JPH05501310A

JPH05501310A - 密度計

Info

Publication number: JPH05501310A
Application number: JP3510835A
Authority: JP
Inventors: ライト　ヒューバート　エイ
Original assignee: ケムブリッジ　アプライド　システムズ　インコーポレイテッド
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1993-03-11
Also published as: WO1991018274A1; US5025656A; EP0483348A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】密度計発明の背景本発明は、密度の測定に向けたものであり、特に、流体の密度の測定に向けたものである。本発明は、簡略化が望ましく、スペース的制限が１つのファクタとなり得る産業用途で特に有益である。

流体密度を特定する方法は多（のものが提案され、用いられてきた。理論的観点から比較的優れている１つの方法は、ソビエット発明者証第１．３００．３３３号に記載されている方法である。その密度計は、１つのチャンバ内に配置した磁性ボブを使用しており、このチャンバの上下の壁面に圧電式センサが設けである。電気コイルがチャンバの頂部へボールを引きつ１九頂部に到達したとき、それを圧電式センサで検知する。ポールは、次に、チャンバの底部へ落下させられ、底部に到達したとき、それも同様に検知される。コイルを駆動する電流は、チャン／くの頂部に到達するに要する時間が、底部に到達するに要する時間と等しくなるように調節され、演算回路が、その電流レベルと、既知の密度の流体で同様に到達したときの電流レベルとの比から流体密度を推定する。この方法は、比較的速度が遅いので、プロセス制御用途よりも実験室作業に向いている。すなわち、上昇、下降の通過時間が等しくなる電流レベルに到達するように何回も流体を通過させなければならないのである。

プロセス制御用途に向いている方法としては、放射性物質からの放射能を流体サンプルに通し、流体サンプルを通過した放射能の割合を流体密度の指標として採用する方法である。この方法は、外部振動に特に鈍感であるが、作業員の安全に対する訓練と、健康、安全問題が生じたときにそれを処理する能力が必要である。

別の方法では、測定しようとしている流体に確実に浮くように設計したおもりを使用する。負の浮力を有する鎖がこのおもりと、流体を入れたチャンノく内の基準点とを連結している。すなわち、チャンバ壁面が各鎖の一端を支持し、各鎖の反対端がおもりに支持されており、それによって、おもりが鎖の重量で押えつけられるのである。鎖のおもり側端がチャンバによって保持されるレベルに関して保持されているレベルは、おもりとチャンバ壁面との間における鎖の重量の分布を決定する。これは、順次に、おもりの浮力によって決定される。その結果、流体の密度はおもりの高さによって決めることができる。この構成は、簡単であるという利点を有するが、反復性、精度を低下させる可能性のある振動、流れの影響、静摩擦の影響に対する最適な抵抗を得るには物理的に大きく作らなければならない。

より広（用いられている方法の１つでは、測定しようとしている流体がチューブを流れ、このチューブが、その材質、寸法、それが収容している流体、すなわち、測定しようとしている流体から生じる固有振動数で振動させられる。この固有振動数は、流体密度に依存し、したがって、チューブ振動の振動数を測定することによって決定することができる。このような構成は原理的に簡単であり、それについて報告された精度、反復性は良好であった。

発明の概要本発明の密度計は、特に融通性の点で、従来の密度計とは区別される。従来装置と同様に、本発明の装置は、流体の密度を得ることのできる測定を行う。しかしながら、測定値は、密度ばかりでなく粘度も決定するのに使用することができ、したがって、密度および粘度の両方が該当変数である用途で２つの機器を使用する必要がない。

上記のソビエット発明者証に関連して説明した構成と同様に、本発明の密度計は、測定しようとしている流体を貫く経路に沿って互いに反対の方向へ交互に動かされるボブを用いる。しかしながら、本発明では、１９８９年９月１２日にＨｕｂｅｒｔんｆｒｉｇｈｔに発行された米国特許第４．８６４．８４９号に粘度計として説明されているものと同様のハードウェアを用いることができる。ｆｒｉｇｈｔの粘度計は、ボブを磁気的に互いに反対の方向へ駆動し、測定しようとしている流体を通る所定の経路に沿って前後方向へ動かす。この構成では、通過時間の合計がボブの移動する流体の粘度の指標として採用されている。

本発明によれば、決定されるのは２回の通過時間の差であり、流体の密度はこの差の関数から推定される。本装置を、流体の密度をボブの密度に等しい値に維持することを意図しているフィードバック・ループで使用しようとしている場合、必要な指標を与えるのは差そのものである。正の差は、密度が一方向に変える必要があることを意味し、負の差は、反対方向へ密度を変えなければならないことを意味する。差のサイズは、実際の密度値を与えるだけでない場合でも、比例制御を行うのに使用できる。この方法は、所望の流体密度がボブ密度に等しくないときにも使用できる。コイル電流の不均衡が生じ、流体が所望の密度を有するときに２回の通過時間が等しくなる。他の目的に用いようとしている密度測定値の場合、普通は、時間差を全時間で割って密度の指標とする。

