JP2914395B2 - 振動管デンシメータ - Google Patents
振動管デンシメータInfo
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- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、振動管流量計に関し、特に向上した精度の
密度出力データと増した動作範囲とを有するコリオリ質
量流量計に関する。
密度出力データと増した動作範囲とを有するコリオリ質
量流量計に関する。
（背景技術） 1989年10月31日のRueschの米国特許第4,876,879号に
開示された如き従来のコリオリ効果デンシメータ（密度
計）は、密度の測定精度が測定されら流体の質量流量
率、温度、粘度あるいは圧力の変化では影響を受けない
という前提で設計され使用されていた。特に、これらデ
ンシメータは、駆動された流動管の固有振動数の変化が
流管内に流れる物質の密度の変化によってのみ生じると
いう前提で設計されていた。密度の測定は、測定された
固有振動数から直接にこれら流量計によって決定され
る。
開示された如き従来のコリオリ効果デンシメータ（密度
計）は、密度の測定精度が測定されら流体の質量流量
率、温度、粘度あるいは圧力の変化では影響を受けない
という前提で設計され使用されていた。特に、これらデ
ンシメータは、駆動された流動管の固有振動数の変化が
流管内に流れる物質の密度の変化によってのみ生じると
いう前提で設計されていた。密度の測定は、測定された
固有振動数から直接にこれら流量計によって決定され
る。
各々のコリオリ効果デンシメータは、温度、質量流量
率、密度、粘度、圧力などの如き推奨される動作パラメ
ータの指定されたセットを有する。これらの前提に従っ
て設計されたコリオリ効果計器は、その推奨される動作
範囲を越えない時に良好に動作して大部分のユーザに対
して優れた結果をもたらしてきた。これら計器は、通常
は高精度の出力データと組合わされた優れた性能を生じ
る。
率、密度、粘度、圧力などの如き推奨される動作パラメ
ータの指定されたセットを有する。これらの前提に従っ
て設計されたコリオリ効果計器は、その推奨される動作
範囲を越えない時に良好に動作して大部分のユーザに対
して優れた結果をもたらしてきた。これら計器は、通常
は高精度の出力データと組合わされた優れた性能を生じ
る。
しかし、コリオリ効果デンシメータが流量率のその推
奨される動作範囲を越えて、あるいはこの推奨される動
作範囲の上限付近で使用されることがある状況が生じ
る。これら条件下では、出力データの精度は、計器がそ
の推奨される動作範囲以内で使用される時に通常得られ
る出力データの精度と比較してやや低下する。
奨される動作範囲を越えて、あるいはこの推奨される動
作範囲の上限付近で使用されることがある状況が生じ
る。これら条件下では、出力データの精度は、計器がそ
の推奨される動作範囲以内で使用される時に通常得られ
る出力データの精度と比較してやや低下する。
これまでは、ユーザが更に高い質量流量率を必要とす
るときは、流量計を容認し得る圧力低下のもとで動作さ
せるためにユーザはより高い容量のコリオリ計器へ切換
えることを要求された。しかし、コリオリ質量流量計の
設計における進歩はより低い圧力低下をもたらす結果と
なり、これが流量計の有効範囲を著しく広げることにな
った。先の推奨範囲を越えることがある拡張された範囲
にわたって流量計を用いるユーザは、あり得る最高の精
度ではない出力データを得ることがある。
るときは、流量計を容認し得る圧力低下のもとで動作さ
せるためにユーザはより高い容量のコリオリ計器へ切換
えることを要求された。しかし、コリオリ質量流量計の
設計における進歩はより低い圧力低下をもたらす結果と
なり、これが流量計の有効範囲を著しく広げることにな
った。先の推奨範囲を越えることがある拡張された範囲
にわたって流量計を用いるユーザは、あり得る最高の精
度ではない出力データを得ることがある。
（課題の解決策） これまで推奨された質量流量率動作範囲を越える条件
下で用いるコリオリ効果デンシメータから高精度の出力
データを得ることを可能にする本発明によって上記の課
題は解決され、当該技術における進歩が達成される。
下で用いるコリオリ効果デンシメータから高精度の出力
データを得ることを可能にする本発明によって上記の課
題は解決され、当該技術における進歩が達成される。
この分野における研究者により、コリオリ効果デンシ
メータの振動管の固有振動数が一定ではなく、振動管内
の物質の質量流量率の増加と共に低減することが知られ
ている。このような効果が知られてさえ、これはこれま
で手に入るコリオリ効果デンシメータの設計者により無
視されてきた。このような効果のあり得る悪い結果は、
計器の出力データの精度に対して無視し得る結果しか与
えない圧力低下問題の故に、理論的質量流量率の動作範
囲の低い部分へ各計器の動作を限定することによって避
けられた。しかし、往時のコリオリ流量計の推奨された
動作範囲を越える使用は、推奨された動作範囲に従う時
に得られるデータより精度が低い密度出力データをもた
らす結果となった。このことの理由は、推奨された質量
流量率動作範囲を越える時、流量計が固有振動数の低下
が著しい点において用いられることである。固有振動数
におけるこのような低下は、非常に高い流量率において
更に顕著となる。
メータの振動管の固有振動数が一定ではなく、振動管内
の物質の質量流量率の増加と共に低減することが知られ
ている。このような効果が知られてさえ、これはこれま
で手に入るコリオリ効果デンシメータの設計者により無
視されてきた。このような効果のあり得る悪い結果は、
計器の出力データの精度に対して無視し得る結果しか与
えない圧力低下問題の故に、理論的質量流量率の動作範
囲の低い部分へ各計器の動作を限定することによって避
けられた。しかし、往時のコリオリ流量計の推奨された
動作範囲を越える使用は、推奨された動作範囲に従う時
に得られるデータより精度が低い密度出力データをもた
らす結果となった。このことの理由は、推奨された質量
流量率動作範囲を越える時、流量計が固有振動数の低下
が著しい点において用いられることである。固有振動数
におけるこのような低下は、非常に高い流量率において
更に顕著となる。
より高い流量率における正確な密度測定を得るという
課題は、駆動される流管の測定された固有振動数が流管
内に流れる物質の密度ならびにこの物質の質量流量率に
よって影響を受けるという事実を考慮する方法および装
置の提供によって本発明により解決される。測定された
固有振動数は、本発明によって更に正確な固有振動数の
決定を得る諸要因に従って補正される。この補正された
固有振動数を用いて、物質の密度を高い精度で測定す
る。
課題は、駆動される流管の測定された固有振動数が流管
内に流れる物質の密度ならびにこの物質の質量流量率に
よって影響を受けるという事実を考慮する方法および装
置の提供によって本発明により解決される。測定された
固有振動数は、本発明によって更に正確な固有振動数の
決定を得る諸要因に従って補正される。この補正された
固有振動数を用いて、物質の密度を高い精度で測定す
る。
（発明の概要） これまで手に入るコリオリ質量流量計は、Rueschの特
許に記載される如く設計され使用された。経験では、Ru
eschタイプの流量計が質量流量率および密度の限定範囲
に対しては良好に働くことを示した。しかし、これは、
動作範囲を広げようと試みられる時は流量計の精度に影
響を及ぼし得る振動構造のある特性を勘案するものでは
ない。
許に記載される如く設計され使用された。経験では、Ru
eschタイプの流量計が質量流量率および密度の限定範囲
に対しては良好に働くことを示した。しかし、これは、
動作範囲を広げようと試みられる時は流量計の精度に影
響を及ぼし得る振動構造のある特性を勘案するものでは
ない。
振動管内の物質の流れの他の影響を考慮する理論的モ
デルが、1950年代にアラビア横断パイプラインの研究に
おいてG.W.Housnerによって開発された。このモデル
は、G.W.Housnerの「流動流体を含むパイプラインの曲
げ振動（Bending Vibrations of a Pipe Line Containi
ng Flowing Fluid）」（JOURNAL OF APPLIED MECHANIC
S,Trans.ASME、第74巻、205〜208ページ、1952年）にお
いて論述されている。このモデルは、下記の如く、流動
物質を含む流管の減衰されない横方向の自由振動を記述
する１次元の流体弾性式であるHousnerが得た式に記載
される。即ち、 但し、 Ｅ＝流管の弾性係数 Ｉ＝流管の慣性モーメント ρｆ＝物質の密度 ρｓ＝流管の密度 Af＝流動領域の断面積 As＝流管の断面積 vo＝流速 ｕ（x,t）＝流管の横方向変位 ある特殊な場合に対するHousnerの式に対する近似解
は、流管の固有振動数と管内に流れる流体の質量流量と
の間の下記の原因関係を示すものである。即ち、 但し、 ｎ＝整数 ｌ＝管の長さ 実際のコリオリ流量計についての高精度の数値計算お
よび詳細なテストが、この式により与えられる固有振動
数と質量流量率との間の関数関係を実態化した。
デルが、1950年代にアラビア横断パイプラインの研究に
おいてG.W.Housnerによって開発された。このモデル
は、G.W.Housnerの「流動流体を含むパイプラインの曲
げ振動（Bending Vibrations of a Pipe Line Containi
ng Flowing Fluid）」（JOURNAL OF APPLIED MECHANIC
