JP2007529728A - コリオリ式質量流量測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明のコリオリ式質量流量測定装置は、作動中その中を媒体が流れる、少なくとも１つの測定用チューブ（１０）を有する振動式トランスジューサ（１）を有する。作動中、該測定用チューブは、励起機構（４０）によって機械的振動、特に曲げ振動を起こす。さらに、該コリオリ式質量流量測定装置は、該測定用チューブ（１０）の入口端および出口端での振動を表わす振動測定信号（S1、S2）を生成するセンサー機構（５０）を含む。励起機構を制御する測定装置電子回路（２）は上記振動測定信号（S1、S2）から導かれる中間値（X’m）を生成する。この中間値は補正されていない質量流量を表わす。励起電流（iexc）および／または励起電流（iexc）の成分から導き出されて中間値（X2）が生成され、それは測定用チューブ（１０）の振動の減衰に対応する。この減衰は、特に測定用チューブ（１０）中に導かれる媒体の粘度、および／または粘度-濃度積の関数である。さらに、上記中間値（X2）、および最初に決定されるか作動中に決定される粘度測定値（Xη）を用いて、上記中間値（X’m）の補正値（XK）が生成される。該粘度測定値（Xη）は、測定用チューブ内を案内される媒体の粘度、および／または予め決めてあった参照粘度に対応する。 そして、上記中間値（X’m）および上記補正値（XK）に基づいて、測定装置電子回路は正確な質量流速度測定値（Xm）を生成する。

Description

本発明は、パイプラインを流れる媒体、特に２相以上の媒体のためのコリオリ式質量流量／濃度計、および質量流量を表わす測定値を生成する方法に関する。

パイプ中を流れる媒体の、例えば質量流速度、濃度および／または粘度のような物理的パラメーターの測定のためのプロセス測定および自動化の技術において、媒体を導くパイプラインの途中に挿入され、作動中に媒体が通過する振動式トランスジューサと、それに接続された測定および作動回路とを使用して、例えば質量流速度に関連するコリオリの力、密度に関連する慣性力、および粘度に関連する摩擦力のような反作用力（reaction forces）を媒体中に生成させ、また、これらから媒体の現在の質量流速度、現在の粘度、および／または現在の濃度を表わす１つ以上の測定信号を導き出すような工程内測定装置、特にはコリオリ式質量流量測定装置、を使用することは、通常のことである。振動式トランスジューサを有するそのような工程内測定装置およびそれらがどのように動作するかは、当業者には知られており、例えば次の資料中に広く詳細に記されている。WO-A 03/095950, WO-A 03/095949, WO-A 03/076880, WO-A 02/37063, WO-A 01/33174, WO-A 00/57141, WO-A 99/39164, WO-A 98/07009, WO-A 95/16897, WO-A 88/03261, EP-A 1 281 938, EP-A 1 001 254, EP-A 553 939, US 2003/0208325, または USP No,6,691,583, 6,651,513, 6,513,393, 6,505,519, 6,006,609, 5,869,770, 5,796,011, 5,602,346, 5,602,345, 5,531,126, 5,301,557, 5,253,533, 5,218,873, 5,069,074, 4,876,898, 4,733,569, 4,660,421, 4,524,610, 4,491,025, または4,817,721。

上記トランスジューサは、また、資料の中でしばしばセンサーと称されることは知られている。ここでは、ここで述べるトランスジューサの構成部品が“センサー”と称されるので、“トランスジューサ”という言葉を用いる。

トランスジューサは、媒体を案内するために、常に、例えば管状あるいは箱型の支持フレーム中に保持される少なくとも一つの測定用チューブを持っている。測定用チューブは、上述の反作用力を生じる動作の中で、電気機械的励起機構によって駆動される振動を起こされる曲がった管、または真っ直ぐな管を有している。振動、特にチューブ部分の入口端および出口端の振動を記録するために、測定トランスジューサはチューブ部分の動きに反応する電気物理的センサー機構を追加的に有している。パイプ中を流れる媒体のためのコリオリ式質量流量測定装置を用いて、質量流速度の測定は、パイプラインの途中に挿入された測定用チューブを通して媒体を流し、作動中そのチューブを振動させ、媒体にコリオリ力を受けさせることによって行われる。これらの力は、今度は測定用チューブの入口域および出口域が互いにその位相を変えながら振動する効果をもたらす。この位相変化の大きさが質量流速度の程度として役立つ。次に、上記測定用チューブの長さ方向に沿って離れている上記センサー機構の２つの振動センサーによって、測定用チューブの振幅が記録され、振幅測定信号に変換され、そこから質量流速度の相互の位相差が導き出される。

すでに上記で述べたUSP No. 4,187,721では、流れている媒体の瞬時の濃度もコリオリ式質量流量測定装置で通常的に測定可能で、しかも、実際、センサー機構によって出力される少なくとも１つの振動測定信号の周波数をもとに測定可能であることを述べている。さらに、通常、適切な方法、例えば測定用チューブ上に配置した温度センサーで媒体の温度も直接測定される。コリオリ式質量流量測定装置、または振動式トランスジューサを有する他の工程内測定装置は、媒体の質量流速度および／または濃度以外に、測定用チューブ内を流れる媒体の粘度、および／または粘度−濃度積を測定するためにも用いることが出来る。この点については特に以下を参照されたい。USP No. 6,651,513, 5,531,126, 5,253,533, 4,524,610, またはWO-A 95/16897。以上により、それ以上のものが無くても、表記的に述べていない場合でも、媒体の濃度、粘度および／または温度の測定が、どんなケースでも常に媒体の濃度および／または媒体の粘度の変化からもたらされる測定誤差を補正するために利用されるということを考慮すると、振動式測定トランスジューサを有する最近の工程内測定器、特にコリオリ式質量流量測定器が上記の測定を可能にするということは、推定可能である。この点について、すでに述べた特に以下の資料を参照されたい。USP No. 6,513,393, 6,006,609, 5,602,346, WO-A 02/37063, WO-A 99/39164, WO-A 00/36379。

しかし、例えば、JP-A 10-281846, WO-A 03/076880, USP No. 6,505,519でも述べられているように、振動式トランスジューサの適用においては、特に媒体が２相または３相の不均質媒体の場合、測定用チューブの振動から導かれる振動測定信号、特に上述した位相のシフトは、離れた位相それぞれの粘度および濃度、また質量流量を一定に保ち、かつ／または適切にそれらを考慮に入れるどころか、非常に大きく変動に支配され、信号は所望の物理的パラメーターを計測するためには、救済の方法も無いくらい完全に利用できないようになってしまうということが分かっている。そのような不均質媒体とは、例えば、分配プロセスやボトリングプロセス中に、その中に実際上避けられない気体、特にパイプラインの中に存在する空気が混入してしまう液体とか、溶け込んでいた媒体、例えば２酸化炭素のガスが出て泡沫の形態になってしまう液体などである可能性がある。そのような不均質媒体の他の例は、乳濁液や、湿った状態のあるいは飽和した蒸気などである。振動式トランスジューサを使った不均質媒体の測定において経験する問題の理由については、例えば、測定用チューブの内壁面に気体の泡や固形の粒子が片寄って付着したり創出したりして、いわゆる“泡効果”で流入した気体の泡が液体の主要素を測定用チューブの長手方向の軸を加速して横切る方向のガイドとして作用すると説明することが出来る。

WO-A 03/076880 では、２相以上の媒体に関連する測定誤差を減少させるため、臨機応変に流れまたは媒体の調整を行うことが提案されているが、JP-A 281846 および USP No. 6,515,519 は各々、高精度で計測され決定される実際の媒体濃度とコリオリ式質量流量装置による作動中の見かけの濃度との間の不足分の評価値を特に使って、振動測定信号に基づいて流量測定値、特に質量流速度の測定値を補正することを述べている。

特に、事前に検討された、時には適応的ですらある分級器（classifiers）が振動測定に提案されている。分級器はコホーネンマップ、またはニューラルネットワークの形で構築され、作動中に測定されるパラメーター、特に質量流速度および濃度とそこから引き出される更なる特性に基づいて、または１つ以上の振動周期内の振動測定信号の間隔をも用いて、補正を行うことが出来る。そのような分級器を使用することの利点は、例えば従来のコリオリ式質量流量／濃度計に比べて、トランスジューサ、すなわち特定のアプリケーションに適応するように調整されている励起機構の機械的構成やその機構を制御する作動回路を全く変えないでよいか、ほんの少しだけ変えればよいということである。しかしながら、他の中にあって、そのような分級器には重大な不具合があり、従来のコリオリ式質量流量測定装置に比べて測定値の生成という領域で、特にアナログデジタルトランスジューサおよび使用されるマイクロプロセッサーに関して大きな変更が必要とされる。このように、USP No. 6,505,519 に述べられているように、そのような信号評価は、例えば約８０Ｈｚの振動周波数を持つ振動測定信号のデジタル化において充分な正確さを達成するには約５５ｋＨｚ、またはそれ以上のサンプリング周期を必要とする。別な言い方をすれば、振動測定信号のサンプリングは６００：１を大幅に上回るサンプリング周期で行われなければならない。それ以前に、デジタル測定回路の中に格納され動作するファームウェアは、相応して複雑になる。そのような分級器のさらなる不具合は、分級器がトランスジューサの作動中に実際に存在する測定条件に対して慣らされ、相応して有効性確認されていなければならないという事実に見られ、例えばその条件は、設置条件、測定される媒体、およびその通常変化する特性、または測定の精度に影響する他の要素である。これら全ての相互作用の高度な複雑さのおかげで、慣らしと有効性確認作業は、最終的には通常その場所で個別的に各トランスジューサに対してのみ行うことが可能であって、このことは、そのおかげでトランスジューサの立ち上げに関連する多額の費用につながる。最後に、そのような区分けのためのアルゴリズムは一方でその非常な複雑さゆえに、また一方で技術的に関係のある、または納得のいくパラメーターを持った、相応する数学物理モデルが通常は存在しないという事実ゆえに、分級器は非常に低い透明性しか示さず、したがって、しばしば設定することが困難である。 このことと共に、例えば、ニューラルネットワークのような自己適応メカニズムを有する分級器を考えたときに特に生じる上記のような受容上の問題を伴って、顧客に非常に大きな抵抗が生じる可能性がある。

不均質媒体に伴う問題を避けるための他の可能性として、USP No. 4,524,610 は、例えば、真っ直ぐな測定用チューブを基本的に垂直に置いて、出来るだけそのような邪魔をする、特に気体状の不均質物質が付着するのを妨げるようにトランスジューサを設置することを提案している。これはしかし、工業的なプロセス測定技術においては、常には実施されない非常に特殊な解法である。他方、トランスジューサが、すなわちこのケースで挿入されるパイプラインを、時にはトランスジューサに適合させなければならず、逆ではない、この事実は測定位置を創生するのにユーザーにとって増大する余分な費用を意味する可能性がある。他方、常に言われるように、測定用チューブを曲げることが出来る、したがって設置のときに方向を適合させることによって常に問題が満足するように解決するわけではない。また、この点に関して、上述した測定信号の乱れは、必ずしも垂直に設置した真っ直ぐな測定用チューブの使用によって確実に回避は出来ないことが判っている。

