JP3469550B2 - コリオリ流量計に使用されるピックオフと振動型駆動装置との組合わせ、及びこの組合わせを使用する方法 - Google Patents
コリオリ流量計に使用されるピックオフと振動型駆動装置との組合わせ、及びこの組合わせを使用する方法Info
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Description
【０００１】発明の分野
本発明は、電力を機械的動作へ変換するのに用いられる
振動する振動型駆動装置の分野に関し、特に、コリオリ
効果に基く流量測定値の取得時にコリオリ流量計の流管
を振動させる形式の振動型駆動装置に関する。更に、本
発明による振動型駆動装置は、コリオリ流量計流管の振
動モードを計測する信号ピックオフ装置として振動型駆
動装置を用いることを可能にする回路を組み込んでい
る。
振動する振動型駆動装置の分野に関し、特に、コリオリ
効果に基く流量測定値の取得時にコリオリ流量計の流管
を振動させる形式の振動型駆動装置に関する。更に、本
発明による振動型駆動装置は、コリオリ流量計流管の振
動モードを計測する信号ピックオフ装置として振動型駆
動装置を用いることを可能にする回路を組み込んでい
る。
【０００２】課題の記述
導管内を通過する材料に対する質量流量その他の情報を
計測するためコリオリ効果質量流量計を用いることは公
知である。コリオリ流量計の事例は、Ｊ．Ｅ．スミス等
の１９７８年８月２９日の米国特許第４，１０９，５２
４号、１９８５年１月１日の同第４，４９１，０２５号
及び１９８２年２月１１日の米国再発行特許第３１，４
５０号において開示されている。これらの流量計は、直
線形状あるいは湾曲形状の１本以上の流管を備える。コ
リオリ質量流量計における各流管の形態は、単純な曲
げ、捩りあるいは結合形式であり得る１組の固有振動モ
ードを有する。各流管は、これらの固有モードの１つで
共振して振動するように駆動される。材料は、流量計の
流入側の接続導管から流量計内へ流入し、流管を通って
流れ、流量計から流出側を介して流出する。材料で充填
された振動する流管系の固有振動モードは、部分的に
は、流管の質量の和と流管内に流れる材料とによって規
定される。
計測するためコリオリ効果質量流量計を用いることは公
知である。コリオリ流量計の事例は、Ｊ．Ｅ．スミス等
の１９７８年８月２９日の米国特許第４，１０９，５２
４号、１９８５年１月１日の同第４，４９１，０２５号
及び１９８２年２月１１日の米国再発行特許第３１，４
５０号において開示されている。これらの流量計は、直
線形状あるいは湾曲形状の１本以上の流管を備える。コ
リオリ質量流量計における各流管の形態は、単純な曲
げ、捩りあるいは結合形式であり得る１組の固有振動モ
ードを有する。各流管は、これらの固有モードの１つで
共振して振動するように駆動される。材料は、流量計の
流入側の接続導管から流量計内へ流入し、流管を通って
流れ、流量計から流出側を介して流出する。材料で充填
された振動する流管系の固有振動モードは、部分的に
は、流管の質量の和と流管内に流れる材料とによって規
定される。
【０００３】流量計内に流れが存在しないとき、流管に
沿った全ての点は、同位相又は補正が可能な小さな初期
の一定の位相ずれで、印加駆動作用力によって振動す
る。材料が流れ始めると、コリオリ力は流管に沿った各
点に異なる位相を持たせる。流管の流出側における位相
は駆動装置より進むが、流入側における位相は駆動装置
より遅れる。流管の運動を表わす正弦波信号を生じるよ
うに、ピックオフ・センサが流管に配置される。ピック
オフ・センサから出力される信号は、ピックオフ・セン
サ間の位相差を決定するため処理される。２つのピック
オフ・センサ信号間の位相差は、流管内の材料の質量流
量に比例する。
沿った全ての点は、同位相又は補正が可能な小さな初期
の一定の位相ずれで、印加駆動作用力によって振動す
る。材料が流れ始めると、コリオリ力は流管に沿った各
点に異なる位相を持たせる。流管の流出側における位相
は駆動装置より進むが、流入側における位相は駆動装置
より遅れる。流管の運動を表わす正弦波信号を生じるよ
うに、ピックオフ・センサが流管に配置される。ピック
オフ・センサから出力される信号は、ピックオフ・セン
サ間の位相差を決定するため処理される。２つのピック
オフ・センサ信号間の位相差は、流管内の材料の質量流
量に比例する。
【０００４】各コリオリ流量計及び各振動管密度計の欠
くことのできない構成要素は、駆動又は励振システムで
ある。当該駆動システムは、流管を振動させる周期的な
物理力を流管へ印加するように働く。この駆動システム
は、流量計の流管に取付けられた駆動装置を含んでい
る。この駆動装置機構は、典型的には、１本の導管に取
付けた磁石とこの磁石に対して対向関係で他の導管に取
付けられた導線コイルのような、多くの周知の装置の１
つを含む。駆動回路は、周期的な、典型的には正弦波状
あるいは方形波状の駆動電圧を駆動装置へ連続的に印加
する。周期的な駆動信号に応答してコイルにより生成さ
れる連続的な交番磁界と該磁石により生成される一定の
磁界との相互作用により、両方の導管は対向する正弦波
パターンで振動するよう強制され、該パターンはその後
維持される。当業者が認識するように、電気信号を機械
的作用力へ変換することが可能な任意の装置が駆動装置
としての使用に適する。カーペンタに発行され名義がマ
イクロ・モーション社へ譲渡された米国特許第４，７７
７，８３３号明細書参照。また、正弦波信号を用いる必
要はなく、むしろ、任意の周期的信号が駆動信号として
適切である。カロティ等に発行され名義がマイクロ・モ
ーション社へ譲渡された同第５，００９，１０９号参
照。
くことのできない構成要素は、駆動又は励振システムで
ある。当該駆動システムは、流管を振動させる周期的な
物理力を流管へ印加するように働く。この駆動システム
は、流量計の流管に取付けられた駆動装置を含んでい
る。この駆動装置機構は、典型的には、１本の導管に取
付けた磁石とこの磁石に対して対向関係で他の導管に取
付けられた導線コイルのような、多くの周知の装置の１
つを含む。駆動回路は、周期的な、典型的には正弦波状
あるいは方形波状の駆動電圧を駆動装置へ連続的に印加
する。周期的な駆動信号に応答してコイルにより生成さ
れる連続的な交番磁界と該磁石により生成される一定の
磁界との相互作用により、両方の導管は対向する正弦波
パターンで振動するよう強制され、該パターンはその後
維持される。当業者が認識するように、電気信号を機械
的作用力へ変換することが可能な任意の装置が駆動装置
としての使用に適する。カーペンタに発行され名義がマ
イクロ・モーション社へ譲渡された米国特許第４，７７
７，８３３号明細書参照。また、正弦波信号を用いる必
要はなく、むしろ、任意の周期的信号が駆動信号として
適切である。カロティ等に発行され名義がマイクロ・モ
ーション社へ譲渡された同第５，００９，１０９号参
照。
【０００５】コリオリ流量計が振動するよう駆動される
典型的ではあるが唯一のモードではないモードは、第１
の位相ずれ曲げモードである。この第１の位相ずれ曲げ
モードは、２重管コリオリ流量計の２本の管が相互に逆
方向に振動する基本曲げモードである。しかし、このモ
ードは、第１の位相ずれ曲げモードで駆動されるコリオ
リ流量計の振動構造に存在する唯一の振動モードではな
い。最終的には、第１の位相ずれ曲げモードで振動する
よう駆動されるコリオリ流量計には数百の振動モードが
実際に励振される。このため、第１の位相ずれ曲げモー
ドで振動或いは共振するよう駆動されるコリオリ流量計
は、実際には、第１の位相ずれ曲げモードに加えて多く
の他のモードで振動する導管を有する。第１の位相ずれ
曲げモードとは異なるモードで振動するよう駆動される
流量計は、意図された駆動モードに加えて多数の励振モ
ードの同じ現象を経験する。
典型的ではあるが唯一のモードではないモードは、第１
の位相ずれ曲げモードである。この第１の位相ずれ曲げ
モードは、２重管コリオリ流量計の２本の管が相互に逆
方向に振動する基本曲げモードである。しかし、このモ
ードは、第１の位相ずれ曲げモードで駆動されるコリオ
リ流量計の振動構造に存在する唯一の振動モードではな
い。最終的には、第１の位相ずれ曲げモードで振動する
よう駆動されるコリオリ流量計には数百の振動モードが
実際に励振される。このため、第１の位相ずれ曲げモー
ドで振動或いは共振するよう駆動されるコリオリ流量計
は、実際には、第１の位相ずれ曲げモードに加えて多く
の他のモードで振動する導管を有する。第１の位相ずれ
曲げモードとは異なるモードで振動するよう駆動される
