JPH05660B2 - - Google Patents

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JPH05660B2
JPH05660B2 JP63218638A JP21863888A JPH05660B2 JP H05660 B2 JPH05660 B2 JP H05660B2 JP 63218638 A JP63218638 A JP 63218638A JP 21863888 A JP21863888 A JP 21863888A JP H05660 B2 JPH05660 B2 JP H05660B2
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tube
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young
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Deiuido Teitoro Josefu
Burosuto Uirumatsuto
Toomasu Haan Deiuido
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Original Assignee
MAIKURO MOOSHON Inc
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は金属特に金属管の弾性係数を決定する
方法および装置に関する。 〔従来の技術〕 コリオリ質量流量計は処理流体の質量流量の測
定のために使用される。米国特許第4491025号明
細書に示す典型的なコリオリ質量流量計は、それ
ぞれ代表的にはU字形の金属管である2つの平行
な流管を含む。各金属管は軸線の周りに揺動駆動
されて基準の回転フレームを形成する。U字形の
金属管ついてこの軸線は曲げ軸線と名付けられ
る。処理流体が各揺動金属管を流れると流体の運
動によつて反作用的にコリオリ力が生じ、力の方
向は流体の速度の方向と管の角速度の方向とに対
して直角である。この反作用的なコリオリ力は各
管を捻り軸線の周りに捻り、捻り軸線はU字形の
金属管の場合に曲げ軸線に対して直角である。捻
りの量は管を通つて流れる処理流体の質量流量に
比例する。 実際には上述のコリオリ質量流量計はゼロレベ
ル偏位調節を必要とする。偏位調節は測定された
質量流量をゼロすなわち計器を通る流体流がない
状態まで減少せしめて計器を適切に較正する。さ
らに、計器の製造時にゼロレベル偏位調節値は通
常大であつて、計器の使用時に種々の値に変動す
る。ゼロレベル偏位調節値が大であることと、変
動があることは従来注目されなかつた。 〔発明が解決しようとする課題〕 この点に関し、ゼロレベル偏位調節値が大とな
り変動が生ずる原因を明らかとし、信頼性の高い
正確なコリオリ質量流量計を得る必要がある。 コリオリ質量流量計の流管を製造するために使
用される金属管の弾性特性が計器の固有振動数、
感度およびゼロレベル偏位に大きい影響を与える
ことが判つた。特に双管コリオリ質量流量計の金
属管の一方のヤング率が他方の管と著しく異なる
場合にゼロレベル偏位調節値と変動との問題が生
ずることが判つた。実際にヤング率の変動は著し
い場合11%に達する。 管のヤング率を決定する各種の静力学的、動力
学的方法が公知であるが、工業的に適用可能な方
法、装置はなかつた。特に下記の公知のヤング率
決定方法は一つ以上の欠点を有する。第1の方
法、「変形テスト」では試験片は片持梁として把
持され、既知の力を試験片の自由端に作用させて
変形量を測定し、測定値からヤング率を算出す
る。この方法は通常再現性が悪く、端部効果によ
りヤング率が変化する。例えば把持力が変化する
と測定値が変動する。第2の方法、「軸方向引張
りテスト」では試験片の両端を把持し、軸方向引
張力を作用せしめ、試験片を特定量伸ばすための
力の測定値からヤング率を算出する。管の断面積
は長さに沿つて均一でないからヤング率は少くと
も3%変化する。「片持梁自由振動テスト」では
試験片の一端を把持し、例えばその自由端に衝撃
を与えて振動の固有振動数を測定する。測定値か
らヤング率を算出する。この方法の欠点は端部効
果によつて測定値が変動する点にある。「懸垂振
動テスト」では試験片を例えば一端に糸および加
速度計を取付けて懸垂または懸吊し、例えば他端
をハンマで叩いて軸方向すなわち長手方向振動を
励起する。振動数を測定してヤング率を算出す
る。この方法の欠点は管を試験片としたときに断
面積が小であつて、信頼性、再現性を持つて端部
を打撃することが困難である点にある。さらに、
この方法はテストの準備作業に時間がかかる。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は上述従来のヤング率測定方法および装
置の欠点を解消するもので、応力波(P波または
S波)が試験片内を伝播する速度を測定する。た