本発明の目的は、特に２相以上の媒体の不均質媒体の場合において質量流速度を非常に正確に測定するのに適した、実際の質量流速度に対して１０％以下の測定誤差を持つ、対応するコリオリ式質量流量測定装置を提供することである。 更なる目的は、対応する質量流速度の測定値を生成する相応の方法を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、振動式トランスジューサと、このトランスジューサに電気的に接続された測定装置電子回路とを有し、パイプライン内を流れる、特に２つ以上の相の媒体の質量流速度を測定するコリオリ式質量流量測定装置、特に、コリオリ式質量流量／濃度測定装置、またはコリオリ式質量流量／粘度測定装置を提供する。

ここで、上記トランスジューサは、
上記パイプラインの途中に挿入され、この結合されているパイプラインと繋がって、測定される媒体を案内する少なくとも１つの測定用チューブ、特には本質的に真っ直ぐな測定チューブ、
作動中時々、および／または少なくとも部分的に少なくとも１つの測定用チューブを横振動、特に曲げ振動で振動させるように測定チューブ上で動作する励起機構、および
少なくとも１つの測定用チューブの振動を記録し、測定用チューブの入口端での振動を表す少なくとも１つの第１の振動測定信号と、測定用チューブの出口端での振動を表す少なくとも１つの第２の振動測定信号とを生ぜしめるセンサー機構を有している。

また、上記測定装置電子回路は、
少なくとも時々励起機構を駆動する励起電流を供給し、また、少なくとも時々、測定すべき質量流速度を表す質量流速度測定値を出力し、
上記振動測定信号から導き出され、測定対象の質量流速度および／または２つの測定信号間の位相差に対応する第１の中間値と、励起電流および／または励起電流の１成分から導き出され、測定用チューブの振動の減衰、特に測定用チューブ内を案内される媒体の見かけの粘度および／または粘度―濃度積に依存する減衰に対応する第２の中間値とを生成し、かつ
上記第２の中間値と、予め定めた、あるいは、作動中に特にトランスジューサおよび／または測定装置電子回路を用いて決定される粘度測定値であって、測定用チューブ内を案内される媒体の粘度および／または予め与えられた参照粘度に対応する粘度測定値とを用いて、第１の中間値の補正値を生成すると共に、第１の中間値と補正値に基づいて質量流速度測定値を生成する。

さらに本発明は、パイプラインを流れる、特に２相以上の媒体の質量流速度を、振動式トランスジューサを有するコリオリ式質量流量測定装置と、上記トランスジューサに電気的に接続されている測定装置電子回路とを用いて測定する方法でもあり、この方法は、
上記パイプラインにつながっているトランスジューサの少なくとも１本の測定用チューブを通して、測定する媒体を流し、測定用チューブの機械的振動、特に曲げ振動を起こすため、媒体を案内する測定用チューブと機械的に結合した励起機構に励起電流を流すステップと、
測定用チューブを通って流れている媒体にコリオリ力を生じさせるのに適した振動モードで測定用チューブを振動させるステップと、
測定用チューブの振動を記録して、入口端の振動を表す第１の振動測定信号と、出口端の振動を表わす第２の振動測定信号とを生成するステップと、
上記２つの振動測定信号を用いて、測定されるべき質量流速度、および／または２つの振動測定信号の位相差に対応する第１の中間値を算出するステップと、
励起電流から導き出され、測定用チューブ内を案内される媒体の見かけの粘度および／または粘度−濃度積に依存する測定用チューブの振動の減衰に対応する、第２の中間値を決定するステップと、
特にトランスジューサおよび／または測定装置電気回路を使用して、第２の中間値と、最初に決定され、測定用チューブ内内を案内される媒体の粘度に対応する粘度測定値とによって、第１の中間値に対する補正値を生成するステップと、
上記補正値によって第１の中間値を補正し、測定すべき質量流速度を表す質量流速度測定値を生成するステップとを有する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第１の発展形において、上記補正値は、測定用チューブ内を案内される媒体の見かけの粘度からの媒体粘度の偏差を表し、その見かけの粘度は、作動中に励起電流および／または励起電流の１成分に基づいて、および／または作動中に励起電流に基づいて決定される測定用チューブ内にガイドされる媒体の粘度−濃度積から決定される。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第２の発展形において、測定装置電子回路は、上記補正値を、第２の中間値と粘度測定値との比較に基づいて、および／または第２の中間値と粘度測定値間に存在する差に基づいて決定する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第３の発展形において、測定装置電子回路は、少なくとも１つの振動測定値を使って第２の中間値も生成する。
本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第４の発展形において、励起機構は、測定用チューブに時々および／または少なくとも部分的に、作動中に測定用チューブに本質的に軸合わせされた測定用チューブの仮想の長手方向軸、特には測定用チューブの原理的慣性軸、の周りでのねじれ振動、特には曲げ振動と交互のねじれ振動、または時々曲げ振動に重畳するねじれ振動を引き起こす。また、測定装置電子回路はまた励起機構を駆動する励起電流および／または励起電流の１成分に基づき粘度測定値を決定する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第５の発展形において、測定用チューブは、励起機構によって駆動されて、励起機構によって駆動される測定用チューブが横振動、特に曲げ振動を起こす時の横振動周波数とは異なるように設定されたねじれ振動周波数を持ったねじれ振動を起こす。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第６の発展形において、測定装置電子回路は粘度測定値も生成する。
本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第７の発展形において、
測定装置電子回路は、第１および／または第２の振動測定信号から導き出される、媒体の濃度を表す濃度測定値を出力し、
測定装置電子回路は、濃度測定値にも基づいて、上記補正値、特に粘度測定値を決定する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第８の発展形において、測定装置電子回路は、外部の粘度測定装置、特には本コリオリ式質量流量測定装置から離れて設置されている粘度測定装置とつながっており、その粘度測定装置は少なくとも時々粘度測定値を出力する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第９の発展形において、測定装置電子回路は、少なくとも時々差圧センサーに接続され、それは少なくとも時々パイプライン全長にわたっての圧力差を表す差圧測定値を出力する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第１０の発展形において、測定装置電子回路は、少なくとも時々、励起電流および／または励起電流の１成分に基づいて、また、粘度測定値を使用して、体積および／または質量、含有率、特には測定用チューブ内の２相以上の媒体のうち１相の相対的な体積および／または質量、含有率を示す濃度測定値を決定する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第１１の発展形において、測定用チューブは、入口端内に開口している入口側適合部と、出口端内に開口している出口側適合部とを介して、パイプラインとつながり、測定用チューブの入口端と出口端に固定、特に励起機構に機械的に結合されたトランスジューサは、作動中に少なくとも時々振動、特には測定用チューブとは逆の位相で振動する反振動子（counter-oscillator）を有する。

本発明のコリオリ式質量流量測定装置の第１２の発展形において、コリオリ式質量流量測定装置は、パイプラインを流れる２相以上の媒体、特には液体−気体の混合体、の質量流量を測定するために使用される。

本発明の方法の第１の発展形において、その方法は、測定用チューブを通って流れる媒体中にコリオリ力を生じるように測定用チューブの中で曲げ振動を動作させるステップをさらに含む。

本発明の方法の第２の発展形において、その方法は、測定用チューブの中でねじれ振動、特に曲げ振動と重畳するねじれ振動を動作させるステップと、測定用チューブのねじれ振動を動作させる励起電流、および／または励起電流の少なくとも１成分に基づいた第２の中間値を決定するステップをさらに含む。

本発明の方法の第３の発展形において、中間値に対する補正値を生成するステップは、第２の中間値と粘度測定値を比較し、および／または第２の中間値と粘度測定値との差を決定するステップと、作動中に励起電流に基づいて決定される、測定用チューブ内を案内される媒体の見かけの粘度からの、および／または、作動中に励起電流に基づいて決定される、測定用チューブ内を案内される媒体の粘度−濃度積からの、媒体の粘度の偏差を決定するステップとをさらに含む。

本発明の方法の第４の発展形において、その方法はさらに、振動測定信号に基づいて媒体の濃度を表す第２の測定値を算出するステップと、該第２の測定値に基づいて補正値を算出するステップとを含む。

本発明の方法の第５の発展形において、その方法は、コリオリ式質量流量測定装置および／または少なくとも１つの測定用チューブを有する振動式トランスジューサの補正に用いられる。

本発明は、測定用チューブの横振動を維持するためにトランスジューサに供給される励起力が、測定される媒体の不均質性に大きく影響される、という認識に立っている。均質物質は例えば、流入する気体泡沫、流入する固体粒子などのようなものである。測定用チューブ内を案内される媒体の見かけの粘度、および／または粘度-濃度積に依存するこの励起力を、もし、実際の粘度、あるいは、例えば相応する外部の、または内部参照測定によって得られる、少なくとも充分により正確に測定された媒体の粘度と比較すると、媒体中の不均質性に依存する質量流量測定にその瞬間関係する部分を充分な正確性を持って見積もることが可能である。本発明の特別な利点は、粘度の参照測定も同じコリオリ式質量流量測定装置で可能であり、したがって、外部の測定場所とは無関係に可能である。

本発明の更なる利点は、本発明のコリオリ式質量流量測定装置の場合、従来の装置と比べて、通常デジタル測定である製品では、基本的にファームウェアに限って僅かな変更が必要なだけで、トランスジューサおよび振動測定信号の生成および事前処理の双方の場合は、変更は全く必要ないか非常に僅かである。したがって、例えば、振動測定信号は、以前と同様、１００：１よりもずっと低い、特には約１０：１のサンプリング率でサンプリング可能である。

本発明とさらにその有利な発展形について図に示される実施例を基に詳細に述べる。同じ部品には全ての図中で同じ符号を付すが、はっきりさせる必要がある場合は、既に述べた符号をそれ以後の図では省略する。

図１はコリオリ式質量流量測定装置１の外観図で、この装置は、パイプライン（不図示）内を流れる媒体の質量流速度ｍを記録し、この質量流速度を瞬時に表す質量流速度測定値Xmの形にそれを反映する。媒体は事実上どんな流れる物質でもよく、例えば液体、気体、蒸気、などのようなものである。その上、コリオリ式質量流量測定装置は、場合によって媒体の濃度ρおよび／または粘度ηの測定に用いられる。

