各々前記チューブセグメントの動きに対応するセンサ装置を備えている。

前記フローチューブは、励起アセンブリ及びセンサ装置と同様に、前記支持フレームに接続された、特に、溶接されたケースキャップ（ｃａｓｅ ｃａｐ）によって収容されている。また、ケースは、少なくとも一つのフローチューブを支持しつつ、支持フレーム及びケースキャップによって形成されており、特にフローチューブ、励起アセンブリ、及びセンサ装置並びにその他の内部構成部品を外部環境からの影響例えば塵埃又は飛散した水に対して保護するように機能する。

流体を流すフローチューブの少なくとも一つの屈曲したチューブセグメントであって、トランスデューサの動作中振動するチューブセグメントを収容する、振動型トランスデューサのためのそのようなケースキャップは、例えば、WO-A 00/57141、米国特許 5,301,557、EP-A 1 001 254、又は欧州特許出願 EP 01 120 561.4.に開示されている。それは、
−−第１のセグメントエッジ（ｓｅｇｍｅｎｔ ｅｄｇｅ）及び
−−前記第１のセグメントエッジと本質的に同一の形状の第２のセグメントエッジを有する
−流路形状の（ｃｈａｎｎｅｌ−ｓｈａｐｅｄ）第１のキャップセグメント（ｃａｐ ｓｅｇｍｅｎｔ）と、
−−第１のセグメントエッジを介して前記第１のキャップセグメントの前記第１のセグメントエッジに接続された
−本質的に平面状の第２のキャップセグメントと、
−前記第２のキャップセグメントと本質的に鏡面対称で且つ第１のセグメントエッジを介して前記第１のキャップセグメントの前記第２のセグメントエッジに接続された、第３のキャップセグメントとを備えている。

そのようなトランスデューサのケース、特に各ケースキャップについて使用者によってしばしば提起される必要条件は、チューブセグメントが破裂した場合に、ケースキャップが、少なくとも所定の時間漏出を生じさせずに内部圧力 −その場合一般に外部圧力を十分に超えている− に耐え得るということである。WO-A 00/57141、米国特許 6,044,715、米国特許 5,301,557、又は EP-A 1 001 254をも参照されたい。少なくとも、毒性又は高い可燃性を有する流体の関係する用途については、ケースは安全容器（ｓａｆｅｔｙ ｖｅｓｓｅｌ）について定められた必要条件をも満たさなければならないことがある。

所要の機械的強度、特に所要の耐圧力は、一般に、支持フレーム、特に、円筒状チューブの形をした支持フレーム、によって容易に与えることができるが、ケースキャップについては、それらの三次元形状が安全容器には不向きであるため、耐圧力を増すための付加的手段をとらなければならない。

そのようなケースのキャップは全体が一般に深絞りの半仕上げ製品として形成される。ケースはまた別々のシェル形の（ｓｈｅｌｌ−ｓｈａｐｅｄ）半仕上げ製品から構成することもでき、前記半仕上げ製品は例えば、欧州特許出願EP 01 120 561.4において提案されているように、小さい壁厚即ち５ｍｍよりずっと薄い厚さに、又は、例えば米国特許6,044,715に示されているように、より厚い壁厚にすることができる。欧州特許出願 EP 01 120 561.4にも記載されているように、深絞りによって作られるケースキャップは、深絞り用の鋳型が大変高価であるため、大量の場合のみ経済的に作ることができる。一方、合成式のケースキャップは、少量の場合でさえもより低いコストで作ることができるが、しばしば所要の耐圧力を有していない。

前記従来技術から始めたが、本発明の目的は、一方では、最小コストで製造することができ、他方では、可能な限りの耐圧力を有する、振動型トランスデューサに適したケースを提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、流体を流し且つトランスデューサの動作中振動する、フローチューブの少なくとも一つの屈曲したチューブセグメントを収容する振動型トランスデューサのためのケースキャップにあり、前記ケースキャップは、
−−所望の半径を有する円弧状の第１のセグメントエッジ及び
−−前記第１のセグメントエッジと本質的に同一の形状を有する第２のセグメントエッジを備え、
−−前記第１のセグメントエッジの半径より小さな半径を有する円弧状の断面を有する、
−流路形状の第１のキャップセグメントと、
−−円弧状の第１のセグメントエッジを介して前記第１のキャップセグメントの前記第１のセグメントエッジに接続された
−本質的に平面状の第２のキャップセグメントと、
−前記第２のキャップセグメントと本質的に鏡面対称で且つ円弧状の第１のセグメントエッジを介して前記第１のキャップセグメントの前記第２のセグメントエッジに接続された、第３のキャップセグメントとを備え、
−−前記第２及び第３のキャップセグメントは各々前記第１のキャップセグメントより充分に高いたわみ剛性を有している。

