JPH0663808B2 - 物質の流れにおける質量流量を測定する流量計 - Google Patents

物質の流れにおける質量流量を測定する流量計

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JPH0663808B2
JPH0663808B2 JP60503360A JP50336085A JPH0663808B2 JP H0663808 B2 JPH0663808 B2 JP H0663808B2 JP 60503360 A JP60503360 A JP 60503360A JP 50336085 A JP50336085 A JP 50336085A JP H0663808 B2 JPH0663808 B2 JP H0663808B2
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Description

【発明の詳細な説明】 関連する出願 この出願は、エリツク・ビー・ダーリン（Erik B.Dahli
n）により出願され、この出願の譲受人へ譲渡された、1
984年６月４日付の「質量流量および密度測定装置（App
aratus For Mass Flow Rate And Density Measuremen
t）」という名称の未決の米国特許出願第616,808号に関
連するものである。
発明の背景 発明の分野 本発明は全体として質量流量および密度測定装置に関す
るものであり、更に詳しくいえば、その中を質量の流れ
が通されるような１つまたはそれ以上の導管ループの振
動により移動させられる部分、または偏向させられる部
分に作用するコリオリの力と遠心力の効果を用いて、流
動する質量の質量流量を測定する改良した装置に関する
ものである。
従来技術の説明 パイプラインおよびその他の種類の導管の中を通される
流体および流動する固体の質量流量と密度を決定するた
めの一層正確で、一層効率的な装置に対する需要が絶え
ず存在していた。従来の流量計は、過去においてはジヤ
イロスコープ型質量流量計またはコリオリ型質量流量計
であつた。
質量流量を測定するためにコリオリの力を利用する１つ
のそのような装置が、1978年８月29日にジエームス・イ
ー・スミス（James E.Smith）へ付与された「質量流量
測定方法および装置（Method and Apparatus for Mass
Flow Rate Measure ment）」という名称の米国特許第4,
109,524号に開示されている。その特許においては、１
つの直線状導管の第１の部分と第２の部分へ、それら第
１と第２の部分に平行で、それら２つの導管部分の隣接
する端部へ端部が機械的に連結されるビームにより、機
械的に往復運動する力が与えられる装置が開示されてい
る。第１と第２の導管部分の隣接端部が短い導管区間と
たわみ継手により互いに連結され、各導管部分の外側の
両端部はベース構造体に対して片持ちばり式に別々に支
持される。導管へ加えられる往復運動する力は、第１と
第２の導管部分中に発生されて逆向きに作用する別々の
コリオリの力であつて、ビームの中心を中心とする力の
モーメントをひき起すものであるその別々のコリオリの
力により抵抗される。その力のモーメントはトルクセン
サにより測定される。コリオリの反作用力により導管内
にひき起された（そしてビームへ移される）力のモーメ
ントを測定することにより、その導管内を流れる質量流
量の測定を行うことができる。しかし、その測定には、
支持構造体を通じて伝えられる地震その他の震動力に起
因する力を誤つて測定することを避ける必要があるため
に、その測定は複雑である。その他の類似の装置が、ウ
イリー（Wiley）他へ付与された米国特許第3,080,750号
と、シピン（Sipin）へ付与された米国特許第3,218,851
号、サウリオウ（Souriau）へ付与された米国特許第3,3
96,579号、およびシピン（Sipin）へ付与された米国特
許第3,329,019号に開示されている。
質量流量の測定においては、両端部でピボツトされて、
隣接する端部において往復運動させられる導管のまつす
ぐな部分を使用するよりも、Ｕ形管またはそれに類似の
形が一般に用いられる。その場合には、Ｕ形管の脚の入
口端部と出口端部とがベースに固定され、Ｕ形管の曲つ
ている端部が往復運動させられる。それから、コリオリ
の作用でＵ形管の脚の対応する部分にひき起される微分
変位（differential）が、質量流量を表すものとして測
定される。そのような技術および装置が前記スミス特許
に示唆されており、かつジエームズ・イー・スミス（Ja
mes E.Smith）へ1980年２月12日に付与され、現在は再
発行特許第31,450号である「流量測定方法および構造
（Method and Structure for Flow Measurement）」と
いう名称の米国特許第4,187,721号に示されている。参
照した特許に示されているように、Ｕ形導管はその脚端
部にて片持ちばり式に装着され、Ｕ形導管の固有振動数
にほぼ等しい固有振動数を有するばねアームに振動装置
が装着される。その振動装置はそのＵ形導管のわん曲端
部の中心に上下運動を行わせるために使用される。測定
センサ（フラツグと光検出器）が設けられる。それらの
測定センサは、Ｕ形導管により定められている平面内
を、それの振動のほぼ中間点で通る際、Ｕ形導管の脚の
先の部分と後の部分を検出する。その中間平面を脚が通
る時間の差が、質量流量を示すものとして測定される。
本質的には、後のスミス特許第4,422,338号において同
じ構造が使用されている。しかし、そのスミス特許にお
いては、光検出器の代りに一対の速度センサが使用さ
れ、中間平面を側方脚が通ることに対応する信号を発生
するために調整用の電子装置が設けられる。
ブルース・エム・コツクス（Bruce M.Cox）他へ1978年1
1月28日に付与された「コリオリ質量流量測定装置（Cor
iolis Mass Flow Rate Metering Means）」という名称
の米国特許第4,127,028号には、一対の震動する全体と
してＵ形管それぞれのわん曲している端部が互いに自由
に動くように、それらの一対のＵ形管がそれらの入口端
部と出口端部にて、平行に離隔しされた片持ちばり式に
固定されている。それぞれの管のわん曲端部の間に振動
駆動機構が連結され、その機構は作動させられて、Ｕ形
部材が音叉の自由端として作用するように、それらのわ
ん曲端部を逆に往復運動させる。既知の物質がそれの間
を流れた時に管が一定の変位で震動するまで、管の振動
の振動数を調節する。一定の振動数で既知の変位だけ管
を震動させるために必要なパワーは、Ｕ形管の中を流れ
る未知の流動物質の密度を決定する。単一管の実施例で
あるためにスミス（Smith）による教示と同じやり方で
動作するように位置させた光検出器により質量流量が検
出される。コツクス（Cox）は、歪み計または速度セン
サを光検出器の代りとすることも示唆し、２つのセンサ
の出力の間にコリオリ力偶力に比例する位相差が存在す
ることが先行技術において知られていたことを認めてい
る。
この参考文献の主な教えは、コリオリの反作用力により
それぞれのＵ形管に加えることができるトーシヨナルね
