JP2012529652A - ケースを振動式フローメーターと結合するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

振動式フローメーター（２０５）が提供されている。振動式フローメーター（２０５）は、第一の端部（２１１）と第二の端部（２１２）とを有しているフロー導管（２１０）を備えている。振動式フローメーター（２０５）は、フロー導管（２１０）の少なくとも一部を取り囲むケース（３００）をさらに備えている。振動式フローメーター（２０５）は、第一のケースコネクト（２９０）をさらに備えている。第一のケースコネクト（２９０）は、フロー導管（２１０）の第一の端部（２１１）と結合されている第一の部分（２９５）と、第一の端部（２１１）が導管の軸線（Ｘ）を中心として回転することができるように第一の部分（２９５）から半径方向に延びかつケース（３００）と結合されている１つ以上の変形可能部材（２９２、２９３、２９４）とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動式フローメーターに関するものであり、とくにケースを振動式フローメーターと結合するための方法および装置に関するものである。

たとえばデンシトメーターおよびコリオリフローメーターの如き振動式フローメーターは、密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度、他の情報などの如き流動物質の特性を測定するために用いられている。振動式フローメーターは、１つ以上の導管を備えている。１つ以上の導管は、たとえば直線形状、Ｕ字形状または異形形状の如きさまざまな形状を有することが可能である。

１つ以上の導管は、たとえば単純曲げモード、ねじれモード、ラジアルモードおよび結合モードを含む一組の固有振動モードを有している。流動物質の特性を求めるためには、１つ以上の導管がこれらのモードのうちの一つのモードで少なくとも１つのドライバーにより共振周波数で振動させられる。１つ以上のメーター電子機器は、正弦波駆動信号を少なくとも１つのドライバーへ送信するようになっている。このドライバーは、通常マグネット／コイルを組み合わせたものであって、マグネットは導管に固定され、コイルは取付構造体または他の導管に固定されている。ドライバー信号により、ドライバーがドライブモードでかつドライブ周波数で１つ以上の導管を振動させる。たとえば、ドライバー信号はコイルに送信される周期的な電流であってもよい。

少なくとも一つのピックオフが、導管の振動を検出し、振動する導管の運動を表す正弦波ピックオフ信号を生成する。通常、ピックオフはマグネット／コイルを組み合わせたものであり、通常、このマグネットは導管に固定され、コイルは取付け構造体または他の導管に固定されている。ピックオフ信号は、１つ以上の電子機器へ送信される。１つ以上の電子機器は、周知の原理に従って、流動物質の特性を求めるために、または必要ならばドライバー信号を調節するためにこれらのピックオフ信号を用いてもよい。

通常、振動式フローメーターには、本来的にバランスのとれたシステムを形成するために、互いに反対方向に向けて振動する２つの振動導管が設けられている。したがって、各導管からの振動は、振動力またはトルク力が接続している構造体に伝達されるのを防止するように互いに相殺しあう。同様に、２つの振動導管が用いられる場合、取付け構造体の振動はフローメーター内で相殺される。というのは、通常ピックオフはフローチューブ間の相対運動しか測定せず、また、外部から誘発される振動は両方のチューブを等しく振動させる傾向があるからである。しかしながら、圧力降下または詰まりなどの問題によりデュアル（２重）導管型が望ましくない用途も存在する。このような状況では、シングル（単一）導管型の方が望ましい場合もある。

しかしながら、シングル導管型システムが望ましいものであっても、シングル導管型システムには固有のインバランス（不均衡）問題というものが存在する。この問題を解決する方法では、たとえばダミーチューブまたはバランス棒を含むバランス構造体の運動を用いてシステムのバランスを取ることが必要となる。しかしながら、チューブ内の流体を含むチューブの総質量は、チューブ内の流体の密度が変わるに従って変わるために、これらの技術では、インバランス問題の解決にあたって、限られた成功しかおさめられていない。

図１には、従来のシングル導管型振動式フローメーターが示されている。図示されているように、このフローメーターはバランス棒１０２を取り囲んでいるケース１０６を備えている。バランス棒１０２は、シリンダ形状であり、導管１０１を取り囲んでいる。導管１０１はアクティブ部分１０９および非アクティブ部分１１０、１１０’を有しており、これらは、バランス棒１０２の接続リング１０３、１０４により規定される。非アクティブ部分１１０、１１０’は、ケース１０６の端部１０７、１０８を越えてフランジ（図示せず）まで延びている。導管１０１は、ケース端部１０７の開口部に接続されている入力端部１１１と、ケース端部１０８の開口部に接続されている出力端部１１２とを有している。

使用時、導管１０１とバランス棒１０２とはドライバーＤにより逆位相で振動される。物質が流れている場合、この具体例における導管１０１の振動は、導管１０１内にコリオリ応答を誘発し、これは、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯによって検出される。ピックオフセンサー間の位相変位は、流動物質に関する情報を表わしている。速度センサーの信号出力は、リード線１２２、１２４によってメーター電子機器回路１２５に加えられ、メーター電子機器回路１２５は、この信号を処理し、たとえば質量流量、密度、粘度などの如き流動物質に関する所望な情報を導出するようになっている。

振動式フローメーターは、異なる密度、温度および粘度の物質を含む広範囲の動作条件にわたって正確な情報を提供することが必要である。このことを達成するため、フローメーターは、ある範囲の条件にわたって安定して動作することが望ましい。このような安定性を達成するために、フローメーターの振動をアクティブ導管部分およびバランスシステムに特定化（限定）することが望ましい。というのは、振動システム外の振動は、フローメーターの振動によって引き起こされるものであろうとまたはポンプの如き他のソースからのものであろうと、流動物質のフロー特性を求めるために用いられるコリオリ加速度に加えて、さらなる加速度を流動物質に対して加えてしまうからである。外部振動は、アクティブ導管長（導管の有効長さ）を規定するノード（運動を受けない領域）の位置も変えてしまう。この影響は、補償することが難しく、メーターが接続されている構造体の剛性の如き不可知のパラメーターに依存する。したがって、不必要な振動は、流動物質に関して正確な出力情報を提供するフローメーターの能力を妨げることとなる。

