JP5819422B2 - 改良されたメータケースを備えた振動式メータ - Google Patents

Description

本発明は、振動式メータに関するものであり、さらに詳細には改良されたメータケースを備えた振動式メータに関するものである。

例えばデンシトメータ、体積流量メータおよびコリオリフローメータの如き振動式メータは、例えば密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度、他の情報などの如き物質の１つ以上の特性を測定するために用いられている。振動式メータは、１つ以上の導管を備えている。当該１つ以上の導管は、例えば直線形状、Ｕ字形状または不規則形状の如きさまざまな形状を有することが可能である。
１つ以上の導管は、例えば単純曲げモード、ねじれモード、ラジアルモードおよび結合モードを含む一組の固有の振動モードを有している。物質の特性を求めるために、１つ以上の導管は、これらのモードのうちの一つのモードで少なくとも１つのドライバによって共振周波数で振動させられる。このモードのことを以下、ドライブモードと呼ぶ。１つ以上のメータ電子機器は、正弦波ドライバ信号を少なくとも一つのドライバへ送信するようになっている。このドライバは、通常マグネット／コイルを組み合わせたものであり、マグネットは導管に固定され、コイルはマウント用構造体または他の導管に固定されている。このドライバ信号により、ドライバは、ドライブモードでかつドライブ周波数で１つ以上の導管を振動させる。例えば、ドライバ信号はコイルに送信される周期的な電流であってもよい。

１つ以上のピックオフが、導管の振動を検出し、振動する導管の運動を表す正弦波ピックオフ信号を生成する。通常、ピックオフはマグネット／コイルを組み合わせたものである。通常、マグネットは導管に固定され、コイルはマウント用構造体または他の導管に固定されている。ピックオフ信号は１つ以上のメータ電子機器へ送信される。周知の原理によれば、ピックオフ信号は、必要ならば、物質の特性を求めるため、またはドライバ信号を調節するために１つ以上の電子機器によって用いられるようになっていてもよい。

通常、振動式メータには、導管に加えて、ケース、ベース、フランジなどの如き１つ以上のメータコンポーネントがさらに設けられている。本質的にすべてのさらなるメータコンポーネントがさまざまな振動特性に起因する測定問題を引き起こす恐れがあるが、ケースの振動特性は、最も一般的であり、かつ最も大きな影響を与える測定問題を引き起こす。従って、下記の議論では、ケースが焦点であるものの、同様の振動問題および解決策が他のメータコンポーネントに対しても適用可能である。さまざまなメータコンポーネントによって引き起こされる測定問題は、ケースの如きメータコンポーネントの振動から導管の振動を区別することが困難であるということに起因する。この困難性の１つの理由は、導管の場合と同様に、ケースも、例えば単純曲げモード、ねじれモード、ラジアルモードおよび側面モードなどを含む１つ以上の固有の振動モードを有しているからである。あるモードの振動を誘発する周波数は一般的に、ケースの形成に用いられる材料、ケースの厚み、温度、圧力などの如き複数の要因に依存して異なる。ドライバにより生成されるまたはポンプの如き材料処理システムの他の供給源から来る振動力によって、ケースは複数の固有モードのうちの１つのモードで振動する恐れがある。１つ以上の導管を振動させるために用いられる周波数がケースを固有の振動モードのうちの１つのモードで振動させる周波数に一致しているような場合、物質の特性を正確に測定することは困難となる。ケースの複数のモードの振動は、導管の振動と干渉して測定誤差をもたらす恐れがある。

ケースの振動モードを誘発する周波数を導管の振動モードから分離する試みが先行技術において数多くなされてきた。これらの周波数には、ケースおよび流体を充填した導管のさまざまな振動モードの固有共振周波数が含まれる。さまざまなモードの振動を誘発する周波数を、例えば、予測される導管のドライブモードから離しかつ低減させるため、ケースを非常に剛性が高く及び/又は重く形成することができる。しかしながら、これらの選択肢は両方とも重大な欠点を有している。ケースの質量及び/又は剛性を大きくすると製造が複雑でかつ困難なものとなり、このことにより、コストが増大し、振動式メータの搭載が困難なものとなる。ケースの質量を増大させる従来の１つの特定のアプローチは、既存のケースに金属製の重りを溶接することであった。このアプローチでは、ケースの共振周波数を低減させるための振動エネルギーの消散が十分でなく、さらに、このアプローチでは、ほとんどの場合、費用がかかり、ケースの見栄えも良くない。
ケース内に振動モードを誘発する周波数とドライブ周波数とがオーバーラップする１つの理由は、導管とケースとが通常同様の材料から、すなわち両方とも金属から形成されているからである。金属製のケースは強度、防爆等級などの向上の如き複数の利点を有しているが、金属製のケースを用いることよって振動式メータの製造に追加されるコストは極めて高い。金属製のケースに起因する大幅なコストの増大はケースを溶接しなければならないからである。それに加えて、ケースにあるモードの振動を誘発するための周波数をドライブ周波数から十分に分離するためにかなりの量の時間及び/又はコストが費やされている。ケースに重量または厚みを追加するために、さらなる材料だけでなく、組み立てるためのさらなる時間も必要となる。従って、金属製の導管に対して金属製のケースを用いることは欠点が多い。

本発明は、これらおよび他の課題を克服し、当該技術分野の進歩を実現するものである。本発明は、改良されたメータケースを備えた振動式メータを提供する。メータケースは高減衰材料から形成される。メータケースの共振周波数は、低減され、導管の共振周波数から分離される。従って、振動式メータのドライブモードがメータケースにあるモードの振動を誘発してしまうという危険性が著しく減らされる。さらに、本発明のメータケースによって、溶接継手に起因するコストが実質的に必要ではなくなる。