コリオリ式質量流量測定装置１は、上記の目標のために、作動中測定すべき媒体がその中を通る振動測定トランスジューサ１０を含み、測定装置電子回路５０がトランスジューサ１０と電気的につながっている。トランスジューサの具体例および発展形は図２から図６に示されており、一方、図２と図７は測定装置電子回路の例の概略図である。 好ましくは、測定装置電子回路は、さらに測定データおよび／または他の操作データを、上位の測定値処理ユニット、例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、パソコン、および／またはワークステーションと、例えばフィールドバスシステムのようなデータ搬送システムを介して交換できるように設計されている。さらに、測定装置電子回路５０は、例えば上述のフィールドバスシステムを介して外部電源から供給されるように設計される。振動型の測定装置がフィールドバスまたはいくつかの他の通信システムに接続されているケースでは、測定装置電子回路５０、特にプログラム可能なものは、例えばすでに述べたプログラマブルロジックコントローラまたは上位のプロセスコントロールシステムに測定値を送るための、対応する通信インターフェースを有する。測定装置電子回路５０を設置するために電子回路筐体２００がさらに用意され、トランスジューサ上に直接取り付けられるか、さもなければそこから取り除かれてどこか他の場所に取り付けられる。

すでに述べたように、測定装置は振動式測定トランスジューサ１０を含み、作動中測定される媒体がそこを通って流れる。トランスジューサ１０は、そこを通って流れる媒体内に機械的な反作用力、特に質量流速度に依存するコリオリ力と、媒体の濃度に依存する慣性力、および／または媒体の粘度に依存する摩擦力を生じさせるように働き、それらの力はトランスジューサ上で測定可能なように、特にセンサーによって記録可能なように作用する。媒体を特徴付けるこれらの反作用力に基づいて、例えば媒体の流速、濃度および／または粘度が、当業者には知られた方法で測定可能である。

図３および図４は、振動式トランスジューサ１０の図示具体例として役に立つ機械-電気変換器の機構を概略的に示す。そのような変換器の構造および機能は、当業者には知られており、また例えばUSP No. 6,691,583, WO-A 03/095949,または WO-A 03/095950に詳細に述べられている。

媒体を案内し、上記の反作用力を生じるために、トランスジューサは少なくとも１つの、所定の直径の本質的に真っ直ぐな測定用チューブを持ち、それは動作中少なくとも時々１つまたはそれ以上の周波数を持った振動を起こされ、それによって繰り返しの弾性変形を受ける。測定用チューブ内腔の弾性変形は、ここではチューブの内腔の空間的な形状および／または空間的な位置が循環的に、特に周期的に、測定用チューブ１０の弾性範囲内で所定の態様で変化することを意味する。この点についても以下の資料を参照されたい。USP No. 4,801,897, 5,648,616, 5,796,011, 6,066,609, 6,691,583, WO-A 03/095949, WO-A 03/095949, WO-A 03/095950。この実施例ではトランスジューサは１本だけの真っ直ぐな測定用チューブを含むが、図示するトランスジューサの代わりに最新の技術で述べられている非常に多くの他のコリオリ式質量流量トランスジューサを使用することが出来る。特に、例えばUSP No. 5,602,345に詳細が述べられているような、例えば測定する媒体が横切る２本の平行な真っ直ぐな測定用チューブを持つ振動式トランスジューサは適している。

測定する媒体を供給するパイプラインと通常の方法でつながっている測定用チューブ１０は、振動させるために堅固な、特に曲がりとねじれに耐性のある支持フレーム１４に取り付けられる。ここで示すような、測定用チューブと同軸で延伸するチューブ状の支持フレーム１４の代わりに、もちろん、他の適切な支持手段、例えば、測定用チューブと平行に延伸するチューブとか、または箱型の構造を用いることが出来る。測定用チューブ１０は、媒体がそこを通って流れるように、入口端１１＃に内に開口している入口側チューブ片１１を介して、また出口端１２＃に開口している出口側チューブ片１２を介して、パイプラインに結合される。測定用チューブ１０、および入口および出口側チューブ片１１，１２は出来るだけ互いに位置合わせされ、また、測定用チューブの仮想長手方向軸Ｌとも位置合わせされるが、１部品で供給されるのが好ましく、したがって、製造上例えば単一のチューブ形状の部品を用いることが出来る。しかし、必要があれば測定用チューブ１０およびチューブ片１１，１２は別々な、例えば一緒に溶接するなどして後に一体化する部品で作っても良い。測定用チューブの製造のために、入口および出口側チューブ片１１，１２と同様、実際上そのようなトランスジューサに一般的に使用されるどんな材質、例えば鉄合金、チタン合金、タンタル合金、合成物質、またはセラミックのような材質も使用できる。トランスジューサがパイプラインから取り外し可能に組みつけられている場合、入口側チューブ片１１、および出口側チューブ片１２は、それぞれ第１および第２のフランジを持っている。しかし、必要ならば入口側および出口側チューブ片は、例えば溶接や半田付けでパイプラインに直接繋ぐことも出来る。さらに、図１に概略図示したように、入口側出口側チューブ片１１，１２に固定されたトランスジューサケース１００が設けられる。この点では図１と図２を比較されたい。

質量流量を測定するために、測定用チューブ１０は１次の振動モード、いわゆる有効モードで振動するよう励起される。測定用チューブ１０は少なくとも部分的に振動、特に測定用チューブの長手方向軸Ｌの横方向、特に横の外側に曲がるような曲げ振動、特に、１次固有振動による曲げ固有振動数での振動を起こす。測定用チューブのそのような横振動の固有振動数は、知られているように、特定な程度、媒体の濃度ρにも依存する。

つながっているパイプライン中を媒体が流れ、したがって質量流速度ｍがゼロでない場合、測定用チューブ１０が有効モードで振動しているため媒体中にコリオリ力が誘引される。この力は、最新技術を知った人に知られているように、測定用チューブ１０の追加的な変形が１次固有振動の上に同一平面状で重畳する。基本的に固有な２次の固有振動に基づくこの変形はセンサーによって記録される。測定用チューブの変形の瞬間的なゆがみ、それは生じるのだが、特にその振幅に関して、瞬間的な質量流速度ｍに依存する。同期振動の２次の形態、いわゆるコリオリモードは、例えばそのようなトランスジューサでは普通であるように、２つの振動振幅、または４つの振動振幅を持った非対称曲げ振動でも良い。

本発明の１つの発展形においては、測定用チューブ１０は、少なくとも時々、流れている媒体中に、測定用チューブ１０の最も低い曲げ固有振動数に対応する横振動周波数fexcL を持った質量流量依存のコリオリ力を生じるように励起され、したがって横振動する測定用チューブ１０は、流れている媒体を含まないときには、測定用チューブの長手方向軸Ｌに直角な中心軸に対して基本的に対称に外側に曲がり、この場合、１個の振動振幅を示す。ステンレス鋼で公称幅２０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ、長さ約３５０ｍｍで、通常の付属品の付いた測定用チューブ１０の場合、この最も低い曲げ固有振動周波数は約８５０Ｈｚから９００Ｈｚの範囲にある。

本発明の他の発展形においては、測定用チューブ１０は、少なくとも時々、流れている媒体内で、測定用チューブ１０のねじれ固有周波数に可能な限り正確に対応する、ねじれ振動周波数fexcT を持ち、特に有効モードの横振動と同時に生じる粘度依存性の剪断力を生じるように励起され、測定用チューブ１０はその長手方向軸の周りに本質的に固有な形態のねじれ振動に従ったねじれを生じせしめられる。この点についてはUSP No. 4,524,610, 5,253,533, 6,006,609, EP-A 1158289を参照。真っ直ぐな測定用チューブの場合、最も低いねじれ固有振動数は、例えば最も低い曲げ固有振動数の約２倍の範囲にある。

一方では、すでに述べたように、測定用チューブ１０の振動は、特に粘度測定の目的にとっては、媒体に対しての、センサーに記録されるエネルギー損失の分減衰する。他方では、しかし、例えばトランスジューサケースや結合しているパイプラインのような部品も振動が励起され、それらが機械的につながっている振動式測定チューブから振動を起こすエネルギーが引き抜かれてしまう。望ましくはないトランスジューサケース１００に対するエネルギー損失は、実際補正可能であるかもしれないが、トランスジューサの周辺、特にパイプラインに対するエネルギー損失は実用目的としては再現不可能なように、しかも予測すら不可能なように生じる。周辺への可能性ある振動エネルギー損失を抑圧または回避するために、トランスジューサに反振動子２０が、したがって追加的に設けられ、測定用チューブ１０の入口側および出口側端に固定される。反振動子は、図２に概略的に示されているように好ましくは一体で作られる。USP No. 5,969,265, EP-A 317 340 WO-A 00 14 485 に見られるように、必要なら反振動子２０は複数の部品で構成するか、または測定用チューブ１０の入口および出口端に固定される２つの分離した反振動部材で実現される（図６参照）。反振動子２０は、他の部材の中で、トランスジューサの作動中最も頻繁に生じると期待される媒体の濃度値、あるいは臨界的な媒体濃度値に対して、振動する測定用チューブ１０に生じる可能性のある横断力および／または曲げモーメントの殆どが補正される程度にまで動的にバランスをとるために役立つ。このことに関してはUSP No. 6,691,583 を参照。 それ以上に、反振動子２０は、上述のケース、すなわち測定用チューブがねじれ振動も生じているときに、望ましくはその長手方向軸の周りにねじれを生じる１本の測定用チューブ１０によって生じるねじれモーメントを大きく補正する反ねじれモーメントをさらに生じるように作用し、これによってトランスジューサの周辺部材、特に連結しているパイプラインを動的なねじれモーメントから大きく開放された状態に保つ。反振動子２０は、図２および図３に示すように、例えばチューブの形で設けられ、図３に示すように測定用チューブ１０に基本的に同軸で、測定用チューブ１０の入口端１１＃および出口端１２＃に結合される。実用上の目的での反振動子２０の材質は測定用チューブ１０に使用可能なもの、例えばステンレス、チタン合金、等である。

加えて、トランスジューサ１は、測定用チューブ１０および反振動子２０を取り囲むトランスジューサケース１００を有し、これは、これらの部材が環境的な影響を壊すことを防止し、および／またはトランスジューサから周囲への起こり得る音の放出を緩衝する。トランスジューサケース１００は、ここでの実施例において、入口側チューブ片の入口端および出口側チューブ片の出口端に固定され、測定用チューブと反振動子がトランスジューサケース１００の中で振動可能に維持される。さらに、トランスジューサケース１００はネック状の中間部材を有し、そこに測定装置電子回路５０を収納する電子回路ケース２００が固定されている（図１参照）。

