JP2989896B2 - 同心ロータを用いるコリオリ効果質量流量計 - 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し、より詳細
には、位相測定要素として同心ロータを用いるコリオリ
流量計に関する。

課 題 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、振動管型のコリオリ効果質量流量
計を使用することは公知である。そのような流量計は、
J.E.Smith et al.の米国特許第4,109,524号（発行日:19
78年８月29日）、米国特許第4,491,025号（発行日:1985
年１月１日）、及び、米国再発行特許第31,450号（発行
日:1982年２月11日）に開示されている。これらの流量
計は、直線型の又は湾曲型の１又はそれ以上の流管を備
えている。各々の流管の形態は、一組の固有振動モード
を有しており、そのような固有振動モードは、単純曲
げ、捻り、あるいは、結合型とすることができる。各々
の流管は、上述の固有振動モードの中の１つで共鳴して
枢動点の周囲で振動するように駆動される。流量計の入
口側に接続された導管から流量計に入る物質の流れは、
単数又は複数の流管に導入され、流量計の出口側から出
る。

流体が充填された振動系の固有振動モードは、流管及
び該流管の中を流れる物質の合計質量によって、部分的
に決定される。流量計を通る物質の流れが存在していな
い時には、流管に沿う総ての点は、与えられる駆動力に
起因する同一の位相で振動する。物質が流れ始めると、
コリオリ加速度により、流管に沿う各々の点は異なる位
相を有するようになる。流管の入口側の位相は、ドライ
バよりも遅れ、一方、出口側の位相は、ドライバに先行
する。流管にはセンサが設けられていて、流管の運動を
表す正弦波出力信号を発生する。上記２つのセンサの信
号の間の位相差は、流管を通る物質の質量流量に比例す
る。

この測定における複雑なファクタは、代表的なプロセ
ス流体の密度が変動することである。そのような変動
は、固有モードの周波数を変動させる。流量計の制御装
置は、共振を維持するので、振動周波数は、密度の変動
に応じて変化する。この状態における質量流量は、位相
差と振動周波数の比に比例する。上述のSmithの米国再
発行特許第31,450は、位相差及び振動周波数を共に測定
する必要のないコリオリ流量計を開示している。位相遅
延と振動周波数との割合は、流量計の２つの正弦波出力
信号の平面交差の間の時間遅延を測定することによっ
て、決定される。この方法を用いる場合には、振動周波
数の変動が相殺され、質量流量は、測定した時間遅延に
比例する。この測定方法は、以下において、時間遅延測
定又はΔｔ測定と呼ぶことにする。

コリオリ質量流量計の中を流れている物質の特性に関
する情報は、高い精度で導出されなければならず、その
理由は、導出された流量の情報が、少なくとも0.15％の
精度を有することが必要とされることが多いからであ
る。これらの流量計の出力信号は、正弦波であって、物
質が通過する流量計が発生するコリオリの力によって決
定される量によって、時間又は位相において変換され
る。上記センサの出力信号を受信する信号処理回路は、
上記時間差を正確に測定して、読取値の少なくも0.15％
の必要とされる精度で、流れているプロセス物質の所望
の特性を発生する。

振動管型のコリオリ効果質量流量計の作用は、パイプ
又は管の如き流体導通部材がそのような管の軸線に対し
て直交する軸線の周囲で回転する際に発生するコリオリ
の力に基づいている。コリオリ流管は、一般的に、同じ
方向に連続的には回転しない。その理由は、回転シール
が必要とされることになり、シールの抵抗がコリオリの
力の測定に誤差を導入することになるからである。そう
ではなく、流管は、枢動点の周囲である方向に短い距離
だけ回転し、次に、逆方向に対応する運動を行うよう
に、振動される。コリオリの力は、直接的に測定される
のではなく、結果として生ずる流管の変形を測定するこ
とによって得られる。

振動型の流管の設計の基本的な問題は、流体を収容す
る部材、すなわち流管も、発生したコリオリの力に応答
して変形する感知部材であるということである。このよ
うな二重の機能は、矛盾する条件を有している。流体を
保持する機能は、流管が、流体圧に耐えるに十分な剛性
及び強度を有することを必要とする。コリオリの力の感
知機能は、流管が、細く可撓性があり、コリオリの力に
応答して十分に変形することを必要とする。小径のパイ
プラインのために設計された流量計は、流管の肉厚を流
体圧に耐えるに十分な厚さにし、また、流管の長さをそ
の肉厚にも拘わらず十分な可撓性を有するようにするこ
とによって、両方の条件を満足することができる。この
設計方法は、大径のパイプラインに使用するのに適した
流量計に関しては満足すべきものではなく、その理由
は、必要な流管の長さが流量計を大きくして、受容でき
ない程に高価なものにするからである。

流管の二重の機能に関する別の問題は、流体圧が、流
管を剛性化することである。剛性の高い管は、コリオリ
の力に対する感受性が低い。従って、流量計の感度は、
流体圧が上昇することにより、低下する。

振動流管型のコリオリ流量計の問題を解決するため
に、回転型の質量流量計を使用することは公知である。
回転型の質量流量計の基本的な２つのタイプは、角運動
量型の流量計、及び、回転型のコリオリ流量計である。
これらの流量計は、角運転量型の流量計は、流量計の流
路の中の一定の半径方向位置における流体の角速度が変
化し、一方、回転型のコリオリ流量計は、一定の角速度
において流路の中の流体の半径方向位置が変化するとい
う点において異なっている。これらのタイプは共に、流
体を保有する機能及び流体を感知する機能を２つの別個
の要素に分けることによって、振動管流量計の上述の問
題を解決している。

角運動量流量計は、異なる羽根角を有する２つのイン
ペラを備えていることが多い。上記インペラは、パイプ
の中に設けられていて、一方のインペラが他方のインペ
ラの上流側に設けられている。上記インペラは、これら
インペラの間の角変位を許容するねじりバネによって結
合されている。上記角変位は、流体の角運動量の変化に
比例する位相差を表しており、質量流量を決定するため
に使用することができる。

角運動量流量計は、以下の文献に示されている。

米国特許第2,943,487号 米国特許第3,232,110号 米国特許第3,877,304号 米国特許第3,958,447号 米国特許第4,012,957号 米国特許第4,438,648号 英国特許第1,069,466号 欧州特許第0485684B1 PCT−WO94/21990 M.P.Wilson,Jr.の“A Survey of Mass Flowmeter"（p
p.63−68,Instrumentation Technology,September 197
1） 別の角運動量流量計は、２つの基本的な問題を有して
いる。第１の問題は、流量計のパイプに流入する流体の
速度プロフィールに対する角度である。この感度が存在
する理由は、これらの流量計の測定量（トルク）が、力
及び半径方向の距離の積であるからである。パイプの中
心を流下する流体は、半径が小さいので、パイプの周囲
付近の同じ流れよりも小さなトルクをインペラセンサに
発生させる。これらの流量計はまた、流体の粘性の効果
に起因する不正確性を生ずる。インペラ及び管壁に作用
する粘性抵抗が、その結果生ずる流体の角運動量、速度
プロフィール、及び、インペラの間のトルクを変化させ
る。また、速度プロフィールの問題を解消するために、
コリオリ型の回転質量流量計を用いることも周知であ
る。これらの流量計は、流動する流体の角運動量ではな
く、コリオリの力を用いて、質量流量を測定する。これ
らの回転型コリオリ流量計は、流体を半径方向に移動さ
せる間に、流体の加速度を一定に維持する。これらの流
量計は、また、流体が流過する半径方向の穴を有するモ
ータ駆動型のロータを使用している。ある固定された回
転速度においてロータを回転させるために必要なトルク
は、半径方向の穴を通る質量流量に比例するのが理想的
である。従って、ロータのトルクは、質量流量及びrpm
に正比例する。不運にして、シール、ベアリング、及
び、粘性に起因する抵抗が、ロータのトルクに加算され
て、測定誤差を生ずる。また、モータを使用すると、多
くの用途において本質的に安全にすることのできない流
量計が生ずることになる。コリオリ型の回転質量流量計
は、上述のWilsonの文献、並びに、“Mass Rate Flowme
ter Measures Gas,Liquid,or Solids in Product Engin
eering"（1953年９月）の211ページに示されている。

回転型コリオリ流量計は次の特許に示されている。

USA 2,877,649 USA 2,832,218 USA 3.350,936 DE−Ｂ−1235608 EP−Ａ−0537765 米国特許第2,877,649号はハウジング10内にインペラ1
2とこれと同心的な第２のまたはセンシングインペラ14
を備え、これらのインペラを共通軸線のまわりを回転す
るモータ80からなる動力源で駆動する。上記二つのイン
ペラの相対的な角度変位は動力変換装置616によって測
定される。材料の流れによって発生するコリオリ力は、
インペラ12に対するセンシングインペラ14への力を生じ
させる。この力は上記角度変位に正比例する従って流体
の質量流量に正比例する信号を変換装置16に発生させ
る。

米国特許第2,832,218号は一対の同心的なインペラ50
及び70をケース10で囲みインペラをモータ20で駆動す
る。流体の流れに応じて、この流体は第２のインペラ70
の羽根72に向けて当たる。動力変換装置100は第２のイ
ンペラ70の変位を測定しこのインペラの変位に従って材
料の質量流量に比例する出力信号を発生する。

米国特許第3,350,936号は流体の流れの軸線のまわり
に心合わせした第１の回転可能な部材１、第２の回転可
能な部材７を有する回転型コリオリ流量計を開示する。
これらの回転可能部材はモータ53により駆動されコリオ
リ力による第２の回転可能部材に対する第１の回転可能
部材の角度変位は検出要素９によって測定され、角度変
位従って流動する流体の質量流量に比例する出力信号を
発生する。

ドイツ特許第1235608号は互いに対面する二つのイン
ペラホイール22,32を有し、両インペラホイール間の角
度変位が質量流量を表わす装置について開示する。

欧州特許第0537765号はモータで駆動され、トルク測
定手段を有するハウジング内を回転する測定用ホイール
について開示しており、この場合、トルク測定手段は測
定用ホイールを通る材料の流れの変化に応じて駆動トル
クの変化を測定し通過質量を決定する値を導出するもの
である。

課題の解決策 本発明は、外側ロータと、同軸状の内側（コリオリ）
ロータと、これら２つのロータを接続する可撓性トーシ
ョンバー軸とを備えた位相測定ロータ装置を提供するこ
とにより、回転型コリオリ流量計の上述の問題を解決す
る。流量計を通る質量流量は、外側ロータとコリオリロ
ータとの間の回転方向の変位を測定することによって、
決定される。上記両方のロータは、流体入口及び流体出
口を有している密封された収容ハウジングの中に同軸状
に嵌合している。外側ロータは、中空の外側凹所を有し
ており、該凹所の中に、コリオリロータが嵌合する。外
側ロータの一側部にカバーが取り付けられていて、コリ
オリロータを包囲している。整合された穴を流過する流
体が、ロータを回転させ、流体の質量流量に比例するト
ルクをロータに与える。このトルクは、外側ロータ及び
コリオリロータに対して共に等しく与えられる。外側ロ
ータは、また、粘性抵抗、ベアリング抵抗、及び、シー
ル抵抗のトルクを受け、本発明の幾つかの実施例におい
ては、更に、駆動トルクを受ける。コリオリロータは、
該コリオリロータを包囲している外側ロータと同じ速度
で回転するので、上述のいずれの抵抗トルクも受けない
が、コリオリトルクだけを受ける。その結果生ずる外側
ロータに対するコリオリロータの角度方向の撓みは、質
量流量に比例する。

コリオリロータの中心も中空であり、従って、ロータ
カバーに取り付けられていて同じ速度で回転する流体剪
断デカップラを収容することができる。上記剪断デカッ
プラは、コリオリロータが、中央の入口／出口ポートの
中の流体の粘性又は角運動量に起因する力を全く受けな
いようにする。コリオリロータの総ての側部にクリアラ
ンスが存在しており、これにより、コリオリロータは、
トーションバーによって拘束されている範囲を除いて、
外側ロータと同軸状の関係で自由に回転する。流体導通
穴が、外側ロータ及びコリオリロータの両方のロータ、
並びに、流体剪断デカップラに形成されている。カバー
ディスクの流体出口／入口ポートの中で、上記穴は収束
していて、１つの穴として軸方向に現れており、該１つ
の穴を通って、流体が流量計に対して流入／流出する。
外側ロータの半径方向の穴、コリオリロータの半径方向
の穴、剪断デカップラの半径方向の穴、及び、カバーデ
ィスクの出口／入口ポートは、整合されていて、流体が
通過することができる。

多数の異なる実施例が開示されており、これら実施例
によって、外側ロータ及び同軸状の内側コリオリロータ
が用いられ、コリオリロータが、上記２つのロータに対
して同軸状の共通軸の周囲で外側ロータから角度方向に
変位する量を測定することにより、質量流量の情報を導
出する。可能性のある第１の代替実施例は、流量計のケ
ーシングの内側面に対して接線方向の入口を介して流体
を受け取り、外側ロータ及びコリオリロータの両方の半
径方向の穴に流体を通す。コリオリロータの穴は、流体
剪断デカップラの協働する穴に導く。上記流体剪断デカ
ップラは、外側ロータと共に回転すると共に、コリオリ
ロータの穴から受け取った流体の半径方向の流れを軸方
向の流れに変換して、流量計の流体出口に与える。従っ
て、上記流体剪断デカップラは、流体がコリオリロータ
の穴によって流量計の出口に直接与えられた場合に受け
ることになる力からコリオリロータを隔離して、流量計
が接続されているパイプラインに軸線方向に供給する。

本発明の別の実施例によれば、コリオリロータの上記
穴は、半径方向に設けられており、一方、外側ロータの
穴は、90゜のベンドを有している。外側ロータのそのよ
うな各々の穴の内側開口は、コリオリロータの対応する
半径方向の穴の外方端の方を向いている。そのような外
側ロータの各々の穴の他の開口は、外側ロータの周囲に
もたらされる突出部を有している。外側ロータは、外側
ロータの周囲の上記開口がスコップとして作用すること
ができるような方向に回転する。上記スコップは、受け
取った流体を「すくい上げ」て、外側ロータの半径方向
の穴の入口が外側ロータの外周と一致している上記第１
の実施例の装置の場合の圧力よりも大きな圧力で、上記
流体をコリオリロータの半径方向の穴に押し込む。

本発明の別の実施例によれば、コリオリロータの上記
穴は、半径方向に設けられており、一方、上記外側ロー
タの穴は、90゜状の要素を備えている。この90゜の要素
は、コリオリロータの対応する穴と協働するための開口
端を外側ロータの内周に有している。そのような90゜の
要素は、外側ロータの外周に一致していてジェット機能
を発揮するように構成された、小さな開口を有してい
る。流体は、コリオリロータの穴の内方端付近の流体剪
断デカップラに同軸状に入り、コリオリロータの半径方
向の穴を通って、各々の90゜の要素のジェット開口を含
む外側ロータの非半径方向の穴を通過する。