発明の概略
本発明のある実施形態にかかる振動式メータが提供されている。かかる振動式メータは、第一の材料から形成される１つ以上の導管を備えている。かかる振動式メータは、１つ以上の導管のうちの一つの導管と結合され、当該導管の一部を１つ以上のドライブ周波数で振動させるように構成されるドライバと、１つ以上の導管のうちの一つの導管と結合され、当該導管の振動部の運動を検出するように構成される１つ以上のピックオフとをさらに備えている。本発明のある実施形態によれば、かかる振動式メータは、１つ以上の導管、ドライバおよび１つ以上のピックオフの少なくとも一部を取り囲み、第一の材料よりも高い振動減衰特性を有する第二の材料から形成されるケースをさらに備えている。

本発明のある実施形態に従って、第一の材料から形成される１つ以上の導管を備える振動式メータを形成する方法が提供されている。かかる方法は、１つ以上の導管のうちの一つの導管とドライバを結合するステップであって、ドライバが導管の少なくとも一部を１つ以上のドライブ周波数で振動させるように構成されるステップと、１つ以上の導管のうちの一つの導管と１つ以上のピックオフを結合するステップであって、１つ以上のピックオフが導管の振動部の運動を検出するように構成されるステップとを有する。本発明のある実施形態によれば、かかる方法は、第一の材料より高い振動減衰特性を有する第二の材料から形成されたケースで、１つ以上の導管、ドライバおよび１つ以上のピックオフの少なくとも一部を取り囲むステップを有する。

態様
本発明の１つの態様によれば、振動式メータは、第一の材料から形成される１つ以上の導管と、１つ以上の導管のうちの一つの導管と結合され、当該導管の少なくとも一部分を１つ以上のドライブ周波数で振動させるように構成されるドライバと、１つ以上の導管のうちの一つの導管と結合され、当該導管の振動部の運動を検出するように構成される１つ以上のピックオフと、１つ以上の導管、ドライバおよび１つ以上のピックオフの少なくとも一部を取り囲み、第一の材料よりも高い振動減衰特性を有する第二の材料から形成されるケースとを備えている。
好ましくは、ケースは複数のリブをさらに有している。
好ましくは、振動式メータは、導管用開口部をさらに備えている。
好ましくは、ケースは、１つ以上の電気リード線用のフィードスルー開口部をさらに有している。
好ましくは、振動式メータはケースと結合されるベースをさらに備えており、当該ベースは第二の材料から形成されている。
好ましくは、第一の材料が金属であり、第二の材料がプラスチックである。
好ましくは、振動式メータは、１つ以上の導管と結合される１つ以上のマニホールドと、ケースに形成され、１つ以上のマニホールドを受けように構成される１つ以上のマニホールド用開口部とをさらに備えている。
好ましくは、振動式メータは、１つ以上のマニホールド用開口部の各々に形成され、１つ以上のマニホールドの各々と結合されるシール部材を受けるように構成される溝をさらに備えている。
好ましくは、振動式メータは、ケースに形成され、所定の圧力で破断するように構成される破断ポイントをさらに備えている。
好ましくは、振動式メータの少なくとも一部が透明である。

本発明の他の態様によれば、第一の材料から形成される１つ以上の導管を備える振動式メータを形成する方法であって、１つ以上の導管のうちの一つの導管とドライバを結合するステップであって、ドライバが導管の少なくとも一部を１つ以上のドライブ周波数で振動させるように構成されているステップと、 １つ以上の導管のうちの一つの導管と１つ以上のピックオフを結合するステップであって、１つ以上のピックオフが導管の振動部の運動を検出するように構成されているステップと、 第一の材料より高い振動減衰特性を有する第二の材料から形成されケースで、１つ以上の導管、ドライバおよび１つ以上のピックオフの少なくとも一部を取り囲むステップとを有している。
好ましくは、かかる方法は、ケースに複数のリブを形成するステップをさらに有する。
好ましくは、かかる方法は、導管用開口部を画定するステップをさらに有する。
好ましくは、かかる方法は、ケースに１つ以上の電気リード線用のフィードスルー開口部を形成するステップをさらに有する。
好ましくは、かかる方法は、ケースとベースを結合するステップをさらに有しており、ベースが第二の材料から形成される。
好ましくは、第一の材料が金属であり、第二の材料がプラスチックである。

好ましくは、ケースは、１つ以上の導管と結合される１つ以上のマニホールドを受けるように構成される１つ以上のマニホールド用開口部を有しており、かかる方法は、１つ以上のマニホールドの各々とシール部材を結合するステップと、ケースに形成されるマニホールド用開口部の各々に形成される溝の中へシール部材を挿入するステップとをさらに有する。
好ましくは、かかる方法は、所定の圧力で破断するように構成される破断ポイントをケースに形成するステップをさらに有する。
好ましくは、かかる方法は、ケースの少なくとも一部を透明に形成するステップをさらに有する。

本発明のある実施形態にかかる振動式メータを示す図である。 本発明のある実施形態にかかる振動式メータ用のケースの一部分を示す図である。 本発明のある実施形態にかかるケースの一部分に配置されている振動式メータを示す図である。 本発明の他の実施形態にかかる振動式メータ用のケースの一部を示す図である。 本発明のある実施形態にかかるセンサー組立体を収納するケースを示す図である。 本発明のある実施形態にかかる振動式メータを示す部分組立図である。 ある金属のヒステリシスダイヤグラムを示す図である。 あるプラスチックのヒステリシスダイヤグラムを示す図である。