じれの自由を改善するように、Ｕ形管の支持端部に近接
して各Ｕ形管の脚の間隔を狭くすることである。この参
考文献は、それの第５図にループ状管の形状も示してい
るが、流量測定を向上させるためにその形状をどのよう
にして使用するのかについては教示も示唆していない。
したがつて、本発明がそれから推考できるとは信じられ
ない。
本願の発明者が知つているその他の先行技術がバーナバ
イ（Barnaby）他へ付与された米国特許第2,752,173号、
ロス（Roth）へ付与された米国特許第2,865,201号およ
び第3,049,919号、シピン（Sipin）へ付与された米国特
許第3,355,944号、シピン（Sipin）へ付与された米国特
許第3,485,098号、カセロール（Catherall）へ付与され
た米国特許第3,955,401号、シオタ（Shiota）へ付与さ
れた米国特許第4,381,680号、スミス（Smith）のEPO公
報、NO.EP O 083 144A1に見出すことができる。そのEPO
公報は米国特許第4,422,338号に対応するものである。
コリオリの原理を用いる先行技術の一覧を前記シピン
（Sipin）の特許RE31,450号に見出すことができる。
他の先行技術の流量測定装置はもちろん、スミス型およ
びコツクス型の流量測定装置の欠点は、コリオリの反作
用力により伝えられるねじり力以外のねじり力に測定管
をさらす外部震動力に対して非常に敏感なことで、それ
らの力は質量流量の正確な測定を妨げる。
従来のＵ字管型装置の別の欠点は、過度に大きい圧力降
下を生ずる導管の測定部の外側に直角ベンドを必要とす
ることである。
スミスの再発行特許第31,450号およびスミス4,422,338
特許における好適な実施例の別の欠点は、Ｕ管の中間平
面における提案されている時間差測定方法が、流体密度
が変化する時に流量測定誤差を生ずることである。
従来のコリオリ型装置の更に別の欠点は、使用する流れ
構造体における感度に制限があるために、広い範囲の流
量について正確な流量データを与えることができないこ
とである。
従来の装置の更に別の欠点は、外部震動に対する感度を
低くするダイナミツク・ダンピング装置がそれらの装置
に設けられていないことである。
従来のコリオリ型装置の別の欠点は、質量流量と差位相
角測定置または差時間測定値との間の正比例関係を利用
することである。
従来のコリオリ型装置の別の欠点は、検出構造の温度が
変化した時に、それらの装置の質量流量に大きな誤差を
生ずることである。
本発明の概要 したがつて、本発明の主な目的は、導管内を通る流体ま
たは流動する固体、あるいはそれらの混合したものの質
量流量を測定するための新規かつ改良したコリオリ型装
置を得ることである。
本発明の別の目的は、導管内を流れる質量の密度を測定
する新規かつ改良した装置を得ることである。
本発明の別の目的は、導管内を流れる質量の質量流量と
密度を、流体流路中に乱れをひき起す物体または機構を
挿入することなしに測定する装置を得ることである。
要約すれば、本発明の好適な実施例は少くとも１つのら
せん形導管ループと、このループの一部を導管部を通る
流れの方向にほぼ垂直で、ループの中心軸にほぼ平行な
方向に振動的な並進運動させる手段と、ループの他の部
分を流れる質量流およびそれの振動的な並進運動の結果
としてループの他の部分に加えられるコリオリの力の作
用を検出する手段とを含む。流れの密度を決定するため
に、ストレンゲージおよび関連する処理電子装置も質量
流量情報に組合されて使用される。
本発明の大きな利点は、測定装置内を流れる物質の物理
的性質の変化とは独立に、真の質量流量測定を可能にす
ることである。
本発明のそれらの利点およびその他の利点は、図面のい
くつかの図に示されている好適な実施例についての以下
の詳しい説明を読むことにより、当業者に明らかとなる
ことは疑いのないことであろう。
図において 第１図は本発明の理論的な動作を示すために用いられる
略図、第２図は本発明の１つの態様の簡略化した実施例
を示す略図、第３図は本発明の第１の別の実施例を示す
略図、第４図は本発明の直列多重ループ実施例を示す略
図、第５図ないし第８図は本発明の平行流多重ループの
実施例を示し、第９ａ図は本発明に従つてループへ振動
エネルギーを与える１つの方法の概略を示し、第９ｂ図
は本発明に従つて用いられるダンピング技術の概略を示
す略図、第９ｃ図は本発明に従つてコリオリの作用を検
出する方法を示す略図、第10(a)図ないし第10(d)図は本
発明の動作を示す１組の波形、第１１図は測定感度を高
くするためのセンサの別の実施例を示す線図、第１２図
は第１１図の12−12線に沿う部分横断面図、第１３図は
本発明に従つてコリオリの力の作用を検出する別の方法
を示し、第１４図は本発明に従つてストレンゲージと電
子処理装置を含む実施例を示し、第１５図は本発明に従
つて質量流量の密度を計算する装置を示すブロツク図で
ある。
動作の一般的な理論 本発明は、ループ管およびその他のまつすぐな若しくは
曲つた導管内を流れて、流路を横断しての速度とこう配
をもつ質量が、横断方向の速度こう配と質量流量に直接
関連する力で導管の壁と相互作用するという原理を基に
している。ループの横断方向運動、またはループの中心
軸以外の軸を中心とするループの回転により速度こう配
が生じさせられる時の反作用は、コリオリの力として知
られている。その反作用力の大きさと向きは、および質
量流の大きさと向きに依存する。ループの２つの部分が
同じ横断方向速度こう配を有するが、流れの向きが逆で
あれば、等しくて逆の向きの力より成る偶力が生ずる結
果となる。本発明に従つて、この偶力のもたらす事象
は、導管を流れる質量流量を決定する手段として測定さ
れる。
ここで説明のために第１図を参照する。この図には導管
１０の一般化されたらせんループの例が示されている。
その導管１０の交差した端部がベース構造体１２，１４
にとりつけられる。以下に述べる本発明の一般的な理論
は、任意の形のらせん構造体および任意の横断面形状の
管に適用される。
ループ１０は、簡略化した数学的解析のために、ほぼＸ
−Ｙ平面内に位置するものと考えられる。交差できるよ
うにするために必要なＺ方向（Ｘ−Ｙ平面に対して垂
直）での管のずれは無視される。
したがつて、Ｘ−Ｙ平面内でＸ軸を中心としてほぼ対称
的である流れ管に対しては、各半分の部分１６，１８に
それぞれ作用する流れと全コリオリの力Ｐ1/2loopは次
式で与えられる。
Ｐ1/2loop＝ＦmassvD (1) ここに、ｖＤは、第１図の点２０のようなループの駆動
点における、Ｚ方向（Ｘ−Ｙ平面に垂直）における速度
であり、Ｆmassは流体の質量流量（マス・フロー・レー
ト）である。
この式は、下記の近似でループの力学を記述するために
下に示す別の式に使用できる。すなわち、 (1)コリオリの力は、管に沿つて変化する大きさで分布
する代りに、各半分のループに対して「作用点の中心」
１点において集中されるものと仮定する。(2)流体の質
量と管の物質は、半ループにわたつて分布される代りに
各左側のループに対する１つの質量点に集中していると
仮定する。(3)ループ上の種々の点で異なる運動が２つ
のそれぞれの質量点の運動により表される。
コリオリの力の「作用点中心」においては、各半ループ