だし、応力波が試験片内を伝播する速度より速い
伝播速度の波が誘起されるような表面ではならな
い。本発明の方法および装置の具体例は双管コリ
オリ質量流量計を製造する管に適しており、ヤン
グ率の同等な2つの管を選択可能とする。この技
術を使用することにより正確なコリオリ質量流量
計の製造が可能となり、高度の品質管理が達成さ
れる。 本発明による金属管のヤング率を測定する方法
の具体例によれば、管の長さと密度とを測定し、
管の一端に応力波を励起させ、応力波が管の他端
に伝播する伝播時間を測定し、管の長さと管の材
料とに基づく伝播時間遅延係数と管の材料に基づ
く予め定めた較正係数とを測定された伝播時間か
ら減算して修正された伝播時間を求め、管の長さ
と密度と修正された伝播時間とからヤング率を決
定する各工程を含む。 本発明による金属管のヤング率を測定する装置
の具体例によれば、管の一端に隣接して配置され
た取付具手段と、該取付具を打撃して管内にP波
を生ずる打撃手段と、第1の検知手段からの出力
に応答して計時を開始し第2の検知手段からの出
力に応答して計時を終了する計時手段と、打撃手
段に隣接して配置されて打撃手段が取付具を打撃
しことを検知して計時手段に出力を送る前記第1
の検知手段と、管の他端に配置されてP波の到着
を検知して計時手段に出力を送る前記第2の検知
手段と、計時手段の計時に応答して計時手段の計
時が終了したとき計時を表示する表示手段とを含
んでいる。 上述方法および装置は適宜変更可能であり、例
えば振幅検知手段をS波の伝播時間測定に使用
し、ヤング率とポアソン比を算出することも可能
である。 〔作用〕 本発明に係る管の弾性係数を決定する方法およ
び装置においては、端部効果による影響がなく、
試験片を支持する表面の影響を受けない。 〔実施例〕 以下に、図面を引用して本発明の実施例を説明
する。第1図に本発明によつて管のヤング率を測
定するための装置の望ましい実施例の概略図を示
す。管の直径および長さは任意である。不連続
部、例えば折れ目、傷、深い表面傷などが管に存
在すると、これら不連続部は応力波の伝播時間を
長くしヤング率を低下せしめる。装置10におい
てハンマ12の頭部に加速度計14が固定され
る。加速度計14はリード線15によつて回路1
6に接続される。回路16の機能は後述する。打
撃キヤツプ18が管20の一端に固着され、管2
0の他端にはキヤツプ22が固着される。加速度
計24がキヤツプ22に固着されリード線26に
よつて回路16に接続される。 ハンマ12の頭部がキヤツプ18を打撃する
と、第2図に示すように応力波(P波およびS波
を含む)30が生じ、加速度計14は電気パルス
を生じ、回路16はこれを検知して計時作用を開
始する。公知にように軸方向衝撃応力を弾性体に
与えると、長手方向波(圧縮波または膨張波とし
ても知られる)と剪断波との両者が生じて物体内
を伝播する。典型的には長手方向波はP波と、剪
断波はS波と名付けられる。弾性体内のP波の伝
播速度はS波の伝播速度より大である。しかし、
管の場合S波の振幅はP波の振幅より大である。
本発明においては測定の精度を最大とするように
P波、S波の何れかを使用するが、P波が望まし
い。検出された波の前線が比較的鋭いことが高い
精度のために望ましいが、一種類の波であつたほ
うがよいことは明らかである。S波を検出する
と、波の前線はS波からのエネルギの外にP波か
らの残留エネルギを含むものとなる。これは測定
の再現性を制限する。 さらに、第2図に示すように、応力波すなわち
P波、S波の双方がキヤツプ18を通つて管20
内に入る伝播は複雑である。しかしキヤツプ18
はP波を含む応力波30が比較的均斉に管20に
入り矢印32の方向に沿つて管内を伝播すること
を容易とする。キヤツプ18は、管20の一端に
均斉な波前線を形成することを援助し、作業者に
管20の端部を打撃することを容易とする。後者
については、キヤツプ18がなければ作業者は管
20の狭い端部を正確に打撃する必要があり、こ
れは著しく困難である。さらに、P波30の伝播
時間がキヤツプ18,20のために遅れることは
再現可能であり、較正手順によつて測定可能であ
り、本発明によるP波検査装置による測定値から
減算することができる。 第2図に示すようにP波30の波前線が管20
の端部34に到着すると、P波は管20からキヤ
ツプ22に伝達され伝播される。第1図、第2図
に示すように加速度計24がP波を検知し、リー
ド線26(第1図)を経て回路16に電気的パル
スが作用し、計時作用を停止する。加速度計24
が生ずる電気的パルスは加速度計14が生ずる電
気的パルスよりある量だけ時間的に遅れており、
この量はP波30がキヤツプ18、管20、キヤ
ツプ22を通つて伝播する時間を表す。回路16
はこの時間遅延を利用しキヤツプ18,24およ
び加速度計24による遅延を修正して、P波30
が管20の一端から他端まで伝播する修正伝播時
間を決定する。 伝播時間が判ると、ヤング率Eは次式によつて
