JP2778833B2 - コリオリ効果質量流量計のブレースバーにおける応力を減少させるための装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、コリオリ効果質量流量計に関する。本発明
は更に、コリオリ効果質量流量計の流管における応力を
減少させるための方法及び装置に関する。より詳細に
は、本発明は、ブレースバーを備え、該ブレースバーに
隣接する流管の領域における応力を減少させる、コリオ
リ効果質量流量計に関する。

問題点 導管を通って流れる物質に関する質量流量及び他の情
報を測定するために、コリオリ効果質量流量計を使用す
ることは周知である。米国特許第4,491,025号（1985年
１月１日にJ.E.Smith et al.に発行された）、及び、19
82年２月11日にJ.E.Smithに発行された米国再発行特許
第31,450号の如き従来技術に開示されているように、上
述の流量計は、真直なあるいは湾曲した形態を有する、
１又はそれ以上の流管を備えている。コリオリ効果質量
流量計の各々の流管の形態は、単純な曲げ、ねじり、あ
るいは、これらが組み合わされたタイプとすることので
きる、一組の固有振動モードを有している。入口側の隣
接するパイプラインから流量計の中に入る流体の流れ
は、流管又はチューブに導かれ、その後、流量計の出口
側を通って流量計から出る。流体が充填され振動してい
る系すなわちシステムの固有振動モードは、流管の質量
及び該流管の中の流体の質量を合計した質量によって、
部分的に決定される。各々の流管は、上述の固有モード
の中の１つに共鳴して振動するように駆動される。

流量計を通る流れが全く無い場合には、流管に沿う総
ての点は、与えられた駆動力すなわちドライバの力によ
って、同じ位相で振動する。流体が流れ始めると、コリ
オリの加速度によって、流管に沿う各々の点は異なる位
相を有することになる。流管の入口側の位相は、ドライ
バから遅れ、一方、出口側の位相は、ドライバに先行す
る。複数のセンサを流管に設けて、流管の運動を表す複
数の正弦波信号を発生させることができる。２つの信号
の間の位相差は、流管を通る質量流量に比例する。その
ような測定における面倒なファクタは、一般的なプロセ
ス流体の密度が変化することである。密度の変化は、固
有のモードの変化を生じさせる。流量計の制御装置は共
鳴を維持するので、これに応じて振動周波数が変化す
る。この状態に起ける流量は、位相差おび振動周波数の
比に比例する。

米国再発行特許第31,450号は、位相差及び振動周波数
を測定する必要性を排除した、コリオリ流量計を開示し
ている。位相差は、２つの正弦波信号の平面交差の間の
時間遅延を測定することにより、決定される。この方法
を用いた場合には、振動周波数の変動が相殺され、質量
流量は、測定された時間遅延に比例する。この測定方法
は、以下においては、時間遅延測定と称する。

コリオリ流量計の複数の対の流管を駆動し、これによ
り、これら流管が、振動の固有モード、あるいは、固有
周波数の調波周波数において、180゜の位相外れで互い
に振動するようにすることは周知である。上記駆動され
る振動は、「位相外れ」振動と名付けられる。コリオリ
流量計の上記複数の対のチューブも、振動の固有モード
を有しており、そのような振動の固有モードにおいて
は、上記チューブは、互いに同位相で運動する。そのよ
うな振動は、同位相振動と呼ばれている。同位相振動
は、コリオリ流量計においては有用ではないが、ある条
件においては、例えば、そのような流量計が取り付けら
れているパイプラインの振動、あるいは、流体圧力の脈
動によって、励起されることがある。コリオリ流量計
が、ブレースバーを持たない場合には、同位相振動及び
位相外れ振動は必然的に、同じ枢動点を有し、従ってほ
ぼ同じ周波数を有することになる。そのような同位相振
動の振幅が、位相外れ振動に加えられる。そのような振
動の結合は望ましくなく、その理由は、そのような結合
は、２つのモードの間にうなり周波数を生ずることがあ
り、流管の位相外れ振動に起因する効果を補償すること
を必要とするので、質量流量の計算を複雑にするからで
ある。別の問題は、ブレースバーが無い場合には、両方
のタイプの振動（同位相振動及び位相外れ振動）が、流
管をコリオリ流量計のマニホールドに取り付けている溶
接ジョイントを通る軸線の周囲で、流管を枢動させるこ
とである。やがて、同位相振動及び信号発生手段の合計
すなわち結合により生ずる応力は、溶接されたジョイン
トを弱め、結局は、そのようなジョイントを破断させ
る。

ブレースバーは、上述の問題を解消するために、コリ
オリ流量計に使用される。一般に、ブレースバーは、２
つの流管のドライバ位置とこれら流管をマニホールドに
取り付ける溶接されたジョイントとの間の点において、
上記流管に取り付けられる。別のブレースバーが、流管
の入口側及び出口側において、流管に取り付けられ、こ
れら流管の位置を互いに固定する。流管をブレースによ
って固定することにより、上述の問題を解決する。ブレ
ースバーは、流管の位相外れ振動のための新しい枢動軸
を形成する。これにより、位相外れ振動の軸線は、溶接
されたジョイントから離れ、位相外れで駆動される振動
の周波数を同位相振動の周波数から上昇させる。位相外
れ振動に対する同位相振動の所望の周波数分離は、ブレ
ースバーの位置を適正に選択することによって、得られ
る。これは、質量流量の決定を簡単にし、その理由は、
流管の同位相振動及び位相外れ振動の効果が加わること
により生ずる複雑さは、最早問題ではないからである。

