JP2010145393A - コリオリ型流量センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コリオリ型流量センサシステム、特に、ハウジングに関して検出（そして励起）がなされる形式のコリオリ型流量センサシステムにおける振動による影響を低減することを課題とする。
【解決手段】両端がハウジングに取り付けられたコリオリ管２をもつコリオリ型流量センサシステムであって、上記両端が取付手段２１で取り付けられていて該両端の間が自由状態であり、流量センサシステムが励起軸まわりに、上記コリオリ管を振動させる励起手段と、測定中に管の部分の変位を検出する検出手段とを有するコリオリ型流量センサシステムにおいて、上記取付手段が釣合い質量３０に接続されていること、そして釣合い質量と取付手段の組立体が管の励起軸に対して少なくともほぼ平行あるいは一致している軸まわりに回転できるように、ハウジングに関して上記組立体が弾性懸吊手段２３により弾性的に懸吊されている。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、両端がハウジングに取り付けられたコリオリ管をもつコリオリ型流量センサシステムであって、上記両端が取付手段で取り付けられていて該両端の間が自由度を有し、流量センサシステムが励起軸まわりに、上記コリオリ管（以下、単に「管」ともいう）を振動させる励起手段と、測定中に管の部分の変位を検出する検出手段とを有するコリオリ型流量センサシステムに関する。

−コリオリ型流量センサシステムは、しばしば、コリオリ管、流管、あるいは検出管と称される少なくとも一つの振動する管を有している。この（あるいはこれらの）管はその両端でシステムとしての装置のハウジングに取り付けられている。又、管の両端は測定される液体あるいは気体の供給側そして排出側としても機能する。

−一つあるいは複数の（流）管に加え、コリオリ管流量センサシステムは、さらに、二つのサブシステム、すなわち、励起そして検出のためのシステムを有している。励起システム（励起部）は管に振動を生じさせる。一つあるいはいくつかの力あるいはトルクが管の部分に印加される。検出システムは、通常、時間の関数で、管の一つのあるいはいくつかの部分での変位を検出する。変位に代えて、管によってその周辺に伝えられる力（あるいはトルク）を検出してもよい。変位の検出のために、以下に記載されることが力の検出のためにも有効的である。

−励起と検出の両方のために、同一の二つの配置で二者択一的になされることが可能である。一方では、ハウジングと管との間で励起そして検出を行う。他方では、励起あるいは検出が、動いている管上の異なる点同士間の部位であるいは部分で行われ、あるいは、もしコリオリ型流量センサシステムがいくつかの管を有しているときには、独立した管同士間で行う。

−小さい流量の測定のためのコリオリ型流量センサシステムの場合には、測定精度と生産性の観点から、管全体が一つの面上に配されていることが望ましい。

励起部により生じた管の振動は、多かれ少なかれ、管を流れる媒体の密度のみで若干変動するが、一定した周波数である。振動周波数は、実際、常に、管の複数の固有振動数の一つであり、その結果、最大振幅が最小のエネルギ入力で得られる。

発見できず

本発明は、管の振動が、追加的手段なしでは、振動に関する二つの問題を惹起する可能性があるという認識に立脚している。

１．第一の問題は、二つの同じ測定手段が近接されて配されそして、これらの振動周波数が実質的に一致しているときに、生ずる。一方の測定手段はハウジングと支持面を介して他方の測定手段を、通常その固有振動数に近い振動数で、その励起の位相からずれた位相で、励起する。これは、実際に、流体の混合プロセスにおいて、２つ、３つあるいはしばしば２０箇の測定手段が互いに隣接して配置されているが故に起きる問題である。測定結果が流量とは無関係に或る周期をもって変動することは、経験していることである。

２．第二の問題は、測定手段自体の振動についての感度である。コリオリ型流量センサシステムが非剛性表面、例えば、薄い板あるいは管系に取り付けられたとき、対応支持部は流量センサシステムと一緒に振動し始めてしまう。流量センサシステム自身の振動はゼロ点のシフトとして見られるようになる。センサシステム、したがって測定の精度はそれよって予期せぬ影響を受ける。

本発明の目的は、コリオリ型流量センサシステム、特に、ハウジングに関して検出（そして励起）がなされる形式のコリオリ型流量センサシステムにおける振動による影響を低減することにある。この特有な目的は、センサシステム自体の振動あるいは追加された流量センサシステムに対する影響を低減する。

この目的は、取付手段が釣合い質量に接続されていること、そして釣合い質量と取付手段の組立体が管の励起軸に対して少なくともほぼ平行あるいは一致している軸まわりに回転できるようにハウジングに関して上記組立体が弾性的に懸吊されていることにより、冒頭に述べた種類のコリオリ型流量センサシステムで達成される。

ここでのそして以降における「釣合い質量」という語は、上記回転の軸に関して慣性モーメントが実質的にコリオリ管の慣性モーメントよりも大きい（特に、何倍も大きい）物体を意味している。

ここで述べられているコリオリ管の弾性的取付けが測定中にコリオリ管からハウジングへの振動の伝達を低減させ、そして、このように弾性的に取り付けられた第一の測定部が隣接する第二の測定部と干渉してその影響を低減させる手段が示される。

管の変位は、管とハウジングとの間あるいは管の別個の部分間で検出できる。しかし、本発明の原理は、特に、管に流体を流しつつハウジングに関して管の変位の検出をする用い方をする場合に好適である。

実用的形態では、流量センサシステムに支持プレート（広くは、支持手段）が設けられていること、コリオリ管の両端における取付手段と釣合い質量の少なくとも一方が上記支持プレートに取り付けられていること、直線上に配され軸線まわりに回転可能とされた二つの捩りばね手段によってハウジングに関して支持プレートが懸吊されていることを特徴とする。

ここで捩りばね手段は、回転方向の可撓性（捩り）をもたらす。したがって、本発明では、取付手段と釣合い質量は共に支持プレートに取り付けられ、あるいは一方が支持プレートに取り付けられる。

特に、取付手段と釣合い質量の一方が支持プレートに取り付けられている場合には、釣合い質量と取付手段とが互いに可撓性（特に捩り可能性）をもって接続されているときに有利である。捩りばね手段は、支持プレートの所定の動きを可能とし、該捩りばね手段は種々の形態に構成できる。