反振動子２０は、特に測定用チューブ１０と比較して幾分ねじれが起こりにくく、および／または曲げ弾性も少ないが、同様に作動中振動が生じ、しかも実際、測定用チューブ１０と基本的に同じ周波数であるが位相が異なる、特に逆位相の振動を生じる。このことを保ったまま、反振動子２０は、測定用チューブ１０が作動中最もねじれ振動を起こす周波数の１つに出来るだけ正確に等しいねじれ固有振動数の少なくとも１つを有するように調整される。それ以前に、反振動子２０は、測定用チューブ１０が特にその有効モードで振動する曲げ振動周波数の少なくとも１つに等しい曲げ固有振動数の少なくとも１つに出来るだけ正確に調整され、かつ、反振動子２０は測定用トランスジューサの作動中横振動、特に、測定用チューブ１０の横振動、特に有効モードの曲げ振動と本質的に同平面上に生じる曲げ振動も生じるように励起される。

本発明のある発展形において、図３に示すように、反振動子２０に加工された溝２０１，２０２が設けられ、単純な方法でねじれ固有振動数の正確な調整、特に、反振動子２０のねじれ剛性を下げることでねじれ固有振動数を下げることを可能にしている。溝２０１，２０２は、図２，３では長手軸Ｌ方向に基本的に均一に分布しているように示されているが、必要ならもちろん、長手軸Ｌ方向に不均一に配置される。その前に、反振動子の質量分布も図３に図示するように、測定用チューブ１０に固定される相応する質量バランス体１０１、１０２によって補正される。質量バランス体１０１、１０２は、例えば測定用チューブ１０に押装される金属リング、またはそれに固定する金属片などである。

測定用チューブ１０の機械的な振動を生じさせるために、トランスジューサはさらに測定用チューブに結合される励起機構４０、特に電気機械式励起機構を有する。励起機構４０は、測定電子回路から供給される、例えば標準化された励起電流iexcおよび／または標準化された電圧を持つ電気的励起力Pexcを、測定用チューブ１０にパルス状または調和的に弾性的変形を与える作用をする励起モーメント、および／または測定用チューブ１０に横方向に作用する励起力Fexcに変換するように働く。可能性のある最も高い効率と可能性のある最も高い信号／雑音比を達成するために、励起パワーPexcは原理的に有効モードにある測定用チューブ１０の振動が維持されるよう、しかも実際、流れる媒体を含む測定用チューブの瞬間的な固有周波数で可能な限り正確に維持されるようセットされる。励起力Fexcおよび励起モーメントMexcは、このケースでは実際、図４および図６に図示されるように各々双方向の形態、または１方向の形態であり、または、しかし、最新技術を知った人に知られた方法で、例えば電流および／または電圧が標準化された回路によってその振幅に関して、および、例えば位相固定ループによってその周波数に関して、調整される。

励起機構４０は、そのような振動式トランスジューサでは通常であるように、例えば、反振動子２０、またはトランスジューサケース１００の内部に取り付けられたプランジャ型のコイルで、作動中適切な励起電流iexcLを流す円筒状の励起コイルの中に測定用チューブ１０に固定された永久磁石の電気子が少なくとも部分的に挿入されている。さらに、励起機構４０は、例えばUSP No. 4,542,610 WO-A 03/09950に示されるように複数のプランジャ型コイルまたは電磁石によっても実現可能である。

測定用チューブ１０の振動を検出するために、トランスジューサはさらに検出機構６０を有し、測定用チューブ１０の振動に反応する少なくとも１つの第１の振動センサー１７によって、基本的にはアナログ信号で、振動を代表する振動測定信号S1を生じる。第１の振動センサー１７は、測定用チューブ１０に固定されていて、反振動子２０またはトランスジューサケースに設けられたセンサーコイルと相互作用する永久磁石電機子によって形作ることが出来る。特に振動センサー１７として適しているのは、電気力学的原理に基づく、測定用チューブ１０の変異の速度を記録するものである。電気力学的な加速度計測の、あるいは電気抵抗式あるいは光学式の移動量測定のセンサーも、しかし、利用可能である。もちろん、最新の技術をよく知った人に知られており、そのような振動の検出に適した他のセンサーも使用可能である。検出機構６０はさらに、特に第１の振動センサー１７と同じ第２の振動センサー１８を含み、同様に測定用チューブ１０の振動を表わす第２の振動測定信号S２を配信する。本実施例の２つの振動センサーは互いに測定用チューブ１０の長さ方向に沿って、特に測定用チューブ１０の中心から等しい距離だけ離れて配置され、検出機構６０は測定用チューブ１０の入口および出口の振動を記録してそれらを相応する振動測定信号S１およびS２に変換する。

両方の振動測定信号S１、S２は、通常測定用チューブ１０の瞬間の振動周波数に対応する信号周波数を示し、図７に示すように測定装置電子回路５０に導かれて、当業者に知られた方法で事前処置、特にデジタル化され、続いて適切に評価される。

本発明のある実施例において、励起機構４０は図２および図３に示されるように、トランスジューサの中で、測定用チューブ１０上と反振動子２０上では、同時に、特に異なった風に動作するように構成され配置される。本発明のさらなる発展形の場合、励起機構４０は、さらに図２に示されるように、トランスジューサの中で、測定用チューブ１０上と反振動子２０上では、同時に、特に異なった風に動作するように都合よく構成され配置される。図４に示す実施例において、励起機構４０は、作動中少なくとも時々、励起電流または励起電流の１成分を含有する第１の励起コイル４１ａを有する。励起コイル４１ａは、測定用チューブ１０に結合するレバー４１ｃに固定され、レバーと外部から反振動子２０に固定される電機子４１ｂによって、測定用チューブ１０上と反振動子２０上で異なるように作用する。この機構は、他の機構の中で、一方では、反振動子２０および、したがってトランスジューサケース１００が小さく保たれるという利点を有し、かつ、このことにもかかわらず、励起コイル４１ａは特に組み立てのとき容易にアクセスが可能である。これに加えて、この励起機構４０の実施例の他の利点は、特にその公称幅が８０ｍｍもあってその重量が無視できない、使用される可能性のあるコイルキャップ４１ｄを、同じように反振動子２０上に固定し、したがって測定用チューブ１０の固定周波数には実質的に何の影響も与えないということである。しかし、必要があれば励起コイル４１ａを反振動子２０に保持し、電機子４１ｂを測定用チューブ１０に保持することも出来ることを注意されたい。

対応する方法で、振動センサー１７、１８は、トランスジューサの中で、測定用チューブ１０の振動と反振動子２０の振動が個別に記録されるように設計し作ることが出来る。 図５に示す実施例において、センサー機構５０は測定用チューブ１０に固定されたセンサーコイル５１ａを有し、それはセンサー機構５０のすべての原理的慣性軸の外側に位置する。センサーコイル５１ａは、反振動子２０上に固定された電機子５１ｂに可能な限り近づけて位置させ、センサーコイルの中に測定電圧が誘引され、測定用チューブ１０と反振動子２０がその相対的な位置を変化させたり、および／または相対的に離れたりしたときの、両者の回転のおよび／または横方向の相対的な動きの関数としてその電圧が変化するように、この電機子５１ｂと磁気的に接続される。センサーコイル５１ａのそのような機構を基に、上述のねじれ振動と励起された曲げ振動が、有利なことに同時に記録される。必要ならば、センサーコイル５１ａは、しかし、この目的のために反振動子２０に固定され、対応して、対の電機子５１ｂが測定用チューブ１０に固定されても良い。

本発明の他の実施例において、測定用チューブ１０、反振動子２０、およびそれらに付随するセンサーおよび励起機構４０，５０はその質量分布に関して、入口側および出口側チューブ片によって支えられているトランスジューサの内部部分が測定用チューブ１０の少なくとも内部、好ましくは、しかし、測定用チューブの長手方向軸Ｌに出来るだけ近くにある質量の中心ＭＳを示すように互いに位置合わせされる。さらに、上記内部部分は、それが入口側チューブ片１１と出口側チューブ片１２と一直線の第１の原理的慣性軸T1を示すように、またそれが少なくとも部分的に測定用チューブ１０の内部に存するように有利に構成される。上記内部部分の質量中心ＭＳのずれ、特に、しかし、上述の第１の原理的慣性軸T1の位置のおかげで、作動中に測定用チューブ１０によって想定され、反振動子２０によって実質的に補正される２つの振動形態、すなわち、測定用チューブ１０のねじれ振動と曲げ振動は、可能な限り大きく互いに機械的に分離される。この点に関しても、WO-A 03/095950を参照。このように、両振動形態、すなわち横振動および／またはねじれ振動は、それ以上なく有利に、互いに分離して励起される。上記内部部分、すなわち、測定用チューブ１０、反振動子２０、および付随するセンサーおよび励起機構５０，４０が、測定用チューブの長手方向軸Ｌに沿った内部部分の質量分布が基本的に対称的なように互いに構成され配置されたときは、測定用チューブの長手方向軸Ｌに対する質量中心ＭＳおよび第１の原理的慣性軸T1の両方は、例えば非常に単純化され、少なくとも、しかし、測定用チューブの長手方向軸Ｌに関する１８０度（ｃ２対称）の想定される回転に関しては不変である。加えて、ここでは、チューブ状の、特に、広く行われている軸対称の反振動子２０が、基本的に測定用チューブ１０と軸対称に用いられ、内部部分の対称的な質量分布の達成が非常に単純化され、かつ、したがって、質量中心ＭＳは簡単に測定用チューブの長手方向軸の近くにシフトされる。その上、実施例中のセンサーおよび励起機構５０，４０は互いに測定用チューブ１０上あるいは、また多分反振動子２０上に配置され、質量の慣性モーメントは測定用チューブの長手方向軸Ｌと出来るだけ同軸状に形成されるか、または少なくともできるだけ小さく保たれる。このことは、例えばセンサーおよび励起機構５０，４０の質量中心が、同様に、測定用チューブの長手方向軸Ｌに近く位置するか、および／またはセンサーおよび励起機構５０，４０の合計質量が出来るだけ小さく保たれるようにして達成される。

本発明の別の発展形において、励起機構４０は、測定用チューブ１０のねじれおよび／または曲げ振動を分離して励起するために、曲げ振動を起こす力が、第１の原理的慣性軸T1に直角または第２の原理的慣性軸T2を最大１点で横切る、第２の原理的慣性軸T2の外側に延伸する仮想の力線に沿って測定用チューブに作用するように構成され、チューブ１０および反振動子に固定される。好ましくは、上記内部部分は、第２の原理的慣性軸T2が基本的に上述の中心軸と一致するように具体化される。図４に示す実施例において、励起機構４０はこの目的のために少なくとも１つの励起コイル４１ａを有し、少なくとも時々、作動中励起電流または励起電流の１成分を含み、励起コイル４１ａは測定用チューブ１０に結合しているレバー４１ｃに固定され、そのレバーと外部から反振動子２０に固定されている電機子によって、測定用チューブ１０上と反振動子２０上とでは分離して動作する。この機構は、他の部材の中で、一方では、反振動子２０および、したがってトランスジューサケース１００も小さく保たれるという利点を有し、かつ、このことにもかかわらず、励起コイル４１ａは特に組み立てのときも容易にアクセスが可能である。これに加えて、この励起機構４０の実施例の他の利点は、特にその公称幅が８０ｍｍもあってその重量が無視できない、使用される可能性のあるコイルキャップ４１ｄを、同じように反振動子２０上に固定し、したがって測定用チューブ１０の固定周波数には実質的に何の影響も与えないということである。しかし、必要があれば励起コイル４１ａを反振動子２０に保持し、電機子４１ｂを測定用チューブ１０に保持することも出来ることを注意されたい。