流体の密度の変化に起因するインバランス問題を解決する従来の試みとしては、カウンタバランス構造体の振動振幅に対する導管の振動振幅の比を調節することが挙げられる。構造体のバランスを取るにあたってバランスが取られているものは運動量である。運動量は質量と速度との積であり、速度は振動振幅に比例している。したがって、振動振幅比を変えると、メーターのバランスが変わることとなる。たとえば導管（内部に流体を有している）の質量およびカウンタバランス構造体の質量が最初は等しく、その後、導管の質量が２倍になった場合（たとえば、導管内の流体密度が上昇した結果）、導管の振動振幅を半分だけ小さくすると、導管／カウンタバランスシステムのバランスが戻ることになる。実際問題として、カウンタバランス構造体と導管とを含む組み合わせ振動振幅をメーター電子機器によって制御することができる。したがって、導管の振動振幅を僅かに小さくし、バランス構造体の振動振幅を、上述の実施例の場合、導管の振動振幅に対するカウンタバランスの振動振幅の比が２：１となるまである程度大きくするようにしてもよい。

従来技術において用いられるような振幅比を調節する従来の方法は、非常に柔軟性を有する（ばね定数を有する）マウントを用いて振動構造体を隔離してしまうことである。空間で隔離される振動構造体は常にバランスが取られているという考えである。たとえば、２つの等しい質量を有する対象物を空間を介してバネにより結合され、互いに逆位相で振動される場合、これらの対象物は、等振幅で振動し、バネは、これらの対象物と対象物との間の中間点に静止ノードを有する。一方の対象物の質量を増やし、二つの対象物が再び振動されると、質量を増やした対象物の振動振幅が自動的に減少し、他方の対象物の振動振幅が自動的に増大して運動量のバランスが保持される。しかしながら、結果として、バネのノードの位置は大きな質量を有する対象物のより近くに再配置されることになる。振動式フローメーターの振動構造体も同様であり、ノードの再配置が問題となる。

自己バランス式のシングルチューブ型メーターを用いる従来のフローメーター設計は、音叉に類似している。すなわち、一方の枝がフローチューブのアクティブセクションであり、他方の枝がバランス構造であり、また、ハンドルが、フローチューブの非アクティブセクションであり、アクティブ構造をケースに接合している。この形態で、音叉の一方の枝に質量を加えると、その振動振幅が減少し、他方の振動振幅が増大する。もともと２つの枝とハンドルとの交点に形成されていたノードは、質量の増大された枝の方に再配置される。結果は、ハンドルが質量の低い方の枝と振動することになる。振動するハンドルが堅牢にクランピングされている場合、振動数は上昇するが、緩くクランピングされている場合、周波数は低くなる。これはフローメーターにとっての問題である。

図１に記載のフローメーターの場合、振動システムは、逆位相で振動する、バランス棒１０２と、アクティブ導管部分１０９とを備えている。バランス棒の端部１０２と導管１０１とは接続リング１０３、１０４によって結合されている。非アクティブチューブ部分１１０、１１０’は、接続リング１０３、１０４からケース端部１０７、１０８まで支え無しで延びている。これらの非アクティブチューブ部分は音叉のハンドルに相当する。非アクティブチューブ部分は、必要であり、また密度とともに振動振幅が変わることを可能とするソフトマウント（柔軟性を有するマウント（取付け部材））であるからである。しかしながら、非アクティブチューブ部分は、流体の密度が変わると、音叉のハンドルのように振動する。このことは望ましいことではない。というのは、この振動がケース１０３およびフランジ１０６の振動を引き起こす恐れがあるからである。ケース１０３およびフランジ１０６の振動振幅が、メーターを取り付ける構造体の剛性に依存しているので、未知の大きさの誤差が流量測定値に生じる場合がある。

従来の方法で振動振幅比を調節すると、振動構造体の軸線に位置する静止ノードが再配置されてしまうという従来のメーターのさらなる欠点を有している。これらのノード間の領域が導管の有効長（ａｃｔｉｖｅ ｌｅｎｇｔｈ）を規定している。この有効長は測定感度に影響を与える。これらのノードがケースの端部に向かって外方に再配置されると、有効長は増大する。もともと非アクティブであったチューブの部分が振動の一部として曲がると、この曲げ運動によってコリオリ加速度が流体に加えられることとなる。このさらなるコリオリ加速度により、フローメーターの感度が上がってしまうまたは下がってしまうことになる。メーターを配管に取り付けることにより付与される剛性によりさらなるコリオリ加速度の量が影響されてしまうので、ノードの再配置を補償する方法は皆無である。このノードの再配置により測定精度がさらに劣悪となる。

しかしながら、ノードの再配置の形態うちメーターの感度を変えないような形態が１つある。フローチューブの非アクティブ部分がそれらの軸線を中心とする回転に限定されている場合、ノードは流体のコリオリ加速度を変えることなく、軸線を上下に動かすことができる。というのは、いわゆる非アクティブなチューブの部分が流体にコリオリ加速度をもたらすためには曲がる必要があるからである。チューブが曲がらないということは、ノードが再配置されるにもかかわらず感度は変わらないということを意味する。しかしながら、今日まで、この原理がコリオリのフローメーターに利用されてこなかった。したがって、フローチューブがその軸線を中心として回転することが自由であるように当該フローチューブをそのケースと結合し、チューブの有効長さを実質的に変えないことができるシステムが当該技術分野において必要とされている。本発明により、この問題および他の問題が克服され、技術進歩が達成される。