更に、本発明は前記ケースキャップを具えたトランスデューサにあるが、このケースキャップは、動作中キャップセグメントが少なくとも一つの振動しているチューブセグメントから離れた状態を維持するように、第１のキャップセグメントの第３のセグメントエッジ及び第４のセグメントエッジを介して及び第２及び第３のキャップセグメントの各第２のセグメントエッジを介してフローチューブの支持フレームに固定されている。

本発明のケースキャップについての第１の好ましい実施形態においては、第２及び第３のキャップセグメントは各々、第１のキャップセグメントの一つの接平面（ｏｎｅ ｔａｎｇｅｎｔ ｐｌａｎｅ）内にある。

本発明のケースキャップについての第２の好ましい実施形態においては、第２及び第３のキャップセグメントは、必要なたわみ剛性を付するための補強要素（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を備えている。

本発明の第３の好ましい実施形態においては、ケースキャップの耐圧力を増すために、ケースキャップは第２及び第３のキャップセグメントを一緒に固く保持する少なくとも一つの締め付け要素（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を備えている。

本発明のケースキャップについての第４の好ましい実施形態においては、前記締め付け要素は第２及び第３のキャップセグメントに挿通されるテンションボルトである。
本発明のケースキャップについての第５の好ましい実施形態においては、補強要素は所望の厚さを有しテンションボルトによってキャップセグメントに対して押し付けられる補強板である。

本発明の基本的な思想は、ケースキャップの一つの領域を可能な限り大きく設計して、内部の超過圧力がこの選択された領域において本質的に引張り応力のみを生じさせるようにすることにより、曲げ応力が発生し得るような領域の比率が最小に保たれるようにすることである。他方、曲げ応力が発生し得るような特に危険な領域は、内部の超過圧力が存在する場合でさえも可能な限り寸法が安定に維持されるように設計される。

本発明の一つの利点は、流路形状の、且つ、従って、比較的薄い壁厚のキャップセグメントを使用すること、及び、例えば二つの平面状のキャップセグメントの領域内に付加的に補強及び／又は締め付け要素を用いて、例えば、前記欧州特許出願EP 01 120 561.4によるケースに比べて幾分わずかに質量を増すことにより、耐圧力を相当上げることができる、という事実にある。研究によれば、例えば補強要素として側板を、締め付け要素としてテンションボルトを使用することにより質量を約２０％増加させ、且つ形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）をほとんど変化させなかった場合に、２００％以上の耐圧力の増加を達成することができる、ということが示された。

以下、本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。図面中の種々の図を通じて、同様な機能を有する部分は同一の参照符合で示すが、その参照符合は、適当である場合に限って後続の図において繰り返すものとする。

本発明は、種々の変形及び別の形態が可能であるが、図に例として例示的な実施形態を示し、詳細に説明する。しかし、本発明を特定の開示された形態に限定する意図はなく、むしろ、意図されたクレームによって規定される本発明の思想及び範囲に入る全ての変形、同等物及び別形態をカバーする意図であることを理解されたい。

図１から図４は、特にコリオリ質量流量、密度、及び／又は粘性率センサとして使用される振動型トランスデューサ１を、描き方を異にして、示している。図１は、トランスデューサ１の側面図、図２は正面図、図３及び４は二つの異なる角度から見たトランスデューサ１の斜視図である。以下、図１から４を併せて説明する。

トランスデューサ１は、測定されるべき液体の、気体の又は蒸気質の流体を流す所定の直径のパイプ（明示されていない）内にフランジ２，３を介して組み込まれるように設計されている。前記パイプにトランスデューサ１を接続するために、フランジの代わりに、その他の既知の手段、例えばトリクランプ（Ｔｒｉｃｌａｍｐ）又はネジを切った継ぎ手を使用してもよい。

トランスデューサ１は、少なくとも一つの平面内で屈曲させられた少なくとも一つの部分を有する少なくとも一つのチューブセグメント４１を具えた、流体を流すための少なくとも一つのフローチューブ４を有している。フローチューブ４の近傍には、図３及び図４に示すように、本質的に同一で平行な第２のフローチューブを設けてもよい。