好適な形態では、弾性的な懸吊手段は、直接あるいは間接的に支持プレートをハウジングに接続し、そして平面的あるいはそうでないトーションヒンジ、傾いて配置されたブレードスプリング、あるいはクロススプリングヒンジで形成される捩りばね手段を有している。

本発明による流量センサシステムは、ハウジングにしっかりと取り付けられたベースプレートと、該ベースプレートに対し相対的に可動な別の支持プレートを有するようにすることもできる。

しかし、好ましい形態では、流量センサが、中央に開口を有しハウジングに取り付けられた弾性金属材のベースプレートを備えていること、支持プレートと捩りばね手段が上記開口内に位置しそしてベースプレートに形成された切込みによってベースプレートの材料に形成されていて、捩りばね手段が、支持プレートとベースプレートの間での唯一の接続をなす長いストリップの形を有し、該支持プレートが上記長いストリップによってベースプレートの開口内で懸吊されていることを特徴とする。こうすることの利点は、ベースプレート、支持プレートそして捩りばね手段が一部材から高精度で作れることである。ベースプレートと支持プレートの組立体は、本発明の範囲内で、平坦な板材で形成することができる。

さらなる好ましい形態では、ベースプレートと支持プレートの組立体が折曲板を形成していることに特徴がある。これによると、一つの平坦な構造に比し、組立体に高い剛性をもたらすという利点がある。さらなる利点は、ベースプレートと支持プレートの組立体が一体化された接合部を有して、ベースプレートに関しての支持プレートの相対動の幅をベースプレートの面内に限定できることである。後に詳述されるように、これは平坦な構造でも折曲した構造でも可能である。折曲した構造における追加的利点は、ベースプレートと支持プレートの組立体がベースプレートに関しての支持プレートの相対動の幅をベースプレートの面内とこの面を横切る方向の両方で限定できることである。

さらなる形態では、長いストリップは切込みによって両側に形成されており、この切込みが一体化された接合部で弾性的なヒンジを形成するということを特徴とする。

さらなる形態では、両側でストリップを形成する切込みは、切込みの他方の側でプレートが動きの幅をベースプレートの面内に限定することを特徴とする。

ベースプレート、支持プレートそしてストリップ形状の戻りばね手段を平面構造とした組立体では、もし両プレートが少なくとも一つの長いストリップの上方あるいは下方に配されており、ベースプレートの面から離れる方向の支持プレートの動きのための接合部として上記両プレートが作用するように、スペーサプレートによってストリップから距離をもって両プレートが位置するように維持されるということが、さらなる利点となる。

弾性的に懸吊された釣合い質量を用いることは本発明において重要である。

さらなる形態では、釣合い質量が回転軸を横切り該釣合い質量の重心が該回転軸上に配置されることを特徴とする。好ましくは、釣合い質量の最大質量部は該釣合い質量の両端側でその回転軸から最も離れて位置している。換言すれば、釣合い質量は両端で重くなるようなブリッジ部を有している。

さらなる形態では、釣合い質量は、コリオリ管のローレンツ励起の目的で磁気ヨークの少なくとも一つの要素を有しあるいは支持していることを特徴としている。

釣合い質量のこの創作的な弾性懸吊により得られる高度な優位性は、コリオリ管が直接的に励起（振動）されずに、間接的に励起されるということである。これを達成するには、釣合い質量あるいは管取付手段が、釣合い質量と管取付手段を上記回転軸まわりに回転させるためのアクチュエータ手段と協働することである。

この原理の第一の形態は、上記アクチュエータ手段が電磁アクチュエータ手段であることを特徴とする。

この原理の第二の形態は、上記アクチュエータ手段がローレンツ力アクチュエータ手段であることを特徴とする。

本発明は、以上のように、管を取り付けるための取付手段が釣合い質量に接続されていること、そして釣合い質量と取付手段の組立体が管の励起軸に対して少なくともほぼ平行あるいは一致している軸まわりに回転できるようにハウジングに関して上記組立体が弾性的に懸吊されていることとしたので、コリオリ型流量センサシステム、特に、ハウジングに関して検出（そして励起）がなされる形式のコリオリ型流量センサシステムにおける振動による影響を低減する。

コリオリ管を有する質量流量センサ装置の斜視図である。 コリオリ管を懸吊するための弾性懸吊された中央部と一部材に形成されたベースプレートを示す図である。 図２に類似する構造であって、コリオリ管と中央部に配された釣合い質量を示す図である。 図２に類似する構造であって、図３Ａと異なる形態のコリオリ管と中央部に配された釣合い質量を示す図である。 一体的な接合部をもつ弾性中央部を備えたベースプレートを示す図である。 釣合い質量を有する図４Ａのベースプレートとコリオリ管を示す図である。 捩りばね要素によってベースプレートから懸吊された支持プレートを有するベースプレートを示す図である。 平坦なばね要素によって懸吊された支持プレートを有するベースプレートの図である。 平坦なばね要素によって懸吊された支持プレートを有するベースプレートの他の例の図である。 外部接合部をもつベースプレートと支持プレートの構成を示す斜視図である。 図６Ａの構成の一部についての断面図である。 接合部をもつ釣合い質量を示す正面図である。 他の形成の接合部をもつ釣合い質量を示す正面図である。 弾性中央部を有し中心線で折曲されたベースプレートを示す図である。 釣合い質量とコリオリ管を備えた図８のベースプレートを示す図である。 可撓接続部を形成する突出部をもつ釣合い質量の釣合いアームの一形態を示す図である。 剛性接続部を形成する突出部をもつ釣合い質量の釣合いアームの他の形態を示す図である。 釣合い質量と結合され可撓サポートに接続された管取付ブロックを示す図である。 ローレンツ力の作用のための手段をもつ釣合い質量を示す図である。 電磁作用のための手段をもつ釣合い質量の形態を示す図である。 電磁作用のための手段をもつ釣合い質量の他の形態を示す図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。

