JP6025449B2 - コリオリ式の質量流量測定機器 - Google Patents

Description

本発明は、コリオリ式の質量流量測定機器であって、該コリオリ式の質量流量測定機器が、流路を形成するための少なくとも１つの測定管と、少なくとも１つの振動発生器と、少なくとも１つの振動検出器とを備えており、前記測定管が、１つの流入端部と、２つの振動区分と、１つの流出端部とを有していて、少なくとも部分的に曲げられており、これによって、実質的に互いに平行な平面に延びるＵ字形のまたはＶ字形の２つの振動区分が形成されており、両振動区分が、前記振動発生器によって励振可能であるコリオリ式の質量流量測定機器に関する。

コリオリ式の質量流量測定機器は、数年来、多数の構成において公知である。コリオリの原理に基づいた質量流量測定機器では、媒体により通流可能な１つまたはそれ以上の測定管が振動発生器により励振されて、有利には共振周波数における規定の固有周波数に相当する振動が発生させられる。入口側および出口側では、励振された測定管内の流動媒体ひいては測定管それ自体に慣性力がそれぞれ異なる量で作用して、入口側および出口側で測定管の変位量に互いに異なる影響が与えられ、これによって、入口側および出口側で振動検出器により検出された測定管の振動が、関連した質量流量に対する直接的な量である位相ずれを有している。この位相ずれから、測定量、つまり、質量流量が評価電子装置によって導き出される。コリオリ式の質量流量測定機器が管路系に組み込まれると、外的な振動が測定機器に伝達され、測定結果にマイナスの影響を与えることがある。特に極めて少ない流量を測定するために設けられた小型のコリオリ式の質量流量測定機器では、外的な振動のこのような伝達が問題となる。

したがって、本発明の課題は、極めて少ない流量を測定するために適していると同時に外的な振動に対して向上させられた不感応性を有するコリオリ式の質量流量測定機器を提供することである。

この課題を解決するために本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器によれば、前記流路が、流入端部、振動区分および流出端部を除いて、ベースの内部に延びている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、複数の測定管が設けられており、前記流路の、ベースの内部に延びる区分が、ベースの内部に設けられた切欠きによって形成されるようになっている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、ただ１つの測定管が設けられており、前記流路が、完全に測定管によって形成されるようになっている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、測定管が、ベースの材料の鋳造または注型によりベースで取り囲まれており、これによって、該ベースが、測定管に密着した状態で該測定管を取り囲んでいる。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、測定管のＵ字形のまたはＶ字形の振動区分の開き側がベースの方向に向けられているように、振動区分が曲げられていて、配置されている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、流入端部と流出端部とが互いに同軸的に延びているように、測定管が曲げられていて、配置されている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、測定管の振動区分を除いて、測定管の全ての区分が、１つの共通の平面に配置されている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、振動区分の平面が、流入端部および流出端部の向きに対して直交して延びている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、測定管の振動区分が、ベースの互いに反対の２つの側で該ベースに進入している。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、振動区分が、ベースの両側面でそれぞれ少なくとも１つの結節プレートに結合されている。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の有利な態様によれば、振動区分が、流入端部および流出端部に対して平行な１つの平面に配置されている。

前述した課題は、冒頭で述べたコリオリ式の質量流量測定機器において、流路が、流入端部、振動区分および流出端部を除いて、ベースの内部に延びていることによって解決されている。測定管は、流路の少なくとも一部を形成するために働く。振動区分の範囲では、測定管がＵ字形にまたはＶ字形に曲げられており、これによって、振動発生器により逆位相で振動可能である全部で２つの同一の振動区分が形成されている。さらに、両振動区分には、振動検出器が取り付けられている。この振動検出器は、質量通流時に振動の位相差を検出する。この位相差から、本来の測定量、つまり、質量流量が導き出される。