決定される。 E=〔(1+ν)(1−2ν)/(1−ν)〕ρ(L/
T)2 …(1) ここで、νはポアソン比、Lは管20の長さ、
ρは該管20の密度、Tは管20の一端から他端
までP波の前線が伝播する伝播時間である。本発
明によればν,L,ρはつぎにより決定される。 (1)ポアソン比νは、コリオリ質量流量計の流管
を形成するために使用された材料によつて定まる
本質的に定数である。(2)管20の長さLは適当な
精度で、工業的にはテープ物差しで測定する。(3)
管20の密度ρは適当な精度で、工業的には円形
断面の管の場合は、wを重量、gを重力の加速
度、Vを管の容積としたとき、次式のよつて決定
する。 ρ=w/(gV) …(2) 容積Vは管20の断面積Aと長さLとの積として
得られる。断面積Aは次式のより計算される。 A=π(d0 2−d1 2)/4 …(3) ここで、d0は管20の外径、d1は管20の内径で
ある。 本発明の一実施例において回路16はさらに、
(1)例えばポアソン比の数値、管20の長さ、密
度、特定の管材料についての伝播時間修正のため
の較正係数などを操作員が初期データとして供給
可能とする回路、(2)P波が管20内を伝播する時
間を測定しそれと初期データとを比較してヤング
率を計算する回路を含む。 第1図のハンマ12は計器つきのハンマで、加
速度計14を含み、広い周波数範囲でほぼ一定の
力でキヤツプ18を励起するために使用され、周
波数範囲は特定のハンマ構造によつて決定され
る。加速度計を有するこの計器つきのハンマは
PCB社(PCB Piezotronics Inc.)で市販されて
いる。キヤツプ22に取付けられて管20のP波
を検知する加速度計24もPCB社から入手可能
である。以下に詳述するようにキヤツプ22は管
20に密接接触している。 前述のように本発明の方法および装置は管20
内のP波の伝播時間を測定するもので、管を台に
固定する必要はなく、管の方向も重要ではない。
管20内のP波の伝播時間の測定において、管を
どの面で支持してもよい。ただし、支持表面に生
じた応力波が管内を通るP波の伝播速度より大で
あつてはならない。例えば応力波はアルミニウム
内を鋼内より速く伝播するから、鋼の管をアルミ
ニウムのテーブル上に直接に置くと加速度計24
はアルミニウムのテーブルを通る応力波を測定
し、鋼管を通るP波を測定しない。この問題は鋼
管を発泡性またはゴムのパツドに支持することに
よつて解決できる。発泡性またはゴムのパツドは
応力波がアルミニウムのテーブルに誘起されるこ
とを実質的に防止する。 本発明の方法および装置は工業的環境でヤング
率を1%の精度で測定することを可能とし、この
場合、管20の長さの測定はテープ物差しでよ
い。管20の長さが6.1m(20ft)であるとヤン
グ率の精度0.2%に対して長さを公差±6cm(約
1/4インチ)以内に決定すればよく、管20の長
さが61cm(2ft)である場合にはヤング率の精度
0.3%に対して管の長さを公差±0.08cm(約1/32
インチ)以内に決定すればよい。この公差は式(1)
を正確な長さに関してテイラー展開して管20の
長さの誤差によつてヤング率に生ずる誤差を確認
すればよい。なお、ヤング率の測定誤差率は長さ
の測定誤差率の約2倍である。 第3図は第1図のキヤツプ18の詳細図であ
る。第3図のキヤツプ18は側面に孔102を有
する取付部100を有する。孔102はねじ孔で
セツトねじ104を受入れる。使用時には管20
の端部上に取付部100が被せられ、管20の端
部を内面106に当接させる。セツトねじ104
を管20の側面に当接するように締付けて、管2
0の端部と取付部100とを密接接触せしめる。
第3図のキヤツプの壁108にねじ孔を設け、ね
じ付きのスタツドによつて加速度計14を取付け
てもよい。 第4図は管20に加速度計24を固定するため
に使用されるキヤツプ22の別の実施例の概略図
である。取付具120は圧縮取付具であつて、締
付けナツト122と、第1のフエルールすなわち
スリーブ124と、第2のフエルールすなわちス
リーブ125と、金属の着座ナツト126とを含
む。始めに締付けナツト122を管20に被せ、
スリーブ124,125を管20に被せてナツト
122内に位置させる。つぎに、金属の着座ナツ
ト126を管20の端部が着座ナツト126の座
127に当接するようにする。ねじが締付けナツ
ト122の内面に設けられて着座ナツト126の
外面のねじと係合する。着座ナツト126が締付
けナツト122にねじこまれると、第1のスリー
ブ124と第2のスリーブ125とは締付けナツ
ト122と着座ナツト126とをねじ締付けるこ
とによつて生ずる力によつて変形せしめられる。
これによつて良好な金属対金属接触が管20と着
座ナツト126との間に形成される。金属の着座
ナツト126の端部壁128にねじ孔が設けられ
てスタツド130が挿入される。加速度計24が
スタツド130にねじ固定される。一実施例にお
いて、締付けナツト122と、スリーブ124,
125と、金属の着座ナツト126とはクロフオ
