JP2780488B2 - 安定性が向上したコリオリ質量流量計 - Google Patents

安定性が向上したコリオリ質量流量計

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本出願は米国特許出願第364032号の一部継続出願であ
る。
流動物質の質量流量を決定する技術分野では、振動す
る導管を通して流体を流すと、流体の流れの方向及び振
動が生じる軸に対して実質的に横の方向に導管を捩るコ
リオリ力が誘導されることが知られている。また、こう
したコリオリ力の大きさは導管を通る流体の質量流量と
導管が振動する角速度とに関係することも知られてい
る。
コリオリ質量流量計を設計し製作する努力と歴史的に
関連する重大な技術的課題の１つは、振動する導管の角
速度を正確に測定し制御して、コリオリ力によつて生じ
る測定効果を用いて、導管を通過する流体の質量流量を
計算することができるようにすることであつた。導管の
角速度を正確に決定又は制御したとしても、コリオリ力
による影響の大きさを正確に測定することは別の重大な
課題を提起した。発生されるコリオリ力の大きさは慣性
や減衰などの力と比較して極めて小さいので、上記の課
題は部分的であり、したがつて、生じたコリオリ力によ
つて誘導される影響はごく小さい。更に、コリオリ力の
大きさが小さいために、例えば、隣接の機械や流体ライ
ンでの圧力サージなどによつて誘導される振動のような
外部の力が生じる影響により、質量流量の誤つた決定が
行われかねない。流れ管の不連続、管の不安定な取り付
け、機械的な再現可能な曲げ特性を欠く管の使用のよう
なエラー源によつて、発生されたコリオリ力の影響が完
全に覆い隠されてしまい、質量流量計の実際的な使用の
機会を減少させている。
1983年11月29日に発行された「流量測定方法及び装
置」という名称の米国再発行特許第31,450号、1983年12
月27日に発行された「質量流量測定のため方法及び装
置」という名称の米国特許第4,422,338号及び1985年１
月１日に発行された「平行経路コリオリ質量流量計」と
いう名称の米国特許第4,491,025号には、（ａ）コリオ
リ質量流量計の振動する導管の角速度の大きさを測定又
は制御する必要性をなくし、（ｂ）コリオリ力による影
響の測定のために必要な感度及び精度を同時に与え、
（ｃ）これまでの実験的な質量流量計で経験された多く
の誤りに対する感受性を最小にする機械的な構造及び技
術が、他の利点と共に教示されている。
これらの特許で開示されている機械的な配置は、ベロ
ーズ、ゴム接続器その他の圧力変形可能な部分のような
圧力に影響されるジヨイントや部分のない、曲がつた連
続的な導管を組み込んでいる。これらの導管は流入端と
排出端とに強固に取り付けられ、その曲げられた部分は
取り付け部から張り出している。例えば、上記の特許の
いづれか１つに従つて製作された流量計では、導管は取
り付け部にハンダ付け又は溶接されるので、導管の固定
取り付け点と実質的に連続に位置する軸の周りに、又
は、米国特許第4,491,025号に開示されているように、
取り付け点よりも前に位置する点で２以上の導管にクラ
ンプするように設計された強固に取り付けられたブレー
スバー（brace bar）装置の位置で、導管はスプリング
のように振動する。
導管をこのように製作するならば、流れの条件の下で
は、振動する導管に発生するコリオリ力に対抗する力は
実質的に線形のバネ力である。コリオリ力は、実質的に
線形のバネ力に対抗されて、流体を含む振動する導管
を、コリオリ力が現れる導管の部分の間に且つそこから
実質的に等間隔に位置する軸の周りに曲げ又は捩る。曲
げの大きさは、発生されたコリオリ力及び発生されたコ
リオリ力に対抗する線形バネ力の大きさの函数である。
更に、こうした固定的に取り付けられた連続的な導管
は、コリオリ力が作用する軸に関する共鳴周波数とは異
なる（好ましくは、それよりも低い）振動軸（取り付け
部又はブレースバーの位置に実質的に位置する）に関す
る共鳴周波数を有するように設計される。
固定的に取り付けられ曲げられた導管の種々の特定の
形状は従来技術に開示されている。これらの中には「実
質的に収束、発散又は曲げられた脚を備える」（再発行
特許第31,450号、第５欄、第10-11行）一般的にＵ字型
の導管が含まれる。また、この特許には、曲げられた導
管と同一の一般原理で動作する直線の固定的に取り付け
られた導管も開示されている。
上記のように、振動するように駆動されている導管を
流体が流れるときに、コリオリ力が発生する。したがつ
て、流れの条件の下では、コリオリ力が作用するそれぞ
れの導管の一部は、コリオリ力が作用している導管の他
の部分の前に、導管が移動する方向に動くように曲げら
れる（即ち、捩れる）。コリオリ力によつて曲げられた
振動する導管の第１の部分が導管の振動経路での予め選