しかしながら、ブレースバーを用いると、流管を該ブ
レースバーに結合するろう付けジョイントに隣接する流
管の部分に、高い応力を生じさせる。そのような応力
は、ブレースバー又は流管の早期の損傷を生じさせるこ
とがある。そのような応力は、ある程度までは、流管を
流量計のマニホールドに取り付けるために使用されるプ
ロセスの結果である。特に大型の流量計を製造する際に
は、流管をマニホールドに溶接する前に、ブレースバー
を流管にろう付けすることが望ましい場合が多い。次
に、流管の両端部を各々マニホールドに溶接する。第１
の流管の一端部をマニホールドに溶接し、次に、第２の
流管の一端部をマニホールドに溶接する。各々のチュー
ブすなわち流管は、溶接プロセスの間に収縮する。この
収縮は、ブレースバーを曲げ、ブレースバーが流管にろ
う付けされている、ブレースバー及び流管の領域に応力
を発生させる。例えば、流管は、これら流管の端部を該
流管を取り付けるべきマニホールドの部分に当接させた
状態で、対として位置決めされる。この時には、ブレー
スバーには応力が生じず、その理由は、流管の端部がマ
ニホールドに均一に当接するからである。しかしなが
ら、第１の流管を溶接する間に、該第１の流管の長さ
は、例えば25.4mm（１インチ）の32分の１程度、かなり
収縮する。この収縮は、ブレースバーの一端部を下方へ
曲げて、該ブレースバーにその降伏点を超える応力を加
え、これにより、ブレースバーは、永続的に曲がった新
しい姿勢を取る。次に、第２の流管を溶接するときに
は、この第２のチューブすなわち流管の長さが収縮し
て、ブレースバーを反対方向に曲げ、この場合にも、ブ
レースバーにその降伏点を超える応力を加える。このよ
うに、ブレースバーにその降伏点を超える応力が加わる
と、ブレースバーが取り付けられる流管に、対応する応
力が生ずる。そのような残留応力は総て、流量計がその
後商業的に使用される際に生ずる通常の運転応力に加え
られる。その結果、応力が加わった要素は、早期に故障
することになり、流量計の寿命を短くする。

駆動された位相外れ振動も、ブレースバーに隣接する
流管の領域に応力を発生させる。通常の運転において
は、流管は、端部に荷重を受け固定端（ブレースバー）
においてその応力が最大である、片持ち梁のように作用
する。この場合には、応力は、チューブの曲げ中立軸か
ら最も遠いチューブの要素において最大である。これ
は、製造時の残留応力が最大である箇所と同じである。
そのような応力は、上述のように、製造時に発生する総
ての応力に加わり、その結果流管に生ずる全応力は、製
造時に発生する応力、及び、流管の位相外れ振動により
生ずる応力の合計である。コリオリ流量計の要素の応力
の大きさは、該流量計の耐用寿命に関係する。従って、
上述の如き応力、特に、コリオリ流量計を製作する際に
使用する製造プロセスによって生ずる応力を減少させる
ように、あらゆる可能性のある努力を行うことが重要で
ある。

米国特許第4,781,069号は、振動する流管（10、12）
と、ブレースバー（14、16）と、流管の運転時の振動周
波数を分離するための、モード選択プレート（18、20）
とを備える、コリオリ流量計を開示している。この周波
数の分離は、信号処理を向上させる。

解決策 本発明は、上述の問題を解消し、それが取り付けられ
る流管の製造時及び運転時の応力を減少させるコリオリ
流量計のブレースバーを提供することによって、当業界
の前進を達成するものである。

本発明の利点を説明するために、各々のチューブすな
わち流管に関してカルテシアン座標系を確立することが
必要である。その原点は、各々のチューブの中心線がブ
レースバーの平坦な頂面の平面と交差する点になければ
ならない。Ｚ軸は、流管の長手方向の中心線に一致しな
ければならない。共通のＸ軸は、ブレースバーの頂面の
平面にあり、両方の流管のＺ軸と交差しなければならな
い。Ｙ軸は、ブレースバーの表面の平面にあり、Ｚ軸及
びＸ軸に対して直交しなければならない。

本発明のブレースバーは、大きな可撓性を有してお
り、これにより、チューブの、Ｚ軸における相対的な直
線運動、及び、Ｙ軸の周囲における回転運動を大幅に許
容する。

いずれのブレースバーも、流量計の流管が、殆ど拘束
されることなく、Ｙ軸の周囲で独立して回転することを
許容すると同時に、上記流管が、Ｘ軸において独立して
直線運動することを拘束しなければならない。これは、
ブレースバーの目的を達成するために自明のことであ
る。Ｙ軸の回転の独立性が増大することにより、駆動さ
れる位相外れ振動に起因する、流管とブレースバーとの
間のジョイントにおける応力が減少する。Ｚ軸において
直線運動することのできる流管の独立性が増大すること
により、流管を流量計のマニホールドに連続的に溶接す
ることに起因する熱収縮から生ずる製造時の応力が減少
する。溶接される第１のチューブが、溶接プロセスの間
に収縮する際に、本発明のブレースバーは、降伏するこ
となく撓むことができる。従って、第２のチューブが溶
接されて収縮すると、ブレースバーは、その変形してい
ない状態に復帰する。これにより、流管、ブレースバ
ー、及び、流管をブレースバーに接続するろう付けジョ
イントにおける応力は、残留応力を減少又は取り除くこ
とによって、全体的に減少する。本発明のブレースバー
の可撓性が増大することにより、応力レベルが減少する
と共に、そのような応力を、流管とブレースバーとの間
のジョイントから、ブレースバーの中へ移動させる。そ
のような事柄は総て、ジョイント及びブレースバーの信
頼性、並びに、流管の寿命を改善する。