流量計は、意図された駆動モードに加えて多数の励振モ
ードの同じ現象を経験する。
【０００６】現存する駆動システムは、駆動信号を生成
するために、典型的にはピックオフ・センサ信号の１つ
であるフィードバック信号を処理する。不都合なこと
に、この駆動フィードバック信号は、所望の励振モード
に加えて、他のモードからの応答を含む。このため、駆
動フィードバック信号は、周波数領域フィルタを通して
不要な成分が除去するよう濾波され、濾波された信号は
増幅されて駆動装置へ印加される。駆動フィードバック
信号を濾波するため用いられる周波数領域フィルタは、
１つの所望の駆動モードを駆動フィードバック信号に存
在する他のモード応答から分離するのには有効でない。
所望のモード共振周波数に近い他のモードからの非共振
応答が存在し得る。また、所望の共振周波数に近い周波
数における共振応答も存在し得る。濾波された駆動フィ
ードバック信号、即ち駆動信号は、典型的には、流管の
励振のための所望モード以外の周波数におけるモード内
容を含んでいる。
するために、典型的にはピックオフ・センサ信号の１つ
であるフィードバック信号を処理する。不都合なこと
に、この駆動フィードバック信号は、所望の励振モード
に加えて、他のモードからの応答を含む。このため、駆
動フィードバック信号は、周波数領域フィルタを通して
不要な成分が除去するよう濾波され、濾波された信号は
増幅されて駆動装置へ印加される。駆動フィードバック
信号を濾波するため用いられる周波数領域フィルタは、
１つの所望の駆動モードを駆動フィードバック信号に存
在する他のモード応答から分離するのには有効でない。
所望のモード共振周波数に近い他のモードからの非共振
応答が存在し得る。また、所望の共振周波数に近い周波
数における共振応答も存在し得る。濾波された駆動フィ
ードバック信号、即ち駆動信号は、典型的には、流管の
励振のための所望モード以外の周波数におけるモード内
容を含んでいる。
【０００７】複数の周波数におけるモード内容を有する
駆動信号から生じる問題は、コリオリ質量流量計により
行われる密度の計測に影響を及ぼす。コリオリ流量計あ
るいは振動管型密度計における密度の計測は、振動する
流管の共振周波数の計測に依存する。複数のモードにお
けるモード内容を含む駆動信号に応答して流管が駆動さ
れるとき、問題が生じる。駆動信号における複数のモー
ドの重なりは、流管が所望の駆動モードの真の共振周波
数からの共振ずれの状態で駆動される結果となり得る。
結果として密度の計測における誤差が生じ得る。
駆動信号から生じる問題は、コリオリ質量流量計により
行われる密度の計測に影響を及ぼす。コリオリ流量計あ
るいは振動管型密度計における密度の計測は、振動する
流管の共振周波数の計測に依存する。複数のモードにお
けるモード内容を含む駆動信号に応答して流管が駆動さ
れるとき、問題が生じる。駆動信号における複数のモー
ドの重なりは、流管が所望の駆動モードの真の共振周波
数からの共振ずれの状態で駆動される結果となり得る。
結果として密度の計測における誤差が生じ得る。
【０００８】コリオリ質量流量及び密度の計算にとって
関心のある振動モードを分離し且つ識別するために、モ
ード・フィルタ手法を用いることができる。モード・フ
ィルタ法は、例えば、１９９７年７月１１日出願の出願
人Ｔ．Ｊ．カニンガムの係属中の米国特許出願第０８／
８９０，７８５号におけるような、更に多くの信号ピッ
クオフがコリオリ流量計の振動管へ取付けられることを
必要とする。更に多くの信号ピックオフの使用は、付加
的なコストと関連する。
関心のある振動モードを分離し且つ識別するために、モ
ード・フィルタ手法を用いることができる。モード・フ
ィルタ法は、例えば、１９９７年７月１１日出願の出願
人Ｔ．Ｊ．カニンガムの係属中の米国特許出願第０８／
８９０，７８５号におけるような、更に多くの信号ピッ
クオフがコリオリ流量計の振動管へ取付けられることを
必要とする。更に多くの信号ピックオフの使用は、付加
的なコストと関連する。
【０００９】駆動装置あるいはピックオフ装置がコリオ
リ流量計又は密度計の振動管へ接続されるときには常
に、更に別の問題が生じる。付加的な装置の接続は全振
動系の質量を変化させ、その結果、固有振動系の高調波
を異なる周波数での振動へ変化させる。増加した質量を
有する流量計システムから得られる計測の精度は低下す
る。これは、増加した質量は計器の小さな振動の変化に
対する感度を低下させるからである。このような差の補
正に対する校正は、システム質量の変動も最高性能のた
めの駆動装置及びピックオフの配置、流量計の電力消
費、曲げモード及び先に論じた他の問題に影響を与える
という事実によって複雑化される。
リ流量計又は密度計の振動管へ接続されるときには常
に、更に別の問題が生じる。付加的な装置の接続は全振
動系の質量を変化させ、その結果、固有振動系の高調波
を異なる周波数での振動へ変化させる。増加した質量を
有する流量計システムから得られる計測の精度は低下す
る。これは、増加した質量は計器の小さな振動の変化に
対する感度を低下させるからである。このような差の補
正に対する校正は、システム質量の変動も最高性能のた
めの駆動装置及びピックオフの配置、流量計の電力消
費、曲げモード及び先に論じた他の問題に影響を与える
という事実によって複雑化される。
【００１０】信号ピックオフとして、コリオリ流管に接
続される質量の大きさを減じるよう倍の働きをするコリ
オリ流量計用の駆動回路システムが必要である。解決法
の記述本発明の駆動回路システムにより、上記の諸問題
その他が解決され、技術的な進歩が達成される。本発明
は、コリオリ流量計の流管における振動速度を表わす信
号を受け取りながら、駆動装置と信号ピックオフ装置と
の組合わせを用いてコリオリ流量計又は密度計の駆動信
号を生成する方法及び装置を提供する。
続される質量の大きさを減じるよう倍の働きをするコリ
オリ流量計用の駆動回路システムが必要である。解決法
の記述本発明の駆動回路システムにより、上記の諸問題
その他が解決され、技術的な進歩が達成される。本発明
は、コリオリ流量計の流管における振動速度を表わす信
号を受け取りながら、駆動装置と信号ピックオフ装置と
の組合わせを用いてコリオリ流量計又は密度計の駆動信
号を生成する方法及び装置を提供する。
【００１１】本発明による、振動信号ピックオフ装置と
振動型駆動装置とを組合わせた装置は、コイルと磁石と
を有する駆動装置コイル組立体を含んでいる。前記コイ
ルは、コイルへ印加される振動電圧から得られる磁界を
発揮することが可能である。磁石は、周知のソレノイド
の状態でコイルから生じる磁界効果により機械的に振動
するように、コイルの中心に配置される。模擬回路は、
駆動装置コイル組立体の磁石がコイルに対して固定され
た位置関係に静止状に保持されるとき、第１のインピー
ダンスに対比し得る第２のインピーダンスを提供する。
駆動コイル組立体と模擬回路とに対して駆動電圧が印加
される。
振動型駆動装置とを組合わせた装置は、コイルと磁石と
を有する駆動装置コイル組立体を含んでいる。前記コイ
ルは、コイルへ印加される振動電圧から得られる磁界を
発揮することが可能である。磁石は、周知のソレノイド
の状態でコイルから生じる磁界効果により機械的に振動
するように、コイルの中心に配置される。模擬回路は、
駆動装置コイル組立体の磁石がコイルに対して固定され
た位置関係に静止状に保持されるとき、第１のインピー
ダンスに対比し得る第２のインピーダンスを提供する。
駆動コイル組立体と模擬回路とに対して駆動電圧が印加
される。
【００１２】印加された駆動電圧は、駆動装置コイル組
立体のコイルに対応の電圧を、また、模擬回路に対応の
電圧を生成する。駆動装置コイル組立体におけるコイル
と磁石との間の相対速度（即ち、振動の遷移速度）は、
コイル電圧と模擬回路電圧との間の差の数学的関数とし
て決定される。この計算が可能なのは、駆動装置コイル
組立体におけるコイルと磁石との間の相対速度がコイル
に逆方向の起電力（逆ＥＭＦ）を生じるからである。
立体のコイルに対応の電圧を、また、模擬回路に対応の
電圧を生成する。駆動装置コイル組立体におけるコイル
と磁石との間の相対速度（即ち、振動の遷移速度）は、
コイル電圧と模擬回路電圧との間の差の数学的関数とし
て決定される。この計算が可能なのは、駆動装置コイル
組立体におけるコイルと磁石との間の相対速度がコイル
に逆方向の起電力（逆ＥＭＦ）を生じるからである。
【００１３】本文では、模擬回路は、駆動装置コイル組
立体が固定位置、即ち静止位置に保持されるとき、即
ち、駆動装置コイル組立体のコイルと磁石とが相互に運