図１は、ほぼ周回路（ほぼ一つの全周）をなすように矩形状に屈曲されたループ状の（検出）管（あるいは感知管）２をもつコリオリ型の流量センサシステム１を示している。ループ状の（検出）管（あるいは感知管）２は、この実施形態では、二つの平行な側管部２ｃ，２ｄを有し、これらは一端側で第一連絡管部２ｅそして他端で二つの第二連絡管部２ａ，２ｂに接続されている。二つの第二連絡管部２ａ，２ｂは、これらが側管部２ｃ，２ｄに接続されている側とは反対の側で、流れ媒体のための可撓な流入管３と可撓な流出管４にそれぞれ接続されている。好ましくは、ループ状の管２と流入管３そして流出管４は同一管の部分をなしている。ループ状の管２は、全体として、丸みをもつ隅部をもった矩形状をなし、曲げ成形し易い形状になっている。流入管３、流出管４は、供給／排出ブロック２０Ａを経て、供給ライン６そして排出ライン７にそれぞれ接続されている。この形態の流入管３と流出管４は、ループ状の管２のループ内にあって、取付手段１２によってフレーム１３に取り付けられている。可撓流な流入管３と流出管４は管２のループの一部を形成していないが、フレーム１３へのループ状の管２の可撓性をもった取付けに供している。こうして、ループ状の管２は、流入管と流出管から可撓性をもって懸吊されているとみなすことができる。ループ状の管２と流入管３そして流出管４は、一つの管材で作られていることが好ましい。これは、例えば、ステンレス鋼管で外径が約０．７ｍｍそして壁厚が約０．１ｍｍとして形成できる。本発明は、小径管（例えば、外径が１〜１．５ｍｍよりも小径）の装置についてのみ有用なのではなく、大径管のものについても有用である。

流入管３と流出管４は検出管２の対称軸線Ｘに関して対称でこの対称軸線Ｘに近接して延びており、例えばクランピング、鑞接、溶接によって取付手段１２へ取り付けられている。この取付手段１２はフレーム１３に取り付けられている。流入管３と流出管４は直接フレーム１３に取り付けられていてもよい。

図１の構造において、対称軸線Ｘ（回転の主軸あるいは励起軸線）あるいは回転軸線まわりに管２を回転させるための励起手段は、フレーム１３に固定され永久磁石１９が設けられた永久磁石マグネットヨーク８と管２内へ電流をもたらす手段とを有し、該永久磁石マグネットヨーク８は二箇所で空隙９，１０が形成され、この空隙９，１０に、ループ状の管２の第二連絡管部２ａ，２ｂが通されている。これらは、図１において、これらは誘導手段によって管２内へ電流を生じせしめるための手段である。永久磁石マグネットヨーク８は二つの上ヨーク部８ａと８ａ’とを有し、これらは空隙９，１０によって下ヨーク部８ｂから分離されている。上ヨーク部８ａと８ａ’の間には永久磁石１９が配設されており、その一方の極（Ｎ極）は上ヨーク部８ａに向いており、他方の極（Ｓ極）は上ヨーク部８ａ’の方に向いている。

この場合、二つのトランスのコア１７，１７ａがそれぞれコイル１８ａ，１８ｂを有し、これらのコアが側管部２ｃ，２ｄを通っていて、これらのトランスのコアによって、管内に電流が生ずる一つのトランスコアは所望のごとくできる。コイル１８ａ，１８ｂは図示のごとくトランスのコアの内側に巻かれていても、あるいは他の側に巻かれていてもよい。永久磁石マグネットヨーク８の空隙９，１０のそれぞれに電流の方向を横切り互いに反対に向く磁界が生ずるが、この磁界と管２内に生ずる（交番）電流との組み合わせが管にトルクをもたらし、回転軸線まわりの振動あるいは回転（捩りモード）を始める。

流れ媒体が管内を流れると、管は、コリオリ力の影響のもとで、対称軸線Ｘを横切る応答軸線に関して振動（揺動モード）を始める。作動中、流れ媒体の様子を表わす第一連絡管部２ｅの点における正弦波変位が、第一連絡管部２ｅに近接して配された第一センサ１１ａそして第二センサ１１ｂを有するコリオリ効果センサによって検知される。第一そして第二センサは、対称軸線Ｘと第一連絡管部２ｅとの交点近くで該対称軸線Ｘの両側に対称的に配置されている。第三センサ１１ｃが修正の目的に配されていてもよい。センサは、例えば、電磁型、誘導型、容量型あるいは超音波型とすることができる。しかし、本例の場合、図１で光学センサが用いられている。光学センサとして、いわゆるオプトセンサが第一、第二そして第三センサ１１ａ，１１ｂそして１１ｃに用いられ、それぞれフレーム１３に取り付けられたＵ字型ハウジングを有し、光源（例えばＬＥＤ）がＵ字の一方の脚部に配置され、感光セル（例えば、フォトトランジスタ）が他方の脚部で上記光源に対向して配置されている。第一連絡管部２ｅあるいは、これに取り付けられた羽根部材はＵ字状センサハウジングの脚部同士の間を移動可能となっていて、光源からの光を多かれ少なかれ遮断できる。

本発明においては、（検出）管２の両固定端が装置のハウジングへ直接ねじ留めされるだけでなく、ハウジングで弾性的に懸吊されている釣合い質量に結合されることが重要である。この釣合い質量の懸吊における固有振動数は管が振動する振動数よりもはるかに低い。（固有振動数は質量により除された剛性の値に比例する）。管の振動と釣合い質量の振動は回転動である。管の励起回転の回転軸と弾性懸吊の回転軸とは少なくとも実質的に一致する。回転軸まわりの釣合い質量の慣性モーメントが回転軸まわりの管の慣性モーメントに対して十分に大きいということは、必須ではないが、好ましいことである。