S,Trans.ASME、第74巻、205〜208ページ、1952年）にお
いて論述されている。このモデルは、下記の如く、流動
物質を含む流管の減衰されない横方向の自由振動を記述
する１次元の流体弾性式であるHousnerが得た式に記載
される。即ち、 但し、 Ｅ＝流管の弾性係数 Ｉ＝流管の慣性モーメント ρｆ＝物質の密度 ρｓ＝流管の密度 Af＝流動領域の断面積 As＝流管の断面積 vo＝流速 ｕ（x,t）＝流管の横方向変位 ある特殊な場合に対するHousnerの式に対する近似解
は、流管の固有振動数と管内に流れる流体の質量流量と
の間の下記の原因関係を示すものである。即ち、 但し、 ｎ＝整数 ｌ＝管の長さ 実際のコリオリ流量計についての高精度の数値計算お
よび詳細なテストが、この式により与えられる固有振動
数と質量流量率との間の関数関係を実態化した。
この効果は、質量流量率が増加するに伴い、それ自体
を物質が充填された流管の固有振動数の低下として明ら
かにする。Housnerの式の唯一つの実際的な適用は、固
有振動数がゼロに減じる時に流管が「座屈」または他の
不安定性を経験する大きな流量を確立することに向けら
れた。これらの現象と関連する質量流量率は、商業的な
流量測定で遭遇するものに比して非常に高い。本発明ま
ではコリオリ効果流量計におけるこのような効果の適用
は知られていなかった。
を物質が充填された流管の固有振動数の低下として明ら
かにする。Housnerの式の唯一つの実際的な適用は、固
有振動数がゼロに減じる時に流管が「座屈」または他の
不安定性を経験する大きな流量を確立することに向けら
れた。これらの現象と関連する質量流量率は、商業的な
流量測定で遭遇するものに比して非常に高い。本発明ま
ではコリオリ効果流量計におけるこのような効果の適用
は知られていなかった。
本発明は、質量流量率が増加するに伴って、駆動され
た流管の固有振動数が減少するという重要点を具現する
ことによって、コリオリ効果デンシメータの有効動作範
囲を増加する。従来のデンシメータの密度測定は、物質
を充填した流管の固有振動数が流管内に流れる物質の密
度の変化によってのみ影響を受けることを前提とした。
しかし、本発明の方法および装置によれば、密度の測定
は、流管内に流れる物質の密度によってのみ決定される
のではなく、質量流量率にも依存する。本発明は、これ
により、物質の更に高い流量率における物質の密度を更
に正確に測定する。
た流管の固有振動数が減少するという重要点を具現する
ことによって、コリオリ効果デンシメータの有効動作範
囲を増加する。従来のデンシメータの密度測定は、物質
を充填した流管の固有振動数が流管内に流れる物質の密
度の変化によってのみ影響を受けることを前提とした。
しかし、本発明の方法および装置によれば、密度の測定
は、流管内に流れる物質の密度によってのみ決定される
のではなく、質量流量率にも依存する。本発明は、これ
により、物質の更に高い流量率における物質の密度を更
に正確に測定する。
本発明の方法および装置は、駆動された流管の固有振
動数がこの管の物質の質量流量率の増加の故に減少する
量を決定する。この振動数の変化情報を用いて、流管の
ゼロの流量状態における固有振動数に等しい固有振動数
の補正値を生成する。先に述べたHousnerの式に対する
近似解と実験の確認に基いて、質量流量率の変化による
流量計の振動数の変化は下記のように表わされる。即
ち、 但し、 ω＝計算された流動のない固有振動数である、物質で
充填された流管の補正された固有振動数、 ω＊ ｎ＝物質で充填された流管の測定された固有振動
数 MR＝物質の測定された質量流量率 VR＝物質の測定された体積流量率 VR＝MR/密度 この式もまた、固有振動数の周期に関して表わすこと
ができる。
動数がこの管の物質の質量流量率の増加の故に減少する
量を決定する。この振動数の変化情報を用いて、流管の
ゼロの流量状態における固有振動数に等しい固有振動数
の補正値を生成する。先に述べたHousnerの式に対する
近似解と実験の確認に基いて、質量流量率の変化による
流量計の振動数の変化は下記のように表わされる。即
ち、 但し、 ω＝計算された流動のない固有振動数である、物質で
充填された流管の補正された固有振動数、 ω＊ ｎ＝物質で充填された流管の測定された固有振動
数 MR＝物質の測定された質量流量率 VR＝物質の測定された体積流量率 VR＝MR/密度 この式もまた、固有振動数の周期に関して表わすこと
ができる。
Tc＝Tm（１−MR VR Kρ） Tc＝補正された固有振動数に対応する周期 Tm＝測定された固有振動数に対応する周期 密度係数定数は、流量ゼロの空気、流量ゼロの水およ
び流動状態の水の如き２つの異なる物質を用いて各流量
計を校正することによって得る。
び流動状態の水の如き２つの異なる物質を用いて各流量
計を校正することによって得る。
物質で充填された流管の補正された固有振動数は管の
周期へ変換され、次にこれを用いて を解くことにより物質の密度を計算する。但し、 ｄ＝DW−Da Dw＝水の密度 Da＝空気の密度 tcm＝測定された振動数に対する管の温度係数 Tc＝補正された管周期 K1＝（tca）Ta 2 Ta＝流動しない空気に対する管周期 tca＝空気校正のための管の温度係数 K2＝（tcw）Tw 2−tca（Ta）２ tcw＝水校正のための管の温度係数 Tw＝流動しない水に対する管周期 本発明によれば、１つまたは複数の振動流管に接続さ
れあるいはこれと関連したセンサ装置の出力が信号処理
回路に接続され、この回路が、物質の流量、流動物質の
質量流量率ならびに流動物質の体積流量率により振動流
管の測定された固有振動数を示すデータを生成する。信
号処理回路は、測定された固有振動数は質量流量率の変
化と共に一定ではなく、質量流量率が増加すると減少す
るという事実を勘案する。その際、信号処理回路は、測
定された周波数を補正して、振動流管のゼロ質量流量率
の固有振動数に対応する補正された振動数を規定する出
力を生じる。この補正された固有振動数は信号処理回路
へ加えられ、この回路が流管内に流れる物質の正確な密
度表示を生じる。
周期へ変換され、次にこれを用いて を解くことにより物質の密度を計算する。但し、 ｄ＝DW−Da Dw＝水の密度 Da＝空気の密度 tcm＝測定された振動数に対する管の温度係数 Tc＝補正された管周期 K1＝（tca）Ta 2 Ta＝流動しない空気に対する管周期 tca＝空気校正のための管の温度係数 K2＝（tcw）Tw 2−tca（Ta）２ tcw＝水校正のための管の温度係数 Tw＝流動しない水に対する管周期 本発明によれば、１つまたは複数の振動流管に接続さ
れあるいはこれと関連したセンサ装置の出力が信号処理
回路に接続され、この回路が、物質の流量、流動物質の
質量流量率ならびに流動物質の体積流量率により振動流
管の測定された固有振動数を示すデータを生成する。信
号処理回路は、測定された固有振動数は質量流量率の変
化と共に一定ではなく、質量流量率が増加すると減少す
るという事実を勘案する。その際、信号処理回路は、測
定された周波数を補正して、振動流管のゼロ質量流量率
の固有振動数に対応する補正された振動数を規定する出
力を生じる。この補正された固有振動数は信号処理回路
へ加えられ、この回路が流管内に流れる物質の正確な密
度表示を生じる。
本発明の上記および他の利点および特徴については図
面に関して以降の記述を読めば更によく理解されよう。
面に関して以降の記述を読めば更によく理解されよう。
（図面の簡単な説明） 図１は、本発明の可能な一実施例を示し、 図２は、図１の計測電子ユニット20の更なる詳細を開
示し、 図３は、コリオリ流量計の減少する固有振動数と質量
流量率の関係を示す曲線、 図４および図５は、本発明に従って測定された固有振
動数を補正して密度その他の情報を計算する時の流量計
電子ユニット20とそのマイクロプロセッサ236の動作を
示すフローチャート、および 図６は、図２の簡単化された図である。
示し、 図３は、コリオリ流量計の減少する固有振動数と質量
流量率の関係を示す曲線、 図４および図５は、本発明に従って測定された固有振
動数を補正して密度その他の情報を計算する時の流量計
電子ユニット20とそのマイクロプロセッサ236の動作を
示すフローチャート、および 図６は、図２の簡単化された図である。
（実施例） １つの可能な望ましい実施例が図１乃至図６に示され
る。本発明がこの実施例に限定されるものでないことを
明確に理解すべきである。他の実施例および変更例は、
クレームされた発明概念の範囲内にあると見做される。
本発明は、本文に述べた流量計以外の形式の流量計で実
施することができる。本発明の成功した実現は、流量計
の形状に依存するものではない。また、補正された固有
振動数を提供する他の線形近似法を用いることができ
る。
る。本発明がこの実施例に限定されるものでないことを
明確に理解すべきである。他の実施例および変更例は、
クレームされた発明概念の範囲内にあると見做される。
本発明は、本文に述べた流量計以外の形式の流量計で実
施することができる。本発明の成功した実現は、流量計
の形状に依存するものではない。また、補正された固有
振動数を提供する他の線形近似法を用いることができ
る。
図１は、コリオリ流量計組立体10と流量計電子ユニッ
ト20とを含むコリオリ・デンシメータ５を示す。流量計
組立体10は、処理物質の質量流量率に応答する。流量計
電子ユニット20は、リード100を介して流量計組立体10
に接続されて、密度、質量流量率、体積流量率および総
合化された質量流量情報を経路26へ提供する。
ト20とを含むコリオリ・デンシメータ５を示す。流量計
組立体10は、処理物質の質量流量率に応答する。流量計