動しないときの駆動装置コイル組立体の性能の模型を作
る回路を意味するものと定義される。以下に開示される
特定の実施の形態は、模擬回路のアナログ形態とデジタ
ル形態について記述される。
立体が固定位置、即ち静止位置に保持されるとき、即
ち、駆動装置コイル組立体のコイルと磁石とが相互に運
動しないときの駆動装置コイル組立体の性能の模型を作
る回路を意味するものと定義される。以下に開示される
特定の実施の形態は、模擬回路のアナログ形態とデジタ
ル形態について記述される。
【００１４】最も簡単なアナログの実施の形態におい
て、模擬回路は、駆動装置コイル組立体における総合イ
ンピーダンスと同じ総合インピーダンスを組合わせにお
いて有する、コイルと磁石とを含んでいる。特に、模擬
回路の組立てられたコイルと磁石とは駆動装置コイル組
立体の抵抗値及びインダクタンスと同じ抵抗値及びイン
ダクタンスを有する。この第１のアナログ形態は本発明
の目的を達成するよう働くが、電力消費は模擬コイルに
よる消耗に起因して過大となる。
て、模擬回路は、駆動装置コイル組立体における総合イ
ンピーダンスと同じ総合インピーダンスを組合わせにお
いて有する、コイルと磁石とを含んでいる。特に、模擬
回路の組立てられたコイルと磁石とは駆動装置コイル組
立体の抵抗値及びインダクタンスと同じ抵抗値及びイン
ダクタンスを有する。この第１のアナログ形態は本発明
の目的を達成するよう働くが、電力消費は模擬コイルに
よる消耗に起因して過大となる。
【００１５】更に望ましいアナログの実施の形態は、駆
動装置コイル組立体のインピーダンスからスケール・フ
ァクタだけ異なる総合インピーダンスを有する模擬的な
磁石・コイル組立体を含む。特に、模擬的なコイル・磁
石組立体のインダクタンスは、駆動装置コイル組立体の
インダクタンスに達するように、或る数で乗じられる。
同様に、模擬的なコイル・磁石組立体の抵抗値は、駆動
装置コイル組立体の抵抗値に達するように、或る数で乗
じられる。
動装置コイル組立体のインピーダンスからスケール・フ
ァクタだけ異なる総合インピーダンスを有する模擬的な
磁石・コイル組立体を含む。特に、模擬的なコイル・磁
石組立体のインダクタンスは、駆動装置コイル組立体の
インダクタンスに達するように、或る数で乗じられる。
同様に、模擬的なコイル・磁石組立体の抵抗値は、駆動
装置コイル組立体の抵抗値に達するように、或る数で乗
じられる。
【００１６】デジタルの実施の形態において、駆動コイ
ル電圧をデジタル・フィルタへ印加するためアナログ／
デジタル変換器が用いられる。抵抗値及びインダクタン
スは駆動装置コイル組立体の抵抗値及びインダクタンス
に一致するので、デジタル・フィルタは模擬回路のイン
ピーダンスの模型を作る。デジタルの実施の形態におい
ては、電力消費は、コリオリ流量計システム全体におい
て無視し得る電力消耗である点まで著しく減じられる。
ル電圧をデジタル・フィルタへ印加するためアナログ／
デジタル変換器が用いられる。抵抗値及びインダクタン
スは駆動装置コイル組立体の抵抗値及びインダクタンス
に一致するので、デジタル・フィルタは模擬回路のイン
ピーダンスの模型を作る。デジタルの実施の形態におい
ては、電力消費は、コリオリ流量計システム全体におい
て無視し得る電力消耗である点まで著しく減じられる。
【００１７】動作において、交番する駆動電圧がそれに
対応する振動を駆動装置コイル組立体に生じ、この振動
が、確立されたコリオリ流量計測のプラクティスにした
がって、コリオリ流量計の流管を振動させる。模擬コイ
ルと駆動磁石との間の相対速度は、コリオリ流量計の流
管における振動から導き出される逆ＥＭＦに略々比例す
る。この逆ＥＭＦは印加された駆動電圧に逆らう。電圧
計が駆動回路において計測する駆動電圧は、駆動コイル
の抵抗値とインダクタンスとにおける電圧低下に逆ＥＭ
Ｆを加えたものからなる。逆ＥＭＦは振動するコリオリ
流量計の流管の運動と関連するので、周知のコリオリ流
量の計算のために、駆動信号ピックオフを用いて逆ＥＭ
Ｆが計測される。本発明によれば、逆ＥＭＦに起因する
駆動電圧成分は、駆動装置の抵抗値とインダクタンスか
ら結果として生じる駆動電圧成分から分離することがで
きる。こうして、駆動装置を信号ピックオフとして用い
ることが可能である。比較的小さな質量をコリオリ流量
計の流管に取付けねばならないため、駆動装置と信号ピ
ックオフとの組合わせが、モード・フィルタの用途及び
他のコリオリ質量流量或いは密度の計測用途において特
に有効である。本発明の主題は、印加される駆動電圧信
号から逆ＥＭＦ測定値を分離するための方法及び装置を
含むものである。
対応する振動を駆動装置コイル組立体に生じ、この振動
が、確立されたコリオリ流量計測のプラクティスにした
がって、コリオリ流量計の流管を振動させる。模擬コイ
ルと駆動磁石との間の相対速度は、コリオリ流量計の流
管における振動から導き出される逆ＥＭＦに略々比例す
る。この逆ＥＭＦは印加された駆動電圧に逆らう。電圧
計が駆動回路において計測する駆動電圧は、駆動コイル
の抵抗値とインダクタンスとにおける電圧低下に逆ＥＭ
Ｆを加えたものからなる。逆ＥＭＦは振動するコリオリ
流量計の流管の運動と関連するので、周知のコリオリ流
量の計算のために、駆動信号ピックオフを用いて逆ＥＭ
Ｆが計測される。本発明によれば、逆ＥＭＦに起因する
駆動電圧成分は、駆動装置の抵抗値とインダクタンスか
ら結果として生じる駆動電圧成分から分離することがで
きる。こうして、駆動装置を信号ピックオフとして用い
ることが可能である。比較的小さな質量をコリオリ流量
計の流管に取付けねばならないため、駆動装置と信号ピ
ックオフとの組合わせが、モード・フィルタの用途及び
他のコリオリ質量流量或いは密度の計測用途において特
に有効である。本発明の主題は、印加される駆動電圧信
号から逆ＥＭＦ測定値を分離するための方法及び装置を
含むものである。
【００１８】望ましい実施の形態の詳細な記述コリオリ流量計全般―――図１
図１は、コリオリ計器組立体１０と計器電子装置２０と
を含むコリオリ流量計５を示している。計器電子装置２
０は、経路２６上に密度、質量流量、体積流量及び総合
質量流量の情報を提供するため、リード線１００を介し
てコリオリ計器組立体１０に接続される。コリオリ流量
計の構造を記述するが、当業者には、本発明がコリオリ
質量流量計により提供される付加的な計測能力のなし
に、振動管型密度計に関して実施することが可能である
ことが明らかである。
を含むコリオリ流量計５を示している。計器電子装置２
０は、経路２６上に密度、質量流量、体積流量及び総合
質量流量の情報を提供するため、リード線１００を介し
てコリオリ計器組立体１０に接続される。コリオリ流量
計の構造を記述するが、当業者には、本発明がコリオリ
質量流量計により提供される付加的な計測能力のなし
に、振動管型密度計に関して実施することが可能である
ことが明らかである。
【００１９】計器組立体１０は、１対のフランジ１０
１、１０１′、マニフォールド１０２及び流管１０３
Ａ、１０３Ｂを含む。流管１０３Ａ、１０３Ｂには、駆
動装置１０４とピックオフ・センサ１０５、１０５′と
が接続されている。支えバー１０６、１０６′は、それ
に関して各流管が振動する軸心Ｗ、Ｗ′を規定するよう
に働く。
１、１０１′、マニフォールド１０２及び流管１０３
Ａ、１０３Ｂを含む。流管１０３Ａ、１０３Ｂには、駆
動装置１０４とピックオフ・センサ１０５、１０５′と
が接続されている。支えバー１０６、１０６′は、それ
に関して各流管が振動する軸心Ｗ、Ｗ′を規定するよう
に働く。
【００２０】計測されている処理材料を搬送するパイプ
ライン系統（図示せず）に流量計１０が挿入されると、
材料は、フランジ１０１を介して計器組立体１０へ流入
し、マニフォールド１０２を通過して流管１０３Ａ、１
０３Ｂへ流入するよう向きを変え、流管１０３Ａ、１０
３Ｂを通過してマニフォールド１０２へ戻り、フランジ
１０１′を通って計器組立体１０から流出する。
ライン系統（図示せず）に流量計１０が挿入されると、
材料は、フランジ１０１を介して計器組立体１０へ流入
し、マニフォールド１０２を通過して流管１０３Ａ、１
０３Ｂへ流入するよう向きを変え、流管１０３Ａ、１０
３Ｂを通過してマニフォールド１０２へ戻り、フランジ
１０１′を通って計器組立体１０から流出する。
【００２１】流管１０３Ａ、１０３Ｂは、曲げ軸Ｗ−Ｗ
及びＷ′−Ｗ′に関して実質的に同じ質量分布、慣性モ
ーメント及び弾性率を持つように選定され、マニフォー
ルド１０２へ適宜に取付けられる。流管は、実質的に平
行であるようにマニフォールドから外方へ延びている。
及びＷ′−Ｗ′に関して実質的に同じ質量分布、慣性モ