本発明のブレースバーの別の利益は、その可撓性が流
量計の感度を向上させ、低い流量速度における質量流量
の測定を容易にすることである。

本発明の可撓性のブレースバーの種々の典型的な実施
例が開示される。総ての実施例は、ブレースバーの中央
部分を備え、該中央部分の長さは、流管の間の距離より
も大きく、また、上記中央部分の可撓性は、ブレースバ
ーの端部分の可撓性よりも大きい。一実施例において
は、流管の間のブレースバーの領域に空隙が形成され
る。第２の実施例は、バーの上記領域の材料の一部だけ
を取り除き、ブレースバー材料の「スクリーンを」残
す。他の実施例は、流管の間の領域において、ブレース
バー材料の総てではないが大部分を取り除く。更に別の
実施例においては、ブレースバーは、別個の部品を接合
することにより、形成される。開示される実施例は総
て、Ｚ軸の直線運動及びＹ軸の回転運動という流管の独
立した運動に応答して、流管がより可撓性を有するとい
う共通の利点を有する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明のブレースバーを用いた典型的なコリ
オリ効果流量計を示しており、 図２は、従来技術の代表的なブレースバーを示してお
り、 図３は、流管を収容するブレースバーの穴の間に形成
された空隙を有する、本発明のブレースバーの可能性の
ある一実施例を示しており、 図４は、流管及びブレースバーがそれぞれ通常の着座
位置にある状態を側面図で示しており、 図５は、流管の位相外れ振動によって外方へ撓んだ流
管及びブレースバーを側面図で示しており、 図６は、流管の位相外れ振動によって内方へ撓んだ流
管及びブレースバーを側面図で示しており、 図７及び図８は、製造プロセスによって流管及びブレ
ースバーに発生した応力を示しており、 図９は、図２のブレースバーにおける応力集中のプロ
ットを示しており、 図10は、図３のブレースバーにおける応力集中のプロ
ットを示しており、 図11は、流管の穴の間でバーに形成された空隙を有す
る、図10のブレースバーの可能性のある典型的な実施例
を示しており、 図12は、チューブ間の領域に形成されたスクリーンを
有する、図11のブレースバーの可能性のある別の実施例
を示しており、 図13は、図11のブレースバーの可能性のある更に別の
典型的な実施例を示しており、 図14は、２つの別個の材料によって形成された、図３
のブレースバーの可能性のある別の実施例を示してお
り、 図15は、本発明のブレースバーを用いたコリオリ効果
流量計の可能性のある別の実施例を示しており、 図16は、ブレースバーの可能性のある別の実施例を示
している。

詳細な説明 代表的なコリオリ効果質量流量計10が、図１に示され
ており、このコリオリ効果質量流量計は、片持ち梁式に
取り付けられた２つの流管12、14を備えており、これら
流管は、実質的に同じバネ定数、並びに、それぞれの位
相外れ曲げ軸線Ｗ−Ｗ及びＷ′−Ｗ′に関する実質的に
同じ慣性モーメントを有するように、マニホールド本体
30に取り付けられている。

駆動コイル及び磁石16が、流管12、14の頂部130、13
0′の間の中間領域に取り付けられ、軸線Ｗ−Ｗ及び
Ｗ′−Ｗ′の周囲で流管12、14を位相外れで振動させて
いる。左側のセンサ18及び右側のセンサ20が、流管12、
14の頂部135、136及び135′の対応する端部付近に取り
付けられ、流管12、14の運動を検知する。そのような検
知は、流管のゼロクロッシング（zero crossing）を通
る流管12、14の端部135、136及び135′の運動を測定す
ることにより、あるいは、流管の運動の速度（運動速
度）を測定することにより、行うことができる。流管1
2、14は、左側の側脚131、131′と、右側の側脚134、13
4′とを有している。これらの側脚は、下方に向かって
互いに収束すなわち接近し、マニホールド要素121、12
1′の表面120、120′に取り付けられている。ブレース
バー140R、140Lが、流管12、14の脚部にろう付けされて
いて、軸線Ｗ−Ｗ、Ｗ′−Ｗ′を形成しており、流管
は、ドライバ16が経路156を介して励起された時に、上
記軸線の周囲で位相外れで振動する。軸線Ｗ−Ｗ及び
Ｗ′−Ｗ′の位置は、ブレースバー140R、140Lを流管の
側脚131、131′、及び、134、134′の上に置くことによ
り決定される。

ブレースバー140R、140Lを脚部に沿って上昇又は下降
させることによって、流量計10が取り付けられるパイプ
の周囲条件によって生ずる、軸線Ｚ−Ｚ及びＺ′−Ｚ′
に関する流管12、14の同位相振動と、軸線Ｗ−Ｗ及び
Ｗ′−Ｗ′に関する流管12、14の位相外れ振動との間の
周波数差が変化する。また、ブレースバー140R、140Lを
用いることにより、流管の側脚131、131′、134、134′
をマニホールド表面120、120′に接続する溶接部の位相
外れ振動に起因する応力が減少する。これは、流管12、
14は、ブレースバーを用いた場合には、軸線Ｚ−Ｚ及び
Ｚ′−Ｚ′に関してではなく、軸線Ｗ−Ｗ及びＷ′−
Ｗ′に関して、位相外れで振動することにより生ずる。

温度検知器22が、流管14の側脚131に設けられ、該流
管の温度、並びに、該流管の中を流れる流体の近似的な
温度を測定する。この温度情報は、流管のバネ定数の変
化を決定するために使用される。ドライバ16、センサ1
8、20、及び、温度検知器22は、経路156、157、158、15
9によって、質量流量計測器24に接続されている。質量
流量計測器24は、センサ18、20、22から受信した信号を
処理して、流量計10を通って流れる物質の質量流量、並
びに、物質の密度及び温度の如き他の測定値を決定す
る、マイクロプロセッサを含むことができる。また、質
量流量計測器24は、経路156を介してドライバ16へ駆動
信号を与え、チューブ12、14を軸線Ｗ−Ｗ及びＷ′−
Ｗ′に関して位相外れで振動させる。