本発明の別の可能な実施例は、同軸状の流体入口及び
流体出口を有するインライン流量計を含んでいる。各々
のロータの軸線は、流体入口及び流体出口と同軸状であ
り、上記入口から軸方向の流体の流れを受け取って、こ
の流体の流れを外側ロータの周部及びその穴に対して接
線方向に与えるための流れディバイダが設けられてい
る。

別の実施例は、インライン入口及びインライン出口を
備えており、受け取った流体を、流体剪断デカップラ、
コリオリロータの半径方向の穴、及び、外側ロータの合
致する穴を通して、流体出口に供給する。

本発明の別の実施例によれば、コリオリロータ及び外
側ロータの上記穴は、半径方向に設けられるのではな
く、ロータの中央の回転軸線の線を含む平面において湾
曲している。この湾曲は、コリオリロータ又は外側ロー
タの回転に影響を与えない。

本発明の別の実施例によれば、モータが、外側ロータ
のジェット開口を有する実施例によれば接続されてお
り、これにより、ロータ装置により大きなrpmを与え
る。この構成は、コリオリロータと外側ロータとの間の
回転方向の変位を測定するために使用される出力信号を
改善する。

本発明の更に別の実施例によれば、コリオリロータ及
び外側ロータは、モータによって回転されて、流体ポン
プの機能、及び、該ポンプによって排出された流体に関
する質量流量情報を与えるための質量流量測定装置の機
能の二重の機能を果たす。外側ロータの穴は、ロータ装
置のポンプ機能を高めるような態様で、湾曲している。

総ての実施例において、感知コイル及び感知磁石が、
外側ロータに対するコリオリロータの回転方向の変位を
表す出力情報を発生する。第１の組の磁石が、コリオリ
ロータに埋め込まれており、一方、第２の組の磁石が、
外側ロータと一体に回転する装置に埋め込まれている。
第１の感知コイルは、第１の組の磁石の各々の磁石の運
動を感知し、一方、第２の感知コイルが、第２の組の磁
石の運動を感知する。各々のコイルは、周期的な波形出
力を発生し、これら２つの出力波形の間の位相差は、外
側ロータに対するコリオリロータの回転方向の変位に比
例し、また、流量計の中の流体の流れの質量流量に比例
する。

本発明の総ての実施例は、コリオリロータが外側ロー
タから変位することのできる回転方向の変位量を制限す
る機械的な手段を提供する。これは、コリオリロータを
外側ロータに取り付けるトーションバー軸が、流量計の
始動時及び休止時の間の過度の加速度力を受けないよう
にするために、望ましい構成である。

図面の説明 図１及び図２は、コリオリ流量計の作用に関連する物
理的な力を示している。

図３は、本発明のある可能性のある実施例の分解図で
ある。

図４は、図３の装置の平面図である。

図５は、図４の線５−５に沿って取った断面図であ
る。

図６は、図４の線６−６に沿って取った断面図であ
る。

図７は、図６の線７−７に沿って取った断面図であ
る。

図８は、図３の実施例の代替実施例を示している。

図９は、非半径方向の穴を有する外側ロータに関連す
る力を示している。

図10は、外側ロータの非半径方向の穴を有する別の実
施例を示している。

図11及び図12は、軸方向のインライン入口及びインラ
イン出口を有する流量計を示している。

図13は、コリオリロータ及び外側ロータが非半径方向
の穴を有している実施例を示している。

図14、図15及び図16は、軸方向の入口及び出口を有す
る別の実施例を示している。

図17及び図18は、モータ駆動される複合型の流量計及
びポンプを備える別の実施例を示している。

図19は、図15の部分拡大図である。

詳細な説明 図１は、速度Ｖで流過する流体質量を有するスラグ10
2を保有する流管101を示している。流管101は、枢動点1
04の周囲で角速度ωで回転しているものと仮定する。コ
リオリ流量計を振動させる際には、枢動点104の周囲で
の流管101の回転は、連続的ではなく、そのような回転
は、揺動運動を含んでいて、流管101は、枢動点104の周
囲で一方の方向に僅かに回転し、その後、反対方向に戻
る回転を行う。この理由は、流管を連続的に回転させる
ことは、必要となるシールを設けたり、その結果、シー
ルによって抵抗が与えられるというような機械的な問題
によって、通常の流量計に関しては経済的ではないから
である。しかしながら、そのような制約は、本発明の装
置によって解消される。

図１及び図２の流管101は、枢動点104の周囲で、ベク
トルωで決定される角速度で反時計方向に回転している
ものと仮定する。このような状態において、流体質量を
有するスラグ102は、枢動点104から離れる方向に速度Ｖ
で移動する際に、コリオリ加速度A_Cを受ける。流体質量
を有するスラグ102がコリオリ加速度を受けるようにす
るのは、流管101の壁部であるので、流管101の壁部は、
コリオリの力F_Cを受ける。

図１に示す発生するコリオリの力F_Cは、下式で表すこ
とができる。

（式１） F_C＝MA_C 上式において、 F_C＝流管に作用するコリオリの力、 Ｍ＝流体質量、 A_C＝コリオリ加速度。

物理学の法則から、コリオリ加速度A_Cは、下式で表す
ことができる。

（式２） A_C＝２（ω×Ｖ） 上式において、 ω＝流管の角速度、 Ｖ＝流体速度。

式２を式１に代入すると、流管に作用するコリオリの
力は、下式で表すことができる。

（式３） F_C＝Ｍ×２（ω×Ｖ） コリオリ加速度A_Cは、流体質量を有するスラグ102
が、速度Ｖで、枢動点104から離れる方向に流管101を通
る際に、上記スラグが受ける接線速度の変化率である。
式２は、流体のスラグが時間間隔δｔの間に有限距離を
移動し、上記時間間隔の間に、枢動点104からの流体の
スラグ102の距離が増大することを理解することによ
り、直感的に理解することができる。流体のスラグ102
が、元々、枢動点104からの距離Ｒにあった場合には、
時間間隔δｔの後に、流体のスラグは、枢動点104から
距離（Ｒ＋δＲ）にあることになる。流管の任意の点の
接線速度は、流管が回転している角速度ωに枢動点104
からの流管の距離を掛けたものの関数である。時間間隔
δｔの終わりに、流体のスラグ102は、枢動点104から量
δＲだけ更に離れる。これは、流体のスラグ102の枢動
点からの距離が（Ｒ＋δＲ）である場合に、流体のスラ
グ102が、時間間隔δｔの後に、枢動点からの距離がＲ
である場合の時間間隔の最初における角速度よりも大き
い角速度で移動する場合である。これにより、時間間隔
δｔで除した接線速度が増大して、流体質量を有するス
ラグ102のコリオリ加速度A_Cに等しくなる。勿論、流体
質量を有するスラグ102の線速度は、流体質量を有する
スラグ102が枢動点を越えて更に移動してその接線速度
を増大させた場合でも、上記時間間隔の間には一定であ
る。

式３から、図１に示すコリオリの力F_Cは、流管101の
中を流れる流体の質量、流管10が枢動点104の周囲で枢
動する角速度ω、並びに、流体質量が流管を通過する速
度Ｖに対して比例関係にあることが分かる。

流体が半径方向の通路を横断する間に、該流体の角速
度を一定に維持する回転型のコリオリ質量流量計が公知
であることは、上に述べた。これは、半径方向の穴を有
するロータを設けて、そのような穴を通して流体を流す
ことによって、達成される。従来技術の回転型のコリオ
リ質量流量計は、一般的に、モータを用いて、流体が流
過するロータを回転させている。本発明の回転型のコリ
オリ流量計の幾つかの実施例は、モータを使用せずに、
流動する流体の動力学を用いてモータを回転させてい
る。

図２、及び、以下の議論は、流体がロータの半径方向
の穴（又は、管）を通って流れる際に、回転するロータ
に与えられる及び回転するロータに関する力を説明して
いる。図２において、A_hは、図１の流管101の内側部分
の面積である。流体質量を有するスラグ102は、図１の
流体質量を有するスラグ102と等価であって、これは、
厚さδＲ、及び、断面積A_hを有している。スラグ102の
質量は、ρA_hδＲで表すことができ、ここにおいて、ρ
は、スラグ102を含む物質の密度であり、A_hは、スラグ1
02の断面積であり、δＲは、スラグ102の厚さである。

流管101の下方部分は、枢動点10を含む軸線103から距
離R1にある。スラグ102は、枢動点104から距離Ｒにあ
り、一方、流管101の頂部は、枢動点104から距離R2にあ
る。

下式は、流体が流管101を通って連続的に流れる際の
コリオリ加速度に起因して、流管101を受けるトルクを
示している。流管101は、図３に示す（図２には示して
いない）ロータの半径方向の穴であると考える。

力学の法則から、流管101に作用するトルクは、下式
で表すことができる。

（式４） τ＝Ｒ×F_C 上式において、 τ＝ロータに作用するトルク、 Ｒ＝力の作用点までの半径、 F_C＝コリオリの力。

式３で得たコリオリの力F_Cの値を代入すると、ロータ
のトルクは、下式で表すことができる。

（式５） τ＝2RM（ω×Ｖ） 式５は、流管の長さにわたる全トルクを合計するため
に、微分形式で表さなければならない。

（式６） δτ＝2RδＭ（ω×Ｖ） 図２の流体のスラグ102の増分の質量は、下式で表す
ことができることが分かる。

（式７） δＭ＝ρA_hδＲ 上式において、 ρ＝流体の密度、 A_h＝穴の断面積。

式７のδＭの値を式６に代入すると、下式が得られ
る。

（式7.5） δτ＝2RρA_hδＲ（ω×Ｖ） ロータの全トルクは、式7.5を図２の半径R1からR2ま
で積分することにより、得られる。従って、上式が得ら
れる。

上式において、 R₁＝ロータ101の内径、 R₂＝ロータ101の外径、 ω及びＶは、直交関係にあり、スカラとして単純に掛
け合わせることができる。

図２のスラグ102に関して示すような流動する物質の
質量流量は、下記のように導出することができる。

（式8.1） δＭ＝ρA_hδＲ （式8.2） （δM/δｔ）＝ρA_h（δR/δＴ） しかしながら、（δR/δｔ）＝Ｖであり、（δM/δ
ｔ）＝である（は、質量流量）ので、下式が得られ
る。

（式９） ＝ρA_hV 式９の項を式８の項ρA_hVに代入すると、下式が得
られる。

式10は、下式の通り単純化することができる。

積分を行うと、図２の流管101に作用するトルクτに
関して、下式が得られる。

（式11） τ＝ω（R₂ ²−R₁ ²） 式11は、図２の流管101の如き回転管に作用するトル
クが、流動する流体の質量流量、並びに、ロータの角速
度（回転）に正比例することを示している。質量流量
は、従来技術のモータ駆動される回転型コリオリ流量計
のモータに対する負荷を測定することにより、決定され
る。しかしながら、シール、ベアリング及び粘性に起因
する抵抗が、ロータのトルクを変えて、そのような従来
技術の装置の質量流量の測定に誤差を導入することがあ
る。

本発明の幾つかの実施例においては、流動する流体が
流量計のロータを駆動する回転型のコリオリ質量流量計
が提供される。これにより、総ての用途に関して流量計
は本質的に安全になり、回転軸封に固有の問題を解消す
る。本発明の一実施例においては、流体は、外側ロータ
に対して接線方向に流量計のハウジングに流入して、外
側ロータの半径方向の穴、及び、内側（コリオリ）ロー
タの半径方向の穴を通り、外側ロータのカバーの中央に
ある流量計の軸方向の出口から出る。モーメントに関す
る抵抗を無視すると、流入流体の角運動量が保存され、
これにより、ロータの中の流体は、流入流体と同じ平均
比角運動量を有する。これにより、ロータの角速度、コ
リオリトルク、及び、外側ロータに関するコリオリロー
タの角変位の測定及び計算を行って、流体の質量流量を
決定することができる。

図３、図４、図５、図６及び図７の実施例 図３は、本発明の可能な第１の好ましい実施例の分解
図を示している。この実施例は、円筒形の流体収容ハウ
ジング301と、外側ロータ307と、内側ロータすなわちコ
リオリロータ314と、ロータカバー317と、ハウジングカ
バー303とを備えている。開口327を有する入口302が、
流体収容ハウジング301の一部を含んでおり、一方、開
口337を有する出口304が、フランジ306によって、頂部
のハウジングカバー303に取り付けられている。使用の
際には、外側ロータ307及びコリオリロータ314は、流体
収容ハウジング301の凹所338の中に位置決めされる。軸
331の上方端が、外側ロータ307の平坦部分340に固定可
能に取り付けられており、また、上記軸の下方端が、ス
ラストベアリング334、及び、サークリップ339を有する
ベアリングカップ333に回転可能に係合している。ハウ
ジング301に取り付けられたベアリングカップ336は上記
軸をハウジングに連結する。これにより、外側ロータ30
7は、その軸331と共に自由に回転することができ、ハウ
ジング301の流体収容凹所338の中に設けられている。

トーションバー軸329は、可撓性を有する細長いトー
ションバーを備えており、このトーションバーは、軸33
1の開口した中央部分の中に設けられていて、止めネジ3
32によって、上記中央部分に固定可能に取り付けられて
いる。トーションバー軸329は、外側ロータ307の平坦部
分340の開口（図３には示していない）を貫通してお
り、図６に詳細に示すように、圧力嵌めによってコリオ
リロータ314の底部に接続されている。使用の際には、
コリオリロータ314は、外側ロータ307の凹所341の中に
設けられ、トーションバー軸329の頂部に堅固に取り付
けられる。トーションバー軸329の可撓性によって、コ
リオリロータ314は、外側ロータ307に対して、ある限定
された量だけ角度方向に回転することができる。コリオ
リロータ314の外側ロータ307に対する上記角度方向の回
転は、図４及び図５に関して後に詳細に説明する要素に
よって制限される。

ロータカバー317の頂面は、ボス319を備えており、こ
のボス319は、流体出口304の底部と協働するシール321
を収容している。シール321の頂部は、ハウジングカバ
ー303の底部に当接している。シール321は、流体がロー
タ307、314の穴309、312を確実に通過して、流体出口30
4に到達するようにしている。ハウジングカバー303の頂
面は、開口357、346を有しており、これらの開口は、コ
イル323、324を収容している。これらのコイルは、後に
説明するように、流体が図３の流量計を流過する際に、
コリオリロータ314と外側ロータ307との間の角変位を決
定するために使用される。