図１〜図７ｂおよび下記の記載には、本発明を最良のモードで実施および利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するために、従来技術の一部が単純化または省略されているものもある。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、以下の記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて本発明の複数の変形例を形成することもできる。従って、本発明は、以下の記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。

図１には、センサー組立体１０と１つ以上のメータ電子機器２０とを有しているメータの形態をとる振動式メータ５が示されている。振動式メータ５は、コリオリフローメータ、超音波フローメータ、容積フローメータ、デンシトメータなどであってもよい。メータ電子機器２０は、リード線１００を介してセンサー組立体１０へ接続され、経路２６を介して、例えば流体密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度および他の情報の如き物質の特性を測定する。

本実施形態にかかるセンサー組立体１０は、一対のフランジ１０１、１０１’と、マニホールド１０２、１０２’と、ドライバ１０４と、ピックオフ１０５、１０５’と、導管１０３Ａ、１０３Ｂとを備えている。ドライバ１０４及びピックオフ１０５、１０５’は導管１０３Ａ、１０３Ｂに接続されている。ドライバ１０４は、当該ドライバ１０４が導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部１５０をドライブモードで振動させることができる位置で導管１０３Ａ、１０３Ｂに固定されている。導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部１５０は、曲げ軸線Ｗ、Ｗ’を中心に振動する。曲げ軸線Ｗ、Ｗ’は、導管１０３Ａ、１０３Ｂと結合されているブレースバー１２０〜１２３によって少なくとも部分的に規定される。いうまでもなく、導管１０３Ａ、１０３Ｂにおいて、振動しない部分または振動するのが好ましくない部が他にも存在しうる。これらのいわゆる導管１０３Ａ、１０３Ｂの「非振動」部１５１は、例えば上側ブレースバー１２２、１２３のおおむね下方の部分である。いうまでもなく、１つの振動部１５０と１つの非振動部１５１のみが概説されている。しかしながら、導管１０３Ａと導管１０３Ｂとが実質的に平行になっているので、導管１０３Ａの振動する部分は、導管１０３Ｂの振動する部分と略同一である。同様に、導管１０３Ａの非振動部は導管１０３Ｂの非振動部と実質的に同一である。同様に、非振動部１５１は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの流入口側端部でのみ特定されているが、流出口側ブレースバー１２３、１２１より下方の流出口側の部分も同様に、導管１０３Ａ、１０３Ｂの非振動部である。

ピックオフ１０５、１０５’は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部の運動を検出するように、導管１０３Ａ、１０３Ｂに固定されている。従って、振動式メータでは、導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部１５０の振動が対象となる。以下の説明の都合上、導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部１５０、ドライバ１０４およびピックオフ１０５、１０５’を除く振動式メータ５のコンポーネントは、振動するのが好ましくなくかつ導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動に干渉する恐れのあるメータコンポーネントとしてグループ化することができる。
コリオリフローメータの測定機能を欠いている振動式メータを含む任意のタイプの振動式メータと本明細書に記載の原理を組み合わせることも、本発明の技術範囲内であることは当業者にとって当然である。このようなデバイスとしては、限定するわけではないが例えば、振動式デンシトメータ、容積流量メータなどが挙げられる。

本実施形態にかかるフランジ１０１、１０１’はマニホールド１０２、１０２’と結合されている。また、本実施形態にかかるマニホールド１０２、１０２’は導管１０３Ａ、１０３Ｂの両側の端部に固定されている。物質を運ぶパイプラインシステム（図示せず）の中にセンサー組立体１０が挿入されると、物質がフランジ１０１を通ってセンサー組立体１０の中に流入し、流入口側マニホールド１０２を通り、ここで物質の全量が導管１０３Ａおよび１０３Ｂの中に流され、導管１０３Ａおよび１０３Ｂを流れ、流出口側マニホールド１０２’の中へ流れ込み、ここでフランジ１０１’からセンサー組立体１０の外へと流出する。
上述のように、ドライバ１０４は、導管１０３Ａ、１０３Ｂをドライブモードで振動させることができる。本発明のある実施形態では、ドライブモードとは、例えば第一の逆位相曲げモードであってもよい。また、導管１０３Ａ、１０３Ｂは、曲げ軸線ＷおよびＷ’に対して実質的に同一の質量分布、慣性モーメントおよび弾性モジュールをそれぞれ有するように、選択され、流入口マニホールド１０２および流出口マニホールド１０２’に適切に取り付けられてもよい。図示されているように、導管１０３Ａ、１０３Ｂは、マニホールド１０２、１０２’から外側に向けてほぼ並列に延びている。導管１０３Ａ、１０３ＢはおおむねＵ字形を有したものとして図示されているが、導管１０３Ａ、１０３Ｂが例えば真っ直ぐな形状または不規則形状を備えた構成であっても本発明の技術範囲内に含まれる。さらに、ドライブモードとして第一の逆位相曲げモード以外のモードを用いることも本発明の技術範囲内に含まれる。