定された点を通過した時点と、この導管の第２の部分が
この振動経路での対応する予め選定された点を通過する
時点との間の時間又は位相関係は、導管を通過する流体
の質量流量の函数である。この時間差測定は、米国再発
行特許第31,450号に特に例示された光学センサ、米国特
許第4,422,338号、第4,491,025号にとくに例示された電
磁速度センサ又は米国特許第4,422,338号に開示された
位置又は加速度センサを含む種々のセンサによつて行わ
れる。好ましい時間差測定を行うためのセンサを備えた
平行経路二重導管の実施例は、米国特許第4,491,025号
に記載されている。この実施例は、米国再発行特許第3
1,450号に既に記載された同調フオークと同様に動作す
る。米国再発行特許第31,450号及び米国特許第4,422,33
8号には、質量流量を決定するために運動センサの信号
を結合するための方法及び手段の記載が認められる。
上記のメータ設計では、選択センサに＋／−0.2パー
セント内の精度の質量流量を生じる測定を行わせること
ができる許容し得る感受性を与える、導管の流入部と排
出部とに沿つて対称な位置にセンサが置かれる。
100,000前後のオーダーでは、質量流量計は米国再発
行特許第31,450号、米国特許第4,422,338号及び米国特
許第4,491,025号のうちの１つ又はそれ以上の発明を用
いて製作され、これらの流量計は広く業界で使用されて
いる。種々様々の流体の質量流量測定に対するこうした
メータの営業的な応用における10年以上の経験は、一般
にエンドユーザはメータ特性の感受性及び精度に満足し
ているが、メータのゼロ安定性を含む全体的な安定性の
向上を望んでいることを示しており、こうして、メータ
の再校正を含むメータ関連のプラント・メンテナンスを
減らすことができる。一般に、メータの不安定性は、外
部の発生源からの不要な機械的エネルギの伝達に対する
メータの感受性によつて生じる。こうした力は流量計の
ゼロ（即ち、流れ無しでの測定値）安定性にも影響す
る。
上記の商業的経験は、導管の疲労による故障があつて
も実際の使用には本質的な問題がないことを示している
が、疲労故障の可能な発生源を減らすことによる導管の
寿命の潜在的な改善が前進であると認識している。同様
に、封止された耐圧ケースを設けると、1000psiにも及
ぶ又はそれ以上の範囲にわたるかなりの圧力での危険な
物体応用に対して、メータの適合性を増す。達成可能な
圧力定格が前記ケースの製作を含むコスト要件と平衡が
取れたとしても、前記のようなケースの使用により、メ
ータの圧力定格は、２インチ半前後までの外径の導管に
対しては少なくとも300psi、それよりも大きな導管に対
しては少なくとも150psiとなる。
発明の概要 この発明は、外力に対する感度を減少し、全体の安定
性が増加し、０の安定性を増加し、圧力降下特性を減少
し、流体圧力に十分抵抗する改良された質量流量計を提
供する。従来の特許により製造されたコリオリ型質量流
量計の多数の設計変更は、既に成功した特徴や操作特性
を効果的にするものであつた。
この発明は流動管を流れる流体を収容する流動管の共
振周波数で振動して励振される１本以上の流動管を含む
コリオリ型流量流量計に関するものである。励振周波数
は、この共振ではフイードバツク系により維持され、こ
れまで、流体密度の変化による流体質量変化の結果とし
て、流体充填管の共振挙動の変化を検出することで説明
されている。これらのコリオリ型流量計の流動管は、支
柱バーの装着点または位置に本質的に位置する振動軸の
周囲で振動するために装着される。振動の共振周波数は
振動軸と関連する。流動管は、また、振動する流動管を
通る流体の流れの結果として生じるコリオリ力に応答し
て流動管が偏向またはねじれる軸である第２軸の周囲で
変形する（ねじれる）。コリオリ力により生じるこの後
者の軸は振動軸と実質的に交差する。この発明は、主と
して後により詳細に説明するように、最適なセンサの配
置により、外力の影響を減少する著しく安定性のある改
良された質量流量計を提供する。改良された流量計の全
体の安定性に貢献する他の改良点は、センサやドライバ
ーの質量を少なくとも1/4に減らすことである。
望ましい実施例では、Ｕ形の流動管構成が提供され、
プロセスラインマニホールドで互いの方向で収束する本
質的に直線の入口脚と出口脚を有し、管長に沿う２つの
対称位置において、実質的に真直ぐな中間部分で分けら
れる湾曲部を有する。また、いくつかの変更したＵ形流
動管は、真直な中間部分よりむしろ連続的に湾曲した中
間部分により分けられる収束する入口脚および出口脚を
有し、他の流動管は、現在の商用実施例に応じたほぼ平
行な入口脚および出口脚を有する。各々の流動管には対
称位置に２個の動作センサが取付けられ、センサが検出
して流動計エレクトロニクスに伝える信号の外力に対す