ーメント及び弾性率を持つように選定され、マニフォー
ルド１０２へ適宜に取付けられる。流管は、実質的に平
行であるようにマニフォールドから外方へ延びている。
【００２２】流管１０３Ａ、１０３Ｂは、それらの曲げ
軸心Ｗ、Ｗ′の各々に関して反対方向に、流量計の第１
の位相ずれ曲げモードと呼ばれるモードで駆動装置１０
４によって駆動される。駆動装置１０４は、流管１０３
Ａに取付けられた磁石と、流管１０３Ｂに取付けられ両
流管を振動させるように交流電流が流される対向するコ
イルのような、多くの公知の装置の任意の１つを含むこ
とができる。適切な駆動信号が計器電子装置２０により
リード線１１０を介して駆動装置１０４へ印加される。
軸心Ｗ、Ｗ′の各々に関して反対方向に、流量計の第１
の位相ずれ曲げモードと呼ばれるモードで駆動装置１０
４によって駆動される。駆動装置１０４は、流管１０３
Ａに取付けられた磁石と、流管１０３Ｂに取付けられ両
流管を振動させるように交流電流が流される対向するコ
イルのような、多くの公知の装置の任意の１つを含むこ
とができる。適切な駆動信号が計器電子装置２０により
リード線１１０を介して駆動装置１０４へ印加される。
【００２３】計器電子装置２０は、リード線１１１に現
われる左側速度信号及びリード線１１１′に現われる右
側速度信号を受け取る。計器電子装置２０は、リード線
１１０に現われ且つ駆動装置１０４に流管１０３Ａ、１
０３Ｂを振動させる駆動信号を生成する。計器電子装置
２０は、左側及び右側の速度信号を処理して計器組立体
１０を通過する材料の質量流量と密度とを計算する。こ
の情報は、計器電子装置２０により経路２６を介して利
用手段（図示せず）へ印加される。
われる左側速度信号及びリード線１１１′に現われる右
側速度信号を受け取る。計器電子装置２０は、リード線
１１０に現われ且つ駆動装置１０４に流管１０３Ａ、１
０３Ｂを振動させる駆動信号を生成する。計器電子装置
２０は、左側及び右側の速度信号を処理して計器組立体
１０を通過する材料の質量流量と密度とを計算する。こ
の情報は、計器電子装置２０により経路２６を介して利
用手段（図示せず）へ印加される。
【００２４】コリオリ流量計５が構造において振動管型
密度計に非常に類似することは、当業者には周知であ
る。振動管型密度計も流体が通過する振動管を用いてお
り、サンプル形式の密度計の場合には流体が内部に保持
される振動管を用いる。また、振動管型密度計は、流管
を励振して振動させる駆動システムを用いる。典型的に
は、振動管型密度計は、単一のフィードバック信号を用
いる。密度の測定は周波数の計測のみを必要とし、位相
の計測は必要としないからである。本発明の記述は、振
動管型密度計に対しても等しく妥当する。当業者が認識
するように、現存のコリオリ流量計はモード・フィルタ
へ入力するのに利用可能な２つのフィードバック信号を
有するが、現存の振動管型密度計は典型的に利用可能な
１つのフィードバック信号しか持たない。このため、本
発明を振動管型密度計に適用するためには、振動管型密
度計において付加的なフィードバック信号を提供するこ
とが必要なだけである。
密度計に非常に類似することは、当業者には周知であ
る。振動管型密度計も流体が通過する振動管を用いてお
り、サンプル形式の密度計の場合には流体が内部に保持
される振動管を用いる。また、振動管型密度計は、流管
を励振して振動させる駆動システムを用いる。典型的に
は、振動管型密度計は、単一のフィードバック信号を用
いる。密度の測定は周波数の計測のみを必要とし、位相
の計測は必要としないからである。本発明の記述は、振
動管型密度計に対しても等しく妥当する。当業者が認識
するように、現存のコリオリ流量計はモード・フィルタ
へ入力するのに利用可能な２つのフィードバック信号を
有するが、現存の振動管型密度計は典型的に利用可能な
１つのフィードバック信号しか持たない。このため、本
発明を振動管型密度計に適用するためには、振動管型密
度計において付加的なフィードバック信号を提供するこ
とが必要なだけである。
【００２５】従来技術の駆動システム―――図２及び図
３ 図２は、計器電子装置２０のブロック図を示す。計器電
子装置２０は、質量流量回路３０及び駆動回路４０を含
む。質量流量回路３０は、振動管における２点間の位相
差に基いて振動管内の流体の質量流量を計算するための
多くの周知の回路の１つである。質量流量回路３０は、
経路２６を介して利用手段（図示せず）に対する出力を
生じる。この利用手段は例えばディスプレイでよい。質
量流量回路３０の詳細は当業者には周知であり、本発明
の一部をなすものではない。質量流量回路３０に関する
情報として、１９８３年１１月２９日にスミスに発行さ
れ名義がマイクロ・モーション社へ譲渡された米国再発
行特許第３１，４５０号、１９８９年１１月１４日にゾ
ロックに発行され名義がマイクロ・モーション社へ譲渡
された米国特許第４，８７９，９１１号、或いは１９９
３年８月３日にゾロックに発行され名義がマイクロ・モ
ーション社へ譲渡された同第５，２３１，８８４号を参
照されたい。現存の駆動回路システムにおいては、駆動
回路４０が経路４１上で左側のピックオフ・センサ１０
５からフィードバック信号を受け取る。図３に関して更
に詳細に述べるように、現存の駆動回路システムは、駆
動装置１０４に対して駆動信号を経路１１０上に生じ
る。当業者が認識するように、現存の駆動システムは駆
動回路４０に対するフィードバックとして右側のピック
オフ・センサを代替的に利用し得る。また、現存する駆
動システムの中には、ピックオフ信号の和を駆動回路４
０に対するフィードバックとして利用する。
３ 図２は、計器電子装置２０のブロック図を示す。計器電
子装置２０は、質量流量回路３０及び駆動回路４０を含
む。質量流量回路３０は、振動管における２点間の位相
差に基いて振動管内の流体の質量流量を計算するための
多くの周知の回路の１つである。質量流量回路３０は、
経路２６を介して利用手段（図示せず）に対する出力を
生じる。この利用手段は例えばディスプレイでよい。質
量流量回路３０の詳細は当業者には周知であり、本発明
の一部をなすものではない。質量流量回路３０に関する
情報として、１９８３年１１月２９日にスミスに発行さ
れ名義がマイクロ・モーション社へ譲渡された米国再発
行特許第３１，４５０号、１９８９年１１月１４日にゾ
ロックに発行され名義がマイクロ・モーション社へ譲渡
された米国特許第４，８７９，９１１号、或いは１９９
３年８月３日にゾロックに発行され名義がマイクロ・モ
ーション社へ譲渡された同第５，２３１，８８４号を参
照されたい。現存の駆動回路システムにおいては、駆動
回路４０が経路４１上で左側のピックオフ・センサ１０
５からフィードバック信号を受け取る。図３に関して更
に詳細に述べるように、現存の駆動回路システムは、駆
動装置１０４に対して駆動信号を経路１１０上に生じ
る。当業者が認識するように、現存の駆動システムは駆
動回路４０に対するフィードバックとして右側のピック
オフ・センサを代替的に利用し得る。また、現存する駆
動システムの中には、ピックオフ信号の和を駆動回路４
０に対するフィードバックとして利用する。
【００２６】図３は、現存する駆動回路４０のブロック
図を示している。駆動回路４０は、一方のピックオフ信
号の形態でフィードバック信号を流量計から受取り、駆
動信号を経路１１０上に生じるようにピックオフ信号の
大きさを適正に条件付ける。注目されるように、一部の
現存する駆動システムは、２つのピックオフ信号を加算
し、この加算された信号を駆動信号を生じるように処理
する。駆動回路４０は経路４１上でピックオフ・センサ
１０５から信号を受取る。このピックオフ信号は整流器
３００へ送られ、次いで積分器３０１へ送られる。積分
器３０１から出力された信号は、ピックオフ信号１０５
の平均振幅を表わす。平均振幅信号は振幅制御装置３０
２へ入力される。振幅制御装置３０２は、積分器３０１
からの平均振幅信号と基準電圧Ｖrefとを比較する。平
均振幅がこの基準電圧より小さくなると、ピックオフ信
号が乗算器３０３において増幅され、振幅が条件付けさ
れたピックオフ信号が乗算器３０３から出力される。振
幅が条件付けされたピックオフ信号は、駆動装置１０４
へフィードバックされる最終的な駆動信号を生じるため
電力増幅器３０４によって増幅される。こうして、駆動
回路４０は、相対的に一定な振幅を維持するように動作
する。現存の駆動制御回路４０の詳細は、コリオリ流量
計電子装置の技術分野における当業者には周知であり、
本発明の一部をなすものではない。駆動回路４０の多く
の実施の形態の更に詳細な論議については、米国特許第
