JP2009527729A - 振動型測定変換器 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
結果、比較的短い取付長と比較的低い励起エネルギーで測定される質量流量に対して、測定管の検出感度を高くすることができる、という事実に見られる。また、こうした状況は、高い熱膨張係数および/または高い弾性係数の材料、すなわち、例えばステンレス鋼などの材料で測定管を製造することも可能にする。それに比べて、真っ直ぐな測定管を持つ振動型の測定変換器の場合は、軸方向の応力を妨げ、十分な測定感度を得るために、通常、少なくとも低い熱膨張係数を持ち、また必要に応じて、ステンレス鋼よりも低い弾性係数を持つ材料で測定管が作られる。従ってこの場合、測定管はチタンもしくはジルコニウムであることが好ましいが、これらは高い材料費と一般的に高い加工費のために、ステンレス鋼のものよりもはるかに高価である。さらに、単一の測定管を持つ測定変換器は、既知のように、平行に貫流する二つの測定管を持つものに比べて、パイプラインと測定管を接続する役目を持つ分配器部品が必要ないという、さらに大きな利点を持つ。このような分配器部品は、一方では製造するのにコストがかかり、他方では、沈着物を形成したりつまったりしやすい際立った傾向を持つ流体(Stromungskorper)をもたらすことにもなる。
たカウンタオシレータプレートを用いて形成され、かつ、カウンタオシレータは少なくとも二つのカウンタオシレータプレートを用いて形成され、このうちの第一のカウンタオシレータプレートは測定管の左側に配置され、第二のカウンタオシレータプレートは測定管の右側に配置されることが規定される。
有振動数は、測定管が瞬間的に振動する最低振動周波数よりも小さく、かつ/あるいは内側部分の振り子状振動モードの少なくとも一つの瞬間固有振動数は、測定管の瞬間最低固有振動数よりも常に小さいことが規定される。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、内側部分の振り子状振動モードの最低固有振動数に対する測定管の最低固有振動数の比は、3より大きくかつ/あるいは20より小さいものとする。特に、内側部分の振り子状振動モードの最低固有振動数に対する測定管の最低固有振動数の比は、このような場合、5より大きく10より小さくなり得る。
定精度も相対的に改良される。特に、密度依存的なゼロ点干渉の改良に加えて、測定変換器の較正参照密度から大きく外れている場合でさえも、小さな流速の場合のインライン測定装置の測定精度をかなり改良することもできる。
出口端12#にある出口側の第二のカプラーを用いて取り付けられる。特にカプラー32は基本的にカプラー31と同一である。この際、カプラー31、32は、例えば簡素なノードプレートとして機能でき、適切な方法でそれぞれ測定管10とカウンタオシレータ20の入口側と出口側に取り付けられる。さらに、ここで示した実施形態例の場合のように、カウンタオシレータ20の突出末端と共に、長手方向軸の方向に相互に隔てられたノードプレートを用いて、入口側と出口側でそれぞれ形成された完全な密閉箱を有することができ、あるいは必要に応じて、それぞれカプラー31、32として機能する部分的に開いた骨格を有することができる。
(Stimmgabelzinken)のように運動する。本発明のさらなる実施形態では、励振器、もしくは有効モード、振動数fexcは、この場合、可能な限り測定管10の固有振動数に正確に対応するように同調され、特に測定管10の最低固有振動数に対応するように同調される。公称直径29mm、壁厚約1.5mm、延伸長約420mm、入口端11#から出口端12#まで測定された橋長約305mmのステンレス鋼から製造された測定管を用いる場合には、その最低共鳴振動数は、例えば実質的に密度ゼロで、例えば測定管が完全に空気で充填されている場合、約490Hzに及ぶ。有利なことに、カウンタオシレータ20の最低固有振動数f20が測定管の最低固有振動数f10とほぼ等しいこと、また、その結果励起振動数fexcにもほぼ等しいことがさらに規定される。
、第三のセンサー53が第一のセンサー51の領域内に(特に測定管10の反対側にある側面に)配置され、また第四のセンサー54が第二のセンサー52の領域内に(特に測定管10の反対側にある側面に)配置されることがさらに規定される。図4に図示された場合においては、それぞれ、二つの入口側のセンサー51、53および二つの出口側のセンサー52、54が、向かい合わせに配置され、従って相互に正反対にあり、また振動方向に見られるように、相互に一列に並んでいる。このようにして、特にそれぞれ反対側にある二つのセンサー51、53を、それぞれ二つのセンサー52、54に直列接続する場合には、とりわけ、センサー装置50を実装する際に余分な労力を比較的少なくできるとともに、しかもそれによって伝達される振動測定信号の信号対雑音比を著しく有利に改良することが可能になる。センサー装置50の構造と、それによって伝達される振動測定信号の評価の両方を簡略化するために、さらなる実施形態に従って、センサー装置50を形成する振動センサーが基本的に等しい構造であることがさらに規定される。
側部分のより構造的な同調(動作中に実質的に外側から変更されない同調)に基づくという事実の結果として、当然、上述のデカップリング機構無しに、従来の測定変換器に比べて、媒体の変化する特性に基づいて極めて小さな離調が予想される。同調に関するこれらのパラメータは、密度に加えて、例えば媒体の粘度および/または温度であってもよいし、また、それに伴って、内側部分自体の温度であってもよい。また、そのような場合、可能な限りうまく平衡を保った測定変換器を提供するために、本発明のさらなる実施形態は、振り子状振動モードの固有振動数が、測定管10が瞬間的に振動する最低振動周波数よりも小さいように、あるいは、少なくとも内側部分の振り子状振動モードの瞬間固有振動数が、測定管10の瞬間最低固有振動数よりも常に小さいように、内輪部分の寸法が取られることを規定する。この場合、内側部分の振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、測定管10の最低固有振動数の比は、3より大きいべきであり、また反対に、20より大きい必要はないことがわかっている。さらにこの場合、ほとんどの用途において、内側部分の振り子状振動の最低固有振動数に対する測定管10の最低固有振動数のこの比が、約5〜10の比較的狭い作動範囲内に維持されることがわかっている。