はある「関与質量」を有する。作用中心というのは、半
ループに対して分布している力の合力が加えられ、関与
する管の形状と、個々の質量要素に対する全体的なコリ
オリの力の式とから計算できる点のことである。「関与
質量」は各半分ループにおける配管と流体の重量にほぼ
同じであるが、Ｘ軸と支持点の間の部分は無視する。こ
の概念は、半ループ上の種々の点に対しての運動が一様
ではないことを考慮している。関与質量は、Ｘ軸を中心
とする曲り振動モードの固有振動数を測定して、それ
を、呈示すべき微分方程式の理論的な固有振動数と比較
することにより、実験的に決定できる。２つの固有振動
数が一致するように、関与質量が決定される。
慣性力と、ダンピング力と、ばね作用力とを記述する微
分方程式は下記の通りである。
ここに、Ａは、材料中の固有のダンピングと、以下に述
べるダンピングコイルを含むダンピング係数であり、 Ｂは、管１０の端部を固定して取付けているためにばね
作用からの復帰力を記述するばね係数であり、 ＭＰは、ループの半分に対する関与質量であり、 ｔは時間であり、 ＺＤは、駆動運動のみによる作用点中心の運動であり、 Ｚは、作用点中心におけるコリオリの力と駆動運動によ
る運動である。
上記(1)式のラジアン／単位時間で表わされる固有振動
数は、次式で表わされる。
(2)式および(3)式に関連する固有振動モードを「コリオ
リモード」と呼ぶ。
ばね係数Ｂは、偶力を作用点中心（ループ１０の２つの
側の点２４と２６あたりで逆向きに作用する）Ｚ方向に
静的に加え、作用点中心の偏りを測定することにより決
定できる。
ループ１０が点２０において、ｗの角振動数で正弦波状
に変化するＺ方向の振動力により励振されるものとする
と、コリオリの力Ｐ1/2（一定の流量において）は、同
じ振動数を有する正弦波信号である。上記(1)式は、コ
リオリの力の大きさをほぼ決定する。ここに、ｖＤは正
弦波状の時間変化を行う。
(2)式に従うＰ1/2と（Ｚ−ＺＤ）の間の位相推移は、文
献で発表されているように良く理解されている。たとえ
ば、グラツベ（Grabbe）、ラモ（Ramo）、ウッドリッジ
（woodridge）「オートメーション・コンピユーテーシ
ヨン、およびコントロール・ハンドブツク（Handbook o
f Automation Computation and Control）」第１巻、20
〜59ページ参照。ダンピング係数Ｚを Ｚ＝（1/2Ｗth）（Ａ／ＭＰ） (4) として定義する。そして、たとえば、駆動振動数Ｗを固
有振動数Ｗthの0.5倍として選択し、ダンピング係数Ｚ
を0.01倍として選択したとすると、上記(2)式および(3)
式を用いて移相量が約−0.8度であることが見出され
る。
この例においては、ダンピング係数Ａと質量ＭＰの比が として(4)式から決定できる。
この例におけるダンピングの量は、ある量のダンピング
力をループに加えることから得られる。これについては
後で詳しく説明する。コリオリモードでの同一固有振動
数でも、ダンピングの量が異なるか駆動振動数ｗを異な
らせた選択では、異なる量の移相が行われる。
流体の密度が変化すると、コリオリモードの固有振動数
が変化し、駆動振動数における移相量もいくらか変化す
る。流体の密度の正常な変化に対して、与えられた流体
に対する近似移相量を計算するため、および後述する特
定の回路により移相の近似的な補償を行うために、密度
の変化を無視できる。
単一ループ実施例または多重ループ実施例におけるコリ
オリの偶力と構造的な位置の間の移相推移をほぼ補償す
る方法について説明する。ここで説明するような波形の
デジタル信号解析のためにその方法はとくに有用であ
る。また、ここで示されているような種々の運動検出装
置の種々の実施例にもその方法を応用できる。構造的な
偏りはｇである。このｇは較正による所定の係数を有す
るコリオリの偶力の大きさに比例する。ｇの時間微分
と、同じ変数ｇの積分（たとえば、以下に示すようにア
ナログ積分により行われる）との線型組合せを、Ｇと表
すことができる。
Ｇ＝Ｋ１＋Ｋ２∫dt ＝Ｋ１＋Ｋ２ｇ (6) ここに、は次式で定義される記号である。
＝dg／dt (7) ラプラス変換の後ではＧを次式で表すことができる。
Ｇ(s)＝Ｋ1sｇ(s)＋Ｋ２ｇ(s) (8) 比Ｋ１／Ｋ２を選択することにより、０度と９０度の間
の任意の正の移相量を導入して、新しい関数Ｇをの測
定値に関連させることができる。この比が、微分方程式
(2)により近似的に記述されるような運動の慣性から生
ずる負の移相量に等しい正の移相量を生ずるように、選
択される。Ｋ１／Ｋ２を適切に選択することにより、駆
動速度が近似的に正弦関数である限りは、計算された変
数Ｇと(1)式における駆動点速度ｖＤの間に大きな移相
差は存在しない。しかし、１つの正弦波（高調波を含ま
ない）の波形からいくらかずれることは許容できる。た
とえば、乱れを起す機械的な震動によりひき起されるよ
うなずれがそれである。実際に、この種の擾乱に感じな
いことが本発明の大きな利点である。
信号の解析を実行する時には、変数Ｇと駆動点速度ｖＤ
が定期的に標本化される。その標本化の周期は、駆動力
を加える各フルサイクルの２０倍が典型的なものであ
る。しかし、非常に大きい振幅の高周波擾乱震動が存在
する場合は、もつと高い周波数が一層適当である。より
低い標本化速度は信号の解析を速め、流量計が高速動作
流量制御のために使用されるものとするとそうすること
が望ましいことがある。
ＧとｖＤに対する標本が、Ｇｉ，ｖｉとそれぞれ呼ばれ
る。ｉ＝１，２，３・・・Ｎであり、Ｎは各測定のため
に使用される標本対の数である。コリオリの偶力として
作用する静的な偶力と静的な構造測定値「g stat」の静
的な関係は、 g stat＝Ｋ８Ｐ1/2loop-static (9) である。
動的なコリオリの力に対しては、(6)式を用いて、動的
な間隙変化を記述する関数Ｇを次式で表すことができ
る。
Ｇ＝Ｋ１′Ｋ８′＋Ｋ２′Ｋ８ｇ (10) ここに、(6)式において、Ｋ１′Ｋ８＝Ｋ１および
Ｋ２′Ｋ８＝Ｋ２である。
簡単にするために、Ｋ２を１／Ｋ８に等しく選択し、 Ｇ＝ｇ＋（Ｋ１′／Ｋ２′） (11) と仮定する。
この式は、Ｇがほぼ、前記(2)式により定められる位相
遅れを訂正するために、微分項により修正された微分位
置、速度または加速度測定置であることを示す。
(11)式で定められる補償によつて、変数Ｐ1/2loopとＧ
は近似的に同相であるから、動的な装置に対しては次式
を使用できる。
Ｐ1/2loop＝（１／Ｋ８）Ｇ (12) (9)式と同様に、(1)式に(12)式を代入し、Ｇについて解
くと、 Ｇ＝２Ｋ８ＦmassvD (13) が得られる。ここに、ＧとｖＤはほぼ同相である。デジ
タル装置においては、変数ＧとｖＤが標本化された対、
ｉがＧｉ，ｖｉと呼ばれる。
次の定義をする。
α＝２Ｋ８Ｆmass (14) そうすると(13)式から Ｇ＝αｖＤ (14a) が得られる。そうするとＧｉ，ｖｉの標本数の線型回帰
解析（linear regression analysis）によりαを決定で
きる。この式の解は(14a)式に関連する２本の回帰線の
うちの１本に対するものである。
また、次式で定められる他の回帰線を使用することもで
きる。