５，００９，１０９号を参照のこと。
図を示している。駆動回路４０は、一方のピックオフ信
号の形態でフィードバック信号を流量計から受取り、駆
動信号を経路１１０上に生じるようにピックオフ信号の
大きさを適正に条件付ける。注目されるように、一部の
現存する駆動システムは、２つのピックオフ信号を加算
し、この加算された信号を駆動信号を生じるように処理
する。駆動回路４０は経路４１上でピックオフ・センサ
１０５から信号を受取る。このピックオフ信号は整流器
３００へ送られ、次いで積分器３０１へ送られる。積分
器３０１から出力された信号は、ピックオフ信号１０５
の平均振幅を表わす。平均振幅信号は振幅制御装置３０
２へ入力される。振幅制御装置３０２は、積分器３０１
からの平均振幅信号と基準電圧Ｖrefとを比較する。平
均振幅がこの基準電圧より小さくなると、ピックオフ信
号が乗算器３０３において増幅され、振幅が条件付けさ
れたピックオフ信号が乗算器３０３から出力される。振
幅が条件付けされたピックオフ信号は、駆動装置１０４
へフィードバックされる最終的な駆動信号を生じるため
電力増幅器３０４によって増幅される。こうして、駆動
回路４０は、相対的に一定な振幅を維持するように動作
する。現存の駆動制御回路４０の詳細は、コリオリ流量
計電子装置の技術分野における当業者には周知であり、
本発明の一部をなすものではない。駆動回路４０の多く
の実施の形態の更に詳細な論議については、米国特許第
５，００９，１０９号を参照のこと。
【００２７】駆動装置コイル組立体及びピックオフの組
合わせ 本発明は、駆動装置１０４を駆動装置１０４とピックオ
フ・センサ１０５又は１０５′との組合わせ（図１参
照）として用いることを可能にする計器電子装置２０に
おける改変を含むものである。こうして、１つ以上のピ
ックオフ・センサ１０５、１０５′を省略することがで
き、或いは、信号が図１の線１１１、１１１′上で移動
するように第３の速度信号を計器電子装置２０へ供給す
ることができる。
合わせ 本発明は、駆動装置１０４を駆動装置１０４とピックオ
フ・センサ１０５又は１０５′との組合わせ（図１参
照）として用いることを可能にする計器電子装置２０に
おける改変を含むものである。こうして、１つ以上のピ
ックオフ・センサ１０５、１０５′を省略することがで
き、或いは、信号が図１の線１１１、１１１′上で移動
するように第３の速度信号を計器電子装置２０へ供給す
ることができる。
【００２８】図４は、本発明による計器電子装置２０に
対する第１のアナログ形態の内部要素を含む概略の回路
４００を示す。概略の回路４００の主要要素は、駆動装
置１０４として示される従来の駆動装置コイル組立体、
駆動装置１０４のインピーダンスと同じインピーダンス
を持つ模擬回路４０２及び接続線４０４を含む。
対する第１のアナログ形態の内部要素を含む概略の回路
４００を示す。概略の回路４００の主要要素は、駆動装
置１０４として示される従来の駆動装置コイル組立体、
駆動装置１０４のインピーダンスと同じインピーダンス
を持つ模擬回路４０２及び接続線４０４を含む。
【００２９】駆動装置１０４は、図１に示されたものと
同じようにコリオリ流量計１０に位置する。特に、図５
に示されるように、駆動装置１０４はコイル５０４の中
心穴５０２内に収受される円柱状の磁石５００を含む。
磁石５００は、流管１０３Ａの作動のために流管１０３
Ａに固定される。駆動装置コイル５０４は、流管１０３
Ｂの作動のために流管１０３Ｂへ固定される。駆動装置
コイル５０４に対してリード線１００上で交番するある
いはパルス状の駆動電圧を印加すると、磁石５００を両
頭矢印５０６の方向に往復運動させる。流管１０３Ａ、
１０３Ｂは、磁石５０２を中心穴５０２内の中立位置の
方へ強制するばねバイアスを生じる。図４において、駆
動装置コイル５０４は、抵抗Ｒ406とインダクタンスＬ
408として表わされている。
同じようにコリオリ流量計１０に位置する。特に、図５
に示されるように、駆動装置１０４はコイル５０４の中
心穴５０２内に収受される円柱状の磁石５００を含む。
磁石５００は、流管１０３Ａの作動のために流管１０３
Ａに固定される。駆動装置コイル５０４は、流管１０３
Ｂの作動のために流管１０３Ｂへ固定される。駆動装置
コイル５０４に対してリード線１００上で交番するある
いはパルス状の駆動電圧を印加すると、磁石５００を両
頭矢印５０６の方向に往復運動させる。流管１０３Ａ、
１０３Ｂは、磁石５０２を中心穴５０２内の中立位置の
方へ強制するばねバイアスを生じる。図４において、駆
動装置コイル５０４は、抵抗Ｒ406とインダクタンスＬ
408として表わされている。
【００３０】図６は、模擬回路４０２を更に詳細に示し
ている。模擬回路４０２は、コイル６０４内の中心穴６
０２に配置される円柱状の磁石６００を含む。静止板６
０６は模擬コイル６０４と結合される。静止板６０８は
磁石６００と結合される。静止板６０６、６０８は、コ
イル６０４と磁石６００との間の相対運動を阻止するよ
う相互に逆方向に動作する。
ている。模擬回路４０２は、コイル６０４内の中心穴６
０２に配置される円柱状の磁石６００を含む。静止板６
０６は模擬コイル６０４と結合される。静止板６０８は
磁石６００と結合される。静止板６０６、６０８は、コ
イル６０４と磁石６００との間の相対運動を阻止するよ
う相互に逆方向に動作する。
【００３１】図４において、模擬回路４０２は、抵抗Ｒ
410とインダクタンスＬ412として表わされる。図４の実
施の形態によれば、Ｒ406はＲ410と同じであり、Ｌ408
はＬ412と同じある。
410とインダクタンスＬ412として表わされる。図４の実
施の形態によれば、Ｒ406はＲ410と同じであり、Ｌ408
はＬ412と同じある。
【００３２】接続線４０４は、駆動線１００（図１も参
照）、模擬回路線４１４及び共通供給線４１６を含んで
いる。駆動線１００は、共通供給線４１６からの電圧Ｖ
aを、駆動線１００上の電流ｉdを測定するため用いられ
る電流検出抵抗４１８へ搬送する。Ｒes４１８の下流側
の電圧Ｖdは （１） Ｖd＝Ｖa−ｉdＲes により計算される。但し、ＶdはＲes４１８より下側で
駆動コイル５０４より上側の、駆動線１００上の電圧で
あり、ｉdは駆動線１００上の電流であり、Ｒesは電流
検出抵抗Ｒes４１８の抵抗値であり、Ｖaは共通供給線
４１６における電圧である。
照）、模擬回路線４１４及び共通供給線４１６を含んで
いる。駆動線１００は、共通供給線４１６からの電圧Ｖ
aを、駆動線１００上の電流ｉdを測定するため用いられ
る電流検出抵抗４１８へ搬送する。Ｒes４１８の下流側
の電圧Ｖdは （１） Ｖd＝Ｖa−ｉdＲes により計算される。但し、ＶdはＲes４１８より下側で
駆動コイル５０４より上側の、駆動線１００上の電圧で
あり、ｉdは駆動線１００上の電流であり、Ｒesは電流
検出抵抗Ｒes４１８の抵抗値であり、Ｖaは共通供給線
４１６における電圧である。
【００３３】同様に、模擬回路線４１４は共通供給線４
１６からの電圧Ｖaを模擬コイル６０４へ送る。駆動線
１００は、共通供給線４１６からの電圧Ｖaを、模擬回
路線４１４上の電流ｉsを計測するため用いられる電流
検出抵抗４２０へ送る。Ｒes４２０の下流側の電圧Ｖs
は （２） Ｖs＝Ｖa−ｉsＲes のように計算される。但し、Ｖsは抵抗Ｒes４２０より
下側で駆動コイル６０４より上側の、駆動線１００上の
電圧であり、ｉsは線４１４上の電流であり、Ｖaは共通
供給線４１６上の電圧であり、Ｒesは電流検出抵抗Ｒes
４２０の抵抗値である。
１６からの電圧Ｖaを模擬コイル６０４へ送る。駆動線
１００は、共通供給線４１６からの電圧Ｖaを、模擬回
路線４１４上の電流ｉsを計測するため用いられる電流
検出抵抗４２０へ送る。Ｒes４２０の下流側の電圧Ｖs
は （２） Ｖs＝Ｖa−ｉsＲes のように計算される。但し、Ｖsは抵抗Ｒes４２０より
下側で駆動コイル６０４より上側の、駆動線１００上の
電圧であり、ｉsは線４１４上の電流であり、Ｖaは共通
供給線４１６上の電圧であり、Ｒesは電流検出抵抗Ｒes
４２０の抵抗値である。
【００３４】電圧比較器４２２（例えば、従来のホイー
トストーン・ブリッジ又は類似の回路）は、線１００及
び４１４上の電圧間の差である電圧Ｖvを決定するため
に用いられる。但し、 （３） Ｖv＝Ｖd−Ｖs 駆動線１００上の電流ｉdは数学的に （４） ｉd＝（Ｖa−ＥＭＦ）／（Ｒ＋ｊωＬ） のように表わすことができる。但し、ｉdは駆動線１０
０上の電流であり、Ｖaは駆動線１００及び模擬回路線
４１４に対する印加電圧であり、ＥＭＦは磁石５００の