ドライブモードが第一の逆位相曲げモードである本実施形態では、導管１０３Ａおよび導管１０３Ｂは、振動部１５０で、それぞれの対応する曲げ軸線Ｗおよび曲げ軸線Ｗ’を中心として、互に逆方向に向けてドライバ１０４によって振動させられるようになっている。ドライバ１０４は、マグネットが導管１０３Ａに取り付けられかつ反対側のコイルが導管１０３Ｂに取り付けられる構成のような複数の周知の構成のうちの１つの構成を有していてもよい。反対側のコイルに交流電流を流して両方の導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させることができる。１つ以上のメータ電子機器２０により、適切なドライブ信号をリード線１１０を通じてドライバ１０４へ加えることができる。いうまでもなく２つの導管１０３Ａ、１０３Ｂの方に説明が向けられているが、他の実施形態では、１つの導管だけが設けられるようになっていてもよい。
本発明のある実施形態では、１つ以上の電子機器２０が、ドライブ信号を生成し、このドライブ信号をリード線１１０を通じてドライバ１０４に伝送することにより、ドライバ１０４に導管１０３Ａおよび導管１０３Ｂの振動部１５０を振動させるようになっている。複数のドライバに向けて複数のドライブ信号を生成することも本発明の技術範囲内に含まれる。１つ以上の電子機器２０は、ピックオフ１０５、１０５’からの左側速度信号および右側速度信号を処理して例えば質量流量の如き物質の特性を計算するようになっている。経路２６は、当該技術分野において一般的に知られているように、１つ以上の電子機器２０にオペレータと通信させることを可能とする入力手段および出力手段を提供している。１つ以上の電子機器２０の回路の説明は、本発明の理解に必要ではないので、本明細書を簡潔にするために省略する。図１の記載は、１つの可能な振動式メータの動作の一例として提供しているに過ぎず、本発明の教示の限定を意図したものではないことは、当然のことである。

図２は、本発明のある実施形態にかかる振動式メータ５用のケース２００の一部を示す断面図である。ケース２００は、２つ以上の部分からなっており、接着剤により、スナップフィットにより、溶接により、ろう付けにより、または他の方法で適切に結合させることにより形成されうる。例えば、図２は、ケース２００の一部分２００ａのみを示している。いったん組み立てられると、それに対応するケース２００の第二の部分を第一の部分２００ａと結合させることで、センサー組立体１０の少なくとも一部を実質的に収容することができるようになる。実施形態によっては、ケース２００のこれらの２つの部分が参照番号２１０によってその全体が指し示されている外縁部分に沿ってのみ結合される場合もある。あるいは、これらの２つ以上の部分が複数の部位で結合されるようになっていてもよい。ケース２００は、導管１０３Ａ、１０３Ｂ、ドライバ１０４、ピックオフ１０５、１０５’の少なくとも一部を収容するように設けることができる（図３を参照）。いうまでもなく、当該技術分野において一般的に知られているように、ケース２００は、導管１０３Ａ、１０３Ｂ、ドライバ１０４、ピックオフ１０５、１０５’を保護することができる。

従来のケースがドライブモードとケースの共振周波数との間のオーバーラップに起因して１つ以上の振動モードで振動しやすい一方、本発明にかかるケース２００は、ドライブモード周波数よりも非常に低く、かつあるモードの振動を誘発するのに必要とされる共振周波数がドライブモード周波数から実質的に分離されている材料から形成されている。
本発明のある実施形態によれば、ケース２００の共振周波数はドライブモード周波数から非常に分離されている。このことは、導管１０３Ａ、１０３Ｂを第一の材料から形成し、ケース２００を、第一の材料よりも振動減衰特性が高い第二の材料から形成することにより達成されている。当該技術分野において公知になっているように、振動減衰とは、機械エネルギー（振動）を熱エネルギーに変換することである。減衰により生成される熱は、機械システムから周囲環境へと放出される。さまざまな複数の方法で減衰を特徴づけることができるものの、１つの特定の振動減衰特性はいわゆる減衰損失係数ηである。コンポーネントの減衰損失係数ηは次の式で表される：

η＝Ｄ／２πＷ （１）

この式で、ηは減衰損失係数であり、Ｄは１サイクル中に単位体積当たり消散されるエネルギーであり、Ｗは１サイクル中に蓄積される最大歪みエネルギーである。
いうまでもなく、１サイクル中の単位体積当たりの消散エネルギーが大きな材料または１サイクル中に蓄積される最大歪みエネルギーが小さな材料には、より大きな減衰損失係数が想定される。さまざまな材料用の減衰損失係数は、参照テーブル、参照チャート、参照グラフなどから入手可能である。あるいは、特定物質の減衰損失係数は実験的に求めることが可能である。従って、第一の材料が第二の材料より小さな減衰損失係数を有するように、第一の材料および第二の材料を選択することができる。このような材料としては、例えば金属およびプラスチック／ポリマーなどが挙げられる。一般的にいえば、ほとんどの金属は約０．００１程度の減衰損失係数を有している。それに対して、プラスチック／ポリマーは０．０１〜２．０の範囲の減衰損失係数を有している。従って、第一の材料に金属を選択し、第二の材料にプラスチック／ポリマーを選択することによって、第二の材料は、第一の材料の振動減衰特性よりも１０倍〜２０００倍の間の振動減衰特性を示すことができる。減衰損失係数の増大の１つの原因は、プラスチック／ポリマーが、粘弾性減衰、およびファイバーとポリマーとの間の界面に起因する摩擦損失を受けるからである。それに対して、ほとんどの金属は、プラスチック／ポリマーと比較して非常に小さなレベルの粘弾性減衰を受けるのみである。

図７ａおよび図７ｂには、第一の材料と第二の材料との間の異なる振動減衰特性が例示されている。図７ａには、第一の材料の１振動サイクル中における入力応力対応答歪みを表すヒステリシスダイヤグラムが示されている。 楕円内に含まれる面積は、１サイクル当たりの消散エネルギーと等しく、上述の減衰損失係数ηと関連するものである。図７ｂには、第二の材料の１振動サイクル中における入力応力対応答歪みを表すヒステリシスダイヤグラムが示されている。２つのダイヤグラムを比較することにより分かるように、図７ｂに示されている第二の材料の楕円内に含まれる面積は、図７ａに示されている第一の材料の楕円内に含まれる面積よりもはるかに大きい。従って、これらのダイヤグラムは、第二の材料が第一の材料よりも大きな振動減衰特性を有していることを示している。従って、第一の材料と第二の材料とに実質的に同一の振動エネルギーが与えられた場合、第二の材料が大きな振動減衰特性を有しているので、第一の材料は第二の材料よりも大きな振動速度を有することになる。従って、第一の材料の共振周波数ピークは、第二の材料の共振周波数ピークより大きくなる。