管10よりもさらに曲げ剛性があるように、さらに実装される。
、カウンタオシレータ20を形成するカウンタオシレータプレート21、22と、従ってカウンタオシレータ20と内側部分全体の両方もが、ここで示した実施形態例では、基本的にU字型もしくはV字型の湾曲シルエットをとる。同様に、この実施形態例では、少なくとも二つのカウンタオシレータプレート21、22のそれぞれの重心線も、少なくとも、二つの結合領域の間に置かれたカウンタオシレータ20の中間部分の範囲内において、基本的にUもしくはV字型に形成される。さらなる実施形態では、さらにカウンタオシレータプレート21、22は、少なくとも二つのカウンタオシレータプレート21、22のそれぞれの重心線が、測定管10の内腔の内側に仮想的にのびる測定管10の重心線に基本的に平行にのびるように、測定管10に対して形成され配置される。
Claims (51)
- パイプラインを流れる媒体のための振動型測定変換器であって、
変換器ハウジングと、
前記変換器ハウジング内に配置された内側部分であって、少なくとも、
前記媒体を搬送し、動作中に少なくとも断続的に振動する役目を持つ湾曲測定管(10)と、
前記測定管(10)の入口側で第一の結合領域(11#)を形成し、前記測定管(10)の出口側で第二の結合領域(12#)を形成するように前記測定管(10)の外部に取り付けられたカウンタオシレータ(20)とを含む内側部分、とを含み、
ここで前記内側部分は、二つの接続管部品(11, 12)を少なくとも用いて、前記変換器ハウジング内に振動可能なように取り付けられ、
前記二つの接続管部品(11, 12)を介して前記測定管(10)は動作中に前記パイプラインと連通し、
前記二つの接続管部品(11, 12)は、相互に、かつ前記測定変換器の仮想長手方向軸(L)に対して配向され、前記内側部分が動作中に前記長手方向軸(L)の周囲を振り子状に運動できるようになっており、また、
ここで前記測定管(10)と前記カウンタオシレータ(20)は、実装され相互に配向され、
前記仮想長手方向軸から離れた前記測定管(10)の重心(M10)と、前記仮想長手方向軸から離れた前記カウンタオシレータ(20)の重心(M20)の両方が、前記仮想長手方向軸(L)と前記測定管(10)とにさしわたされた前記測定変換器の共通領域内にあるようになっており、
かつ、前記測定管(10)の前記重心(M10)が、前記カウンタオシレータ(20)の前記重心(M20)よりも前記長手方向軸(L)から離れているようになっている、
ことを特徴とする、測定変換器。 - 前記重心(M10, M20)のそれぞれが、前記測定管(10)と前記仮想長手方向軸(L)との間の最大距離の10%より大きい前記仮想長手方向軸(L)からの距離を有することを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記重心(M10, M20)のそれぞれが、前記測定管(10)と前記仮想長手方向軸(L)との間の最大距離の90%より小さい前記仮想長手方向軸(L)からの距離を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記重心(M10, M20)のそれぞれが、30mmより大きい前記仮想長手方向軸(L)からの距離を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)の直径に対する前記重心(M10, M20)のそれぞれの前記距離の比が、それぞれ1より大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)の直径に対する前記重心(M10, M20)のそれぞれの前記距離の比が、それぞれ2より大きく10より小さいことを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)の直径が1mmより大きく100mmより小さいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定変換器の前記長手方向軸(L)が、前記二つの結合領域(11#, 12#)を仮想的
につなぐことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。 - 前記カウンタオシレータ(20)が、前記測定管(10)の質量(m10)よりも大きい質量(m20)を持つことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)の前記質量(m10)に対する前記カウンタオシレータ(20)の前記質量(m20)の比が2より大きいことを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)が基本的にUもしくはV字型で実装されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記カウンタオシレータが、前記測定管(10)に横方向に配置されたカウンタオシレータプレート(21, 