JP4108081B2 - 振動変換器 - Google Patents

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Description

本発明は、粘度計、粘度密度計または粘度質量流量計での使用に特に適した振動変換器に関する。
管内を流れる液体の粘度を決定するために、測定器が頻繁に使われる。この測定器は、振動変換器を用い、管と連通するフローチューブと、フローチューブに接続された制御用の電子機器および評価用の電子機器を含み、流体に剪断応力または摩擦力を発生させ、粘度を示す測定信号を流体より得る。
例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3あるいは、特許文献4は、インライン粘度計、すなわち、流体導管に接続可能で、この管を流れる流体の粘度に応答する振動変換器を有する粘度計を開示しており、この振動変換器は、
作動時に振動し、導入管部および排出管部を介して管と連通する、流体を流すための単一の直管のフローチューブと、
作動時に、フローチューブの少なくとも一部を励振して、フローチューブと同一線上の振動軸を中心としたねじれ振動を引き起こす励振アセンブリと、
フローチューブの振動を部分的に感知するためのセンサー装置と、
を備えている。
よく知られるように、直管のフローチューブは励振されてフローチューブと同一線上の振動軸を中心としたねじれ振動を引き起こされた場合、チューブ内を流れる流体に起こるべき剪断応力を引き起こし、このためにねじれ振動から振動エネルギーが奪われ、流体内に散逸してしまう。このためにフローチューブのねじれ振動が減衰されることから、振動を維持するために別の励振エネルギーをフローチューブに供給する必要がある。
例えば、インライン粘度計にて用いられるこのような変換器のフローチューブは、作動時に、ねじれ基本モードの瞬間の共鳴振動数にて、特に一定値に維持される振動振幅で一般に励振される。粘度測定のためのフローチューブを、ねじれモードを同時にまたは交互に励振してたわみ振動を、通常はたわみ基本モードの共鳴振動数振動にて引き起こすこともまた一般的に行われる。先に参照された特許文献1をも参照されたい。このたわみ共鳴振動数は特に流体の瞬間の流体密度にも依存するため、このような測定器は管内の流体の密度を測定するのにも使用可能である。更にたわみモードで振動するこのようなフローチューブ内を流れる流体に、瞬間の質量流量に依存するコリオリ力が発生するため、このような変換器は流体の質量流量を測定するのにも適している。特許文献3または特許文献4も参照されたい。
よく知られている通り、粘度測定用の曲管のフローチューブの使用と比べて、上記のように振動する直管のフローチューブの使用は、特に半径方向への高い侵入度で事実上フローチューブの全長に渡って剪断応力が発生するという利点を有する。このため、粘度に対する変換器の測定の感度が非常に高いものとなる。直管のフローチューブの別の利点は、特にインラインで行われた洗浄の後に、事実上装置のあらゆる箇所にて高い確率で残留物をのこさずに排水することが可能であるということである。さらに、このようなフローチューブは、例えばオメガ状のフローチューブや螺旋状の曲管のフローチューブと比べはるかに単純で、故に製造コストも安い。
上記の変換器の本質的な欠点は、作動中に、フローチューブおよび、使用されているとすれば変換器のケースを通って、ねじれ振動が変換器から接続管に伝わることである。このことは、結果として、ゼロ点移動を招き、そのために測定が不正確になる場合がある。さらに、振動エネルギーが変換器の周囲環境へ失われることで、効率の実施的な低下を招くことがあり、さらには、測定信号におけるSN比の劣化を招く可能性もある。
米国特許第4,524,610号明細書 米国特許第5,253,533号明細書 米国特許第6,006,609号明細書 欧州特許第EP−A1158289号明細書 欧州特許第01109977.7号明細書 米国特許第5,969,265号明細書 欧州特許第A317340号明細書 WO第A00/14485号明細書
従って、本発明の目的は、特に粘度計またはコリオリ質量流量粘度計に適し、単一の直管のフローチューブのみを使うが、作動中でも力学的に良好にバランスさせられフローチューブにねじれ振動を起こさせることによる曲げモーメントの発生を事実上起こり得ないものにし、その結果、変換器のケースや接続管を共鳴振動させるいかなる励振をも効果的に防ぐ、振動変換器を提供することである。