本発明のある実施形態によれば、導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部１５０は例えば金属から形成されている。このことは当該技術分野において一般的であり、また、導管１０３Ａ、１０３Ｂを形成するのに用いられる金属は、優れた耐蝕性および熱特性のためにチタンである。実施形態によっては、第一の材料と第二の材料とを流体密封性のシールで結合するのが実用的ではない場合もある。従って、導管１０３Ａ、１０３Ｂは、その全体を第一の材料から形成するようにしてもよい。
本発明のある実施形態によれば、導管１０３Ａ、１０３Ｂが金属から形成されている場合、ケース２００を例えばプラスチックから形成することができる。上述のように、プラスチックは金属よりもはるかに大きい振動減衰特性、例えばはるかに大きな減衰損失係数を有しているので、ケース２００にあるモードの振動を誘発するのに必要となる周波数は非常に小さくなる。それに対して、導管１０３Ａ、１０３Ｂにあるモードの振動を誘発するのに必要となる周波数は実質的に影響されないままである。いうまでもなく、導管１０３Ａ、１０３Ｂおよびケース２００に用いられる上記の特定の材料は、例示のみを意図したものであって、本発明の技術範囲を限定するものではない。しかしながら、いうまでもなく、本発明のある実施形態によれば、導管１０３Ａ、１０３Ｂが第一の材料からなり、ケース２００が第二の材料からなり、第二の材料が第一の材料より大きな振動減衰特性を有するようになっている。金属よりも大きな振動減衰特性を備えた他の材料としては、ゴム、炭素繊維、繊維ガラス、グラファイト、ガラス、木材などが挙げられる。このリストは全てを網羅したものではなく、また、当業者ならば、ケース２００に用いることができるような大きな振動減衰特性を有している適切な他の材料を容易に挙げることができる。

本発明のある実施形態によれば、ケース２００がプラスチックから形成されている場合、金属製のケースの場合に通常必要となる溶接を実質的に排除することができる。図示されている実施形態では、ケース２００の第二の部分２００ｂ（図５を参照）を、接着剤、エポキシ樹脂、メカニカルファスナー、スナップフィットなどを用いて、図２に示されているケース２００の第一の部分２００ａに結合することができる。これらのケース部分を溶接により接続する必要性およびケースをベースに溶接する必要性を排除することによって、センサー組立体１０のその他の構成部品を収容するようにケース２００を組み立てる際のコストおよび複雑さが著しく削減されることになる。
本発明のある実施形態によれば、ケース２００を形成するために用いられる第二の材料は、従来技術において通常用いられる金属ほど高強度でなくてもよい。従って、本発明は、プラスチックの如き脆弱な材料に通常付随するさまざまな欠点を克服するためにケース２００に複数のさらなる特徴を導入している。図２に示されている実施形態では、ケース２００は複数のリブ２０１を有している。複数のリブ２０１は、軽重量を維持しながら、ケース２００の強度を高めるために設けられうる。複数のリブ２０１は、既存のシェル２０２に複数のリブ２０１を結合することにより、ケース２００に加えられるようになっていてもよい。あるいは、ケース２００は当該技術分野において一般的に知られているようにモールド成型されてもよく、このモールド成形中に、複数のリブ２０１が、シェル２０２の形成と同時に形成されるようにしてもよい。実施形態によっては、複数のリブ２０１は、あるモードの振動をケース２００に誘発するのに必要となる周波数を調節する目的で設けられる場合もある。例えば、ケース２００内のリブ２０１の数を増やし及び/又は複数のリブ２０１の間隔を大きくすることにより、ケース２００の剛性を大きくし、それによって、ケース２００の振動減衰特性を大きくすることにより、あるモードの振動をケース２００に誘発するのに必要となる周波数をさらに低減させるようにしてもよい。

本発明のある実施形態によれば、ケース２００は、導管用開口部２０６をさらに有することができる。本発明のある実施形態によれば、導管用開口部２０６は、複数のリブ２０１によって画定される。導管用開口部２０６は、例えば導管１０３Ａ、１０３Ｂを収容するようなサイズおよび形状に形成されてもよい。本発明のある実施形態によれば、導管用開口部２０６は、最大振幅で振動する際に導管１０３Ａ、１０３Ｂによって必要とされる領域と実質的に等しい領域を有するようになっていてもよく、このことにより、導管のまわりに必要とされるよりもはるかに大きな開放空間を提供している従来技術の場合に生じうる圧力蓄積を最小限に抑えることができるようになる。それに対して、ケース２００では、導管用開口部２０６が導管１０３Ａ、１０３Ｂを実質的に取り囲んでいるので、導管が故障した場合にケース２００が爆発する危険性を著しく減らすことが可能である。
導管用開口部２０６に加えて、ケース２００は、センサー組立体１０の第一のマニホールド１０２と第二のマニホールド１０２’とを受け入れるように構成されている第一のマニホールド用開口部２０３と第二のマニホールド用開口部２０３’とを有するようになっていてもよい。これらのマニホールド用開口部２０３、２０３’は、例えばＯ−リングの如きシール部材３０４、３０４’を受けるように構成される溝２０４、２０４’をさらに有している（図３を参照）。