電子ユニット20は、リード100を介して流量計組立体10
に接続されて、密度、質量流量率、体積流量率および総
合化された質量流量情報を経路26へ提供する。
流量計組立体10は、１対のマニフォールド110、110′
と、管状部材150、151′、１対の平行な流管130、13
0′、駆動機構180、温度センサ190、および１対の速度
センサ170L,170Rを含んでいる。流管130、130′は、相
互にマニフォールド要素120、120′に向けて集束する２
つの略々直線状の入口脚部131、131′および出口脚部13
4、134′を有する。流管は、２つの対称位置でその長手
方向に曲り、略々直線状の頂部の中央部分により分けら
れている。支え棒140、140′は、各流管が周りで振動す
る軸Ｗ、Ｗ′を画定するよう働く。
と、管状部材150、151′、１対の平行な流管130、13
0′、駆動機構180、温度センサ190、および１対の速度
センサ170L,170Rを含んでいる。流管130、130′は、相
互にマニフォールド要素120、120′に向けて集束する２
つの略々直線状の入口脚部131、131′および出口脚部13
4、134′を有する。流管は、２つの対称位置でその長手
方向に曲り、略々直線状の頂部の中央部分により分けら
れている。支え棒140、140′は、各流管が周りで振動す
る軸Ｗ、Ｗ′を画定するよう働く。
流管130、130′の側方脚部131、134は、流管担持ブロ
ック120、120′に固定され、これらブロックは更に要素
150、150′に固定されている。これは、コリオリ流量計
組立体10を通る連続的な閉じた物質経路を提供する。
ック120、120′に固定され、これらブロックは更に要素
150、150′に固定されている。これは、コリオリ流量計
組立体10を通る連続的な閉じた物質経路を提供する。
穴102を持つフランジ103を有する流量計10が入口端部
104′および出口端部101′を介して流管系（図示せず）
に接続され、この流管系が測定される処理物質を搬送
し、物質は入口マニフォールド110の端部104のフランジ
103のオリフィス101を介して流量系に流入し、徐々に変
化する断面を持つ内部の通路を介して表面121を持つ流
管担持ブロック120へ送られる。ここで物質は分けられ
て流管130、130′を通って流れる。現存する流管130、1
30′に対しては、処理物質は表面121を持つ流管担持ブ
ロック120′内で単一の流れに再び合流され、その後出
口マニフォールド110′へ進む。出口マニフォールド11
0′内部では、物質は入口マニフォールド110に似た徐々
に変化する断面を持つ通路を介して出口端部104′のオ
リフィス101′へ流れる。出口端部104′は、ボルト穴10
2′を持つフランジ103′により流管系（図示せず）へ接
続される。
104′および出口端部101′を介して流管系（図示せず）
に接続され、この流管系が測定される処理物質を搬送
し、物質は入口マニフォールド110の端部104のフランジ
103のオリフィス101を介して流量系に流入し、徐々に変
化する断面を持つ内部の通路を介して表面121を持つ流
管担持ブロック120へ送られる。ここで物質は分けられ
て流管130、130′を通って流れる。現存する流管130、1
30′に対しては、処理物質は表面121を持つ流管担持ブ
ロック120′内で単一の流れに再び合流され、その後出
口マニフォールド110′へ進む。出口マニフォールド11
0′内部では、物質は入口マニフォールド110に似た徐々
に変化する断面を持つ通路を介して出口端部104′のオ
リフィス101′へ流れる。出口端部104′は、ボルト穴10
2′を持つフランジ103′により流管系（図示せず）へ接
続される。
流管130、130′は、それぞれ曲げ軸Ｗ−ＷおよびＷ′
−Ｗ′に関して略々同じ質量分布、慣性モーメントおよ
び弾性係数を持つように選択され、流管担持ブロック12
0に適切に取付けられる。これらの曲げ軸は、流管のフ
ランジ140、140′および担持ブロック120、120′の各々
の付近に配置されている。流管は、略々平行に担持ブロ
ックから外側へ延在して、その各曲げ軸に関して実質的
に等しい質量分布、慣性モーメントおよび弾性係数を有
する。流管の弾性係数が温度と共に変化するので、抵抗
温度検出器（RTD）190（典型的に、プラチナRTD装置）
が流管130′に取付けられて流管の温度を連続的に測定
する。流管の温度、従ってRTDに流れる所与の電流に対
してRTDに現れる電圧は、流管に流れる物質の温度によ
って支配される。RTDに現れる温度に依存する電圧は、
流量計電子ユニット20により周知の方法で用いられて流
管の温度変化に対するばね定数の値を補償する。RTD
は、リード195によって流量計電子ユニット20に接続さ
れている。
−Ｗ′に関して略々同じ質量分布、慣性モーメントおよ
び弾性係数を持つように選択され、流管担持ブロック12
0に適切に取付けられる。これらの曲げ軸は、流管のフ
ランジ140、140′および担持ブロック120、120′の各々
の付近に配置されている。流管は、略々平行に担持ブロ
ックから外側へ延在して、その各曲げ軸に関して実質的
に等しい質量分布、慣性モーメントおよび弾性係数を有
する。流管の弾性係数が温度と共に変化するので、抵抗
温度検出器（RTD）190（典型的に、プラチナRTD装置）
が流管130′に取付けられて流管の温度を連続的に測定
する。流管の温度、従ってRTDに流れる所与の電流に対
してRTDに現れる電圧は、流管に流れる物質の温度によ
って支配される。RTDに現れる温度に依存する電圧は、
流量計電子ユニット20により周知の方法で用いられて流
管の温度変化に対するばね定数の値を補償する。RTD
は、リード195によって流量計電子ユニット20に接続さ
れている。
両方の流管130は、曲げ軸Ｗ、Ｗ′に関して流量計の
いわゆる第１の逆相固有振動数で駆動機構180によって
反対方向に駆動される。両方の流管130、130′は、音叉
の叉部として振動する。この駆動機構180は、流管130、
130′を振動させるため交流が流れる、流管130′に取付
けられた磁石と流管130に取付けられた対向コイルの如
き多くの周知の構成のどれかを含む。適切な駆動信号
が、リード185を介して流量計電子ユニット20により印
加されて駆動機構180を駆動する。
いわゆる第１の逆相固有振動数で駆動機構180によって
反対方向に駆動される。両方の流管130、130′は、音叉
の叉部として振動する。この駆動機構180は、流管130、
130′を振動させるため交流が流れる、流管130′に取付
けられた磁石と流管130に取付けられた対向コイルの如
き多くの周知の構成のどれかを含む。適切な駆動信号
が、リード185を介して流量計電子ユニット20により印
加されて駆動機構180を駆動する。
駆動機構180による流管130の振動中、他方の側方脚部
134よりも近づくように強制される隣接する側方脚部131
は、側方脚部134より早く、速度がゼロと交差する運動
終点に達する。１対の隣接する側方脚部がその運動終点
に達する瞬間から他方の対の側方脚部、即ち更に離れる
よう強制された側方脚部がその各々の終点に達する瞬間
まで経過する時間間隔（本文では、特定の振動数での位
相差、即ち、時間差、あるいは単に「Δｔ」値とも言
う）は、流量計組立体10を流動する物質の質量流量率に
略々比例する。
134よりも近づくように強制される隣接する側方脚部131
は、側方脚部134より早く、速度がゼロと交差する運動
終点に達する。１対の隣接する側方脚部がその運動終点
に達する瞬間から他方の対の側方脚部、即ち更に離れる
よう強制された側方脚部がその各々の終点に達する瞬間
まで経過する時間間隔（本文では、特定の振動数での位
相差、即ち、時間差、あるいは単に「Δｔ」値とも言
う）は、流量計組立体10を流動する物質の質量流量率に
略々比例する。
時間間隔Δｔを測定するため、センサ170L、170Rが流
管130、130′の自由端付近に取付けられる。このセンサ
は、どんな周知の種類のものでよもよい。センサ170L、
170Rによって生成される信号は、流管の完全な運動の速
度特性を提供するもので、この時間間隔、従って、流量
計を流動する物質の質量流量を計算する多くの周知の方
法のどれかで処理することができる。
管130、130′の自由端付近に取付けられる。このセンサ
は、どんな周知の種類のものでよもよい。センサ170L、
170Rによって生成される信号は、流管の完全な運動の速
度特性を提供するもので、この時間間隔、従って、流量
計を流動する物質の質量流量を計算する多くの周知の方
法のどれかで処理することができる。
センサ170L、170Rは、それぞれリード165L、165Rに現
れる左右の速度信号を生じる。時間差測定を用いること
は、左右の速度センサ信号間に生じる明白な位相差を測
定する正確な方法を提供する。
れる左右の速度信号を生じる。時間差測定を用いること
は、左右の速度センサ信号間に生じる明白な位相差を測
定する正確な方法を提供する。
流量計電子ユニット20は、それぞれリード195におけ
るRTD温度信号を、またリード165L、165R上に現れる左
右の速度信号を受取る。流量計電子ユニット20は、駆動
機構180に対するリード185に現れる駆動信号を生成し、
流管130、130′を駆動させる。流量計電子ユニット20
は、左右の速度信号およびRTD信号を処理して、流量計
組立体10を流動する物質の質量流量率、体積流量率およ
び密度を計算する。この情報は、利用手段29に対する経
路26に流量計電子ユニット20によって印加される。密度
の決定において、電子ユニット30は、本発明により教示