この目的を達成するため、本発明は、管内を流れる流体のための振動変換器を提供する。変換器は、流体を流すための、前もって直径を決めることができ、フローチューブの導入側端部まで延びる導入管部およびフローチューブの排出側端部まで延びる排出管部を通して、接続管と連通する、実質的に直管のフローチューブを有する。作動中、流体に剪断応力を発生させるために、少なくともフローチューブの一部が、導入管部および排出管部と実質的に軸合わせされたねじれ振動軸を中心に、所定の振動数でねじれ振動し、かつ、作動中、流体中にコリオリ力を誘導するために、フローチューブがその長手方向軸を中心に少なくとも断続的にたわみ振動するここで、ねじれ振動の振動数とたわみ振動の振動数とは、異なるように選択される。更に、変換器は、所定のねじれ固有振動数を有する防振器を備えこの防振器はフローチューブの導入側端部および排出側端部に取り付けられる。変換器は、更に、導入管部および排出管部に取り付けられた変換器ケースと、少なくともフローチューブを振動させるために、フローチューブおよび防振器に作用する励振アセンブリと、フローチューブの振動を感知するセンサー装置を有する。少なくとも、フローチューブ、防振器、センサー装置、および励振アセンブリによって形成され、少なくとも導入管部および排出管部に装着される、変換器の内側部分は、フローチューブ内に位置する重心を持つ。
本発明の第1の実施形態において、内側部分の重心は、特に導入管部および排出管部と軸合わせされた、フローチューブの長手方向軸上にできるだけ正確に配される。
本発明の第2の実施形態において、内側部分は、導入管部および排出管部と実質的に軸合わせされた、フローチューブの内部に存在する第1の慣性主軸を有する。
本発明の第3の実施形態において、内側部分は、ねじれ振動の軸に対して実質的に対称の質量分布を有する。
本発明の第4の実施形態において、防振器は実質的に管状を呈し、実質的にフローチューブと同軸である。
本発明の第5の実施形態において、フローチューブのねじれ振動の振動数と防振器のねじれ固有振動数は少なくともほぼ同一である。
本発明の第6の実施形態において、防振器のねじれ固有振動数は、フローチューブのねじれ固有振動数の0.8倍を上回る。
本発明の第7の実施形態において、防振器のねじれ固有振動数はフローチューブのねじれ固有振動数の1.2倍を下回る。
本発明の発展形態によると、フローチューブはねじれ振動とたわみ振動とを同時に行なう
本発明の第8の実施形態において、フローチューブのたわみ振動の振動数はフローチューブの最も低い固有たわみ共鳴振動数にできるだけ正確に一致している。
本発明の第9の実施形態において、励振アセンブリは、たわみ振動を発生させる力が、第1の慣性主軸と直交する第2の慣性主軸から外れた仮想の線に沿って、あるいは多くとも1点第2の慣性主軸と交わる仮想の線に沿ってフローチューブに作用するように、設計され、かつ、フローチューブおよび防振器に取り付けられている。
本発明の第10の実施形態において、励振アセンブリは励振コイルを有し、この励振コイルは、フローチューブに取り付けられ、作動中に少なくとも断続的に励振電流が流れ、また、フローチューブおよび防振器に、防振器に接続されたレバーと、レバーに取り付けられたアーマチャーとを介して作用する。
本発明の第11の実施形態において、センサー装置は、変換器内第2の慣性主軸から外れて配置されたセンサーコイルと、それに磁気的に接続されたアーマチャーを含み、この相対的な配置、特にその間隔は、フローチューブおよび防振器のねじれ振動およびたわみ振動の結果として変化し、これによって可変の測定電圧がセンサーコイル内で少なくとも断続的に発生する。
本発明の第12の実施形態において、ねじれ振動の振動数は、フローチューブがその全長に渡って実質的に一方向にねじれるモードである基本ねじれ固有モードの固有共鳴振動数にできるだけ正確に一致している
本発明の第13の実施形態において、内側部分の質量分布を調整するために、追加の重量がフローチューブに取り付けられ、および/または、溝が防振器に形成されている。
本発明の基本的な思想は、変換器を力学的にバランスさせるために、フローチューブをねじれ振動させることで発生したトルクと少なくともほぼ同一の反力トルクが、防振器によって発生する構成とする。一方、重心がフローチューブの外側に配される場合は、例えば揺動運動が増大した結果としての曲げモーメントは可能な限り発生させない。
本発明の別な基礎的な思想は、ねじれ振動およびたわみ振動の両方が同一の励振アセンブリによってフローチューブで発生され、同一のセンサーコイルによって、特に同時に感知され、さらに他方では、発生され感知されたねじれ振動とたわみ振動とが測定信号上で互いから簡単に分離できるように、励振アセンブリやセンサー装置を設計するということである。