本発明のある実施形態によれば、ケース２００は、フィードスルー用開口部２０５をさらに有している。フィードスルー用開口部２０５は、ドライバ１０４とピックオフ１０５、１０５’と、メータ電子機器２０との間をつなぐリード線１００用に設けることができる。フィードスルー用開口部２０５が底部の近くからケース２００を出るように示されているが、いうまでもなく、フィードスルー用開口部はいかなる所望の部位からケース２００を出るようになっていてもよく、図示されている特定の部位により本発明の技術範囲が限定されるものではない。
本発明のある実施形態によれば、ケース２００は、ドライバ用マウント２２４、ピックオフ用マウント２２５、２２５’をさらに有するようになっていてもよい。ドライバ用マウント２２４およびピックオフ用マウント２２５、２２５’は、ケース２００を単一導管振動式メータに用いる実施形態に提供されてもよい。従って、ケース２００は、単一導管が振動する実質的に固定されたマウントを提供することができる。有利なことには、別個の固定プレートを必要としない。

ケース２００は防爆バリアを付与してもよい。本発明のある実施形態によれば、ケース２００は、爆発破断ポイント２１５を有するようになっていてもよい。爆発破断ポイント２１５は、指定の方向に向かってケース２００を安全に排気させるように所定の圧力で破断するように設計されている。爆発破断ポイント２１５が破断するように設計されている所定の圧力は、ケース２００のその他の部品が安全に耐えることができる圧力より低くてもよい。爆発破断ポイント２１５は、例えばケース２００における肉厚の薄くなっている領域であってもよい。爆発破断ポイント２１５は、モールド成形過程中に形成されるようになっていてもよいし、またはケース２００が形成された後、切抜きにより形成されるようになっていてもよい。爆発破断ポイント２１５は、ケース２００の頂部の近くに示されているが、いうまでもなく、爆発破断ポイント２１５はいかなる所望の部位に設けられてもよい。
図３には、本発明のある実施形態にかかるケース２００を有する振動式メータ５が示されている。図３に示されているように、ケース２００をマニホールド１０２、１０２’と結合することができる。マニホールド１０２、１０２’がさらに導管１０３Ａ、１０３Ｂと結合されているので、ケース２００の振動は、導管１０３Ａ、１０３Ｂへ容易に伝達され、メータの測定結果に影響を与えてしまう場合もある。マニホールド１０２、１０２’は、限定するわけではないが、例えば接着剤、ろう付け、ボンディング、メカニカルファスナーなどを含む公知の方法でケース２００のマニホールド用開口部２０３、２０３’と結合されるようになっていてもよい。

図３には、シール部材３０４、３０４’がさらに示されている。シール部材３０４および３０４’は、それぞれマニホールド１０２および１０２と結合されるようになっていてもよい。センサー組立体１０がケース２００内に位置する場合、例えば溝２０４、２０４’によってシール部材３０４、３０４’を受けることができる。シール部材３０４、３０４’は、実質的に流体密封性のシールをマニホールド１０２、１０２’とマニホールド用開口部２０３、２０３’との間に提供してもよい。実施形態によっては、マニホールド１０２、１０２’とマニホールド用開口部２０３、２０３’との間の実質的に流体密封性のシールは、センサー組立体１０をケース２００内の適切な場所に保持するために必要となるカップリングを提供している場合もある。それに加えて、ほとんどの実施形態では、マニホールド１０２、１０２’が第一の材料、すなわち金属と同等な材料から形成され、ケース２００が第二の材料、すなわちプラスチックから形成されている。第一の材料および第二の材料が著しく異なる振動減衰特性を有していることに加えて、第一の材料および第二の材料は、著しく異なる熱特性を有していてもよい。例えば、第一の材料および第二の材料は異なる熱膨脹率を有していてもよい。従って、実施形態によっては、シール部材３０４、３０４’はゴム製のＯ−リングなどである場合もある。ゴム製のＯ−リングは、導管１０３Ａ、１０３Ｂおよびケース２００が温度の変化を受けた場合に、それらの異なる熱膨張に対応することができる。従って、実施形態によっては、シール部材３０４、３０４’は、ゴム製のＯ−リングの如き高減衰材料であり、導管１０３Ａ、１０３Ｂとケース２００との間の振動分離と、導管１０３Ａ、１０３Ｂとケース２００との間の熱応力を取り除くための熱補償とをさらに実現している場合もある。

本発明のある実施形態によれば、シール部材３０４、３０４’は、マニホールド１０２、１０２’に共通軸Ｘを中心とした回転を可能とし、それと同時に共通軸Ｘに対して垂直な方向に向かう運動を略防止するように構成されている場合もある。側方の運動を制限することにより、フランジ１０１、１０１’および他の既存の装置に対する潜在的な損傷を減らすことができる。
図３に示されているように、ドライバ１０４はフィードスルー用開口部の近くに位置している。従って、リード線１００はケース２００からフィードスルー開口部２０５を通して容易に延ばすことができる。
図４には、本発明の他の実施形態にかかるケース２００が示されている。図４に記載の実施形態は前の実施形態と類似しているが、図４にはプリント回路基板（ＰＣＢ）４４０が示されている。ＰＣＢ４４０は、ケース２００の一部と結合させ、実質的に静止状態で保持することができる。ＰＣＢ４４０は、ドライブ信号をドライバ１０４に伝えるため、ピックオフセンサー１０５、１０５’からのピックオフ信号を伝えるため、またはその両方のために設けられるようになっていてもよい。それに加えて、電気リード線４００は、ＰＣＢ４４０と結合し、例えばメータ電子機器２０と接続するようにしてもよい。３つのリード線が示されているが、いうまでもなく、いかなる数のリード線が用いられてもよい。