ード社(Crawford Fitting Company,Solon,
Ohio)のスエージロツク(SWAGELOK)管取
付具から製造され、金属の着座ナツト126は、
ねじ付きスタツド130を受入れるように改変さ
れる。例えば、カタログ番号5/8−1010−Cの
5/8インチ直径の管取付具が使用される。他の直
径の管には適当な寸法の管取付具が選択される。
使用時には、ヤング率を測定後に、金属の着座ナ
ツト126と加速度計24とを管20から取外す
が、締付けナツト122とスリーブ124,12
5とは管20に取付けておく。締付けナツト12
2と変形したスリーブ124,125とを管20
から取外すためには管20を切断する。この実施
例において締付ナツト122と変形したスリーブ
124,125とはヤング率が決定されたことの
指示として役立つ。 第5図は第1図のハンマ12のための打撃キヤ
ツプ18を形成するために使用される。または加
速度計24のための取付具140を示す斜視図で
ある。第5図に示す取付具140は、ばね144
の負荷を受けてジヨー146,148を有するク
ランプ142を含み、その形状は管20の外径に
適合している。ジヨー146,148はその内面
に図示しないゴムまたは発泡材料の層が固定され
ている。ゴムまたは発泡材料の層はジヨー14
6,148が管20を傷つけることを防止し、応
力波が取付具140から管20に伝播することを
防止する。ジヨー146,148から管20に実
質的に平行に3つの金属の結合ロツド150,1
52,154が延長する。結合ロツド150,1
52,154はクランプ142を金属板156に
連結し、板156は管20の端部と実質的に平行
である。第5図に示すように、板156とジヨー
146,148とは対応的な整合する貫通孔15
8を有し、結合ロツド150,152,154が
孔158を貫通延長する。 一実施例において結合ロツド150,152,
154の両端にはねじが設けられ、ナツト160
(第6A図〜第6C図参照)が板156の孔15
8を貫通後のロツドにねじ係合する。第5図に示
すように圧縮ばね162,164,166が結合
ロツド150,152,154のそれぞれの端部
とジヨー146,148の対応する貫通孔158
との間に配置されている。圧縮ばね162,16
4,166は結合ロツド150,152,154
の端部にねじ係合するナツト160によつて所定
位置に保持される。 板156の接触面171には突起170が設け
られる。突起170は円錐形または砲弾形として
管20の端部を取付具140の接触表面171に
密接接触するように案内する。望ましくは少くと
も3つの等間隔の半径方向に延長する突起、例え
ば金属ピン172が接触表面171に設けられ
る。ピン172は第5図に示す。ピン172は通
常の固定手段、例えば接着剤、溶接、蝋付けなど
によつて固定される。ピン172は管20の端部
と取付具140との間の密接接触点として作用
し、管の端部に生ずる不均斉を許容する。凹所を
接触表面171に設けてピン172を受入れるよ
うにしてもよい。接触表面171に円めた縁部を
設けてピン172に代えてもよい。 作動時には、クランプ142のジヨー146,
148が開く。取付具140を管20に被せ、圧
縮ばね162,164,166が長手方向力を管
20に作用して板156とピン172とを管20
の端部に密接接触せしめる。取付具140が加速
度径24を保持する場合には、ねじスタツドのた
めのねじ孔を板156に第4図のスタツド130
の場合と同様に設ける。 第6A図、第6B図、第6C図は第5図の結合
ロツド154について線−に沿う断面図で、
板156と結合ロツドとの連結を示す。第6A図
において、結合ロツド154の部分180の直径
は板156の貫通孔158の直径に対比して減少
している。ロツド150,152の端部も同様に
なされる。第6B図において、貫通孔158の直
径は結合ロツド154の直径より充分に大であつ
て、ロツド154は直径が減少されておらず、緩
み嵌合をしている。板156の鎖線位置186,
188に示すようにロツド154と板156との
間にある程度の自由運動、すなわち揺動運動が可
能である。また、これは管20の端部が軸方向に
直角でない場合でも管20の端部と板156との
密接接触を可能とする。第6C図において貫通孔
158は面取りされ、面取部182,184は同
様に結合ロツド154に対する板156の角度運
動を許容する。別の実施例としてロツド150,
152,154と板156との端部を球およびソ
ケツト接手(図示せず)としてもよい。球および
ソケツト接手は板156と結合ロツドとの間の相
対運動を許容し、管20の端部が直角から不整合
であることを許容する。各実施例に示す緩み嵌合
はクランプ142のジヨーの開く力が小であると
いう効果がある。クランプ142を開くとき、結
合ロツドは典型的には鋼製で剛であるが管から離
れるように外方に曲げられる。結合ロツドが角度
的に運動可能であれば、曲げの量は少くてすみ、
従つてクランプ142を開く力は少くてすむ。取