された方法で流管130、130′の測定された固有振動数を
補正して、次にこの補正された振動数をその密度計算に
おいて使用する。
るRTD温度信号を、またリード165L、165R上に現れる左
右の速度信号を受取る。流量計電子ユニット20は、駆動
機構180に対するリード185に現れる駆動信号を生成し、
流管130、130′を駆動させる。流量計電子ユニット20
は、左右の速度信号およびRTD信号を処理して、流量計
組立体10を流動する物質の質量流量率、体積流量率およ
び密度を計算する。この情報は、利用手段29に対する経
路26に流量計電子ユニット20によって印加される。密度
の決定において、電子ユニット30は、本発明により教示
された方法で流管130、130′の測定された固有振動数を
補正して、次にこの補正された振動数をその密度計算に
おいて使用する。
流量測定回路23、流管駆動回路27および処理回路235
を含むように、流量計電子ユニット20のブロック図が図
２に示されている。流管駆動回路27は、リード185を介
して駆動機構180へ反復的な交番する即ちパルス状の駆
動信号を提供する。流量駆動回路27は、リード165L上の
左の速度信号に前記の駆動信号を同期させて、両方の流
管130をその基体固有振動数で反対方向の正弦波振動運
動に維持する。この振動数は、流管の特性と流動する物
質の密度および質量流量率を含む多くの因数によって支
配される。流管駆動回路27は当技術において公知であ
り、その特定の構成は本発明の一部をなすものではない
ので、本文ではこれ以上詳細には論述しない。流管の駆
動回路に対する異なる実施例のこれ以上の記述について
は、米国特許第5,009,109号（1991年４月23日、P.Kalot
ay等に対して発行）、同第4,934,196号（1990年６月19
日、P.Romanoに対して発行）、および同第4,876,879号
（1989年10月31日、J.Rueschに対して発行）を事例とし
て参照されたい。
を含むように、流量計電子ユニット20のブロック図が図
２に示されている。流管駆動回路27は、リード185を介
して駆動機構180へ反復的な交番する即ちパルス状の駆
動信号を提供する。流量駆動回路27は、リード165L上の
左の速度信号に前記の駆動信号を同期させて、両方の流
管130をその基体固有振動数で反対方向の正弦波振動運
動に維持する。この振動数は、流管の特性と流動する物
質の密度および質量流量率を含む多くの因数によって支
配される。流管駆動回路27は当技術において公知であ
り、その特定の構成は本発明の一部をなすものではない
ので、本文ではこれ以上詳細には論述しない。流管の駆
動回路に対する異なる実施例のこれ以上の記述について
は、米国特許第5,009,109号（1991年４月23日、P.Kalot
ay等に対して発行）、同第4,934,196号（1990年６月19
日、P.Romanoに対して発行）、および同第4,876,879号
（1989年10月31日、J.Rueschに対して発行）を事例とし
て参照されたい。
処理回路235を含む流量測定回路235は、流量計組立体
10を流動する物質の質量流量率と体積流量率を計算する
ため、周知の方法でリード195におけるRTDの信号と共
に、リード165L、165R上の左右の速度信号をそれぞれ処
理する。出力情報は、ディスプレイまたは処理制御シス
テムのいずれかである利用手段29に対する経路26に印加
される。処理回路235はまた、本発明に従って、流管130
の固有振動数を測定し、この振動数を補正し、この補正
された振動数を用いて高精度の密度情報を導出するよう
に動作する。
10を流動する物質の質量流量率と体積流量率を計算する
ため、周知の方法でリード195におけるRTDの信号と共
に、リード165L、165R上の左右の速度信号をそれぞれ処
理する。出力情報は、ディスプレイまたは処理制御シス
テムのいずれかである利用手段29に対する経路26に印加
される。処理回路235はまた、本発明に従って、流管130
の固有振動数を測定し、この振動数を補正し、この補正
された振動数を用いて高精度の密度情報を導出するよう
に動作する。
流量測定回路23が質量流量率と体積流量率を生成する
方法は当業者には周知であるので、本発明と密接な関係
にある流量計電子ユニット20の部分のみを以下に論述す
る。流量測定回路23は、２つの別個の入力チャンネル、
即ち、左チャンネル202と右チャンネル212とを含んでい
る。各チャンネルは、１つの積分器と２つのゼロ交差検
出器とを含む。両方のチャンネルでは、左右の速度信号
が、各々が低域通過フィルタを形成する積分器206、216
の各々印加される。これら積分器の出力はゼロ交差検出
器（作用的には、コンパレータ）208、218へ印加され、
この検出器は、対応する積分された速度信号が小さな予
め規定された正と負の電圧レベル、例えば±2.5Vにより
画定される電圧ウインドウを越える時は常にレベル変化
信号を生成する。両方のゼロ交差検出器208、218の出力
は制御信号としてカウンタ220へ送られ、これら出力に
おける対応する変化の間に生じるクロック・パルス・カ
ウントによって時間間隔を測定する。この時間間隔はΔ
ｔ値であり、処理物質の質量流量率と共に変化する。こ
のカウントにおけるΔｔ値は、入力データとして並列に
処理回路235へ印加される。
方法は当業者には周知であるので、本発明と密接な関係
にある流量計電子ユニット20の部分のみを以下に論述す
る。流量測定回路23は、２つの別個の入力チャンネル、
即ち、左チャンネル202と右チャンネル212とを含んでい
る。各チャンネルは、１つの積分器と２つのゼロ交差検
出器とを含む。両方のチャンネルでは、左右の速度信号
が、各々が低域通過フィルタを形成する積分器206、216
の各々印加される。これら積分器の出力はゼロ交差検出
器（作用的には、コンパレータ）208、218へ印加され、
この検出器は、対応する積分された速度信号が小さな予
め規定された正と負の電圧レベル、例えば±2.5Vにより
画定される電圧ウインドウを越える時は常にレベル変化
信号を生成する。両方のゼロ交差検出器208、218の出力
は制御信号としてカウンタ220へ送られ、これら出力に
おける対応する変化の間に生じるクロック・パルス・カ
ウントによって時間間隔を測定する。この時間間隔はΔ
ｔ値であり、処理物質の質量流量率と共に変化する。こ
のカウントにおけるΔｔ値は、入力データとして並列に
処理回路235へ印加される。
温度素子RTD190は、リード195によりRTD入力回路224
の入力に接続される。この回路は一定の駆動電流をRTD
素子190へ供給し、RTD素子に現れる電圧を線形化して、
この電圧を電圧／周波数（V/F）コンバータ226を用いて
RTD電圧の変化と比例的に変化するスケールされた周波
数を持つパルス・ストリームに変換する。回路224によ
り結果として生成されるパルス・ストリームは、カウン
タ228に対して入力として加えられ、このカウンタは前
記ストリームを周期的にカウントし、測定された温度に
比例する信号をカウントの形で生じる。カウンタ228の
出力は、処理回路235に対して入力として加えられる。
マイクロプロセッサに基くシステムであることが望まし
い処理回路235が、これに加えられたディジタル化され
たΔｔと温度値から質量流量率を決定する。ディジタル
化された温度値は、流管の温度に基いて流量計の係数値
を修正するのに用いられる。これが、温度による流管の
弾性の変化を補償する。修正された流量計の係数（即
ち、温度補償された流量係数−−RF）は、測定されたΔ
ｔ値と計算された密度値から質量流量率と体積流量率と
を計算するため用いられる。質量流量率と体積流量率と
を決定すると、処理回路235は利用手段29に対する経路2
6上の出力信号を更新する。
の入力に接続される。この回路は一定の駆動電流をRTD
素子190へ供給し、RTD素子に現れる電圧を線形化して、
この電圧を電圧／周波数（V/F）コンバータ226を用いて
RTD電圧の変化と比例的に変化するスケールされた周波
数を持つパルス・ストリームに変換する。回路224によ
り結果として生成されるパルス・ストリームは、カウン
タ228に対して入力として加えられ、このカウンタは前
記ストリームを周期的にカウントし、測定された温度に
比例する信号をカウントの形で生じる。カウンタ228の
出力は、処理回路235に対して入力として加えられる。
マイクロプロセッサに基くシステムであることが望まし
い処理回路235が、これに加えられたディジタル化され
たΔｔと温度値から質量流量率を決定する。ディジタル
化された温度値は、流管の温度に基いて流量計の係数値
を修正するのに用いられる。これが、温度による流管の
弾性の変化を補償する。修正された流量計の係数（即
ち、温度補償された流量係数−−RF）は、測定されたΔ
ｔ値と計算された密度値から質量流量率と体積流量率と
を計算するため用いられる。質量流量率と体積流量率と
を決定すると、処理回路235は利用手段29に対する経路2
6上の出力信号を更新する。
図２の処理回路235は、マイクロプロセッサ236と、RO
Mメモリ237およびRAMメモリ238を含む記憶素子とを含ん
でいる。ROMメモリ237は、機能を実施する際にマイクロ
プロセッサ236により使用される恒久的情報を記憶し、R
AMメモリ238は、マイクロプロセッサ236により使用され
る一時的情報を記憶する。前記マイクロプロセッサは、
そのROMおよびRAMメモリ、およびバス・システム239と
共に処理回路235の全機能を制御して、処理回路235がカ
ウンタ220、228から信号を受取り、利用手段29に対する