る感度が従来周知な質量流量計を越えて劇的に減少す
る。このことは流動管の逆相第２ねじりモードと逆相第
３曲げモードの管の各々の側のノードの間であるが、該
ノードにできるだけ近くに動作センサを配置し、これら
のセンサの間の等距離にドライバーを配置する望ましい
実施例において達成される。動作センサとそれらの装着
品を加えた質量、ドライバーとその装着品を加えた質量
は、従来の商用の質量流量計の対応部分に比べて相当減
少する。疲労破壊に対する流動管の感度は、各々の流動
管が振動する軸を定めるのに役立つ新規なニツプル形ス
リーブを有する新規な支柱バーを提供することで任意に
減少できるが、従来の支柱バーも代わりに使用でき、い
くつかの実施例では支柱バーは省略できる。ある実施例
では、監視されるプロセスラインに連結するため、フラ
ンジのない薄平形のマニホールドを提供するため、収束
するＵ形とするのが良い。流動管、動作センサ、ドライ
バーおよび関連する電気コネクタを囲む特別な密封耐圧
ケースが提供される。ここで説明するこのようなケース
のいくつかの実施例の内で、図８及び図９の実施例が望
ましい。
図面の簡単な説明 図１は、この発明の最適なコリオリ型質量流量計を示
す。図1Aは、図１の実施例の状況分析の結果としての動
作センサの位置を示す。図２は、任意の新規な支柱バー
形状体を示す。図３は図４で示すケース内に薄平形マニ
ホールド構造体を備えたこの発明の最適なコリオリ型質
量流量計を示す。図４は任意の高圧ケースを示す。図5A
乃至図7Fは振動テーブル安定性テスト結果を示す。図８
は、製造費や製作の容易さに基づき、好ましい他の任意
の高圧ケースを示す。図９は、図８のケースの詳細部分
を示す。図10乃至図11Lは、後述する別のテスト結果を
示す。
発明の詳細な説明 この発明の主な特徴である計器安定性の際の外力の影
響の最小化は、センサおよび限定した程度に支柱バーの
最適な配置により達成される。０〜2000Hzの周波数範囲
では、本質的に６つの振動モードがあり、この振動の励
起は、計器安定性の損失となることが分かつた。これら
の振動モードは、（１）同相の第１曲げモード（励振周
波数より低周波数）、（２）励振周波数が流体充填管
（他方、状況分析は空管で行なわれる）の自然周波数で
あることを除いて、基本励振周波数に対応する逆相の第
１曲げモード、（３）逆相の第１ねじり（または偏向）
モード、（４）逆相の第２ねじりモード、（５）逆相の
第２曲げモード、（６）逆相の第３曲げモードである。
センサの最適配置は、流動管での６つのモードに対して
２つのノードを位置決めし、幾何学に基づいて、寸法、
材料、センサを最も近接して配置すべきノード点を決め
て、流動管の状況分析を行なうことで達成される。第１
図で示す幾何学形状の流動管では、逆相の第２ねじりノ
ードと逆相の第３曲げノードの中間で、これらのノード
とできる限り接近した流動管の両側にセンサを適切に配
置すべきことが分かる。当業者であれば、流動管の幾何
学的特性や他の特性により、上記の６つのモードのため
のノード点を互いに関連して異なつて位置してもよいこ
とが分かるである。いくつかの流動管形状において、異
なるモードの２以上のノード点を実際に一致させ、同一
個所にセンサを配置でき、それにより、流動管安定性を
増すことができる。
この発明は、経験上、前記モード、特に前記モード
（３）と（６）の内の異なる１つに対するノード点であ
る少なくとも２つのノード点にできる限り接近して、流
動管の各側にセンサを配置することで、計器安定性が増
すという発見に基づいている。この発明は更に、モード
１、つまり、同相の第１曲げモードの影響は、モード１
の調波をモード２の調波から分ける支持バーを配置する
ことにより最小にまたは除去できるという発見に基づい
ている。
第１図は、動作センサを配置し、装着したＵ形のコリ
オリ型質量流量計の望ましい実施例を示す。現在の商用
の計器と同様、流動管112が、マニホールド130の地点13
1で固着されている。支持バー122が流動管112に固着さ
れ、それにより、流動管112がドライバー114により音叉
風に励振される時、振動軸Ｂ′が定まる。流動可能な材
料が管112を流れると、コリオリ力が管に生じ、偏向軸
Ａ′の周囲で管を偏向する。前記ドライバーからの電気
コネクタ125、動作センサ118からの電気コネクタ126、
動作センサ116からの電気コネクタ117は、図示のよう
に、応力を最小にする安定した仕方でブラケツト128に
連結され、支持され、または、ケースに装着されるプリ
ント回路板のために、後述のようにブラケツトを省くこ
ともできる。第１図に示すコネクタは、安定した応力を
最小にする半ループ形に装着される埋込み電線のある個
々の電線または、リボン形可撓コネクタである。
1986年５月22日に出願され、現在は放棄されている米
国特許出願865,715号および1988年11月17日に出願さ