付具140が打撃キヤツプとして使用されるとき
は、取付具がハンマ12によつて最初に打撃され
るとき管20の端部との間の密接接触が与えられ
る。ハンマ12が板156を打撃すると、板は管
20の端部から反発して管20の端部を再打撃す
ることも生ずる。しかし、最初の打撃によるP波
は既に管20の他端に向つて伝播しているから再
打撃は影響しない。 第7図は第1図の回路16のブロツク図であ
る。ハンマ12がキヤツプ18(第1図)を打撃
すると、ハンマ12に固定された加速度計14は
第7図に示す電気パルス200をリード線15に
発生する。P液はキヤツプ22と加速度計24と
に向つて移動する。P波を検知すると加速度計2
4は第7図に示す電気パルス300をリード線2
6に発生する。電気パルス200,300は入力
として増幅器201,301にそれぞれ入力され
る。増幅器201,301はこれらパルスを適宜
の大きさに増幅し、増幅されたパルスを入力とし
て増幅器202,302にそれぞれ入力する。増
幅器202,302はノイズ閾回路である。これ
ら増幅器は加速度計14,24の発生パルス20
0,300の増幅されたものをそれぞれの電源2
03,303によつて設定された予め定めた閾値
と比較する。増幅されたパルスの振幅が関連する
閾値より大であれば、増幅器は高レベルを出力す
る。この閾値は充分に高いものとして回路16の
ノイズによる作動を防止する。 増幅器202の出力は、D型フリツプフロツプ
204の入力となり、その出力Qがリード205
をハイとする。リード205はカウンタ400の
スタート入力に接続される。リード205がハイ
となるとカウンタ400はカウントを開始する。
すなわちハンマ12がキヤツプ18を打撃して管
20にP波を励起するとカウンタ400がカウン
トを開始する。カウンタ400の時間ベースは本
質的に周波数10MHzのクリスタル401によつて
決定される。 上述のように加速度計24が管20の端部にお
いてP波を検知してパルス300を発生するが、
これによつて増幅器302が生ずる出力はD型フ
リツプフロツプ304の入力となる。フリツプフ
ロツプ304の出力Qはリード305をハイとす
る。リード305はカウンタ400のストツプ入
力に接続される。リード305がハイとなるとカ
ウンタ400はカウントを停止して、カウントを
LED表示部410に送る。このカウントはキヤ
ツプ18,22を経て管20の長さをP波が伝播
する時間を示す。カウンタ400がLED表示部
410にカウントを出力すると、カウンタは、管
20内の共鳴現象が減衰するに充分に長い短時間
の間はカウントを再開しない。 式(1)により、修正された伝播時間を使用してヤ
ング率Eが決定される。式(1)はプログラムされた
計算器を使用して計算される。本発明の別の実施
例において式(1)はマイクロプロセツサなどのプロ
セツサで計算される。第7図においてマイクロプ
ロセツサ425がカウンタ400からカウントを
リード415を介して受取り、ポアソン比ν、管
の長さL、密度ρおよび較正係数などの数値はキ
ーボード入力装置430などの入力装置によつて
入力される。計算が完了するとマイクロプロセツ
サ425は結果を表示装置435に送つて表示す
る。マイクロプロセツサ425などのプロセツサ
にキーボード入力装置などの入力装置を接続して
式(1)の計算を行うことは当業者は容易に実施でき
る。 第7図において、ハンマ12が管20を打撃す
ることに応答して増幅器202からフリツプフロ
ツプ204にパルスが入力されるとフリツプフロ
ツプ204は出力Q以外に適当なレベルの出力を
リード358を経てリセツトワンシヨツト350
に送り、ワンシヨツト350は例えば1.5秒の遅
れで出力を発生し、リード355,356により
フリツプフロツプ204,304のCLR入力部
に供給されてこれらをリセツトし、且つリード3
57を介してORゲート351の入力となる。
ORゲート351の出力はカウンタ400の初期
化入力INTTの入力となる。この結果、回路16
はリセツトされ、つぎの測定が準備される。遅延
時間は充分に長くして管20に共振現象が生じて
も消散するようにする。さらに、遅延時間は充分
に長くしてハンマ12によるP波が加速度計24
によつて検知される以前にカウンタ400がワン
シヨツト350によつてリセツトされないように
する。この最後の要求事項は実際的には問題とな
らないが、これはP波の伝播時間はマイクロ秒で
測定され、ワンシヨツト350の時間は1.5秒程
度であることによる。 第7図に示すようにカウンタ400は適宜の電
源361とORゲート351の入力との間に接続
された手動閉鎖スイツチ360で発動させること
もできる。 本発明の方法および装置の精度を調べるために
米国標準局(NBS)から5つの検定済み試験バ
ーを入手した。バーは中実でアルミニウム、チタ
ニウム、ステンレス鋼321(SS321)、鉄系
鋼およびインコネル製である。これらの機械的性
質は表1の第1列から4列に示す。