この構成は、密度と濃度を同時に決定するのに同じハードウェア、実際には、同じ測定値を使用できる。これにより、別体の粘度計に必要なコスト、スペースを排除できる。さらに、本発明の密度計は、振動に対して比較的鈍感にすることができる。上記のフィードバック構成では、流体密度は、ボブが中立的に浮くレベルに維持するように制御される。したがって、機器の振動がボブを流体に対して移動させることがない。

図面の簡単な説明本発明のこれらおよび他の特徴、利点を添付図面に関連して説明する。図面において、第１図は、本発明の教示を用いている密度計の機械的部分の横断面図である。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、密度計コイルを駆動し、ボブ位置を検知し、通過時間を測定し、そこから密度指示値を発生させる回路のブロック図である。

第３Ａ図、第３Ｂ図は、ボブ移動および回路が時間を測定する移動の部分を説明する図である。

ｌＯの横断面を示す。この機械的部分は、円周方向にねじ山１４を設けたほぼ円筒形のボデー１２を包含する。これらのねじ山は、粘度を測定しようとしている流体を運ぶパイプの壁面に設けたねじ山と螺合するようになっている。使用時、シェルは水平面に対して垂直あるいは成る角度αの軸線（垂直成分となる）を持つような向きとされる。ボデー１２の端に取り付けた端キャップ１６は開口１７．１８を包含し、これらの開口は機器内の流体が装置に出入りできるようにしている。

ボデー内に形成されたチャンバ２４内にはボブ２７が配置してあり、チャンバ壁面がこのボブのためのガイドとして作用する。ボブは相互に溶接した２つのボブ半部分２８．２９からなり、内部は液密となっている。ボブ半部分のうち少なくとも１つは、透磁率が比較的高い材料、たとえば、４００シリーズ（すなわち、優先的にマルテンサイト的な）ステンレス鋼のうちの１つで作られる。２つのコイル３２．３４かチャンバ壁面まわりに間隔を置いて配置しである。これらのコイルは、電流で付勢されたときにチャンバ２４内に磁界を生じさせるように配置しである。コイル３２．３４を交互に付勢することによって、ボブ２７をチャンバ２４内で往復動させることができる。ボブが往復動するとき、端キャップ１６の円錐形バッフル３６が流体の流れに影響を与えて、チャンバ２４の内容物を新しくする。

高透過性材料で作ったピストンがコイル３２．３４間の相互インダクタンスに影響を与える。したがって、この相互インダクタンスを検知することによってボブ位置をモニタすることができる。ボブ経路の向きが垂直成分を持っている場合、ボブ行程に必要な時間はボブと流体の相対密度に依存し、流体密度は最終的には相互インダクタンスの観察から推定され得る。本発明によれば、互いに反対方向における通過時間の差から密度が決定される。

特に、慣性力および非ニユートン粘性の影響を無視するならば、一定の磁力の下での左のＡ点から右のＢ点までのボブ行程に要する時間は次の通りである。

ＴＡＴＢ　＝Ｌａｌｋ）Ａ　（ｌ／［１−（Ｓ　５ｉｎａ）／Ｍ］）　（１）ここで、ＴＡＴＢ　＝Ａ点からＢ点までの通過時間、Ｌ　＝Ａ点からＢ点までの距離、 σ　＝流体粘度、ｋ　＝主としてボブのサイズ、形状に依存する比例定数、Ｍ＝磁力、Ｓ　＝ボブ重量−ポブ浮力、すなわち、浸水重量、α　＝ボブ経路が水平面となす角度。

反対方向の移動に要する時間Ｔ　ＢＴＡは、次の式で与えられる。

ＴＢＴＡ　”　（ＬσＡＭ）　ｆｌ／［１＋（Ｓ　ｓｉｎα）／Ｍｌｌ　（２）式（１）に式（２）を代入すると、（ＴＡＴＢ−ＴｅＴＡ）／（ＴＡｒＢ＋Ｔ＋＋ｔＡ）”（Ｓ　ｓｉｎα）／Ｍ　（３）浸水重量Ｓは、次の式で与えられる。

Ｓ＝ｇＶ　（ｄ、−ｄ、）　（４）ここで、ｇ　＝重力の加速度、 ■　＝ボブ体積、ｄ、＝平均ボブ密度、すなわち、ボブ質量÷ボブ体積、ｄ、＝流体密度。

式（３）に式（４）を代入すると、ｄ＋−ｄｂ　−Ｍ（ＴＡｒｓ−ＴｅｒＡ）／（ＴＡｔ＋＋＋ＴｍｔＡ）ｇＶｓｉｎ　ａ　（５）したがって、経路の角度、ボブの密度、体積およびそれの受ける磁力を知るこ粘度について成る程度の感度を与えるが、このような影響を許せるときには便利な方法である。