本発明の一つの利点は、作動時に起こりうる流体の密度および/または粘度の変化にもかかわらず、変換器が単純でロバストな方法でバランスさせられ、このために内部のトルクの大部分が接続管に及ばないという事実にある。さらに変換器は、少なくとも狭い密度範囲では、たわみ振動に対して力学的にバランスさせられることも可能である。別の利点は、この単純な振動絶縁の構造の結果として、本発明による変換器は小型かつ軽量に製造することが可能であるという点である。
本発明の更なる利点は、少なくともフローチューブのねじれ振動数およびたわみ振動数が別個なものとして選択可能な場合は、特に質量流量や粘度あるいは密度といったさまざまなものの量を測定することが、ねじれ振動とたわみ振動が同時に励振されたときでも可能であるという点にある。
本発明およびその更なる利点は、以下の実施形態の説明を添付の図面と共に参照することでより明らかになるであろう。図面を通して同様の参照符号は同様の部品を示すために用いられる。また、明快さに役立つ場合は、すでに割り振られた符号は以降の図面において省略される場合がある。
本発明は、様々な修正形態や代替の形態を持ちうるが、本発明の代表的な実施形態が図面における例によって示され、またここに詳細に説明される。しかしながら、開示された特定の形態に本発明を限定しようとする意図は無く、反対に、本発明は添付の特許請求の範囲にて定義される発明の精神および範囲内に含まれるすべての修正、等価物および代替物を含むということが理解される。
図1を参照すると、管(図示せず)内を流れる流体の粘度を測定するための、管に接続されるように設計された測定器が示される。さらに、測定器は流体の質量流量および/または密度を測定する役割を有していても良い。このために、測定器は、作動中に測定対象となる流体がその内部を流れる振動変換器を有する。図2から図6は、このような振動変換器の実施形態と展開を概略的に示す。
振動変換器は、内部を流れる流体において、特に粘度に依存する摩擦力といった、変換器に反作用し、かつ特にセンサー技術を用いて測定可能な機械的反力を発生させるのに役立つ。これらの反力から、例えば流体の粘度ηが、当業者に良く知られた方法によって得られる。
流体を流すため、変換器は、前もって直径を決定することのできる、特に単一の管である、実質的に直管のフローチューブ10を有する。このフローチューブ10は、作動時に少なくとも断続的に振動し、そのため繰り返し弾性的に変形する。
フローチューブ10を通して流体を流すため、フローチューブ10は流体導管(図示せず)に、フローチューブ10の導入側端部11#でまで延びる導入管部11およびフローチューブ10の排出側端部12#まで延びる排出管部12を通して、接続されている。フローチューブ10、導入管部11、および排出管部12は可能な限り、互いに、および、仮想の長手方向軸Lと、軸合わせされている。有利には、それらは一体形成されており、製造には例えば単一の管の半完成品を用いることができる。しかし、必要な場合には、フローチューブ10および管部11および12は別個の半完成品より製造され、例えば溶接によって後に互いに結合されるものであっても良い。フローチューブ10には、例えば鋼鉄、チタン、ジルコニウム等といった、これらの変換器に一般的に用いられる事実上あらゆる材料を使うことができる。
変換器を管に取り外し可能に接続しようとする場合は、第1のフランジ13および第2のフランジ14が、それぞれ導入管部11と排出管部12とに設けられる。しかし、必要な場合、導入管部11および排出管部12は、例えば溶接や蝋づけによって、管に直接接続してもよい。更に、図1に概略的に示されるように、フローチューブ10を収容する変換器のケース100が導入管部11および排出管部12に固定される。図1および図2を参照されたい。
直管のフローチューブは励振されてねじれ振動の軸を中心としたねじれ振動を引き起こされた場合、チューブ内を流れる流体に起こるべき剪断応力を引き起こし、このためにねじれ振動から振動エネルギーが奪われ、流体内に散逸してしまう。このためにフローチューブのねじれ振動が減衰されるため、振動を維持するために別の励振エネルギーをフローチューブに供給する必要がある。従って、流体の粘度に対応した摩擦力を流体に発生させるために、フローチューブ10は、長手方向軸Lを中心としたねじれ固有振動モード形状または実質的にそれに平行な軸に実質的に従ってひねられるように、作動中に、少なくとも断続的に、特にねじれ固有振動数の範囲内で、ねじれ振動の軸を中心としたねじれ振動へと励振される。例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3または特許文献4を参照されたい。