流路内での流れの経過は、両振動区分が、同方向に向けられて、測定したい媒体によって通流されるように設定されている。ベースは、有利には、高い密度および／または良好な減衰特性を有する材料から成っている。流入端部、振動区分および流出端部とを除いて、流路は完全に中実のベースの内部に延びている。このベースは、コリオリ式の質量流量測定機器に設けられた支持エレメントであり、この支持エレメントに測定管が取り付けられている。振動区分は必然的にベースの外部に位置している。なぜならば、さもないと、振動が不可能となる恐れがあるからである。さらに、（有利には短い）流入端部も（有利には短い）流出端部もベースの互いに反対の２つの側に配置されていて、コリオリ式の質量流量測定機器を管路系に取り付けることができるように、ベースから突出している。有利には、コリオリ式の質量流量測定機器を、有利には管路系に取り付けることができるように、流入端部も流出端部もフランジを有している。しかし、択一的には、別の密な結合、たとえば溶接も可能である。ベースは、たとえば構成に応じて、樹脂、ステンレス性の鋼または、たとえば鉛から成っている。

本発明の目的は、測定管もしくは流路を可能な限り広範囲でベースの内部に設けることである。なぜならば、このことは、ベースが流量測定機器の運転中に基準質量として働くという利点を有しているからである。この基準質量は、コリオリ式の質量流量測定機器を取り囲む管路系からコリオリ式の質量流量測定機器の振動区分にもしくはコリオリ式の質量流量測定機器の振動区分から、コリオリ式の質量流量測定機器を取り囲む管路系に振動が伝達されることを阻止する。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の更なる利点は、分流器を省略することができることである。なぜならば、Ｕ字形のまたはＶ字形の振動区分が相前後して連続するただ１つの流路しか形成されていないからである。コリオリ式の質量流量測定機器では、常に両振動区分がＶ字形またはＵ字形に形成されている。

コリオリ式の質量流量測定機器の振動区分と、コリオリ式の質量流量測定機器が組み込まれた管路系との間での振動絶縁は、有利には、複数の測定管が設けられており、流路の、ベースの内部に延びる区分が、ベースの内部に設けられた切欠きによって形成されるようになっていることによって向上させられる。この態様では、流路が、複数の測定管区分と、ベースの内部に設けられた切欠きとによって形成される。流入側では、短いエレメントとして、流入端部が、ベースに設けられた開口に密に取り付けられており、これによって、測定媒体が流入端部を介して、ベースの内部に設けられた切欠き内に流入することができる。さらに、ベースには、測定管のＵ字形のまたはＶ字形の振動区分が取り付けられている。この振動区分を、測定したい媒体が連続して通流し、その後、次いで、流入端部と反対の側に配置された流出端部を介して流路から流出する。したがって、ベースには、４つのエレメント、つまり、流入端部と、第１のＵ字形のまたはＶ字形の振動区分と、第２のＵ字形のまたはＶ字形の振動区分と、流出端部とが密に取り付けられており、これによって、全てのエレメントに、ベースの内部に設けられた切欠きから測定媒体を供給することができる。この切欠きは、たとえば穿孔によって加工することができる。しかし、択一的には、ベースの内部に切欠きを設けるために、あらゆる別の製作法も適している。ベースは、たとえば（一次）成形によって相応の切欠きを備えて設けることもできる。

前述した態様は、測定管の個々のエレメントが完全に互いに切り離されていて、ベースを介してのみ互いに接続されており、これによって、このベースを介してのみ外的な振動の伝達が可能となるものの、この外的な振動はベースによって減衰されるという利点を有している。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の特に有利であると判った別の態様は、ただ１つの測定管が設けられており、流路が、完全に測定管によって形成されるようになっていることを特徴としている。この態様では、測定管が、メインエレメント、つまり、流入端部と、振動区分と、流出端部との間に設けられた必要となる中間分配区間を含めて、流入端部からＵ字形のまたはＶ字形の両振動区分を介して流出端部にまで完全に一体であるように曲げられる。なお、中間分配区間は、振動区分が、確かに、相前後しているものの、同方向に向けられて、測定した媒体によって通流されるようにするために働く。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の測定管の一体の態様では、流入端部、互いに平行に延びる両振動区分および流出端部だけが露出したままとなるように、測定管が中実のベースによって取り囲まれる。このベースは測定管に緊密に接触しており、これによって、流入端部から振動区分にもしくは流出端部から振動区分に振動伝達は全く行われないかまたは極めて僅かしか行われないようになっている。この態様でも、ベースが基準質量として働く。