２本の回帰線の間の角度を分ける線は次式で与えられ
る。
α(avg)＝tan〔1/2(arcTanα(1)+arcTanα(2))〕
(17) そして、この線からの質量流量の計算は、(14)式から次
のようにして得られる。
Ｆmass＝（1/2Ｋ８）α（avg） (18) もちろん、中間線の代りにいずれか一方の回帰線を使用
することもできる。(14)式および(15)式を用いて計算さ
れるＦmassについての説明は後で行うが、第１５図にも
示されている。
好適な実施例の詳細な説明 まず、本発明の簡単にした実施例が示されている第２図
を参照する。導管の円形ループ３０が２個の支え３４，
３６によりベース３２に取付けられる。交差点４１にお
いて間隙をとるために、ループ３０は位置３８において
パイプラインの軸３７から上方へ曲げられ、位置４０に
おいて軸３７から下方へ曲げられていることに注意され
たい。あるいは、パイプラインに適合する変形を支え３
４と３６の外側で行うこともできる。
交差点４１の反対側ではループ作動機構４２がベース３
２に取付けられ、その機構の力を加える電機子等がルー
プ３０の位置４４に電磁的に結合される。ループ作動機
構４２は、係合されているループ部分を、前記(2)式に
定められているようにＺ軸に沿つて往復運動させること
ができるものであれば、任意の適当な種類のものとする
ことができる。
ループ３０の各側面には適当なセンサ４６，４８が配置
される。それらのセンサは、ベース３２に対するループ
の点５０，５２の運動（位置、または速度のようなその
位置の任意の時間微分、あるいは加速度のようなそれの
時間積分）を同時に検出し、その測定値を適当な指示器
５４へ与える。その指示器５４はコリオリの力したがつ
てループ３０を流れる質量流量の作用の測定値を指示す
る。適当な回路は、４６，４８により発生された適切に
重みづけられた信号の差を最初に計算する回路である。
零流量の時にその差が零であるようにそれらの重みづけ
係数を決定できる。あるいは、交差点４１においてルー
プ３０の交差部に結合されている適当な手段５６へ指示
器５４を接続でき、指示器５４はループの間隔、相対速
度または相対加速度を示す信号を出すように動作する。
その信号は導管ループ３０を流れる質量流量を指示器５
４に指示させることもする。
第２図の実施例で示されている本発明は、従来の装置よ
り大幅に改良されているが、パイプライン内の震動が、
装置により得られる測定値に影響を及ぼすようにして装
置へ伝えられることを阻止するように、作動機構４２は
もちろん、支え３４，３６を支持するために頑丈なベー
ス３２を必要とするという欠点を有する。この実施例に
おいては、ベースが頑丈であるから、パイプラインから
ベース３２へ伝えられる震動運動が駆動機構４２とルー
プ位置検出器４６，４８へ同様に伝えられることがわか
るであろう。したがつて、震動による擾乱が測定確度に
影響を及ぼすことは通常はない。しかし、地震による擾
乱が、ループ３０をベースに対して動かし、したがつて
測定確度に影響を及ぼすことがあることもわかるであろ
う。しかし、ループ検出源が検出器５６だとすると、Ｚ
方向への地震による震動運動が上側ループ部分と下側ル
ープ部分に交差点４１にて等しく伝えられ、それら２つ
の部分が同じ方向へ等しい強さで偏らされるために、地
震による擾乱に対して大きく守られることになる。
第３図には第２図の実施例を変更したものが示されてい
る。第３図に示されている実施例においては、駆動機構
をベースへ直接取付ける代りに、支え６４，６６に固定
されている釣合構造体６２へ駆動手段６０が取付けられ
る。この実施例においては、釣合アーム６２は、それの
支持軸を中心とする固有振動数がループ６８の固有振動
数と同じであるように構成され、かつループ６８を流れ
ることが予測される質量の種々の密度に適合させるため
に、調節できるようにされた調節滑りおもり７０が更に
設けられる。したがつて、この実施例においては、頑丈
な端部取付けが要求されるが、駆動機構６０がベースに
直接取付けられていないから、ベースを耐震性にする必
要はない。この代替の実施例を用いると、流量計駆動部
６０により発生された震動が、エネルギーを本発明の装
置へ反射して戻すことがある取付けられているパイプラ
インに影響を及ぼすことが効果的に阻止されるために、
測定誤差を生ずるおそれがもう１つ無くなることにな
る。
第２図および第３図に示す実施例から留意すべき本発明
の特徴は、支え３４（６４）と３６（６６）への管の取
付け点において管にひき起される、駆動手段４２（６
０）の作動による応力、すなわち、駆動モード応力が、
曲げ応力ではなくてねじれ応力だということである。一
方、コリオリの力によりそれらの点にひき起される応
力、すなわち、コリオリモード応力、はその性質上主と
して曲げ応力である。
コリオリの力に対する本発明の感度を向上させるため
に、第４図〜第６図に示されているような、交差ループ
の直列組合せを利用できる。第４図の直列および並列の
二重交差ループにおいては、２つのループ７０と７２の
間の７４に駆動力が加えられることがあり、それにより
２つのループが逆の向きに偏らされる。７６と７８に設
けられる手段によりループの間の分離（separation）、
すなわち、相対的な位置の変化と、速度の変化または加
速度の変化を検出できる。分離の動的な差が質量流量の
算出用に使用される。あるいは、８０と８２におけるル
ープの分離、またはその間の差、の検出した結果を質量
流量を示すものとして使用できる。同様に、８４におけ
るループの間の分離の検出を同様に利用できる。
ベースその他の基準より上方の個々のループの対応する
部分の相対位置も、第２図に示すようにして検出でき、
それの間の差が質量流量の決定に用いられる。第４図の
直列二重交差ループは高い流量感度を持ち、小流量の測
定にとくに適する。しかし、この構造は外部震動にいく
らか感度をもつから、後で述べるように、ダンピング手
段の使用が必要とされ得る。
第５図に示す平行ループ実施例においては、両方のルー
プが同じ向きにらせん状に巻かれるが、第６図の実施例
においては、上側のループが上へ進む向きにらせん状に
巻かれているのに、下側のループが下へ進む向きにらせ
ん状に巻かれる。第５図では８６に、第６図では８８
に、ループの間に作動力が加えられると、第２図に示す
実施例について述べたループ分離差測定（位置、速度、
加速度またはその他の時間微分あるいは時間積分）に加
えて、上側間隙100（第６図では114）または下側間隙10
2(116)を測定できる。すなわち、上側間隙100(114)およ
び下側間隙102(116)の差を測定できる。同様に、108(11
8),110(120),112(122)における分離の差ループ特徴を質
量流量を表すものとしてとることができ、110と112（12
0と120）の間の差も同様に質量流量を表すものとしてと
ることができる。位置の差、または相対運動の速度、あ
るいはループの両側の上側ループと下側ループの間の加
速度を測定し、それからそれらの距離（または速度ある
いは加速度）を計算することは、質量流量に対して最も
高感度であると信ぜられる測定モードである。第５図お
よび第６図に示されている装置の質量流量測定感度は、
長さＬと高さＨの比を１より大きく、すなわち、第８図
