JP5818898B2 - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Description

本発明は、コリオリ質量流量計であって、平行に延びる少なくとも４つの測定管を有しており、該測定管はそれぞれ対になって少なくとも１つの保持装置によって１つの振動ユニットを形成するようにまとめられていて、測定管は前記保持装置の開口部に取り付けられており、保持装置にはそれぞれ、センサ装置又はアクチュエータ装置の少なくとも一部が固定されている形式のものに関する。

コリオリの原理で作動する質量流量計は、一般的に少なくとも１つのアクチュエータ装置を有しており、このアクチュエータ装置によって測定管若しくは振動ユニットを振動させるように励起している。また、上記質量流量計は、通常２つのセンサ装置を有しており、これらのセンサ装置によって、測定管の励起された単数又は複数の振動を検出している。センサ装置は通常、振動ユニットの入口側及び出口側に取り付けられている。流量がない場合、両信号はほぼ同じ位相である。質量流量がある場合、流入部及び流出部においてコリオリ力が異なることにより、両信号の位相のずれが生じる。この位相のずれは質量流量に比例しているので、質量流量を位相のずれを介して検出することができる。

アクチュエータ装置とセンサ装置とは主として、電気的な経路を介して、振動を測定管に伝達する（力の作用）、若しくは測定管の振動を検出する（誘導作用）ために、例えば１つの永久磁石と磁石コイルとを有しているように形成されている。出願人にとって実践的に公知である４つの測定管を備えたコリオリ質量流量計では、それぞれ２つの測定管が少なくとも１つの保持装置によって１つの振動ユニットを成すようにまとめられており、この振動ユニットは１つのアクチュエータ装置によって振動するように励起される。しかしながら先行技術により公知のコリオリ質量流量計の欠点は、一方の振動ユニットの測定管が、他方の振動ユニットに対して相対的に振動させられるだけではなく、一方の振動ユニットの両測定管は互いに相対的にも振動させられる恐れがあり、これによりコリオリ質量流量計の測定結果に不都合な影響を与えていることである。

上記先行技術を基点として本発明は、向上した測定精度を有するコリオリ質量流量計を提供することを課題としている。

本発明の課題は、上位概念の形式のコリオリ質量流量計において、１つの測定管対の両測定管中心軸線が共通の１つの平面Ｅを形成しており、保持装置は少なくとも２つの固定付加部を有しており、該固定付加部は前記平面Ｅにおいて延びており、固定付加部を有した保持装置は、前記測定管中心軸線の方向の投影図で見て、前記平面Ｅに関して鏡像対称的に形成されていることにより解決される。

従ってこのコリオリ質量流量計は、互いに平行に延びる４つの測定管から成っており、これらの測定管のそれぞれ２つが、少なくとも１つの保持装置によって１つの振動ユニットを成すようにまとめられている。有利には、１つの振動ユニットのそれぞれ２つの測定管に全部で３つの保持装置が固定されており、１つの保持装置がアクチュエータ装置の部分を支持しており、その他２つの保持装置がセンサ装置の部分を支持している。保持装置は測定管のための開口部を有しているので、保持装置は、まとめられた２つの測定管上に被せ嵌めることができ、測定管に、例えば溶接により結合される。保持装置は、１つの振動ユニットを成すようにまとめられた２つの測定管の互いに相対的な振動を保持装置によって防止するように安定的に形成されている。

保持装置に保持された両測定管は、互いに平行に延びる両測定管軸線によって１つの共通の平面Ｅを規定しており、従ってこの平面Ｅでは両測定管中心軸線が延びている。保持装置には、保持装置の両側で、それぞれ対向して位置する２つの固定付加部が配置されている。これらの固定付加部は平面Ｅで延びている。即ち例えば両測定管が保持装置において互いに上下に配置されている場合、それぞれ１つの固定付加部が測定管の上方に、１つの固定付加部が測定管の下方に配置されている。

固定付加部が平面Ｅで延びているとは、この場合単に、各固定付加部の少なくとも一部が平面Ｅと交差している、若しくは平面Ｅの内側に位置していることを意味する。即ち固定付加部は、測定管がそれぞれ両固定付加部の間に位置しており、固定付加部が測定管に対して対称的に延びているように配置されている。