れ、現在は放棄されている前記出願の継続出願272,209
号および1989年７月10日に出願された前記出願の継続出
願337,324号に記載されているような可撓コネクタを使
用できる。第１図において、実験的な動作センサ116
が、ベンド部の直前の入口脚または出口脚117の端部に
配置される。動作センサ118は、外力の影響を効率よく
最小にするこの発明による状況分析により決定される位
置に配置される。商用の計器の例では、動作センサ118
だけが存在し、比較目的のため実験的に使用される動作
センサ116は省略されている。第１図の計器は、流動管
および関連する付属品を包囲し、マニホールド130に固
定されるケース140を含むが、第４図または第８図で示
すような計器ケースおよび以下で説明する計器ケースを
望ましく使用してもよいことは意図するものである。
外力の影響を最小にする第１図の実施例の流量計の他
の特徴は、流動管およびそれらの付属品の平衡と、寸法
の小さい質量センサとドライバー構成品の採用を包む。
コリオリ型質量流量計では、流動管はばねとして役立
ち、このばね力が入口脚および出口脚に有力に作用す
る。第１図実施例の流動管は入口管、出口管での曲げに
より永久変形しない変更Ｕ形状である。製造工程中に曲
げないと、ばね力が２重管流量計内で作用する４つの領
域で、永久変形を生じることはない。結果として、全て
の４つの領域は、本質的に同一寸法の同様の材料を使用
すれば、本質的にばね力に対して同一の応答を示す。こ
のことは、流動管を平衡するための流量計製造者の能力
を改良する。この流動管の平衡は、更に、より軽い質量
の磁石を使用することで動作センサやドライバーの質量
を減らし、これらの装着物の寸法を減少することで高め
られる。
動作センサやドライバーは、現在の商用計器のと同
様、磁石とコイルから構成される。これらのセンサは、
流動管の振動路にわたつて流動管の全運動を線形に追跡
する米国特許第4,422,338号に開示のある型式のもので
ある。
この発明の第１図実施例および他の実施例において、
これらのセンサやドライバーの全質量は、少なくとも約
４つの要因および望ましくは５〜６以上の要因による現
在の商用計器の例での全質量にわたり減少される。この
質量の減少は、型成形されたピン連結品を有し、同一質
量磁石を使用し続ける間、50本の標準電線でコイルを巻
くことにより成る軽量ボビンの使用により達成される。
この軽量なセンサおよびドライバーは流動管に直接、装
着され、装着ブラケツトは不要である。第１図で約0.25
インチの外径の流動管の寸法と形の計器の実施例に使用
される軽量コイルは、約300mgの質量を有する。比較可
能な寸法の質量流量計に使用される従来のコイルは、米
国再発行特許31,450、特許4,422,338号、特許4,491,025
号に従つて作られ、同一の流動管外径寸法のものは、約
963mgの質量であつた。第１図による同一寸法の流量計
実施例では、この新規な組立部品は、この質量流量計
（各々300gの１つのドライバーコイル、２つのセンサコ
イル、各々1gの３個の磁石を含む）に約3.9gを付加した
ものである。比較的初期の商用の実施例との対照による
と、対応する組立部品は、この質量流量計に22.2g（１
つのドライバーコイル、２つのセンサコイル、１つのコ
イルブラケツト、１つの磁石ブラケツトおよび３個の磁
石）を付加したものである。第１図の実施例では、代表
的な状況分析が行なわれた。その１つの結果として、逆
相の第２ねじりモードノードおよび逆相の第３曲げモー
ドノードが、以下の表に示す寸法と特性を持つ第1A図の
流動管に配置された。
表 １ 管材料 316Lステンレス鋼 管長さ 16インチ 管外径 0.25インチ 管壁厚さ 0.10インチ 入口脚長さ ３インチ 出口脚長さ ３インチ 中間部分長さ ５インチ 曲げ半径 1.25インチ 前記モードノード間の中間にあるこのセンサの位置
は、湾曲半径中心点から延びる水平軸から測定して22.5
°に置かれる。
このセンサ位置は、管の各々の側において、２つのノ
ード点の間のみならず、２つのノード点にできる限り接
近している。当業者であれば容易に分かるように、他の
正確な形状、寸法および材料の流動管で状況分析を行な
うことにより、上記モードの全てに対するノード点を位
置決めでき、結果としてのセンサ位置を容易に位置決め
できる。
この発明の改良された流量計のいくつかの実施例で
は、基本的な励振周波数（逆相の第１曲げモード）は、
出願人の譲渡人により作られた現在の商用上有効な流量
計に関して増加し、それで調波の値を増加する。このこ
とは、他のモードの調波から励振モードの個々の調波を
よりよく分離することになる。第１図の実施例では、例
えば、関連する他の５つのモードの調波は、2000Hz以下
の全周波数に対して少なくとも20Hzの励振周波数の調波