に示すようにL/H＞１とするようにループを構成するこ
とにより、更に高くできる。
そのような実施例の１つが第７図および第８図に示され
ている。その実施例は軸線方向に細長い一対のループ12
5,127を含む。ループの形は正確に長円形または長方形
である必要はなく、L/H＞１である限りは任意の形とす
ることができる。ここに、Ｌは軸線方向の流れ方向にお
けるループの長さ、Ｈは横方向の流れ方向におけるルー
プの高さである。この形のループの質量流量測定感度
は、L/H＝１またはL/H＜１であるループと比較して高
い。一般に、このように感度が高くなる理由は、L/H＞
１であるループが、コリオリ・モードにおける固有振動
数に近い駆動モード固有振動数Ｗthを示し、したがつ
て、振幅がより大きい震動を行う、すなわち、与えられ
た質量流量およびコリオリの力に対してコリオリ・モー
ドにおけるダイナミツク増幅係数が一層大きいからであ
る。この一般的な形のループの測定感度と信号対雑音比
は従来の装置のそれよりも大幅に高い。実際に、ループ
の感度、すなわち、希望するダイナミツクな増幅度は、
L/H比を適当に選択することにより指定および選択でき
る。このようにしてループの測定感度を高くできる性能
は、粘度の高い流体または密度の高い気体の流量に関連
する小さい質量流量を測定するループの性能を最適にす
る時にとくに興味がある。
これまで説明してきた装置のうちのいくつかの装置の感
度を高くするために、１つの可能な変更例は、第５図、
第７図、および第８図に示されているループ形状中の交
差点に構造的なリンク機構を含ませることである。それ
らのリンク機構が第７図および第８図に128および129で
示されている。一方のリンク129はループの最も外側の
脚を連結し、別のリンク128は内側の脚をループの交差
点に相互に連結する。それらの「交差リンク」は流管に
固着され、典型的にはそれに溶接される。リンクの幅ま
たは厚さはそれらの性能にとつて決定的なものではな
い。
下記の解析により明らかとなるように、交差リンク128,
129は質量流量の測定感度を高くする。第７図に示すよ
うな交差リンクを有する構造を注意して調べることによ
り、駆動モードにおける震動、すなわち、矢印Ｄの線に
ほぼ沿つて加えられる力に対する応答、に対してループ
対の構造上のスチフネスが大幅に増大することがわか
る。しかし、矢印Ｃで示されている、コリオリ・モード
における震動運動に対する構造上のスチフネスは、リン
ク機構が無い時の構造上のスチフネスからほとんど変化
しないままである。したがつて、それらの交差リンクを
設けることにより、駆動モードにおける固有振動数をコ
リオリ・モードにおける固有振動数より高くする効果が
得られ、それにより構造のダイナミツク増幅係数、した
がつて質量流量に対するそれの感度が高くなる。
差測定の代りの実施例として、第２図におけるセンサ４
６，４８により発生される位置信号、速度信号、または
加速度信号に対して与えられた信号レベルにおいて測定
された位相角θの差を使用できる。速度センサが使用さ
れるものとすると、次式からＦmassが計算される。
ここに、Δθは２つの速度センサの出力の間の位相角度
の差であり、 Ｋ＝対応する半ループに加えられる単位コリオリ力当り
の、１つの速度センサ場所におけるループ位置の変化を
定めるループ「曲げ定数」である。（ヤング率）に関連
するその定数Ｋは、ループの材料および幾何学的寸法は
もちろんのこと、温度にも依存する。特殊な実施例とし
て、あるプロセスにおいて、流量計を使用している間
に、管壁の温度を測定し、変数の値を計算回路すなわち
デジタルコンピユータへ入力してＫの現在の値を計算で
きる。温度によるＫの変化は文献において表にされてお
り、あるいは実験により決定できる。与えられた基準温
度におけるＫの値は、各流量計の設計または個々の各装
置について較正することにより決定される。
ｗＣはコリオリの力により励振されるモード（コリオリ
モード）の実際の固有振動数であつて、(3)式における
理論値Ｗthに対応し、 ｚＣはコリオリモードに対する実際のダンピング係数
（(4)式における理論値ｚに対応）である。
位相角の差Δθは、駆動振動数ｗＤに、第２図における
４６と４８、および第４図における７６と７８のよう
な、左位置と右位置で動作する検出器により発生された
波形の差を乗じたものに等しい。フレデリツク・イー・
ターマン著「エレクトロニツクおよびラジオ・エンジニ
ヤリング（Electronic and Radio Engineering）マグロ
ー・ヒル（McGraw−Hill）１９５５年刊、を参照された
い。
(19)式は先行技術で提案されて、実用された諸式とは異
なり、かつそれらの式よりも正確である。
差位相角と駆動振動数を用いる際は、コリオリの力に応
答する検出器により発生される波形に高調波が含まれて
いないから、装置をそれの固有振動数で駆動することが
望ましい。位置センサまたは加速度センサを用いて同様
な式を容易に得ることができる。
位相角の差を検出できる周知の従来の装置が、ニユージ
ヤージー（New Jersey）サウス・プレインフイールド
（South Plainfied）のドラネツツ・エンジニヤリング
・ラボラトリーズ社（Dranetz Engineering Laboratori
es,Inc.）による「精密位相測定応用ハンドブツク（App
lications Hand book of Precision Phase Measuremen
t）」(1975)、および「エレクトロニツク・カウンタを
用いる精密時間間隔測定（Precision Time Interval Me
asurement Using an Electronic Counter）」と題する
ヒユーレツト・パツカード・アプリケーシヨン・ノート
（Hewlett−Packard Application Note）200-3(1974)に
示されている。
次に、第２図に４２で示されている種類の駆動装置の１
つの可能な具体例が詳しく示されている第９ａ図を参照
する。１本の管130に永久磁石132が離隔絶縁器131によ
り取付けられる。管部分134により示されているよう
に、ループのすぐ上に二重コイル機構133が取付けられ
る。この二重コイル機構は上部巻線136と下部巻線138を
含み、それらの巻線は部材140により互いに機械的に取
付けられるが、電気的には互いに分離される。巻線136
に電流が流された時に起動力が磁石に加えられて、磁石
がループ部分130をループ部分132に対して駆動するよう
に、組立体133は磁石132に対して装置される。下部コイ
ル138の内部で磁石132が動くと、組立体133の軸に沿つ
てそのコイルが動く速度に対する磁石の速度に比例する
信号がそのコイル中に誘起される。電流ｉ１として示さ
れているその信号は速度差に比例する。ｉ１により抵抗
Ｒ１中に発生された電圧が差動増幅器Ａ１へ入力され
る。この増幅器は、やはり速度差に比例する電圧信号Ｖ
１を発生する。
それから、正弦波のような波形で周期電圧信号Ｖ０を発
生する発振器144により発生された入力電圧から電圧Ｖ
１がアナログ計算器142により引算される。その差Ｖ０
−Ｖ１＝Ｖ２が増幅器Ａ２へ与えられる。この増幅器Ａ
２は駆動電流ｉ２を発生し、その電流ｉ２は駆動コイル