経路26に本発明のコリオリ効果デンシメータが生成する
種々のデータ項目を印加するのに必要な方法で前記信号
を処理することができるようにする。
Mメモリ237およびRAMメモリ238を含む記憶素子とを含ん
でいる。ROMメモリ237は、機能を実施する際にマイクロ
プロセッサ236により使用される恒久的情報を記憶し、R
AMメモリ238は、マイクロプロセッサ236により使用され
る一時的情報を記憶する。前記マイクロプロセッサは、
そのROMおよびRAMメモリ、およびバス・システム239と
共に処理回路235の全機能を制御して、処理回路235がカ
ウンタ220、228から信号を受取り、利用手段29に対する
経路26に本発明のコリオリ効果デンシメータが生成する
種々のデータ項目を印加するのに必要な方法で前記信号
を処理することができるようにする。
この情報の一部は、質量流量率情報と体積流量率情報
である。メモリ素子237、238と共にマイクロプロセッサ
236を含む処理回路235は、本発明に従って流管130を流
動する物質の広範囲の質量流量率について高精度の密度
情報を提供するように動作する。後で図４および図５の
フローチャートに従って詳細に記述するように、この高
精度の密度情報は、振動管の固有振動数を速度センサ17
0により与えられる信号から測定し、流管130の測定され
た固有振動数が質量流量率の増加と共に減少するという
事実を補償するようにこの測定された固有振動数を補正
し、この補正された振動数を密度の計算において用いて
高精度の密度出力データを得るステップによって得られ
る。この密度出力データは、補正された固有振動数では
なく測定された固有振動数が密度の計算において用いら
れた場合よりもはるかに正確なものになる。
である。メモリ素子237、238と共にマイクロプロセッサ
236を含む処理回路235は、本発明に従って流管130を流
動する物質の広範囲の質量流量率について高精度の密度
情報を提供するように動作する。後で図４および図５の
フローチャートに従って詳細に記述するように、この高
精度の密度情報は、振動管の固有振動数を速度センサ17
0により与えられる信号から測定し、流管130の測定され
た固有振動数が質量流量率の増加と共に減少するという
事実を補償するようにこの測定された固有振動数を補正
し、この補正された振動数を密度の計算において用いて
高精度の密度出力データを得るステップによって得られ
る。この密度出力データは、補正された固有振動数では
なく測定された固有振動数が密度の計算において用いら
れた場合よりもはるかに正確なものになる。
図６は、図２の発明を簡単な形態で示している。図２
および図６における対応する要素は、図６のシステムの
理解を容易にするため同じ参照番号を持つ。図６は、流
管130、左方の速度センサ170L、右方の速度センサ170
R、駆動機構180およびRTD温度センサ190を含む左の流量
計装置10を有する如きデンシメータを開示している。こ
れらの要素は、リード165L、185、165Rおよび195で流量
計電子ユニット20に対して接続されている。これらの要
素は、図２に関して既に述べたものと同じ機能を実施す
る。流量計電子ユニット20は、図２に関して述べたよう
に機能して流量計装置10と信号を送受する流管駆動回路
27と流量測定回路23とを含んでいる。流量計電子ユニッ
ト20は、これらの信号を受取って振動管130に流れる物
質に対する高精度の密度情報を生成する。
および図６における対応する要素は、図６のシステムの
理解を容易にするため同じ参照番号を持つ。図６は、流
管130、左方の速度センサ170L、右方の速度センサ170
R、駆動機構180およびRTD温度センサ190を含む左の流量
計装置10を有する如きデンシメータを開示している。こ
れらの要素は、リード165L、185、165Rおよび195で流量
計電子ユニット20に対して接続されている。これらの要
素は、図２に関して既に述べたものと同じ機能を実施す
る。流量計電子ユニット20は、図２に関して述べたよう
に機能して流量計装置10と信号を送受する流管駆動回路
27と流量測定回路23とを含んでいる。流量計電子ユニッ
ト20は、これらの信号を受取って振動管130に流れる物
質に対する高精度の密度情報を生成する。
流量測定回路23は、簡単な形態で図６に示され、位相
差測定回路601と振動数測定回路602とを含んでいる。位
相差測定回路は、経路165L、165Rにおいて左右のセンサ
の出力を受取り、これら出力に応答して、流管130内に
その時に流れる物質の質量流量率MRと体積流量率VRを含
む種々の情報を生成する。このMR情報およびVR情報は、
経路603で振動数補正要素606へ印加される。振動数測定
回路602は、経路195において温度情報を、また経路165R
において右方の速度センサ170Rの出力信号を受取る。こ
の情報の受取りに応答して、振動数測定回路は物質が流
管130を流過する時のこの流管の測定された共振振動数
を示す出力Fmを生成する。この出力信号Fmは、経路604
において振動数補正回路606へ印加される。振動数補正
回路606は、質量流量率MR、体積流量率VRおよび測定さ
れた振動数Fmの受取りに応答して、測定された振動数Fm
を補正する補正された振動数出力信号Fcを生成し、流管
130内にその時流れる物質の質量流量率の故に、測定さ
れた振動数Fmは流管130の流れのない固有振動数とは異
なるという事実を補償する。
差測定回路601と振動数測定回路602とを含んでいる。位
相差測定回路は、経路165L、165Rにおいて左右のセンサ
の出力を受取り、これら出力に応答して、流管130内に
その時に流れる物質の質量流量率MRと体積流量率VRを含
む種々の情報を生成する。このMR情報およびVR情報は、
経路603で振動数補正要素606へ印加される。振動数測定
回路602は、経路195において温度情報を、また経路165R
において右方の速度センサ170Rの出力信号を受取る。こ
の情報の受取りに応答して、振動数測定回路は物質が流
管130を流過する時のこの流管の測定された共振振動数
を示す出力Fmを生成する。この出力信号Fmは、経路604
において振動数補正回路606へ印加される。振動数補正
回路606は、質量流量率MR、体積流量率VRおよび測定さ
れた振動数Fmの受取りに応答して、測定された振動数Fm
を補正する補正された振動数出力信号Fcを生成し、流管
130内にその時流れる物質の質量流量率の故に、測定さ
れた振動数Fmは流管130の流れのない固有振動数とは異
なるという事実を補償する。
補正された振動数Fcは、図６に示さない他の情報と共
に、密度測定要素608へ印加され、この要素が流管130内
にその時流れる物質に対する正確な密度情報を生成す
る。密度測定要素608により生成された密度情報は大き
な質量流量率の条件においては一層高精度となる。これ
は、その密度計算において、測定された振動数Fmではな
く補正された振動数Fcを用いるからである。
に、密度測定要素608へ印加され、この要素が流管130内
にその時流れる物質に対する正確な密度情報を生成す
る。密度測定要素608により生成された密度情報は大き
な質量流量率の条件においては一層高精度となる。これ
は、その密度計算において、測定された振動数Fmではな
く補正された振動数Fcを用いるからである。
密度測定要素608の出力信号は、経路26において利用
手段29へ印加されるが、この手段は、生成された密度情
報の視覚的表示のための計器あるいは経路26上の密度信
号により制御される処理制御システムのいずれかを含
む。
手段29へ印加されるが、この手段は、生成された密度情
報の視覚的表示のための計器あるいは経路26上の密度信
号により制御される処理制御システムのいずれかを含
む。
図３に示されるように、流管内に流れる物質の質量流
量率が増加するに伴い、振動管の固有振動数は減少す
る。図３におけるデータは、所与の流管の形状と一定密
度を持つ流動物質とに対するこのような影響を表わす。
曲線の実際の勾配は、異なる流管の形状および流体の密
度に対して変化し、先に述べた定数K3を生じることによ
って容易に確認される。図３の縦軸は、流量計の第１の
逆相固有振動数に対応している。横軸には、質量流量率
のボンド／分（1bs/分）が付される。望ましい実施例の
商業的に推奨され使用可能な流量範囲を表わすため百分
率が含まれる。100％点は推奨される動作範囲である
が、ユーザが流量計において結果として生じる圧力降下
に無関心であれば、流量計は200％点まで使用すること
ができる。低い質量流量率における曲線の初期部分にお
いては、固有振動数は比較的一定なままである。しか
し、質量流量率が100％の率に近づくにつれ、およびこ
れを越えて増加すると、固有振動数は減少する。これ
は、流動物質の密度の正確な測定を決定できるように本
発明が補正する効果である。このような効果を得るため
に固有振動数を補正する際における本発明の動作が、図
４および図５に示される。
量率が増加するに伴い、振動管の固有振動数は減少す
る。図３におけるデータは、所与の流管の形状と一定密
度を持つ流動物質とに対するこのような影響を表わす。
曲線の実際の勾配は、異なる流管の形状および流体の密
度に対して変化し、先に述べた定数K3を生じることによ
って容易に確認される。図３の縦軸は、流量計の第１の
逆相固有振動数に対応している。横軸には、質量流量率
のボンド／分（1bs/分）が付される。望ましい実施例の
商業的に推奨され使用可能な流量範囲を表わすため百分
率が含まれる。100％点は推奨される動作範囲である
が、ユーザが流量計において結果として生じる圧力降下
に無関心であれば、流量計は200％点まで使用すること