と各々が分離される。
第１図の実施例では、支柱バーの設置は、同相の第１
曲げ周波数を基本励振周波数から分離し、それにより、
同相の第１曲げ周波数の励起の可能な効果を除外すると
いう効果を持たらす。関係する残り４つのモードに対応
した周波数で作用する外力の効果は、平衡な流動管の設
計により、部分的に最小となる。加えて、逆相の第２ね
じりモードおよび逆相の第３曲げモードの効果も、ノー
ドを接近して偶然配置し、両方のこれらの２つのモード
のノードの間だが、それらのノードに接近して配置する
ことで、この実施例では最小になる。状況分析の際、寸
法、形状および材料を考慮すると、大程、任意の特別な
管に影響を及ぼすこれらのモードを最小にするため、他
の位置選択をすることができる。10psi以下から、1000p
siに近い流体圧で確立される1000psiまでの範囲の変化
する流体圧において、出願人の譲受人により製造された
現在の商用モデルＤの第１図の実施例と、第三者により
製造された現在の商用コリオリ型質量流量計とをテスト
すると、励振周波数およびねじり周波数の変化が生じ
て、逆に質量流量計の測定精度に影響を及ぼす。現在ま
で、ほぼ20％だけ流動管の壁厚を増加し、下記に述べる
ように、特別設計の流体圧力無感応ケース内に流動管を
封入することにより、高流体圧のこれらの効果が最小に
なることが分かつた。
例えば、外径が0.230インチの管の第１図の流量計の
実施例で壁厚を増加する場合、高圧力で生じる不安定さ
を最小にするため、壁厚は約0.10インチから約0.012イ
ンチまで増加される。第２図は、この発明による任意の
支柱バー122を示す。各々の支柱バー122は金属片（例え
ば、316Lまたは304Lステンレス鋼）または他の適当な材
料の打抜きにより成形され、流動管の外径のある孔（孔
124）からより大きい孔120へのリツプル型移行部121の
ある２つのスリーブを提供する。これらの支柱バーは、
付属品123の個所、流動管が振動する主要個所での応力
集中を減少するため流動管にハンダ付けされ、溶接され
る。しかしながら、この発明の範囲内で最初に開示した
のと同様の従来の支柱バーを利用できる。
第３図はプロセスライン付属品の分解図であり、第１
図と同様の最適のコリオリ型流量計を示す。典型的な従
来技術のフランジ付きマニホールドの代わりに、フラン
ジ孔238を通過し、ナツト235により所定場所に保持され
るねじ付きコネクタ234により、製造または他の商用プ
ロセスライン中にあるフランジ間で端部232をボルト締
めできる新規な薄平形のフランジのない構造体230が提
供される。
第４図は圧力効果を最小にするケースの１つの形を示
す。この形は流動管全体およびセンサ付属品を囲むため
使用できる。このケースは、流動管312、ドライバー、
動作センサおよび関連する電線付属品（図示せず）を囲
むための十分な直径の管350から成る。管は流動管の形
に曲げられ、それから、縦に本質的に等しい２つの半体
に切断される。流動管312が、関連するドライバー、動
作センサおよび電線と共に一方の半体内に取付けられ
る。他方の半体がこの組合わせ体の上に適合され、２本
の縦方向継ぎ目が溶接され、連結部がマニホールドに溶
接される。このようにして、危険な流体包含を含む応用
に適し、少なくとも300psiのオーダおよび１インチ当り
500ポンド以上の重要な圧力に耐えることができる耐圧
ケースが提供される。いくつかの実施例では、ドライバ
ーや動作センサからプリント回路基板に延びる可撓性連
結体を備え、ケースの内側にプリント回路基板を取付け
てもよい。それから、接合箱をケースに取付け、ケース
の頂部に耐圧取付具を通つて延長できる電線によりプリ
ント回路基板に連結できる。この接合箱は、次に、質量
流量読出し値および任意に流体密度読出し値を与えるセ
ンサからの信号を電気的に処置する手段に連結される。
製造の容易な望ましい変更ケースを第８図、その部分
を第９図で示す。ケースのこの形はケースを形成するた
め共に溶接される（第８図では２〜４片で描いてある）
第９図で示すように半環状断面部の打抜き鋼片から作ら
れる。第１図の実施例に特に適用されるのと同様に次の
仕方で組立てられる第８図の１−10が付けられた10個の
部品で形成される。
ケースの半分を構成する５個の部品（第８図で1,2,3,
4,5で示す）は、流動管の外周の半分を覆い、流動管の
入口−出口マニホールドから成る支持体に溶接される。
図示していないプリント回路基板が、流動管上のセンサ
のピツクオフコイル部分の個所にできるだけ近い位置で
ケースに取付けられ、ピツクオフコイル端子は、上記に
関係する型式の可撓体を含む電線または個々の半ループ
形電線により、これらのプリント回路基板に連結され
る。それから、電線がケースに沿つてケースの中央直線
部分（即ち、第１図の直線上流動管部分112を囲む部分