本発明のある実施形態によれば、ＰＣＢ４４０は表示画面４４１をさらに有していてもよい。表示画面４４１は、振動式メータ５のさまざまなオペレータパラメータ及び/又はセッティングを表示するために設けられるようになっていてもよい。実施形態によっては、ケース２００は、ユーザにケース２００を取り除くことなく表示画面４４１を閲覧させることを可能とする透明部（図５を参照）を有している場合もある。
図５には、本発明のある実施形態にかかる振動式メータ５の一部を実質的に取り囲むケース２００が示されている。図示されている実施形態では、ケース２００は透明部５６０を有している。いうまでもなく、他の実施形態では、実質的にケース２００全体が透明材料から形成されている場合もある。上述のように、透明部５６０はケース２００内に設けられている表示画面４４１を見るために提供されるようになっていてもよい。実施形態によっては、透明部５６０は、ユーザまたはオペレータにＰＣＢ４００上に設けられている１つ以上の押しボタン５６１にアクセスさせることを可能とする部分的に変形可能な部分を有している場合もある。押しボタン５６１により、ユーザまたはオペレータによる振動式メータ５のさまざまなセッティングの変更、調節または閲覧が可能となりうる。

図５から分かるように、２つ以上の部分２００ａ、２００ｂを結合することで、ケース２００は、センサー組立体１０の一部を略取り囲む。ケース２００から延びているただ１つの部分はフランジ１０１、１０１’である。図５に示されている実施形態は例示を意図したものであって、他の実施形態では、組み立てられたケース２００からセンサー組立体１０のより多い数の部分またはより少ない数の部分が延び出すようになっていてもよいことは当然である。
ＰＣＢ４４０とつながっているリード線４００もケース２００から延び出している。リード線４００はメータ電子機器２０につながり、上述のリード線１００は、ＰＣＢ４４０とドライバ１０４との間およびＰＣＢ４４０とピックオフ１０５、１０５’と間をつないでいる。

図６には、本発明の他の実施形態にかかる振動式メータ５の部分分解図が示されている。 図６に示されている実施形態では、導管１０３Ａ、１０３Ｂはベース６４０と結合されている。本発明のある実施形態によれば、ベース６４０は、マウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂとさらに結合されている。マウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂは、ベース６４０をプロセスライン（図示せず）またはマニホールド（図示せず）に取り付けるための手段を提供するようになっていてもよい。
図６の実施形態によれば、ケース２００は、複数の部分からではなく単一の部分から形成されている。ケース２００は、ベース６４０にさらに結合される。図６に示されているように、ケース２００は複数のもどり止６６０を有している。もどり止６６０は、メカニカルファスナー（図示せず）を収容するために設けられている。メカニカルファスナーは、もどり止６６０内に嵌合し、ベース６４０に形成されているアパーチャ６６１およびマウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂに形成されているアパーチャ６６２と係合することができる。本発明のある実施形態によれば、メカニカルファスナーは 例えばケース２００を跨って嵌合するＵボルトであってもよい。
本発明のある実施形態によれば、振動式メータ５は、ケース２００とベース６４０との間に位置するシール部材６５０をさらに有することができる。シール部材６５０は例えばゴム製のＯ−リングであってもよい。本発明のある実施形態によれば、導管１０３Ａ、１０３Ｂからケース２００の不必要な振動をさらに隔離するためにシール部材６５０を提供することができる。さらに、シール部材６５０は、ケース２００とベース６４０と間に実質的に流体密封性のシールを提供することができる。

本発明のある実施形態によれば、導管１０３Ａ、１０３Ｂを形成するために用いられる材料とは著しく異なる第二の材料からケース２００が形成されることに加えて、ベース６４０及び/又はマウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂが第二の材料から形成されてもよい。あるいは、ベース６４０及び/又はマウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂは、第一の材料および第二の材料とは異なる第三の材料から形成されてもよい。本発明のある実施形態によれば、第三の材料は、第一の材料よりも高い振動減衰特性を有する材料であってもよい。従って、ベース６４０またはマウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂにあるモードの振動を誘発する振動周波数は、ドライブ周波数よりも著しく低いものであってもよい。有利には、ケース２００と同様に、ベース６４０およびマウント用ブロック６４１Ａ、６４１Ｂからの不必要な振動が著しく削減される。

本発明のある実施形態によれば、ケース２００は、当該ケースにあるモードの振動を誘発する周波数とドライブモード周波数との間の周波数分離が１ヘルツを超えるように形成される。さらに好ましくは、この周波数分離は予測される流体密度に基づいて３〜５ヘルツを超えるものである。実施形態によっては、ケース２００は、ある範囲の流体密度に対して十分な周波数分離を維持するように形成されるようになっていてもよい。例えば、ケース２００の共振周波数は、混相流の流動中においてさえドライブモード周波数未満に留まるようになっていてもよい。周波数分離の程度は、ケース２００に用いられる特定材料及び/又はケース２００の特定構成に基づいて調節可能となっている。
いうまでもなく、ケース２００は例示を意図したものであって、導管１０３Ａ、１０３の振動部１５０、ドライバ１０４およびピックオフ１０５、１０５’を除く他のメータコンポーネントは、予測されるドライブ周波数からメータコンポーネントの共振周波数を分離するために第二の材料から同様に形成されてもよい。従って、本発明は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動部を形成するために用いられる第一の材料よりも高い振動減衰特性を有する第二の材料からケース２００が形成されることに限定されるべきではない。

