JP2013519878A - コリオリ式質量流量センサの製造方法及び温度較正方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2010年2月12日に出願された、Alan M. Young、Jianren Lin、Claus W.Knudsenによる米国仮特許出願第61/304,228号(「METHODS OF MANUFACTURING AND TEMPERATURE CALIBRATING A CORIOLIS MASS FLOW RATE SENSOR」)の優先権の利益を主張するものであり、その内容全体を本明細書に援用する。
コリオリ質量流量計を使用して、パイプラインを流れる流体の質量流量(ならびに他の特性)を測定可能であることが周知である。従来のコリオリ式流量計は、制御下で振動して、その中を流れる流体質量流量に対応したコリオリ偏差(またはこのような偏差が管(単数または複数)に対しておよぼす作用)をセンサにより測定可能にされた1本または2本の管を含む、さまざまな構成を採用している。米国特許第7,127,815号B2明細書(第2欄、第5〜25行目)に説明されているように、コリオリ式流量計の従来技術の多くが金属製のフローチューブを流量の検出を可能とする流量検知用要素として用いることを念頭においているが、従来技術では金属に代えてプラスチックを使用し得ることも示唆されている。’815特許には、「流量計をプラスチックで作ることができるという主張だけでは、金属をプラスチックに置き換えられるという抽象論にすぎない。そこでは、動作条件の有効範囲で正確な情報を生成するために、いかにしてプラスチック製の流量計を製造できるかについては教示していない」と述べられている。米国特許第6,776,053号B2明細書(第1欄、第58〜68行目ならびに第2欄、第1〜10行目)にも、同様の記述が見られる。
本発明の一面は、機械的な接合部または接着剤を用いずに、好適な実装用の基部(またはマニホルド)に一体に接続された基部と同一材料でできた流量検知用要素(単数または複数)を有することで、振動している流量検知用要素に対しても揺るぎない固定を維持できる境界条件を得られるという、弾性高分子材料からのコリオリ式流量計の製造方法を提供することにある。
図面(図)及び以下の説明は、特定の実施形態について単に例示的に説明するものである。本明細書に記載の原理から逸脱することなく、本明細書に示す構造及び方法の別の実施形態を利用してもよいことは、当業者であれば、下記の説明から容易に認識できるであろう。いくつかの実施形態については詳細には言及しておらず、その例を添付の図面に示してある。図中、同等または類似の参照符号を用いた部分はいずれも、同等または類似の機能を示し得る点に注意されたい。
[数1]
ωd=√(kd/m) (1)
式中、固有円振動数ωd=2πfd,fd=固有振動数(回転/秒)及びm=m要素+m流体であり、ばね定数kdが「ドライブ」または励振モードにある材料の弾性率に比例する。項m要素は、要流量検知用素520(または530)の有効質量、項m流体は、その流量検知用要素520内にある流体の質量を示す。金属合金(316Lステンレス鋼など)の場合、弾性率と、その温度による変動に関して十分な資料がある。しかしながら、これは弾性ポリマーには当てはまらない。ばね定数kの変動は、振動している流量検知用要素520及び530で弾性高分子材料のばね定数の温度による変動を適宜補償するのに必要であるが、資料としての記録がない。特に、補償を要する弾性率は、ツイスト(ねじれ)またはコリオリモードkcに対応するものである。しかしながら、式(1)から、以下の式を導くことが可能であり、
[数2]
kd=mωd 2 (2)
ツイスト(ねじれ)または「コリオリ」応答モードでは、以下のようになる。
[数3]
kc=mωc 2 (3)
式中、kcは弾性ポリマーの剪断弾性率(shear modulus)であり、以下の式に表されるように、ラメ定数μによってkdと関連し得る。
[数4]
kc=kd/2(1+μ)=mωd 2/2(1+μ) (4)
Claims (19)
- 各々が1つ以上の直線状の部分を有し、基部に一体に接続された2つの流量検知用部材を有する、コリオリ式流量計のサブアセンブリ構造を、弾性高分子材料から形成し、
前記2つの流量検知用部材の前記直線状の部分に沿って流路を形成し、
前記流路の入口を封止すること、
を含む、弾性高分子材料からコリオリ式流量計を製造するための方法。 - 前記流路の前記入口を封止することが、
弾性高分子材料を溶接または溶融して前記流路の前記入口に入れること、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記流路の前記入口を封止することが、
前記流路の入口を封止する前に、先端が丸いマンドレルを流路の長さ方向に沿って挿入して、前記弾性高分子材料が前記マンドレルの前記丸い先端に対して滑らかな表面を形成できるようにし、これによって前記流路の内側が塞がるのを防止すること、
をさらに含む、請求項2に記載の方法。 - 前記サブアセンブリを形成することが、
弾性高分子材料の1個のブロックから前記サブアセンブリ構造をコンピュータ数値制御(CNC)加工により得ること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記サブアセンブリを形成することが、