マニホールド本体30は、ケーシング150、150′から形
成されている。ケーシング要素150、150′は、フランジ
103、103′によって、供給導管及び出口導管（図示せ
ず）に取り付けることができる。マニホールド本体30
は、供給導管から物質の流れを分流して、供給導管から
流管12、14の中へ入れ、出口導管へ戻す。マニホールド
のフランジ103、103′が、入口端104及び出口端104′を
介して、測定すべきプロセス物質を搬送する導管系（図
示せず）に接続されると、物質は、フランジ103の入口
オリフィス（図示せず）を通って、マニホールド本体30
及びマニホールド要素110に入り、ケーシング要素150の
徐々に変化する断面を有する通路（図示せず）によっ
て、流管12、14に接続される。物質は、マニホールド要
素121によって分割されて、流管14、12のそれぞれの左
側の側脚131、131′へ導かれる。次に、物質は、流管の
頂部要素130、130′、及び、右側の側脚134、134′を通
り、再び一緒になって、流管のマニホールド要素121′
の中の単一の流れになる。その後、流体は、ケーシング
の出口要素150′の通路（図示せず）を通り、次に、マ
ニホールドの出口要素110′に入る。出口端104′は、ボ
ルト穴102′を有するフランジ103′によって、導管系
（図示せず）に接続される。

図２は、図１の流量計と共に使用される従来技術の代
表的なブレースバー200を示している。図１の流管12、1
4が、図２の穴201a及び201bに挿入され、ブレースバー2
00が、流管12、14の周囲の所望の位置まで摺動されてい
て、流管12、14の位相外れ振動のための所望の枢動軸Ｗ
−Ｗ及びＷ′−Ｗ′（図１）を形成している。次に、流
管は、ブレースバー200にろう付けされ、その端部が、
マニホールドの表面120、120′に溶接される。

ブレースバーの穴201a、201bが、図１の流管12、14の
ための剛性のサポートを提供し、流管を隔置された状態
に保持すると同時に、コリオリ流量測定を行うために必
要とされる。流管12、14の制限されたなじれ及び撓みを
許容する。ブレースバー200は、流管12、14の位相外れ
撓みに対して十分な抵抗を与える、枢動点である。これ
は、図２のブレースバーの穴201a,201bの間は、中実の
金属であるという事実に起因している。実際には、図２
に示すブレースバーは、25.4mm（１インチ）の約８分の
１の厚みとすることができる。運転の際には、流管12、
14は、縦線Ｗ−Ｗ及びＷ′−Ｗ′に関して、位相外れで
容易に撓むことが望ましい。図２の従来技術のブレース
バーは、穴201a、201bによって形成された領域の間が、
中実の金属から形成されており、上述の如き流管の撓み
に抵抗する傾向がある。そのような流管の位相外れ振動
は共に、ブレースバーに隣接する流管の領域の中、並び
に、ブレースバー自身に、応力を発生する。

図３は、本発明に従って設計されたブレースバー300
を示している。ブレースバー300は、図１のブレースバ
ー140R、140Lの代表例であり、空隙303と、流管12、14
を収容するための穴301a、301bを有している。空隙303
は、図２のブレースバー200に比較して、ブレースバー3
00の曲げ可撓性を増大させている。図２のブレースバー
200の流管の穴201a、201bの間の中実の材料とは反対
に、ブレースバー300の側部の小さなストリップ302a、3
02bだけが、流管12、14の位相外れ振動によって撓むこ
とを必要とされる。この大きな可撓性は、後に説明する
製造プロセスによって発生した応力を減少させ、そのよ
うな応力を、ブレースバー300のろう付けジョイント、
及び、流管穴301a、301bにある流管から離れる方向へ移
動させる。上記可撓性はまた、流管12、14の位相外れ振
動によって生じた流管の応力も減少させる。種々の形状
を用いて空隙303を形成することができる。各々の形状
は、製造時の応力をブレースバー300の別の箇所へ移動
させる。上述の軸線に関して流管が容易に撓むことは、
コリオリ運動を検知するための感度を向上させる。

図３は、ブレースバーの剛性及び可撓性が関係する３
つの軸線を示しており、Ｚ軸306は、ブレースバー300の
平面に対して直交し、流管12、14の側脚131、134の長手
方向の軸線に一致しており、Ｘ軸304は、ブレースバー3
00の平坦な頂面の平面にあり、両方の流管の中心線と交
差しており、Ｙ軸305は、ブレースバー300の上記平坦な
頂面の平面にあって、Ｘ軸に対して直交している。

ブレースバー300は、図２のブレースバー200に比較し
て、Ｚ軸における流管の直線運動の独立性、並びに、Ｙ
軸における流管の回転運動の独立性を高めている。Ｚ軸
における流管の直線運動の大きな独立性は、製造時に発
生する応力を減少させる。Ｙ軸における流管の回転運動
の大きな独立性は、流管の通常の位相外れ振動の間に、
流管とブレースバーとの間のジョイントに発生する応力
を減少させる。図４乃至図６は、ろう付けによって流管
12、14に取り付けられた、ブレースバー300を示してい
る。流管12、14の一端部が、マニホールド要素121の表
面120に溶接されている。ドライバ（図１）が、流管1
2、14を位相外れで振動させると、流管12、14は、ブレ
ースバー200が流管12、14に取り付けられている枢動点
（軸線Ｗ−Ｗ（図１））から、外方及び内方へ交互に撓
む。図４は、そのような振動の中心点に位置する流管を
示している。図５は、上述の位相外れ振動に起因する、
流管12、14の外方への撓みを示している。図６は、流管
12、14の内方への撓みを示している。図５においては、
流管12、14が外方へ駆動されているので、ブレースバー
300の中心が外方へ撓んでいることが分かる。図６にお
いては、流管12、14が内方へ駆動されることに応じて、
ブレースバー300の中心が下方へ撓んでいる。図２の従
来技術のブレースバーを図５及び図６に示すように撓ま
せることは比較的困難であり、その理由は、必要とされ
る力は、流管12、14によってブレースバーに与えられな
ければならないからである。そのような力は、ブレース
バー300に対して比較的大きく、ブレースバーに隣接す
る流管12、14の領域、及び、ブレースバー自体に応力を
生じさせる。