フローチューブ10は、フローチューブ10が全長に渡って実質的に一方向にひねられる基本ねじれ固有モードの固有共鳴振動数にできるだけ正確に対応するねじれ振動数にて励振されても良い。公称直径20mm、壁厚約1.2mm、長さ約350mmで、付属部品のついた特殊な鋼鉄でできたフローチューブ10の場合、この基本ねじれ固有モードの固有共鳴振動数は、例えば、約1500Hzから2000Hz程度である。
本発明の発展形態によれば、変換器の作動中、フローチューブ10は、励振されてねじれ振動を引き起こされるのに加え、励振によって、特にねじれ振動と同時に、たわみ振動をも引き起こされる。このようにして、フローチューブ10は第1の固有たわみ振動モード形状に実質的に従って歪む。フローチューブ10は、振動してはいるが空のフローチューブ10が、長手方向軸と直交し単一の波腹を有する中心軸を中心に実質的に対称的に歪むように、フローチューブ10の最も低い固有たわみ共鳴振動数にできるだけ正確に対応するたわみ振動数にて励振されても良い。公称直径20mm、壁厚約1.2mm、長さ約350mmで、通常の付属部品もついた特殊な鋼鉄でできたフローチューブ10の場合、この最も低いたわみ共鳴振動数は約850Hzから900Hz程度であって良い。
管内を流体が流れて、質量流量mがゼロではないとき、コリオリ力が、たわみモードで振動するフローチューブ10によって流体内に発生する。コリオリ力はフローチューブ10に反作用しこのために、第1のたわみ振動モード形状と同一平面上で、第2の固有たわみ振動モード形状に従ってフローチューブ10は更に変形する(図示せず)。特に振幅に関して、フローチューブ10の変形の瞬間の形状は瞬間の流量mにも依存する。第2のたわみ振動モード形状およびいわゆるコリオリモードは、こういった変換器で通常あるように、例えば、2つもしくは4つの波腹を有する非対称たわみ振動モード形状であっても良い。
上記の通り、一方では望ましいエネルギーが流体へ失われることによってねじれ振動が減衰され、これが特に粘性の測定のために感知される。しかし、他方では、フローチューブに機械的に接続された、ケース100や接続管といった構成部品もまた励振される場合は、フローチューブ10から振動エネルギーもまた奪われる。ケース100にエネルギーが失われることは望ましくないとしても補正することはできるが、少なくとも特に管といった変換器の周囲環境へエネルギーが失われることは、実際上、再生不可な態様あるいは予測不可能な態様においてでさえも起こる。
このように周囲環境にねじれ振動エネルギーが失われることを抑えるために、変換器はフローチューブの導入側と排出側とに取り付けられた防振器20を含む。
防振器20は、長手方向軸Lを中心にひねられる単一のフローチューブ10によって発生したトルクと大部分がバランスする反力トルクを発生させるのに役に立つ。これによって特に接続管といった変換器の周囲環境が実質的に力学的トルクの無い状態に保たれる。フローチューブ10がさらに励振されてたわみ振動を引き起こす上記の場合は、防振器20は、例えば変換器の作動中に最も頻繁に示されると期待される値あるいは臨界値といった所定の流体密度値のために、フローチューブ10を振動させる際に発生する可能性のあるいかなる剪断力および/または曲げモーメントの大部分がバランスさせられる点に、変換器を力学的にバランスさせることにも役立つ。本願の出願日より前には公開されていない本出願人による特許文献5を参照されたい。
これらの目的のため、フローチューブ10と同様にねじれ方向に弾性を有するおよび/または可撓性を有する防振器20は作動中に、フローチューブ10からははずれた位相、特にそれとは反対の位相にてたわみ振動する。従って、防振器20のねじれ固有振動数のうち少なくとも1つは、フローチューブが作動中に振動するねじれ振動数にできるだけ正確に調整される。しかし、いずれにしても、たとえフローチューブ10がねじれ振動し、防振器20が共に振動しても、導入管部11および排出管部12が実質的にねじれ応力を受けないままでいるように、フローチューブ10と防振器20とは互いに適合しており、また防振器20はフローチューブ10に取り付けられている。必要な場合には、防振器20の固有たわみ振動数もまた、フローチューブのたわみ振動振動数にできるだけ正確に調整される。また、変換器20の作動中は、防振器20もまた励振され、フローチューブ10のどんなたわみ振動とも実質的に同一平面となるたわみ振動が引き起こされる。