本発明のある実施形態にかかる振動式フローメーターが提供されている。この振動式フローメーターはフロー導管を備えている。フロー導管は第一の端部および第二の端部を有している。振動式フローメーターは、フロー導管の少なくとも一部を取り囲むケースをさらに備えている。振動式フローメーターは第一のケースコネクトを備えている。第一のケースコネクトは、フロー導管の第一の端部と結合する第一の部分を有している。第一のケースコネクトは、第一の部分から半径方向に延び、第一の端部が導管軸線を中心として回転ようにケースと結合されている１つ以上の変形可能部材をさらに有している。

本発明のある実施形態にかかる振動式フローメーター用のケースコネクトが提供されている。かかるケースコネクトは、フロー導管の少なくとも一部と結合するように構成されている第一の部分を備えている。かかるケースコネクトは、１つ以上の変形可能部材をさらに備えている。これらの変形可能部材は、第一の部分から半径方向に延び、ケースと結合するように構成されている。

本発明のある実施形態にかかる振動式フローメーターのバランスを取るための方法が提供されている。このフローメーターは、第一の端部および第二の端部を有しているフロー導管と、このフロー導管の少なくとも一部を取り囲んでいるケースとを備えている。かかる方法は、第一のケースコネクトの第一の部分をフロー導管の第一の端部と結合するステップを有している。また、かかる方法は、第一の端部が導管軸線を中心として回転することができるように第一のケースコネクトの第一の部分から延びる１つ以上の変形可能部材をケースと結合するステップをさらに有している。

態様
本発明の１つの態様によれば、振動式フローメーターは、第一の端部および第二の端部を有しているフロー導管と、当該フロー導管の少なくとも一部分を取り囲んでいるケースと、第一のケースコネクトとを備えており、第一のケースコネクトは、フロー導管の第一の端部に結合されている第一の部分と、当該第一の部分から半径方向に延び、第一の端部が導管軸線を中心として回転することができるようにケースと結合されている１つ以上の変形可能部材とを有している。

好ましくは、フロー導管の第二の端部と結合されている第一の部分と、当該第一の部分から半径方向に延び、第二の端部が導管軸線を中心として回転することができるようにケースと結合されている１つ以上の変形可能部材とを有している第二のケースコネクトをさらに備えている。

好ましくは、振動式フローメーターは、導管および被駆動部材と結合されるベースをさらに備えており、導管および被駆動部材の運動のバランスを取るために、ベースが、実質的に静止状態、導管と実質的に同調して運動している状態、または被駆動部材と実質的に同調して運動している状態の間で切り替わるように構成されている。

好ましくは、振動式フローメーターは、ベースを導管の端部と結合する一対のコネクターと、導管と結合されている一対のフランジとをさらに備えており、第一のケースコネクトおよび第二のケースコネクトがフランジとコネクターとの間で導管を支えるよう構成されている。

好ましくは、１つ以上の変形可能部材は、当該変形可能部材の平面に対して平行な方向およびフロー導管の回転軸線に対して平行な方向のフロー導管の運動を制限するものの、回転軸線を中心とするフロー導管の回転は可能とするように構成されている。

好ましくは、１つ以上の変形可能部材は、互いに角度αだけ分離され 当該角度αが１８０度未満である。

好ましくは、第一の部分は、フロー導管の端部の少なくとも一部を受けるように構成されている中央ハブを構成している。

本発明の他の態様によれば、振動式フローメーター用のケースコネクトは、フロー導管の少なくとも一部と結合するように構成されている第一の部分と、当該第一の部分から半径方法に延び、ケースと結合するように構成されている１つ以上の変形可能部材とを備えている。

好ましくは、１つ以上の変形可能部材は、互いに角度αだけ分離され 当該角度αが１８０度未満である。

好ましくは、１つ以上の変形可能部材のうちの１つの変形可能部材は、当該変形可能部材の平面内での運動に対して抵抗し、当該平面に対して垂直な方向の運動時には部分的に変形するように構成されている。

好ましくは、第一の部分は、フロー導管の端部の少なくとも一部を受けるように構成されている中央ハブを構成している。

本発明の他の態様によれば、第一の端部および第二の端部を有するフロー導管と、当該フロー導管の少なくとも一部を取り囲んでいるケースとを備えている振動式フローメーターのバランスを取るための方法は、第一のケースコネクトの第一の部分をフロー導管の第一の端部と結合するステップと、第一のケースコネクトの第一の部分から延びる１つ以上の変形可能部材を、第一の端部が導管軸線を中心として回転することができるようにケースと結合するステップとを有している。

好ましくは、かかる方法は、第二のケースコネクトの第一の部分をフロー導管の第二の端部と結合するステップと、第二のケースコネクトの第一の部分から延びている１つ以上の変形可能部材を、第二の端部が導管軸線を中心として回転することができるようにケースと結合するステップとを有している。

好ましくは、かかる方法は、ベースを導管および被駆動部材と結合するステップをさらに有しており、導管および被駆動部材の運動のバランスを取るために、ベースが、実質的に静止状態、導管と実質的に同調して運動している状態、または被駆動部材と実質的に同調して運動している状態との間で切り替わる。

好ましくは、かかる方法は、一対のコネクターを用いて、ベースを第一の端部および第二の端部と結合するステップと、一対のフランジを、第一のケースコネクトおよび第二のケースコネクトが導管をフランジとコネクターとの間で支えるように導管と結合するステップとを有している。