ができる。低い質量流量率における曲線の初期部分にお
いては、固有振動数は比較的一定なままである。しか
し、質量流量率が100％の率に近づくにつれ、およびこ
れを越えて増加すると、固有振動数は減少する。これ
は、流動物質の密度の正確な測定を決定できるように本
発明が補正する効果である。このような効果を得るため
に固有振動数を補正する際における本発明の動作が、図
４および図５に示される。
図４および図５は、流管130の補正された固有振動数
ならびに流管内に流れる物質の密度の計算においてどの
ようにマイクロプロセッサ236とメモリ237、238が動作
するかをフローチャート形態で示している。この計算
は、図４および図５の右側に示された一連の逐次時間間
隔t1・・・t8において行われる。このプロセスは、マイ
クロプロセッサ236が経路401、4021、403、405上で入力
およびセットアップ情報を受取る要素404において開始
する。これは、時間間隔t1において行われる。右方の速
度センサ170Rからのピックオフ信号RPOが、経路401上で
マイクロプロセッサへ印加される。左方の速度センサ17
0Lからのピックオフ信号LPOは経路402に印加される。温
度信号RTDは経路403に印加され、定数K1、K2、K3を表わ
す情報はメモリ237、238から経路405に印加される。要
素404により受取られた情報は、時間間隔t2において経
路406を介して要素407へ印加され、この要素407は先に
述べた如く、流管内に物質が流動する時のコリオリ力の
主たる影響を表わす所与の振動数の情報におけるΔｔま
たはΔ位相を決定する。信号406もまた、速度センサ170
の出力信号の周波数を測定する要素408へ印加される。
要素408の出力は、物質が流動する流管103の測定された
固有振動数を表わす信号である。この信号は、経路410
上で要素419へ印加される。この要素の機能は後で述べ
る。
ならびに流管内に流れる物質の密度の計算においてどの
ようにマイクロプロセッサ236とメモリ237、238が動作
するかをフローチャート形態で示している。この計算
は、図４および図５の右側に示された一連の逐次時間間
隔t1・・・t8において行われる。このプロセスは、マイ
クロプロセッサ236が経路401、4021、403、405上で入力
およびセットアップ情報を受取る要素404において開始
する。これは、時間間隔t1において行われる。右方の速
度センサ170Rからのピックオフ信号RPOが、経路401上で
マイクロプロセッサへ印加される。左方の速度センサ17
0Lからのピックオフ信号LPOは経路402に印加される。温
度信号RTDは経路403に印加され、定数K1、K2、K3を表わ
す情報はメモリ237、238から経路405に印加される。要
素404により受取られた情報は、時間間隔t2において経
路406を介して要素407へ印加され、この要素407は先に
述べた如く、流管内に物質が流動する時のコリオリ力の
主たる影響を表わす所与の振動数の情報におけるΔｔま
たはΔ位相を決定する。信号406もまた、速度センサ170
の出力信号の周波数を測定する要素408へ印加される。
要素408の出力は、物質が流動する流管103の測定された
固有振動数を表わす信号である。この信号は、経路410
上で要素419へ印加される。この要素の機能は後で述べ
る。
要素407により生成された所与の周波数の情報におけ
るΔｔまたはΔ位相は、時間間隔t3において経路415を
介して要素409へ印加され、この要素409はこの情報を濾
波してノイズおよび不要な周波数成分を取除く。要素40
9の出力は、時間間隔t3において経路411を介して要素41
2へ印加され、この要素412は経路411に与えられるΔｔ
信号から流管130と関連する構造の機械的なゼロのオフ
セットを差引く。要素412の出力は補正されたΔｔ信号
であり、流動物質の質量流量率の表示へΔ信号を時間間
隔t4において変換する要素414へ経路413を介して印加さ
れる。質量流量率は、グラム／秒で表わされる。質量流
量率を表わる要素414の出力は、時間間隔t3において経
路416を介して要素417へ印加され、この要素417は要素5
24からの経路418上のフィードバックとしての前の測定
サイクルからの物質密度で質量流量率を除すことによ
り、流動物質の体積流量率を計算する。要素524の動作
は後で述べる。要素417の出力は質量流量率と体積流量
率との情報であり、経路420を介して要素419へ印加され
る。
るΔｔまたはΔ位相は、時間間隔t3において経路415を
介して要素409へ印加され、この要素409はこの情報を濾
波してノイズおよび不要な周波数成分を取除く。要素40
9の出力は、時間間隔t3において経路411を介して要素41
2へ印加され、この要素412は経路411に与えられるΔｔ
信号から流管130と関連する構造の機械的なゼロのオフ
セットを差引く。要素412の出力は補正されたΔｔ信号
であり、流動物質の質量流量率の表示へΔ信号を時間間
隔t4において変換する要素414へ経路413を介して印加さ
れる。質量流量率は、グラム／秒で表わされる。質量流
量率を表わる要素414の出力は、時間間隔t3において経
路416を介して要素417へ印加され、この要素417は要素5
24からの経路418上のフィードバックとしての前の測定
サイクルからの物質密度で質量流量率を除すことによ
り、流動物質の体積流量率を計算する。要素524の動作
は後で述べる。要素417の出力は質量流量率と体積流量
率との情報であり、経路420を介して要素419へ印加され
る。
要素419は時間間隔t6において経路418を介して質量流
量率と体積流量率の情報を受取り、更に要素408から経
路410を介して測定された固有振動数を受取る。この情
報に応答して、要素419は、周波数差Fcと周波数差Fcに
対応する周期差Tdiffとを計算する。この差の周波数Fc
は、経路410における測定された固有振動数が振動管130
の補正された固有振動数を確認するため補正されねばな
らない量を表わす。この補正された固有振動数は、流管
のゼロ質量流量率の固有振動数に等しい。先に述べたよ
うに、この補正が必要なのは、質量流量率が増加するに
伴い測定された固有振動数が減少することを示す図３に
示された固有振動数と質量流量率との間の関係の故であ
る。この周波数差即ち補正は、測定された周波数の周期
TMは体積流量率（VR）および質量流量率（MR）および定
数K3を乗じることにより、要素419によって計算され
る。この関係は、流管の振動数ではなく管の周期を用い
て要素419に示される。しかし、周知のように、管の周
期および固有振動数は相互に逆の関係を持ち、周期は定
数を振動数で除したものに等しい。定数K3は、流動状態
に対する流管の周期から無流動状態の流管の周期を差引
いたものをTFLOW（管周期flow）（MR）（VR）で除した
ものに等しい。この式は下記のとおりである。
量率と体積流量率の情報を受取り、更に要素408から経
路410を介して測定された固有振動数を受取る。この情
報に応答して、要素419は、周波数差Fcと周波数差Fcに
対応する周期差Tdiffとを計算する。この差の周波数Fc
は、経路410における測定された固有振動数が振動管130
の補正された固有振動数を確認するため補正されねばな
らない量を表わす。この補正された固有振動数は、流管
のゼロ質量流量率の固有振動数に等しい。先に述べたよ
うに、この補正が必要なのは、質量流量率が増加するに
伴い測定された固有振動数が減少することを示す図３に
示された固有振動数と質量流量率との間の関係の故であ
る。この周波数差即ち補正は、測定された周波数の周期
TMは体積流量率（VR）および質量流量率（MR）および定
数K3を乗じることにより、要素419によって計算され
る。この関係は、流管の振動数ではなく管の周期を用い
て要素419に示される。しかし、周知のように、管の周
期および固有振動数は相互に逆の関係を持ち、周期は定
数を振動数で除したものに等しい。定数K3は、流動状態
に対する流管の周期から無流動状態の流管の周期を差引
いたものをTFLOW（管周期flow）（MR）（VR）で除した
ものに等しい。この式は下記のとおりである。
要素419は、補正された管の振動数Fcと補正された管
の周期Tcを周期t7において計算する要素522に対して、
計算された周波数差の周期を表わす出力信号を経路421
により印加する。この補正された管の周期Tcは補正され
た固有振動数Fcに対応しており、測定された振動数の周
期TMを要素419により計算された差の周波数に対応する
差の周期Tdiffと組合わせることにより決定される。差
の周期Tdiffが測定された周期Tmと組合わされる関係
は、Tc＝TM（１−（VR）（MR））K3である。
の周期Tcを周期t7において計算する要素522に対して、
計算された周波数差の周期を表わす出力信号を経路421
により印加する。この補正された管の周期Tcは補正され
た固有振動数Fcに対応しており、測定された振動数の周
期TMを要素419により計算された差の周波数に対応する
差の周期Tdiffと組合わせることにより決定される。差
の周期Tdiffが測定された周期Tmと組合わされる関係
は、Tc＝TM（１−（VR）（MR））K3である。
要素522は、流管130の補正された固有振動数を表わす
出力信号を経路523を介して要素524へ印加し、この要素
524は時間間隔t8において、要素522により得られた補正
された周波数（周期）情報を用いて流動物質の密度を計
算する。この計算の実施のため要素524により用いられ
る式は下記のとおりである。