136を流れて磁界を発生する。その磁界は磁力を発生
し、その磁力は永久磁石132に作用して、その永久磁石
を巻線136の中で上下に振動させることにより、ループ1
30をループ134に対して上下に動かす。
巻線138と増幅器Ａ１を含む速度帰還ループの目的は、
発振器が管の固有振動数またはそれの近くで動作させら
れた場合にも、管の振動の振幅を希望の大きさに制御す
ることである。この速度帰還がないか、減衰（ダンピン
グ）力を管に加える何らかの他の手段がないと、発振周
波数が管の固有振動数に設定された時に、管がそれの弾
性限界まで駆動されて、おそらく管は破壊される。
第７図に示す閉じた帰還ループの挙動は下記の伝達関数
により近似的に記述できる。
ここに、Ｋ＝速度帰還ループの利得(V/V1) Ｘ＝第９ｃ図の点161と165における管の間隔、 Ｋ１は利得係数(V1/i1)、 Ｋ２は利得係数(i2/V2)、 Ｋ３は単位電流ｉ２当りの、第７図の駆動コイル136と
磁石132の間の力、 Ｋ４は駆動コイル136と永久磁石132の間の単位速度差当
りの電流ｉ１の大きさ、 ｓはラプラス演算子の記号、 ｍは管130,134と、ループの円形部分のみを含むそれら
の管の内部に含まれている流体との質量、 ａは駆動運動のための構造体の減衰（ダンピング）定
数、 ｂは駆動運動のための構造体のばね定数である。
表現a+KK1K2K8K4は、速度帰還ループがない時に通常は
小さい減衰定数「ａ」が大きくされたことを示すもので
ある。適切な利得係数を選択することにより、駆動振幅
と速度信号Ｖ１を、望ましいやり方で、発振信号Ｖ０に
追従させるために、減衰を選択できる。
どの流管も低減衰での固有の震動モードを示す。もちろ
ん、第９ａ図に示すように駆動の人工的な減衰および制
御を行うことができる。しかし、速度と振幅の制御を行
うことなしに減衰を行うために、第９ｂ図に示すような
類似の装置を使用できる。そのような装置はどのような
種類のコリオリ流量センサに対しても高くつく付加物で
あるが、前記スミス（Smith）特許に示されている装置
より大きく改良されたものとなる。
この実施例においては、第９ａ図における133で先に述
べたような、作動組立体154により駆動される二重直列
ループ装置の中心ループ部分152に永久磁石150が取付け
られる。磁石150は、装置のベース158に固着されている
減衰コイル156の中で垂直方向に動くために配置され
る。コイル156の端子間に可変負荷抵抗Ｒが接続され
る。コイル156の内部での磁石150の動きによりコイル中
に誘起される電流により、抵抗Ｒを流れる電流が発生さ
れる。その電流はコイル156に対する磁石の動く速度に
比例する。コイル156の中の磁石の動きにより発生され
た電力は、抵抗Ｒ中で消費される電力により吸収され
る。したがつて、コイルの寸法、巻回数、永久磁石の強
さ、抵抗Ｒの値を選択することにより、その装置により
行われる減衰の程度を特定の用途に合うように選択でき
る。
第９ｃ図に示す別の実施例として、減衰コイル160,162
を、二重ループ直列（第４図）または並列（第５図〜第
８図）の装置構成で、速度検出コイル164,166へ物理的
に接続できる。この特定の実施例においては、速度検出
コイル164と166が逆向きに巻かれ、両方の間隙が同じ速
さで閉じる時に、誘起される全EMFが０となるように、
それらのコイルは互いに直列に接続される。この実施例
におけるコイル164,166により発生された出力電流は抵
抗Ｒに流されて電圧を発生する。その電圧は差動増幅器
168へ与えられて、管部分161と165、163と167の相対運
動の速度差に比例する出力信号Ｓ１を生ずる。増幅器17
0と172およびポテンシヨメータＰ１とＰ２は、(2)式〜
(8)式で数学的に表現されているような、コリオリと流
管の関連する運動との間の位相推移を補償するための移
相機能を行う。この補償は、(9)式〜(18)式により記述
されているようなデジタル信号解析法にとつてとくに有
用である代りの設計特徴である。信号Ｓ１は可変ポテン
シヨメータＰ１を通じて送られて比例電圧を発生する。
この比例電圧は差動増幅器170の一方の側へ与えられ
る。それと同時に、Ｓ１は積分器170を通じても送られ
て対応する位置信号Ｓ０を発生する。この信号は第２の
ポテンシヨメータＰ２を通じて送られて比例電圧を発生
する。この比例電圧は増幅器170の他の側に与えられ
る。その結果として発生される出力信号Ｓ２は(8)式で
記述される。(8)式において、係数Ｋ１とＫ２はそれぞ
れポテンシヨメータＰ１，Ｐ２の設定に対応する。
この実施例においては、速度を積分することにより位置
情報を得られ（または、加速度センサを使用するなら
ば、加速度の２回積分により）、第９ｃ図に示すよう
に、位置の差を速度差の積分（または加速度の差の２回
積分）により計算できる。測定のためには速度データは
位置情報と等価である。質量流量の各測定点に対してル
ープの周期的励振の多くのサイクル中に振幅の解析が行
われるから、積分に伴う初期条件の影響は急速に消滅す
る。
図示の実施例においては、先に述べたように、検出コイ
ル164,166は直列接続され、管部分165〜167の同相運動
により抵抗Ｒの中を逆向きに流れる電流が発生され、そ
の結果として抵抗Ｒの正味の電圧降下は０である。管の
中の流れの影響の下に、部分165と167内に発生されたコ
リオリの力がそれらの管部分を相対的に逆に動かし、検
出コイル164,166中の誘起電圧の和から発生された正味
の電流が抵抗Ｒを通じて流される。上記のように、抵抗
Ｒの端子間に発生された電圧が差動増幅器168へ与えら
れ、それの出力が172により積分されて、管161と165の
間、管163と167の間の相対運動の速度差を表す信号Ｓ１
を分離差信号Ｓ０に変換する。
第１０図には、正弦波状速度を有する定常状態信号の関
係が示されている。更に詳しくいえば、第１０図の部分
(a)において、管部分130〜134の相対駆動位置が実線174
で示され、それに対応する相対速度カーブが破線175に
より示されている。速度は駆動運動の微分であるから、
それとは位相が９０度異なることがわかるであろう。図
示の管に流れが存在しないとすると、管部分165と167の
位置は管部分130の位置と同相であることがわかるであ
ろう。それらの位置は、第１０図の部分(c)では駆動成
分カーブ176で、部分(b)では駆動成分カーブ177で、示
されている。同様に、コリオリによりひき起こされた偏
りは駆動運動の速度成分とほぼ同相であり、かつ管部分
167に対して正であり、管部分165に対して負であること
もわかるであろう。したがつて、コリオリ成分と駆動成
分を加え合わせることにより、管部分176と165のコリオ
リにより誘起される位置変位を得ることができる。それ
らの変位は部分(b)，(c)に図示の波形178,179によりそ
れぞれ示されている。
部分(d)には、カーブ165,167の位置の差が180として示
されているが、駆動速度とコリオリの力の間には見える
ほどの位相遅れはない。実際には、駆動と、「コリオリ
モード」と、固有振動数比と、減衰とに応じてほぼ−１
度の小さい位相遅れがあることがわかるであろう。カー
ブ181はこれを誇張して示したものである。また、駆動
成分171,176と比較してコリオリ成分178または179の大