【表】 下記の式(4)を使用し表1におけるV1およびL
を使用してNBS伝播時間T0が各試験バーについ
て決定された。 T0=L/V1 (4) このT0は表の第6列に示す。5つの試験バー
について第7図の回路と変形された試験装置を使
用した。加速度計24は取付具120のための短
い取付けスタツド万力を使用してバーの端部に取
付けた。計器付きのハンマ12でバーの他端を直
接に打撃した。各バーは少くとも10回テストさ
れ、伝播時間Tは回路16で測定した。測定され
た時間TはNBS伝播時間T0より実質的に大であ
つた。各テストについてヤング率は式(1)により計
算し、平均値Enを求めた。第8図に測定された
ヤング率の平均値EnとNBS値Eとの比較結果を
示す。破線は理想状態すなわち1:1関係を示
す。測定された伝播時間を使用して決定されるヤ
ング率に関し、この時間TはNBS値よりも小さ
い。測定伝播時間TとNBS伝播時間T0との差
ΔT1を各テストについて決定した。各バーについ
てのΔT1を平均して平均値を求めた。この平均値
は材料によつて異り、計器付きハンマ12と加速
度計14,24と回路16とによつて導入される
誤差または風袋値であると考え得る。取付具14
0,120の測定伝播時間Tに及ぼす影響を決定
するためにテストを各試験バーについて繰り返し
た。始めに取付具120を使用してテストを行つ
た。取付具120,140の双方についてテスト
を行つた。取付具120による誤差をΔT2、取付
具140による誤差をΔT3とする。これらの各遅
延時間ΔT1、ΔT2、ΔT3の和が全体の誤差または
風袋値として式(5)に示す較正係数ΔTとして示さ
れる。 ΔT=ΔT1+ΔT2+ΔT3=TT−TO (5) ここで、 TO:NBS伝播時間マイクロ秒 TT:遅延を含む測定伝播時間 表2の第1列ないし第4列は各試験バーの遅延
時間を示す。遅延時間はマイクロ秒で示す。表2
の第5列、第6列はヤング率E(NBS)およびEM
をそれぞれギガパスカルで示しており、それぞれ
米国標準局の規定および、本発明により測定され
た伝播時間をΔTによつて修正して得られる。表
に示すように両者のヤング率の値の差は著しく小
である。
【表】 テストされる特定材料に対する較正係数を求め
ることができる。しかし、工業的目的にはテスト
される材料に最も密接適合する材料を表から選択
して、その較正係数ΔTを使用することによつて
正確な結果が得られる。較正係数ΔTを測定した
時間から減算すればよい。修正された伝播時間を
式(1)に入れてヤング率を求める。この手順はプロ
グラムされた計算器によつてまたはマイクロプロ
セツサ425に較正係数を入れて行うことができ
る。テストされる特定材料について種々の較正係
数を一覧表に記載して使用してもよい。ヤング率
を決定するために自動的に較正係数ΔTを導入す
る各種の方法が使用可能である。 管のヤング率が決定すると、複数管コリオリ質
量流量計のための管が選択される。統計的工程管
理の公知の方法により、ヤング率の±4%の変化
がコリオリ流量計の管として許容可能の上限であ
り、これが前述のゼロレベル偏倚をなくすに役立
つ。第1にこの変化は従来の軸方向引張りテスト
によるものより大である。しかし、統計的工程管
理の手法を軸方向引張りテストの誤差±3%に適
用すると本発明の方法および装置によるテストの
誤差を軸方向引張りテストの誤差と同一程度の信
頼性のものとするために±12%という結果が得ら
れる。この±12%の誤差は前述の±11%より大で
ある。 管の長さLによる付加的な修正係数も管の長さ
が修正係数を求めるために使用された試験バーの
長さより著しく長い場合には考慮する必要があ
る。ここで、NBS試験バーの長さはそれぞれ約
1mである。修正係数は応力波の管の長さの沿つ
て伝播する現象を考慮する。応力波が管の長さの
沿つて伝播するとき分散する。管が長いほど分
散、減衰が生ずる。第9図は応力波前線が伝播時
間t1、t2、t3と増加するに伴つて分散する影響を
示す。各波形a,b,cの矢印は波の伝播の方向
を示す。伝播時間が増大すると波の前線は次第に
緩やかになることが判る。回路16は固定のゼロ
でない閾値レベルを波の前線を検知するために有
し、波の前線の傾斜が低下するとこの閾値に到着
する時間が長くなり、従つて付加的な時間遅れが
生ずる。この時間遅れ係数はT4と名付けられる。
テストされる管の長さが較正係数ΔTを得るため
に使用された試験バーの長さに近づくと、時間遅
れ係数はゼロに近づく。この時間遅れ係数は本質
的に較正係数ΔTに含まれており、これは試験バ
ーの長さをゼロとすることができないことによ
る。テストされる管の長さが較正係数を得るため
に使用された試験バーの長さより短いときは時間
遅れ係数は負となる。 応力波の分散は長い管についてヤング率を低下
させる。これを表3ないし5に示す。表3は、全
伝播時間TTを本発明装置と長さ約5.5mのステン
レス鋼管316L(管番号11)を使用して測定
したものである。長さを約1m短くして同様なテ
スト(管番号10)を行つた。同様に切断と測定