出力信号を経路523を介して要素524へ印加し、この要素
524は時間間隔t8において、要素522により得られた補正
された周波数（周期）情報を用いて流動物質の密度を計
算する。この計算の実施のため要素524により用いられ
る式は下記のとおりである。
但し、 ｄ＝Dw−Da Dw＝水の密度 Da＝空気の密度 tcm＝測定された振動数に対する管の温度係数 Tc＝補正された管周期 K1＝（tca）Ta 2 Ta＝流れない空気に対する管周期 tca＝空気校正のための管の温度係数 K2＝（tcw）Tw 2−tca（Ta）２ tcw＝水校正のための管の温度係数 Tw＝流れのない水に対する管周期 要素524により生成された密度情報は、フィードバッ
ク情報として経路525および経路418を介して要素417へ
印加され、この要素417は密度情報と質量流量率情報の
両方を入力として用いて、改善された精度の物質の体積
流量率を計算する。経路425における密度情報はまた、
利用手段29へ延長される。
ク情報として経路525および経路418を介して要素417へ
印加され、この要素417は密度情報と質量流量率情報の
両方を入力として用いて、改善された精度の物質の体積
流量率を計算する。経路425における密度情報はまた、
利用手段29へ延長される。
請求される発明が望ましい実施例の記述に限定される
ものでなく、発明概念の範囲および趣旨内で他の修正お
よび変更を網羅することを明白に理解すべきである。
ものでなく、発明概念の範囲および趣旨内で他の修正お
よび変更を網羅することを明白に理解すべきである。
例えば、振動するコリオリ効果管構造の物理的実施例
は、実質的にＵ字形の１対の管として示される図１に示
される如きものである必要はない。これはそうである必
要はなく、必要に応じて、１本の振動Ｕ字管を用いるこ
ともできる。また、必要に応じて、直線状の管のコリオ
リ効果構造の如き任意の振動管デンシメータを使用する
ことができる。また、本明細書は、コリオリ流量計が提
供するよう設計された出力データを生成するのに必要な
質量流量率、体積流量率その他の情報を生成するため処
理回路によって使用されるΔｔ情報と本文で呼ぶものを
得るためにセンサ出力が使用される、１対のセンサを含
むセンサ構造を記述した。このΔｔ手法は用いる必要は
なく、当技術において周知のように、コリオリ効果の大
きさがセンサの信号出力の大きさに比例する振幅センサ
を用いることもできる。この大きさは、他の情報と共
に、流量計が提供すべき質量流量率、体積流量率および
他の情報を得るために使用される。
は、実質的にＵ字形の１対の管として示される図１に示
される如きものである必要はない。これはそうである必
要はなく、必要に応じて、１本の振動Ｕ字管を用いるこ
ともできる。また、必要に応じて、直線状の管のコリオ
リ効果構造の如き任意の振動管デンシメータを使用する
ことができる。また、本明細書は、コリオリ流量計が提
供するよう設計された出力データを生成するのに必要な
質量流量率、体積流量率その他の情報を生成するため処
理回路によって使用されるΔｔ情報と本文で呼ぶものを
得るためにセンサ出力が使用される、１対のセンサを含
むセンサ構造を記述した。このΔｔ手法は用いる必要は
なく、当技術において周知のように、コリオリ効果の大
きさがセンサの信号出力の大きさに比例する振幅センサ
を用いることもできる。この大きさは、他の情報と共
に、流量計が提供すべき質量流量率、体積流量率および
他の情報を得るために使用される。
要約すれば、本発明の原理は、図示の如き２重Ｕ字形
管構造での使用に限定されるものではない。これらの原
理は、単一のＵ字形管、略々直線状の振動管、あるいは
当技術において周知の他の適宜の管構造でも使用するこ
とができる。更にまた、本発明はΔｔ形の信号処理に関
係する用途に限定されるものではなく、コリオリ力が振
幅信号を用いて表わされるシステムにおいても使用され
る。
管構造での使用に限定されるものではない。これらの原
理は、単一のＵ字形管、略々直線状の振動管、あるいは
当技術において周知の他の適宜の管構造でも使用するこ
とができる。更にまた、本発明はΔｔ形の信号処理に関
係する用途に限定されるものではなく、コリオリ力が振
幅信号を用いて表わされるシステムにおいても使用され
る。
更に、本発明の方法および装置により密度が決定され
る物質は、液体、気体、その混合物、ならびに異なる種
類のスラリーの如き流動する任意の物質を包含し得る。
流動物質の質量流量率（MR）および体積流量率（VR）
は、デンシメータを含む装置によって生成することがで
き、あるいは別個の装置によって生成され本発明のデン
シメータに印加することが可能である。
る物質は、液体、気体、その混合物、ならびに異なる種
類のスラリーの如き流動する任意の物質を包含し得る。
流動物質の質量流量率（MR）および体積流量率（VR）
は、デンシメータを含む装置によって生成することがで
き、あるいは別個の装置によって生成され本発明のデン
シメータに印加することが可能である。
フロントページの続き (72)発明者 マッカラム，デーヴィッド・スコット アメリカ合衆国コロラド州80304，ボー ルダー，メイプルトン・ストリート 2570 (72)発明者 ティトロー，ジョセフ・デービッド アメリカ合衆国カリフォルニア州90274, パロス・ヴェルデス・エステイツ，チェ ルシー・ロード 2524 (56)参考文献 特開 平４−130227（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−42319（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−500776（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−506410（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 1/84 G01N 9/00
Claims (30)
- 【請求項１】コリオリ効果流量計（10）を流動する物質
の密度を決定するために該流量計を動作させる方法であ
って、前記流量計が物質の質量流量率の増加と共に減少
する固有振動数を有する少なくとも１つの振動管を備え
ており、 前記物質が流動する時の前記振動管の固有振動数を測定
するステップ（408）を含む方法において、 前記固有振動数の前記測定に応答して前記管の補正され
た振動数を表わす信号を生成するステップ（522）であ
って、前記管を通る前記物質の質量流量率の結果として
前記固有振動数が減らされる量だけ前記補正された振動
数が前記固有振動数より大きいステップと、 前記補正された振動数を表わす前記信号の生成に応答し
て、前記管を流動する前記物質の密度を規定する出力信
号を生成するステップ（524）と を更に含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記固有振動数が、前記管における前記物
質の質量流量率に比例して前記管のゼロ質量流量率固有
振動数から減らされる請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記管における前記物質の質量流量率を測
定するステップ（414）を更に含み、前記補正された振
動数を表わす前記信号を生成する前記ステップが、前記
質量流量率の前記測定に応答して前記補正された振動数
を表わす前記信号を生成するステップを含む請求項２記
載の方法。 - 【請求項４】前記管における前記物質の体積流量率を測
定するステップ（417）を更に含み、前記補正された振
動数を表わす前記信号を生成する前記ステップが、前記
体積流量率の前記測定に応答して前記補正された振動数
を表わす前記信号を生成するステップを更に含む請求項
３記載の方法。 - 【請求項５】前記密度を規定する前記出力信号がフィー
ドバック信号として印加されて（418）、前記体積流量
率測定を生じる請求項４記載の方法。 - 【請求項６】前記補正された振動数を表わす前記信号を
生成する前記ステップが、前記固有振動数が、前記管に
おける物質の前記質量流量率によって前記補正された振
動数から大きさが減らされる量に等しい管固有振動数差
に対応する管周期差を決定するステップ（419）と、 前記管周期と前記固有振動数に対応する管周期とを合成
して、前記補正された振動数に対応する補正された管周
期を得るステップ（522）とを含む請求項１記載の方
法。 - 【請求項７】管周期差を決定する前記ステップが、 式（MR×VR×Ｋ）を前記固有振動数に対応する前記管周
期に乗じるステップ（419）を含む請求項６記載の方
法。 但し、MRは前記物質の前記質量流量率、VRは前記物質の
前記体積流量率、Ｋは前記流量計の定数である。 - 【請求項８】前記管周期差を決定する前記ステップが、 前記物質の前記質量流量率MRを測定するステップ（41
4）と、 前記物質の体積流量率VRを測定するステップ（417）
と、 前記流量計の定数Ｋを規定するステップと、 式（MR×VR×Ｋ）を前記固有振動数に対応する前記管周
期に乗じるステップ（419）とを含む請求項６記載の方
法。 - 【請求項９】前記物質の質量流量率MRを測定するステッ
プ（414）と、 前記物質の体積流量率VRを測定するステップ（417）
と、 前記流量計の定数Ｋを表わす信号を供給するステップ
と、 式（１−（MR×VR×Ｋ））を規定するステップと、 前記式を前記管の前記固有振動数に対応する管周期に乗
じて前記補正された振動数に対応する補正された管周期
を得るステップ（522）とを更に含む請求項１記載の方
法。 - 【請求項１０】前記固有振動数の前記測定に応答して、