使用の際には、コリオリロータ314は、外側ロータ307
の凹所341の中に設けられる。次に、ロータカバー317
は、ネジによって、外側ロータ307のネジ穴311及び318
を用いて、該外側ロータの頂面に取り付けられる。この
サブアセンブリは、次に、ハウジング301の凹所338の中
に設けられる。ハウジングカバー303は、ネジ及びネジ
穴326、328によって、流体収容ハウジング301の頂面に
取り付けられる。組み立てられた流量計は、次に、パイ
プライン（図示せず）に接続される。パイプラインの供
給部分は、流体入口302に接続され、また、パイプライ
ンの下流側の部分は、流体出口304に接続される。流動
する流体が、入口302の開口327を通ってハウジング301
の内側部分へ通過することにより、流体が、外側ロータ
307の半径方向の穴309、コリオリロータ314の半径方向
の穴312、及び、ロータカバー317の下面に固定可能に取
り付けられた流体剪断デカップラ342の穴343を通る際
に、外側ロータ307、及び、コリオリロータ314は、反時
計方向に回転する。流体は、流体出口304を通って上方
に流れて、流量計が取り付けられているパイプラインへ
移動する。

ロータ307、314の半径方向の穴309、312を通る流体の
流れは、上記ロータを反時計方向に回転させる。このよ
うにすると、コリオリロータ314は、このコリオリロー
タが受けるコリオリの力のために、外側ロータ307に対
して角度方向に変位する。この回転方向の変位は、トー
ションバー軸329のねじれ性によって許容される。コイ
ル323は、ロータカバーのプレート317に埋め込まれてい
る磁石344と協働する。コイル324は、コリオリロータ31
4に埋め込まれている磁石316と協働する。各々のコイル
は、これらコイルと協働する磁石が当該コイルを通過す
る際に、出力信号をパス352、353に発生させる。各々の
コイルの出力信号は、各々のコイルが協働する複数の磁
石に起因する周期的な波形を含む。パス352、353の信号
は、流量計の電子回路351に与えられ、該電子回路は、
信号352、353を受信することに応答して、質量流量及び
他の情報を決定する。

コイル324は開口357の中に配置される。

コイル323は、開口346の中に調節可能に位置決めされ
る。これにより、コイル323の位置を調節して、流量計
の無流量状態の間に、上記２つのコイルの周期的な波形
出力を互いに一致させることができる。これは、較正を
行うために必要なことである。開口346の中におけるコ
イル323の位置は、リテーナ要素348及びネジ349によっ
てロックされる。上記リテーナ要素及びネジは、開口34
7にねじ込まれていて、リテーナ要素348の底部は、コイ
ル323の頂面に固定されていて、それ以上動かないよう
になってる。一旦較正した後には、２つのコイルの出力
信号は、流量計の無流量状態に関して互いに一致する
が、流量状態に関しては、互いに変位されて、位相変位
が生ずる。この位相変位は、流量計の中を通る物質の質
量流量に比例しており、物質の質量流量を決定するため
に、流量計の電子回路351によって用いられる。

図４は、図３の構造を更に詳細に示しており、特に、
図３の構造の平面図を含んでいる。図４に示されている
のは、開口327を有する入口302を備えた円形の流体収容
ハウジング301である。パイプライン（図示せず）の供
給部分からの流体が、開口327を通過して、流体収容ハ
ウジング301の内部に入る。流体は、図４に示すよう
に、反時計方向に移動する。流体は、ハウジング301の
円筒形の内側面405と外側ロータ307の外周部406との間
に形成されたスペース407に入る。流体は、円形の領域4
07の中で反時計方向に移動して、外側ロータ307の半径
方向の穴309の開口に入る。流体は、最終的に、外側ロ
ータ307の半径方向の穴309に入り、そこから、コリオリ
ロータ314の対応する穴312を通過する。流体は、コリオ
リロータ314の中心に向かって移動し、最終的には、流
体剪断デカップラ342の開口343に到達する。流体剪断デ
カップラ342の開口343は、コリオリロータ314の各々の
半径方向の穴312と結合されている。このようにする
と、流体剪断デカップラ342は、回転しているコリオリ
ロータ314の複数の半径方向の穴312から流体を受け取
り、そのような流動する流体を縮流させて、開口304及
び出口337から成る単一の軸方向通路の中に再指向す
る。

上記複数のネジ穴326は、ハウジングカバー303を流体
収容ハウジング301の頂面に固定する。図４には、更
に、コリオリロータ314の磁石316と、ロータカバー317
に埋め込まれた複数の磁石344が示されている。各々の
磁石344は、図３に示すように（図４には示していな
い）、ネジ穴318と交互に設けられるように、ロータカ
バー317に位置決めされている。換言すれば、ネジ穴318
及び磁石344は、ロータカバー317の周部付近で、交互に
設けられている。コイル324は、磁石316の運動を感知
し、一方、コイル323は、磁石344の運動を感知する。要
素349、348は、コイル323の位置を開口346の中で制御可
能に調節できるようにしている。コイル324の位置は、
調節可能ではなく、コイル324は、開口357の中にぴった
りと嵌合している。

図４及び図５は、コリオリロータ314の凹所401の中に
設けられているピン402を示している。図５に示すよう
に、ピン402の頂部は、コリオリロータ314に埋め込まれ
ており、一方、ピン402の底部は、図４に示すように、
開口401の中に設けられている。ピン402及び開口401
は、ロータ314、307が互いに角度方向に変位できる大き
さを限定している。この角変位の制限は、ねじれ軸329
に対する応力を制限する。この制限は、コリオリロータ
314の変位が十分に大きくて、ねじれ軸329に損傷を与え
る可能性がある起動状態の間に、特に有用である。他の
機械的な実施例も可能である。従って、ピン402をコリ
オリロータ314に埋め込んで、外側ロータ307の開口の中
に伸長させることができる。また、ピン402をロータ307
の外壁507に埋め込んで、図５において側方へ伸長させ
て、コリオリロータ314の外周部の開口に入れることも
できる。ピン403及び開口404は、ピン402及び開口401と
同じ態様で、コリオリロータ314の角変位に対して小さ
な制限を与える。流体スペース407は、外側ロータ307の
壁部507と、外側のロータカバー317と、ハウジングカバ
ー303の下面を含む流体収容ハウジング301の内側面との
間のスペースを含む。

図６は、図３の装置を更に詳細に示している。図６
は、図４の線６−６に沿って取った垂直方向の断面図を
含んでいる。図６には、外側ロータ307及びコリオリロ
ータ314を収容している流体収容ハウジング301、並び
に、外側ロータ307の半径方向の穴309、及び、コリオリ
ロータ314の穴312が示されている。軸331の頂部は、外
側ロータ307の下部に固定可能に取り付けられており、
また、その底部は、サークリップ339によって、スラス
トベアリング334に取り付けられている。このアセンブ
リ全体は、ベアリングカップ333の中に設けられてお
り、該ベアリングカップは、グリース又は同様なものを
収容するための開口601を有していて、ベアリングカッ
プ336の上方部分をスラストベアリング334及び軸331の
底部から分離している。軸331の中で該軸と同軸状に設
けられているのは、トーション軸329であって、該トー
ション軸の底部は、上記ネジ332によって、軸331に取り
付けられており、また、その上方部分は、コリオリロー
タ314の底部に堅固に取り付けられている。スペース407
の中の流体は、ハウジング301の内側部分とロータカバ
ー317との間のスペースを有している。コイル323、324
が、ハウジングカバー303の中に設けられている状態で
示されている。関連する磁石344、316が、ロータカバー
317、及び、コリオリロータ314の頂部にそれぞれ埋め込
まれている状態で示されている。

流体剪断デカップラ342が、図６に詳細に示されてい
る。流体剪断デカップラ342の穴343が、コリオリロータ
314の半径方向の穴312の内側部分313から流体流を受け
取り、該流体流を流体出口304の開口337へ向ける。流体
剪断デカップラ342の要素602は上記穴343に流体が流入
する時この受け取った流体に角速度を与えるように円錐
状をなしている。流体剪断デカップラ342は、ロータカ
バーのプレート317の底部に固定可能に取り付けられて
おり、一方、上記プレートは、ネジ318によって、外側
ロータ307に取り付けられている。流体剪断デカップラ3
42及び外側ロータ307の間の直接的な接続により、コリ
オリロータ314から出る流体は、最初に、コリオリロー
タと同じ角速度を有することになる。上記流出流体は、
コリオリロータと同じ速度で回転しているので、粘性剪
断に起因するトルクをコリオリロータに与えることがで
きない。このように、コリオリロータ314を流出流体の
粘性の悪影響から隔離することにより、質量流量の測定
精度を改善する。幾つかの実施例においては、開口337
は、流体入口である。剪断デカップラ342は、そのよう
な実施例においては、同じ分離機能を果たす。

図７は、図４に示す装置を更に詳細に示している。図
７には、流体収容ハウジング301、外側ロータ307、及び
コリオリロータ314が示されている。また、外側ロータ3
07の半径方向の穴309、及び、コリオリロータ314の半径
方向の穴312も示されている。流体収容ハウジング301の
内側部分と外側ロータ307の外側部分との間の領域407
が、入口302の開口327から流体流を受け取る。この受け
取られた流体流は、スペース407の中で反時計方向に流
れて、外側ロータ307の半径方向の穴309に入り、コリオ
リロータ314の半径方向の穴312を通過して、最終的に
は、流体出口304において流量計から出る。このように
すると、コリオリの力が発生し、このコリオリの力は、
コリオリロータ314と外側ロータ307との間に上述の角変
位を生ずる。この角変位の大きさは、上述のように、磁
石344、316と協働するコイル323、324によって測定され
る。流体剪断デカップラ342は、外側ロータ307と一体に
回転し、コリオリロータ314の半径方向の穴312から穴34
3内の流体流を受け取り、該流体流を上方に導いて、流
体出口304及びその開口337から出す。

組み合わされたロータの角速度は、角運動量保存の法
則から決定することができる。流入流体の角運動量は、
下式によって与えられる。

（式12） I_i＝M_iV_iR₂ 上式において、 I_i＝流入側の角運動量、 M_i＝流入流体の質量、 V_i＝流入流体の速度、 R₂＝外側ロータの外径。

（式13） （I_i/M_i）＝V_iR₂ 上式において、I_i/M_i＝流体の比角運動量。

組み合わされたロータのロータ流体の角運動量は、Ｒ
に関して積分することにより決定することができる。外
側ロータ及びコリオリロータは、単一の装置と考えられ
る。R₂は、外側ロータ307の外径であり、R₁は、流体剪
断デカップラ342の軸方向の出口の穴径である。

式12を微分方程式に変換すると、ロータの流体の角運
動量に関して下式が得られる。

（式14） δI_R＝δM_RV_RR 上式において、 I_R＝ロータ流体の角運動量、 M_R＝ロータ流体の質量、 V_R＝ロータ流体の接線速度。

式７から、下式が得られる。

（式15） δＭ＝ρA_hδＲ＝πr²ρδＲ 上式において、 ｒ＝ロータの半径方向の穴の半径、 ρ＝流体の密度。

式14のVR＝ωＲであるので、これと、式15を式14に代
入して、積分形式にすると、下式が得られる。

上式において、 R₁＝ロータの出口半径、 R₂＝ロータの外径 ω＝ロータの角速度。

式16を再度整理すると、下式が得られる。

式17を積分すると、下式が得られる。

（式18） I_R＝（πr²ρω）｛（R₂ ³−R₁ ³）/3）｝ 式13から、ロータの中の流体の単位質量当たりの平均
比角運動量は、式18をロータの中の流体質量で除するこ
とによって、決定される。流体質量は、半径方向の穴の
体積に流体の密度に乗じたものである。従って、下式が
得られる。

（式19） （I_R/M_R） ＝｛（πr²ρω）（R₂ ³−R₁ ³）｝ ／｛３πr²ρ（R₂−R₁）｝ 式19を単純化すると、下式が得られる。

（式20） （I_R/M_R） ＝｛ω（R₂ ³−R₁ ³）｝／｛３（R₂−R₁｝ 出口ポートの半径R₁が、外側ロータの外径R₂に比較し
て小さい（Ｏ）と仮定すると、式20は下式のようにな
る。

（式21） （I_R/M_R）＝（ωR₂ ²）/3 角運動量保存の法則から、ロータの中の流体の比角運
動量（I_R/M_R）は、流入流体の比角運動量（I_i/M_i）に等
しく、下式が得られる。

（式22） ｛（ωR₂ ²）/3｝＝（V₂R₂/3）＝V_iR₂ 式14、21（V₂＝ωR₂）から、下式が得られる。

（式23） V₂＝3V_i 上式において、 V₂＝R₂におけるロータの接線速度、 V_i＝流入流体の速度。

上述の計算は、外側ロータ307の周部の接線速度は、
流入流体のの接線速度の三倍であることを示している
（抵抗を無視する）。実験によると、粘性抵抗及びベア
リングの抵抗があっても、ロータの周部は、流入流体よ
りも大きな速度を有しているという結果が示されてい
る。流入流体は、外側ロータに入ると、接線方向に急激
に加速される。流体は、半径方向内方に移動するに連れ
て、その接線速度が、ロータ軸線付近まで、半径と共に
減少するので、その接線速度はほぼゼロになる。外側ロ
ータ307は、流体の急激な加速、並びに、流体の粘性抵
抗及びベアリングの抵抗によって、抵抗トルクを受け
る。また、接線方向（コリオリ）の減速度によって、回
転方向のトルクも受ける。コリオリロータ314は、外側
ロータによって包囲されており、従って、回転方向のコ
リオリトルクだけを受ける。平衡状態においては、コリ
オリロータは、駆動トルクを供給し、一方、外側ロータ
は、等しく且つ反対方向の抵抗トルクを供給する。

コリオリロータ314を外側ロータ307に接続するトーシ
ョンバー軸329は、これら上記両ロータの間の角変位を
許容し、この角変位は、トルクに比例する。上記角変位
は、磁石316、344によってコイル323、324に発生される
電圧によって測定される。磁石316は、コリオリロータ3
14に取り付けられており、また、磁石344は、ロータカ
バー317に取り付けられている。十分な数の磁石を用い
て、一連の電圧ピークをコイルに発生させ、各々のコイ
ルの出力がほぼ正弦波になるようにする。

コイル323、324からの周期的な波形出力は、流量計の
組み立ての間に整合され、従って、無流量状態において
は、上記波形出力の間には、位相角が全く存在しない。
これは、流量計を空にし、また、ベアリングカップ334
を取り外してモータがロータ軸に一時的に接続できるよ
うにした状態で、そのようなモータによってロータを回
転させることにより、行われる。コイル323を動かし
て、コイル323、324の周期的な波形出力の間の位相角を
変化させる。流量計の出力を較正した後に、２つの正弦
波が通過する間の時間間隔は、質量流量に比例し、ロー
タのrpmに依存しないことを示すことができる。

これは、下式で示される。

（式24） φ＝ωＴ 上式において、 φ＝角変位、 ω＝角速度、 Ｔ＝波形の間の時間間隔。

しかしながら、 （式25） φ＝τ/K_s（ねじりバネの式）である。

上式において、 Ｔ＝コリオリトルク（式11）、 K_S＝ねじりバネの定数。

従って、 （式26） φ＝ωＴ ＝ω｛（R² _C2−R² _C1）/K_s｝ 式11,24、25から、 R_C1及びR_C2は、内側（コリオリ）ロータの内径及び外
径であるので、下式が得られる。