きさが非常に小さいこと、および第１０図は図示を容易
にするためにコリオリ成分の誇張された寸法を示すこと
に注意されたい。
駆動速度と、コリオリの力に対する応答とのデジタル標
本化を用いる効果的な信号解析を行うためには、それら
の信号を同期させることが望ましい。第９図の回路のポ
テンシヨメータＰ１，Ｐ２の設定を適当に選択すること
により、信号Ｓ２が駆動速度信号にほぼ同相にされるよ
うに、適切な補償を行うことができる。
ジエー・イー・スミス（J.E.Smith）の上記EPO出願に開
示されている種類の従来の速度センサの欠点は、温度変
化および流管構造体内の静圧の変化によりひき起される
静的な曲がりから質量流量測定誤差が生じやすいことで
ある。これは、前記従来の装置の速度検出コイルが周縁
部の空間的に一様でない磁界の中を動くことから生ずる
のである。その結果としていくつかの望ましくない効果
が生ずる。それらの効果は全て質量流量測定の誤差を生
じさせる。
その中を検出コイルが動く空間的に一様でない磁界は、
コイルの上側脚と下側脚に（磁束密度が一様でないため
に）等しくない誘起電流が生ずる。そのために誘起され
るEMFが変化し、誘起されたEMFに望ましくない高調波歪
が生ずることがある。そのEMFは空間的に依存し、かつ
磁石およびコイルの平衡位置の静的なずれとともに変化
もし、その結果として流量誤差および零流量オフセツト
誤差が生ずる。また、参考のために前記した種類の速度
センサは、質量流量測定における優先的な方向以外の方
向における磁石とコイルの相対的な運動に対して感度が
一層高い。その結果として、測定確度と信号対雑音比を
低くする望ましくない震動に対する（受け容れることが
できない）感度が一層高くなる。
センサを第１１図および第１２図に示すように構成する
ことにより上記欠点を小さくできる。この実施例におい
ては、別のループまたはベース構造体（図示せず）に保
持されている永久磁石は間隙184を形成し、枠187に巻か
れた導電体186を矢印183により示されているように垂直
方向に動かすために、その導電体１６をその間隙の中に
置く。枠187はブラケツト188により、189で切断された
部分で示されているループ導管に固着される。当業者に
周知のように、図示されているような磁石の磁極面の間
の間隙内に生じた磁界は極めて一様であり、その磁界を
切るまつすぐな導体（または導体の束）中に、間隙中に
運動が限られている限りは、磁界を横切る導体の動きに
正比例するEMFが誘起される。したがつて、巻線186中に
誘起されたEMFは磁石182に対するループ189の垂直運動
（速度）に正比例し、前記した先行技術の諸欠点はな
い。
第１３図には、隣接する管部分の間、または管部分とベ
ースの間、の相対的な動きを検出する電磁検出手段を用
いる代りに、光フアイバセンサを利用できる別の検出器
が示されている。この場合には、光フアイバ束190が上
側の192に取付けられ、反射板195が下側の管194（また
はベース）に取付けられる。そうすると、光フアイバセ
ンサ装置196が光ビームを光束190の一部の中を通らせ
る。その光ビームは表面195により反射されて、束190の
別の部分を通つてセンサ196へ戻され、位置検出を行
う。相対位置情報、相対速度情報または相対加速度情報
を検出するために、本発明に従つて他の適当な任意の装
置も使用できることがわかるであろう。
本発明の一部として密度測定が含まれていることが第１
４図に示されている。簡単にするために、この図にはコ
リオリ測定装置は示していない。この密度測定装置は、
管200のループ状部分202の中を流れる流体の各要素に作
用する遠心力が、その要素の曲率中心から、その要素が
入つている管部分に対して垂直であるという事実を理由
としている。技術解析のため、要素に対する遠心力は図
が描かれている紙面から大きく離れないと仮定する。し
たがつて、その遠心力はその要素の曲率半径に反比例
し、要素中の質量に比例し、かつ流体速度の自乗に比例
する。更に、ループの出口側半分204に作用する遠心力
は点205において左への引きを生じ、入口側半分206に加
えられる力は点205において右への引きを生じる。した
がつて、205における逆向きの力は、試験部分全体に加
えられる遠心力の集りに関連する歪みを材料中にひき起
す。コリオリの力は点205に何の歪も生じさせないか
ら、その点204における歪の測定は簡単な歪み計208を用
いて行うことができる。ループに沿う任意の場所で行わ
れる歪み計による測定により、較正の関係が一層複雑に
なるけれども、コリオリ質量流量測定とともに密度測定
を行えるようにする情報が得られることになる。
図示の構成では、点205において水平方向に作用する半
分のループ204に対する全遠心力と、同じ半分のループ
に作用する全コリオリ力との比は、流体中の物質の速度
に正比例し、流体の他の全ての特徴からは独立してい
る。
導管中の物質の密度は、測定した質量流量の自乗を、半
分のループに作用する遠心力で除したものに正比例す
る。そのような情報を得ることができるようにする回路
が第１５図に示されている。この回路は、駆動信号Ｖ１
（第９ａ図から）と信号Ｓ２（第９ｃ図から）および歪
み計信号Ｃ（第１４図から）を標本化する手段210と、
標本化された信号Ｖ１とＳ１からＦmassを計算する手段
212と、遠心力Ｐcentrを歪み計信号Ｃから計算する手段
214と、ＦmassとＰcentrから密度を計算する手段216と
を含む。
以上、図に示されているいくつかの実施例について本発
明を説明したが、それらの実施例は例示のためにのみ呈
示したもので、本発明を限定するためのものではないこ
とを理解すべきである。添附した請求の範囲は、本発明
の真の要旨範囲に含まれる全ての実施例、変更、修正を
カバーするものと解されることを意図したものである。
フロントページの続き (72)発明者 ヤング，アラン・エム アメリカ合衆国95030カリフオルニア州・ ロスガトス・サミツト ロード・21600 (72)発明者 レヴイン，アンドリユ・ケイ アメリカ合衆国94025カリフオルニア州・ メンロパーク・ナツシユ アヴエニユウ・ 655 (56)参考文献 特開 昭54−4168（ＪＰ，Ａ)

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物質の流れを受けて通過させて排出する管
    状導管手段にして、少なくとも１つの、細長く、全体と
    してらせん状のループを含んでいて、細長い入口部と、
    この入口部と離間し全体として平行な状態で交差する細
    長い出口部と、駆動を受ける被駆動部と、この被駆動部
    および前記入口部の間の第１の検出部と、前記被駆動部
    および前記出口部の間の第２の検出部とを有するよう形
    成され、前記入口部および前記出口部は、前記入口部に
    流入する物質の流れの向きと前記出口部から流出する物
    質の流れの向きとが同じであるよう、構成されており、
    前記ループは、前記入口部への流入および前記出口部か
    らの流出における物質の流れの向きに全体として平行な
    方向の寸法をＬ、この寸法Ｌをとった方向を横断する方
    向の寸法をＨとすると、比Ｌ／Ｈが１より大きくなる形