ブレースバー300は、その空隙303が存在し、また、そ
の側部レール302a、302bが薄いので、改善された可撓性
を有していて、より容易に曲がる。この改善された可撓
性は、ブレースバー300の応力、並びに、流管12、14の
該ブレースバー300とのろう付けジョイントの領域の応
力を共に減少させる。本発明の改善された可撓性を持た
ない、例えば、図２のブレースバー200は、ブレースバ
ー300よりも、上述の位相外れ振動に対してより大きく
抵抗する。これは、ブレースバー300及び流管12、14の
応力を増大させる。そのような増大した応力は、ブレー
スバー又は流管、あるいはその両方を弱くして、結局そ
れらを破壊させることがある。

ブレースバー300を用いることにより増大された、Ｚ
軸において直線運動する流管の独立性は、流管をマニホ
ールドの表面120、120′に接合するために使用される連
続的な溶接プロセスに起因する熱歪み及び熱収縮から生
ずる製造時に発生する応力を減少させる。図４、図７及
び図８は、ろう付けによって流管12、14に取り付けられ
たブレースバー300を示している。大型の流量計に対し
ては、流管12、14は、ブレースバーにろう付けされた後
に、それぞれの端部が、マニホールドの表面120に対し
て順次溶接される。各々の流管は、マニホールド要素12
0に溶接される前に、若干収縮する。図４においては、
流管は、ブレースバー300にろう付けされ、それぞれの
端部は、マニホールドの表面121に当接していて、まだ
溶接されていない。図７においては、流管12は、ジョイ
ント700において、マニホールド121に溶接されている。
そのような溶接プロセスは、流管12を収縮させ、該流管
12の収縮を許容するために、ブレースバー300の中心を
下方へ曲げる。図８においては、流管14が、ジョイント
700において、マニホールドの表面120に溶接される。そ
のような溶接プロセスは、流管14を若干収縮させ、ブレ
ースバーの中心を曲げて、ほぼ平坦な公称位置まで戻
す。図２の剛性のブレースバー300は、流管12、14の収
縮に起因する上記曲げ力に抵抗する。ブレースバー200
は、第１の流管を溶接する時に、流管12、14に対するろ
う付けジョイントにおいて、降伏点まで曲がるのに抵抗
することが多い。これは、望ましくない残留応力を発生
する。ブレースバー200と流管12との間の第１のろう付
けジョイントが曲がった後に、第２の流管14を溶接する
と、ブレースバーが図８の平坦な位置に戻るので、ブレ
ースバー200と流管12、14との間のろう付けジョイント
に、第２の組の大きな応力が発生する。ブレースバー30
0は、その改善された可撓性のために、第１の流管の溶
接の後に変形せず、従って、その後の溶接プロセスによ
って、応力のない状態に戻る。

図９は、ブレースバー200の種々の点における応力を
図解的に示している。斜線を施した領域902a、902bは、
上述の位相外れ振動及び製造プロセスによって生じた大
きな応力の領域を示している。斜線を施したこれら大き
な応力の領域は、ブレースバー200と流管穴201a、201b
に挿入された流管（図示せず）との間のろう付けジョイ
ントにも生ずる。そのような応力は、ブレースバー200
又は流管12、14、あるいは、その両方を弱めて、結局そ
れらを破壊することがある。

図10は、本発明に従って空間303を有するように設計
されたブレースバー300に、製造時に生じた同じ応力を
図解的に示している。斜線を施した領域1002a、1002b
は、そのような製造時に生じた応力が、流管が流管穴30
1a、301bに挿入されているブレースバー300の領域から
離れて移動していることを示している。そのような製造
時の応力は、図９の空隙を持たないブレースバー200に
生ずる応力の値の10分の１であり、最早、位相外れ曲げ
に起因する応力に一致しない。そのような製造時に発生
した応力点1002a、1002bを、ブレースバー300と流管1
2、14との間のろう付けジョイントから離れる方向に移
動させることにより、流管12、14をそのような製造時に
発生した応力から絶縁し、そのような領域の総ての応力
を減少させ、流管及びブレースバー300自体の信頼性を
改善する。

図11は、本発明の可能性のある他の典型的な実施例を
含むブレースバーを示している。流管（図示せず）が、
流管穴1101a、1101bに挿入されている。流管穴1101aと1
101bとの間の撓みに抵抗する剛性の部分を取り除くこと
により、上記穴の間に空隙1102が形成されており、これ
により、図３のブレースバー300の空隙303と同じ態様
で、ブレースバー1100の可撓性を増大している。ブレー
スバー1100はまた、その外側領域1104a、1104bに、図３
のブレースバーよりも少ない材料を有している。領域11
04a、1104bの材料を取り除くことにより、ブレースバー
の力を、主として流管の曲げ中立軸付近に移動させ、こ
れにより、穴1101a、1101bに挿入された流管の外側の応
力を減少させている。そのような材料の除去は、ブレー
スバーの剛性を減少させる。これにより、位相外れ曲げ
に対する抵抗を減少させることにより、流管及びブレー
スバーの応力を共に低下させる。