コイル３２．３４はケーブル４８に接続しており、このケーブルは第２Ａ、２Ｂ１１に示す駆動・検知回路に接続している。この回路は、コイル３２．３４を交互に付勢する駆動回路６２を包含する。この駆動回路３２は、方向選択回路６４の発生するＡＴＢ信号に応答する。この方向選択回路６４は、駆動回路６７がボブ２７を駆動しようとしている方向を指示する。方向選択回路６４は次に方向回路６６に応答する。この方向回路は、コイル３２．３４間の相互インダクタンスをモニタし、ボブ２７がその移動終端に達したときにそれを決定する。方向回路６６の出力は、時間測定回路６８によっても用いられる。時間測定回路６８は、各行程の時間を測定し、それから密度指示値を発生する。

駆動回路６２は、周期的に出力を発生するクロック７０を包含する。図示実施例では、この周期出力は方形波であるが、三角形波あるいは正弦波のような他の波形も用い得る。低域フィルタ７２が、方形波から高周波成分を除去し、はぼ正弦ＡＣ成分を重ねたＤＣレベルを含む出力を発生する。ＤＣ成分の目的は、コイル３２．３４のための主駆動電流を与えるためであり、ＡＣ成分の目的は、一方のコイルに流れる電流で他方のコイルに起電力を誘導させ、コイル３２．３４間の相互インダクタンスをモニタすることができる。

ＡＴＢ信号にスイッチ７４が応答して、スイッチ７４がフィルタ７２の出力を送ろうとしているコイルを選ぶ。スイッチ７４は、その出力を、２つの電流ドライバ７６．７８のいずれか一方に送り、その電流ドライバがコイル３２．３４をそれぞれ付勢する。ＡＴＢ信号は高レベルと低レベルの間で切り替わり、その結果として、コイル３２．３４が交互に付勢される。コイル３２が付勢されつつあるとき、コイル３４は付勢されておらず、コイル３４が付勢されているときには、コイル３２は付勢されていない。ドライバ７６．７８は、高出力インピーダンス回路であり、それらの発生する電流の大きさが入力ポートのところの電圧によって決まり、コイル３２．３４におけるインピーダンス変化あるいはケーブル４８における抵抗変化によってそれほど影響されない。ドライバ７６．７８の相互コンダクタンスは、通過時間差を無効にすることができるように個々に調整できるものとして示しである。この能力は、小さい機械的な非対称性にもかかわらず中立浮力ボブに対して通過時間が両方向において同じとなるように初期較正に使用できる。また、磁力を意図的に不均衡にして、意図した密度がボブ密度と異なっているフィードバック用途で通過時間差を無効にするのにも使用できる。

ＡＴＢ信号の補数はＢＴＡ信号であり、このＢＴＡ信号は方向選択回路６４によって方向回路６６のスイッチ８０に送られる。スイッチ８０の２つの入力はコイル３２．３４を横切る電圧であり、スイッチ８０は、ＢＴＡ信号に従って、これらの入力のうちの一方を選び、付勢コイルが非付勢コイルに誘導する信号をフィルタ８２に与える。フィルタ８２は、帯域フィルタであり、クロック７０の固定基本周波数のみを通すことによってシステムの信号対ノイズ比を高める。この回路の目的は、ボブ２７が各移動方向における所定点に達したときにそれを知ることにある。

゛　ボブ２７がその左−右行程を開始すると、コイル３２．３４間の相互インダクタンスは比較的低くなる。ボブが右に移動すると、コイル間の電磁結合が増大し、ボブ２７が移動距離の中間付近のどこかにあるときに相互インダクタンスが最大となり、その後、右に移動し続けるにつれて相互インダクタンスは低下する。第２図の方向回路は、相互インダクタンスがピーク相互インダクタンスの所定のパーセンテージになったときにそれを決定することによって、右方移動の終端に向かってボブ２７が所定位置に達した時点を検出する。これは、非付勢コイル上のＡＣ信号の大きさがピーク値の所定パーセンテージに入ったときにそれを決定することによって行われる。

特に、フィルタ８２はその出力をピーク検出器８４に与え、このピーク検出器８４は、行程の開始時に最後にリセットされたときから、フィルタ８２から受け取った最高瞬間電圧を出力として保持する。分圧器８６がピーク検出器出力を受け取り、たとえば、ピーク検出器のピーク出力の９０％である出力を発生する。

比較器８８がこの９０パーセント・ピーク信号をフィルタ出力から引き、フィルタ出力の大きさがそれが先に電流行程中に達成した最大値の少なくとも９０％に留まるかぎり矩形波を発生する。すなわち、相互インダクタンスが右方移動に応じて増大するにつれて比較器出力は矩形波に留まり、ピーク値の９０％になるまでインダクタンスが増大した後も矩形波は続く。９０％に達した時点で、矩形波は止まり、それが所定の位置にボブが達したことを示す。