運動に起因するコイル５０４における逆起電力であり、
Ｒは駆動コイル５０４の抵抗値Ｒ406と電流検出抵抗４
１８の抵抗値Ｒesとの和であり、ｊは−１の平方根であ
り、ωは駆動線１００へ印加される交番電圧又はパルス
状電圧Ｖaの周波数であり、Ｌは駆動コイル５０４にお
けるインダクタンスＬ408である。式（４）は、従来の
コリオリ計測計算による流管運動の計測のため解く必要
がある所望の計測値であるＥＭＦについて解くように容
易に調整することができる。従来のコリオリ計算は、例
えば駆動装置１０４における駆動信号から逆起電力を分
離する能力を含まない。
トストーン・ブリッジ又は類似の回路）は、線１００及
び４１４上の電圧間の差である電圧Ｖvを決定するため
に用いられる。但し、 （３） Ｖv＝Ｖd−Ｖs 駆動線１００上の電流ｉdは数学的に （４） ｉd＝（Ｖa−ＥＭＦ）／（Ｒ＋ｊωＬ） のように表わすことができる。但し、ｉdは駆動線１０
０上の電流であり、Ｖaは駆動線１００及び模擬回路線
４１４に対する印加電圧であり、ＥＭＦは磁石５００の
運動に起因するコイル５０４における逆起電力であり、
Ｒは駆動コイル５０４の抵抗値Ｒ406と電流検出抵抗４
１８の抵抗値Ｒesとの和であり、ｊは−１の平方根であ
り、ωは駆動線１００へ印加される交番電圧又はパルス
状電圧Ｖaの周波数であり、Ｌは駆動コイル５０４にお
けるインダクタンスＬ408である。式（４）は、従来の
コリオリ計測計算による流管運動の計測のため解く必要
がある所望の計測値であるＥＭＦについて解くように容
易に調整することができる。従来のコリオリ計算は、例
えば駆動装置１０４における駆動信号から逆起電力を分
離する能力を含まない。
【００３５】同様に、回路線４１４上の電流ｉsは数学
的に （５） ｉs＝Ｖa／（Ｒ＋ｊωＬ） のように表わすことができる。但し、ｉsは模擬回路線
４１４上の電流であり、Ｖaは模擬回路線４１４に対す
る印加電圧であり、Ｒは模擬コイル６０４の抵抗値Ｒ
410と電流検出抵抗４２０の抵抗値Ｒesとの和であり、
ｊは−１の平方根であり、ωは駆動線１００へ印加され
る交番電圧又はパルス状電圧Ｖaの周波数であると共に
駆動コイル５０４に関する磁石５００（図６参照）の相
対速度即ち角速度でもあり、Ｌは模擬コイル６０４のイ
ンダクタンスＬ412であり、これは設計により駆動コイ
ルＬ408のインダクタンスに等しい。
的に （５） ｉs＝Ｖa／（Ｒ＋ｊωＬ） のように表わすことができる。但し、ｉsは模擬回路線
４１４上の電流であり、Ｖaは模擬回路線４１４に対す
る印加電圧であり、Ｒは模擬コイル６０４の抵抗値Ｒ
410と電流検出抵抗４２０の抵抗値Ｒesとの和であり、
ｊは−１の平方根であり、ωは駆動線１００へ印加され
る交番電圧又はパルス状電圧Ｖaの周波数であると共に
駆動コイル５０４に関する磁石５００（図６参照）の相
対速度即ち角速度でもあり、Ｌは模擬コイル６０４のイ
ンダクタンスＬ412であり、これは設計により駆動コイ
ルＬ408のインダクタンスに等しい。
【００３６】上式から
（６） Ｖv＝（ＥＭＦ×Ｒes）／（Ｒ＋ｊωＬ）
が導かれる。但し、Ｖvは式（３）において先のように
定義され、残りの項は式（４）に関して定義されてい
る。式（６）は、線１１１、１１１′（図２参照）上で
質量流量回路３０へ入力するため独立のピックオフ組立
体１０５、１０５′により計測される所望の変数である
ＥＭＦについて解くことができる。計器電子装置２０の
従来の質量流量回路３０（図２参照）は、式（６）に従
って計算を行う本発明の目的のために改変される。こう
して、ＥＭＦの計測がピックオフ・センサ１０５、１０
５′から生じたかのように、式（６）により計算された
ＥＭＦが用いられる。
定義され、残りの項は式（４）に関して定義されてい
る。式（６）は、線１１１、１１１′（図２参照）上で
質量流量回路３０へ入力するため独立のピックオフ組立
体１０５、１０５′により計測される所望の変数である
ＥＭＦについて解くことができる。計器電子装置２０の
従来の質量流量回路３０（図２参照）は、式（６）に従
って計算を行う本発明の目的のために改変される。こう
して、ＥＭＦの計測がピックオフ・センサ１０５、１０
５′から生じたかのように、式（６）により計算された
ＥＭＦが用いられる。
【００３７】図７は、本発明の第２のアナログ形態、即
ち概略の回路７００を示している。図４における概略の
回路４００と同様に、図７における概略の回路７００の
特徴が実質的に同じである場合は、同じ番号が付されて
いる。概略の回路７００は概略の回路４００と同じであ
るが、模擬コイル６０４はＲ406と異なる抵抗値Ｒ704を
有する。但し、 （７） Ｒ704＝Ｒ406×ＳR 但し、ＳRはＲ704とＲ406間の差に起因するスケール・
ファクタである。Ｒ704がＲ406より大きいことが望まし
いので、ＳRは１より大きな値であることが望ましい。
増加した抵抗値Ｒ704が模擬回路線４１４における電流
の量を減少させるので、Ｒ704がＲ406より大きいとき、
流量計測システムは電力を節減する。同様に、Ｌ408は
Ｌ706と異なる。但し、 （８） Ｌ706＝Ｌ408×ＳR 但し、ＳRはＬ706とＬ408間の差に起因するスケール・
ファクタである。概略の回路７００の場合、計器電子装
置２０は、式（１）ないし式（６）による計算に入る前
に、Ｌ408をＬ706に、またＲ406をＲ704に等しくするよ
うに式（７）及び式（８）に従って調整を行う。
ち概略の回路７００を示している。図４における概略の
回路４００と同様に、図７における概略の回路７００の
特徴が実質的に同じである場合は、同じ番号が付されて
いる。概略の回路７００は概略の回路４００と同じであ
るが、模擬コイル６０４はＲ406と異なる抵抗値Ｒ704を
有する。但し、 （７） Ｒ704＝Ｒ406×ＳR 但し、ＳRはＲ704とＲ406間の差に起因するスケール・
ファクタである。Ｒ704がＲ406より大きいことが望まし
いので、ＳRは１より大きな値であることが望ましい。
増加した抵抗値Ｒ704が模擬回路線４１４における電流
の量を減少させるので、Ｒ704がＲ406より大きいとき、
流量計測システムは電力を節減する。同様に、Ｌ408は
Ｌ706と異なる。但し、 （８） Ｌ706＝Ｌ408×ＳR 但し、ＳRはＬ706とＬ408間の差に起因するスケール・
ファクタである。概略の回路７００の場合、計器電子装
置２０は、式（１）ないし式（６）による計算に入る前
に、Ｌ408をＬ706に、またＲ406をＲ704に等しくするよ
うに式（７）及び式（８）に従って調整を行う。
【００３８】図８は、デジタルの概略の回路８００を示
しているが、この概略の回路８００は概略の回路７００
よりも更に多くの電力を節減することを除いて、概略の
回路４００及び７００と同じ作用を行うように動作す
る。図８における概略の回路８００と同じ特徴に関して
可能である場合、図４における概略の回路４００と同様
の番号が付されている。デジタル構成の顕著な利点は、
駆動コイルの抵抗値及びインダクタンスのドリフトを考
慮に入れるようデジタル形態の模擬回路を容易に同調で
き或いは適応的に更新できることである。
しているが、この概略の回路８００は概略の回路７００
よりも更に多くの電力を節減することを除いて、概略の
回路４００及び７００と同じ作用を行うように動作す
る。図８における概略の回路８００と同じ特徴に関して
可能である場合、図４における概略の回路４００と同様
の番号が付されている。デジタル構成の顕著な利点は、
駆動コイルの抵抗値及びインダクタンスのドリフトを考
慮に入れるようデジタル形態の模擬回路を容易に同調で
き或いは適応的に更新できることである。
【００３９】図８の実施の形態において、リード線８０
２は電圧Ｖaをアナログ／デジタル変換器８０４へ送
る。デジタル・フィルタ８０６はＡＤＣ８０４から電圧
Ｖaに対応するデジタル入力を受け取り、このデジタル
入力を用いて、図４の模擬回路線４１４における模擬コ
イル６０４と同じインピーダンスを形成する。デジタル
・フィルタは当業者には周知であり、デジタル・フィル
タ８０６としての使用には、従来の或いは標準的な種類
のデジタル・フィルタ構成で充分である。例えば、アン
トニー著「デジタル・フィルタ：分析及び設計」（マグ
ローヒル、１９７９年）におけるような従来のデジタル
・フィルタ構成について記載する色々なデジタル・フィ
ルタの教科書が入手可能である。デジタル・フィルタ８
０６は、入力電圧Ｖaの周波数を用いて、図４の模擬コ
イル６０４に対応する複素インピーダンスを計算し、従
来のデジタル・フィルタ技法を用いて適正な振幅及び位
相のデジタル電圧Ｖsを出力する。デジタル／アナログ