固定付加部には、センサ装置又はアクチュエータ装置のそれぞれ一部が取り付け可能である。「センサ装置又はアクチュエータ装置の一部」とはこの場合、センサ装置又はアクチュエータ装置のそれぞれ第一の部分のみが固定付加部に固定されていることを意味している。コリオリ質量流量計の運転のための完全なセンサ装置又はアクチュエータ装置は、センサ装置又はアクチュエータ装置の互いに向かい合って配置された２つの部分、例えば、運転中にセンサ装置又はアクチュエータ装置の機能と協動する永久磁石とコイルの協働によって初めて得られる。従ってこのことは、２つの測定管から成る１つの振動ユニットに、測定管の上側及び下側にセンサ装置又はアクチュエータ装置の一部を支持する１つの保持装置が取り付けられている場合に、第２の測定管対から成る第２の振動ユニットに相応に、第１の保持装置に向かい合って位置する第２の保持装置が取り付けられており、この第２の保持装置はそれぞれ、センサ装置又はアクチュエータ装置の第２の部分を支持していることを意味している。第１及び第２の保持装置におけるセンサ装置又はアクチュエータ装置の第１の部分及び第２の部分は、測定管を振動させたり、測定管の振動を検出するために、コリオリ質量流量計の運転中互いに相互作用することができる。

構成部材に関してセンサ装置とアクチュエータ装置とは通常は同様に形成されており、アクチュエータ装置では測定管を振動させるために使用される構成部材が、センサ装置では振動を検出するために使用される。これは、アクチュエータ装置が基本的にはセンサ装置としても使用できる、若しくはセンサ装置が基本的にはアクチュエータ装置としても使用できることを意味している。各構成部材の使用は、例えば測定装置の運転中でも切り換えることができるので、この構成部材は最初は振動の励起のために使用され、次いで振動の検出のために使用される。

「センサ装置又はアクチュエータ装置」は専らこのように理解されるべきではなく、つまり、保持装置にセンサ装置の一部のみが、又はアクチュエータ装置の一部のみが固定されていることを意味しているだけではなく、保持装置が一方の固定付加部でセンサ装置を、他方の固定付加部でアクチュエータ装置を支持することができることも意味している。有利には保持装置には、センサ装置又はアクチュエータ装置の有利には２つの第１の部分が固定されており、反対側に配置された保持装置は相応に第２の部分を支持する。センサ装置又はアクチュエータ装置の部分を受容するために、固定付加部は受容領域を有している。

固定付加部を有した保持装置は、測定管軸線の方向の投影図で見て平面Ｅに関して鏡像対称的に形成されているという特別な利点を有している。このことは基本的に、固定付加部を有した保持装置の基本形状が、測定管中心軸線の方向で、平面Ｅに関して鏡像対称的であることを意味している。固定付加部を有した保持装置は従って、その投影図において平面Ｅの右側及び左側で鏡像対称的に延びている。これにより保持装置には、有利な安定性と卓越した振動特性が得られ、これにより１つの振動ユニットにまとめられた複数の測定管の間の外乱振動は減衰されるか、または遮断される。

有利には、保持装置の本体が、測定管中心軸線の方向での延在全体において平面Ｅに関して鏡像対称的であるが、特に固定付加部では、対称性に関して僅かなずれが生じることがある。そのずれは、センサ装置又はアクチュエータ装置の固定のための受容領域によって生じるものであるが、保持装置の振動特性に影響はない。

保持装置の安定性をさらに向上させるために、コリオリ質量流量計の第１の別の構成では、保持装置と固定付加部とが一体的に形成されており、特に唯一つの素材部分から製造されている。保持装置は固定付加部と一緒に有利には、唯一つの素材部分から加工成形されており、例えばフライス加工されており、このことは多部分から成る、又は溶接された保持装置に対して、正確な寸法保持性を実現することができ、特に不均一な熱量により材料応力が生じることがないという利点を有している。唯一つの素材部分から製造することに対して選択的に、保持装置を固定付加部と共に鍛造することもできる。この場合、保持装置は固定付加部と共に一次成形過程によって製造される。このように製造された、２つの測定管を１つの振動ユニットとなるように結合させるための保持装置は、高められた安定性を有しており、結合された測定管の互いに相対的に生じる恐れがある外乱振動を確実に防止する。