さらに、本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の測定管の一体の態様は、分流器を省略することができるという利点を有している。なぜならば、媒体が測定管を流入端部から第１の振動区分と第２の振動区分とを通って流出端部にまで連続的に流れるからである。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の製造は、測定管が、ベースの材料の鋳造または注型によりベースで取り囲まれており、これによって、このベースが、測定管に密着した状態でこの測定管を取り囲んでいる場合に特に簡単となる。この態様では、その形状によって完全な流路を規定する測定管が、鋳造されたかまたは注型されたベースによって取り囲まれており、これによって、このベースが測定管の各区分の間の全ての中間室を完全に塞いでいて、測定管に密着した状態でこの測定管を取り囲んでいる。流出端部、両振動区分および流出端部しかベースから突出していない。この態様は、ベースがあらゆる任意の形状をとることができるものの、有利には、方形または円形であるという利点も提供する。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器のこの態様では、材料の選択に際して、測定管が、ベースの材料の鋳造または注型によりベースで取り囲まれる場合に変形させられないことに注意しなければならない。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の別の有利な態様では、測定管のＵ字形のまたはＶ字形の振動区分の開き側がベースの方向に向けられているように、振動区分が曲げられていて、配置されていることによって、高められた測定精度が達成されている。この態様では、Ｕ字形のもしくはＶ字形の振動区分の湾曲部がベースを越えて突出していて、互いに平行に延びる両振動区分を形成しているように、この両振動区分が方向調整されている。したがって、Ｕ字形のまたはＶ字形の振動区分の最も広幅の箇所がベースの範囲に設けられていて、このベースによって取り囲まれている。両振動区分はその開口側でベースの内部において流れ技術的に互いに接続されており、これによって、第１の振動区分の出口から第２の振動区分の入口に流れが案内される。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器は、特に有利には、流入端部と流出端部とが互いに同軸的に延びているように、測定管が曲げられていて、配置されている場合に管路系に組み込むことができる。すなわち、流入端部と流出端部とは１つの共通の軸線に位置しており、これによって、このように形成されたコリオリ式の質量流量測定機器を管路系に簡単に位置決めすることができる。この態様は、測定管の精巧な曲げジオメトリに幾つかの要求を課している。なぜならば、２つの平行な平面に延びるＵ字形のまたはＶ字形の振動区分のほかに、曲げ時に流入端部と流出端部との同軸性にも注意しなければならないからである。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の別の態様は、測定管の振動区分を除いて、測定管の全ての区分が、１つの共通の平面に配置されていることを特徴としている。この態様では、流れ通路全体を規定するただ１つの測定管は、振動区分のＵ字形のまたはＶ字形の範囲だけが共通の平面から上方にまたは下方に突出していて、測定管の別の全ての区分はこの共通の平面の範囲内に配置されているように曲げられている。したがって、流入端部と、両振動区分の間に必要となる中間分配区間と、流出端部とは全て、１つの共通の、有利には水平な平面に位置している。この平面から、振動区分が突出している。測定管のこの態様では、ベースを測定管を取り囲むように簡単に配置することができる。

コリオリ式の質量流量測定機器を可能な限りコンパクトに形成するためには、振動区分の平面が、入口および出口の向きに対して直交して延びていると有利であると判った。したがって、流入端部と流出端部とが、面法線のように、振動区分の平面から突出している。この態様では、測定管の振動区分が、ベースの互いに反対の２つの側でこのベースに進入しているような実現的な態様が推奨される。この態様では、ベースが、有利には直方体として形成されており、これによって、振動区分がそのＵ字またはＶ字の開き側でベースをその長手方向に対して横方向に越えて張り出していて、その後、ベースの互いに反対の側でこのベースに進入している。この態様では、コリオリ式の質量流量測定機器の運転に際して、測定管の振動区分が、特にベースの側面から水平に進出した範囲において振動によってねじられるのに対して、たとえば振動区分が流入端部もしくは流出端部に対して平行に配置されている場合には、振動区分の振動時に測定管の材料に振動曲げ応力が加えられる。