好ましくは、かかる方法は、第一のケースコネクトを用いて、変形可能部材の平面に対して平行な方向およびフロー導管の回転軸線に対して平行な方向に沿ったフロー導管の運動を制限するものの、回転軸線を中心としたフロー導管の回転を可能とするステップをさらに有している。

好ましくは、１つ以上の変形可能部材は、互いに角度αだけ分離されており 当該角度αが１８０度未満である。

好ましくは、第一の部分は、フロー導管の端部の少なくとも一部を受けるように構成されている中央ハブを構成している。

従来のシングルフローチューブ型フローメーターを示す図である。 本発明のある実施形態にかかるフローメーターを示す部分断面図である。 本発明のある実施形態にかかるケースコネクトを示す拡大図である。 本発明の他の実施形態にかかるケースコネクトが示されている。

図２〜図４および下記の記載には、本発明を最良のモードで作成および利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するため、従来技術の一部が単純化または省略されている。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、下記の記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて本発明の複数の変形例を形成することもできる。したがって、本発明は、下記に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。

図２は、本発明のある実施形態にかかるフローメーター２０５を示す部分断面図である。図示されている振動式フローメーター２０５は、センサー組立体２０６とバランス構造体２０８とを備えたコリオリフローメーターの形態を有している。１つ以上の電子機器２０７が、リード線１１０、１１１、１１１’を介して、センサー組立体２０６へ接続され、たとえば密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定するようになっている。メーター電子機器２０７は、リード線２６を介して、ユーザーまたは他のプロセッサーに情報を送信することができる。

センサー組立体２０６は、流路を形成して流動物質を受け取るための導管２１０を有している。図示されているように、導管２１０は、湾曲していてもよいし、または、直線形状もしくは異形形状の如き他の形状を有していてもよい。センサー組立体２０６が流動物質を運んでいる配管システムの中に挿入されると、この物質は、流入口フランジ（図示せず）からセンサー組立体２０６の中に流入し、次いで、導管２１０を流れ、この導管において、流動物質の特性が測定される。この後、流動物質は、導管２１０から流出し、流出口フランジ（図示せず）を通り抜ける。当業者にとって明らかなように、さまざまな適切な手段を介して、図１に示されているフランジ１０６の如きフランジに導管２１０を接続することができる。本実施形態では、導管２１０には、おおむねコネクター２７０、２７１から延出し、外側末端部でフランジに接続する端部２１１、２１２が設けられている。

本実施形態にかかるセンサー組立体２０６は少なくとも１つのドライバー２２０を備えている。ドライバー２２０は、バランス構造体２０８の被駆動部材２５０に接続されている第一の部分と、導管２１０に接続されている第二の部分とを有している。第一の部分および第二の部分は、それぞれ、たとえばドライブコイルおよびドライブ駆動マグネットに相当しうる。本実施形態では、ドライバー２２０は被駆動部材２５０および導管２１０を逆位相で振動させることが好ましい。図３に示されているように、被駆動部材２５０および導管２１０は、コネクター２７０、２７１により部分的に規定される曲げ軸線を中心として振動されることが好ましい。本発明の実施形態によれば、曲げ軸線Ｘは、流入口−流出口導管軸線に相当する。被駆動部材２５０は、基盤２６０から曲がるので、固定した曲げ軸線を有していない。ドライバー２２０は、限定するわけではないがたとえば圧電素子構成または電磁気コイル／マグネット構成を含む複数の周知の構成うちの１つの構成を有しうる。

図２に示されているように、センサー組立体２０６は、少なくとも１つのピックオフを有しており、本実施形態では、センサー組立体２０６には一対のピックオフ２３０、２３１が設けられていることが示されている。本実施形態の１つの態様によれば、ピックオフ２３０、２３１は導管２１０の運動を測定するものである。本実施形態では、ピックオフ２３０、２３１は、それぞれ対応するピックオフアーム２８０、２８１に位置する第一の部分と、導管２１０に位置する第二の部分とを有している。ピックオフは、限定するわけではないがたとえば圧電素子構成、容量素子構成または電磁気コイル／マグネット構成を含む複数の周知の構成のうちの１つの構成であってもよい。したがって、ドライバー２２０のように、ピックオフの第一の部分がピックオフコイルであり、ピックオフの第二の部分がピックオフマグネットであってもよい。当業者にとって明らかなように、導管２１０の運動は、導管１０３Ａ、１０３Ｂを流れる物質のたとえば質量流量または密度を含む流動物質のなんらかの特性に関連している。

また、当業者にとって明らかなように、１つ以上の電子機器２０７は、ピックオフ２３０、２３１からピックオフ信号を受信し、ドライバー２２０へドライブ信号を送信するようになしてある。１つ以上の電子機器２０７は、たとえば密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定することができる。また、１つ以上の電子機器２０７は、たとえば１つ以上の温度センサー（図示せず）および１つ以上の圧力センサー（図示せず）から１つ以上の他の信号を受信し、この情報を用いて流動物質の特性を測定するようになしてあってもよい。当業者にとって明らかなように、センサーの数およびタイプは測定される個々の特性に応じて異なるものである。