22)を用いて形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記カウンタオシレータ(20)が、少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)を用いて形成され、その内の第一のカウンタオシレータプレート(21)は、前記測定管(10)の左側に配置され、第二のカウンタオシレータプレート(22)は、前記測定管(10)の右側に配置されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが、前記長手方向軸に対して遠位の輪郭線と、前記長手方向軸に対して近位の輪郭線との間に仮想的にのびる曲がった重心線を有することを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれの前記重心線が、前記長手方向軸に対して、少なくとも中間部分領域内において、凹面の経路をとることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれの前記重心線が、前記長手方向軸に対して、少なくとも結合領域の範囲内において、それぞれ凸面の経路をとることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれの前記重心線が、少なくとも前記カウンタオシレータ(20)の中間部分領域内において、基本的にUもしくはV字型をとることを特徴とする、請求項15または16に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれの前記重心線が、前記測定管(10)の内腔内を仮想的にのびる前記測定管(10)の重心線に対して基本的に平行にのびることを特徴とする、請求項13から16のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが外側表面を持ち、その第一の縁部は前記長手方向軸に対して遠位の輪郭画定縁部によって形成され、第二の縁部は前記長手方向軸に対して近位の輪郭画定縁部によって形成されることを特徴とする、請求項14から17のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれの前記遠位および近位の輪郭画定縁部の両方が、少なくとも前記カウンタオシレータ(20)の中間部分領域内において、ゼロとは異なる前記長手方向軸(L)からの距離を有するように、前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが前記測定変換器内
に実装され配置されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。 - 少なくとも前記カウンタオシレータ(20)の前記中間部分領域内において、プレート局所高が、それぞれ前記二つの結合領域の範囲内においてよりも小さくなるように、前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが実装され、そこで前記プレート局所高は、それぞれ前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれの前記遠位および近位の輪郭画定縁部の間の最小距離に対応することを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが、前記カウンタオシレータ(20)の前記中間部分領域内において最小プレート高を有するように実装されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレートのそれぞれのプレート高が、それぞれ、結合領域から始まって前記カウンタオシレータ(20)の前記中間部分に向かって、特に単調にもしくは継続的に減少するように、前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが実装されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記少なくとも二つのカウンタオシレータプレート(21, 22)のそれぞれが、円弧もしくはハンガー型の輪郭をとることを特徴とする、請求項12から23のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記カウンタオシレータ(20)を形成する前記少なくとも二つのプレート(21, 22)のそれぞれが、前記測定管(10)に基本的に平行に配置されることを特徴とする、請求項13から16のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)と前記カウンタオシレータ(20)が、前記入口側では少なくとも第一のカプラー(31)を用いて、かつ前記出口側では少なくとも第二のカプラー(32)を用いて機械的に連結されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記接続管部品(11, 12)が基本的に真っ直ぐな管部分を持つことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記管部分が前記仮想長手方向軸(L)に対して基本的に平行にのびるように、前記接続管部品(11, 12)が相互に配向されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記基本的に真っ直ぐな管部分が基本的に相互に一列に並ぶように、前記接続管部品(11, 12)が相互に配向されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記基本的に真っ直ぐな管部分が、前記仮想長手方向軸(L)と基本的に一列に並ぶように、前記接続管部品(11, 