前述したことは、コリオリ式の質量流量測定機器をその長手延び方向に関して極めてコンパクトに形成することができ、振動区分の振動が管路系の向きに対して直交して発生させられ、これによって、この方向に妨害振動がほとんど発生させられないという利点を有している。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器において、外的な振動の作用を付加的に減少させるために、本発明における更なる態様では、振動区分が、ベースの両側面でそれぞれ少なくとも１つの結節プレートに結合されている。それぞれ振動区分の水平に延びる範囲を互いに結合する結節プレートは、ベースへの外的な振動の作用を減少させるかもしくは振動区分相互の逆の振動が、ベースへの測定管の取付けに影響を与える。

最後、流入端部と、両振動区分の間の中間分配区間と、流出端部とが、１つの共通の軸線を有しているように、本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の実現的な態様を提案することが有利となる。この軸線の左右には、振動区分の平面が延びており、これによって、振動区分が、主として、ベースへの取付けによって共通の軸線を中心として振動する。

詳細には、本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器を形成しかつ改良するための多数の可能性が存在する。これについては、請求項１に係る従属請求項ならびに図面に相俟った以下の有利な実施の形態の説明に記載してある。

上記構成によれば、極めて少ない流量を測定するために適していると同時に外的な振動に対して向上させられた不感応性を有するコリオリ式の質量流量測定機器を提供することができる。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器の実施の形態の斜視的な側面図である。 図１に示したコリオリ式の質量流量測定機器の測定管の斜視的な側面図である。 本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器に適した測定管の別の実施の形態を示す図である。 測定管のさらに別の実施の形態を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、コリオリ式の質量流量測定機器１の実施の形態が示してある。このコリオリ式の質量流量測定機器１は、測定したい媒体によって通流される流路を形成するための測定管２を備えている。互いに平行な平面Ｅ_１，Ｅ_２に延びる振動区分３に取り付けられた振動発生器と振動検出器とは図示していない。第１の振動区分３ａと第２の振動区分３ｂとには、振動発生器（図示せず）によって逆位相の振動を発生させることができる。測定管２は、振動区分３ａ，３ｂ、流入端部４および流出端部５を除いて、中実のベース６の内部に配置されている。流入端部４と流出端部５とには、フランジ７が設けられている。このフランジ７は、コリオリ式の質量流量測定機器１を周辺の管路系に接続するために働く。なお、この管路系は図示していない。

流路は専らただ１つの測定管２によって形成される。この測定管２は、主として、ベース６の内部に延びている。測定管２はベース６の材料の鋳造または注型によりベース６で取り囲まれている。このベース６は測定管２に密着した状態でこの測定管２を取り囲んでいる。本実施の形態では、ベース６が長方形を有している。振動区分３ａ，３ｂはＶ字形に曲げられていて、このＶ字形の振動区分３ａ，３ｂの開き側がベース６の方向に向けられているように配置されている。振動区分３ａ，３ｂはベース６をその長手延び方向に対して横方向に越えて張り出しており、これによって、振動区分３ａ，３ｂがベース６の側面８でベース６内に進入している。振動区分３ａ，３ｂの水平に延びる範囲９には、コリオリ式の質量流量測定機器１の運転状態でねじれ負荷がかけられる。本実施の形態では、水平に延びる範囲９が流入端部４および流出端部５の向きに対して直交して配置されている。

測定管２の流入端部４と流出端部５とは、同軸的に１つの共通の軸線に位置している。

図２には、図１に示したコリオリ式の質量流量測定機器１の測定管２が示してある。この測定管２では、振動区分３ａ，３ｂが流入端部４および流出端部５の向きに対して直交して配置されている。振動区分３ａ，３ｂは２つの平行な平面Ｅ_１，Ｅ_２に延びている。振動区分３ａ，３ｂを除いて、測定管２の全ての区分、つまり、流入端部４と、水平な範囲９と、中間分配区間１０と、流出端部５とは、１つの共通の平面に延びている。振動区分３ａ，３ｂだけが、この１つの共通の平面を越えて突出している。測定したい媒体に対する流路は、完全に測定管２によって規定される。