図２に示されているように、センサー組立体２０６はケース３００をさらに備えていてもよい。ケース３００を設けてフロー導管２１０の少なくとも１部を取り囲み、保護することができる。また、センサー組立体２０６は、ケースコネクト２９０、２９０’をさらに備えていてもよい。ケースコネクト２９０、２９０’を設けてケース３００をフロー導管２０５と結合させることができる。図示されているケースコネクト２９０、２９０’は、導管２１０と合されている第一の部分２９５、２９５’と、ケース３００と結合されている第二の部分２９６、２９６’とを有している。図示されているように、ケースコネクト２９０、２９０’は、フランジとコネクター２７０、２７１との間で導管２１０を支持する唯一の構造体であることが好ましい。ケースコネクト２９０、２９０’がフローメーター２０５との関連で示されているが、ケースコネクト２９０、２９０’は、図２に示されているバランス構造体２０８を欠いた従来のフローメーターに導入されてもよい。たとえば、ケースコネクト２９０、２９０’が図１に示されている従来のフローメーター１００に導入されてもよい。

本実施形態の１つの態様によれば、ケースコネクト２９０、２９０’は、軸方向の運動および横軸方向の運動に対しては剛性を示すがねじれ運動に対しては柔軟性を示す振動システムを支えるように構成されていることが好ましい。したがって、本発明のある実施形態によれば、ケースコネクト２９０、２９０’は実質的にフロー導管の有効長さを保持することができる。このことは、たとえば導管２１０の端部２１１、２１２の軸線に対して半径方向に延びる変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’をケースコネクト２９０、２９０’に設けることにより達成されてもよい。図示されている実施形態では３つの変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’が設けられているものの、いうまでもなくいかなる数の変形可能部材が用いられてもよい。どのような数の変形可能部材が用いられるかにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’はいかなる方法で導管２１０と結合されてもよい。たとえば、図示されている実施形態のように、中央ハブ２９５、２９５’を構成しうる第一の部分２９５、２９５’が導管２１０と結合されるようになっていてもよい。本発明のある実施形態によれば、中央ハブ２９５、２９５’はフロー導管２１０の少なくとも一部を受けるように構成されていてもよい。さらに具体的にいえば、中央ハブ２９５、２９５’はフロー導管２１０の端部２１１、２１２を受けるように構成されていてもよい。

並進運動には剛性を示しがねじれ運動には柔軟性を示すケースコネクト２９０、２９０’のカップリング（結合）は少なくとも２つの機能を提供することになる。まず、端部２１１、２１２をねじれ運動に制限することによって、ケースコネクト２９０、２９０’はノードを軸端部（ｅｎｄ ｐｏｒｔｉｏｎ ａｘｅｓ）に拘束する。ノードは軸端部上で移動することが可能であるが、ケースコネクトにより、チューブ端部の運動は軸線を中心とした回転に制限される。したがって、ケースコネクトにより、ノードの移動に関連する測定誤差が抑制される。次に、端部２１１、２１２の自由回転を可能とすることにより、振動構造体がねじれに対しては非常に柔軟に支えられることとなる。ねじれに対して柔軟な取り付けとすることにより、導管２１０とバランス構造体２０８との振幅比が流体密度に応じて変わることが可能となり、また、本発明にかかる自己バランス機能を実現することができるようになる。これらの２つの特徴を組み合わせると、流体密度の変動にもかかわらず、フロー導管の有効長さが保持されるように作用する。以下で、ケースコネクト２９０、２９０’の作用についてより詳細に説明する。

図３は、本発明のある実施形態による、フローチューブ２１０と結合されているケースコネクト２９０およびケース３００を示す拡大図である。下記の説明はケースコネクト２９０に制限されているが、いうまでもなくケースコネクト２９０’も同一の原理に従って作用するので、ケースコネクト２９０’の作用についてのさらなる説明は省略する。図面を分かり易くするために、フローメーター２０５の構成要素のうちの一部が図３から取り除かれている。たとえば、コネクター２７０およびバランス構造体２０８が図３には示されていない。また、使用時には、導管２１０の端部２１１がケース３００およびケースコネクト２９０から図示されているよりもさらに延出していてもよいことはいうまでもない。図面が簡略化されているが、使用時には、図２には示されているが図３および図４には示されていない構成要素が通常含まれていることはいうまでもない。さらに、図３および図４には、ケースコネクト２９０と結合されている導管２１０およびケース３００の一部だけしか示されていない。いうまでもなく、図２に示されているように、使用時には、ケース３００は振動フローチューブ２１０の実質的に全体を取り囲むようになっていてもよい。理解することができるように、ケースコネクト２９０は、フローチューブ２１０、もっと具体的にいえばフローチューブ２１０の端部２１１をケース３００と結合させている。有利には、ケースコネクト２９０は、１つ以上の変形可能部材２９２、２９３、２９４を用いて、フローチューブ２１０をケース３００に対して所望の位置に保持するようになっている。

本発明のある実施形態によれば、ケースコネクト２９０の第一の部分２９５は、フロー導管２１０の少なくとも一部を受けるように構成されている。さらに具体的にいえば、第一の部分２９５は、フロー導管２１０の端部２１１の少なくとも一部を受けるように構成されている。第一の部分２９５は、限定するわけではないがたとえばろう付け、ボンディング、溶接、接着剤、メカニカルファスナーなどを含むさまざまな方法で端部２１１と結合されるようになっていてもよい。図示されている実施形態では、第一の部分２９５は中央ハブ２９５であるが、いうまでもなく他の形態も考えられている。たとえば、実施形態によっては、変形可能部材２９２、２９３、２９４が端部２１１と直接に結合され、変形可能部材２９２、２９３、２９４の端部が第一の部分２９５を構成している場合もある。第一の部分２９５が中央ハブ２９５を構成している実施形態では、中央ハブ２９５は、端部２１１の少なくとも一部を受けるように構成されている開口部３４１を有しうる。