（式27） Ｔ＝｛（R² _C2−R² _C1/K_s｝ 式27は、磁石が交差する間の時間間隔は、質量流量に
正比例することを示している。そのような時間間隔は、
ベアリング抵抗、粘性抵抗及びrpmに依存しない。従っ
て、本発明は、従来の回転質量流量計の問題を解消す
る。

本発明の装置による質量流量の測定がロータのrpmに
依存しないという事実は、他の利点ももたらす。すなわ
ち、外側ロータの流体通路（半径方向の穴）を、流量計
の前後の圧力降下を減少させるような形状にすることが
できる。当該産業は、流体装置における圧力降下を最小
限にしようとしており、その理由は、そのような圧力降
下は、エネルギを浪費するからである。総てのコリオリ
流量計は、流動する流体に圧力降下を生ずる。図３の流
量計における圧力降下は、基本的には、流体が、回転す
るロータの遠心力に抗して半径方向内方に流れなければ
ならないことに起因している。ロータのrpm及び流量計
の圧力降下は、流体通路を湾曲させ、これにより、それ
ぞれの開口が図８に示すようにロータの周部において回
転方向に向くようにすることによって、最小限にするこ
とができる。

図８の実施例 図８は、図３と同様であるが、外側ロータの外周にロ
ータのrpmを減少させるためのスコップを有している、
回転型コリオリ流量計を示している。この実施例は、接
線方向の入口ポート302を有する流体収容ハウジング301
を備えており、上記入口ポートの開口327は、流体が流
量計の内部スペースに入ることを許容する。図８の流量
計は、外側ロータ807及びコリオリロータ314を備えてい
る。スペース407は、流体収容ハウジング301の内側面
と、外側ロータ807の外側面及びそのカバー303（図８に
は示されていない）との間の領域を含んでいる。外側ロ
ータ807は、図３の外側ロータ307に相当するものである
が、その周部が鋸歯状の歯801を有している点において
異なっている。コリオリロータ314は、図３の実施例の
コリオリロータ314と同様に、複数の半径方向の穴312を
有している。図３の実施例の外側ロータ307の穴の309
は、図８の実施例の外側ロータ807において、直角要素8
02によって置き換えられている。各々の直角要素802の
入口開口804は、コリオリロータ314の協働する半径方向
の穴312に整合されている。外側ロータ807の直角要素80
2の反対側の開口は、スコップ状の開口803を含んでい
る。コリオリロータ314の各々の半径方向の穴312の内側
の終端部は、流体剪断デカップラ342の開口343に整合さ
れており、上記流体剪断デカップラは、図３の実施例の
流体剪断デカップラ342と同じ機能を果たす。すなわ
ち、流体剪断デカップラ342は、半径方向の穴312から流
体流を受け取り、該流体流を軸方向上方に導く役割を果
たす。これにより、流体は、コリオリロータ314に流体
の剪断力を与えることなく、流体出口304の開口337を通
って、流量計から出る。

式23は、図３の実施例の外側ロータ307の周部におけ
る速度は、流入流体の速度の三倍であることを示してい
る。図８の実施例においては、外側ロータ807の周部に
おける速度は、流入流体の速度よりも若干大きい。しか
しながら、直角要素802の開口803は、外側ロータ807が
流入流体の速度よりも大きな速度で回転するので、スペ
ース407の中の流体を「すくい上げ」る。これにより、
流入流体は、直角要素802の開口803に入り、外側ロータ
807を通って、コリオリロータ314の半径方向の穴312に
入る。このようにすると、流入流体の運動エネルギは、
流体圧に変換され、この流体圧は、ロータ807、314の回
転を低下させ、これにより、流量計の前後の圧力降下を
減少させる。上記エネルギ変換によって生じた反力は、
また、コリオリロータ及び外側ロータの回転を低下さ
せ、これにより、流入流体に作用する遠心力を減少させ
る。これにより、図８のコリオリ流量計の中の圧力降下
が更に減少する。図８の実施例は、他の総ての点に関し
て、ロータ807、314が、軸、ベアリング等によって、互
いに、また、ハウジング301に接続される態様を含め
て、図３乃至図７の実施例と同様である。

ロータ穴の曲率−図９ 外側ロータの穴は、湾曲させるか、あるいは、直角要
素802を有することができるが、コリオリロータの穴312
はそうすることができない。その理由は、穴の曲率によ
り生ずる反力は、流体速度に比例し従って流体の密度に
依存するトルクをコリオリロータに生じさせるからであ
る。これは、望ましくない。上記速度依存性は、流体の
加速度の力を２つの追加の成分（すなわち、直線的な通
路を有するロータの回転に起因する成分、及び、通路の
曲率に起因する成分）に分けることによって、図９を参
照して示すことができる。回転するロータのトルク成分
は、既に解いた（式11）。曲率を有する成分のトルクの
解は、要素902の如き任意の湾曲を一定の半径を有する
一連の短い曲線部分に分解することができるということ
を考えることによって、単純化される。従って、一定の
半径を有する曲線に対する解は、任意の曲線に拡張する
ことができる。図９には、流路902の湾曲部分の曲率中
心901が、ロータ曲線903に関して、任意に位置している
ことが示されている。この湾曲した流れ部分902は、下
式で示される周知の遠心力の式から計算することができ
る。

（式28） F_curve＝MV²/r 上式において、 Ｍ＝質量、 Ｖ＝速度、 ｒ＝曲率半径907。

図９の湾曲した流路902に作用する遠心力に関する微
分方程式は、下式で表される。

（式29） δF_curve＝（δMV²cosθ）/r 上式において、 δＭ＝流体質量の差、 Ｖ＝流体速度、 ｒ＝曲率半径。

各々の微小質量要素912に作用する微小力dF_CURVEは、
管部分902に対して半径方向である。θは、dF_CURVEと湾
曲した流路902の一定の半径部分を二等分する線906との
間の角度である。dF_CURVE914は、その直交方向の成分dF
_CURVEsinθ（916）、及び、dF_CURVEcosθ（913）に分解
される。正のθに関する正弦成分は、全湾曲部分に対す
る力を合計した時に、負のθに関する正弦成分と相殺さ
れる。dFの余弦成分は総て、正であって、線906に対し
て平行であり、従って、付加的なものである。従って、
全遠心力に関する式は下式のようになる。

上式において、 θ＝微分力914と曲線を二等分する線906との間の角
度、 θ_Ｃ＝湾曲した流路の角度方向の長さ。

しかしながら、 （式31） δＭ＝ρA_hrδθ 上式において、 Ｍ＝ρ×体積 ＝ρ×A_h×長さ ＝ρ×A_h×ｒδθ、 ρ＝流体の密度、 A_h＝通路の断面積、 θ＝曲線の角度測定値（ラジアン）。

従って、 式９は、が下式で示されることを表している。

（式33） ＝ρA_hV 式33を式32に代入すると、下式が得られる。

式34を積分すると、下式が得られる。

（式35） F_curve＝２Vsin（θ_c/2） 力のベクトル906に起因するロータに作用するトルクF
_CURVEは、F_CURVEと、ロータ軸線を曲率中心に接続する
ベクトルＲ（904）との外積に等しい。

上記２つのベクトルのベクトル体積を用い、F_CURVEに
関して式35を代入すると、下式が得られる。

（式36） τ_curve＝2RVsin（θ_c/2）sinα 上式において、 Ｒ＝ロータ中心907から曲線中心901までの半径方向の
ベクトル904、 α＝ベクトル904、906の間の角度。

式36において重要なファクタは、流体速度の項Ｖであ
る。ロータに作用するトルクが、流体速度に比例すると
いう事実は、同じ質量流量で流れる異なる密度を有する
流体は、異なるトルクの読取値を生じさせ、従って、異
なる質量流量を表示させることを意味している。これ
は、望ましくない。コリオリロータの流体通路は、流体
密度に感度を有していない流量計のロータの平面に湾曲
部を有するべきではない。しかしながら、湾曲してお
り、ロータ軸線を含む平面にある流体通路は、ロータに
生じたコリオリトルクに悪影響を与えない。この場合に
は、遠心力ベクトルが、ロータ軸線と交差し、ロータに
トルクを与えない。ロータにトルクを生じさせるために
は、遠心力ベクトルをロータ軸線から離すことが必要で
ある。

図13は、ロータ軸線1304と同じ平面にある力ベクトル
1306を有するコリオリロータ314の湾曲通路を示してい
る。これは、上記通路の曲率に起因する力ベクトル1306
がロータの回転に全く影響を与えない例である。一方、
図８のコリオリロータの符号312で示す如き半径方向の
穴が湾曲しており、該湾曲が、ロータの平面にあって図
８で見える場合には、その結果生ずる力ベクトルは、コ
リオリロータの中心軸線と交差せず、従って、外側ロー
タに対する角変位をコリオリロータに与えるトルク生ず
ることになる。

図３及び図４の実施例の外側ロータ307の穴は、半径
方向にする必要がなく、必要に応じて、図８に示すよう
に湾曲させて、ロータのrpm、及び、流量計の前後の圧
力降下を減少させることができる。外側ロータ807の穴8
02の曲率は、外側ロータ807及びコリオリロータ314の加
速度に影響を与えるが、流量計のコリオリ効果質量流量
測定には全く影響を与えない。その理由は、重要なファ
クタは、外側ロータに関するコリオリロータの回転方向
の時間遅延であるからである。同様に、流体粘性、ベア
リング抵抗、及び、他の損失の如きファクタは、コリオ
リロータ及び外側ロータの両方の角速度を低下させるこ
とができる。しかしながら、そのような低下自体は、コ
リオリロータに全く影響を与えない。外側ロータに関す
るコリオリロータの時間遅延は、変化せず、流体粘性、
ベアリング摩擦、あるいは、外側ロータの穴の曲率の如
きファクタによっては全く影響を受けない。総括する
と、外側ロータの流体通路は、半径方向にする必要がな
く、図８に示すように湾曲させて、ロータのrpm及び流
量計の圧力降下を低下させることができる。

ジェットロータの実施例−図10 図10の実施例は、コリオリロータ314が、その周部に
ジェットのような開口を有している外側ロータ1001と同
心円状に設けられている状態を示している。この実施例
においては、流体は、入口304の開口337を通って流量計
の中心に入り、回転するコリオリロータ314の半径方向
の穴312及び外側ロータ1001の穴1002を通って外側へ進
むに連れて、接線方向に加速される（コリオリ加速
度）。外側ロータ1001の流体穴1002は、90゜曲がってい
て、これにより、流体は、ジェット形状の開口1003を通
って接線方向に出る。流体が穴1002の中で90゜旋回する
際に生ずる該流体の反力が、外側ロータ1001を回転させ
る。追加の回転速度が、ジェット形状の開口1003の面積
を減少させることにより得ることができる。これによ
り、流体は加速され、外側ロータ1001に追加の反力を与
える。図10の実施例は、外側ロータとコリオリロータと
の間の角変位を測定することにより、上述の実施例と同
様に、流体の質量流量を正確に測定する。

ジェット駆動されるロータの平衡角速度は、摩擦のな
い場合に関して、計算することができる。スラストトル
クは、コリオリ効果によって生ずる抵抗トルクと等しく
且つ反対方向であって、平衡条件を確立する。ジェット
1003のスラストは、流体がその方向及び加速度を変化さ
せる際の該流体の角運動量の変化から決定される。

下式は周知である。

（式37） F_t＝ρV² _jA_J 上式において、 ρ＝流体の密度、 F_t＝ジェットのスラスト力、 V_j＝ジェット流体の速度変化、 A_j＝ジェット面積。

式４から、トルクは下式で表される。

（式37.1） τ＝RF 上式において、 Ｆ＝力、 Ｒ＝距離。

式37を式37.1に代入すると、下式が得られる。

（式38） τ_ｊ＝ρV² _jA_jR₂ 上式において、 T_j＝駆動トルク、 R₂＝ロータの外径＝ジェット半径。

式９から、下式が得られる。

（式39） ρVA＝ 式39を式38に代入すると、下式が得られる。

（式40） τ_ｊ＝V_jR₂＝ジェット駆動トルク （式41） V_jR₂＝ω（R₂ ²−R₁ ²） ロータを平衡状態にすると、コリオリトルクは、式40
のジェット駆動トルクに等しくなるように設定される。

式41の両辺からを消去すると、下式が得られる。

（式41.5） V_jR₂＝ω（R₂ ²−R₁ ²） 軸方向の入口の半径をR₁をゼロと近似すると、下式が
得られる。

（式42） V_jR₂＝ωR₂ ²＝V₂R₂ 上式において、 V₂＝ロータの接線速度、 （注）:V₂＝ωR₂。

また、下式が得られる。

（式43） V_j＝V_t 上式において、 V_j＝ジェットの流体速度、 V_t＝ロータの接線速度。

これは、摩擦のない系に関して、外側ロータの周速度
は、ジェットの出口速度に等しく且つ反対方向であるこ
とを示している。従って、流体は、ロータを出る際に
は、角速度がゼロのままである。これは、感知を行わせ
る。その理由は、流体は、ゼロの加速度でロータに入
り、また、ロータベアリングは摩擦がないと仮定される
からである。これは、ロータの接線速度が流体速度の約
三倍である図３の実施例とは対照的である。図10の実施
例に関して、ジェットの流体速度が、ロータの接線速度
と厳密に等しい場合には、流体は、出口ポート302の開
口327から出ないことになる。使用の際には、これは問
題であり、その理由は、ベアリングの損失及び流体粘性
の損失によって、ロータの接線速度V_tは、摩擦のある場
合よりも小さく、従って、V_tはV_jよりも小さいからであ
る。これは、流体速度が、図10の右側へ移動して、出口
ポート302の開口327を通って、流量計から出ることを許
容する。図10の実施例をハウジング301に接続する機械
的な細部は、図10には示していない。その理由は、その
ような細部は、図３乃至図７に示すものと同様であるか
らである。

モータ支援ジェットモード−図10 図10のジェットロータの実施例は、幾つかの用途に関
しては、上述の実施例よりも優れた利点を有している。
その理由は、流体は、半径方向外方に移動し、従って、
遠心力が、流体の流れを向上させ、圧力降下を減少させ
るからである。図10のジェットモードの実施例において
圧力降下が生ずる主要な原因は、外側ロータ1001のジェ
ット1003の流体の加速度に起因する。この加速度は、ジ
ェット面積を大きくすることにより、小さくすることが
できる。これにより、大きな流量において、ロータのrp
mが小さくなり、圧力降下が小さくなる。これは、トラ
ック積み込み又は船の輸送の如き、大きな流量とゼロ流
量との間で流量が変化する用途に対して好ましい。不運
にして、上記設計は、小さな流量において性能が劣る。