図12は、可能性のある本発明の別の典型的な実施例を
含むブレースバー1200を示している。流管（図示せず）
が、流管穴1201a、1201bに挿入されている。図12に示す
ように、全体が空隙ではなく、流管穴1201a、1201bの間
の図12のブレースバー1200の領域から、一部の材料だけ
が取り除かれている。これにより、図11の空隙1102では
なく、多孔質のスクリーン領域1202が残される。スクリ
ーン領域1202は、流管穴1201a、1201bの間の撓みに抵抗
する剛性材料を一部除去することによって、ブレースバ
ー1200の可撓性を増大させる。これにより、流管のＺ軸
における直線運動及びＹ軸における回転運動に応答して
曲がる、ブレースバー1200の可撓性が増大する。

図13は、可能性のある本発明の別の典型的な実施例を
含むブレースバー1300を示している。流管（図示せず）
が、流管穴1301a、1301bに挿入されている。図11に示す
ように全部の空隙ではなく、流管穴1301a、1301bの間の
ブレースバー1300から一部の材料だけが除去され、薄く
可撓性を有する連続的な領域1302が残されている。この
薄い領域1302は、曲げに対する抵抗が小さい少量の材料
を有しており、従って、撓まなければならない材料が減
少しているので、ブレースバー1400の可撓性を増大させ
ている。これにより、図11及び図12のブレースバーに関
連して既に説明したのと同じ理由によって、流管及びブ
レースバーの応力が減少する。

図14は、可能性のある本発明の別の典型的な実施例を
含むブレースバー1400を示している。ブレースバー1400
は、２つの別個の部分1401a、1401bから形成されてい
る。部分1401a、1401bは、ジョイント1402において、流
管12、14に接合されている（断面として上から見た場合
に）。上記２つの部分1401a、1401bは、流管12、14に直
交する実質的に同じ平面にある。このブレースバーの構
造は、流管12、14のＺ軸の直線運動及びＹ軸の回転運動
に応じて曲がることを可能とする追加の可撓性を、ブレ
ースバー1400に与えると同時に、流管12、14の独立した
Ｘ軸の直線運動を拘束するに十分な剛性を維持してい
る。図14の実施例は、図14に示すように、そうでなけれ
ば流管の外側に取り付けられることになるブレースバー
の材料を全体的に除去することができるので、効果的で
ある。図11及び図14のブレースバーを比較すると、図14
のブレースバーは、図11の左側の側部領域1106a、1106b
を有しておらず、また、図11のブレースバーの右側の側
部領域1107a、1107bを有していないことが分かる。その
ような左側及び右側の側部領域1106a、1106b、及び1107
a、1107bは、ブレースバー及びその可撓性、あるいは、
ブレースバー又は流管における応力の減少に関して、何
等有用な機能をもたらさない。反対に、1106a、1106b、
及び、1107a、1107bに対応する要素をもたない図14のブ
レースバーを提供することにより、ブレースバー付近の
流管の領域に取り付けられる材料の運動に対する抵抗を
減少させる。そのような抵抗の減少は、流管に対する応
力を減少させ、従って、流管の寿命及びブレースバーの
寿命を共に増大させる。

図16は、本発明の可能性のある典型的な別の実施例を
示しており、この実施例は、流管14、12の間で伸長する
単一のレール部分1601を有するブレースバー1600を備え
ている。レール1601は、その左側の端部が、ブレースバ
ー要素1602、1603に接続されており、また、その右側の
端部が、要素1604、1605に接続されている。左側上方の
要素1602は、弧状部1607によって、流管14の上方部分に
接続されている。左側下方の要素1603は、その弧状部16
06によって、流管14の底部に接続されている。同様に、
右側の端部分1604、1605は、それぞれの弧状部1609、16
08を介して、流管12の上方及び下方の部分にそれぞれ接
続されている。

ブレースバー1600の構造は、流管12、14のＺ軸の直線
運動及びＹ軸の回転運動に応じてブレースバーが曲がる
ことのできる、追加の可撓性をもたらすと同時に、流管
12、14のＸ軸の直線運動を拘束するに十分な剛性を維持
している。流管の外側面とブレースバーの端部分との間
の空隙1610、1611が、製造時の応力及び位相外れ振動に
起因する応力集中を、そのような要素の運動及び撓みが
互いに関して最大になるブレースバー及び流管の部分か
ら離れる方向に動かす。図16の実施例における応力は、
流管12、14を接合する弧状のろう付けジョイントへ移動
する。そのようなジョンイントは、ブレースバーの端部
分の弧状部1606乃至1609である。流管及びブレースバー
の互いに関する相対的な運動は、上述の弧状部において
は比較的小さく、従って、発生した応力が、運転上の問
題を生ずるようなレベルに達することはない。比較的幅
の狭い単一のレール部分1601は、製造時に発生する溶接
による応力に関連するＺ軸の直線運動を許容するに十分
な可撓性を有している。そのような単一のレール部分16
01は、端部分1602乃至1605と共に、流管の位相外れ振動
を吸収するに十分な可撓性を有している。

図15は、本発明のブレースバーを用いたコリオリ効果
流量計の別の実施例を示している。図15の流量計1210
は、多くの点に関して、図１の流量計10と同じであり、
同じ原理を用いて、流管1212、1214の同時に生ずる駆動
された位相外れ振動、並びに、その特性が流管1212、12
14によって測定される物質の流れに応じて、質量流量情
報を誘導するように作動する。出力情報は、導線158、1
57を介して、質量流量電子回路24に供給される。温度情
報信号は、経路159を介して、質量流量電子回路24に供
給され、質量流量電子回路は、経路156を介して、駆動
信号をドライバ1580に与え、該ドライバは、軸線Ｗ−Ｗ
及びＷ′−Ｗ′に関して、上記２つの流管を位相外れで
互いに振動させる。