防振器20は図2に概略的に示されるように一体形成されて良い。必要な場合、例えば特許文献6、特許文献7または特許文献8に示されるように、多数の部品より構成されても良く、あるいは、図6のように、フローチューブ10の導入側端部と排出側端部とに取り付ける2つの別個の防振器によって実施されても良い。
図2、図3、および図6に概略的に示されるように、変換器の測定精度を上げるためまたは変換器が干渉されにくくするために、フローチューブ10、防振器20および導入管部11と排出管部12のそれぞれの長さは、作動中に導入管部11と排出管部12もまた弾性的に変形することで変換器の内側部分によって失われる可能性のある振動エネルギーの一部を吸収できるように、互いに適合していても良い。導入管部11と排出管部12との各ばね定数は、フローチューブ10によって形成される内側部分および励振アセンブリ40、センサーアセンブリ50、場合によっては防振器20といった付属部品の総重量に適合しており、これにより、振動システムの最も低い共鳴振動数、特にもっとも低いねじれ共鳴振動数が、作動中に少なくとも支配的となっているフローチューブ10のねじれ振動数よりも低くなる。
フローチューブ10の機械振動、特に前述のねじれ振動および/たわみ振動を発生させるため、変換器はさらに、特に電気機械励振器(electrodynamic exciter)といった励振アセンブリ40を有する。励振アセンブリ40は、制御用の電子機器(図示せず)から供給される、例えば調整電流および/または調整電圧といった電気的な励振エネルギーEexcを、例えばパルス振動で、または調和振動でフローチューブ10に作用し前述した方法でチューブを弾性的に変形させる励振モーメントMexeに変換し、また、フローチューブ10がさらに励振されてたわみ振動を引き起こされた場合には横方向に作用する励振力に変換することに役立つ。励振モーメントMexcは図4または図6に概略的に示されるように二方向性のものでも、あるいは一方向性のものでもよく、また、例えば電流調整回路および/または電圧調整回路による振幅調整および、例えばフェーズロックループによる周波数調整が、当業者にとって良く知られた方法で行われても良い。フローチューブ10のねじれ振動および、場合によってはさらに励振されるたわみ振動を維持するのに必要な電機的な励振エネルギーEexcから、当業者に良く知られた方法によって、流体の粘度が得られる。特に特許文献1、特許文献2、特許文献3および特許文献4と比較のこと。
励振アセンブリ40は、例えば、フローチューブ10または防振器20に取り付けられ作動中に適切な励振電流が流される筒状の励振コイルと、防振器20またはフローチューブ10に取り付けられ、少なくとも部分的に励振コイルに載る永久磁石アーマチャーを含む、単純なソレノイドであってよい。励振アセンブリ40は、例えば特許文献1に示されるような1つまたはそれより多くの電磁石によって実施されても良い。
フローチューブ10の振動を感知するため、変換器は特に電気機械式の(electrodynamic)センサー装置50を有する。このセンサー装置は、フローチューブ10の、特に導入側および排出側の運動を、少なくとも第1のセンサー51によって、場合によっては第2のセンサー52によっても感知し、当業者に良く知られた方法で対応するセンサー信号SおよびSに変換する、このような変換器に共通に用いられるもので合って良い。センサー51および52としては、フローチューブ10および防振器20の振動を相対的に測定する電気機械粘度センサー、電気機械変位センサー、または加速センサーが用いられて良い。電気機械センサー装置の代わりに、抵抗ひずみ計、圧電ひずみ計または光電子センサー装置を使ったセンサー装置を用いても良い。センサー信号は、特にデジタル式の、適切な評価用の電子部品によって当業者によく知られた方法で対応する測定値に変換されることが可能である。上記の励振アセンブリ40のための制御用電子部品と、センサー装置50に接続された評価用電子部品は、変換器ケース100に装着されても良い電子部品ケース200に収容されても良い。
図2および図3に示される通り、励振アセンブリ40は、フローチューブ10および防振器20に同時に、そして特に別個に作用するように設計され、変換器上に配置される。同様に、センサー装置50は、フローチューブ10の振動と防振器20との振動とを別個に感知するように設計され、変換器上に配置される。