小さな流量における性能が低い理由は、ロータ速度が
低いからである。ロータ速度は、２つの理由において精
度に影響を与える。第１の理由は明らかである。極めて
小さい流量においては、抵抗の力が、スラスト力よりも
大きくなって、ロータが停止する。コイル323、324（図
３）から周期的な波形出力が出ないということは、流量
の測定が全く可能ではないことを意味している。第２の
理由は、ロータのrpmが精度に影響を与えるという第２
の理由は、より困難である。式25は、コイル323、324か
らの周期的な波形の間の時間遅延が、rpmに依存しない
ことを示している。低いrpmにおいて悪影響を及ぼすの
は、信号対雑音比である。

時間遅延の測定におけるノイズは、基本的には、電気
的又は機械的なものである。機械的なノイズの発生源の
例は、周囲（パイプライン）のねじり振動の結果として
生じることのあるコリオリロータの小さな角度方向の振
動である。この振動は、コリオリの力から生ずるロータ
の位相角における不確実性を生ずる。出力信号に対する
電気的なノイズも、位相角の追加の不確実性を生ずる。
ノイズを考慮した時間遅延に関する式が、式24から以下
のように導出される。

（式44） Ｔ＝｛（φ±γ）／ω｝ ＝（φ／ω）±（γ／ω） 上式において、 Ｔ＝時間遅延、 φ＝位相遅延、 γ＝位相角の不確実性、 ω＝角速度。

位相遅延φは、式11からωに比例する。

（式45） φ＝（τ/K_s） ＝ω（R² ₂−R² ₁）/K_s 上式において、 K_S＝ねじりバネの定数。

式45を式44に代入すると、下式が得られる。

（式46） Ｔ=｛ω（R² ₂−R² ₁）/K_sω｝±（γ／ω） ωを消去すると、下式が得られる。

式（47） Ｔ＝｛（R² ₂−R² ₁）/K_s｝±（γ／ω） 時間遅延Ｔの流れに起因する部分は、ωに依存しない
が、時間遅延の不確実性の部分は、分母にωを有してい
る。従って、極めて低いロータ速度においては、時間遅
延の不確実性（及び流量）は、非常に大きくなる。

図10のジェットモード流量計における、小さい流量に
固有の上述の問題を解消するための１つの方法は、軸33
1（図示せず）を流体収容ハウジング301を貫通させ、軸
331に接続されているモータ1701によって、図17に示す
態様で外側ロータ1001を回転させることである。このよ
うにすると、ロータ1001は、小さい流量及び時間遅延Ｔ
であっても、急速に回転することができ、信号ノイズが
大幅に低下する間に、変化しない。大きな流量において
は、流体ジェットからのスラストが、大部分の回転力を
与え、モータの所要動力が小さくなる。

従来技術のコリオリ流量計は、モータ駆動装置を有し
ていて、駆動モータにおいてトルクを測定し、単一のロ
ータにおけるコリオリトルクを決定していた。そのよう
な流量計は、従って、ベアリング抵抗、シール抵抗、及
び、ロータに対する粘性抵抗によって影響を受けてい
た。上記抵抗は、流量測定値に誤差を生じていた。本発
明は、ロータの中にロータを設ける設計によって、上述
の抵抗の発生源からコリオリ測定ロータを隔離して、か
なり正確な流量計を提供する。

要約すると、モータ支援される図10のジェットモード
は、広範囲の流量にわたって正確な測定を行うことので
きる流量計である。また、大きな流量においては、その
ような流量計は、小さな流体圧力降下及び小さな動力消
費量を有している。

図13の湾曲穴の実施例 図13は、外側ロータ307と、コリオリロータ314と、外
側ロータ用の軸331と、コリオリロータ314用のねじれ軸
329とを備える点において、図６の流量計と幾分類似し
ている流量計を示している。図６においては、コリオリ
ロータ314の穴312、及び、外側ロータ307の穴309は、半
径方向である。これとは対照的に、図13においては、コ
リオリロータ314の穴1302は、外側ロータ307の穴1301の
ように湾曲している。穴1302、1301の湾曲すなわち曲率
は、上記２つのロータの回転、あるいは、外側ロータ30
7に関するコリオリロータ314の角変位に全く影響を与え
ない。この理由は、穴1302の曲率によって発生する総て
の力ベクトル（例えば、力ベクトル1306）は、ロータ系
の軸線1304を含む平面と同じ平面にある。従って、ベク
トル1306は、ロータ系の回転に影響を与えることができ
ない。明確にするために、図７のコリオリロータ314の
穴312の湾曲部は総て、ロータ系の中心軸線の平面にな
い力ベクトルを発生し、従って、その結果生ずる力ベク
トルは、図７のロータ系の回転に影響を与えることにな
る。図13の装置は、その主要部だけが示されているが、
その理由は、コリオリロータ314及び外側ロータ307のそ
れぞれの穴1302、1301の湾曲部を除いて、図６に示す装
置と同一であるからである。

外側ロータ307及びコリオリロータ314が、軸及び同等
なものによって、ハウジングに接続される態様は、図３
乃至図７に示すものと同様であるので、図13には、詳細
には示していない。

軸方向の入口及び出口−図11及び図12 図11及び図12は、インライン式の回転型コリオリ質量
流量計1100を示しており、この流量計は、該流量計のロ
ータ系の中心軸線と同軸状の流体入口1102及び流体出口
1106を有している。流量計1100は、更に、流体収容ハウ
ジング1101と、ネジ1117によって流体収容ハウジング11
01に取り付けられている流体ハウジングカバー1104とを
備えている。流体収容ハウジング1101の中に収容されて
いる流量計の要素は、中央軸1123に取り付けられている
外側ロータ1114と、外側ロータ1114の中に設けられてい
て軸1123の中に収容されているトーションバー軸を有し
ているコリオリロータ（図示せず）とを含んでいる。外
側ロータ1114は、コリオリロータの対応する穴と協働す
る複数の穴1116を備えている。流体出口ポート1106が、
ネジ（図示せず）によってハウジングカバー1104に取り
付けられているスリーブ1108の中に形成されている。軸
1123は、図11に示すように該軸の左側に設けられている
ベアリング1121、1119、及び、サークリップ1122によっ
て、要素1112の中に保持されている。

使用の際には、流体は、開口1103を介して流量計1100
に入り、要素1111、1112、1113によって、外側ロータ11
14の周部及びその穴1116へ導かれる。要素1111、1112の
通路1113は、図12に示すように湾曲しており、これによ
り、開口1103に入った軸方向の流体流は、外側ロータ11
14の外周部と流体収容ハウジング1101の内側面との間の
スペースを含む流体チャンバ1124に入って該チャンバを
出る際に、接線方向の流れに変換される。上記通路1113
によって、流体は上記チャンバ1124に入り、これによ
り、その流れは、外側ロータ1114の周部に対して接線方
向になる。この接線方向の流体速度は、外側ロータ1114
を含むロータ系をその軸1123の周囲で回転させる。流体
は、図３及び図７の実施例を含む上述の実施例に関して
説明したのと同じ態様で、穴1116に入る。従って、流体
は、回転する外側ロータ1114の穴1116に入り、コリオリ
ロータ（図示せず）の対応する穴を通過し、図３の剪断
デカップラ342、343と同様の要素によって、流量計から
排出される。流体は、そこから、図11の右側へ流れて、
流体出口1106及びその開口1107を通る。

要素1111、1112は、通路1113を備えており、この通路
は、入口1103から流入する軸方向の流体を外側ロータ11
14の外周部に対して接線方向の流体の方向に変換する。
要素1111は、ネジ1118によって、要素1112に取り付けら
れている。要素1111は、ベアリング1119、1121を交換す
る又は検査するメンテナンスの理由から必要な場合に、
ネジ1118を用いて要素1112から取り外すことができる。
図12のネジ1161はハウジング1101を要素1112に固定す
る。

コイル1131、1132は、外側ロータ1114及びコリオリロ
ータの磁石（図示せず）と協働して、出力信号を発生
し、この信号は、流量計の電子回路1140によって用いら
れて、質量流量及び他の情報を測定する。

図11及び図12の実施例にも、ピン402（図４）と同様
のピンを設けて、外側ロータ1114に対するコリオリロー
タの角度方向の回転を制限することができる。上記ピン
は、外側ロータの間を伸長して、開口401と同様な外側
ロータ1114の開口の中に伸長することができる。

ジェット駆動型のインライン同軸流量計−図14、図15、
図16及び図19 上述の総ての実施例は、図11及び図12の実施例を除い
て、軸線方向の１つの流体ポートと、接線方向の１つの
流体ポートとを有する流量計を開示している。設備コス
トの観点から、同軸状の２つの流体ポート（入口／出
口）を設けることが望ましいことが多い。同軸状の実施
例が、図14、図15、図16及び図19に示されており、これ
らの実施例は、ハウジングベース1401を含むロータハウ
ジングと、ハウジングカバー1407とを備えており、これ
らロータハウジング及びハウジングカバーは、それぞれ
のフランジ1402、1408において、穴1419を貫通するボル
ト又は同様なもので、互いにボルト止めされている。ハ
ウジングカバー1407は、円筒形の入口1404、及び、開口
1406を有しておい、該開口は、供給パイプ（図示せず）
から流体を受け取る。ハウジングベース1401は、図15に
示すように、開口1519を有する円筒形の出口1403を有し
ている。

図14の流量計は、更に、外側ロータカバー1409と、流
体剪断デカップラ1411と、コリオリロータ1412と、外側
ロータ1414とを備えている。上述の実施例の態様と同様
の態様で、コリオリロータ1412は、外側ロータ1414と同
軸状であって、該外側ロータの凹所の中に嵌合してい
る。流体剪断デカップラ1411は、コリオリロータ1412と
同軸状であって、該コリオリロータの凹所の中に嵌合し
ている。流体剪断デカップラ1411は、後に説明するよう
に、外側ロータ1414に取り付けられていて、該外側ロー
タ1414と一体になって、中央軸線1434の周囲で回転す
る。流体剪断デカップラ1411の機能は、図３の流体剪断
デカップラ342と同じであって、入口1406から軸方向の
流体流を受け取って、該流体流を回転する半径方向の流
体流に交換して、コリオリロータ1412の矩形の穴に与え
る。このようにすると、流体剪断デカップラ1411は、コ
リオリロータ1412が入口1406から直接軸方向の流体流を
受け取った場合に、該コリオリロータが受けることにな
るトルクからコリオリロータを絶縁することによって、
コリオリ効果による測定値の精度を改善する。外側ロー
タカバー1409は、図３のロータカバー317と同じ機能を
果たす。外側ロータカバーは、外側ロータ1414に堅固に
取り付けられていて、外側ロータ1414と一体になって、
共通軸線1434の周囲で回転する。

コリオリロータ1412は、フィン1432、及び、矩形の穴
1422を備えている。外側ロータ1414は、フィン1431、及
び、矩形の穴1421を備えている。コリオリロータ1412
は、ねじれ軸1413の一端部に接続されており、上記ねじ
れ軸の他端部は、軸1416の開口に嵌合している。軸1416
の一端部は、外側ロータ1414の平坦面に接続されてい
る。軸1416の他端部は、後に説明するように、円錐形の
要素1426のベアリングに接続されている。軸1416は、ベ
アリングハウジング1433のボス1429の穴を貫通してい
る。ベアリングハウジング1433は、皿状の凹所1417を有
しており、該凹所は、図14に示すように、該凹所の中心
の底部から伸長しているボス1429を有している。ベアリ
ングハウジング1433は、外側フィン1418を有しており、
これら外側フィンは、ハウジングベース1401の皿状の凹
所1435の中にベアリングハウジング1433を保持してい
る。

作動の際には、処理すべき流体は、入口1404の開口14
06を介して流量計に供給され、その後、流体剪断デカッ
プラ1411に供給される。流体剪断デカップラ1411は、受
け取った軸方向の流れを回転する半径方向の流れに変換
し、この半径方向の流れは、コリオリロータ1412の穴14
22（図14及び図16に最も良く示されている）に供給され
る。流体は、穴1422を通過し、次に、外側ロータ1414の
穴に通される。穴1421は、図16に示すように湾曲してお
り、これら穴を通る流体流は、両方のロータ及び流体剪
断デカップラ1411を軸線1434の周囲で回転させる力を発
生する。外側ロータ1414から出た流体は、ベアリングハ
ウジング1433のフィンを通過し、流量計の出口1403から
出る。

ねじれ軸1413は、図３のねじれ軸329と同様であっ
て、流体が回転するコリオリロータ1412の穴1422を通過
する際に発生されるコリオリの力に応答して、コリオリ
ロータ1412が外側ロータ1414から角度方向に変位するの
を許容する。

流体剪断デカップラ1411は、複数のフィン1423を備え
ており、これらフィンの間のスペースが、流体通路1424
2お形成している。ハウジングベース1401、及び、ハウ
ジングカバー1407は各々の、実質的に漏斗状の形状を有
している。ハウジングベース及びハウジングカバーの各
々の大きい方の端部は、その内側面と外側ロータ1414と
の間に環状のスペースを形成するに十分な大きさを有し
ている。流体は、角速度が殆どない状態で外側ロータ14
14から出て、外側ロータとハウジングベース1401との間
の環状のスペースに入る。図11及び図12の実施例のイン
ライン流量計と図14乃至図16の実施例とが異なっている
点は、図11及び図12の実施例の流入流体には、外側ロー
タの周部に入る前に、外側ロータ1114を回転させるため
に必要な角運動量が与えられる点である。流入流体に
は、ベアリングハウジング1111及び要素1112の表面に形
成された通路1113によって、角運動量が与えられる。通
路1113は、ネジ部のようなその向きによって、上記機能
を果たす。しかしながら、図14乃至図16及び図19の実施
例においては、流体は、角運動量を全くもたない状態
で、流体剪断デカップラ1411の中心に入る。コリオリロ
ータ及び外側ロータは、流体が方向を変える際に外側ロ
ータに与えられる流出流体のスラストによって、回転さ
れる。このスラスト機構は、図10の実施例に関して説明
した機構と同じである。

図15、図16及び図19は、共に、図14の実施例を更に詳
細に示している。図15は、図16の線15−15に沿って取っ
た切断図を含んでいる。図16は、図15の線16−16に沿っ
て取った断面図である。

図16は、その中央から始まって、流体剪断デカップラ
のボス1512の部分によって包囲されているコリオリロー
タ1412の表面1514によって包囲されたねじれ軸1413の端
部を示している。このねじれ軸は、コリオリロータ1412
の境界内に設けられている。流体剪断デカップラ1411
は、図15に示すように、円錐形のボス1512の先端又はノ
ーズ部分1511を有しており、上記ボスの図15に示す等高
線状の外側面1510は、フィン1423の縁部に取り付けられ
ている。各フィン1423の間のスペースは、通路1424を含
んでいる。図15に最も良く示すように、通路1424が受け
取った流体流は、図15で見て下方へ移動するに連れて、
ボス1512の等高面1510（図16）によって、軸方向の流れ
から半径方向の流れになる。この流体は、回転する円錐
形のボス1512に取り付けられたフィン1423によっても回
転される。この回転する半径方向の流体流は、図15のボ
ス1512の表面1510から出て、図16に最も良く示すよう
に、コリオリロータ1412の矩形の穴1422の近傍に入る。