本発明のさらなる発展形において、励起機構４０は測定用チューブ１０の直径に沿って配置される少なくとも１つの第２の励起コイル４２ａを有し、励起コイル４１ａと同様の方法で測定用チューブ１０および反振動子２０に結合される。本発明の他の望ましい発展形において、励起機構はさらに２つの励起コイル４３ａ，４４ａを持ち、したがって少なくとも４つが、第２の原理的慣性軸T２に関して対称的に配置され、すべて上述のような方法でトランスジューサに取り付けられる。第２の原理的慣性軸T2の外側で測定用チューブ１０に作用する力は、そのような２つまたは４つのコイル配置で簡単に得られる。例えば、励起コイルの１つ、例えば励起コイル４１ａに、他と比較して、それぞれのケースで異なるインダクタンスを与えるとか、あるいは、励起コイルの１つ、例えば励起コイル４１ａに、それぞれのケースで他の励起コイルの励起電流成分とは異なる励起電流成分を動作中含ませることによって、などである。

本発明の他の発展形において、センサー機構５０は、図５に図示するように測定用チューブ１０に固定され、第２の原理的慣性軸T2の外に配置されているセンサーコイル５１ａを有する。センサーコイル５１ａは、反振動子２０上に固定された電機子５１ｂに可能な限り近づけて位置させ、センサーコイルの中に測定電圧が誘引され、測定用チューブ１０と反振動子２０がその相対的な位置を変化させたり、および／または相対的に離れたりしたときの、両者の回転のおよび／または横方向の相対的な動きの関数としてその電圧が変化するように、この電機子５１ｂと磁気的に結合される。センサーコイル５１ａのそのような機構を基に、上述のねじれ振動と励起された曲げ振動が有利に、同時に記録される。必要ならば、センサーコイル５１ａは、しかし、この目的のために反振動子２０に固定され、対応して、対の電機子５１ｂが測定用チューブ１０に固定されても良い。

さらに、励起機構４０と励起機構５０は、当業者に知られた方法で本質的に同じ機械的構造を持って構成することが出来、励起機構４０の機械的構造の上述した実施例を基本的にセンサー機構５０の機械的構造に移植させることが出来る、また逆もまた同じである。

測定用チューブ１０に振動を起こさせるために、励起機構４０は、すでに述べたように、同じように変動する励起電流iexc、可変振幅で可変励起周波数fexcの、特に１つ以上の周波数で変動する電流が供給され、励起コイル２６，３６が、作動中その電流によって通電され、電機子２７，３７を対応して動かすのに必要な磁場が生成される。励起電流iexcは、例えば、調波、マルチ周波数、または矩形波でも良い。測定用チューブ１０の横振動を保つために必要な、励起電流の横方向電流成分iexcLの横振動周波数fexcLは、有利なことに実施例に示すトランスジューサ内で、横振動する測定用チューブ１０が、好ましくは曲げ振動において、単一の振動振幅を有する基本モードで振動するように選択し調整することが出来る。そのことと類似して、測定用チューブ１０のねじれ振動を保つために必要な、励起電流のねじれ用電流成分iexcTのねじれ振動周波数fexcTは、有利なことに実施例に示すトランスジューサ内で、ねじれ振動する測定用チューブ１０が、好ましくはねじれ振動において、単一の振動振幅を有する基本モードで振動するように選択し調整することが出来る。

作動中測定用チューブがその周波数で振動させられる、横振動周波数fexcLおよびねじれ振動周波数fexcTが、互いに異なるように調整される上述のケースで、ねじれと曲げ振動が同時に励起されるケースでも、例えば信号のフィルタリングや周波数分析に基づいて、励起信号内とセンサー信号内両方で個々の振動モードの分離が生じる。

励起電流iexcを生成し調整するために、測定装置電子回路５０は適切な駆動回路５３を有し、それは励起電流iexcおよび／または横方向電流成分iexcLのためにセットされる、横振動励起周波数fexcLを表わす横振動周波数セット信号YFML、および横振動振幅を表わす横振動振幅セット信号YAMLによって制御され、同様に、少なくとも時々、励起電流iexcおよび／またはねじれ用電流成分iexcTのためにセットされる、ねじれ振動励起周波数fexcTを表わすねじれ振動周波数セット信号YFMT、およびねじれ振動振幅を表わすねじれ振動振幅セット信号YAMTによって制御される。駆動回路は、例えば、瞬間の励起電流iexc、または電流成分iexcL、iexcTを設定するために、数値制御される、アナログではない、デジタルの発振器である電圧制御の発振器、または下流の電圧−電流変換器によって実現できる。

横振動振幅セット信号YAML、および／またはねじれ振動振幅セット信号YAMTを生成するために、測定装置電子回路５０に、例えば振幅調整回路５１を組み込むことが出来る。 回路５１は、瞬間の横振動周波数および／または瞬間のねじれ振動周波数で測定される２つの振動測定信号S1、S2のうち少なくとも１つの瞬間振幅に基づいて、また、横およびねじれ振動の、適切な一定値または可変の振幅参照値WS、WTに基づいて、振幅調整信号YAML、YAMTを更新する。必要なら、横振動振幅調整信号YAML、および／またはねじれ振動振幅調整信号YAMTを生成するために、励起電流iexcの瞬間振幅もまた導入することが出来る（図７と比較のこと）。そのような振幅調整回路を作成し機能させることも、最新技術を知る人には同じく知られている。そのような振幅調整回路の例として、例えばシリーズ“PROMAS I”という測定変換器に関して当受託者によって提案されるシリーズ“PROMAS 80”という測定値伝達器も参考にされる。その振幅調整回路は、好ましくは測定用チューブ１０の横振動が一定の振幅（したがって濃度ρとは独立した）値に調整されるように設計されている。

周波数調整回路５２およびその駆動回路５３は、例えば、最新技術を知った人に知られているような方法で使用される位相固定ループとして具体化され、少なくとも振動測定信号S1、S2のうち１つと、各々瞬時測定された、調整されるべき励起電流iexcの間で測定される位相差に基づいて、横振動周波数セット信号YFMLおよび／またはねじれ振動周波数セット信号YFMTを、測定用チューブ１０の瞬時固有振動数に、継続的に調整する。測定用チューブをその機械的固有周波数で駆動するそのような位相固定ループの作成とその利用は、例えばUSP No. 4,801,897に述べられている。もちろん、最新技術を知った人に知られている他の周波数調整回路、例えば、USP No. 4,524,610 または 4,801,897のそれのようなものも使用可能である。さらに、振動測定変換器のそのような周波数調整回路の応用に関して、すでに述べた“PROMAS 80”という測定値伝達器も参考にされる。駆動回路として適している他の回路は、例えば、USP No. 5,869,770 または 6,505,519のうち１つから取り出すことが出来る。

本発明の他の実施例において、振幅調整回路５１および周波数調整回路５２は、図７に概略図示されるように、測定装置電子回路５０内に設けられるデジタル信号処理器ＤＳＰ、および相応してＤＳＰ内に組み込まれ実行されるプログラムコードを備えている。プログラムコードは、信号処理器ＤＳＰを制御および／または監視するマイクロコンピューター５５の不揮発性メモリー内に永続的に、あるいは、恒久的に格納することが出来、また、例えば信号処理器ＤＳＰの立ち上がりのときに、例えば信号処理器内に集積されている測定装置電子回路５０の揮発性のデータ格納ＲＡＭにロードすることも出来る。そのような目的の信号処理器は商業的に入手可能で、例えば、テキサスインスツルメントのＴＭＳ３２０ＶＣ３３の型式のものである。振動測定信号S1、S2は、信号処理器ＤＳＰ内で処理するために相応のアナログ-デジタル変換器によって対応するデジタル信号に変換することは、もちろん実務的に自明である。この点に関しては、EP-A 866,319を参照のこと。必要ならば、信号処理器によって発せられる信号、例えば振幅調整信号YAML、YAMT、および周波数調整信号YFMT、YAMTを相応の方法でデジタルからアナログに変換することが出来る。

図７に図示されるように、振動測定信号S1、S2はさらに測定装置電子回路の測定回路２１に送られる。少なくとも部分的に流量計算機として機能するように作られている測定回路２１は、いわゆる最新技術を知った人に知られた方法で、もし必要ならば適切に事前調整された２つの振動測定信号S1、S2の間で検出される位相差に基づいて、測定されるべき質量流量に対応する質量流量測定値Xm を決定するように働く。旧来の、特にデジタルの測定回路は、振動測定信号S1、S2に基づいて質量流量測定値Xm を決定する測定回路２１として供するのに適している。この点に関しては、最初に述べたWO-A 02/37063, WO-A 99/39164, または USP No. 5,648,616 および 5,069,074を参照のこと。もちろん、上述した種類の振動測定信号同士の間の位相差および／または時間差を測定し適切に評価するためのコリオリ式質量流量測定装置に適した、最新技術を知った人に知られている他の測定回路も使用可能である。測定回路２１は瞬間の媒体の濃度ρまたは媒体の相を表わす濃度測定値Xρを生成するためにも機能する。

すでに始めに述べたように、流れている媒体の非均質性、および／または例えば液体中に入り込んだ気体泡沫、および／または固形粒子のような第１および第２の相の形態は、単一の相、および／または均質媒体と想定して通常に決定した測定値が実際の質量流量に充分正確には一致しないことを意味する可能性があり、したがって補正されなければならない。その媒体の、質量流量を暫定的に表わす、あるいは少なくともそれに対応する、最も単純なケースでは振動測定信号S1、S2の間で測定される位相差である、この始めに決定される測定値を、したがって、以下の記述では第１の中間値X’mと呼ぶ。充分正確な質量流速度を表わす質量流速度測定値Xmは最終的には評価する回路２１によってこの第１の中間値X’mから導かれる。媒体のそのような非均質性は、振動測定信号S1、S2の間で測定される位相差の他に、各々励起電流である２つの測定値、したがって上述のタイプの測定装置を使用して直接間接に通常に測定される、事実上それぞれ操作パラメーターである測定値の、各々の振動振幅および振動周波数に直ちに影響を与えるということが、上記のことに関する最新技術においてすでに論議が行われている。実際このことは、横に振動する測定用チューブの場合に決定される操作パラメーターに関してWO-A 03/076880 または USP No. 6,505,519にも特に述べられている。このことはしかし、ねじれ振動測定チューブを用いて測定されるその操作パラメーターも常に除外されるものではない。この点に関して、USP No. 4,524,610を参照。