図15に示すコリオリ効果流量計1510は、大部分の点に
関して、また、その作動原理に関して、図１のコリオリ
効果流量計と同じであり、従って、以下においては、図
15のコリオリ効果流量計が図１のコリオリ効果流量計と
異なる点に関して、主として説明する。

コリオリ流量計アセンブリ1510は、一対のマニホール
ド1510、1510′と、管状部分550と、一対の平行な流管1
514、1512と、ドライバ1580と、磁石Ｂ及びコイルＡを
各々有している一対のセンサ1520、1518とを備えてい
る。流管1512、1514は、実質的にＵ字形状であり、取り
付けブロック1520、1520′に取り付けられたそれぞれの
端部を有しており、上記取り付けブロックは、それぞれ
のマニホールド1510、1510′に取り付けられている。

右側の側脚は、符号1534、1534′で示しており、一
方、左側の側脚は、符号1531、1531′で示されている。
左側及び右側のブレースバー140L、140Rは、図１に示す
ブレースバーに全く同じように対応し、いままで説明し
たブレースバーと同じ目的を果たす。すなわち、図15に
示すブレースバーは、２つの流管に接続された端部分
と、これら２つの端部分の間の中間部分とを有してお
り、ブレースバーの上記中間部分は、ブレースバーの端
部分を構成する材料よりも実質的に大きな可撓性を有し
ている。２つの流管は、ドライバ1580によって、位相外
れで振動するように駆動される。そのような振動は、ブ
レースバー140L、140Rを通る軸線Ｗ−Ｗ及びＷ′−Ｗ′
に関して、流管を枢動させる。この流管アセンブリはま
た、図１の流量計アセンブリに関して上に説明したのと
同じ態様で、軸線Ｚ−Ｚ及びＺ′−Ｚ′に関して、同位
相モードで振動する。

流量計1510が、入口端1501及び出口端1501′を介し
て、その特性を測定すべき流体を搬送する導管系（図示
せず）に接続されると、流体は、マニホールド1510のオ
リフィス端1501に入り、徐々に変化する断面を有するそ
の中の通路を介して、取り付けブロック1520に接続され
る。この取り付けブロックにおいて、流体は分流され、
２つの流管1512、1514に入る。その流体は、流管1512、
1514を出るとき、再度結合され、取り付けブロック152
0′の中で単一の流体になり、マニホールド1510′に導
かれる。マニホールド1510′の中で、流体は、マニホー
ルド1510と同様な徐々に変化する断面を有する、破線15
05で示される通路を通り、出口端1501′のオリフィスに
入る。管状部材1550は、流体を全く通さない。その代わ
りに、上記管状部材は、マニホールド1510、1510′を軸
方向において整合し、これらマニホールドの間に所定の
間隔を維持し、これにより、マニホールドが、取り付け
ブロック1520、1520′、及び、流管1512、1514を容易に
収容することができるようにする。

図15の流量計アセンブリは、他の総ての点に関して、
図１の流量計アセンブリと同じであり、図１の流量計ア
センブリに関して上に説明したのと同じ態様で作動し
て、物質の質量流量、及び、他の所望の情報を発生させ
る。

本発明のブレースバー140R、140Lを持たない、図15に
示す特定の流量計の構造が、1989年７月４日にAllen
Ｌ Sampson及びMichael J. Zolockに発行された米国
特許第4,843,890号に詳細に示されている。図15の流量
計の構造に関する更に詳細な情報に関しては、上記米国
特許明細書を参照する。Sampson−Zolockの上記米国特
許明細書の開示は、本明細書にその明細書が完全に記載
されているのと同じように、参考として本明細書に組み
込まれる。

請求の範囲に記載した発明は、上述の好ましい実施例
の記載に限定されるものではなく、本発明の範囲及び精
神の範囲内の他の変更例及び変更例を包含するものであ
ることを明瞭に理解する必要がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァン・クリーヴ，クレイグ・ブレイナ ード アメリカ合衆国コロラド州80540，ライ オンズ，ハイ・ストリート 226，ピ ー・オー・ボックス 1382 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/84