図３に示されている実施形態では、各変形可能部材２９２、２９３、２９４は隣の変形可能部材２９２、２９３、２９４から角度αだけ分離されている。いうまでもなく、角度αは、図２に示されているように約９０度であってもよいし、図３および図４に示されているように９０度以外の角度であってもよい。どのような角度αが選択されるかは、個々のケースコネクト２９０に設けられる変形可能部材の数にも依存しうる。したがって、いうまでもなく、変形可能部材２９２、２９３、２９４をどのような角度αで分離するかにより、本発明の技術範囲が制限されるべきではない。しかしながら、いうまでもなく、角度αが約１８０度であり、かつケースコネクト２９０が１または二つの変形可能部材しか有していない場合、並進運動を制限する変形可能部材の能力が著しく低下されてしまうる恐れがある。その理由は、２つの変形可能部材だけが両側に設けられているような場合には、回転のみが、両方の変形可能部材を含む平面に対して垂直でありうる運動の種類ではないからである。もっと正確にいえば、フロー導管２１０が著しく動いてしまう恐れがあり、このことにより、不都合なほどに端部が湾曲してしまい、フローメーターの精度を害してしまう恐れがある。変形可能部材の向きは、並進運動が測定結果に影響を与えるか否かを判断する際に重要である。たとえば、図２に示されている実施形態では、変形可能部材２９３が取り除かれれば、端部２１１は自由に垂直方向に動きうる。というのは、変形可能部材２９２、２９４の両方の平面が実質的に並列となっているからである。したがって、チューブ端部２１１、２１２は鉛直面内で湾曲し、流体にさらなるコリオリ力を加えることが可能である。しかしながら、この鉛直方向の運動はメーターの測定結果に対して影響を与えない場合もある。というのは、ピックオフセンサー２３０、２３１がこの方向の運動を測定しないからである。それとは対照的に、図２に示されているケースコネクト２９０が約９０度回転し、変形可能部材２９３が取り除かれているような場合、平行な変形可能部材２９２、２９４は、チューブ端部２１１、２１２が水平面内で湾曲できるようになることを可能とする。ピックオフセンサー２３０、２３１がこの方向の運動を測定するので、チューブ端部２１１、２１２の水平方向の並進運動は、さらなるコリオリ力の生成によりメーター精度に影響を与える恐れがある。しかしながら、第三の変形可能部材２９３が設けられると、この水平方向の運動を実質的に排除することができる。それとは対照的に、変形可能部材２９２、２９４が１８０度未満の角度で分離されている図３および図４に示されている構成の場合には、第三の変形可能部材２９３を取り除いても、ケースコネクト２９０がその機能を保持することが可能である。

本発明のある実施形態によれば、中央ハブ２９５がフロー導管２１０と結合され、変形可能部材２９２、２９３、２９４が中央ハブ２９５から延び、ケース３００と結合されている場合、フロー導管２１０を、ケース３００に対して適切な位置にしっかりと保持することができる。というのは、単一の変形可能部材は、導管２１０の端部２１１が当該変形可能部材の平面と平行に移動することを実質的に防止することができるからである。その理由は、このような運動が変形可能部材に伸ばされることまたは圧縮されることを必要とするからである。説明のため、たとえば図３において実質的に鉛直方向に設けられ、かつ端部２１１まで延びている平面３４０を有している変形可能部材２９３について考える。変形可能部材２９３は、端部２１１が図３に示されているような鉛直方向に動くのを実質的に防止することができる。というのは、下方向きの運動は変形可能部材２９３が圧縮されることを必要とし、上方向きの運動は変形可能部材２９３が伸ばされることを必要とするからである。通常、フロー導管２１０の端部２１１、２１２に加えられる力は変形可能部材の強度に打ち勝って変形可能部材を伸ばすまたは圧縮するほどは大きくはない。いうまでもなく、上述の個々の方向が図３に示されている方向に対応しているので、「上方」「下方」の向きの適用可能性は設置された時点のフローメーターの個々の向きによって異なることになる。

それに加えて、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’は、端部２１１、２１２が当該端部２１１、２１２の軸方向に沿って動くことを実質的に防止することができる。この方向の運動は、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’とケース３００との間、または導管２１０と中央ハブ２９５、２９５’との間、または中央ハブ２９５、２９５’と変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’との間の結合力に打ち勝つ必要があると考えられる。実施形態によっては、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’が摩擦によって保持されている場合もあるが、他の実施形態では、ケースコネクト２９０、２９０’が、ろう付け、ボンディング、溶接、接着剤、メカニカルコネクターなどの如きさらなる方法を用いて結合されている場合もある。したがって、これらの実施形態では、導管２１０が端部２１１、２１２の軸方向に運動するために、すなわち、軸線Ｘに対して平行にかつ変形可能部材２９２、２９２’２９３、２９３’、２９４、２９４’の平面に対しても平行に運動するために、ケースコネクト２９０、２９０’を端部２１１、２１２およびケース３００と結合する力に打ち勝つことができる力が必要となる。フローメーター２０５が受ける振動力はこれらの結合力に打ち勝つほど十分に大きな力ではないことが多い。

１つ以上の変形可能部材が第一の変形可能部材からある角度で設けられている場合も、同様に、追加された変形可能部材は、導管２１０が追加された変形可能部材の平面に対して平行に運動することを実質的に防止することができる。したがって、導管２１０は、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’の平面に対して平行に運動することから実質的に防止されている。さらに、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’は、導管２１０が当該導管２１０の軸方向に運動することを実質的に防止することができる。しかしながら、導管２１０は、変形可能部材に対して垂直方向に自由に運動すること、すなわち導管の軸線Ｘを中心として回転することが自由にできるようになっている。このことは、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’の弾力性により可能となっている。このことが図４にはさらに示されている。