フローチューブのねじれ振動周波数とたわみ振動周波数とが異なるように選択されるといった上記の場合、変換器は、例えば、信号フィルタリングプロセスまたは周波数解析に基づいて、ねじれ振動とたわみ振動とが同時に励振された場合であっても単純で有利な方法で、励振信号およびセンサー信号の両方において個々の振動モードを分離することができる。
本発明によれば、前述の特許文献3または特許文献4の変換器と異なり、例えば、フローチューブ10、防振器20および、それに取り付けれたセンサーアセンブリ50および励振アセンブリ40の質量分布は互いに適合し、このため、導入管部11および排出管部12に装着された内側変換部が、少なくともフローチューブ10内に、好ましくはチューブの長手方向軸Lのできるだけ近傍に位置する重心MSを有する。更に、好ましくは内側部分は、導入管部11および排出管部12と軸合わせされて、少なくともその一部がフローチューブ10内にある第1の慣性主軸Tを有するように、設計されてもよい。内側部分の重心MSのずれのため、好ましくは前述の第1の慣性主軸Tの配置のために、フローチューブ10の振動の2つの形態、すなわち、防振器20によって大部分がバランスするねじれ振動およびたわみ振動は、殆ど完全に互いから絶縁される。この結果、特に、特許文献1、特許文献2または特許文献3にて開示されている変換器と異なり、振動の両方の形態が本発明では有利な方法にて、簡単に別個に励振されることが可能である。
重心MSおよび第1の慣性主軸Tの両方のフローチューブの長手方向軸Lへのずれは、例えば、内側部分およびその構成部品、すなわち互いに関連するフローチューブ10、防振器20、センサー装置50および励振アセンブリ40を、フローチューブの長手方向軸Lに沿った内側部分の質量分布が実質的に対称であり、少なくともフローチューブの長手方向軸Lを中心とした180度の仮想回転にあっても不変であるように(c2対称)、設計、配置することで大いに単純化できる。
本発明の第1の実施形態において、好ましくは筒状でありまた好ましくはおおむね軸対称な防振器20は実質的にフローチューブ10と同軸であり、このために、内側部分の対称の質量分布が非常に単純に達成され、これによって重心MSは単純な方法でフローチューブの長手方向軸Lの近傍の点に移動する。
更に、センサー装置50および励振アセンブリ40は、これらによって発生する慣性モーメントが、フローチューブの長手方向軸とできるだけ同心であるか、少なくとも最小に維持されるように、設計され、互いに対してフローチューブ10および防振器上で位置決めされる。これは、例えば、センサー装置50と励振アセンブリ40との共通の重心もがフローチューブの長手方向軸Lのできるだけ近傍に配される場合、および/または、センサー装置50と励振アセンブリ40との総重量が最小に維持される場合、において達成可能となる。
本発明の更に別の実施形態によると、フローチューブ10のねじれ振動および/またはたわみ振動を別個に励振するために、励振アセンブリ40は、たわみ振動を生み出す力が、第1の慣性主軸Tと直交する軸である第2の慣性主軸T から外れて通る仮想の線に沿って、または、第2の慣性主軸T と最大1箇所で交わる仮想の線に沿ってフローチューブ10に作用するように、設計され、かつ、フローチューブ10および防振器20に取り付けられる。更に、内側部分は第2の慣性主軸Tが上記中心軸と実質的に一致するように設計される。
図4に示される実施形態において、励振アセンブリ40は、作動中に少なくとも断続的に励振電流または部分的な励振電流が流され、フローチューブ10に接続するレバー41cに取り付けられ、このレバー41cおよび防振器20の外側に取り付けられたアーマチャー41bを通して、フローチューブ10および防振器20に対し別個に作用する第1の励振コイル41aを有する。この配置の利点の一つは、防振器20の断面、すなわち変換器ケース100の断面は、小さいものに維持され、同時に、励振コイル41aは、特に組み立て中にアクセスが容易であるという点である。励振アセンブリ40の本実施形態の別の利点は、特に公称直径が80mmを超えるような無視できない程に重量のあるカップ鉄心41dもが防振器20に取り付け可能であり、これによって、フローチューブ10の共鳴振動数に実質的にまったく影響が出ないという点である。しかしながら、この点において、必要な場合は、励振コイル41aを防振器20に接続し、アーマチャー41bをフローチューブ10に接続することも可能である。
本発明のまた別の実施形態によると、特に、質量分布に対する上記要求を満たすため、励振アセンブリ40は、フローチューブ10の直径に沿って位置決めされ、フローチューブ10および防振器20に励振コイル41aと同様な方法で結合された第2の励振コイル42aを少なくとも有する。本発明の更に別の実施形態によれば、励振アセンブリは、2つの更なる励振コイル43aおよび44aを有し、すなわち、合計で4つの、少なくとも第2の慣性主軸Tに対して対称に配され、すべてが上記した方法にて変換器に装着されている励振コイルを有する。