ゲート９０が比較器出力を再トリガ可能な単安定マルチバイブレーク９２に送り、この単安定マルチバイブレークの目的は、矩形波が存在するかどうかを示すことにある。すなわち、その出力は、比較器出力の低から高への移行によってトリガ作用の間高レベルに留まっていなければならないが、矩形波が止んだときには最終的に低レベルに移行しなければならない。したがって、その期間は、クロック期間よりも長く、比較器８８の矩形波出力の期間よりも長くなる。

実際において、単安定マルチバイブレータ９２の時間が少なくともいくつかのクロック期間であると好ましい。これは、方向回路を比較器８８の出力からパルスを失わせる可能性のあるノイズに対して比較的免疫にするからである。このようなパルスの喪失は方向を早期に切り換えることになる。

矩形波が存在するかぎり、単安定マルチバイブレータ９２はその安定状態に戻ることは決してない。しかしながら、ボブ２７が所定の位置に到達し、矩形波が止むと、単安定マルチバイブレーク９２のトリガ作用が停止し、その出力が特性遅延の後に低レベルに移行する。以下に説明するように、この低レベル移行エツジは電流ボブ行程のタイミングを停止させる。それは、また、第２の単安定マルチバイブレーク９４もトリガし、単安定マルチバイブレータ９４の上方出力部に生じたパルスの立ち上がり区間がピーク検出器をリセットし、その出力がゼロになり、他の９０％位置を検出すべく戻り行程で使用され得る。相補的なより低い出力の立ち上がり区間はスイッチ７４．８０の状態に直ちに変化を生じさせ、それによって、駆動、検知両方のためのコイル選択が逆転させられる。したがって、ボブ駆動力は、最後の行程のタイミングが停止すると直ちに逆転する。

単安定マルチバイブレーク９４は、説明のために、単安定マルチバイブレーク９２の２倍と仮定する期間を有する。その期間にわたって、単安定マルチバイブレーク９４の低い方の出力がゲート９０を使用禁止とする。以下に説明するように、これは、矩形波の実際の終了と、単安定マルチバイブレーク９２が行程終了指示を行う時点との間の遅延から生じるエラーを補正する。

ボブ行程を時間測定するために、時間測定回路６８のディジタル除算器９６がクロック７０の出力を受け取り、クロック期間の積分数に等しい期間を有する方形波を発生する。単安定マルチバイブレーク９２の出力が高レベルにあるかぎり、ＡＮＤゲート９８が徐算器出力をカウンタ１００に送る。このカウンタの目的はボブ通過時間を測ることにある。すなわち、ＡＮＤゲート９８は、ボブ２６が９０％点まで移動するにつれてカウントパルスを送り、９０％点に達した後に比較器出力がもやはトリガしなくなる単安定マルチバイブレーク９２がタイムアウトし、低レベル出力を発生するまで、ボブが９０％点を通過した後も、ａルスを送り続ける。この出力はゲート９８を使用禁止とし、カウンタ１００が７（ルスの受け取りを停止する。

第３Ａ、３Ｂ図に関連して以下により詳しく説明するように、このことは、この密度計が既知の距離についての通過時間を測定する原理に基づいて作動しているが、時間測定回路６４が時間測定を行なう各ボブ行程の部分が厳密に言って一定距離ではなく、ボブが単安定マルチバイブレーク９２の一周期について９０％点を越えて移動したときに到達する点にボブが到達するのに要した時間を時間測定回路６４が測定するということを意味する。しかしながら、明らかなように、この一定距離からの逸脱量は、必要な精度に合わせて任意に小さくすることができ、通過時間を測定する距離は一定と考えることができる。

カウンタ１００がパルスの受け取りを停止した後、別の単安定マルチ／くイブレーク＋０２が、以下に説明するように、成るパルスを発生する。このｌマルスの立ち上がり区間は演算回路１０４（普通は、マイクロプロセッサ、メモリおよび関連した入出力回路の形をしている）をしてカウンタ出力を読み込ませる。この演算回路は、また、ＡＴＢ信号も受信する。このＡＴＢ信号は、以下に説明するように、読み込まれた測定値がＡからＢへ、あるいは、ＢからＡへの通過時間を表わしているかどうかを示すものである。

明らかなように、所与の通過時間についてのカウンタ１００の出力はプログラマブル除算器９６に依存する。したがって、除算器９６は利得セレクタとして用いることができる。

単安定マルチバイブレーク１０２のパルスの立ち上がり区間が演算回路１０４をしてカウンタ１００の内容を読み込ませた後、このｌ匂しスの立ち下がり区間力（別の単安定マルチバイブレーク１０８をトリガする。この単安定マル升くイブレークの出力はカウンタ１００をリセットし、新しいかうんと作用を開始させることができる。