式（１−（MR×VR×Ｋ））を前記固有振動数に対応する
管周期に乗じることにより、前記物質のゼロ質量流量率
で前記管の固有振動数に対応する管周期を生成するステ
ップ（522）を更に含む請求項１記載の方法。 但し、MRは前記物質の質量流量率、VRは前記物質の体積
流量率、Ｋは前記流量計の定数である。 - 【請求項１１】前記物質が流動する時の前記管の固有振
動数差に対応する管周期を表わす信号であって、前記管
の前記固有振動数が前記管における前記物質の質量流量
率の増加と共に減少する量を規定する補正係数を表わす
第２の信号を生成するステップ（419）と、 前記固有振動数に対応する管周期と前記振動数差に対応
する前記第２の信号により表わされる前記管周期とを合
成することにより、前記管のゼロ物質質量流量率固有振
動数に対応する補正された管周期を表わす第３の信号を
生成するステップ（522）とを含む請求項１記載の方
法。 - 【請求項１２】式 を解くことにより前記物質の前記密度が決定される（52
4）請求項11記載の方法。 但し、 Dm＝前記物質の密度 ｄ＝DW−Da Dw＝水の密度 Da＝空気の密度 tcm＝測定された振動数に対する管の温度係数 Tc＝補正された管周期 K1＝（tca）Ta 2 Ta＝流動しない空気に対する管周期 tca＝空気校正に対する管の温度係数 K2＝（tcw）Tw 2−tca（Ta）２ tcw＝水校正に対する管の温度係数 Tw＝流動しない水に対する管周期である。 - 【請求項１３】前記固有振動数差に対応する前記管周期
を表わす前記第２の信号を生成する前記ステップが、 前記物質の質量流量率MRを測定するステップ（414）
と、 前記物質の体積流量率VRを測定するステップ（417）
と、 前記流量計の定数Ｋを規定するステップと、 係数（MR×VR×Ｋ）を前記固有振動数に対応する前記管
周期に乗じるステップ（419）とを含む請求項11記載の
方法。 - 【請求項１４】前記管周期差を表わす前記第２の信号を
生成する前記ステップが、 式（MR×VR×Ｋ）を前記固有振動数に対応する前記管周
期に乗じるステップ（419）を含む請求項11記載の方
法。 但し、MRは前記物質の前記質量流量率、VRは前記物質の
前記体積流量率、Ｋは前記流量計の定数である。 - 【請求項１５】前記物質の質量流量率を測定するステッ
プ（414）と、 前記物質の体積流量率を測定するステップ（417）と、 前記流量計の定数Ｋを表わす信号を供給するステップ
と、 式（１−（MR×VR×Ｋ））を規定するステップ（522）
と、 前記式を前記固有振動数に対応する前記管周期に乗じ
て、前記のゼロ物質質量流量率固有振動数に対応する前
記補正された管周期を得るステップ（522）とを含む請
求項11記載の方法。 但し、MRは前記質量流量率、VRは前記体積流量率、Ｋは
前記流量計の定数である。 - 【請求項１６】前記固有振動数の前記測定に応答して、
前記測定された振動数が前記質量流量率によって減らさ
れる量だけ前記固有振動数をオフセットするための固有
振動数補正係数を生成するステップ（419）と、 前記補正係数の前記生成に応答して、前記管の補正され
た振動数を表わす信号を生成するステップ（522）とを
含む請求項１記載の方法。 - 【請求項１７】前記補正された振動数を表わす前記信号
を生成する前記ステップが、 前記固有振動数が、前記管における前記物質の前記質量
流量率によってゼロ質量流量率固有振動数から大きさが
減らされる量に等しい振動数差に対応する管周期を決定
するステップ（419）と、 前記固有振動数差に対応する前記管周期と前記固有振動
数に対応する管周期とを合成して、前記補正された振動
数に対応する管周期を得るステップ（522）とを含む請
求項16記載の方法。 - 【請求項１８】補正された振動数を表わす信号を生成す
る前記ステップが、 前記物質の前記質量流量率MRを測定するステップ（41
4）と、 前記物質の体積流量率VRを測定するステップ（417）
と、 前記流量計の定数Ｋを規定するステップと、 下式により前記補正された振動数を生成するステップ
（419、522）とを含む請求項１記載の方法。 但し、 ωｎ＝前記補正された振動数 ω＊ ｎ＝前記測定された固有振動数 MR＝前記物質の前記質量流量率 VR＝前記物質の前記体積流量率 Ｋ＝前記システムの前記校正定数である。 - 【請求項１９】物質の質量流量率の増加と共に減少する
固有振動数を有する少なくとも１つの振動管（130）を
備えるコリオリ効果流量計（10）を流動する物質の密度
を確認する装置であって、前記物質が流動する時の前記
振動管の固有振動数を測定する装置（170、23）を含む
装置において、 前記固有振動数の前記測定に応答して前記振動管の補正
された振動数を表わす信号を生成する装置（23、601、6
02、606）であって、前記固有振動数が前記管を通る前
記物質の質量流量率の結果として減らされる量だけ前記
補正された振動数が前記固有振動数より大きい装置と、 前記補正された振動数を表わす前記信号の前記生成に応
答して、前記管を流動する前記物質の密度を規定する出
力信号を生成する装置（23、608）とを更に備えること
を特徴とする装置。 - 【請求項２０】前記固有振動数が、前記管の前記質量流
量率によってゼロ質量流量率固有振動数から減らされる
請求項19記載の装置。 - 【請求項２１】前記管における物質の質量流量率を測定
する手段を更に含み、前記補正された振動数を表わす前
記信号を生成する装置が、前記質量流量率の前記測定に
応答して前記補正された振動数を表わす前記信号を生成
する装置（23、601、602、606）を含む請求項20記載の
装置。 - 【請求項２２】前記管における物質の体積流量率を測定
する装置を更に含み、前記補正された振動数を表わす前
記信号を生成する前記装置が更に、前記体積流量率の前
記測定に応答して前記補正された振動数を表わす前記信
号を生成する装置（23、601、602、606）を含む請求項2
1記載の装置。 - 【請求項２３】前記密度を規定する前記信号が、フィー
ドバック信号として、前記体積流量率を測定して前記物
質の前記体積流量を生成する前記手段（23）へ印加され
る請求項22記載の装置。 - 【請求項２４】前記補正された振動数を表わす前記信号
を生成する前記装置が、 前記固有振動数が前記管における物質の前記質量流量率
によって大きさが減らされる量に等しい前記管の固有振
動数差に対応する管周期差を表わす信号を生成する装置
（23、601、602、606）と、 前記管周期差と前記固有振動数に対応する管周期とを合
成して前記補正された振動数に対応する補正された管周
期を得る装置（23、601、602、606）とを含む請求項19
記載の装置。 - 【請求項２５】前記管周期差を表わす前記信号を生成す
る前記装置が、 式（MR×VR×Ｋ）を前記固有振動数に対応する前記管周
期に乗じる装置（23、601、602、606）を含む請求項24
記載の装置。 但し、MRは前記物質の前記質量流量率、VRは前記物質の
前記体積流量率、Ｋは前記流量計の定数である。 - 【請求項２６】前記管周期差を生成する前記装置が、 前記物質の質量流量率MRを測定する装置（23、601）
と、 前記物質の体積流量率VRを測定する装置（23、601）
と、 前記流量計の定数Ｋを規定する装置と、 式（MR×VR×Ｋ）を前記固有振動数に対応する前記管周
期に乗じる装置（23、606）とを含む請求項24記載の装
置。 - 【請求項２７】前記物質の質量流量率MRを測定する装置
（23、601）と、 前記物質の体積流量率VRを測定する装置（23、601）
と、 前記流量計の定数Ｋを表わす信号を供給する装置と、 式（１−（MR×VR×Ｋ））を生成する装置（23、606）
と、 前記式を前記固有振動数に対応する前記管周期に乗じて
前記補正された振動数に対応する前記補正された管周期
を得る装置（23、606）とを更に含む請求項24記載の装
置。 - 【請求項２８】前記固有振動数の前記測定に応答して、
前記（１−（MR×VR×Ｋ））を前記固有振動数に対応す
る前記管周期に乗じることにより前記物質のゼロ質量流
量率での前記管の固有振動数に対応する管周期を表わす
信号を生成する装置（23、601、602、606）を更に含む
請求項19記載の装置。 但し、MRは前記物質の質量流量率、VRは前記物質の体積
流量率、Ｋは前記流量計の定数である。 - 【請求項２９】前記物質が流動する時の前記管の固有振
動数差に対応する管周期差を表わす信号であって、前記
管の前記固有振動数が前記管における前記物質の質量流
量率の増加と共に減少する量を規定する補正係数を表わ
す第２の信号を生成する装置（23、601、606）と、 前記第１の信号により示される前記固有振動数に対応す
る管周期と、前記第２の信号により示される前記振動数
差に対応する前記管周期差とを合成することにより、前
記管のゼロ物質質量流量率固有振動数に対応する補正さ
れた管周期を生成する装置（23、601、606）とを含む請
求項19記載の装置。 - 【請求項３０】前記物質の前記密度が下式を解くことに
より生成される（23、601、606、608）請求項29記載の
装置。 但し、 Dm＝前記物質の密度 ｄ＝DW−Da Dw＝水の密度 Da＝空気の密度 tcm＝測定された振動数に対する管の温度係数 Tc＝補正された管周期 K1＝（tca）Ta 2 Ta＝流動しない空気に対する管周期 tca＝空気校正に対する管の温度係数 K2＝（tcw）Tw 2−tca（Ta）２ tcw＝水校正に対する管の温度係数 Tw＝流動しない水に対する管周期である。
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