とを5回行つた。管の長さLは表3の第2行に示
す。約1mに切断された5本の管(管番号1〜
5)についても同様な測定を行つた。各管につい
ての全伝播時間(第3行)は修正係数ΔTを使用
して(第4行)修正した。得られたヤング率は第
5行に示す。約1mの5本の管についてのヤング
率の平均値は184.8GPaであり、平均値からの標
準偏差は0.8%である。管が長くなるとヤング率
は低下し、最も長い管は151.3GPaで、低下率は
18%である。
【表】 表3により約1mの5本の管についてのヤング
率は本質的に同一である。ポアソン比および密度
が一定であるとすると、伝播速度v1は下記の式か
ら計算される。 v1=L/(TT−ΔT) (6) 表4は第2行に伝播速度v1(cm/μsec)を示す。
管番号1〜5について平均値は0.5590cm/μsecで
あり、標準偏差は0.0024cm/msecである。この
平均値が他の管(管番号6〜11)について一定
であると仮定して分散ゼロとして修正された伝播
時間TC(msec)(第3行)は下記の式から求め
る。 TC=L/v1 (7) 分散遅延時間T4(msec)は下記の式による。 T4=(TT−ΔT)−TC (8) 遅延時間T4は管1〜5についてほぼゼロであ
つて、管が長くなるに伴つて増加する。このT4
とLとの関係を第10図に示す。曲線500はテ
ストの範囲で直線である。長さと遅延時間との関
係は式、 T4=α1L+α0 (9) で示され、係数α1=0.2225μsec/cm α0=−20.6μsec であり、式を決定するための係数は0.9997であ
る。式(9)は第10図に曲線500として示す。
【表】 式(9)を式(8)に代入してTCを求めると、 TC=TT−ΔT−(α1L+α0) (10) 表4の第5行TC′(msec)はTCを式(10)で計算
し、管の長さ、TTおよびΔTを表3により求めた
ものを示す。TCおよびTC′は近似している。表4
の第5行Ec(GPa)はヤング率の修正値を示す。
管の長さが1mから5.5mに変化してもヤング率
の変化は小である。1mを超える長さの管につい
て修正された伝播時間を求める前述手順は、式(9)
を使用して遅延時間T4を求め、遅延時間T4と較
正係数ΔTとを測定された伝播時間から減算して
修正された伝播時間を求めて式(1)に代入してヤン
グ率を求める。この手順はプログラムされた計算
器またはマイクロプロセツサで行うことができ
る。係数α1、α0は一覧表に記憶される。 係数α1、α0は材料が変化してもあまり変化しな
いと考えられてきたが、真実でないことが判つ
た。ハステロイ合金(カボツト社Cabot Co.の登
録商標)C−276(商品名)の管を製造し、ステン
レス管と同様なテストを行つた。この結果を表5
および表6に示す。
【表】
【表】
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る管の弾性係
数を決定する方法および装置においては、精度よ
くかつ簡単に管の弾性係数を決定することができ
る。このように、本発明の効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す概略図、第2図
はP波の発生とそれがヤング率を測定しようとす
る管内に伝播する状態を示す概略図、第3図は第
1図の実施例の打撃キヤツプの詳細断面図、第4
図は第3図の打撃キヤツプの変形例を加速度計と
ともに示す断面図、第5図は打撃キヤツプを形成
する、または加速度計を取付ける取付具の概略斜
視図、第6A図、第6B図、第6C図は第5図の
線−に沿う3つの変形例を示す断面図、第7
図は第1図の回路16のブロツク図、第8図は米
国標準局と本発明装置とにより測定されたヤング
率の関係を示すグラフ、第9図は応力波分散の影
響を示す図、第10図は管の長さと分散遅延時間
との関係を示すグラフである。 12…ハンマ、14,24…加速度計、16…
回路、18,22…キヤツプ、20…管、140
…取付具、150,152,154…結合ロツ
ド、146,148…ジヨー、142…クラン
プ、201,301,202,302…増幅器、
203,303…電源、204,304…フリツ
プフロツプ、400…カウンタ、410…LED
表示装置、425…マイクロプロセツサ、430
…キーボード入力装置、435…表示装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 少くとも2つの流管と小さいゼロレベル偏位
    を有するコリオリ質量流量計を製造するために使
    用される方法にして、 実質的に同一材料から製造された複数の管状試
    験片のそれぞれを、予め定めた精度で該試験片に
    関連してヤング率を決定するためにテストし、該
    テストする工程が、 前記一つの試験片の第1の端部に応力波を励起
    し、 該応力波が第1の端部から該試験片を通つて第
    2の端部まで伝播する伝播時間を測定し、 試験片の長さと密度とを測定し、 予め定めた較正係数値と、該試験片の長さに応