測定管中心軸線の方向での保持装置の延在が、測定管壁厚さの２倍よりも大きくて、測定管直径よりも小さいと特に有利である。測定管中心軸線の延在方向でこのように規定された保持装置の厚さにより、とりわけ、測定管と保持装置との間の接触面の大きさが規定されるので、測定管は十分なサイズで保持装置によって支持されている。測定管中心軸線の方向での保持装置の延在と、測定管の壁厚さ及び測定管直径との上記の比は、保持装置のために、所定の断面二次モーメントを規定し、これにより特に、１つの振動ユニットを成すように結合された両測定管の振動を減衰し回避する。

測定管中心軸線の方向での保持装置の延在が、測定管直径の約半分に相当するならば、保持装置の厚さと測定管直径との間の特に有利な比であると言える。測定管の半径にほぼ相当する保持装置の材料厚は、測定管直径が３０〜４５ｍｍであって、測定管厚さが０．５〜１．５ｍｍである場合、特に振動特性の最適化を実現する。

コリオリ質量流量計の機能的な使用のためには、振動ユニットにそれぞれ正確に互いに向かい合って位置するように各１つの保持装置を取り付ける必要があるので、有利な別の構成では、保持装置の側方の側面が、両測定管中心軸線の間で、平面Ｅに対して平行に延びていて、特に側方の側面が互いに平行に延びている。保持装置の全幅はこの場合、できるだけ細く、この場合、最小幅は、測定管直径及び保持装置の最小壁厚さによって規定されている。特に測定管中心軸線の間で平面Ｅに対して平行に延びる、互いに平行な側面により、保持装置の膨張が回避され、各振動ユニットにおいて互いに向かい合うように配置された保持装置が、コリオリ質量流量計の運転状態で相互に影響しないこと、特に互いに接触しないことが保証される。

コリオリ質量流量計の有利な別の構成では、保持装置の固定付加部が、測定管中心軸線の延在方向で矩形の投影図を有している。固定付加部のほぼ矩形の形状は保持装置の安定性を高めており、保持装置が両側でそれぞれ１つの固定付加部ぶんだけ拡大されていて、この固定付加部が保持装置を、固定付加部なしでは僅かな材料厚さである領域で補強している。矩形の固定付加部によりさらに、保持装置のねじり剛性が高まる。

安定性が同じままでありながら保持装置の重量を減じるために、別の構成では、保持装置が、測定管のための両開口部の間で、それぞれ平面Ｅの右側及び左側に１つの孔を有している。この場合、これらの孔は前記開口部に対して平行に延びている。孔によって、保持装置の総重量は減じられるが、有利な安定性は維持される。これらの孔は有利には、保持装置における測定管のための両円形の開口部の間のほぼ三角形の中間領域に設けられている。この場合、孔の直径は、これらの孔がそれぞれ、前記開口部の領域における保持装置の最小の壁厚さに相当する最小壁厚さによって取り囲まれるように選択されている。孔の代わり、任意のジオメトリの切欠を設けることもできる。これらの切欠は適当な方法で切削されるか又は切削されずに加工成形される。方法としては例えば、放電加工又はレーザー切断が適している。固定付加部を備えた保持装置を一次成形により製造する場合には、既に製造時に切欠を設けることができる。

保持装置の十分な安定性を保証するために、一実施態様では、測定管のための開口部の領域における保持装置の最小の壁厚さ、即ち、測定管中心軸線に対して半径方向での最小の壁厚さは、測定管直径の少なくとも約１０％に相当する。従って保持装置の最小の幅は、測定管直径の約１２０％である。最小の壁厚さは、測定管を貫通案内するために必要な開口部にも関わらず、保持装置の十分な安定性を保証し、外乱振動の減衰を確実にするために必要なものである。

特に有利な構成では、固定付加部を有した保持装置の基本形状が、前記平面Ｅに対して直交して延び、１つの測定管対の両測定管中心軸線の間の真ん中に位置する平面Ｂに関しても鏡像対称的に形成されているならば、保持装置の特に有利な剛性が得られる。測定管が保持装置に対称的に取り付けられるので、保持装置の鏡映面は結果として、測定管を貫通案内するための両開口部の間のちょうど真ん中に位置している。従って保持装置は、平面Ｂの両側で同様に延びており、この場合、いずれにせよ常に、平面Ｂの両側では、保持装置にそれぞれ１つの固定付加部が設けられている。このような構成によれば、保持装置はほぼ完全に対称的であって、このことは保持装置の減衰特性及びねじり剛性に有利に作用する。