３）まで走り、そこで流量計エレクトロニクスへの電線
供給通路が配置される。第８図、第９図では示していな
いこの供給通路は、電線が直結される柱で構成してもよ
く、または、電線が直結され、次に、供給通路柱に連結
され、それから、ケースの中間部分でケースの部分３に
位置する図示しない接合箱に連結される第３プリント回
路基板で構成してもよい。配線が完成した後、ケースの
残りの５個の部品（ケースの平面図である第８図で図示
せず）が互いに適所が支持体および予め組立てて溶接し
た部分と自動溶接により溶接される。これら後者の５個
の部品がケースの半体を構成する。部品間の溶接は第８
図で実線に示す通りである。加えて、溶接はケースの内
外周の図示しない継ぎ目線に沿つて行なわれるが、流量
計管および支持体により形成される包囲体の内側と外側
の両方で、ケースの上下半分を連結する。
第４図、第８図のケース実施例は、例示的なものだけ
である。コリオリ型質量流量計の曲線管または直線管の
任意の寸法や形状にして、類似のケースを容易に変形で
き、正確な形状により、第８図、第９図の実施例を別の
数の打抜き鋼半周辺部品で遊離に製作できることは、当
業者であれば容易に分かる。また、直ちに明らかなよう
に、この発明の本質的原理を逸脱することなく当業者に
より他の配線が発明され得るであろう。
外部振動力および関連する付属品による流動管の励起
のプロセスラインノイズの影響をテストするため、振動
テーブルテストを実施した。このような外力はプラント
操作中に周期的に表われる。第5A図乃至第5F図は、現在
の商用のMicro Motion,Inc.Model D25のコリオリ型質量
流量計の振動テーブルテスト実験結果を示す。第6A図乃
至第6F図は、現在の商用のMicro Motion,Inc.Model D40
の流量計の同様のテスト結果を示す。Model D25は流動
管内径が0.172インチであり、Model D40は流動管内径が
0.230インチである。第7A図乃至第7I図は、第１図に示
すのと同様のコリオリ型質量流量計の同様のテストの実
験テスト結果を示す。第5A図乃至第7I図の各々におい
て、Ｘ軸は、流量計フランジを通る軸（即ち、振動軸
Ｂ′−Ｂ′と平行）であり、Ｙ軸は流動管の面と平行
（即ち、変形軸Ａ′−Ａ′と平行）である。Ｚ軸は流動
管の面に対して垂直である。関連するパラメータが表２
で集約されている。
これらの振動テーブル実験をケースを取外した完全な
質量流量計で実施した。第5A図乃至第7I図のストリツプ
チヤートで表示された出力は、対応する外部振動に対応
した動作センサの読みである。チヤートの各シリーズで
示されるシーケンスは、15Hzから2kHzの範囲の線形周波
数ランプに対する流量計の応答であり、それからランダ
ム周波数での振動入力である（第5C図、第5F図、第6C
図、第7C図、第7F図、第7I図）。周波数ランプは10分間
にわたつて生じ、ランダム振動はほぼ５分間にわたつて
生じる。第5A図、第5B図、第5D図、第5E図、第6A図、第
6B図の各々は、上記のD25とD40の６つの動作モードの調
波励起での種々の周波数の外部振動の影響を表示する。
第7A図乃至第7F図は、第１図実施例のこの発明の流量
計の外部振動によるＸ軸、Ｚ軸（第5A図乃至第5F図と同
一軸）の周囲の励起に対する感応度を示し、それぞれ同
一スケールである。第7G図乃至第7I図はＹ軸の周囲での
ものである。（ランダム振動は、第１に第7D図乃至第7F
図で行なわれた。）最適の流量計は６つの動作モードの
調波励起での外部振動の影響を劇的に減少することを示
することに注目すべきである。このようにして、この最
適な流量計は、外力の影響から流量計を有効に隔離する
ことを示す。加えて、０安定生での外部振動の影響をテ
ストするため、各種テストが実施された。このようなテ
ストは、流れがない場合の時間差（Δｔ）測定の安定生
の結果を提供するものであり、いわゆるジツタテストで
ある。エレクトロニクスの任意の平均化またはフイルタ
リングの前にアツプ／ダウンカウンタのパルス幅を直接
測定するため周波数カウンタを使用した。テストをＸ、
Ｙ、Ｚ方向での加速域にわたつてランダム周波数入力を
使用して振動テーブルで実施した。加速が増加するにつ
れて、外部振動の影響は、D25とD40の両方の流量計では
平均値から平均値の１倍以上のパルス幅発散を生じた。
各軸に対するこのような発散は、この最適な流量計では
著しく減少した。このようにして、振動テストの場合と
同様に、この最適な流量計は、流量計を外力の効果から
有効に隔離することがこのジツタテストで分かつた。
第10A図−第10G図は、従来の支柱バーと、上記の4,5
で示したモードのノード点の間だが、これらのモード点
にできる限り近い所でこの発明の教示に従つて配置され
たセンサを備え、ここで説明したように比較可能に寸法
の定まつた現在の商用流量計より20％厚い流量管とを有