一つの形態では、釣合い質量と取付手段は、ハウジングに対して弾性的に位置づけられている支持プレートに取り付けられている。

本発明の第一のアスペクトによると、支持プレートは捩りばね効果をもつ弾性部材によって懸吊されている平坦なプレートである。

図２は、これらの弾性要素が組まれている部材の好ましい形態を示す。これは、弾性材料、例えば、ばね鋼の平坦な金属プレート２０で、切断あるいはエッチング等の工程を経て切込み（十字カット）されている。可動部をなす中央部あるいは支持プレート（以下「可動部」ともいう）２２は、固定された周部あるいはベースプレート（以下「取付部」ともいう）２１の板面に一致して作られている。上記中央部そして周部は回転軸２４と一致して位置する矩形断面の狭ストリップ要素あるいはブリッジ２３，２３’だけでつながっている。これらのブリッジ２３，２３’は捩りばね要素として作用する。所望の可撓性は、回転軸２４まわりの捩り動として得られる。当業者なら、金属プレートの面から離間しているような好ましくない可撓性をもつ他の形態のブリッジでも、ブリッジ２３，２３’と、可動部２２に取り付けられる釣合い質量との連結の位置を、好ましい捩り可撓性での固有振動数よりも好ましくない可撓性における固有振動数を十分に高くなるように選定することで、上記ブリッジを最小化できる。

可動部２２は、作動中のその動きが振動あるいは往復動となるように、限られた角度だけで取付部２１に対して回転できる。取付部２１は、流量センサシステムのハウジング（この場合、フレーム１３）の部材に剛性をもって少なくとも三点で取り付けられている。さらに好ましいことには、図２に見られるように、取付部２１は二つの縁部に沿った位置で取り付けられている。この取付けは、ボルト、溶接、クランプ、あるいは接着により行うことができる。コリオリ管と、釣合い質量と名付けられた追加的質量の両者が可動部２２に取り付けられる。これらは、一緒になって剛体組立体のようにして、回転軸２４まわりに振動する。図２から、管を取り付けるための孔２７と可動部２２に釣合い質量を取り付けるための孔２８が形成されていることが判る。このためには、上述したような他の取付方法も可能である。

図３Ａは、弾性を有するブリッジ２３，２３’で接続されている取付部２１と可動部２２を有する金属プレート２０を示している。（コリオリ）管２９と釣合い質量３０は、この場合、可動部２２に取り付けられている。釣合い質量３０は、質量の大部分が回転軸２４から可及的に離れて位置しているダンベルのような形をなしている。これは、上述したように、回転軸２４まわりの好ましい回転における固有振動数よりも、好ましくない可撓性における固有振動数を十分に高くするのに好適である。管２９は取付手段もしくはブロック３１を介して可動部２２に取り付けられる。

図３Ａは、（管取付け）ブロック３１へ互いに近接した状態で取り付けられた管の両端３２，３２’を有する矩形状ループ（ウィンドウアンテナの形）に屈曲された管２９を示している。好ましい形態では、取付手段は管が（部分的に）収められる溝が形成されている。該溝は、平坦面の場合よりも、管と取付手段との間の接触面積を大きく確保する一方で、補助的な工具なしでも正確な位置付けを可能とする。管は、溶接、接着、鑞接等により溝内で取り付けられる。これらに代えた取付方法としては、二つの副取付手段の間あるいは一つの副取付手段と取付点との間でクランプすることも挙げられ、ここで、これらの部材はさらに正確な位置づけのために溝が形成されているようにすることができる。

本発明は、図３Ａに示されるようなループ周回形状で両端が互いに隣接して位置する管にきわめて好適であるが、本発明はこのような管に用いることに限定されない。弾性的懸吊の発明原理は、他の形の管、例えばＵ字状に曲げられた管、円形に周囲する管、あるいは三角形に周回する管等、ＥＰ１７１９９８２Ａ１の図５と図６に示されるような形の管にも適用可能であり、管の両端が互いに隣接している限り、有利である。弾性的懸吊との組合せによる図１の管形状に対応する、特に実用的な形態が図３Ｂに示されている。ここでは、管は互いに隣接して並設された二つのループをなすように形成されており、両端は測定されるべき流体の流入部と流出部をなすように隣接している。

図３Ａと図３Ｂの実施形態では、釣合い質量３０と管取付手段としてのブロック３１とを可動部２２へ取り付けるビーム型要素３３を有している点について注目される。又、これに代えて、釣合い質量３０とブロック３１の少なくとも一方は可動部２２へ直接に取り付けられる。他の可能性は、（コリオリ）管２を支持するブロック３１を直接に、弾性的に懸吊された釣合い質量へ取り付けることである。図３Ａと図３Ｂにおいては、さらに、可動部２２の回転軸は符号２４が付されている。コリオリ管が回転する励起軸は励起軸線Ｘである。この構造では励起軸線Ｘと回転軸線２４とを完全に一致させることは不可である。しかし、本発明の目的は、励起軸線Ｘと回転軸線２４とが、少なくとも実質的に平行で近接して位置していれば、達成される。上述したすべての形の管は、管の回転軸線２４に近接して（特に、互いに対称に）位置している二つの端部を有している。これは、本発明による弾性的な懸吊を特に好適とする。

図２は、捩りばね要素を一体型としてもつ平坦な金属支持プレートの基本形を示している。この基本形は一つあるいはいくつかの追加点をもって改善される。これは図４で検討する。図４Ａは、矩形の中央開口４０が切込みによって形成されている取付部としてのベースプレート（以下「取付部」ともいう）４１を示している。切込みが形成されると、可動部、すなわち、支持プレート４２が中央開口４０内に残される。この支持プレートは、切込みによって形成されて線上に位置する細長い二つのストリップ状のブリッジ４３，４３’により、取付部４１に対して可動となり、このブリッジが捩りばね手段として機能する。図２と比較すると、細長いストリップ状のブリッジと周囲の材料との間に細いギャップのみが形成されているようにして、細長いブリッジ４３，４３’の隣りに、いくらかの材料が残されている。図４Ａにおいて、この材料は、図の上部におけるベースプレートそして図の下部における支持プレートの一部を形成しているが、他の組み合わせも同じく可能である。

これは第一の改善であり、符号４８で示されている（４箇所の位置）。非常に狭い切込みが、捩りばねを形成するためにこれらの位置に形成されている。実用的であるように、取付部４１あるいは可動部４２の材料が、図２の場合とは異なり、ブリッジ４３，４３’の周辺で取り除かれていないので、支持プレートとベースプレートとの間の相対動の振幅をベースプレートの面内に限定するための接合部として機能する。この限定は、例えば、起こり得ることであるが、不注意の落下の場合、力がギャップの両壁での接触によって吸収され、捩りばね要素における材料内での応力を減ずる。これは、過度の加速度が作用した場合における、長いストリップ状のブリッジでの永久歪を阻止する。