しかしながら、発明者の側の進んだ研究は次のような驚くべき発見を導いた。すなわち、瞬時の励起電流iexc、および付随して、通常測定装置の作動中にも測定される測定用チューブの振動の減衰、および／または作動中に測定される媒体の粘度は、２相あるいはそれ以上の相の媒体の不均質物質の量、および／またはそれらの第２相の混入率、および、例えば、飛散と分散などで測定すべき液体中に入り込んだ気体泡沫および／または固形粒子の分布と量に、横およびねじれ振動の双方に関係なく、少なくとも上述の基本モードにおいて、非常に大きく依存する一方で、瞬時の励起電流iexc、または各々のケースでその有効成分iexcL、iexcTと、２またはそれ以上の相の不均質性の程度、または第２相、特に干渉物として作用する第２相の混入度との間で非常に再現性のある、また結果的に少なくとも実験的に決定可能な関係が想定可能である。さらに、驚くべきことに、主に測定すべき媒体の相ごとに、測定する媒体の実際の粘度を考慮に入れ、さらに見掛けの粘度の測定として役立つことが認められた励起電流iexc、または、測定用チューブ１０に導入される媒体の濃度-粘度積をも考慮に入れ、または測定用チューブの瞬間的振動を維持するのに必要な励起電流の少なくともその成分iexcL、iexcTに基づいて、中間値X’mの補正が実行可能であることが発見された。

質量流速度の正確な測定のためには、２相あるいはそれ以上の相の場合においても、第２の、特にデジタルの中間値X2が、作動中に、励起電流iexc、特に標準化された励起電流、および／またはその成分iexcL、iexcTに基づいて生成される。第２の中間値X2は、測定用チューブ１０の振動の減衰に対応する。この減衰は、測定用チューブ１０に導入される媒体の見かけの粘度および／または粘度-濃度積の関数である。さらに、特に同様にデジタルの値である補正値XKは、中間値X’mのために、第２の中間値X2を使用して測定回路２１によって、また、測定用チューブ１０に導入される媒体の実際の粘度、または少なくともその媒体のために予め決めてある参照粘度に対応して初期に適切に決めた粘度測定値を考慮して決められる。

補正値XKに基づく中間値X’mの補正、および質量流量測定値Xmの生成は、例えば以下の数学的関係に基づいて測定装置回路の中で起こる。

本発明のある実施例において、補正値XKは以下の数学的関係に基づいて測定装置回路によって決定される。

したがって、これは実質的に、作動中に励起電流iexc、および／または励起電流iexcの成分によって決定され、および／または励起電流iexcに基づいて作動中決定される、測定用チューブに導入される媒体の粘度-濃度積ηρから決定される、測定用チューブに導入される媒体の見かけの粘度η^＊からの粘度ηの変化分Δηの目安となる。代替的に、またはそれの補助として、補正値XKはさらに以下の数学的関係に基づいて決定することが出来る。

このように、式（２）においては、補正値XKは、第２の中間値X2と粘度測定値Xηの間に存在する差Δηに基づいて決定され、それは、一方で実質的に２つの測定値間の絶対誤差に対応するが、式（３）は、第２の中間値X2と粘度測定値Xηの比較に基づいて、または、また、２つの測定値X2、Xηの間の相対誤差Δη／η^＊に基づいて補正値XKが決定される。この点で、補正値XKは、少なくとも２相の媒体に対して、第１または第２の媒体相の瞬間的な、相対的または絶対的な濃度の程度も表わす。質量流量測定値Xmを生成する以外に、第２の中間値X2は結果的に、便利なことに、さらに、例えばその場で、または離れた制御室で、視覚的に見える方法で媒体の不均質性の程度、またはそこから導かれる測定値、例えば媒体中の空気のパーセント、または媒体中に混入した固形粒子の体積、量、質量の割合の信号を出力するために使用される。

ある実施例の図示例によるトランスジューサに対する更なる実験的研究によって、振動する測定用チューブの瞬間の横振動周波数をよく考慮することで質量流量測定値Xmはさらに改良されることが判った。その上、瞬間の横振動周波数の平方根を用いて式（２）または（３）から決定される補正値XKを正規化すると、少なくとも、気体泡沫、例えば空気を含有した測定すべき液体、例えばグリセリンが測定されるケースに対して、補正値XKが基本的に気体の割合に比例するということが達成される。このように、本発明の更なる発展形によれば、式（２）は瞬間の横振動周波数を表わす横振動周波数測定値XexcLを用いて以下のように変形される。

横振動周波数測定値の決定は、簡単な方法で、例えば上述の横振動周波数調整信号YFMLを基に行われる。

測定用チューブ１０の振動の減衰は、媒体内の粘着性摩擦に帰することが出来る減衰成分に拠るだけでなく、実質上媒体に無関係な成分にも拠って決定される。この後者の成分は、例えば励起機構４０内および測定用チューブ１０の材質内で作用する機械的な摩擦力によって引き起こされる。別な言い方をすれば、瞬時に測定される励起電流iexcはトランスジューサ内の機械的摩擦力と媒体中の粘着性摩擦力の両方を含む、測定用チューブ１０内の摩擦力および／または摩擦トルクの全体を表わす。すでに述べたように、主として媒体中の粘着性摩擦に帰することが出来る減衰に対応すべき第２の中間値X2の決定において、媒体に拠らない、機械的な減衰成分は適切に考慮され、特に、適切に分離または取り除かれなければならない。

第２の中間値X2の決定のために、本発明のある実施例では、瞬時の励起電流iexcを表わす、特にはデジタルのトータル励起電流iexc、瞬時の横電流成分を表わす、特にはデジタルの横電流測定値XexcL、および／または瞬時のねじれ電流成分iexcTを表わす特にはデジタルのねじれ電流測定値XexcTから、それぞれの関係の、測定用チューブ１０が空のときにトランスジューサ内に生じる機械的摩擦力を表わす、空時トータル電流測定値Kiexc、空時横電流測定値KiexcL,空時ねじれ電流測定値KiexcTを各々差し引く。各、空時の電流測定値Kiexc、KiexcL, KiexcTは、コリオリ式質量流量測定装置のキャリブレーションの間に、例えば空にした測定用チューブ１０または空気のみを含むそれに対して、同じように決定され、測定装置電子回路５０内に適切に、特にそれらに関連した振動振幅に正規化するように格納またはインストールされる。当業者にとって、必要ならば空時の電流測定値Kiexc、KiexcL, KiexcTに影響するような物理的パラメーター、例えば測定用チューブおよび／または媒体の瞬間の温度のようなものをそのキャリブレーションに考慮することが出来る。測定用チューブ１０のキャリブレーションのために、変動するが知ることが出来る流れのパラメーター、例えばキャリブレーション用媒体の個々の媒体相の既知の混入率、その濃度ρ、質量流速度ｍ、粘度η、および／または温度などのパラメーターを有する、通常２つ以上の、異なった２つ以上の相の媒体が測定用チューブ１０を直列に流れるようにし、測定用チューブ１０の対応する反応、例えば瞬時励起電流iexc、瞬時の横振動励起周波数fexcL、および／または瞬時のねじれ振動励起周波数fexcTのような反応を測定する。設定した流れのパラメーターおよび測定用チューブ１０の測定された操作パラメーターの各測定された反応は適切に互いにマッチングされ、結果的に、対応するキャリブレーション定数にマッピングされる。例えば、できるだけ一定に保たれた既知の粘度で、また、不均質性を違えて作られ、いずれもが変化しないように作られた２つのキャリブレーション媒体のキャリブレーション測定のケースで定数を決定するために、各々既知の空気割合のときの現状の質量流速度に対する、各々のケースにおいて決定された中間値Xm’、および各々のケースにおいて決定された質量流速度測定値の比であるXm’/mおよびXm/mが生成される。

例えば、第１のキャリブレーション媒体は空気泡沫が混入した流れる水、または油でもよいし、第２のキャリブレーション媒体は出来るだけ均質な水、または油でもよい。
決定されたキャリブレーション定数は次に、例えばデジタルデータの形で測定装置電子回路のテーブルメモリー内に格納される。しかし、それはまた対応するコンピューター回路のためのアナログ設定値としても供せられる。ここで、上述したタイプの測定トランスジューサのキャリブレーションはそれ自体、当業者にとって知られており、少なくとも上記の記述から理解でき、したがってこれ以上の説明は不要であることを述べておく。有利なことに、すでに述べた横振動振幅セット信号YAMLおよび／またはねじれ振動振幅セット信号YAMTは、補正のためには充分正確に励起電流iexc、またはその成分のiexcL、iexcT、を代表しているので、トータル電流測定値Xiexc、横電流測定値XiexcL,および／またはねじれ電流測定値XiexcTを決定するためにそれらを使用できる。

本発明のさらなる実施例において、例示によって図８にも示されるように、横振動を駆動する横電流成分iexcLおよび関連する空時の横電流測定値XiexcLを基に、実験的に決定された電流測定値XiexcL、XiexcTおよび空時の電流測定値KiexcL、KiexcTを用いて、特に以下の数学的関係にもとづいて補正値の決定が起こる。

および／または、次の数学的関係にもとづく。

必要なケース、特に作動中振動測定チューブの振動振幅がキャリブレーションされた参照値から大きくばらついたり、および／または離れてしまうケースでは、例えば振動測定信号S1、S2を使って横電流成分iexcLを測定値チューブの横振動の瞬時の振動振幅に、最初に標準化することが出来る。

本発明のさらなる実施例において、粘度測定値Xηは、前もって決定される事前決定の参照粘度を表わす。例えば、このために用いられるのは、遠隔操作場所から供されるか現地でマニュアルで供される測定媒体の知識に基づく粘度測定値、または、回路のバスを介して外部の粘度計から測定装置電子回路に送られる粘度測定値である。