動作中、フローチューブ４のセグメント４１は、例えば最高部に取り付けられている励起アセンブリ（図示せず）によって好ましくは瞬間的な機械的共振周波数でカンチレバー（片持ち梁）振動に励起され、前記周波数で前記の平面から横方向にたわむ。換言すれば、チューブセグメント４１はカンチレバーのようにたわみモード（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｍｏｄｅ）で振動させることができる。

チューブセグメント４１の振動を感知するために、センサ装置（図示せず）を設けなければならず、これにより、チューブセグメント４１の振動、特に入り口側及び出口側の振動を通常の方法で信号として電子処理回路に供給することができる。

フローチューブ４は、支持フレーム６及びケースキャップ７からなる、特に金属製のケースに収容されている。前記ケース特にケースキャップ７に適した材料は、例えば、構造用鋼又はステンレス鋼である。

図３に示すように、フローチューブ４は、ここでは円筒状フレームである支持フレーム６内で、入り口側及び出口側に保持され、振動可能なチューブ４１が、支持フレーム６の二つの開口部６１，６２を通って延びて支持フレーム６から横方向に（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）出て、支持フレーム６に取り付けられているケースキャップ７に入り込むようになっている。

前記ケースは、一方において、トランスデューサ１の内部構成部品、例えばフローチューブ４、励起アセンブリ、及び、センサ装置を、外部環境からの影響、例えば塵埃又は飛散する水に対して保護するために、そして、他方において、例えば割れ又は破裂によってフローチューブ４又はフローチューブ５が破損した場合に、漏出する流体を所定の最大超過圧力に至るまで可能な限り多く前記ケース内に止めるように作用する。

図１は、支持フレーム６に、ここでは支持チューブに、首のような形の移行部材（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｉｅｃｅ）８によって固定され且つトランスデューサ１の測定及び制御回路を内蔵した電子ケース９をも示している。この回路は前記励起アセンブリのための励起信号を生成し、前記センサ装置からの信号を受け取り、そして、これより、流れている流体の質量流量、密度、粘性率、又は温度を示す所望の信号を得る。これらの信号は更に処理し又は表示することができる。

図３及び４においては、移行部材８及び電子ケース９は省略されているが、図４においては、移行部材８のための取り付け部分６３を見ることができる。取り付け部分６３はブッシング６４を含んでおり、ブッシング６４を通じて前記励起アセンブリ及びセンサ装置並びに例えば温度センサのような更に他の存在し得る電子部品への電気的接続をすることができる。

図３に模式的に示すように、チューブセグメント４１を収容するケースキャップ７は、流路形状の第１のキャップセグメント７１と、本質的に平面状の第２のキャップセグメント７２と、第２のキャップセグメント７２に対して本質的に鏡面対称の第３のキャップセグメント７３とからなっている。キャップセグメント７１の形状は、図３から容易に明らかなように、本質的に円環状のシェル（ｔｏｒｏｉｄａｌ ｓｈｅｌｌ）の形状に対応している。
従って、キャップセグメント７１は所望の半径ｒの本質的に円弧状の、好ましくは半円形状の断面、及び、少なくとも事実上、半径ｒより充分大きな半径Ｒの本質的に円弧状の第１のセグメントエッジ７１ａ並びに本質的に同一の形状の第２のセグメントエッジ７１ｂを有している。必要であれば、前記断面及び前記セグメントエッジは理想的には円弧でなくてもよく、即ち、少なくとも、ケースキャップ７の素材の弾性及び／又は展性（ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ）を選択して、ケースキャップ７が、キャップセグメント７１の形状を理想的な円環状のシェルの形状に合わせた状態で、上昇する内部圧力に最大限対応するような程度まで、若干楕円形であってもよい。

従って、本発明によれば、横側にあるキャップセグメント７２，７３は各々流路形状のキャップセグメント７１より充分に高いたわみ剛性を有しており、これにより、曲げ応力を受けることのあるキャップセグメント７２，７３の、特に、許容できる最大の内部超過圧力のもとでの、高い寸法安定性、従って、ケースキャップ７全体の耐圧力の充分な改良が成し遂げられる。