Ａ−Ｂ行程の測定が完了したとき、回路はＢ−Ａ測定に転換する。方向選択回路６４は、ＮＡＮＤゲート１１０の１入力として、単安定マルチバイブレーク９４の下方出力を受け取る。単安定マルチバイブレーク９４は、上述したように、相互インダクタンスがピーク値の９０％より低いときにトリガされている。ＮＡＮＤゲー［１０の他の入力は、タイムアウト・カウンタ１１２の出力である。

このカウンタの機能は、以下に説明するが、その出力が普通は高レベルにあると仮定することができる。したがって、ＮＡＮＤゲート１１０の出力は通常は低レベルであるが、ボブ行程の終了を示す、単安定マルチバイブレータ１０２の出力の下降する立ち上がり区間では高レベルに移行する。ゲート１１０の出力の上昇する立ち上がり区間は、単安定マルチバイブレーク１０２をしてカウンタ１００からの行程持続期間の演算回路１０４へのラッチ作用をトリガさせるものである。

この立ち上がり区間は、また、Ｊ−に方向選択フリップフロップ１１４をクロックする。先に述べた相補的なＡＴＢ、ＢＴＡ下方出力流行程の方向を表わす。

すなわち、ボブ２７が現在ＡからＢへか、あるいは、ＢからＡへかどちらに移動しているかを示す。フリップフロップ１１４のＪ、に入力ボートはロジックｌにつなげられている。したがって、フリップ７０ツブはそれが受け取る各クロックパルス毎にトグル作用を行う。ボブが先にＡからＢへ移動しているので、ＡＴＢ信号は高レベルであり、クロック移行の受領で、低レベルに移行し、ＢＴＡが高レベルに移行する。先に述べたように、これにより、駆動回路６２がコイルを切り換え、方向回路をしてそれがモニタしているコイルを切り換えさせる。

タイムアウト・カウンタ１１２は、最長と予想されるボブ行程時間よりも普通は２０％長い所定の時間間隔を表わすカウント数に達したときに低レベル移行／マルスを発生するようにセットされている。しかしながら、単安定マル％ｚ＜イブレータ９４の上方出力が各行程の終端でカウンタ１１２をリセットし、したがって、タイムアウト・カウンタ１１２は、通常、その出力が低レベルへ移行する機会を持つ前にリセットされる。したがって、方向選択フリップ７０ツブ１１４を普通にトグル作用させるのは方向回路であって、タイムアウト・カウンタ１１２ではない。しかしながら、システムを初めてオンにしたとき、最初のトグル・パルスを発生するのはタイムアウト・カウンタ１１．２であり、このタイムアウト・カウンタは、方向回路６６がなんらかの理由のためにボブ２６の検出点の通過を検出し損なった場合にシステムを回復させるトグル・パルスも発生する。

第２Ａ、２Ｂ図の回路の動作を、ボブ２７の動きを表わしている第３Ａ、３Ｂ図に関連して説明する。検出点１１６．１１８は、相互インダクタンスがピーク値の９０％より下にあり、比較器８８の方形波出力が止まっている、ボブ２６の２つの移動点を表わしている。これら２つの点の距離をＬとし、原則として、密度計はこの距離を移動するのに要する時間を測定する。本発明の教示は、したがって、ボブが検出点１１６に到達するとすぐに時間測定を停止する具体例に実施することができる。しかしながら、図示の実施例が方形波が止まったことを決定する方法であるために、ボブ２６が検出点１１６または１１８に到達したときにカウンタ１００がそのカウント作用を停止することはない。

特に、ボブが９０％点１１６を通って左へ（Ｂ−Ａ方向）移動すると、比較器８８の発生する方形波が止まり、単安定マルチバイブレーク９２のトリガ作用が生じる。しかしながら、行程時間カウンタ１００はカウント信号を受信し続け、したがって、増分し続ける。回路が矩形波が止まったと決定するのは、比較器からなんらそれ以上のパルスを受け取ることなく単安定マルチバイブレーク９２の時間が経過したときだけであり、それ故、単安定マルチバイブレータ９２の低レベル移行出力はＡＮＤゲート９８を使用禁止とし、その結果、行程時間カウンタがパルスの受け取りを停止し、増分を停止する。単安定マルチバイブレーク９２の出力における同じ信号推移が単安定マルチバイブレータ９４をトリガし、それによって、コイル・ドライブを上述したように切り換えさせる。また、Ｂ−Ａ行程が終わったばかりなので、演算回路１０４がカウンタ１００の出力を読み込み、単安定マルチバイブレーク１０８のタイムアウト期間の後にカウンタ１００がリセットされる。