別の実施態様では、固定付加部を備えた保持装置がステンレス鋼から製造されている。ステンレス鋼の使用により、保持装置は腐食損傷に対して抵抗力があり、長期振動負荷により生じる、従来の鋼では材料疲労につながる恐れがある損傷に対して抵抗力がある。さらにステンレス鋼製の保持装置は、腐食性の媒体による腐食及び侵食にも抵抗力がある。

一実施態様により、測定管の端部領域において両側にそれぞれ２つの結合プレートが設けられており、これらの結合プレートは対称的に形成されていて、該結合プレートの厚さは、測定管中心軸線の方向での保持装置の延在に相当するならば、コリオリ質量流量計の安定性は全体として向上する。このためにこれらの結合プレートは端部領域で互いに間隔を置いて配置されており、これによりコリオリ質量流量計の測定領域は、その都度両側に設けられた内側の結合プレートの間に規定される。それぞれ端部領域における両結合プレートによって、コリオリ質量流量計を取り囲む導管への振動の伝達は確実に回避され、質的に価値の高い測定値が保証される。結合プレートの厚さは、有利には保持装置の厚さに相当し、従って、保持装置のための既定値に応じて寸法設定される。結合プレートは有利には、唯一つの素材部分から製造され、例えば１つの素材部分から４つの測定管のための４つの開口部が切り欠かれ、結合プレートは４つの測定管に被せ嵌められ、これらに結合される。結合プレートも有利には、平面Ｅ及び平面Ｂに関して完全に対称的である。

詳しくは、本発明によるコリオリ質量流量計を形成する、または、有利な構成を形成する多数の可能性がある。このためには、請求項１に続く複数の請求項と、図面につき説明した有利な実施例の以下の説明を参照されたい。

コリオリ質量流量計のための保持装置の一実施例を示す斜視図である。 図１の保持装置の実施例を示す正面図である。 図１の保持装置の実施例を示す側面図である。 図１の保持装置の実施例を示す平面図である。

図１には、平行に延びる４つの測定管を備えたコリオリ質量流量計（図示せず）のための保持装置１が示されている。この保持装置１は、組み付け状態で２つの測定管を１つの振動ユニットとなるようにまとめている。この場合、これらの測定管は保持装置１を介して互いに堅固に連結される。保持装置１は、測定管に固定するために、若しくは測定管に被せ嵌めるために開口部２を有していて、この開口部２内に測定管が取り付けられる。

図２には、図１の保持装置の正面図が示されている。複数の測定管（図示せず）の複数の測定管中心軸線３は、図２において保持装置１を垂直に通って延びる１つの共通の平面Ｅに位置している。図２に示された保持装置１の測定管中心軸線３の延在方向での投影図は、平面Ｅに対して対称的であり、これにより保持装置１のために有利な振動特性が得られる。保持装置１は２つの固定付加部４を有しており、これらの固定付加部４はこの実施例では保持装置１に一体的に形成されていて、この場合、保持装置１は固定付加部４と共に１つの素材から製造されている。保持装置１の側方の側面５は互いに平行かつ平面Ｅに対しても平行に延在しており、これにより保持装置１の有利な細い構成形状が得られる。

図３には、図１の保持装置１の側面図が示されている。この側面図では、この場合、測定管直径のほぼ半分に相当する、測定管中心軸線３の方向での保持装置１の延在が極めて明確に示されている。固定付加部４には、第１の切欠６と第２の切欠７とが設けられており、これらの切欠は、センサ装置又はアクチュエータ装置の部分（図示せず）を固定するために用いられる。センサ装置又はアクチュエータ装置の部分は第１の切欠６に固定されており、第２の切欠７は、固定工具を切欠６に接近させるために利用される。両切欠６，７は、保持装置１の形状を完全な対称ではなくする唯一の部分であるが、振動特性に影響はない。即ち、投影図の対称性は切欠の存在にもかかわらず維持されている（図２参照）。

図４には、図１の保持装置１の平面図が示されており、この図では保持装置１の全幅が示されている。この場合、保持装置１の全幅は、測定管直径の約１２０％に相当する。上方の領域には、センサ装置又はアクチュエータ装置の部分（図示せず）を固定するために、固定付加部４に切欠６，７が配置されている。両側面５は互いに平行に延びており、それぞれ平面Ｅに対しても平行である。