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コリオリ効果流量計であって、 マニホールド（120、120′）に接続された開放された端
   部を有する一対の流管（12、14）と、 前記各々の流管の長手方向の軸線に対して直交する平坦
   で平らな表面を有すると共に、前記平坦な表面に対して
   直交する縁部表面も有する、ブレースバー手段（140L、
   140R）とを備え、 前記ブレースバー手段は、前記マニホールドから隔置さ
   れて、前記流管が位相外れで振動するための枢動点をも
   たらしており、 前記ブレースバー手段の第１の端部分は、前記流管の一
   方である第１の流管の外周面に取り付けられた、前記縁
   部表面の一方である第１の縁部表面（201a9）を有して
   おり、 前記ブレースバー手段の第２の端部分は、前記流管の他
   方である第２の流管の外周面に取り付けられた、前記縁
   部表面の他方である第２の縁部表面（201b9）を有して
   おり、当該コリオリ効果流量計は更に、 前記流管の前記長手方向の軸線に対して直交し、前記平
   坦な表面に対して平行な平面において前記ブレースバー
   手段を貫通する軸線（Ｗ−Ｗ′）に関して、前記流管を
   位相外れで互いに振動させるための駆動手段（16）を備
   え、 前記ブレースバー手段の中央部分（302a、302b）は、前
   記第１の端部分と前記第２の端部分の間に設けられ、前
   記第１の流管（134）と前記第２の流管（134′）との間
   の距離よりも大きい長さを有しており、 前記ブレースバー手段の前記中央部分は更に、前記第１
   及び第２の端部分の可撓性よりも大きな可撓性を有して
   おり、これにより、前記ブレースバー手段に隣接する前
   記流管の部分の応力を減少させるように構成されたこと
   を特徴とするコリオリ効果流量計。
2. 【請求項２】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記中央部分が、空隙（303）
   を有することを特徴とするコリオリ効果流量計。
3. 【請求項３】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記中央部分が、スクリーン
   （1202）によって形成される領域を有することを特徴と
   するコリオリ効果流量計。
4. 【請求項４】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記中央部分が、前記第１及び
   第２の端部分の厚みよりも実質的に小さい厚みを有する
   領域（1302）を有することを特徴とするコリオリ効果流
   量計。
5. 【請求項５】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記中央部分が、前記第１の流
   管及び前記第２の流管を接続する、少なくとも１つの細
   長い部材（1601、1602、1603、1604、1605）を備えるこ
   とを特徴とするコリオリ効果流量計。
6. 【請求項６】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記中央部分が、前記第１及び
   第２の端部分の間に伸長する一対の側部レール（302a、
   302b）を有しており、 前記各々の端部分は、複数の四分円を含む環状のリング
   （301a、301b）を有しており、 前記四分円の中の第１及び第２の四分円が、前記縁部表
   面によって前記流管の一方に接続され、更に、前記レー
   ルの一方の一端部に接続されており、 前記四分円の中の第３及び第４の四分円（106a、1107
   a）が、前記縁部表面によって、前記流管にだけ接続さ
   れていることを特徴とするコリオリ効果流量計。
7. 【請求項７】請求項１のコリオリ効果流量計において、 前記流管が、実質的にＵ字形状（10）であることを特徴
   とするコリオリ効果流量計。
8. 【請求項８】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記各々の端部分が、前記流管
   を包囲する材料のリング（301b）を有しており、前記ブ
   レースバー手段の前記中央部分が、空隙（303）を含む
   ことを特徴とするコリオリ効果流量計。
9. 【請求項９】請求項１のコリオリ効果流量計において、
   前記ブレースバー手段の前記各々の端部分が、前記流管
   を包囲する材料のリングを有しており、前記ブレースバ
   ー手段の前記中央部分が、スクリーン材料を含むことを
   特徴とするコリオリ効果流量計。
10. 【請求項１０】請求項１のコリオリ効果流量計におい
    て、前記ブレースバー手段の前記各々の端部分が、前記
    両けを包囲する材料のリングを含み、前記ブレースバー
    手段の前記中央部分が、前記端部分を形成する材料より
    も実質的に薄い材料（1302）から形成されていることを
    特徴とするコリオリ効果流量計。
11. 【請求項１１】請求項１のコリオリ効果流量計におい
    て、前記ブレースバー手段の前記中央部分が、前記流管
    の各々を包囲する複数の四分円を含む材料のリングを含
    んでおり、第１の四分円（1106a）及び第２の四分円（1
    107a）を形成する材料が、第３及び第４の四分円を形成
    する材料よりも実質的に幅が狭いことを特徴とするコリ
    オリ効果流量計。
12. 【請求項１２】請求項１のコリオリ効果流量計におい
    て、前記ブレースバー手段が、前記第１の端部分及び前
    記第２の端部分の間で各々伸長する頂部レール及び底部
    レールを含んでおり、 前記各々のレールには、半円形状の端部分（1402）が設
    けられ、 前記半円形状の端部分が各々、前記流管の一方の円周の
    ほぼ四分円を形成すると共に、前記縁部表面によって、
    前記流管に取り付けられ、これにより、前記各々の流管
    の前記円周面の約半分が、前記端部分の前記縁部表面に
    取り付けられていない状態で残されることを特徴とする
    コリオリ効果流量計。
13. 【請求項１３】請求項１のコリオリ効果流量計におい
    て、 前記ブレースバー手段の前記中央部分は、その両端部が
    前記ブレースバーの前記第１及び第２の端部分に接続さ
    れた、単一のレール部材（1601、1602、1603、1604、16
    05）を有しており、 前記ブレースバーの前記第１及び第２の端部分が、 前記レール部材の一端部に各々接続された、上方の端部
    脚（1607）及び下方の端部脚（1606）と、 前記流管の前記外周面に取り付けられるようになされ
    た、前記各々の脚部（1606、1607）の端部に設けられ
    た、凹面と、 前記流管と前記各々の端部分の縁部との間で、前記各々
    の端部分の脚部の凹面の間に設けられた空間とを備える
    ことを特徴とするコリオリ効果流量計。
14. 【請求項１４】請求項１のコリオリ効果流量計におい
    て、 前記ブレースバー手段の前記第１の端部分が、前記マニ
    ホールド手段から隔置された位置において、前記流管の
    中の第１の流管を取り付け可能に収容するための、第１
    の穴（1301a）を有しており、 前記ブレースバー手段の前記第２の端部分が、前記マニ
    ホールド手段から隔置された前記位置において、前記流
    管の中の第２の流管を取り付け可能に収容するための、
    第２の穴（1301b）を有しており、 前記ブレースバー手段は、前記流管が前記位相外れ振動
    を行うための枢動点であり、更に、 前記第１の端部分と前記第２の端部分との間の、前記ブ
    レースバー手段の中央部分（1302）を備えており、該中
    央部分は、前記第１及び第２の端部分よりも大きな可撓
    性を有しており、これにより、前記流管が振動する時
    に、前記ブレースバー手段及び前記流管に対する運転時
    の圧力が減少され、また、当該流量計を製造する間に、
    前記流管の前記端部が、前記マニホールド手段に一時に
    １つづつ順次取り付けられる時に、前記ブレースバー手
    段及び前記流管手段に加わる応力が低減されるようにし
    たことを特徴とするコリオリ効果流量計。