単安定マルチバイブレーク９２がタイムアウトするのに要する時間、したがって、駆動回路をしてコイルを切り換えさせるに要する時間において、ボブ２６は距離ＤＩだけ点１１６を越えて移動してしまう。したがって、ボブは、第３Ａ図に示すように、点１１６を越えて点ＤｉからそのＡ−Ｂ　（左−右）行程を開始する。しかしながら、この時点で時間測定が始まることはない。行程時間カウンタ１０４ヘカウント信号を送るカウント・イネーブル・ゲート９８は、それを使用可能とするためにトリガされなければならない再トリガ可能な単安定マルチバイブレーク９２が最初はなんらトリガ信号を受け取らないために使用禁止の状態に留まる。単安定マルチバイブレーク９４のトリガ作用がピーク検出器８４をリセットし、比較器８８が普通は再トリガ可能な単安定マルチバイブレーク９４をトリガする矩形波を発生するようにするけれども、ブランキング・ゲート９０は最初は再トリガ可能な単安定マルチバイブレーク９２に矩形波を送らない。これは、単安定マルチバイブレータ９４がその非安定状態にあるとき、ゲート９０が使用禁止状態にあるからである。

単安定マルチバイブレーク９４の期間は単安定マルチバイブレーク９２の２倍であり、したがって、単安定マルチバイブレーク９４の下方出力がゲート９０を使用禁止とし、最終的には、パルスが（現在リセットされている）カウンタ１００に到達するのを肚する時間は、ボブが距離Ｄ１を移動する時間の２倍である。この時間の長さにおいて、ボブは第３Ａ図に示すように右へ距離２Ｄ、戻り、カウンタ１００はボブの移動中にカウント・パルスをまったく受け取らない。

したがって、ボブか点１１６の右へ距離２Ｄｔ　ＤＩのところへ達するまで、時間測定は始まらない。

カウント作用が開始すると、それは、ボブが点１１８の右へ点り、に達するまで継続し、この時点で、単安定マルチバイブレータ９２が再びタイムアウトし、カウンタ１００を停止させ、演算回路が再び行程時間カウンタの出力を読み取り、これが再びリセットされる。こうして、演算回路１０４は、第３Ａ図に示すように、ボブがＬ＋Ｄｔ−（２Ｄｔ−ＤＩ　）４＋Ｄ＋−Ｄｔに等しい距離移動するに要した時間を表わすカウント数を読み取ったことになる。

第３Ｂ図は、Ｂ−Ａ行程を示し、ボブが検出点１１８の左へ点２Ｄ＋　Ｄｔに到達したとぎ行程を開始するタイミングをカウンタ１００が開始することを示している。タイミングは、ボブが検出点１１６の左へ距離Ｄ１のところに位置する点に達するまで継続する。したがって、カウンタ１１０は、ボブが距離Ｌ＋Ｄ、− （２Ｄこれらの単安定マルチバイブレータの動作によって生じる精度上の不利な条件はＭ　＝　ｇＶ　ＳｉＭ（ｄｂ−ｄ＋ＸＴＡｔｎ＋Ｔ＋ｒＡ）／（ＴＡｒｓ −Ｔｌｌｒａ）　（６）ことができる。式（１）、（２）の操作して粘度σについて以下の式を得ることよって決定することができる。すなわち、ｋ　＝　（２Ｌα）／Ｍ（ＴＡＡｉＢ＋ＴｓＴＡ）［１−（ｓＭ’）ｓｉｎ’αｌこの比例定数値の場合、式（７）は未知の流体の粘度を決定するのに用いることができる。

上記の式を検討すると、それらの式が、ボブが終末速度に達するのに要する時間が無視できるという暗黙の仮定に基づいていることがわかる。しかしながら、比較的粘性のない流体の場合、この仮定は現実を正確に示しておらず、機器の精度は、粘度が成るレベルより下に低下した後に、低下する傾向がある。装置が使用できる粘度範囲を広げるために、単安定マルチバイブレーク９４によってセットされる初期ブランキング間隔の長さを調節するとよい。

この調節の背後にある理論は、初期ブランキング中にボブ移動量が２Ｄ、であること、すなわち、行程の反対端で遭遇するドロップアウト遅延Ｄｆの２倍であることを示す上記の分析が、ボブが瞬間的に方向転換し、その終末速度をとるという仮定に基づいているということを認識することによって理解できる。もちろん、この仮定は厳密には真実ではないが、たいていの動作条件に付いては合理的な近似値を与える。しかしながら、流体がもつと粘性がないときには、この近似値の精度は低下することになる。それに伴う速度が大きくなり、初期ブランキング一時間移動と２Ｄ、の差が２Ｄｔの一部として意味を持つようになるからである。さらに、距離Ｄ＋、Ｄｔも機器が時間測定を行おうとしている行程りに比べて大きくなるので、慣性によって生じるエラーが意味を持つようになる。上述したように、駆動電流周波数を高めることによって距離Ｄ＋　、Ｄｔを意図的に小さくすることはできるが、これは、粘性の低い流体で生じるより高いボブ速度で意 −夕９４のブランキング期間が行程終端検出単安定マルチバイブレーク９２の期間の２倍となる。次に、比較的粘性のない流体でさらなるステップを実行する。