次に、例えば装置が不注意に落下されたときに、ベースプレートの面から外れるような過度な動きを阻止するための接合部の構造について説明する。

接合部についての他の例は、ニチノールＳのようなスーパプラスチックでできた弾性プレートによる構造である。この材料は、装置の落下により弾性プレートに生ずるすべての動的エネルギを永久歪なしに吸収することを可能とする。

基本形に加えられる第二の追加が図４Ａにて符号４４と４５で二箇所に示されている。これは、例えば熱変化により装置のハウジングの変形に生じた金属プレートのベースプレート４１での変形に対抗して作用するように該ベースプレート４１に加えられた熱的減結合要素に関している。要素４４は、Ｙ軸の方向での変形を許容するラビリンスを形成し、要素４５はこれを横切る方向での変形を許容する平行四辺形構造をなしている。

図４Ｂは、釣合い質量４６と（コリオリ）管４９を支持する管取付手段４７が取り付けられた後の図４Ａの弾性を有する支持プレート４２をもつ弾性構造を示している。この場合、釣合い質量４６は、支持プレート４２の回転軸Ｙに関して対称でこれを横切って延びる二つの平行な接合要素Ｌ１とＬ２を有しており、後者の要素（接続要素Ｌ２）は、位置ｐとｑにて、ブリッジ片の中間部によって、前者の要素（接続要素Ｌ１）は、位置ｒにて、Ｉ型の中間片によって弾性を有するベースプレート４２と接合されている。接合要素の両端は、この例では、管４９の周回範囲から外方に向け突出していて釣合い重錘Ｗ１とＷ２が設けられている。この釣合い構造の重心は回転軸Ｙ上に位置している。

図５Ａは、本発明による弾性構造の異なる実施形態を示している。これは、図２におけるような可動中央部を形成する切込みをもつ単一プレートとはなっておらず、取付部５１と可動部５４が別部材ととなっている。取付部５１は、この例では、互いに対向した二つのエッジ５２，５３を有している。これらはベース面に開口されあるいは隆起したエッジ部でもよい。可動部５４が両エッジ部の間で延びていて、他の延長方向の線上に位置する二つの捩りばね要素５６，５６’により、両エッジ部に接続されている。ばね鋼などの弾性金属で作られた捩りばね要素５６，５６’が、取付要素（図示の例えではブロック状だが、本発明ではこれに限定されない）５５，５５’によって取付部の縁に対して（好ましくは、クランプにより）一方の側で取り付けられており、他方の側では、取付要素５７，５７’によって可動部５４の縁に取り付けられている。戻りばね要素５６，５６’は図示のような円形断面を有していてもよいが、図２のような矩形でもよく、さらには、三角形、中空筒等の他の断面形状でも可能である。断面は、戻りばね要素の全長にわたり一定でもよいし、特定の適用対象には変化させてもよい。取付部５１そして可動部５４は、金属で作られたり、あるいは、戻りばね要素の材料よりも強ければ、（硬い）合成樹脂材料で作られていてもよい。符号５８は回転軸である。

図５Ａに示された、別体のベースプレート（取付部）と支持プレート（可動部）を有する構造の捩りばね要素の他の例では、二つの平らなばね要素（板ばね）を用いており、これらは互いに角度をもって配され、支持プレートの対向両端のそれぞれへそしてベースプレートへ取り付けられている。このような一対のばね要素は図５Ｂのばねａ，ｂで示されるように互いに交差しており、そして回転軸がベースプレート５０と支持プレート５９の間に位置して配されている。あるいは、図５Ｃに示されるようにこれら（ばねｃ，ｄ）の延長線が交差するようにしてもよく、この場合、ばねｃとｄとの間の角度は、回転軸が支持プレート５９’の上面近くでのこれらの交点を通る。ばねは、図示の例では、回転軸に平行に延びる支持プレート５９，５９’（図５Ｂ，図５Ｃ）での突部に接続されているが、本発明では、これに限定されない。

釣合い質量の弾性的取付けにおけるさらなる重要な点は、強い加速度を受けた場合に、ばね要素の永久変形に対抗するために、どこに接合部を設けるかである。板の面に位置する接合部の好ましい効果は、すでに図４Ａ，図４Ｂを参照しつつ検討した。また、この面に直角な接合部を加えることも好ましいことである。

図６Ａ，図６Ｂはこれについての好ましい形態を示している。図６Ａは、接合部が加えられるブリッジまわりに回転できる中央部を有する図４Ａの金属プレートの斜視図を示し、図６Ｂは、二つのブリッジの一方、すなわちブリッジ４３’の領域における図６Ａの金属プレートの板面に直角にとられた断面Ｖを示している。比較的厚いプレート６１，６２がブリッジ４３’の上に配されていて、取付部に対する可動部の過度な動きの場合のための接合部として機能するようになっており、該プレートからブリッジまでの距離は薄いスペーサプレートあるいはシム６３，６４によって正確に定められている。落下の事態における、プレートに対して交差する方向に生ずる質量による力はブリッジ（捩りばね手段）を経て伝えられることはなく、隣接する厚いプレートにて吸収されてしまう。

図７Ａと図７Ｂは、上記金属プレートの面の内外の両方で作用する接合部についての二つの他の例を示している。図３Ａ，図３Ｂの釣合い質量の回転軸に交差する立面図である図７Ａにおいて、釣合い質量３０のブリッジ部７１の中心に孔７２が形成されている。この孔は、例えば、円形でよい。ここにはピン７３が配され、その他端で流量検出装置のハウジングに取り付けられている。ピンと孔との間には、正確に形成された周方向クリアランス７４が形成されており、釣合い質量３０の動きの幅を定めている。図３Ａの釣合い質量の回転軸２４と交差する立面図である図７Ｂにおいて、釣合い質量３０の二つの端部７５，７６のそれぞれの付近に爪部７７，７７’が設けられていて、再び正確なクリアランス７８が形成されている。これは、釣合い質量の通常の回転振幅が許容される衝撃的振幅よりも十分に小さいときには、特に有効である。これは、釣合い質量が管に対して十分な大きい比（約２５倍以上）の慣性モーメントをもつ場合である。