図３には、測定管２の別の実施の形態が示してある。この測定管２では、振動区分３ａ，３ｂが、流入端部４および流出端部５と同じ方向に向けられている。中間分配区間１０は振動区分３ａ，３ｂの下方を通って対角線方向に延びていて、それぞれ分配ループ１１を介して第１の振動区分３ａもしくは第２の振動区分３ｂに接続されている。流入端部４と、分配ループ１１と、中間分配区間１０と、流出端部５とは、１つの共通の平面に位置している。

本発明に係るコリオリ式の質量流量測定機器１に適した測定管２の別の実施の形態が図４に示してある。この測定管２でも、流入端部４と、中間分配区間１０と、流出端部５とが、１つの共通の平面に位置していて、少なくとも部分的にベース（図示せず）によって取り囲まれる。この実施の形態では、流入端部４と、中間分配区間１０と、流出端部５とが、１つの共通の軸線に位置している。これによって、振動技術的な利点が得られる。

最後に念のために示唆しておくと、図１に示したベース６は、図２〜図４に示した全ての測定管２に使用することができる。

１ コリオリ式の質量流量測定機器
２ 測定管
３ａ 第１の振動区分
３ｂ 第２の振動区分
４ 流入端部
５ 流出端部
６ ベース
７ フランジ
８ 側面
９ 水平に延びる範囲
１０ 中間分配区間
１１ 分配ループ
Ｅ_１，Ｅ_２ 平面

Claims (9)

1. コリオリ式の質量流量測定機器であって、該コリオリ式の質量流量測定機器が、流路を形成するための少なくとも１つの測定管と、少なくとも１つの振動発生器と、少なくとも１つの振動検出器とを備えており、前記測定管が、１つの流入端部と、２つの振動区分と、１つの流出端部とを有していて、少なくとも部分的に曲げられており、これによって、実質的に互いに平行な平面に延びるＵ字形のまたはＶ字形の２つの振動区分が形成されており、両振動区分が、前記振動発生器によって励振可能であるコリオリ式の質量流量測定機器において、前記流路が、流入端部（４）、振動区分（３ａ，３ｂ）および流出端部（５）を除いて、ベース（６）の内部に延びており、
   振動区分（３ａ，３ｂ）の平面が、流入端部（４）および流出端部（５）の向きに対して直交して延びていることを特徴とする、コリオリ式の質量流量測定機器。
2. 複数の測定管（２）が設けられており、前記流路の、ベース（６）の内部に延びる区分が、ベース（６）の内部に設けられた切欠きによって形成されるようになっている、請求項１記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
3. ただ１つの測定管（２）が設けられており、前記流路が、完全に測定管（２）によって形成されるようになっている、請求項１記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
4. 測定管（２）が、ベース（６）の材料の鋳造または注型によりベース（６）で取り囲まれており、これによって、該ベース（６）が、測定管（２）に密着した状態で該測定管（２）を取り囲んでいる、請求項３記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
5. 測定管（２）のＵ字形のまたはＶ字形の振動区分（３ａ，３ｂ）の開き側がベース（６）の方向に向けられているように、振動区分（３ａ，３ｂ）が曲げられていて、配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
6. 流入端部（４）と流出端部（５）とが互いに同軸的に延びているように、測定管（２）が曲げられていて、配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
7. 測定管（２）の振動区分（３ａ，３ｂ）を除いて、測定管（２）の全ての区分が、１つの共通の平面に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
8. 測定管（２）の振動区分（３ａ，３ｂ）が、ベース（６）の互いに反対の２つの側で該ベース（６）に進入している、請求項１から７までのいずれか１項記載のコリオリ式の質量流量測定機器。
9. 振動区分（３ａ，３ｂ）が、ベース（６）の両側面（８）でそれぞれ少なくとも１つの結節プレートに結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のコリオリ式の質量流量測定機器。

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