する第１図と同様に構成された流量計の実施例で得られ
る別のデータのプロツトである。この流量計の実施例の
流量管はテストの際、第８図、第９図に示す型のケース
により半分覆われ（即ち、管の周辺の半分）、接合箱
（図示せず）が、電線がケースを通り送られるケース外
に付加された。接合箱は、従来、流量計エレクトロニク
スを収容し、第10A図−第10D図で集められるデータか
ら、質量流動度や密度値の読出しパネルを有する他の箱
（「リモート流量伝送器」または「RFT」と称される）
に連結されていた。
第10A図、第10B図の各々は、１分当り０〜45ポンドの
質量流動度での水を使用した、流動度に対する精度の較
正プロツトを表わす。第10A図は、１分当り約３〜４ポ
ンドの質量流動度でとつた第１測定点で「22点」較正曲
線を表わすことで、第10A図は第10B図と異なる。第10B
図は、特に１分当り５ポンド以下の質量流動度（１分当
り約0.5で始まる）で多くのデータが収集される「45
点」較正曲線をカバーする。第10B図はまた、１分間当
り０〜約45ポンドの質量流動度に対して測定した流線圧
力降下データを示す。第10A図、第10B図は、この発明の
流量計実施例が、出願人の譲受人であるMicro Motion,I
nc.の現在の商用流量計を特徴付ける±0.2％の公称精度
値内で十分機能することを示す。第10B図はまた、この
流量計実施例の非常に満足のいく流線圧力降下性能を示
す。
第10C図、第10D図は、ほぼ０〜2000psiの値の水の流
体圧力に対して測定した質量流動度と密度アナログドリ
フト値のプロツトである。各々の例で、Micro Motion,I
nc.により販売されるＤシリーズの商用質量流量計の平
均の歴史的標準偏差測定値のプロツトで比較を表わして
いる。第10C図では、流動度アナログドリフトおよび流
動度標準偏差データ点を秒単位で示す。第10D図では密
度アナログドリフトおよび密度標準偏差を1cm3当りのｇ
単位で示す。両方の場合、測定した標準偏差データ内
で、この発明により作られた流量計が十分機能するこ
と、そのデータが示している。
第10E図、第10F図、第10G図は、第5A図乃至第7I図で
描いたデータと同様にして得られた振動テーブルテスト
データのプロツトであるが、秒当りのアナログ出力（即
ち、質量流動度）に対する振動テーブル周波数（Hzで）
のプロツトとして表わしてあるが、他方、第5A図乃至第
7I図は動作センサの読み自体に対するHzでの振動テーブ
ル周波数をプロツトしたストリツプチヤートの再現であ
る。加えて、第10E図、第10F図、第10G図では、第10A図
乃至第10D図に適用したのと同様の半ケース付属品を備
えた同一流量計組立体でデータが収集された。比較のた
め、ケース付属品のない２つの異なるD25流動管ユニツ
トの同様のプロツトを第11A図乃至第11L図で示す。各々
の例で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は上記で定義したのと同じであ
り、振動テーブル垂直スケール周波数スイープは、15〜
2000Hzであり、アナログデータが得られるリモート伝送
路は、１秒当り5gのスパンと較正フアクタ１とを有する
ものであつた。関連する他のパラメータは表３に集約さ
れる。
振動テーブルのリニアスイープは、各々100Hz振動間
隔での運動の同量の時間を費やし、即ち、15〜115Hzの
スイープは、1000〜1100Hzと同様の時間間隔を生じる。
ログスイープでは、増幅時間間隔は例えば、15〜400Hz
の低周波数で消費され、短縮（または速度上昇）時間間
隔は高周波数で消費される。両方の例で全スイープ時間
は同じである。明らかなように、ログスイープは明らか
に、外部励起が現在の商用のModel D流量計の調波乱れ
を高める周波数を指摘している。第10E図、第10F図、第
10G図は、この発明の流量計を示し、D25流動管に比べこ
のような影響を著しく受けていない。
２重流動管質量流量計の望まし実施例を示したが、こ
こで説明した発明は、板ばねのような部分にも、単一流
動管は非常に小さい質量であり比較的大きい質量のベー
スに装着できる状況の下で、流動管と共に旋回フオーク
を形成するダミー管にも連結して単一の流動管のあるコ
リオリ型質量流量計において実施できる。
前記詳細な説明は、例示目的のため、流動管の寸法と
形状に焦点を当てたが、ここで説明したこの発明の実行
における数多くの変更は、当業者にとつて明らかであ
り、これらの変更は、次の保護請求の範囲で定められた
この発明の範囲を逸脱することがない限り可能である。
フロントページの続き (72)発明者 カニンガム，ティモシー・ジェイ アメリカ合衆国コロラド州80302，ボー ルダー，マックスウェル・ストリート 613

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流動性物質の質量流量をコリオリ力の測定