図16を参照すると、流量計が受け取った流体は、流体
剪断デカップラ1411の通路1424に軸方向に入り、湾曲面
1510によって半径方向の流体流に変換される。流体剪断
デカップラ1411の通路1424からの半径方向の流体流は、
コリオリロータ1412の各フィン1432の間の開口領域を含
むコリオリロータ1412の穴1422に与えられる。

図16においては、流体は、コリオリロータ1412の穴14
22から出て、外側ロータ1414のジェット形状の穴1421に
入る。外側ロータ1414のジェット形状の穴1421は、外側
ロータ1414のフィン1431の間の開口スペースを含んでい
る。外側ロータ1414の穴1421を出る流体のジェット効果
により、図16に示すように、ロータをその中心の周囲で
反時計方向に回転させる推進力が発生する。コリオリロ
ータ1412、剪断デカップラ1411、及び、ロータカバー14
09は、外側ロータ1414と一体になって、共通の中央軸線
1434の周囲で回転する。しかしながら、ねじれ軸1413の
可撓性によって、コリオリロータ1412は、回転するコリ
オリロータ1412に発生するコリオリの力に起因する回転
方向の変位を、外側ロータ1414に関して示すことができ
る。外側ロータ1414のジェット形状の穴1421から出る流
体は、図16に示すように、開口スペース1601に入る。

図16は、図15の線16−16に沿って取った断面図である
ので、図16に斜線を施して示す要素1602は、ハウジング
カバー1407の断面図である。要素1603は、ハウジングカ
バー1407の外側面の一部を含んでいる。ハウジングカバ
ー1407のフランジ1408及びその穴1419も、図16に示され
ている。

図15は、図14及び図16の実施例を一部切除した状態
で、更に詳細に示している。図15は、入口1404の開口14
06を示しておい、上記入口は、処理すべき流体を受け取
って、流体剪断デカップラ1411の通路1424へ供給する。
このようにすると、ボス1512の等高面1510によって、流
体の方向は、軸方向から半径方向に変換され、コリオリ
ロータ1412の穴1422に与えられる。

ボス1512の下方部分（図15）は、複数の脚部1518を備
えており、これらの脚部の下端部は、外側ロータ1414の
面部分1522に当接している。各々の脚部のボルト1509、
流体剪断デカップラ1411を外側ロータ1414の部分1522に
堅固に取り付けることを可能としてる。流体剪断デカッ
プラ1412の脚部1518は、コリオリロータ1412の平坦面15
12、1524の開口を貫通しており、これにより、流体剪断
デカップラ1411の脚部1518を外側ロータ1414に堅固に取
り付けることができる。コリオリロータの平坦面1516、
1524を貫通している穴は、脚部1518の直径よりも十分に
大きく、これにより、コリオリロータが、外側ロータ及
び剪断デカップラに対して制限された角変位を示すこと
を可能にしている。コリオリロータ1412のベース面151
4、1524の上記開口を除いて、コリオリロータ1412のベ
ースは、実質的に平坦で円形のディスク要素（図示せ
ず）を含んでおり、これらディスク要素に、コリオリロ
ータ1412のフィン1432が取り付けられている。コリオリ
ロータ1412のフィン1432は、それぞれの底部及び頂部の
ベース領域の間で伸長していて、コリオリロータの部分
円錐形の要素1436に接続されている。円錐形の要素1436
の下方端とコリオリロータ1412のフィン1432との間の接
続部が、図15に示されている。図15においては、フィン
1432の下方部分は、コリオリロータのベース面1516に接
続されている状態で示されている。

ねじれ軸1413が図15に示されており、該ねじれ軸の上
方端は、コリオリロータ1412の要素1524に堅固に取り付
けられており、また、その下方端1504は、止めネジ1529
によって、軸1416の下方端に取り付けられている。ねじ
れ軸1413は、軸1416の上方端のベアリング1526を貫通し
ている。軸1416は、外側ロータ1414の部分1522に堅固に
取り付けられた状態で示されている。軸1416は、ボス14
29のベアリング1506を貫通して、図15で下方に伸長し、
ベアリング1427で終端となっている。軸1416の下方端
は、ベアリング1427を貫通していて、円錐形の要素1426
の内側部分を含む開口領域1503で終端となっている。円
錐形の要素1426は、該要素及び要素1433を一緒に保持す
るネジを収容する穴1501によって、要素1433に取り付け
られている。サークリップ1523が、軸1416を適所に保持
している。

ハウジングカバー1407の図15において上方の部分は、
シール1532を備えており、該シールは、ハウジングカバ
ー1407とロータカバー1409との間に設けられていて、こ
れら２つのカバーの間の漏洩を防止している。図16乃至
図16及び図19の実施例は、コイル1533、1534（図19に示
す）も備えており、これらコイルは、磁石1536、1537と
協働して、図３乃至図７の実施例に関して説明したのと
同じ態様で、外側ロータ1414に対するコリオリロータ14
12の角変位を測定することを可能にする。

図19は、図15に示す装置の一部を更に詳細に示してい
る。すなわち、図19は、図15の上方且つ左側の四半分の
部分の拡大図を示している。

図19には、コリオリロータ1412、及び、外側ロータ14
14のそれぞれのフィン1432、1431が示されている。これ
らのフィンは、ハウジングカバー1407の中に設けられた
状態で示されている。外側ロータカバー1409が、フィン
1431、1432の頂部付近に示されており、外側ロータカバ
ー1409は、要素1437、及び、フィン1431の頂部に取り付
けられていて、外側ロータ1414の回転と共に回転するよ
うになっている。磁石1536は、コリオリロータのフィン
1432の頂部に埋め込まれており、また、磁石1537は、外
側ロータカバー1409に埋め込まれている。磁石1536は、
コイル1533と協働し、一方、磁石1537は、、コイル1534
と協働する。両方のコイルは、ハウジングカバー1407に
取り付けられた状態で示されている。それぞれのロータ
が回転して、上記磁石がそれぞれのコイルを通過して回
転すると、外側ロータ1414に対するコリオリロータ1412
の角度方向の回転を測定することができ、これにより、
流量計を通って流れる物質の質量流量を導出することが
できる。コイル1534、1533の導線1941、1942が、流量計
の電子回路1943に接続されており、該電子回路は、流量
計の電子回路1351と同様に作動して、流れている流体の
質量流量及び他の情報を発生する。

また、図19には、流体剪断デカップラ1411の通路1424
のフィン1423及び開口が示されている。図19には、更
に、ボス1512の先端1511及び湾曲面1510が示されてお
り、上記ボスは、流体剪断デカップラ1411の下方部分を
含んでいる。図19には、更には、外側ロータ1414の一部
である要素1522が示されており、この要素は、フィン14
31の下方部分に接続された状態で示されている。また、
コリオリロータ1412のフィン1432の下方部分も、コリオ
リロータのベース面1516に接続された状態で示されてい
る。

モータ駆動型のジェットポンプ／流量計−図17及び図18 図17及び図18は、本発明のモータ駆動型の実施例を示
しており、この実施例は、ポンプの機能と、該ポンプか
ら出る流体の質量流量を測定するためのコリオリ流量計
の機能との二重の機能を果たす。この実施例は、幾つか
の点において、図10の実施例、並びに、図３、図４、図
５、図６及び図７の実施例に類似している。図17及び図
18には、図17及び図18の参照符号で示す要素と同様の機
能を果たす他の図に示す装置と同一の参照符号を付して
ある。

図17及び図18の装置は、流体収容ハウジング301を備
えており、この流体収容ハウジングは、該流体収容ハウ
ジングの凹所に設けられた外側ロータ307と、図３の実
施例と同様に外側ロータの凹所に設けられたコリオリロ
ータ314とを備えている。穴343を有する流体剪断デカッ
プラ342が、コリオリロータの中央凹所に設けられてい
るが、上記流体剪断デカップラは、図３に示すように、
外側ロータのカバープレート（図17及び図18には示して
いない）に取り付けられていて、外側ロータ307と一体
に回転する。剪断デカップラ342は、図３に示すのと同
様の態様で、穴343を有している。剪断デカップラ342の
目的は、開口337を通る軸方向の流れを有する流体を受
け取って、該軸方向の流体流を回転する半径方向の流体
流に変換し、コリオリロータ314の半径方向の穴312に供
給することである。図18の実施例のコリオリロータの幅
は、上述の実施例に比較して、比較的小さく、一方、外
側ロータ307の幅は、上述の実施例に比較して、比較的
大きい。

図18の実施例の流体入口は、図10の実施例と同様であ
って、受け取った流体を流体入口304の開口337に供給
し、開口327の開口302を介して流体収容ハウジングから
出す。

図17は、図６と幾分類似しており、コリオリロータに
接続されたねじれ軸329、及び、外側ロータ307に接続さ
れた軸331が、流体収容ハウジングの種々の要素に接続
される態様を、図６に関して説明したのと同様にして、
詳細に示している。図17は、軸331に接続されたモータ1
701を示しており、上記軸は、図６に示すのと同様な態
様で、外側ロータ307に接続されている。図６に示すの
と同様の態様でコリオリロータ314に作用するねじれ軸3
29は、軸331の中心の中に設けられていて、図17に示す
ように、その左側が、止めネジ332によって、軸331に堅
固に取り付けられている。スラストベアリング334、及
び、サークリップ339が、外側軸331を、流体収容ハウジ
ング301、及び、そのベアリングカップ336の中に保持し
ている。

モータ1701は、ロータ系を図18に示すように反時計方
向に回転させるに必要なトルクを与える。外側ロータ30
7の穴309は、図18に示す態様で湾曲しており、これによ
り、ロータ系がモータ1701によって反時計方向に回転さ
れた時に、外側ロータ307の流体ポンプとしての効率を
改善している。コリオリロータ314の穴312は、上述の実
施例に関して示したのと同様な態様で、半径方向に設け
られており、これにより、ロータ系がモータ1701によっ
て図18に示すように時計方向に回転される時に、コリオ
リロータ314によるコリオリ運動の検知の効率を向上さ
せている。コリオリロータの穴312の内方端は、流体剪
断デカップラ342の穴に接続されており、上記剪断デカ
ップラは、上述同様の態様で、コリオリロータ312の穴
を、流体入口304の開口337を介して流量計が受け取る軸
方向の流体流から隔離している。

ロータ系がモータ1701によって軸331の周囲で回転さ
れると、入口304が受け取った物質は、剪断デカップラ3
42の穴、及び、コリオリロータ314の半径方向の穴312を
通って、外側ロータ307の穴309へ移動する。外側ロータ
307の回転、及び、その穴307の曲率が、流体出口327の
開口302を通って流量計から出る流体を効率的に圧送す
る。コリオリ流量計の中央部分からその穴312を通って
外側ロータ307へ外方に流れる流体の流れが、流体の各
基本的な部分を半径方向の穴312に通し、これにより、
流体が流量計の中心から更に外方へ流れる際に、流体の
角速度を増大させる。図１及び図２に関して説明したよ
うに、上記接線方向の加速度は、コリオリロータ及びそ
の穴312の壁部に、時計方向の力を与える。穴312の壁部
は、流体に大きな接線速度を与えるために必要な力を、
該流体に与える。穴343の壁部に作用する上記力は、コ
リオリロータ314は外側ロータ307の回転よりも遅らせ、
これにより、外側ロータ307からの時計方向の角変位を
生じさせる。コリオリロータ314のこの角変位は、ねじ
れ軸329の可撓性によって許容される。

図３、図４、図５及び図６に示すのと同様の態様で、
図17及び図18の装置には、コリオリロータ314及び外側
ロータ307に埋め込まれた磁石（図示せず）と、これら
磁石と協働する図３のコイル323、324と同様のコイルが
設けられている。これらの要素は、上述の態様で協働し
て、外側ロータ307に対するコリオリロータ314の角度方
向の変位すなわち角変位の量を検知する。この角変位
は、図17及び図18のポンプによって外部のパイプライン
又は同様なもの（図示していないもの）に供給される物
質の質量流量を表す。この質量流量は、コイル323、324
から流量計の電子回路に与えられる信号に応答して、該
電子回路によって導出される。停止ピン402、及び、開
口401が、外側ロータ307に対するコリオリロータ314の
角変位を制限する。

流量の変更 上述の計算は総て、平衡条件を仮定して行ったもので
ある。これらの条件は、流量が一定であり、また、ロー
タが増速する時間がある場合に、存在するものである。
過渡的な条件の間には、ロータを加速及び減速させるた
めにトルクを必要とする。このトルクは、誤って表示さ
れる流量を生ずるが、そのようなエラーは、加速及び減
速を含むバッチの過程で、相殺される。ジェット駆動型
の実施例においては、外側ロータは、トーションバーに
よって、コリオリロータを駆動する。流体は、半径方向
外方に移動しているので、コリオリロータは、外側ロー
タよりも遅れる。ロータのrpmが増大している（モータ
の増速又は流量の増大により）時には、コリオリロータ
は、その回転方向の慣性によって、更に遅れる。従っ
て、表示される流量は、大きくなる。ロータのrpmが低
下している時には、慣性トルクが、コリオリトルクを無
効にし、従って、流量計の読みは小さくなる。起動時及
び停止時のrpmが等しい場合には、加速度及び減速度に
起因する誤差は互いに相殺することが分かる。これは、
待機時のスタート／ストップのバッチが正確であり、速
度の変更に起因する誤差が、長時間の運転の間に蓄積し
ないことを意味する。

流体が半径方向内方に移動する別の実施例において
は、流体が、コリオリの力によってコリオリロータを駆
動する。コリオリロータは、定常状態の間には、外側ロ
ータに先行する。流量の増大（及び、rpmの増加）によ
り、コリオリロータからの正味トルクは、該ロータを加
速するために必要なトルクによって、減少される。従っ
て、流量計の読みは小さくなる。同様に、流量が減少す
ると、流量計の読みは大きくなる。他の実施例と同様
に、誤差は、バッチの過程において、互いに相殺され
る。バルブを迅速に開く又は閉じることにより生ずる極
めて大きな加速度は、トーションバーに過度の応力を与
えて、流量計を損傷する可能性がある。トーションバー
を極度に高いトルクから保護するために、両方のロータ
にストッパを設けて、両ロータの間の角変位を制限す
る。そのようなストッパは、一方のロータに取り付けら
れていて他方のロータの円周方向のスロット（図５）の
中に伸長する円筒形のピンから構成することができ、あ
るいは、コリオリロータの大きめの穴（図19）を貫通す
る剪断デカップラの取り付け脚部から構成することがで
きる。上記スロットの長さは、予測される最大流量に対
して十分に動けるが、トーションバーに過剰の応力を与
える程には動かないように、決定される。