このステップにおいて、初期較正で決定されたパラメータＭ、ｋを用いて、粘度が拡張範囲の下端に近い既知流体の粘度を測定し、測定値と既知の値との間の誤差を観察する。単安定マルチバイブレータ９４の期間を、次に、測定値が既知の値に等しくなるまで、再トリガ可能な単安定マルチバイブレータ９２の期間の２倍から上方へ調節する。この期間は、未知の流体の続く測定で用いる。

この期間は、単安定マルチバイブレータ９４が再トリガ可能単安定マルチバイブレータ９２の遅延のみならず、低い較正粘度レベルで意味を持つようになる慣性効果をも最も良く補正する期間である。より高い粘度レベルでは適切な補正は行わないが、その粘度レベルでの単安定マルチバイブレーク９２．９４によって生じる遅延は比較的意味を持たない。全行程に要する時間がもっとかなり長いからである。したがって、この方法を用いることによって、装置の使用可能粘度範囲をかなり拡張することができる。

演算回路１０４は計算モードを備え、このモードにおいて、Ｍ、ｋを決定し、通常の測定作業のために適当な内部レジスタにそれらを格納する。あるいは、これらのレジスタの内容を外部的に実施された較正演算から得てもよい。いずれにしても、上述の較正作業は、本発明をさらに改善するために、式（５）、（７）の結果を調節して上述した理論的な記述から省かれた非線形性の影響を減らす直線化ファクタを決定する較正ステップとして追加することができる。

本発明の１実施例を説明してきたが、本発明の原理は図示したものとかなり異なる回路でも具体化できる。たとえば、ボブが中立浮力に維持されるフィードバック配置の場合、期間カウンタ１００を、他のすべての行程でのみリセットされ、ＡＴＢまたはＢＴＡ信号の状態に応じて決定されるモードを有するアップ／ダウン・カウンタであってもよい。演算は不要となり、演算回路の代わりに簡単なラッチを用いることができる。

前記の説明かられかるように、本発明の密度計は、簡単であるばかりでなく、振動に対して比較的鈍感であるように配置することもできる。さらに、本発明の密度計は、密度の測定のみならず、同時に粘度の測定も行うことができ、高価な別の機器を必要とせず、広範囲の具体例で実施することができる。したがって、本技術分野において意味のある進歩に貢献している。