変換器８０８は、デジタル・フィルタ８０６から入力さ
れるデジタル信号Ｖsを受け取り、この信号を電圧Ｖsか
らなるアナログ信号へ変換する。電圧比較器４２２は、
図４の実施の形態におけると同様に、アナログ電圧比較
器である。このため、概略の回路８００は、デジタル要
素とアナログ要素の混成を含んでいる。
２は電圧Ｖaをアナログ／デジタル変換器８０４へ送
る。デジタル・フィルタ８０６はＡＤＣ８０４から電圧
Ｖaに対応するデジタル入力を受け取り、このデジタル
入力を用いて、図４の模擬回路線４１４における模擬コ
イル６０４と同じインピーダンスを形成する。デジタル
・フィルタは当業者には周知であり、デジタル・フィル
タ８０６としての使用には、従来の或いは標準的な種類
のデジタル・フィルタ構成で充分である。例えば、アン
トニー著「デジタル・フィルタ：分析及び設計」（マグ
ローヒル、１９７９年）におけるような従来のデジタル
・フィルタ構成について記載する色々なデジタル・フィ
ルタの教科書が入手可能である。デジタル・フィルタ８
０６は、入力電圧Ｖaの周波数を用いて、図４の模擬コ
イル６０４に対応する複素インピーダンスを計算し、従
来のデジタル・フィルタ技法を用いて適正な振幅及び位
相のデジタル電圧Ｖsを出力する。デジタル／アナログ
変換器８０８は、デジタル・フィルタ８０６から入力さ
れるデジタル信号Ｖsを受け取り、この信号を電圧Ｖsか
らなるアナログ信号へ変換する。電圧比較器４２２は、
図４の実施の形態におけると同様に、アナログ電圧比較
器である。このため、概略の回路８００は、デジタル要
素とアナログ要素の混成を含んでいる。
【００４０】図９は、最も望ましい実施の形態である本
発明による第４の実施の形態、即ち、図４、図７或いは
図８による任意の実施の形態よりも多くの電力を節減す
る全デジタル形態を含む概略の回路９００を示してい
る。この全デジタルの概略の回路９００は、概略の回路
８００が他の概略の回路よりも更に多くの電力を節減す
ることを除いて、概略の回路４００、７００、８００と
同じ効果となるように働く。図９における概略の回路９
００の特徴と同じ特徴に関して可能である場合には、図
８における概略の回路８００と同じ番号付けがなされて
いる。
発明による第４の実施の形態、即ち、図４、図７或いは
図８による任意の実施の形態よりも多くの電力を節減す
る全デジタル形態を含む概略の回路９００を示してい
る。この全デジタルの概略の回路９００は、概略の回路
８００が他の概略の回路よりも更に多くの電力を節減す
ることを除いて、概略の回路４００、７００、８００と
同じ効果となるように働く。図９における概略の回路９
００の特徴と同じ特徴に関して可能である場合には、図
８における概略の回路８００と同じ番号付けがなされて
いる。
【００４１】図９の実施の形態において、線９０２はア
ナログ／デジタル変換器８０４へ電圧Ｖaを運び、変換
器８０４は電圧Ｖaに対応するデジタル出力を提供す
る。図４の模擬回路線４１４における模擬コイル６０４
と同じインピーダンスを形成するため、デジタル・フィ
ルタ８０６が用いられる。デジタル・フィルタ８０６
は、入力電圧Ｖaの周波数を用いて図４の模擬コイル６
０４に対応する複素インピーダンスを計算し、適正な振
幅及び位相を有するデジタル電圧Ｖsを出力する。第２
のアナログ／デジタル変換器９０４は、抵抗Ｒes４１８
から下流側の駆動線１００からアナログ電圧信号Ｖdを
受け取り、このアナログ信号をデジタル出力へ変換す
る。デジタル電圧比較器９０６がＶvを計算するのに使
用され、線９０６上に計器電子装置２０に対するデジタ
ル信号としてＶvを提供する。
ナログ／デジタル変換器８０４へ電圧Ｖaを運び、変換
器８０４は電圧Ｖaに対応するデジタル出力を提供す
る。図４の模擬回路線４１４における模擬コイル６０４
と同じインピーダンスを形成するため、デジタル・フィ
ルタ８０６が用いられる。デジタル・フィルタ８０６
は、入力電圧Ｖaの周波数を用いて図４の模擬コイル６
０４に対応する複素インピーダンスを計算し、適正な振
幅及び位相を有するデジタル電圧Ｖsを出力する。第２
のアナログ／デジタル変換器９０４は、抵抗Ｒes４１８
から下流側の駆動線１００からアナログ電圧信号Ｖdを
受け取り、このアナログ信号をデジタル出力へ変換す
る。デジタル電圧比較器９０６がＶvを計算するのに使
用され、線９０６上に計器電子装置２０に対するデジタ
ル信号としてＶvを提供する。
【００４２】図１０は、駆動装置と信号ピックオフ装置
の組合わせとして駆動装置１０４を用いるための概略的
なプロセス図Ｐ１０００を示す。図１０は、図４に対応
する参照番号に関連して記述されるが、図１０の機能的
な議論は図４、図７、図８及び図９に示される実施の形
態のいずれにも等しく適用し得る。
の組合わせとして駆動装置１０４を用いるための概略的
なプロセス図Ｐ１０００を示す。図１０は、図４に対応
する参照番号に関連して記述されるが、図１０の機能的
な議論は図４、図７、図８及び図９に示される実施の形
態のいずれにも等しく適用し得る。
【００４３】ステップＰ１００２において、計器電子装
置２０は、駆動線１００及び駆動装置コイル組立体１０
４を励振する交番状あるいはパルス状の駆動電圧Ｖaを
供給線４１６へ印加する。ステップＰ１００４により、
同じ駆動電圧Ｖaが模擬回路線４１４上で模擬回路４０
２へ送られる。
置２０は、駆動線１００及び駆動装置コイル組立体１０
４を励振する交番状あるいはパルス状の駆動電圧Ｖaを
供給線４１６へ印加する。ステップＰ１００４により、
同じ駆動電圧Ｖaが模擬回路線４１４上で模擬回路４０
２へ送られる。
【００４４】ステップＰ１００６において、電圧比較器
４２２が電圧差Ｖvを決定し、式（６）によるＥＭＦの
計算において用いるため、この値を計器電子装置２０へ
送る。ＥＭＦの計算はステップＰ１００８において行わ
れ、次いで、ステップＰ１０１０が計器電子装置２０に
対してＥＭＦに対応する信号を送出する。ステップＰ１
０１２により、ＥＭＦ信号を用いて、従来のコリオリ計
算に従って、ＥＭＦを含む従来のピックオフ信号の状態
で流管の運動を計算する。計器電子装置２０は、従来の
コリオリ質量流量、密度及び駆動フィードバックの諸計
算においてＥＭＦの計算結果を用いる。
４２２が電圧差Ｖvを決定し、式（６）によるＥＭＦの
計算において用いるため、この値を計器電子装置２０へ
送る。ＥＭＦの計算はステップＰ１００８において行わ
れ、次いで、ステップＰ１０１０が計器電子装置２０に
対してＥＭＦに対応する信号を送出する。ステップＰ１
０１２により、ＥＭＦ信号を用いて、従来のコリオリ計
算に従って、ＥＭＦを含む従来のピックオフ信号の状態
で流管の運動を計算する。計器電子装置２０は、従来の
コリオリ質量流量、密度及び駆動フィードバックの諸計
算においてＥＭＦの計算結果を用いる。
【００４５】当業者が認識するように、コリオリ流量計
の振動信号を処理するためのモード・フィルタ処理シス
テムに役立つように、先に述べた駆動装置及びピックオ
フ組立体の組合わせを用いることができる。一般に、コ
リオリ流量計から取得できる質量流量、密度及び駆動周
波数の計測に対して該当振動モードを選択的に識別する
ために、モード・フィルタ分析が用いられる。このよう
な選択的識別は、パイプラインから流量計へ送られる振
動のようなノイズを除去するために用いられる。コリオ
リ流量計において、信号を識別してノイズを除去する際
にモード・フィルタ分析の特殊性及び選択性を強化する
ため、更に多くのピックオフ、即ち３個以上のピックオ
フ１０５、１０５′（図１参照）が用いられ得る。しか
し、付加的なピックオフの各々は、ノイズの除去におけ
る特殊性及び選択性の問題に加わる可能性のある付加的
な振動モードを除去することができる。本発明による装
置は、駆動装置もまたピックオフ装置として機能するこ
とから、有利なことに、信号ピックオフの数を付加する
という問題を回避する。
の振動信号を処理するためのモード・フィルタ処理シス
テムに役立つように、先に述べた駆動装置及びピックオ
フ組立体の組合わせを用いることができる。一般に、コ
リオリ流量計から取得できる質量流量、密度及び駆動周
波数の計測に対して該当振動モードを選択的に識別する
ために、モード・フィルタ分析が用いられる。このよう
な選択的識別は、パイプラインから流量計へ送られる振
動のようなノイズを除去するために用いられる。コリオ
リ流量計において、信号を識別してノイズを除去する際
にモード・フィルタ分析の特殊性及び選択性を強化する
ため、更に多くのピックオフ、即ち３個以上のピックオ
フ１０５、１０５′（図１参照）が用いられ得る。しか
し、付加的なピックオフの各々は、ノイズの除去におけ