第2の慣性主軸T から外れてフローチューブ10に作用する力は、励振コイルのうちの一つ、例えば励振コイル41aが他のコイルの各インダクタンスと異なるインダクタンスを有するか、作動中に励振コイルのうちの一つ、例えば励振コイル41aが他の励振コイル中の各部分的な励振電流と異なる部分的な励振電流が流される場合に、このような2つのコイル配置もしくは4つのコイル配置によって簡単な方法で発生させることができる。
本発明の更に別の実施形態によれば、図5に概略的に示される通り、センサー装置50は、第2の慣性主軸T から外れてフローチューブ10に取り付けられたセンサーコイル51aを有する。センサーコイル51aは防振器20に取り付けられたアーマチャー51bのできるだけ近傍に配され、また、このアーマチャーに、フローチューブ10と防振器20の間の縦方向の相対運動の回転運動、および/または、縦方向の相対運動による回転運動によって影響を受ける可変の測定電圧がセンサーコイルで発生させられるように、磁気的に結合される。本発明に従って位置決めされるセンサーコイル51aによって、上記のねじれ振動とたわみ振動とが共に有利な方法で同時に感知可能となる。しかしながら、必要な場合、センサーコイル51aを防振器20に、センサーコイル51aに取り付けられたアーマチャー51bをフローチューブ10に取り付けることも可能である。
必要な場合、励振アセンブリ40とセンサー装置50は、機械設計において事実上同一でも良く、更に、前述の励振アセンブリ40の機械設計の実施形態はセンサー装置40の機械設計に大部分が適用可能であり、またその逆も可能であることに留意されたい。
本発明の発展形態によれば、溝201および202は、内側部分の質量分布を調整するために防振器20に備えられている。これらの溝によって防振器20のねじれ共鳴振動数を正確に設定することが可能となり、故に、絶縁性能の向上および/または信号評価へのより高い適合が可能となる。図2および図3と比較のこと。図3にも概略的に示されるように、内側部分の質量分布はフローチューブ10に取り付けられた適切なカウンタウエイト101、102によって修正されることも可能である。カウンタウエイト101、102は、例えば、フローチューブ10上を滑動する金属リングや、フローチューブ10に取り付けられた板状体であってよい。
上記説明から簡単に明らかとなるように、本発明による変換器は、可能な設定の数の多さによって特徴づけられ、これにより、特に外側装着寸法および内側装着寸法の決定の後であっても、当業者はフローチューブ10および防振器20内で発生するねじれ応力を高品質でバランスさせることができ、これによって、ねじれ振動エネルギーが変換器の周囲環境へ失われることを最小にすることが可能となる。
本発明が図面および先の記載によって詳細に説明および記述されてきたが、このような説明および記述は特徴を限定するものではなく特徴を代表するものと解するべきであり、また、代表的な実施形態のみが示され記述さて来たものと理解され、かつ、本明細書に記述される本発明の精神および範囲内にて行われる変更および改良との全ては保護の対象となるものと、理解されるべきである。
管内を流れる流体の粘度を測定するための、管に接続されるように設計された測定器を示す。 図1の測定器での使用に適した振動変換器の一実施形態の斜視図である。 図2の変換器の横から見た断面図である。 図2の変換器の第1の断面図である。 図2の変換器の第2の断面図である。 図1の測定器での使用に適した振動変換器の別の実施形態の横から見た断面図である。

Claims (17)

  1. 管の内部を流れる流体のための振動変換器であって、
    前記流体を導くための実質的に直管のフローチューブであって、該フローチューブの導入側端部まで延びる導入管部と、該フローチューブの排出側端部まで延びる排出管部とを介して、接続管と連通し、作動中に少なくとも断続的に振動させられるフローチューブと、
    前記導入側端部および前記排出側端部に取り付けられ防振器と、
    前記導入管部および前記排出管部に取り付けられた変換器ケースと、
    少なくとも前記フローチューブを振動させるために、前記フローチューブおよび前記防振器に作用する励振アセンブリと、
    前記フローチューブの振動を感知するためのセンサー装置と、
    を有し、