第二の形態では一体型の接合部をもった折曲された弾性プレートを有している。二つの捩りばね要素と接合部は、この形態では、三つの方向すべてで、一部材をなすように作られていて、弾性材の曲折金属プレートをなしている。これは図８と９に示されている。図８には、ばね鋼のような弾性材で作られた矩形のプレート８０が示されており、これは取付部８１（ベースプレート）と内側の可動部８２（支持プレート）が、部分的に縦方向にそして部分的に横方向に延びる二つの切込みによって、縦軸に関して対称的に形成されている。プレート８０は折曲線８７で曲げられていて、横部８８，８８’が、この場合、一つの面に位置するように折り返されている。互いに対向する二つの切込みが弾性ブリッジ８３，８３’を形成し、これらは折曲線８７の両端に近い部分で取付部と可動部とを連結せしめている。これに代える構造は、一つではない面に横部を有し、あるいは折り返されていない横部を有している。ベースプレートは、これに代えて、一つでなく二つの線に沿って曲げられていてもよく、その結果、二つの折曲側部の間に一つの平面部が存在するようになる。例えば、ベースプレートはその横エッジによってハウジングへ取り付けられる。各ブリッジを形成する各切込みは孔部の縁の約半分を形成している。孔部に隣接して残された端半分は接合部として機能する。孔部は、例えば、丸形、楕円形、あるいは長円としてもよい。これらの孔部の二つは一体の接合部としての弾性ヒンジを形成する。さらに、これは折曲されたヒンジであり、該ヒンジは、構造を一つの方向ではなく二つの方向（回転軸を決定する折曲線８７と交差する面に位置する方向）で堅牢とし、一体化された接合部が両方向で作動するということを達成する。このように形成された構造の回転軸はプレート８０の折曲線８７のほぼ先端に位置する。切込みにより形成されたクリアランス８９（数として４つ）が取付部と可動部との間で可能とされる最大の動きの幅を決定する。相対動は符号８６で示される点で最大である。接合部は四つの点８６のそれぞれで二つの方向に、切込みが曲って戻るように形成されている。横部８８，８８’における孔部８４は、ボルトによって流量検出装置のハウジングにて取付部８１を取り付けるのに供する。ボルトによる取付けに代えて、例えば、点溶接としてもよい。釣合い質量は十字で示される点８５でスポット溶接されることで可動部８２へ取り付けられる。図示された切込みを有する金属のプレート８０は、レーザでの切断あるいはエッチング、そして曲げ機あるいは他の曲げ工具で角度をもって十分に折曲されることができる。

図９は、再度、可動部８２を有する図８のプレート８０を示す。可動部８２は、ここで、釣合い質量９２を支持し、一方、図１と図３Ｂに示された形式のコリオリ管９０は取付ブロック９１で両端が取り付けられている。この場合、接続要素（ブリッジ）９４により形成されている釣合い質量９２は、その両端に二つの重錘（あるいは端部質量）９６，９７が設けられている。接続要素９４はこれと一体とされあるいはこれに取り付けられた突部９３を有している。取付ブロック９１が上記突部９３の取付点９８に取り付けられていて、その結果、釣合い質量９２と取付ブロック９１が互いに接続（結合）されている。これは、この形態では、取付ブロックが釣合い質量に取り付けられ、後者（取付ブロック）がハウジングで弾性的に懸吊されていることを意味する。これは、例えば、取付ブロックと釣合い質量が一緒に支持プレートに取り付けられ支持プレートが弾性的に懸吊されている図３Ａ，３Ｂそして４Ｂとは対照的となっている。管９０は取付ブロック９１に配されていて可動部（支持プレート）８２とは接触しておらず、その上方に位置しており、又、二つの中央管部の中心線が折曲板の折曲線の直上に位置している。このようにして、コリオリ管の回転軸と弾性運動の回転軸線は可及的に一致する（この状況は図３Ａと図３Ｂの構成ほど最善とは言えない）。

図９はさらに、釣合い質量の部分を形成する磁化可能材料の二つの楔ブロック９５を示している。これらは、磁化可能材料の中間プレートと共に、ローレンツ力による管振動励起に用いられる図１のマグネットヨークの下ヨーク部８ｂに対応するマグネットヨークの下部を形成する。

図１０Ａは図９の釣合い質量９２の接続要素（ブリッジ）９４を示している。ブリッジ９４と一体をなしあるいは別体でブリッジ９４に接続される突部９３は、この図に良く表われている。突部９３はその端部に管を取付ブロック９１に取り付ける取付点９８を端部に有している。突部９３の材料と接合寸法によっては、ブリッジ９４と取付ブロック９１との間で固定的あるいは弾性的接続を形成する。この図１０Ａにおける突部は、少なくとも局部的に薄くなっていて、可撓的な接続ができるようになっており、一方、図１０Ｂでの突部９９は厚くなっていて、材料と他の部位の寸法は同じで、剛性をもった接続を得る。図１０Ａの可撓的な構造では、釣合い質量のブリッジと取付手段の取付点との間の弾性連結部の材料そして寸法は、励起軸まわりの取付手段の回転の固有振動数が管の固有振動数と釣合い質量の固有振動数の間で、可能なかぎりそれらの中央値となるように、位置が選定される。図１０Ｂの剛性をもった接続においては、釣合い質量のブリッジと取付ブロックの取付点の間の接続部の材料そして寸法は、管取付手段の取付けにおける固有振動数が管の励起振動そしてハウジングに対する釣合質量組立体全体の弾性的懸吊におけるそれぞれの固有振動数よりも十分に（少なくとも２０％）高くなるように選定される。