12)が相互に配向されることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)が、動作中、少なくとも断続的に、前記カウンタオシレータ(20)と前記長手方向軸(L)に対して曲げ振動を行うことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)と前記カウンタオシレータ(20)が、少なくとも断続的に、かつ少なくとも部分的に、前記長手方向軸(L)周りを等しい振動数で曲げ振動することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管(10)と前記カウンタオシレータ(20)が、動作中、少なくとも断続的に、少なくとも部分的に、相互に位相のずれている、特に基本的に逆位相の、前記長手方向軸(L)周りの曲げ振動を行うことを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記変換器ハウジング内に振動可能なように保持された前記内側部分が、固有横振動モードを持ち、このモードにおいて、動作中、前記二つの接続管部品(11, 12)のひずみを伴って、少なくとも断続的に、前記変換器ハウジングに対して、かつ前記長手方向軸(L)の周囲を横方向に振動することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記変換器ハウジング内に振動可能なように保持された前記内側部分が、振り子状振動モードを持ち、このモードにおいて、動作中、前記二つの接続管部品(11, 12)のひずみを伴って、少なくとも断続的に、前記仮想長手方向軸(L)周りを振り子状に運動することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記振り子状振動モードの少なくとも固有振動数が、前記測定管(10)が瞬間的に振動する最低振動周波数よりも小さいことを特徴とする、請求項35に記載の測定変換器。
- 前記振り子状振動モードの少なくとも一つの瞬間固有振動数は、前記測定管(10)の瞬間最低固有振動数よりも常に小さいことを特徴とする、請求項35または36に記載の測定変換器。
- 前記変換器ハウジング内に振動可能なように保持された前記内側部分が、振り子状振動モードを持ち、このモードにおいて、動作中、前記二つの接続管部品(11, 12)のひずみを伴って、前記仮想長手方向軸(L)の周囲を、少なくとも断続的に振り子状に運動し、かつここで前記内側部分の前記横振動モードは、前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数よりも大きい最低固有振動数を持つことを特徴とする、請求項34に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、前記内側部分の前記横振動モードの最低固有振動数の比が、1.2より大きいことを特徴とする、請求項38に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、前記内側部分の前記横振動モードの最低固有振動数の比が、10より小さいことを特徴とする、請求項38または39に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、前記内側部分の前記横振動モードの最低固有振動数の比が、1.5より大きく5より小さいことを特徴とする、請求項38から40のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの少なくとも一つの固有振動数が、前記測定管(10)が瞬間的に振動する最低振動周波数よりも小さい、かつ/あるいは、前記内側部分の前記振り子状振動モードの少なくとも瞬間固有振動数が、前記測定管(10)の瞬間最低固有振動数よりも小さいことを特徴とする、請求項38から41のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、前記測定管(10)の最低固有振動数の比が3より大きいことを特徴とする、請求項42に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、前記測定管(10)の最低固有振動数の比が20より小さいことを特徴とする、請求項42または43に記載の測定変換器。
- 前記内側部分の前記振り子状振動モードの最低固有振動数に対する、前記測定管(10)の最低固有振動数の比が5より大きく10より小さいことを特徴とする、請求項42から44のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 測定管(10)とカウンタオシレータ(20)を振動させるための励振器装置(40)をさらに含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 少なくとも前記測定管(10)の振動を記録するためのセンサー装置(50)をさらに含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器。
- 前記測定管の振動を記録するための前記センサー装置が、少なくとも、前記測定管の前記入口側に配置された第一のセンサーと、前記測定管の前記出口側に配置された第二のセンサーを含むことを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記測定管の振動を記録するための前記センサー装置が、少なくとも、前記測定管の前記入口側に配置された第三のセンサーと、前記測定管の前記出口側に配置された第四のセンサーをさらに含むことを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- 前記第一のセンサーは前記第三のセンサーの反対側にあり、かつ前記第二のセンサーは前記第四のセンサーの反対側にあることを特徴とする、先行する請求項に記載の測定変換器。
- パイプラインを流れる媒体を測定する役目を持つ、インライン測定装置、特にコリオリ質量流量装置、密度測定装置、および/または粘度測定装置における、先行する請求項のいずれか一項に記載の測定変換器の使用。
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