重量削減のために、図２によれば、測定管のための両開口部２の間に生じる三角形の領域に孔８が設けられており、これらの孔８は開口部２に対して平行に延びており、この場合同時に、内実の保持装置１の十分な安定性は維持されている。開口部２の領域９における保持装置の最小限の壁厚さは、測定管直径の約１０％であり、即ちこの場合、開口部２の直径の約１０％である。これらの孔８も、開口部２の領域９における前記最小限壁厚さに相当する最小限壁厚さによって周りを取り囲まれている。固定付加部４は、測定管中心軸線３の延在方向で、矩形の基本形状を有しており、このような形状により、保持装置１は、図２で見て上方領域及び下方領域でそれぞれ補強されている。

図１〜図４に示した保持装置１は、投影図で見て、平面Ｅに関して対称的であるだけではなく、測定管中心軸線３に対して平行に延び、両測定管中心軸線３の間の真ん中に位置する平面Ｂ（図２参照）に関しても完全に対称的である。平面Ｂはこの実施例では、孔８の中心軸線上に正確に位置している。測定管直径は、この実施例では約３８ｍｍであり、この場合、測定管（図示せず）の壁厚さは約０．７ｍｍである。

従って、図１に示されているように、保持装置１は、切欠６，７を除いて、平面Ｅ及び平面Ｂに関して完全に対称的であり、これにより、保持装置１に取り付けられた測定管の互いに相対的な相対振動を回避し、測定管中心軸線３を垂直に通って延びる長手方向軸線に対して保持装置１がねじれることを回避する有利な減衰特性が得られる。

Claims (11)

1. コリオリ質量流量計であって、平行に延びる少なくとも４つの測定管を有しており、該測定管はそれぞれ対になって少なくとも１つの保持装置（１）によって１つの振動ユニットを形成するようにまとめられていて、測定管は前記保持装置（１）の開口部（２）に取り付けられており、保持装置（１）にはそれぞれ、センサ装置又はアクチュエータ装置の少なくとも一部が固定されている形式のものにおいて、
   １つの測定管対の両測定管中心軸線（３）が共通の１つの平面（Ｅ）を形成しており、保持装置（１）は少なくとも２つの固定付加部（４）を有しており、該固定付加部（４）は前記平面（Ｅ）において延びており、固定付加部（４）を有した保持装置（１）は、前記測定管中心軸線（３）の方向の投影図で見て、前記平面（Ｅ）に関して鏡像対称的に形成されていることを特徴とする、コリオリ質量流量計。
2. 保持装置（１）が固定付加部（４）と一体的に、１つの素材部分から製造されている、請求項１記載のコリオリ質量流量計。
3. 前記測定管中心軸線（３）の方向における保持装置（１）の延在は、測定管壁厚さの２倍よりも大きくて、測定管直径よりも小さい、請求項１又は２記載のコリオリ質量流量計。
4. 前記測定管中心軸線（３）の方向における保持装置（１）の延在は、測定管直径の約半分に相当する、請求項１から３までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
5. 前記両測定管中心軸線（３）の間で保持装置（１）の側方の両側面（５）が、前記平面（Ｅ）に対して平行に延在している、請求項１から４までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
6. 保持装置（１）の固定付加部（４）が、前記測定管中心軸線（３）の方向で、矩形の投影図を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
7. 測定管のための両開口部（２）の間で保持装置（１）が、前記平面（Ｅ）の左側及び右側でそれぞれ１つの孔（８）を有しており、該孔（８）は前記開口部（２）に対して平行に延在している、請求項１から６までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
8. 測定管のための前記開口部（２）の領域（９）における保持装置（１）の最小限壁厚さが、即ち測定管中心軸線（３）に対して半径方向の最小限壁厚さが、測定管直径の約１０％に相当する、請求項１から７までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
9. 固定付加部（４）を有した保持装置（１）が、前記平面（Ｅ）に対して直交して延び、１つの測定管対の両測定管中心軸線（３）の間の真ん中に位置する平面（Ｂ）に関しても鏡像対称的に形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
10. 固定付加部（４）を備えた保持装置（１）が、ステンレス鋼から製造されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。
11. 測定管の端部領域の両側にそれぞれ２つの結合プレートが設けられており、これらの結合プレートは対称的に形成されていて、該結合プレートの厚さは、測定管中心軸線（３）の方向での保持装置（１）の延在に相当する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のコリオリ質量流量計。

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