図４は、本発明のある実施形態にかかるケースコネクト２９０を示す拡大図である。図示されている実施形態では、フロー導管２１０の端部２１１は反時計方向に向かって回転している。分かり易いように、回転量は著しく誇張されている。中央ハブが端部２１１に結合されているので、中央ハブもまた回転している。たとえばこの回転は流体密度の変化に起因するものである。変形可能部材２９２、２９３、２９４が中央ハブ２９５とケース３００とに結合されているので、変形可能部材２９２、２９３、２９４は、中央ハブ２９５の回転により部分的に変形されている。本発明のある実施形態によれば、変形可能部材２９２、２９３、２９４はたとえば薄い金属シートから形成されていてもよい。このことは、変形可能部材の平面に沿った十分な強さを提供するとともに、フロー導管２１０の端部２１１を回転可能とするための十分な柔軟性を提供することを可能とする。いうまでもなく、変形可能部材２９２、２９３、２９４をなんらかのポリマーの如き他の材料から形成してもよい。当業者にとって他の適切な材料が明らかであるので、どのような具体例が提供されるかということにより本発明の技術範囲が制限されるべきではない。いうまでもなく、端部２１１、２１２、および第一の部分である中央ハブ２９５、２９５’が元の位置に戻ったときに元の形状に戻るように、変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’を弾力性を有するように形成することができる。この弾性変形により、変形可能部材２９２、２９２’２９３、２９３’、２９４、２９４’は、中央ハブ２９５、２９５’、ひいてはフロー導管２１０をいずれの方向にでも回転可能とすることができる。

変形可能部材２９２、２９３、２９４の変形は複数の利点を有している。１つの利点は、フロー導管２１０の端部２１１がたとえば流体密度の変化に起因して回転しうるということである。本発明のある実施形態によれば、フローメーター２０５は、フロー導管２１０とバランス構造体２０８とのジャンクションにノードが位置し、流体密度が約１ｇ／ｃｍ^３であるように構成されてもよい。もともとバランスが取られたものよりも高い密度の流体がフロー導管２１０を流れる場合、導管の振動振幅が減少し、バランス構造体２０８の振動振幅が増大することになる。これらの振動振幅の変化により、フローメーター２０５は、流体密度の変化にもかかわらずバランスを保たれたままでいることが可能となる。このような状況では、端部２１１、２１２はバランス構造体２０８とともに回転し、ノードは端部２１１、２１２の軸線に沿って移動することとなる。従来のフローメーターでは、端部が湾曲することが可能なので、ノードの再配置により測定誤差が引き起こされていた。しかしながら、本発明では、ノードの再配置により測定誤差が引き起こされることはない。というのは、端部２１１、２１２の運動が正真正銘の回転運動に制限されているからである。本発明のある実施形態によれば、このノードの運動がフロー導管の有効長さに影響を与えることはない。というのは、導管２１０のその軸線を中心とした正真正銘の回転がコリオリ力を生じることはないからである。それに対して、流体密度が低くなれば、フロー導管の振動振幅が増大し、バランス構造体の振動振幅が減少して、メーターバランスがもう一度回復されることになる。この状況では、端部２１１、２１２はバランス構造体２０８ではなくフロー導管２１０とともに回転することになる。

したがって、いうまでもなく、ケースコネクト２９０、２９０’が、フロー導管２１０の端部２１１、２１２の運動を軸線Ｘを中心とする回転に制限することができる。この運動の制限は、ケースコネクト２９０、２９０’により提供される回転に対して柔軟性を示す取り付け条件によって提供されている。フロー導管２１０およびバランス構造体２０８が自己バランスにより振幅比を調節するためには、それらは、高い柔軟性を有する取り付け（ソフトマウント）により浮遊した状態に置かれる必要がある。従来のソフトマウントは運動を、本発明のようには回転運動に制限していなかった。したがって、ノードの再配置によりメーターの性能が影響を受けた。本発明によれば、フロー導管２１０のアクティブな部分およびバランス構造体２０８は、流体密度が約１ｇ／ｃｍ^３の状態で、振動する構造体が実質的にすべての並進方向にバランスが取られているように設計されている。流体密度が変わったとき、並進力は小さく、運動は変形可能部材２９２、２９２’、２９３、２９３’、２９４、２９４’を通じてケース３００の質量によって容易に抑制される。密度を変えることにより生じるその他の重要な運動は端部２１１、２１２の回転である。端部２１１、２１２もフランジ（図示せず）に結合されている。したがって、端部２１１、２１２は、フロー導管２１０のアクティブ部分からフランジ面まで延びる長いねじれバネを構成している。このバネの長さは、振動する構造体が実質的に自己バランスを取るための十分な柔軟性を有している取付け構造体を実現している。また、その長さは、比較的小さなトルクを振動する導管２１０からフランジへ伝達することを可能としている。

上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。もっと正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成要素をさまざまに組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を作成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内および教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲および教示範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。

以上のように、本発明の特定の実施形態または具体例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変形が可能である。本明細書に記載の教示を上述のかつそれに対応する図に記載の実施形態のみでなく他の振動式フローメーターにも適用することができる。したがって、本発明の技術範囲は下記の請求項によって決められる。

Claims (18)