    答して変化する伝播遅れ時間係数値とを決定し、 前記伝播遅れ時間係数値と予め定めた較正係数
    値とを測定された伝播時間値から減算して該試験
    片に対する修正された伝播時間値を求め、 該試験片に対する長さの値と、密度値と、修正
    された伝播時間値とから関連するヤング率の値を
    求める、 各工程を含み、 前記管状試験片の特定のものをコリオリ質量流
    量計の対応する流管として組込むために選択し、
    選択された前記管状試験片の特定のもののすべて
    が予め定めた範囲のヤング率を有し、これによつ
    て流量計に固有のゼロレベル偏位を小としたこと
    を特徴とする前記方法。 2 少くとも2つの流管と小さいゼロレベル偏位
    を有するコリオリ質量流量計を製造するために使
    用される方法にして、 実質的に同一材料から製造された複数の管状試
    験片のそれぞれを、予め定めた精度で該試験片に
    関連してヤング率を決定するためにテストし、該
    テストする工程が、 前記試験片の第1の端部にP波を励起し、 P波が第1の端部から試験片を通つて第2の端
    部に伝播する時間を測定し、 該試験片の長さと密度とを測定し、 予め定めた較正計数値と、該試験片の長さに応
    答して変化する伝播時間遅延計数値とを決定し、 測定された伝播時間値から伝播時間遅延計数値
    と予め定めた較正計数値との両者を減算して、該
    試験片に対する修正された伝播時間値を求め、 長さ値と、密度値と、修正された伝播時間値と
    から該試験片に対するヤング率を求める、 各工程を含み、 前記管状試験片の特定のものを前記コリオリ流
    量計の対応する流管として組込むために選択する
    各工程を含み、該特定の管状試験片のすべてはそ
    のヤング率が予め定めた範囲内にあるようにする
    ことによつて、流量計に固有のゼロレベル偏位を
    小としたことを特徴とする前記方法。 3 所定の材料から製造された管状試験片を少な
    くとも2つの流管と小さいゼロレベル偏位を有す
    るコリオリ質量流量計の対応する流管として使用
    するために評価する装置において、 管状試験片の第1の端部と実質的に密接接触す
    るように配置された板を有する第1の取付具と、 管状試験片の第1の端部に応力波を励起するた
    めに前記板を打撃する打撃手段と、 該打撃手段に応答して打撃手段が板を打撃した
    ことを検知して第1の検知信号を発生する第1の
    加速度計と、 第2の加速度計を管状試験片の第2の端部と実
    質的に密接接触せしめる第2の取付具と、 管状試験片の第2の端部に前記応力波が到達し
    たことを検知し、それに応じて第2の検知信号を
    発生する前記第2の加速度計と、 前記第1および第2の検知信号に応答して作動
    し、応力波が前記試験片を通つて第1の端部から
    第2の端部まで伝播する伝播時間値を測定する手
    段と、 前記測定された伝播時間値と、予め定めた数値
    データとに応答して管状試験片のヤング率を決定
    し、該管状試験片のヤング率が予め定めた範囲内
    にあつて、従つてコリオリ質量流量計の流管とし
    て使用するに適しているか否かを決定する手段と
    を含み、 前記第1の取付具および前記第2の取付具のい
    ずれかが、 実質的に管状試験片の外面に適合し把持するに
    適した対向するばね負荷されたジヨーを有する把
    持手段を含み、各ジヨーは予め定めた数の貫通孔
    と前記試験片の外面と当接接触する表面上の弾性
    材料の層とを有し、 前記貫通孔の数に等しい数のタイロツドにし
    て、各タイロツドが第1の端部と第2の端部とを
    有し、第1の端部が対応する貫通孔を貫通しして
    実質的にジヨー内に位置し、すべてのタイロツド
    が実質的に管状試験片の長手方向軸線に平行な方
    向にジヨーから外方に延長しているタイロツド
    と、 各タイロツドの第1の端部を囲んでタイロツド
    の第1の端部とジヨーとの間に配置される圧縮ば
    ねと、 圧縮ばねをタイロツドの第1の端部上に保持す
    る手段と、 把持手段に存在する貫通孔に対応する数の貫通
    孔と接触表面とを有し、各タイロツドの第2の端
    部を受入れる板にして、タイロツドの第2の端部
    に隣接して位置し、板が管状試験片の長手方向軸
    線にほぼ直角に配置され、板の貫通孔とタイロツ
    ドとの直径は板に相対的なタイロツドの角度的な
    運動を可能とし、これによつてジヨーを開くに必
    要な力を減少するようにした板と、 外板を管状試験片の第1または第2の端部に実
    質的に密接接触せしめる手段とを含むことを特徴
    とする前記装置。
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