図１，２及び３を併せて見れば容易に明らかであるように、好ましくはキャップセグメント７２，７３は、各々キャップセグメント７１の一つの接平面内にあるようにし、従って、関連するセグメントエッジ７１ａ及び７１ｂにそれぞれ接して一列になるように、キャップセグメント７２及び７３は円弧状の第１のセグメントエッジ７２ａ及び７３ａを介してキャップセグメント７１の第１のセグメントエッジ７１ａ及びキャップセグメント７１の第２のセグメントエッジ７１ｂにそれぞれ接続されている。換言すれば、二つのキャップセグメント７１，７２及び二つのキャップセグメント７１，７３の間で、可能な限り円滑な移行をさせて、許容可能な内部の超過圧力のもとで曲げ応力が全く又はわずかしか生じないようにすべきである。更に、ケースキャップ７は、動作中、キャップセグメント７１，７２，７３が少なくとも一つの振動しているチューブセグメント４１から離れた状態を維持するように、キャップセグメント７１の第３のセグメントエッジ７１ｃ及び第４のセグメントエッジ７１ｄを介して及び第２及び第３のキャップセグメント７２，７３の各第２及び第３のセグメントエッジ７２ｂ，７３ｂを介して、支持フレーム６に取り付けられている。

前述したような形状のキャップセグメント７１，７２，７３を使用するのは、特に、一方において、専ら引張り応力を受ける壁を有する圧力容器は曲げ応力を受ける同等の厚さの壁を有する圧力容器よりはるかに高い耐圧力を持つことができるが、他方において理想的な圧力容器、即ち中空の球体の形をした容器は、既に述べたような種類のトランスデューサとしては実現できない、という認識に基づいている。

ケースキャップの一つの領域、即ち、キャップセグメント７１は、引張り応力のみを受けるので、ケースキャップ７について、この領域においてはただの数ミリメートル、特に５ｍｍより小さな、比較的小さな壁厚であるにもかかわらず、高い耐圧力を達成することができる。従って、ケースキャップの耐圧力を増加させるためにケースキャップ７のたわみ剛性を増加させるよう設計される手段は、キャップセグメント７２，７３に限定することができるというのが利点であり、そのようにすると、ケースキャップ７の全表面にキャップセグメント７２，７３の占める割合は、特定の取り付け寸法の範囲内で容易に最小に保つことができる。

換言すれば、本質的に引張り応力のみを受けるキャップセグメント７１の大きさを最適化することにより、ケースキャップ７を使用するトランスデューサは、本発明によれば、可能な限りコンパクトに保たれるが、いかなる場合でも同等の従来の振動型トランスデューサの取り付け寸法の範囲内での取り付け寸法とすることが可能である。更に、補強要素１０ａ，１０ｂを設けることに伴う質量の増加は、同等の耐圧力を有する従来のケースキャップと比較して小さく保つことができる。

ケースキャップ７を形成するため、キャップセグメント７１，７２，７３は、例えば、別々に作ってから相互に結合する、特に、相互に溶接することができる。都合のよいことに、ケースキャップ７として使用可能な金属製のキャップを作るには前述の欧州特許出願EP 01 120 561.4に記載された方法を用いることができるが、その方法においてはケースキャップ７は二つの本質的に同一の形状で、特に四半円環形状の（ｑｕａｒｔｅｒ−ｔｏｒｕｓ−ｓｈａｐｅｄ）、ビードエッジ（ｂｅａｄｅｄ ｅｄｇｅ）を有するキャップハーフ（ｃａｐ ｈａｌｆ）同士を溶接することによって形成されるが、このキャップハーフは好ましくは板状の半仕上げ製品から切り出されたものである。ケースキャップ７は例えば適切な厚さの深絞りのシート状金属製部品であってもよい。

本発明の更に好適な好ましい実施形態においては、キャップセグメント７２，７３の、たわみ剛性の増加、従って、また、寸法安定性の向上は、キャップセグメント７２，７３に補強要素１０ａ，１０ｂを設けることによって達成される。補強要素１０ａ，１０ｂとして可能なものは、例えば、キャップセグメント７２，７３に取り付けられる板又はストリップ、又はキャップセグメント７２，７３に形成されるひだ（ｃｒｉｍｐ）である。

本発明の更に別の好ましい実施形態においては、キャップセグメント７２，７３の高いたわみ剛性は、ケース７に二つのキャップセグメント７２，７３を一緒にしっかりと保持する少なくとも一つの締め付け要素１１を設けることによって達成される。