    された影響に基づいて決定する質量流量計であって、 感圧性継ぎ手又は部分がない少なくとも１つの連続的な
    導管であって、該導管の流入端と排出端とにおいて支持
    手段に取り付けられた導管と、 前記導管に対して平行な面において前記支持手段に取り
    付けられた第２部材であって、前記導管と共に音叉のよ
    うに振動する第２部材と、 前記の取り付けた部位の近傍で曲げ軸に関して前記導管
    及び前記第２部材を振動させる駆動手段と、 前記駆動手段の対向する側で前記導管に取り付けられた
    センサ手段であって、流れ条件下で前記導管のコリオリ
    力によって生じる運動を含む前記導管の全体的な振動性
    の運動を監視する一対のセンサ手段と、 前記センサ手段からの信号を検出し、該信号を質量流量
    値へ変換する信号処理手段と、 を備える質量量流量計において、 それぞれのセンサ手段が、前記導管の一対の振動モード
    の２つの近接したノードにできるだけ近く取り付けられ
    ており、 前記一対の振動モードが、第１の同相曲げモード、第１
    の逆相曲げモード、第１の逆相捩れモード、第２の逆相
    捩れモード、第２の逆相曲げモード及び第３の逆相曲げ
    モードのうちから、（ｉ）それぞれのモードに対するノ
    ードの位置を決めるためのモード解析、及び、（ii）互
    いに最も近接したノードを持つ２つのモードを選択する
    ことに基づいて選択される ことを特徴とする質量流量計。
  2. 【請求項２】前記第２部材が、前記導管と実質的に同一
    の連続的な第２の導管である、請求項１記載の質量流量
    計。
  3. 【請求項３】それぞれの前記導管が、実質的に直線的な
    流入脚と実質的に直線的な排出脚とを有し、これらの脚
    は前記支持手段において互いに向かって収束し、前記導
    管の残りの部分によって前記支持手段に対向して相互に
    接続されることを特徴とする、請求項１又は２記載の質
    量流量計。
  4. 【請求項４】前記流入脚と前記排出脚とが、前記導管の
    実質的に直線的な部分によって前記支持手段に対向して
    相互に接続され、該直線的な部分が前記実質的に直線的
    な脚の部分を会わせるように、いずれかの端で曲がって
    いることを特徴とする、請求項３記載の質量流量計。
  5. 【請求項５】前記センサ手段が、前記導管の流入側及び
    排出側で、前記第２の逆相捩れモード及び前記第３の逆
    相曲げモードとのそれぞれのノードにできるだけ近接し
    て取り付けられることを特徴とする、請求項１記載の質
    量流量計。
  6. 【請求項６】前記センサ手段が、それぞれの導管の流入
    側及び排出側で、前記第２の逆相捩れモード及び前記第
    ３の逆相曲げモードとのそれぞれのノードにできるだけ
    近接して取り付けられることを特徴とする、請求項２記
    載の質量流量計。
  7. 【請求項７】前記流入脚及び前記排出脚に沿う、前記支
    持手段から離れた点においてブレースバーによって前記
    導管をクランプし、前記点が、モード解析により、前記
    導管の前記第１の同相曲げモードと前記第１の逆相曲げ
    モードとの周波数の間の分離を与える点として決定さ
    れ、高調波の分離による質量流量計の感度に対する前記
    第１の同相モードの影響を最小にしたことを特徴とす
    る、請求項２記載の質量流量計。
  8. 【請求項８】前記導管が実質的に直線的な流入脚と実質
    的に直線的な排出脚とを有しており、これらの脚が前記
    支持手段において互いに向かって収束し、前記導管の残
    りの部分によって前記支持手段に対向して相互に接続さ
    れることを特徴とする、請求項７記載の質量流量計。
  9. 【請求項９】前記ブレースバーがニップル型の取り付け
    スリーブ手段を含むことを特徴とする、請求項７記載の
    質量流量計。
  10. 【請求項１０】前記支持手段がフランジのない流入・排
    出プレナムを有し、該プレナムが２つの分離された流れ
    室を持ち、１つは流入側での流れの分離のために、もう
    １つは排出側での流れの再結合のために設けられている
    ことを特徴とする、請求項７記載の質量流量計。
  11. 【請求項１１】前記導管と実質的に同じ形状の耐圧ケー
    スであって、前記導管、前記センサ手段及び前記駆動手
    段の全部を含み、前記支持手段に溶接されている耐圧ケ
    ースを備えることを特徴とする、請求項１又は２記載の
    質量流量計。
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