図１１は、接続ブリッジ１０１と端部重錘１０２，１０３とを有する釣合い質量１００を示している。図９におけるプレート８０に対応する弾性支持システム１１０は、この場合、コリオリ管１０５を支持する取付ブロック１０６に取り付けられている。取付けは脚１０９，１０９’を有する接続ブロック１０８によりなされており、支持システム１１０の可動部１１１は、例えばスポート溶接により脚１０９，１０９’に取り付けられている。接続ブロック１０８は取付点とされる部材１０７に接続されていて、これは図９そして図１０Ａにおける部材９８のように、接続ブリッジ１０１に剛性をもってあるいは可撓性をもって接続されている。取付ブロック１０６をも支持している接続ブロック１０８と接続ブリッジ１０１との間の接続の様子は図１１には表われていない。したがって、図１１は、支持システムの可動部が管を支持する取付ブロックに取り付けられていて、図９の釣合い質量には接続されていない状態を示している。図９と比較すると、追加的ブロックが取付ブロックの取付点の下に加えられていて、この追加的ブロックが二つの脚部で曲げばねの上に配されており、下側で上記ばねに対して、好ましくは、スポット溶接されている。追加的ブロック、管取付ブロックの取付点、そして管の取付ブロック自体は、一部材として作ることができる。図１２は、図９におけるコリオリ管９０に接続される釣合い質量に対応する釣合い質量１１２を示している。しかし、この場合、ローレンツ力アクチュエータによって励起されるのは、図１１のようなコリオリ管ではなく、釣合い質量１１２がローレンツ力アクチュエータにより励起される。この目的のために、マグネット構造体１１３が釣合い質量の接続ブリッジ１１９に取付けられており、ハウジングに固定的に配置されている電気コイル１１４が交流電流ｉによってエネルギの付与を受けるときに、取り付けられた釣合い質量１１２が軸１１５まわりに振動するように、上記電気コイル１１４の一部が上記マグネット構造体に対して相対的に位置付けられていて上記電気コイル１１４と協働するようになっている。図１２のマグネット構造体１１３は、二つの半体に分割されたマグネットヨーク１１６，１１６’によって形成されており、これら二つの半体のヨーク１１６，１１６’の間には一つの非磁性接続片１１８により接続されている二つのギャップが形成されていて、電気コイル１１４の一部が上記二つのギャップを貫通している。ヨーク１１６，１１６’の磁路に配されたマグネット１１７により、対向した向きで磁界が上記両ギャップに生ずる。ここで、「マグネットヨーク」は軟磁性材料の周回（閉じた環状）コアを指している。これに代えるマグネット構造体の他の形態では、短い距離をもって配された二つのＵ字形永久磁石を有し、互いに異極同士が対面している。コイル１１４は、この形態では、固定的な環境の一部を形成しヨーク１１６，１１６’全体は可動組立体の一部を形成する。釣合い質量１１２は、図１０Ａ，図１０Ｂに見られる管を支持する管取付ブロックを取り付けるための孔部が形成された管固定点１２１まで延出する突出尾部１２０を有している。

図１２では、マグネット構造体１１３のマグネットヨーク１１６，１１６’が、コリオリ管（図示せず）の面を横切るように位置している。これに代える形態は、二つの半体に分割されたマグネットヨークを、コリオリ管の面に平行に配して、二つの半体の間のギャップを通る電気コイルの部分と協働せしめることである。釣合い質量を励起させるための他の可能性は、単一のマグネットを接続ブリッジあるいは釣合い質量の尾状片に取り付けて、ハウジングに取り付けられていて交流電流でエネルギが通電されるコイルと上記マグネットを協働させることであり、該コイルはマグネットの場を横切る電磁界を生ずる。この形式の電磁励起の基本が図１３Ａに示されている。電気コイル１２２がハウジング（図示せず）に収められている。このコイル１２２は交流電流１２３が通電される。釣合い質量１２５の接続ブリッジに取り付けられていてＮ極（Ｎ）とＳ極（Ｓ）を有する永久マグネット１２６がコイル１２２の中心線１２４の延長上に配置されており、あるいは部分的にコイルの内部に入っていてもよい。マグネット１２６のＮ−Ｓ軸は、コイル１２２を通る中心線１２４と釣合い質量１２５の回転軸１２７の両方に対し直角である。コイル１２２に電流が流れると、磁界が生ずる。コイル１２２の磁場に配されたマグネット１２６はこの磁場の方向に向こうとする。直流に代えて、コイルに交流が通電されると、交番磁界が生じて、マグネット１２６、したがって、これと釣合い質量１２５と管の取付手段によりこれに接続されたコリオリ管は、回転振動をするようになる。

図１３Ｂは、図１３Ａの釣合い質量の電磁気的励起についての変形を示している。この場合、釣合い質量１２８に作用するトルクが、回転軸からそして互いに幾分の距離をもって配置された二つの電気コイル１２９，１３０と、通電時のコイル１２９，１３０により生ずる電磁界に平行もしくはその延長上に位置するＮ−Ｓ軸をもった二つの永久磁石１３１，１３２と協働することによって、コイルの通電時に生ずる。電気コイルは、好ましくは、釣合い質量の端部に隣接して、設けられる。トルクの力は、二つのコイルの電磁界が同じ方向であるのに対し、図示のように二つのマグネットが反対方向に配されているので、互いに逆向に作用する。これに代えて、二つのマグネットは、二つのコイルが逆向きに電流が流れるようになっていれば、同じ方向を向いてもよく、その結果、生ずる電磁界は互いに逆向きとなる。

コイルはコリオリ管に振動をもたらすようにハウジングに固定的に取り付けられ、マグネットは「可動環境」に取り付けられる。弾性的に懸吊された本発明による釣合い質量が、例えば、釣合い質量となる。コイルを流れる交流電流の周波数が管の回転固有振動数と等しいとき、管の取付手段を介して管は共振する。釣合い質量が剛体の尾部（図１０Ｂにおける突部９９）を有するときには、マグネットの形態は、釣合い質量あるいは取付手段に取付けられるようにすることができ、可撓な尾部（図１０Ａにおける突部９３）のときには、これは釣合い質量に取り付けることができるだけである。