本発明の更にまた別の好ましい実施形態においては、締め付け要素１１は、図２及び３に示すように、キャップセグメント７２，７３の対向する穴７２１，７３１及び補強要素１０ａ，１０ｂとして作用する板の対応する穴に挿通され、且つ、締め付けナットによって締められて、二つのキャップセグメント７２，７３を一緒にしっかりと保持するテンションボルトである。

図３に示すように、ケースキャップ７は、穴７２１，７３１と通じ且つこれらの穴のエッジに結合例えば溶接された結合用チューブ７２３によって流体が漏れないようにして穴７２１，７３１の領域に保持されている。

本発明のこの実施形態の利点のひとつは、従来のケースと比較して、ケースキャップ７の、流体は漏れないが必ずしも大きな荷重をかけられない部分が、第一に製造コストを特別に追加することなく形成され、且つ、大きな荷重をかけられる取り付け物（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）を後から、特に取り外し自在に固定することによって、所望の超過圧力、特に段階に応じた（ｉｎ ｓｔｅｐｓ）所望の超過圧力までの耐圧力を有するように作ることができる、ということである。本発明のこの実施形態は既存の概念のケースについて役立つように使用することもでき、従って、従来のケースの耐圧力も、製造及び組み立てコストが少し加わるだけで充分に改善することができる。

本発明は、図面及び前述の記載により詳細に図示し且つ説明したが、そのような図示及び記載は性質上例示的であって限定的なものではないと考えられるべきであり、例示的な実施形態のみが示され且つ記載されているのであって、ここに記載された本発明の思想及び範囲内にある全ての変更及び変形を保護しようとするものであることを理解されたい。

コリオリ型の流量／密度／粘性率センサとして設計されたトランスデュー サの側面図である。 図１のトランスデューサの正面図である。 図１のトランスデューサの一部を分解して示す斜視図である。 図１のトランスデューサの一部を取り除いて示す斜視図である。

Claims (7)

1. 流体を流し且つトランスデューサの動作中振動する、フローチューブの少なくとも一つの屈曲したチューブセグメントを収容する振動型トランスデューサ用のケースキャップであって、
   −−所望の半径を有する円弧状の第１のセグメントエッジ及び
   −−前記第１のセグメントエッジと本質的に同一の形状を有する第２のセグメントエッジを備え、
   −−前記第１のセグメントエッジの半径より小さな半径を有する円弧状の断面を有する、
   −流路形状の第１のキャップセグメントと、
   −−円弧状の第１のセグメントエッジを介して前記第１のキャップセグメントの前記第１のセグメントエッジに接続された
   −本質的に平面状の第２のキャップセグメントと、
   −前記第２のキャップセグメントと本質的に鏡面対称で且つ円弧状の第１のセグメントエッジを介して前記第１のキャップセグメントの前記第２のセグメントエッジに接続された、第３のキャップセグメントとを備え、
   −−前記第２及び第３のキャップセグメントは各々前記第１のキャップセグメントより充分に高いたわみ剛性を有していることを特徴とする振動型トランスデューサ用のケースキャップ。
2. 前記第２及び第３のキャップセグメントは各々、前記第１のキャップセグメントの一つの接平面内にあることを特徴とする請求項１に記載のケースキャップ。
3. 前記第２及び第３のキャップセグメントは、必要なたわみ剛性を付するための補強要素を備えていることを特徴とする請求項１に記載のケースキャップ。
4. 耐圧力を増すために、前記第２及び第３のキャップセグメントを一緒に固く保持する少なくとも一つの締め付け要素を備えていることを特徴とする請求項１に記載のケースキャップ。
5. 前記締め付け要素は前記第２及び第３のキャップセグメントに挿通されるテンションボルトであることを特徴とする請求項４に記載のケースキャップ。
6. 前記補強要素はテンションボルトによって前記第２及び第３のキャップセグメントに対してそれぞれ押し付けられる補強板であることを特徴とする請求項３又は４に記載のケースキャップ。
7. 動作中前記第１、第２及び第３のキャップセグメントが少なくとも一つの振動している前記チューブセグメントから離れた状態を維持するように、前記第１のキャップセグメントの第３のセグメントエッジ及び第４のセグメントエッジを介して及び前記第２及び第３のキャップセグメントの各第２のセグメントエッジを介してフローチューブの支持フレームに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のケースキャップ。

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