前記弾性高分子材料を用いて前記サブアセンブリ構造を射出成形すること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記2つの流量検知用部材の前記直線状の部分に沿って前記流路を形成することが、
前記2つの流量検知用部材の前記直線状の部分に沿ってドリル穿孔することで前記流路を形成すること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - コリオリ式流量計であって、
前記コリオリ式流量計に流体を流せるように構成された開口部を有する基部と、
各々が、1つ以上の直線状の部分と、前記流体を流すために前記直線状の部分に沿って形成された流路と、を有し、前記基部に一体に接続された、2つの流量検知用部材と、
各々が、前記2つの流量検知用部材の一方に固定的に取り付けられ、前記コリオリ式流量計を流れる前記流体によって誘導されるコリオリ力により前記2つの流量検知用部材に生じる相対運動に応答する信号を生成するよう構成された、2つのモーションセンサと、
前記2つのセンサと通信可能に接続され、かつ、前記信号を受信して、前記コリオリ式流量計を流れる前記流体の前記流量を示す出力情報を生成するよう構成された計測用電子機器と、を含み、
前記2つの流量検知用部材及び前記基部が、いずれも弾性高分子材料から形成される、
コリオリ式流量計。 - 前記2つの流量検知用部材の各々が矩形状U形部材を有し、前記矩形状U形部材の各々が、前記基部と平行な直線状の端部分と、前記基部の端部分に一体に接続された2本の直線状側脚部と、
を含む、請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 前記2つの流量検知用部材に振動に対する境界条件を充足させるよう構成された少なくとも1つの分離板をさらに含み、前記2つの流量検知用部材が、前記基部及び前記少なくとも1つの分離板と一体に接続され、前記2つの流量検知用部材、前記基部、前記少なくとも1つの分離板がいずれも、前記弾性高分子材料の1個のブロックから製造されたものである、
請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 前記2つの流量検知用部材が、実質的に同一であり、互いに平行である、
請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 前記2つのモーションセンサが、前記2つの流量検知用部材のうちの一方に固定的に取り付けられた磁石と、他方の流量検知用部材に固定的に取り付けられたコイルと、
を含む、請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 前記計測用電子機器と通信可能に接続され、かつ、前記2つの流量検知用部材の温度を測定して前記温度を前記計測用電子機器に送信するよう構成された温度センサをさらに含み、前記計測用電子機器がさらに、前記出力情報を生成する際に前記温度を明らかにするように構成される、
請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 前記2つの流量検知用部材の各々が、流量ゼロオフセットの大きさを最小限にするために前記流量検知用部材の慣性モーメントを独立してマニュアルで調節可能にするよう構成された構成要素を含む、
請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 前記構成要素がねじを含む、
請求項13に記載のコリオリ式流量計。 - 前記2つの流量検知用部材の各々が、前記2つの流量検知用部材のバランスを取るよう独立してマニュアルで調節可能にするための、重りの取り付けられたねじ切りロッドを含む、
請求項7に記載のコリオリ式流量計。 - 弾性材料により製造されたコリオリ式流量計を較正するための方法であって、
2つの流量検知用部材の流路を流れる流体によって誘導されるコリオリ力により前記コリオリ式流量計の2つの流量検知用部材で生じる相対運動を測定し、
前記2つの流量検知用部材の温度を測定し、
前記弾性材料と、前記2つの流量検知用部材の前記温度と、前記2つの流量検知用部材で生じる前記相対運動とに基づいて、前記流体の較正後流量を決定することを含む、
方法。 - 前記流体の前記較正後流量を決定することが、
前記温度に基づいて前記弾性材料の弾性率に比例する因子を決定し、
前記因子と、前記2つの流量検知用部材で生じる前記相対運動とに基づいて、前記較正後流量を決定することをさらに含む、
請求項16に記載の方法。 - 前記2つの流量検知用部材で生じる前記相対運動を測定することが、
前記2つの流量検知用部材の流路を流れる流体によって誘導される前記コリオリ力により前記2つの流量検知用部材で生じる前記相対運動の共鳴振動数を測定することをさらに含み、
前記流体の前記較正後流量を決定することが、前記弾性材料と、前記2つの流量検知用部材の前記温度と、前記共鳴振動数とに基づいて、前記流体の前記較正後流量を決定することをさらに含む、
請求項16に記載の方法。 - 前記較正後流量を決定することが、
前記共鳴振動数の二乗と前記温度との比を測定する因子を決定し、
前記因子と、前記2つの流量検知用部材で生じる前記相対運動とに基づいて、前記較正後流量を決定することをさらに含む、
請求項18に記載の方法。
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