る特殊性及び選択性の問題に加わる可能性のある付加的
な振動モードを除去することができる。本発明による装
置は、駆動装置もまたピックオフ装置として機能するこ
とから、有利なことに、信号ピックオフの数を付加する
という問題を回避する。
【００４６】当業者は、先に述べた望ましい実施の形態
が本発明の真の範囲及び趣旨から逸脱することなく明ら
かな変更が可能であることを理解されよう。従って、発
明者は本発明における全ての権利を保護するために「均
等論」に依存する意図を宣言するものである。 ［図面の簡単な説明］
が本発明の真の範囲及び趣旨から逸脱することなく明ら
かな変更が可能であることを理解されよう。従って、発
明者は本発明における全ての権利を保護するために「均
等論」に依存する意図を宣言するものである。 ［図面の簡単な説明］
【図１】従来技術のコリオリ流量計及び関連する計器電
子装置を示す図である。
子装置を示す図である。
【図２】従来技術のコリオリ流量計の電子装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】コリオリ流量計に対する従来技術の駆動システ
ムのブロック図である。
ムのブロック図である。
【図４】第１のアナログ形態による本発明の実施に用い
られる計器電子装置の概略の回路図である。
られる計器電子装置の概略の回路図である。
【図５】本発明により使用される駆動装置コイル組立体
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明により使用される模擬コイル組立体を示
す図である。
す図である。
【図７】第２のアナログ形態による本発明の実施におい
て用いられる計器電子装置の概略の回路図である。
て用いられる計器電子装置の概略の回路図である。
【図８】デジタル電子部品を含む本発明の第３の実施の
形態の概略の回路図である。
形態の概略の回路図である。
【図９】全デジタル電子装置を含む本発明の第４の実施
の形態の概略回路図である。
の形態の概略回路図である。
【図１０】ピックオフ装置として駆動装置コイル組立体
を用いるプロセス・フロー図である。
を用いるプロセス・フロー図である。
─────────────────────────────────────────────────────
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80304，ボー
ルダー，マックスウェル・アベニュー
613
(56)参考文献 特開 平２−262019（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−509649（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/84
Claims (17)
- 【請求項１】 振動信号ピックオフ装置と振動型駆動装
置との組合わせとして使用される装置（４００、７０
０、８００）において、 第１のインピーダンス（Ｒ４０６、Ｌ４０８）を持つ駆
動装置コイル組立体（１０４）であって、加えられる振
動電圧から得る電界効果を発揮することが可能なコイル
（５０４）と磁石（５００）とを備える駆動装置コイル
組立体と、 前記磁石が前記コイルから生じる電界効果に応答して前
記コイルに関して振動状態に駆動される動作可能な関係
において前記磁石を前記コイルに関して配置する手段
（５００、１０３Ａ；５０４、１０３Ｂ）と、 前記磁石が前記コイルに関して固定位置関係に静止して
いるとき、前記第１のインピーダンスに対比し得る第２
のインピーダンス（Ｒ４１０、Ｌ４１２；Ｒ７０４、Ｌ
７０６、８０６）を生じる模擬回路（４０２、７０２、
８０４、８０６、８０８、９０４、９０６）と、 対応するコイル電圧及び対応する模擬回路電圧を生成す
るため、駆動電圧信号を前記コイルと前記模擬回路とへ
印加する手段（１００、４１６、４１４、８０２、９０
２）と、 前記模擬回路と前記駆動装置コイル組立体とから得る測
定値を用いて前記コイルにおける逆起電力を計算する手
段（２０）と、 を具備する装置。 - 【請求項２】 前記模擬回路がアナログ回路（４０２、
７０２）である請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記アナログ回路が静止コイル（６０
４）と静止磁石（６００）とを含む請求項２記載の装
置。 - 【請求項４】 前記駆動装置コイル組立体が運動を禁止
されたとき、前記静止コイル及び前記静止磁石の組合わ
せが前記第１のインピーダンスと同じ前記第２のインピ
ーダンス（Ｒ４１０、Ｌ４１２）を生じる請求項３記載
の装置。 - 【請求項５】 前記駆動装置コイル組立体が運動を禁止
されたとき、前記静止コイル及び前記静止磁石の組合わ
せが前記第１のインピーダンスに関してあるスケール・
ファクタだけ異なる前記第２のインピーダンス（Ｒ７０
４、Ｌ７０６）を生じる請求項３記載の装置。 - 【請求項６】 前記模擬回路がデジタル回路（８０４、
８０６、８０８、９０４、９０６）である請求項１記載
の装置。 - 【請求項７】 前記デジタル回路がデジタル・フィルタ
（８０６）を含む請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 前記模擬回路が、前記第１のインピーダ
ンスを形成するデジタル・フィルタ（８０６）と、アナ
ログ電圧比較器（４２２）とを含む請求項１記載の装
置。 - 【請求項９】 前記磁石を前記コイルに関して動作可能
な関係に配置する前記手段（５００、１０３Ａ；５０
４、１０３Ｂ）が、前記コイルを第１のコリオリ流量計
流管（１０３Ａ）に載置し且つ前記磁石を前記第１のコ
リオリ流量計流管と対向する第２のコリオリ流量計流管
（１０３Ｂ）に載置する手段を含む請求項１記載の装
置。 - 【請求項１０】 前記磁石が前記コイル内の中心位置に
配置される請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 逆起電力を計算する前記手段が、前記
駆動装置コイル組立体と前記模擬回路との間の電圧を比
較する手段を含む請求項１記載の装置。 - 【請求項１２】 逆起電力を計算する前記手段が式 （６） Ｖv＝ＥＭＦ／（Ｒ＋ｊωＬ） に従って進行するプロセッサを含む請求項１１記載の装
置。但し、Ｖvは前記駆動装置コイル組立体と前記模擬
回路との間の電圧差であり、ＥＭＦは駆動装置コイルに
おける逆起電力であり、Ｒは駆動装置コイルの抵抗値で
あり、ｊは−１の平方根であり、ωは駆動コイル線１０
０に印加される交番電圧又はパルス状電圧の周波数であ
り、Ｌは駆動コイルのインピーダンスである。 - 【請求項１３】 駆動装置コイル組立体（１０４）をピ
ックオフとして用いて、振動に対応する遠隔測定データ
を受け取りながら、前記駆動装置コイル組立体を用いて
振動を生じる方法（Ｐ１０００）であって、 第１のインピーダンス（Ｒ４０６、Ｌ４０８）を有す
る、コイル（５０４）と磁石（５００）とを含む駆動装
置コイル組立体（１０４）へ駆動電圧を印加するステッ
プ（Ｐ１００２）と、 前記駆動装置コイル組立体が静止位置に保持されると
き、前記駆動電圧を模擬回路へ印加して、前記第１のイ
ンピーダンスと対比し得る第２のインピーダンスを生じ
るステップ（Ｐ１００４）と、 前記コイルにおける逆起電力を計算するステップ（Ｐ１
００８）と、 を含む方法。 - 【請求項１４】 駆動電圧を前記駆動装置コイル組立体
へ印加する前記ステップが、コリオリ流量計における１
対の流管を振動させるステップを含む請求項１３記載の
方法。 - 【請求項１５】 逆起電力を計算する前記ステップが式 （６） Ｖv＝ＥＭＦ／（Ｒ＋ｊωＬ） に従って進行する請求項１３記載の方法。但し、Ｖvは
前記駆動装置コイル組立体と前記模擬回路との間の電圧
差であり、ＥＭＦは駆動コイルにおける逆起電力であ
り、Ｒは駆動コイルの抵抗値であり、ｊは−１の平方根
であり、ωは駆動コイル線１００へ印加される交番電圧
又はパルス状電圧の周波数であり、Ｌは駆動コイルのイ
ンピーダンスである。 - 【請求項１６】 前記駆動電圧を模擬回路へ印加する前
記ステップが、前記駆動電圧をアナログ模擬回路（４０
２、７０２）へ印加するステップを含む請求項１３記載
の方法。 - 【請求項１７】 前記駆動電圧を模擬回路へ印加する前
記ステップが、前記駆動電圧をデジタル模擬回路（８０
４、８０６、８０８、９０４、９０６）へ印加するステ
ップを含む請求項１３記載の方法。
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