    前記流体中に剪断応力を発生させるために、作動中に、前記導入管部および前記排出管部と実質的に軸合わせされた軸を中心に、前記フローチューブの少なくとも一部がねじれ振動し、かつ、前記流体中にコリオリ力を誘導するために、作動中に、前記フローチューブがその長手方向軸を中心に少なくとも断続的にたわみ振動し、
    前記ねじれ振動の振動数と前記たわみ振動の振動数とが異なるように選択され、
    少なくとも前記フローチューブ、前記防振器、前記センサー装置および前記励振アセンブリによって形成され、かつ、少なくとも前記導入管部および前記排出管部に装着され、前記変換器の内側部分が、前記フローチューブ内に位置する重心を有する、
    振動変換器。
  2. 請求項1に記載の変換器であって、前記内側部分の前記重心が、前記フローチューブの長手方向軸、特に前記導入管部および前記排出管部と軸合わせされた軸上にできるだけ正確に配された、変換器。
  3. 請求項1に記載の変換器であって、前記内側部分は、前記導入管部および前記排出管部と実質的に軸合わせされ、かつ、前記フローチューブ内に存在する、第1の慣性主軸を有する、変換器。
  4. 請求項1に記載の変換器であって、前記内側部分は、前記ねじれ振動の軸に対して実質的に対称の質量分布をする、変換器。
  5. 請求項1に記載の変換器であって、前記防振器は、実質的に筒状の形状を有し、かつ前記フローチューブと実質的に同軸である、変換器。
  6. 請求項1に記載の変換器であって、前記フローチューブのねじれ固有振動数と、前記防振器のねじれ固有振動数とは少なくともほぼ同一である、変換器。
  7. 請求項1に記載の変換器であって、前記防振器のねじれ固有振動数は、前記フローチューブのねじれ振動数の0.8倍を上回る、変換器。
  8. 請求項1に記載の変換器であって、前記防振器のねじれ固有振動数は前記フローチューブのねじれ振動数の1.2倍を下回る、変換器。
  9. 請求項1に記載の変換器であって、前記フローチューブは前記ねじれ振動と前記たわみ振動とを同時に行なう、変換器。
  10. 請求項9に記載の変換器であって、前記フローチューブのたわみ振動の振動数は前記フローチューブの最も低い固有たわみ共鳴振動数にできるだけ正確に一致している、変換器。
  11. 請求項に記載の変換器であって、前記励振アセンブリは、前記たわみ振動を発生させる力が、前記第1の慣性主軸と直交する軸である第2の慣性主軸から外れて通る仮想の線に沿って、あるいは、多くとも1点前記第2の慣性主軸と交わる仮想の線に沿って前記フローチューブに作用するように、設計され、かつ、前記フローチューブおよび前記防振器に取り付けられている、変換器。
  12. 請求項1に記載の変換器であって、前記励振アセンブリは、前記フローチューブに取り付けられ、作動中に少なくとも断続的に励振電流が流れ、また、前記フローチューブおよび前記防振器に、前記防振器に接続されたレバーと、前記レバーに取り付けられたアーマチャーとを介して作用する励振コイルを有する、変換器。
  13. 請求項11に記載の変換器であって、前記センサー装置は、前記変換器内前記第2の慣性主軸から外れて配置されたセンサーコイルと、前記センサーコイルに磁気的に接続されたアーマチャーとを備え、それらの相対的な配置、特に間隔が、前記フローチューブおよび前記防振器のねじれ振動およびたわみ振動の結果として変化し、これによって可変の測定電圧が少なくとも断続的に前記センサーコイル内に誘導される、変換器。
  14. 請求項1に記載の変換器であって、前記ねじれ振動の振動数は、前記フローチューブがその全長に渡って実質的に一方向にねじれるモードである基本ねじれ固有モードの固有共鳴振動数にできるだけ正確に一致している、変換器。
  15. 請求項1に記載の変換器であって、前記内側部分の質量分布を調整するために、追加の重量が前記フローチューブに取り付けられ、および/または、溝が前記防振器に形成されている、変換器。
  16. 管の内部を流れる流体の粘度を測定するための計測器であって、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の変換器を備えた計測器。
  17. 管の内部を流れる流体の粘度を測定するための、および、前記流体の質量流量および/または密度を測定するための計測器であって、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の変換器を備えた計測器。
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