新しいものとして請求され、合衆国のレターパテントによって保証されることが望まれるものは次の通りである。

ＦｆＧ、１ＦＩＧ、３ＡＦＩＧ、３Ｂ要　約　書度を決定する。

第１図国際調査報告ＩＩＩ＋ｓｎｍ１ｍ愈ＩＡＭＩＩＬ−〜＠ｏＭン１１（ＯＩ７ｎｌＣ？）国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．Ａ）強磁性材料からなるボブと、Ｂ）密度を測定しようとしている流体を貫くボブ経路に沿ってボブを案内するガイド手段と、Ｃ）ボブ経路に沿った互いに反対の方向に交互にボブを駆動するボブ駆動手段であり、（ｉ）ボブ経路に隣接して配置してあり、通電されたときに、ボブを互いに反対の方向へ駆動する磁界をボブ経路に生じさせる第１、第２のコイル、および（ｉｉ）第１、第２のコイルを通して交互に通電する電流ドライバ回路を包含するボブ駆動手段と、Ｄ）ボブ位置をモニタし、ボブ経路に沿って互いに反対の方向へ既知の距離をボブが移動するのに要する移動時間を測定し、測定時間の差の指標を発生し、密度を測定しようとしている流体の相対密度を指示する検知・測定手段とを包含する密度計。
２．請求の範囲第１項記載の密度計において、Ａ）第１、第２のコイルが、それらの相互インダクタンスがボブ位置の関数となるような向きとなっており、Ｂ）検知・測定手段が、コイルの相互インダクタンスをモニタし、モニタされたインダクタンスが所定のボブ位置に対応する位置関数の点に到達した時間によって定められる時間間隔を測定することによって移動時間を測定する手段を包含することを特徴とする密度計。
３．請求の範囲第１項記載の密度計において、Ａ）電流駆動回路が、それに付与されたコイル選択制御信号に応答して選択コイルを通して電流を流し、それによって、ボブが互いに反対方向の行程でボブ経路に沿って前後に駆動され、Ｂ）検知・測定手段が、ｉ）コイルに接続してあって、非選択コイルに生じた瞬間電圧の、（ｂ）現行ボブ行程中に生じた電圧によって達成されるピーク値の所定の部分との比較を表わす比較信号を発生する位置検知回路であり、比較信号が、誘導電圧がピーク値の所定の部分より大きな値に振幅が留まるＡＣ信号であるかぎり、第１、第２の方向転換を有する方形波を包含する位置検知回路と、ｉｉ）遅延回路であり、ａ）第１期間を有し、比較信号の第１方向転換によってトリガされるように接続してある再トリガ可能な第１単安定マルチバイブレータと、ｂ）第１期間よりも長い第２期間を有し、第１単安定マルチバイブレータの安定状態を表わす第１単安定マルチバイブレータの出力の変換によってトリガされるように接続してある第２単安定マルチバイブレータとを有する遅延回路と、ｉｉｉ）この遅延回路に応答して、第２単安定マルチバイブレータがその安定状態をとったときに開始し、第１単安定マルチバイブレータが安定状態をとったときに終了する時間間隔を測定するタイミング回路であり、測定した時間の指標を発生するタイミング回路と、ｉｖ）測定時間の指標に応答して測定時間の差の指標を発生する差回路とを包含し、Ｃ）ボブ駆動手段が、また、コイル・ドライバに制御信号を付与できるようにこのコイル・ドライバに接続してあり、第１単安定マルチバイブレータがその安定状態をとったときにそれに応答してコイル・ドライバに、それによってコイル選択を切り換える制御信号を付与する方向制御回路を包含することを特徴とする密度計。
４．請求の範囲第３項記載の密度計において、Ａ）第２単安定マルチバイブレータの状態に応答するゲートを包含し、このゲートが位置検知回路と第１単安定マルチバイブレータとの間に挿設してあって第２単安定マルチバイブレータがその非安定状態にあるときに第１単安定マルチバイブレータが比較信号転換によってトリガされるのを阻止するが、第２単安定マルチバイブレータがその安定状態にあるときには比較信号転換によって第１単安定マルチバイブレータがトリガされるのを許すようになっており、Ｂ）タイミング回路か第１単安定マルチバイブレータが非安定状態にある時間間隔を測定することを特徴とする密度計。
５．請求の範囲第４項記載の密度計において、測定時間の差の指標が測定時間の差対その合計の比に比例する量を表わしていることを特徴とする密度計。
６．請求の範囲第３項記載の密度計において、測定時間の差の指標が測定時間の差対その合計の比に比例する量を表わしていることを特徴とする密度計。
７．請求の範囲第２項記載の密度計において、測定時間の差の指標が測定時間の差対その合計の比に比例する量を表わしていることを特徴とする密度計。
８．請求の範囲第１項記載の密度計において、測定時間の差の指標が測定時間の差対その合計の比に比例する量を表わしていることを特徴とする密度計。
９．請求の範囲第８項記載の密度計において、検知・測定手段が、さらに、測定時間の合計の指標を発生し、それによって、流体の粘度を示す手段を包含することを特徴とする密度計。
１０．請求の範囲第１項記載の密度計において、検知・測定手段が、さらに、測定時間の合計の指標を発生し、それによって、流体の粘度を示す手段を包含することを特徴とする密度計。
１１．請求の範囲第１項記載の密度計において、電流ドライバ回路が第１、第２のコイルを通して流す電流を個別に調節して、密度がボブの密度と異なっている流体を通しての互いに反対方向の移動時間の差を無効にすることができることを特徴とする密度計。
１２．流体の密度を測定する方法であって、Ａ）強磁性材料からなるボブを用意する段階と、Ｂ）ボブ経路に沿って互いに反対方向へ交互に流体を通して磁気的にボブを駆動する段階と、Ｃ）ボブ経路に沿った両方向における既知距離をボブが移動するに要した移動時間の測定を行う段階と、Ｄ）測定した時間の差の指標を発生し、流体の密度を知る段階とを包含することを特徴とする方法。
１３．密度を測定する方法であって、Ａ）強磁性材料からなり、密度を測定しようとしている流体を通るボブ経路に沿って前後に駆動されるようになっているボブを用意する段階と、Ｂ）相互インダクタンスがボブ経路に沿ったボブの位置の関数となるようにボブ経路に隣接して第１、第２のコイルを配置する段階と、Ｃ）ボブ経路に沿った行程で前後にボブを駆動する段階と、Ｄ）ボブが駆動されているときにコイルの一方に交流を流す段階と、Ｅ）他方のコイルに生じた電圧を検知し、非選択コイルに生じた瞬間電圧と、現行ボブ行程中に生じた電圧によって達成されたピーク値の所定の部分との比較を行い、それによって、生じた電圧がピーク値の所定部分より上に留まっている大きさのＡＣ信号であるかぎり、２つの値の間の比較値を変化させる段階と、Ｆ）比較値が所定の値に変化した後にボブが第１期間駆動される方向を変え、その問いその値に留まるようにし、そして、第１期間がＡＣ信号の期間よりも長いようにした段階と、Ｇ）方向転換後に第２月間を開始し、次の方向転換時に終了する時間間隔を測定し、この第２期間が第１期間よりも長くなっている段階と、Ｈ）測定した時間間隔の長さの差の指標を発生し、流体の密度を知る段階とを包含することを特徴とする方法。