本発明のさらなる実施例において、粘度測定値Xηは、測定電子回路２それ自体を使って生成される。
上述のケース、すなわち、真っ直ぐな測定用チューブが、作動中同時にまたは交互に、横に、かつねじれて振動させられるケースでは、しかし、測定トランスジューサ１および測定装置電子回路２を用いて、コリオリ式質量流量測定装置によって粘度測定値を直接決定することも可能である。真っ直ぐなチューブが測定用チューブの長手方向軸に平行、あるいは基本的にはそれと一致しているねじれ振動軸のまわりにねじれ振動を励起されたときに、導入される媒体内に剪断力を発生させ、それによって、今度は、ねじれ振動から大きな振動エネルギーが吸い取られてしまう。結果として、振動測定用チューブのねじれ振動の大きな減衰が生じ、その維持のために追加の電気的励起電力Pexcが測定用チューブに供されなければならない。測定用チューブ１０のねじれ振動を維持するのに必要な電気的励起電力Pexcを使って、技術を知った人は、知られた方法で、少なくともおよその媒体の粘度ηを決定するためにも測定トランスジューサを使用することが可能である。この点については、また、USP No. 4,524,610, 5,253,533, 6,006,609、 および 6,651,513のうちのいずれかを参照されたい。

測定用チューブ１０の横振動の維持のために必要な励起電流iexc、または横電流成分iexcL、および、特にUSP No. 4,524,610 または EP-A 1 291 639 で論じられているような、測定用チューブ１０のねじれ振動を維持するために必要な励起電流iexc、またはねじれ電流成分iexcT、の両方は、個々の媒体相の不均質性の程度またはその濃度に非常に大きく依存するという事実にも関わらず、コリオリ式質量流量測定装置自体によって前述の方法で生成される粘度測定値Xηを導入することが、驚くほど強力な、かつ非常に再現性のある中間値X’mの補正を可能にし、また、結果的に非常に正確な質量流速度測定値Xmを生成することを可能にすることが、驚くべきことに発見された。

ここで、本発明のさらなる発展形の第１の変形例において、粘度測定値Xηは測定装置電子回路２によって生成され、粘度測定値Xηは、測定用チューブが少なくとも部分的にねじれ振動しているケースで、励起機構４０を駆動している励起電流iexcに基づいて、特に測定用チューブ１０のねじれ振動を維持するために供されているねじれ電流成分iexcTに基づいて決定される。その上、また、中間値X2および／または補正値XKは、この中間的に決定された粘度測定値Xηに基づいて計算される。USP No. 4,524,610にすでに述べられている以下の関係を考慮に入れて、以下のように表わされる。

これによれば、上述の空時のねじれ電流測定値XiexcT差し引いたねじれ電流成分iexcTは、少なくとも一定濃度ρの場合で、相応して粘度測定値Xηを決定するためには、実際の粘度ηの平方根と非常に良く相関し、始めに、測定装置電子回路内部で、空時のねじれ電流測定値KiexcTを差し引いたねじれ電流測定値XiexcTから、平方値XΔiexcT²が生成される。ここから始まって、粘度測定値Xηは、本発明のさらなる実施例によれば、以下の数学的関係によって数値的に決定される。

ここで、Kηは装置ごとの定数で、特に測定用チューブ１０の構造にも依存するものである。分母にある濃度測定値Xρは、電流の２乗が濃度と粘度の積に関する情報をもたらすという事実を取り扱っている。この点に関しては、また、USP No. 4,524,610を参照。

この数学的関係によって粘度決定される粘度測定値Xηは、液体の動的粘度に対して良い近似をもたらし、それは、知られているように、液体の動的粘度と濃度ρとの積として形成される。

もし、粘度測定値Xηが動的粘度の近似値として供されるのであれば、それを出力する前に、例えば簡単な数値の割り算で濃度測定値Xρの相応の正規化を行わなければならない。この目的のために式（８）を、以下のように変形する。

本発明のさらなる実施例において、ねじれ振動している振動測定用チューブの場合、ねじれ電流測定値XiexcTの２乗XiexcT²は、粘度測定値Xηを生成するために、振動測定信号S1、S2の内少なくとも１つの、操作上可能性のある、瞬時の、変動する信号振幅を表わす振幅測定値XsTに対する簡単な数値割り算によって正規化される。このように、さらに、そのような振動式トランスジューサを用いる粘度測定装置にとって、かつ、特に一定値に正規化された振動振幅の時で、かつ／または横およびねじれ振動が同時に励起される時、媒体内に内部摩擦、および、したがって摩擦力を生じる動きの、実際に非直接的に測定可能な速度に対する励起電流iexcの比iexc／θは、測定用チューブ１０の変形に抗する、すでに述べた減衰に対するより正確な近似である。したがって、粘度測定値Xηの正確度をさらに増すため、特に、しかし、作動中起きる可能性のある測定用チューブ１０の変動する振動振幅に対する感度を下げるために、粘度測定値Xηを決定するために、さらに、最初に、ねじれ電流測定値XiexcTが振幅測定値XsTに対して正規化され、それは、充分な正確さで、上述の速度θを表わす。別な言い方をすれば、正規化されるねじれ電流測定値X’iexcTは次の式を用いて計算される。

媒体内で粘着性の摩擦を生む動きは、センサー５１によって記録された、あるいはセンサー５１によってその場所に記録された、振動する測定用チューブ１０の動きに非常に強く対応するという認識に基づいて、測定値Xs1は、好ましくは、多分すでに測定装置電子回路５０によってデジタル化された、少なくとも１つのセンサー信号S1から、内部の振幅測定回路によって導き出される。正規化されたねじれ電流測定値X’iexcTを使って、粘度測定値は例えば次の式にしたがって決定される。

この式に導入される補正係数Kfは、濃度測定値Xρを、振動する測定用チューブ１０の現状の振動周波数でウェイト付けするためだけに作用する。ここで、繰り返しになるが、センサー信号S1は、好ましくは振動する測定用チューブ１０の特に横変形の動きの速度に比例し、センサー信号S2は、しかし、振動する測定用チューブに作用する加速と、振動する測定用チューブが動く距離に、また、比例し得る。上記の意味で、センサー信号S1が速度比例であるように設計されているときは、補正係数Kfは振動する測定用チューブ１０の振動周波数に対応し、一方、例えば距離比例のセンサー信号S1である場合は振動周波数の３乗に等しい。

励起エネルギーEexcを測定する代わりに、またはその補助として、媒体の粘度を決定するさらなる可能性は、パイプラインに沿った、または測定用チューブ１０に沿ったある適切な測定距離にわたっての圧力差を測定し、適切に評価することである。この点に関しては、特に、USP No. 5,359,881, または 6,513,393のいずれかを参照のこと。少なくとも測定部において基本的に層流の場合、中間値X’mの補正のための粘度測定値は以下の数学的関係を用いて充分正確に決定される。

等式（１２）は、良く知られたHagen-Poiseuilleの法則に基礎的にのっとっており、キャリブレーション係数Kρは、特に測定部の直径と長さによって最初に決めることが出来るパラメーターである。本発明の更なる発展形の第２の変形例において、粘度測定値Xηは、やはり測定装置電子回路２によって生成され、この数学的関係を実現するために、測定装置電子回路２は、パイプラインに沿った、および／または測定用チューブに沿った圧力差をあらわす圧力差測定値XΔPを少なくとも時々出力する差圧センサーに少なくとも時々接続される。

等式（１）から（１２）によって代表される、質量流量測定値Xmを生成するために役立つ上記に述べられた機能は、少なくとも部分的に信号処理器ＤＳＰ、または例えば上述したマイクロプロセッサ５５に実装される。前述の等式に対応するアルゴリズム、または、振幅調整回路５１および周波数調整回路５２各々の機能、およびそれらを上記の信号処理器で実行可能なプログラムコードに変換することを、エミュレートする相応のアルゴリズムを創生し、実装することは、それ自体、最新技術を通常に知った人には馴染みがあり、したがって、少なくとも本発明を知るときには何の詳細な説明は必要ない。もちろん、上述の等式はまた、相応の、専用に作成されたアナログおよび／またはデジタルの計算回路によって、測定装置電子回路５０の中で全部または部分的に簡単に示し得る。

本発明のさらなる発展形において、瞬間的に適切な補正値XKは、中間値X2から始まって、測定装置電子回路内で、現在の中間値X2とそれにマッチする補正値XKとの間の特別な関係をマッピング、特にはプログラミングすることによって、作動中に、実際的に、直接的に決定される。このため、測定装置電子回路２はテーブルメモリーを有し、その中に、コリオリ式質量流量測定装置のキャリブレーション中に決定されるデータセットが、例えばデジタルの補正値XK,iの形式最初に格納される。これらの補正値XK,iは、瞬間的に有効な第２の中間値X2によって引き出されるメモリーアドレスを使って測定回路によって直接アクセスされる。補正値XKは、瞬間的に決定された中間値X2をテーブルメモリーに入力された中間値X2と比較することによって簡単に決定することが出来、評価する回路２を使った更なる計算のために、中間値X2に最も近くなったデフォルトの値に対応する補正値XK,iを読み出す。テーブルメモリーとして機能するのは、プログラマブルな読み取り専用メモリー、すなわちＦＰＧＡ(field programmable gate array）,ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどである。そのようなテーブルメモリーを使用することは、他と比べて補正値XKが、中間値X2の計算中にX2に続いて非常にすばやく得られる利点がある。

さらに、テーブルメモリーに入力される補正値XK,iは、例えば等式（２）、（３）、および／または（４）に基づいて、および最小２乗法の適用で、最初に非常に正確に決定される。

上記の説明に基づいて明らかなように、中間値X’mの補正は、より少ない、非常に簡単に決定し得る補正係数を用いて行うことが可能である。他方、補正は、最初に決定される粘度測定値Xη,および最初に決定される中間値X’mを用いて、最初に述べたより複雑な計算方法と比べて計算の面倒さが小さくて行うことが可能である。本発明のさらなる利点は、少なくとも前述したいくつかの補正係数は、コリオリ式質量流量測定装置によって決定される流れのパラメーター、特に測定された濃度、および／または、ここでは暫定的にであるが、測定された質量流速度などから、および／またはコリオリ式質量流量測定装置の作動中に通常直接測定されるパラメーター、特に、測定された振動振幅、振動周波数、および／または励起電流自体、から困難無く導くことができることである。

パイプラインを流れる液体の質量流速度を測定するために、パイプライン中に挿入することが出来るコリオリ式質量流量測定装置を示す。 斜視側面図で図１の測定装置に適合する振動式トランスジューサの具体図を示す。 図２のトランスジューサの側面図を示す。 図２のトランスジューサの第１の断面図を示す。 図２のトランスジューサの第２の断面図を示す。 図１のコリオリ式質量流量測定装置に適合する振動式トランスジューサのさらなる具体例の長手方向断面の側面図を示す。 図１のコリオリ式質量流量測定装置に対する測定装置電子回路の望ましい発展形を概略のブロックダイヤグラムの形で示す。 図１から図７のコリオリ式質量流量測定装置で実験的に決定された測定データのグラフである。 図１から図７のコリオリ式質量流量測定装置で実験的に決定された測定データのグラフである。

Claims (19)