請求の範囲に記載する本発明は、上記好ましい実施例
の説明に限定されるものではなく、本発明の概念の範囲
及び精神の範囲内にある他の変更例及び変形例を含むこ
とは、明確に理解されなければならない。従って、流体
という用語は、本明細書においては、上述の流量計並び
に上述のポンプを通って流れる物質に関して使用したも
のである。この用語は、本発明の装置によって処理する
ことができる物質の単なる代表例である。本発明の装置
は、流体自体だけではなく、上述の装置を通ることので
きる又は該装置によって圧送することのできる他のあら
ゆる物質を受け入れることができることを理解する必要
がある。そのような他の物質の例としては、空気、気
体、スラリー、並びに、液体及び流体を挙げることがで
きる。また、本明細書で使用する「穴」という用語は、
円形、矩形、三角形、あるいは、不規則な形状を含む他
の可能性のある形状の如き、任意の断面形状を有する開
口を包含するものである。

更に、磁石及びコイルの代わりに、光学的検知装置、
渦流、又は、他の適宜な装置を、位相測定装置として用
いることができる。

本明細書で使用する流体という用語は、広い意味で解
釈されるべきであって、気体、スラリー、混合物等の、
導管、パイプ又は管を通って流れることのできるあらゆ
る物質を含むことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラヴィング，ロジャー・スコット アメリカ合衆国コロラド州80302，ボー ルダー，ジェームズ・キャニオン・ドラ イブ 2160 (56)参考文献 米国特許2832218（ＵＳ，Ａ) 米国特許2877649（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/84