1. 振動式フローメーター（２０５）であって、
   第一の端部（２１１）および第二の端部（２１２）を有しているフロー導管（２１０）と、
   前記フロー導管（２１０）の少なくとも一部分を取り囲んでいるケース（３００）と、
   第一のケースコネクト（２９０）とを備えており、
   前記第一のケースコネクトが、前記フロー導管（２１０）の前記第一の端部（２１１）と結合されている第一の部分（２９５）と、前記第一の部分（２９５）から半径方向に延び、前記第一の端部（２１１）が導管軸線（Ｘ）を中心として回転することができるように前記ケース（３００）と結合されている１つ以上の変形可能部材（２９２、２９３、２９４）とを有してなる、振動式フローメーター（２０５）。
2. 前記フロー導管（２１０）の前記第二の端部（２１２）と結合されている第一の部分（２９５’）と、前記第一の部分（２９５’）から半径方向に延び、前記第二の端部（２１２）が導管軸線（Ｘ）を中心として回転することができるようにケース（３００）と結合されている１つ以上の変形可能部材（２９２’、２９３’、２９４’）とを有している第二のケースコネクト（２９０’）をさらに備えてなる、請求項１に記載の振動式フローメーター（２０５）。
3. 前記導管（２１０）および被駆動部材（２５０）と結合されるベース（２６０）をさらに備えており、前記導管（２１０）および前記被駆動部材（２５０）の運動のバランスを取るため、前記ベース（２６０）が、実質的に静止状態、前記導管と実質的に同調して運動している状態、または前記被駆動部材（２５０）と実質的に同調して運動している状態の間で切り替わるように構成されてなる、請求項２に記載の振動式フローメーター（２０５）。
4. 前記ベース（２６０）を前記導管（２１０）の前記端部（２１１、２１２）と結合する一対のコネクター（２７０、２７１）と、前記導管（２１０）と結合される一対のフランジ（１０６）とをさらに備えており、前記第一のケースコネクト（２９０）および前記第二のケースコネクト（２９０’）が前記フランジ（１０６）と前記コネクター（２７０、２７１）との間で前記導管（２１０）を支えるよう構成されてなる、請求項３に記載の振動式フローメーター（２０５）。
5. 前記１つ以上の変形可能部材（２９２、２９３、２９４）が、該変形可能部材（２９２、２９３、２９４）の平面に対して平行な方向および前記フロー導管（２１０）の回転軸線（Ｘ）に対して平行な方向に沿った前記フロー導管（２１０）の運動は制限するものの、前記回転軸線（Ｘ）を中心とした前記フロー導管（２１０）の回転は可能とするように構成されてなる、請求項１に記載の振動式フローメーター（２０５）。
6. 前記１つ以上の変形可能部材（２９２、２９３、２９４）が、互いに角度αだけ分離され 該角度αが１８０度未満である、請求項１に記載の振動式フローメーター（２０５）。
7. 前記第一の部分（２９５）が、前記フロー導管（２１０）の前記端部（２１１）の少なくとも一部を受けるように構成されている中央ハブを構成してなる、請求項１に記載の振動式フローメーター（２０５）。
8. 振動式フローメーター（２１０）用のケースコネクト（２９０）であって、
   フロー導管の少なくとも一部と結合するように構成されている第一の部分（２９５）と、
   前記第一の部分（２９５）から半径方法に延び、ケース（３００）と結合するように構成されている１つ以上の変形可能部材（２９２、２９３、２９４）と
   を備えてなる、ケースコネクト（２９０）。
9. 前記１つ以上の変形可能部材（２９２、２９３、２９４）が、互いに角度αだけ分離され、該角度αが１８０度未満である、請求項８に記載のケースコネクト（２９０）。
10. 前記１つ以上の変形可能部材のうちの１つの変形可能部材が、該変形可能部材の平面内での運動に対して抵抗し、該平面に対して垂直な方向の運動時には部分的に変形するように構成されてなる、請求項８に記載のケースコネクト（２９０）。
11. 前記第一の部分（２９５）が、前記フロー導管（２１０）の前記端部（２１１）の少なくとも一部を受けるように構成されている中央ハブを構成してなる、請求項８に記載のケースコネクト（２９０）。
12. 第一の端部および第二の端部を有しているフロー導管と、該フロー導管の少なくとも一部を取り囲んでいるケースとを備えている振動式フローメーターのバランスを取る方法であって、
    第一のケースコネクトの第一の部分を前記フロー導管の前記第一の端部と結合するステップと、
    前記第一のケースコネクトの第一の部分から延びる１つ以上の変形可能部材を、前記第一の端部が導管軸線を中心として回転することができるように前記ケースと結合するステップと
    を有する、方法。
13. 第二のケースコネクトの第一の部分を前記フロー導管の前記第二の端部と結合するステップと、前記第二のケースコネクトの第一の部分から延びている１つ以上の変形可能部材を、前記第二の端部が前記導管軸線を中心として回転することができるように前記ケースと結合するステップとを有する、請求項１２に記載の方法。
14. ベースを前記導管および被駆動部材と結合するステップをさらに有しており、前記導管および前記被駆動部材の運動のバランスを取るため、前記ベースが、実質的に静止状態、前記導管と実質的に同調して運動している状態、または前記被駆動部材と実質的に同調して運動している状態の間で切り替わる、請求項１３に記載の方法。
15. 一対のコネクターを用いて、前記ベースを前記第一の端部および前記第二の端部と結合するステップと、一対のフランジを、前記第一のケースコネクトおよび前記第二のケースコネクトが前記導管を前記フランジと前記コネクターとの間で支えるように、前記導管と結合するステップとを有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第一のケースコネクトを用いて、前記変形可能部材の平面に対して平行な方向および前記フロー導管の回転軸線に対して平行な方向に沿った前記フロー導管の運動は制限するものの、前記回転軸線を中心として前記フロー導管が回転することは可能とするステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
17. 前記１つ以上の変形可能部材が、互いに角度αだけ分離され 該角度αが１８０度未満である、請求項１２に記載の方法。
18. 前記第一の部分が、前記フロー導管の前記端部の少なくとも一部を受けるように構成されている中央ハブを有する、請求項１２に記載の方法。

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