1. パイプライン内を流れる媒体、特には２つ以上の相の媒体、の質量流量を測定するコリオリ式質量流量測定装置、特には、コリオリ式質量流速度／濃度測定装置、またはコリオリ式質量流速度／粘度測定装置であって、該コリオリ式質量流量測定装置は、振動式トランスジューサ（１）と該トランスジューサに電気的に接続された測定装置電子回路（２）とを有し、
   前記トランスジューサ（１）は、
   特には本質的に真っ直ぐな測定チューブであって、前記パイプラインの途中に挿入され、該結合しているパイプラインと繋がって測定する媒体を導く少なくとも１つの測定用チューブ（１０）、
   作動中に少なくとも時々、および／または少なくとも部分的に、前記少なくとも１つの測定用チューブを横振動、特には曲げ振動、で振動させる、前記測定チューブ上で作用する励起機構（４０）、および
   前記少なくとも１つの測定用チューブ（１０）の振動を記録し、前記測定用チューブの入口端での振動を表す少なくとも１つの第１の振動測定信号（S1）と、前記測定用チューブの出口端での振動を表す少なくとも１つの第２の振動測定信号（S2）とを出力するセンサー機構（５０）、 を有し、
   前記測定装置電子回路（２）は、
   前記励起機構（４０）を駆動する励起電流（iexc）を少なくとも時々供給し、また、測定すべき質量流速度を表す質量流速度測定値（Xm）を少なくとも時々供給し、
   前記振動測定信号（S1、S2）から得られ、測定対象の質量流速度および／または前記２つの測定信号（S1、S2）間の位相差に対応する第１の中間値（X’m）と、前記励起電流（iexc）および／または前記励起電流（iexc）の１成分から得られ、前記測定用チューブ（１０）の振動の減衰、特には前記測定用チューブ（１０）内を案内される媒体の見かけの粘度および／または粘度-濃度積に依存する減衰、に対応する第２の中間値（X2）とを生成し、かつ
   前記第２の中間値（X2）と、予め定めた、あるいは、作動中に特に前記トランスジューサ（１）および／または前記測定装置電子回路（２）を用いて決定される粘度測定値であって、前記測定用チューブ（１０）内を案内される媒体の粘度、および／または予め与えられた参照粘度に対応する粘度測定値（Xη）とを用いて、前記第１の中間値（X’m）に対する補正値（XK）を生成すると共に、前記第１の中間値（X’m）及び前記補正値（XK）に基づいて質量流速度測定値（Xm）を生成する、
   コリオリ式質量流量測定装置。
2. 前記補正値（X_K）が、作動中に前記励起電流（iexc）および／または前記励起電流（iexc）の１成分に基づいて決定される、前記測定用チューブ（１０）内を案内される前記媒体の見かけの粘度からの、および／または、作動中に前記励起電流（iexc）に基づいて決定される、前記測定用チューブ（１０）内を案内される前記媒体の粘度-濃度積からの、前記媒体の粘度の変動を表わす、請求項１記載のコリオリ式質量流量測定装置。
3. 前記測定装置電子回路（２）は、前記第２の中間値（X2）と前記粘度測定値（Xη）との比較に基づいて、および／または前記第２の中間値（X2）と前記粘度測定値（Xη）との間に存在する差に基づいて、前記補正値（XK）を決定する、先行する請求項に記載のコリオリ式質量流量測定装置。
4. 前記測定装置電子回路（２）は、前記振動測定信号（S1、S2）のうちの少なくとも１つをも用いて前記第２の中間値（X2）を生成する、先行する請求項に記載のコリオリ式質量流量測定装置。
5. 前記励起機構（４０）は、作動中、前記測定用チューブ（１０）に本質的に軸合わせされた仮想の測定用チューブ長手方向軸、特には前記測定用チューブ（１０）の慣性主軸の周りに、ねじれ振動、特には横振動と交互に起こるねじれ振動、または時々それと重畳するねじれ振動を、前記測定用チューブ（１０）に少なくとも時々、および／または少なくとも部分的に起こさせ、
   前記測定装置電子回路（２）はまた、前記励起機構（４０）を駆動する前記励起電流（iexc）または前記励起電流（iexc）の１成分に基づいて前記粘度測定値（Xη）を決定する、
   先行する請求項の１つに記載のコリオリ式質量流量測定装置。
6. 前記測定用チューブ（１０）は、前記励起機構（４０）によって励起されて、前記励起機構（４０）によって励起されて曲げ振動を行う時の前記測定用チューブ（１０）の曲げ振動周波数とは異なるように調整された、測定用チューブのねじれ振動周波数でねじれ振動を起こす、先行する請求項に記載のコリオリ式質量流量測定装置。
7. 前記測定装置電子回路（２）は、前記粘度測定値（Xη）をも生成する、先行する請求項の１つ、特に請求項５に記載のコリオリ式質量流量測定装置。
8. 前記測定装置電子回路（２）は、前記媒体の濃度を表わし、かつ、前記第１および／または第２の振動測定信号（S1、S2）から得られる、濃度測定値（Xρ）を出力し、および
   前記測定装置電子回路（２）は、また、前記濃度測定値（Xρ）に基づいて、前記補正値（XK）、特に前記粘度測定値（Xη）を決定する、
   先行する請求項に記載のコリオリ式質量流量測定装置。
9. 前記測定装置電子回路（２）は、外部の粘度測定装置、特には前記コリオリ式質量流量測定装置から離れて配置された装置、と接続され、前記外部の粘度測定装置が、少なくとも時々、前記粘度測定値（Xη）を出力する、先行する請求項の１つに記載のコリオリ式質量流量測定装置。
10. 前記測定装置電子回路（２）は、少なくとも時々圧力センサーに接続され、少なくとも時々、前記パイプラインに沿って測定される圧力差を表す圧力差測定値（XΔｐ）を出力する、先行する請求項の１つに記載のコリオリ式質量流量測定装置。
11. 前記測定装置電子回路（２）は、前記測定用チューブ内の２相以上の媒体の場合における媒体相の体積および／または質量の割合、特に相対的な割合を表わす、混合率測定値（Xc）を、
    前記励起電流（iexc）および／または前記励起電流（iexc）の１成分に基づいて、また、
    前記粘度測定値（Xη）を使用して、
    少なくとも時々決定する、先行する請求項の１つに記載のコリオリ式質量流量測定装置。
12. 前記測定用チューブ（１１）は、入口端（１１＃）内に開口している入口側チューブ片（１１）を介して、かつ、出口端（１２＃）内に開口している出口側チューブ片（１２）を介して結合されたパイプラインとつながっており、
    前記トランスジューサは、前記測定用チューブ（１０）の前記入口端（１１＃）および前記出口端（１２＃）に固定され、特には、前記励起機構とも機械的に結合され、かつ、作動中に少なくとも時々、特に前記測定用チューブ（１０）の位相と反対の位相で振動する反振動子（２０）を含んでいる、
    先行する請求項の１つに記載のコリオリ式質量流量測定装置。
13. パイプラインを流れる２相以上の媒体、特には液体−気体の混合体、の質量流速度を測定する、先行する請求項の１つに記載のコリオリ式質量流量測定装置の利用。
14. パイプラインを流れる媒体、特には２相以上の媒体、の質量流量を、振動式トランスジューサ（１）および該トランスジューサと電気的に接続された測定装置電子回路（２）を有するコリオリ式質量流量測定装置を用いて測定する方法であって、
    前記パイプラインにつながっている前記トランスジューサ（１）の少なくとも１つの測定用チューブ（１０）を通して測定する媒体を流し、該媒体を案内する前記測定用チューブ（１０）と機械的に結合した励起機構（４０）に励起電流（iexc）を流して前記測定用チューブ（１０）の機械的振動、特には曲げ振動、を起こすステップと、
    前記測定用チューブ（１０）を、それを通って流れる前記媒体にコリオリ力を生じさせるのに適した振動モードで振動させるステップと、
    前記測定用チューブ（１０）の振動を記録して、入口端の振動を表わす第１の振動測定信号（S1）と、出口端の振動を表わす第２の振動測定信号（S2）とを生成するステップと、
    前記２つの振動測定信号（S1、S2）を用いて、測定すべき質量流速度および／または前記２つの振動測定信号（S1、S2）間の位相差に対応する第１の中間値（X’m）を算出するステップと、
    前記励起電流（iexc）から導き出され、前記測定用チューブ（１０）の振動の減衰、特には前記測定用チューブ内を案内される前記媒体の見かけの粘度および／または粘度−濃度積に依存する減衰、に対応する第２の中間値（X2）を決定するステップと、
    特には前記トランスジューサ（１）および／または前記測定装置電気回路（２）を使用して、前記第２の中間値（X2）と、最初に決定され、前記測定用チューブ（１０）内を案内される前記媒体の粘度に対応する粘度測定値（Xη）とによって、前記第１の中間値（X’m）に対する補正値（XK）を生成するステップと、
    前記補正値（XK）によって前記第１の中間値（X’m）を補正し、測定すべき質量流速度を表す質量流速度測定値（Xm）を生成するステップと、
    を有する方法。
15. 前記測定用チューブ（１０）内で、そこを通って流れる前記媒体内にコリオリ力を生じさせるための曲げ振動を起こさせる更なるステップを含む、先行する請求項に記載の方法。
16. 前記測定用チューブ内にねじれ振動、特には前記曲げ振動に重畳するねじれ振動、を起こさせ、
    前記測定用チューブ（１０）のねじれ振動を起こさせる前記励起電流（iexc）および／または前記励起電流（iexc）の少なくとも１成分を考慮に入れて、第２の中間値（X2）を決定する、
    更なるステップを含む、先行する請求項に記載の方法。
17. 前記中間値（X’m）の前記補正値（XK）を生成するステップが、
    前記第２の中間値（X2）を前記粘度測定値（Xη）と比較し、および／または、前記第２の中間値（X2）と前記粘度測定値（Xη）の間に存在する差を決定するステップと、
    作動中に前記励起電流（iexc）に基づいて決定される、前記測定用チューブ（１０）内を案内される前記媒体の見かけの粘度からの、および／または、作動中に前記励起電流（iexc）に基づいて決定される、前記測定用チューブ内を案内される前記媒体の粘度-濃度積からの、前記媒体の粘度の偏差を決定するステップとを含む、
    請求項１４から１６のうちの１つに記載の方法。
18. 前記振動測定信号（S1、S2）に基づいて、前記媒体の濃度を表わす第２の測定値（Xρ）を生成し、
    前記第２の測定値（Xρ）を用いて補正値（XK）を生成する、
    更なるステップを含む、請求項１４から１７のうち１つに記載の方法。
19. 少なくとも１つの測定用チューブを有するコリオリ式質量流量測定装置および／または振動式トランスジューサをキャリブレーションする、請求項１４から１８のうち１つに記載の方法の利用。

Images