上述のような発明は、測定能力が向上した振動式メータを提供している。従来の振動式メータは、あるモードの振動をメータケースに誘発する周波数とドライブモード周波数との間の振動のオーバーラップにより引き起こされる測定問題に常に直面している。それに対して、本発明は、改良されたたメータケースを備えた振動式メータを提供している。改良された振動式メータは、第一の材料から形成される導管と、第二の材料から形成されるケースとを提供している。第二の材料は、第一の材料とは異なる振動減衰特性を有している。詳細にいえば、第二の材料は第一の材料よりも高い振動減衰特性を有している。従って、あるモードの振動を第二の材料から形成されるメータケースに誘発するさまざまな共振周波数は、著しく低減され、予測されるドライブモード周波数から分離される。その結果、本発明にかかる振動式メータは、従来のメータを通常悪化させる振動オーバーラップという問題を有していない。

上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。さらに正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成部材をさまざまに組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を作成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内および教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術および教示の範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。
以上のように、本発明の特定の実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変更が可能である。本明細書に記載の教示を上述のかつそれに対応する図に記載の実施形態のみでなく他の振動システムにも適用することができる。従って、本発明の技術的範囲は添付の請求の範囲によって決まるものである。

Claims (19)

1. 振動式メータ（５）であって、
   第一の材料から形成される１つ以上の導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）と、
   前記１つ以上の導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）のうちの一つの導管と結合され、該導管の少なくとも一部を１つ以上のドライブ周波数で振動させるように構成されるドライバ（１０４）と、
   前記１つ以上の導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）のうちの一つの導管と結合され、該導管の振動部（１５０）の運動を検出するように構成される１つ以上のピックオフ（１０５、１０５’）と、
   前記１つ以上の導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）、前記ドライバ（１０４）および前記１つ以上のピックオフ（１０５、１０５’）の少なくとも一部を取り囲み、前記第一の材料よりも高い振動減衰特性を有する第二の材料から形成されるケース（２００）と
   を備え、
   前記第二の材料は、１以上のドライブモード周波数よりも低く、且つドライブモード周波数から離れた共振周波数を有し、該共振周波数は、あるモードの振動を誘発するのに必要とされる周波数である、振動式メータ（５）。
2. 前記ケース（２００）が複数のリブ（２０１）をさらに有してなる、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
3. 前記ケース(２００)は、導管用開口部（２０３）をさらに備えてなる、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
4. 前記ケース（２００）が１つ以上の電気リード線（１００）用のフィードスルー開口部（２０５）をさらに有してなる、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
5. 前記ケース（２００）と結合されるベース（４４０）をさらに備えており、該ベース（４４０）が前記第二の材料から形成されてなる、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
6. 前記第一の材料が金属であり、前記第二の材料がプラスチックである、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
7. 前記１つ以上の導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）と結合される１つ以上のマニホールド（１０２、１０２’）と、前記ケース（２００）に形成され、前記１つ以上のマニホールド（１０２、１０２’）を受けように構成される１つ以上のマニホールド用開口部（２０３、２０３’）とをさらに備えてなる、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
8. 前記１つ以上のマニホールド用開口部（２０３、２０３’）の各々に形成され、前記１つ以上のマニホールド（１０２、１０２’）の各々と結合されるシール部材（３０４、３０４’）を受けるように構成される溝（２０４、２０４’）をさらに備えてなる、請求項７に記載の振動式メータ（５）。
9. 前記ケース（２００）に形成され、所定の圧力で破断するように構成される破断ポイント（２１５）をさらに備えてなる、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
10. 前記ケース（２００）の少なくとも一部（５６０）が透明である、請求項１に記載の振動式メータ（５）。
11. 第一の材料から形成される１つ以上の導管を備える振動式メータを形成する方法であって、
    前記１つ以上の導管のうちの一つの導管とドライバを結合するステップであって、該ドライバが前記導管の少なくとも一部を１つ以上のドライブ周波数で振動させるように構成されているステップと、
    前記１つ以上の導管のうちの一つの導管と１つ以上のピックオフを結合するステップであって、該１つ以上のピックオフが前記導管の振動部の運動を検出するように構成されているステップと、
    前記第一の材料より高い振動減衰特性を有する第二の材料から形成されるケースで、前記１つ以上の導管、前記ドライバおよび前記１つ以上のピックオフの少なくとも一部を取り囲むステップとを有し、
    前記第二の材料は、１以上のドライブモード周波数よりも低く、且つドライブモード周波数から離れた共振周波数を有し、該共振周波数は、あるモードの振動を誘発するのに必要とされる周波数である、方法。
12. 前記ケースに複数のリブを形成するステップをさらに有する、請求項１１に記載の方法
13. 導管用の開口部を形成するステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法
14. 前記ケースに１つ以上の電気リード線用のフィードスルー開口部を形成するステップをさらに有する、請求項１１に記載の方法。
15. 前記ケースとベースを結合するステップをさらに有しており、該ベースが前記第二の材料から形成される、請求項１１に記載の方法。
16. 前記第一の材料が金属であり、前記第二の材料がプラスチックである、請求項１１に記載の方法。
17. 前記ケースが、前記１つ以上の導管と結合される１つ以上のマニホールドを受けるように構成される１つ以上のマニホールド用開口部を有しており、
    前記方法が、前記１つ以上のマニホールドの各々とシール部材を結合するステップと、前記ケースに形成される前記マニホールド用開口部の各々に形成される溝の中へシール部材を挿入するステップとをさらに有する、請求項１１に記載の方法。
18. 前記ケースに所定の圧力で破断するように構成される破断ポイントを形成するステップをさらに有する、請求項１１に記載の方法。
19. 前記ケースの少なくとも一部を透明に形成するステップをさらに有する、請求項１１に記載の方法。

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