Claims (34)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コリオリ流量計であって、 流体収容ハウジング（301）と、 該ハウジングの中に設けられていて、回転中心軸線を有
   している外側ロータ（307）と、 前記回転中心軸線と同軸状に前記外側ロータに設けられ
   ている凹所（341）と、 少なくともその一部が前記凹所に設けられていて、前記
   回転中心軸線と同軸状の回転中心を有しているコリオリ
   検知手段（314）と、 前記外側ロータ及び前記コリオリ検知手段を前記回転中
   心軸線のまわりに回転させる軸手段（329,331）と、 該コリオリ検知手段に設けられていて、前記コリオリ検
   知手段の外周部から前記コリオリ検知手段の中央領域ま
   で各々の伸長している複数の穴（312）と、 前記外側ロータに設けられていて、前記外側ロータの外
   周部から前記外側ロータの前記凹所まで各々伸長してお
   り、その中の少なくとも幾つかは、前記コリオリ検知手
   段の前記複数の穴（312）の中の少なくとも幾つかと連
   通し整合されている前記外側ロータの複数の穴（309）
   と、 受け取った流体を前記流体収容ハウジングの内部に供給
   するに際し前記外側ロータの外周縁に対して接線方向に
   かつ前記回転中心軸線に直交する方向に供給するために
   前記流体収容ハウジングに設けられている流体入口（30
   2）と、 前記流体収容ハウジングに前記回転中心軸線と同軸的に
   設けられている流体出口（304）と、 前記流体入口で受け取られた流体が前記外側ロータの前
   記複数の穴に入りこれらの穴及び前記コリオリ検知手段
   を半径方向内向きに通過して前記流体出口から前記回転
   中心軸線に沿って流出させることにより、前記ロータ及
   びコリオリ検知手段の穴を通過する前記流体から誘導さ
   れるエネルギーを用いて前記ロータ及びコリオリ検知手
   段を回転させるように構成してなることと、 前記流体の通過によって発生するコリオリの力、並び
   に、前記外側ロータ及び前記コリオリ検知手段の回転に
   応答して、前記コリオリ検知手段を前記回転中心軸線の
   周囲で前記外側ロータから角変位させる手段（329）
   と、 前記角変位の大きさを表す出力信号を発生するように配
   置された手段（324,323）と、 前記信号を受信して前記流動する流体の質量流量を導出
   するように配置された手段（351）と、 を備えることを特徴とするコリオリ流量計。
2. 【請求項２】コリオリ流量計であって、 流体収容ハウジング（301）と、 前記ハウジングの中に設けられていて回転中心軸線を有
   する外側ロータ（1001）と、 前記回転中心軸線と同軸的に設けられた前記外側ロータ
   の凹所（341）と、 前記凹所の中に少なくとも一部が設けられるとともに回
   転中心が前記回転中心軸線と同軸的になされたコリオリ
   検知手段（314）と、 前記外側ロータ及びコリオリ検知手段を前記回転中心軸
   線のまわりに回転せしめる軸手段329,331）と、 前記流体収容ハウジングの流体出口（327）と、 前記コリオリ検知手段の外周縁部から該コリオリ検知手
   段の中心領域に各々の穴が延在する前記コリオリ検知手
   段に設けられた複数の穴（312）と、 前記流体収容ハウジングにあって前記コリオリ検知手段
   の中心領域に向けて流体を前記中心軸線と同軸的に供給
   するための流体入口（304,337）と、 前記外側ロータに設けられ該外側ロータの外周縁から前
   記凹所にかけて各々が延在する穴であって、前記外側ロ
   ータの少なくとも穴のいくつかは前記コリオリ検知手段
   の外端部がほぼ90゜に湾曲した複数の穴（312）の中の
   少なくとも一部と連通整合し、これによって流体が前記
   外側ロータの中央軸線に直交する方向に該ロータの外周
   縁に対し接線方向に流出するように設けられた複数の穴
   （1002）と、 前記流体入口で受け取られた流体が前記コリオリ検知手
   段及び前記ロータの前記複数の穴を半径方向外向きに流
   量計の前記流体出口に向かって流過してから前記ロータ
   を接線方向に流出するようにし、これによって前記ロー
   タ及びコリオリ検知手段の穴を流過する前記流体から誘
   導されるエネルギーを用いて前記ロータ及びコリオリ検
   知手段を回転させるように構成してなることと、 前記流体の通過によって発生するコリオリの力、並び
   に、前記外側ロータ及び前記コリオリ検知手段の回転に
   応答して、前記コリオリ検知手段を前記回転中心軸線の
   周囲で前記外側ロータから角変位させる手段（329）
   と、 前記角変位の大きさを表す出力信号を発生するように配
   置された手段（324,323）と、 前記信号を受信して前記流動する流体の質量流量を導出
   するように配置された手段（351）と、 を備えることを特徴とするコリオリ流量計。
3. 【請求項３】請求項１または２のコリオリ流量計におい
   て、前記コリオリ検知手段は、コリオリロータを含むこ
   とを特徴とするコリオリ流量計。
4. 【請求項４】請求項３のコリオリ流量計において、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る
   流体流が、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを前
   記回転中心軸線の周囲で回転させ、これにより、前記外
   側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの前記
   外周部における前記流体の接線速度よりも実質的に大き
   くなるように構成されたことを特徴とするコリオリ流量
   計。
5. 【請求項５】請求項３のコリオリ流量計において、前記
   出力信号を発生する手段は、 前記流体収容ハウジングに設けられたコイル（323,32
   4）と、 前記コリオリロータ及び前記外側ロータに設けられた磁
   石（316,344）とを備えており、 前記コイル及び前記磁石は、前記コリオリロータの回転
   時に有効になって、周期的な出力信号を発生し、該出力
   信号は、前記外側ロータに対する前記コリオリロータの
   角変位を表す位相差を含むように構成されたことを特徴
   とするコリオリ流量計。
6. 【請求項６】請求項５のコリオリ流量計において、 前記コイルは、固定コイル（324）と、可動コイル（32
   3）とを備えており、 前記磁石は、前記外側ロータのカバーに設けられた第１
   の組の磁石（316）を備えており、 前記磁石は、更に、前記コリオリロータに設けられた第
   ２の組の磁石（316）を備えていることを特徴とするコ
   リオリ流量計。
7. 【請求項７】請求項３のコリオリ流量計において、当該
   流量計は、更に、前記コリオリロータが前記外側ロータ
   に対して角度方向に変位できる量を制限する手段（401,
   402）を備えることを特徴とするコリオリ流量計。
8. 【請求項８】請求項７のコリオリ流量計において、前記
   制限する手段が、更に、前記コリオリロータの凹所（40
   1）と、 前記外側ロータの中に設けられた第１の端部、及び、前
   記コリオリロータの前記凹所の中に伸長している第２の
   端部を有している制限ピン（402）手段とを備えてお
   り、 前記凹所の断面積は、当該凹所の中の前記制限ピン手段
   の横方向の運動を制限すると共に、前記外側ロータに対
   する前記コリオリロータの角度方向の回転を制限するの
   に効果的であることを特徴とするコリオリ流量計。
9. 【請求項９】請求項７のコリオリ流量計において、前記
   制限する手段は、前記コリオリロータ（314）に設けら
   れた第１の手段（402）と、前記外側ロータ（307）に設
   けられた第２の手段（401）とを備えており、これら第
   １及び第２の手段は、前記外側ロータに対する前記コリ
   オリロータの前記角度方向の回転を制限するように作動
   的に連結されることを特徴とするコリオリ流量計。
10. 【請求項１０】請求項３のコリオリ流量計において、前
    記コリオリロータの前記穴は、半径方向に設けられてお
    り、一方、前記外側ロータの前記穴（801,802）は、半
    径方向から離れていることを特徴とするコリオリ流量
    計。
11. 【請求項１１】請求項１または２のコリオリ流量計にお
    いて、前記外側ロータの前記穴は各々、 互いに実質的に90゜で配置された第１の開口（803）及
    び第２の開口（804）を有する直角要素を備えており、 前記第１の開口（803）は、前記外側ロータの前記凹所
    の内周部を形成する内周面と実質的に同一平面にあり、 前記第２の開口（804）は、前記外側ロータの外周部に
    対して実質的に直交して配列されていて、前記外側ロー
    タの前記外周部付近の流体の接線方向とは反対を向いて
    いることを特徴とするコリオリ流量計。
12. 【請求項１２】請求項11のコリオリ流量計において、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る
    流体流が、前記外側ロータ及び前記コリオリロータを前
    記回転中心軸線の周囲で回転させ、これにより、前記外
    側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの前記
    外周部における前記流体の接線速度よりも実質的に大き
    くなるように構成されており、 また、前記各々の直角要素の前記第２の開口は、前記外
    側ロータの前記外周部の前記流体をすくい上げて前記直
    角要素の内部に入れて、前記コリオリロータの前記穴に
    通し、当該流量計の前記流体出口から出すことができる
    ように構成されており、 前記直角要素は、前記外側ロータの直角方向の回転速度
    を減少させて、当該流量計の前後の圧力降下を低下させ
    ることができるように構成されたことを特徴とするコリ
    オリ流量計。
13. 【請求項１３】請求項２のコリオリ流量計において、前
    記外側ロータの前記穴は各々、 前記外側ロータの前記凹所の内万端を形成する内周面と
    実質的に同一平面になるように設けられた第１の開口
    （312,1002）と、 前記外側ロータの前記外周部と実質的に同一平面になる
    ように設けられていると共に、前記第１の開口に対して
    湾曲していて、前記外側ロータの前記外周部の前記各々
    の穴に関してジェット形状の開口を形成している第２の
    開口とを備えており、 前記第２の開口は、前記流体流を加速して、該流体流を
    前記流体出口を通して当該流量計から出すことができる
    ように構成されていることを特徴とするコリオリ流量
    計。
14. 【請求項１４】請求項３のコリオリ流量計において、当
    該コリオリ流量計は、更に、 前記外側ローラに接続されていて、前記外側ロータ及び
    前記コリオリロータを共に、前記回転軸線の周囲で、前
    記流体流によって生ずる回転速度よりも大きい回転速度
    で回転させるモータ（1701）を備えており、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータは共に、前記大
    きい回転速度に応答して、前記穴の中の前記流体の圧力
    を増大させると共に、当該流量計を通る前記流体の処理
    量を増大させるように構成されたことを特徴とするコリ
    オリ流量計。
15. 【請求項１５】請求項14のコリオリ流量計において、 前記外側ロータの前記穴（1801）は、湾曲していて、前
    記外側ロータ及び前記コリオリロータから出る流体の速
    度を減少させ、これにより、前記外側ロータを通して前
    記流体出口に送るポンプ作用を向上させることを特徴と
    するコリオリ流量計。
16. 【請求項１６】請求項２のコリオリ流量計において、 前記流体入口（1406）及び前記流体出口（1403）は共
    に、前記両ロータの回転中心軸と同軸状に設けられてお
    り、 当該流量計は、更に、前記流体入口から前記流体の横方
    向の流れを受け取り、該受け取った流体の流れを前記外
    側ロータの前記外周部に対して接線方向に流す手段（14
    23,1424）を備えていることを特徴とするコリオリ流量
    計。
17. 【請求項１７】請求項３のコリオリ流量計において、 前記流体入口（1406）及び前記流体出口（1403）は共
    に、前記両ロータの前記中心軸線と同軸状に設けられて
    おり、 当該流量計は、更に、前記流体入口から受け取った前記
    流体の軸方向の流れを受け取り、該受け取った流体の流
    れを、前記コリオリロータ（1412）及び前記外側ロータ
    （1414）の穴に通して、前記外側ロータの外周部に対し
    て接線方向の流体の流れを前記流体出口に与える手段
    （1422,1421）を備えていることを特徴とするコリオリ
    流量計。
18. 【請求項１８】請求項３のコリオリ流量計において、当
    該流量計は、更に、 前記外側ロータの中心を前記流体収容ハウジングに接続
    して、前記外側ロータを前記回転中心軸線の周囲で回転
    させる第１の軸（331）と、 前記軸（331）の長手方向の凹所と、 一端部が前記コリオリロータの中心に固定的に接続され
    ており、他端部が前記第１の軸の前記長手方向の凹所の
    中に位置しているトーションバー軸（329）と、 前記トーションバー軸の前記他端部を前記第１の軸に固
    定的に接続する手段（332）とを備えており、 前記コリオリロータは、流体が前記両ロータの前記穴を
    通る際の前記両ロータの前記回転に起因して前記コリオ
    リロータに作用するコリオリの力に応答して、前記コリ
    オリロータを前記外側ロータに対して角度方向に動かす
    ことができ、前記角度方向の動きは、前記トーションバ
    ー軸のねじれ特性によって調節されるように構成された
    ことを特徴とするコリオリ流量計。
19. 【請求項１９】請求項３のコリオリ流量計において、前
    記外側ロータ（307）は、皿状の端部要素（340）を有し
    ており、該端部要素の周部は、前記外側ロータの前記穴
    （309）を含むリング要素の一側部に接続されており、 当該コリオリ流量計は、更に、 前記リング要素の第２の側部に取り外し自在に取り付け
    られていて、前記外側ロータの前記凹所をシールする円
    形の外側ロータカバープレートと、 前記外側ロータカバープレート（317）に設けられてい
    て、前記流体出口（304）に接続されている穴と、 前記カバープレートの前記穴の付近で前記カバープレー
    トの内側面に接続されていて、前記コリオリロータの前
    記穴の中の前記流体の回転速度を、当該流量計の前記流
    体出口の中の流体の非回転状態によって生ずる剪断効果
    から分離する流体剪断デカップラ（342）とを備えてい
    ることを特徴とするコリオリ流量計。
20. 【請求項２０】請求項19のコリオリ流量計において、前
    記流体剪断デカップラ（342）は、 中央の穴（319）を有する実質的に円形の要素を備えて
    おり、 該実質的に円形の要素は、前記カバープレート（317）
    の前記内側面に取り付けられており、これにより、前記
    実質的に円形の要素の前記中心の穴は、前記カバープレ
    ートの前記中央の穴に整合されており、 前記流体剪断デカップラは、更に、 前記コリオリロータの前記穴の１つに各々整合されてい
    て、前記実質的に円形の要素の外周部に設けられている
    複数の穴（343）を備えており、 前記実質的に円形の要素の前記外周部の前記各々の穴
    は、複数の湾曲した通路の中の１つによって、前記実質
    的に円形の要素の前記中央の穴に接続されていて、前記
    流体の運動を、回転する半径方向の流れの状態から、上
    方の流れの状態に変換して、前記コリオリロータを前記
    流体の剪断効果から分離するように構成されていること
    を特徴とするコリオリ流量計。
21. 【請求項２１】請求項３のコリオリ流量計において、 前記流体入口（1102）及び前記流体出口（1107）は共
    に、前記両ロータの前記回転中心軸線と同軸状に設けら
    れており、 当該流量計は、更に、 その先端を前記流体入口（1102）付近に位置させている
    前記コリオリロータを含む円錐形の要素（1101）と、 該円錐形の要素の周部に設けられていて、前記円錐形の
    要素の前記先端から前記外側ロータ（1114）の外周部付
    近に位置している前記円錐形の要素の他端部まで伸長し
    ている螺旋状の通路（1113）とを備えており、 前記円錐形の要素（1101）及び前記通路（1113）は、前
    記流体入口から前記流体の軸方向の流れを受け取り、該
    受け取った流体の流れを再指向して、前記外側ロータの
    前記外周部に対して接線方向の流体流を形成することが
    できるように構成されており、 前記流体は、前記外側ロータの前記穴（1116）、及び、
    前記コリオリロータの前記通路を通ることができ、 当該流量計は、また、 前記回転中心軸線の周囲で前記外側ロータと一体になっ
    て回転することができ、前記コリオリロータの凹所の中
    に設けられている流体剪断デカップラ（1111,1112）
    と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記コリオ
    リロータの前記穴から当該流量計の前記流体出口まで伸
    長している穴とを備えており、 前記流体剪断デカップラの前記穴は、前記流体流に応答
    して、当該コリオリ流量計の前記穴から受け取った回転
    する半径方向の流体流を前記流体出口に与えられる軸方
    向の流体流に変換するように構成されていることを特徴
    とするコリオリ流量計。
22. 【請求項２２】請求項３のコリオリ流量計において、 前記流体入口（1406）及び前記流体出口（1403）は共
    に、前記両ロータの前記中心軸線と同軸状に設けられて
    おり、 当該コリオリ流量計は、更に、 その先端が前記流体入口（1406）の付近に位置するよう
    に設けられている流体剪断デカップラの一部を含む円錐
    形の要素（1411）と、 前記円錐形の要素の周部に取り付けられた端部を各々有
    すると共に、前記流体入口に接続する他端部を各々有し
    ている細長いフィン（1423）とを備えており、 前記円錐形の要素は、前記外側ロータ（1414）と一体に
    回転するように取り付けられており、 前記円錐形の要素及び前記フィンは、前記流体入口から
    前記流体の軸方向の流れを受け取り、該流れを再指向し
    て、前記コリオリロータの前記穴（1421）の内方端に与
    えられる回転する角度方向の流体流を形成することがで
    きるように構成されており、 前記流体は、前記コリオリロータ（1412）及び前記外側
    ロータの前記穴（1422）を通って流れ、前記両ロータを
    共に回転させることができ、 当該流量計は、また、 前記外側ロータの前記穴からの前記流体を当該流量計の
    前記流体出口まで移動させる手段（1401）と、 前記コリオリロータの前記外側ロータ（1414）に対する
    角度方向の変位を制限する手段（1518）を備えているこ
    とを特徴とするコリオリ流量計。
23. 【請求項２３】前記コリオリロータ（307）と前記流体
    出口（337）との間に位置する流体剪断デカップラ手段
    （342）と組み合わせて使用される請求項19のコリオリ
    流量計において、 前記流体剪断デカップラを前記回転中心軸線の周囲で前
    記外側ロータと一体に回転させる手段（317）と、 前記流体剪断デカップラ手段に設けられていて、前記コ
    リオリロータ（314）の前記穴（312）から角度方向の流
    体流を受け取る手段（343）と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記角度方
    向の流体流を軸方向の流体流に変換する手段と、 前記流体剪断デカップラに設けられていて、前記軸方向
    の流体流を前記流体出口に供給する手段（319）とを備
    えることを特徴とするコリオリ流量計。
24. 【請求項２４】コリオリ流量計であって、 入口（302）及び出口（304）を有する流体収容ハウジン
    グ（301）と、 該流体収容ハウジング内に収設された外側ロータ（30
    7）と、 前記入口から前記出口に延在し前記ロータを半径方向に
    横切る流路を画成する手段（309,312,327,343,344）
    と、 前記通路を画成する手段において前記入口から前記出口
    への前記流路を通って流動する流体に応答して前記ロー
    タを回転中心軸線の周りに回転させる手段（309,312）
    を備え、該ロータを回転させる手段が前記流路を通って
    流動する前記流体から誘導されるエネルギーのみを用い
    ることによって前記ロータを回転させることができる手
    段（309,312）であることと、 前記ロータに連結しており、前記流動する流体及び前記
    回転に応答して前記ロータの回転に対するコリオリ検知
    手段の回転における角変位を生ぜしめる手段を含むコリ
    オリ検知手段（329）と、 前記コリオリ検知手段の前記角変位により前記入口から
    前記出口に至る流量計を通る流体の流速を表示すること
    と、 前記角変位を表わす信号を発生する手段と、 前記信号の発生に応答して前記流動する流体の流れの情
    報を導出するための手段（324,323）と、 によって構成されたことを特徴とするコリオリ流量計。
25. 【請求項２５】コリオリ流量計を作動させる作動方法で
    あって、 流体収容ハウジングの流体入口から受け取った流体流
    を、ハウジング（301）の中に設けられていて回転中心
    軸線を有する外側ロータ（307）の穴（309）を通って外
    側ロータの外周縁に対し接線方向にかつ穴（309）を通
    る移動の中心軸線に直向する方向に、及び、少なくとも
    その一部が前記外側ロータ（307）の凹所（341）に設け
    られていて前記回転中心軸線と同軸状の回転中心軸線を
    有するコリオリ検知手段（314）の穴に通す工程と、 前記入口で受け取られた流体が外側ロータの穴に流入し
    て前記外側ロータ及び前記コリオリ検知手段の穴を半径
    方向内向きに通過してから前記中心軸線に沿って流量計
    の流体出口より流出し、これによって前記ロータ及び前
    記コリオリ検知手段の穴を通って流動する時の流体によ
    り誘導されるエネルギーを用い前記ロータ及びコリオリ
    検知手段を回転させる工程とを備えており、 前記コリオリ検知手段は、前記外側ロータ及び前記コリ
    オリ検知手段の同時の回転を生じさせる前記流体の移動
    によって生ずるコリオリの力に応答して、前記回転中心
    軸線の周囲で前記外側ロータから角度方向に変位するよ
    うに構成されており、 前記角変位の大きさを表す出力信号（323,324）を発生
    する工程と、 前記信号の受信に応答して、前記流体流の質量流量を導
    出する工程とを備えることを特徴とするコリオリ流量計
    の作動方法。
26. 【請求項２６】コリオリ流量計を作動する作動方法であ
    って、 収容ハウジングの流体入口からコリオリ検知手段の中心
    領域に同軸的に流体を受け入れる工程と、 前記コリオリ検知手段の前記中心領域から各穴が伸長し
    該コリオリ検知手段の外周縁に至る複数の穴（312）を
    通って流体を流動させる工程と、 外側ロータの各々の穴が該ロータの外周縁部から該ロー
    タの凹所に伸長している複数の穴（1002）を通じて流体
    を流動させ、その際、前記コリオリ検出手段の前記穴
    （312）の中の少なくともいくつかと前記外側ロータの
    前記穴の少なくともいくつかとを連通整合させ、前記外
    側ロータの穴が外端部でほぼ90゜湾曲していて前記流体
    が前記外側ロータの外周縁に接線方向に該ロータの中心
    軸線に直交する方向に流量計から流出させる工程と、 前記入口で受け取られた流体が前記コリオリ検知手段及
    び前記ロータの前記穴から流量計の流体出口を半径方向
    外向きに通り前記外側ロータを接線方向に流出すること
    により、前記外側ロータ及びコリオリ検知手段を、これ
    らコリオリ検知手段とロータの穴を流体が通過する時誘
    導されるエネルギーを用いて回転させるように構成し、 前記コリオリ検知手段は、前記外側ロータ及びコリオリ
    検知手段の同時回転に至る前記流体の伸長によって発生
    するコリオリ力に応答して前記回転中心軸線の周りの前
    記外側ロータからの角変位を生ずるようになされ、 さらに、前記作動方法は、 前記角変位の大きさを表わす出力信号（323,324）を発
    生させる工程と、 前記出力信号の反覆に応答して前記流動する流体の質量
    流量を導出する工程と、 によって構成したことを特徴とするコリオリ流量計の作
    動方法。
27. 【請求項２７】請求項25または26の作動方法において、
    前記コリオリ検知手段がコリオリロータからなりかつ当
    該作動方法は、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータの前記穴を通る
    前記流体流に応答して、前記外側ロータ及び前記コリオ
    リロータを前記回転中心軸線の周囲で回転させ、これに
    より、前記外側ロータの外周部の接線速度が、前記外側
    ロータの前記外周部の前記流体の接線速度よりも実質的
    に大きくなるようにする工程を備えることを特徴とする
    作動方法。
28. 【請求項２８】請求項27の作動方法において、前記コリ
    オリロータが前記外側ロータに対して角度方向に変位で
    きる量を制限する工程（401,402）と組み合わされるこ
    とを特徴とする作動方法。
29. 【請求項２９】請求項27の作動方法において、当該作動
    方法は、 前記流体流を前記外側ロータの周部の直角要素に通す工
    程を備えており、 前記直角要素は、互いに実質的に90゜で配置された第１
    の開口（804）及び第２の開口（303）を有しており、 前記第１の開口は、前記外側ロータの前記凹所の内周部
    を形成する内周面と実質的に同一平面に位置しており、 前記第２の開口は、前記外側ロータの外周部付近で該外
    周部に対して実質的に直交する方向に設けられていると
    共に、前記外側ロータの前記外周部付近の接線方向の流
    体流の方向とは反対方向を向いており、 当該作動方法は、また、 前記流体流を前記直角要素から前記コリオリロータの前
    記穴に通して、前記外側ロータ及び前記コリオリロータ
    を前記回転中心軸線の周囲で回転させ、これにより、前
    記外側ロータの外周部の接線速度が、前記外側ロータの
    前記外周部の前記流体の接線速度よりも実質的に大きく
    なるようにする工程を備えており、 前記各々の直角要素の前記第２の開口（803）は、前記
    外側ロータの前記外周部の前記流体をすくい上げて、前
    記直角要素の内部に入れ、前記コリオリロータの前記穴
    を通して、前記流量計の流体出口から出すことができる
    ように構成されており、 前記直角要素は、前記外側ロータの角度方向の回転速度
    を減少させて、前記流量計の前後の流体の圧力降下を小
    さくするように構成されていることを特徴とする作動方
    法。
30. 【請求項３０】請求項27の作動方法において、当該作動
    方法は、 前記外側ロータの前記外周部と実質的に同一平面にあ
    り、前記外側ロータの前記各々の穴に関してジェット形
    状の開口（1003）を形成するように湾曲している第１の
    開口（312,1002）に、前記流体流を通す工程を備えてお
    り、 前記第１の開口は、前記流体出口を介して前記流量計か
    ら出る前記流体の流れを加速することができるように構
    成されていることを特徴とする作動方法。
31. 【請求項３１】請求項27の作動方法において、 前記外側ロータに接続されていて、前記外側ロータ及び
    前記コリオリロータを共に、前記回転中心軸線の周囲
    で、前記流量計によって生ずる回転速度よりも大きな回
    転速度で回転させるモータ（1701）を作動させる工程を
    備えており、 前記外側ロータ及び前記コリオリロータは共に、前記大
    きな回転速度に応答して、前記穴の中の流体の圧力を増
    大させると共に、前記流量計を通る流体の量を増大させ
    るように構成されていることを特徴とする作動方法。
32. 【請求項３２】請求項27の作動方法において、 流体剪断デカップラ手段（342）を前記回転中心軸線の
    周囲で前記外側ロータと一体に回転させる工程を備えて
    おり、 前記流体剪断デカップラは、前記コリオリロータと前記
    流体出口との間に設けられており、 当該作動方法は、更に、前記コリオリロータの前記穴か
    らの回転する半径方向の流体流を前記流体剪断デカップ
    ラ手段に与える工程と、 回転する半径方向の流れを軸方向の流体流に変換する工
    程と、 前記流体剪断デカップラからの前記軸方向の流体流を前
    記流体出口に与える工程とを備えることを特徴とする作
    動方法。
33. 【請求項３３】請求項27の作動方法において、 前記コリオリロータと前記流体入口との間に設けられた
    流体剪断デカップラ（342）手段を、前記回転中心軸線
    の周囲で、前記外側ロータと一体に回転させる工程と、 前記流体入口からの軸方向の流体流を前記流体剪断デカ
    ップラ手段に与える工程とを備えており、 前記流体剪断デカップラ手段は、前記軸方向の流体流を
    回転する半径方向の流体流に変換するように構成されて
    おり、 前記流体剪断デカップラ手段は、該流体剪断デカップラ
    手段からの前記回転する半径方向の流体流を、前記コリ
    オリロータの前記穴の内方端に与えるように構成されて
    いることを特徴とする作動方法。
34. 【請求項３４】コリオリ流量計を作動する作動方法であ
    って、 流体収容ハウジングの入口から出口を経由し該流体収容
    ハウジングに収設された外側ロータを横切って流れる流
    路として流体チャンネルを伸長させる工程と、 前記入口から前記出口に至る前記流体チャンネルに通し
    て流動する流体から導出されるエネルギーのほぼ全体を
    使用して前記外側ロータを回転させる工程と、 前記流動する流体の力に応答して前記外側ロータに連結
    されたコリオリ検知手段をして、前記外側ロータの回転
    に対する前記コリオリ検知手段の回転の角変位を生ぜし
    める工程と、 前記コリオリ検知手段の前記角変位により前記入口から
    前記出口に至る流量計を通る流体流の流速を表わす工程
    と、 前記コリオリ検知手段の前記角変位を検出して前記流動
    する流体の流れに関する情報を導出する工程と、 によって構成されたことを特徴とするコリオリ流量計の
    作動方法。