釣合い質量を励起するためのローレンツ力作用そして電磁的作用の他に、他の励起方法も考えられ、例えば、ピエゾ電気（圧電）あるいは熱的励起がある。

結言として、本発明は、ハウジングに取り付けられ特定の周波数で励起されることが可能なコリオリ管をもち、釣合い質量（慣性）が管の取付的手段とハウジングとの間で可撓回転可能に配されているコリオリ型流量センサシステムに関している。特に、ばね鋼プレートが釣合い質量とハウジングとの間での接続のために用いられ、該プレートが取付部と該取付部に切込み部を形成することで得られる可動部とを有しているようにすることができ、切込み部は取付部と可動部が可撓プレート部で接続されるように形成され、該可撓プレート部が、特に、一つの線上に位置する長いストリップ状のブリッジを形成し、そして回転可撓（捩り）性を実現し、一方で、隣接部には釣合い質量の動きの幅に限界を与える。

ここで、考慮されるべき重要な点は、次の通りである。

−管の励起動の軸と釣合い質量の励起動の軸とができるだけ一致していること、そして管の重心と釣合い質量の重心がこの軸上に位置していること。

−上記軸が管の対称軸そして釣合い質量の対称軸でもあること。

２ (コリオリ)管
２１ 取付手段（取付部）
２２ 支持プレート（可動部）
２３ 懸吊手段（ブリッジ）
２４ 回転軸（線）
３０ 釣合い質量（質量）
４１ ベースプレート
４２ 支持プレート
４３ 懸吊手段（ブリッジ）
４６ 釣合い質量（質量）
４７ （管）取付手段
４９ 管
５０ ベースプレート
５１ 支持プレート
５９ 支持プレート
７１ 懸吊手段（ブリッジ部）
８３ 懸吊手段（弾性）ブリッジ
９０ 管
９２ 釣合い質量（質量）
９４ 懸吊手段（ブリッジ）
１００ 釣合い質量（質量）
１０１ 懸吊手段（接続ブリッジ）
１０２ 釣合い質量（端部重錘）
１０５ （コリオリ）管
１１２ 釣合い質量（質量）
１１９ 懸吊手段（接続ブリッジ）
１２５ 釣合い質量（質量）
１２８ 釣合い質量（質量）

Claims (15)

1. 両端がハウジングに取り付けられたコリオリ管をもつコリオリ型流量センサシステムであって、上記両端が取付手段で取り付けられていて該両端の間が自由状態であり、流量センサシステムが励起軸まわりに、上記コリオリ管を振動させる励起手段と、測定中に管の部分の変位を検出する検出手段とを有するコリオリ型流量センサシステムにおいて、
   上記取付手段が釣合い質量に接続されていること、そして釣合い質量と取付手段の組立体が管の励起軸に対して少なくともほぼ平行あるいは一致している軸まわりに回転できるように、ハウジングに関して上記組立体が弾性懸吊手段により弾性的に懸吊されていることを特徴とするコリオリ型流量センサシステム。
2. 流量センサシステムに支持プレートが設けられていること、コリオリ管の両端における取付手段と釣合い質量の少なくとも一方が上記支持プレートに取り付けられていること、直線上に配され回転軸線まわりに回転可能とされた二つの捩りばね手段によってハウジングに関して支持プレートが懸吊されていることとする請求項１に記載のコリオリ型流量センサシステム。
3. 釣合い質量と取付手段が可撓状態で互いに接続されていることとする請求項１に記載のコリオリ型流量センサシステム。
4. 弾性懸吊手段は、直接あるいは間接的に支持プレートをハウジングに接続し、そしてトーションヒンジ、傾いて配置されたブレードスプリング、あるいはクロススプリングヒンジで形成される捩りばね手段により形成されていることとする請求項１に記載のコリオリ型流量センサシステム。
5. 流量センサが、中央に開口を有しハウジングに取り付けられた弾性金属材のベースプレートを備えていること、支持プレートと捩りばね手段が上記開口内に位置しそしてベースプレートに形成された切込みによってベースプレートの材料に形成されていて、捩りばね手段が、支持プレートとベースプレートの間での唯一の接続をなす長いストリップの形を有し、該支持プレートが上記長いストリップによってベースプレートの開口内で懸吊されていることとする請求項２に記載のコリオリ型流量センサシステム。
6. ベースプレートと支持プレートの組立体は、平坦な板材で形成されていることとする請求項５に記載のコリオリ型流量センサシステム。
7. ベースプレートと支持プレートの組立体が折曲板を形成していることとする請求項５に記載のコリオリ型流量センサシステム。
8. ベースプレートと支持プレートの組立体が一体化された接合部を有して、ベースプレートに関しての支持プレートの相対動の幅をベースプレートの面内に限定していることとする請求項６又は請求項７に記載のコリオリ型流量センサシステム。
9. ベースプレートと支持プレートの組立体が一体化された接合部を有して、ベースプレートに関しての支持プレートの相対動の幅をベースプレートの面内とこの面を横切る方向の両方に限定していることとする請求項７に記載のコリオリ型流量センサシステム。
10. 長いストリップ状のブリッジが切込みによって両側に形成されており、この切込みが一体化された接合部で弾性的なヒンジを形成していることとする請求項６に記載のコリオリ型流量センサシステム。
11. 両側でストリップを形成する切込みは、切込みの他方の側でプレート材が動きの幅をベースプレートの面内に限定していることとする請求項６に記載のコリオリ型流量センサシステム。
12. 接合部が少なくとも一つの長いストリップ状のブリッジの上方あるいは下方に配されており、ベースプレートの面から離れる方向の支持プレートの動きを規制するための接合部として上記両プレートが作用するように、スペーサプレートによってストリップから距離をもって両プレートが位置するように維持されていることとする請求項６に記載のコリオリ型流量センサシステム。
13. 釣合い質量が回転軸を横切り該釣合い質量の重心が該回転軸上に配置されていることとする請求項１に記載のコリオリ型流量センサシステム。
14. 釣合い質量の最大質量部は該釣合い質量の両端側でその回転軸から最も離れて位置していることとする請求項１３に記載のコリオリ型流量センサシステム。
15. 釣合い質量あるいは管取付手段が、釣合い質量と管取付手段を上記回転軸まわりに回転させるためのアクチュエータ手段と協働していることとする請求項１に記載のコリオリ型流量センサシステム。

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