    状であり、コリオリモードにおける固有振動数ＷＣを有
    し且つこのＷＣとは異なっている、駆動モードにおける
    固有振動数ＷＤを有している管状導管手段と、 前記被駆動部を、その静止位置を中心にして振動させる
    駆動手段と、 前記駆動手段により前記被駆動部が振動させられている
    ときに、前記第１および第２の検出部に生じるコリオリ
    の力に由来する、前記入口部と前記出口部との間での運
    動の差を検出する検出手段と、 この検出手段に応答して、前記管状導管手段を流れる物
    質の質量流量を指示するよう動作する計算・指示手段と を備えた、物質の流れにおける質量流量を測定する流量
    計。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の流量計であって、
    前記検出手段は、基準部材に対する前記第１の検出部の
    動的な位置を検出して第１の位置信号を発生する第１の
    センサ手段と、前記基準部材に対する前記第２の検出部
    の動的な位置を検出して第２の位置信号を発生する第２
    のセンサ手段とを含み、前記計算・指示手段は前記第１
    および第２の位置信号の差を利用して、前記管状導管手
    段を流れる物質の質量流量を指示する、流量計。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項記載の流量計であって、
    前記管状導管手段は、２つのループにして、それらの対
    応する部分が相互に離間している２つのループを有し、
    前記駆動手段は、各ループの被駆動部相互間に結合され
    て逆向きに等しく作用する力を各ループへ同時に与え
    る、流量計。
  4. 【請求項４】請求の範囲第３項記載の流量計であって、
    前記２つのループは、物質の流れが直列に流れるよう構
    成されている、流量計。
  5. 【請求項５】請求の範囲第３項記載の流量計であって、
    前記２つのループは、物質の流れが並列に流れるよう構
    成されている、流量計。
  6. 【請求項６】請求の範囲第５項記載の流量計であって、
    前記駆動手段により前記ループが駆動力を受ける点の対
    角線上において、第１および第２の連結手段により前記
    ２つのループの対応する部分が相互に剛に連結されてい
    る、流量計。
  7. 【請求項７】請求の範囲第６項記載の流量計であって、
    前記検出手段は、前記２つのループの一方のループの第
    １の検出部と前記２つのループの他方のループの第１の
    検出部との間に結合される第１のセンサと、前記一方の
    ループの第２の検出部と前記他方のループの第２の検出
    部との間に結合される第２のセンサ手段とを含み、それ
    らの第１と第２のセンサ手段は、前記一方および他方の
    ループそれぞれの対応する部分相互間の動きを示す出力
    信号を発生する、流量計。
  8. 【請求項８】請求の範囲第１項記載の流量計であって、
    前記検出手段は、前記入口部および前記出口部の、交差
    する点での相互間の動きを示す出力信号を発生する、流
    量計。
  9. 【請求項９】請求の範囲第１項記載の流量計であって、
    前記運動の差は、前記入口部および前記出口部の、１つ
    以上の基準点での位置、速度又は加速度の到達時刻にお
    ける差である、流量計。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第５項記載の流量計であっ
    て、前記検出手段は、前記入口部および前記出口部の、
    交差する点での相互間の動きを示す出力信号を発生す
    る、流量計。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第６項記載の流量計であっ
    て、前記運動の差は、前記入口部および前記出口部の、
    １つ以上の基準点での位置、速度又は加速度の到達時刻
    における差である、流量計。
  12. 【請求項１２】請求の範囲第１項記載の流量計であっ
    て、前記管状導管手段は、２つの前記したようなループ
    にして、並列の流路を形成するようつながり、それぞれ
    の対応する部分が離間して平行となるよう配置された２
    つのループを有し、そして、前記駆動手段は、各ループ
    の被駆動部相互間に結合されて逆向きに等しく作用する
    力を各ループへ同時に与える、流量計。
  13. 【請求項１３】請求の範囲第１２項記載の流量計であっ
    て、前記検出手段は、２つのループの一方のループの第
    １の検出部と２つのループの他方のループの第１の検出
    部との間に結合される第１のセンサと、前記一方のルー
    プの第２の検出部と前記他方のループの第２の検出部と
    の間に結合される第２のセンサ手段とを含み、それらの
    第１と第２のセンサ手段は、前記一方および他方のルー
    プそれぞれの対応する部分相互間の動きを示す出力信号
    を発生する、流量計。
  14. 【請求項１４】請求の範囲第１３項記載の流量計であっ
    て、前記第１および第２のセンサそれぞれは、同軸状に
    配置の電磁巻線対およびこれらに電磁的に結合した永久
    磁石素子とを含み、前記電磁巻線対は一方のループに固
    定され、前記永久磁石素子は他方のループに固定されて
    おり、前記電磁巻線対に対する前記永久磁石素子の動き
    により前記電磁巻線対の片方に誘起された電力を消費す
    るよう、前記電磁巻線対の片方に接続された抵抗性イン
    ピーダンス手段が設けられ、前記電磁巻線対のうちの、
    前記抵抗性インピーダンス手段に接続されていない電磁
    巻線が前記計算・指示手段に接続されている、流量計。
  15. 【請求項１５】請求の範囲第１３項記載の流量計であっ
    て、前記第１および第２のセンサ手段は速度センサであ
    り、前記計算・指示手段は、 Δθを前記第１および第２のセンサ手段により発生され
    る出力信号の位相角差、 Ｋを定数、または、管状導管手段の温度測定から求め
    た、ヤング率に関係した変数、 ＷＤを、駆動モードにおける管状導管手段の固有振動
    数、 ＷＣを、コリオリモードにおける管状導管手段の実際の
    固有振動数、 ＺＣを、コリオリモードに対する実際の減衰係数 として、式 に従って質量流量Ｆmassを計算する流量計。
  16. 【請求項１６】請求の範囲第１項記載の流量計であっ
    て、前記検出手段は速度センサを含み、その速度センサ
    が、間隙を挟んで対向する磁極面を有する永久磁石と、
    前記管状導管手段に取付られて支持されている検出巻線
    にして、その少なくとも１つの導体の真っ直ぐな部分
    が、前記管状導管手段の動きとともに、前記間隙内を動
    くよう配設されている検出巻線とを備えている、流量
    計。
  17. 【請求項１７】物質の流れを受けて通過させて排出する
    管状導管手段にして、並列な流路をなす第１および第２
    のループを形成するよう構成され、各ループが入口部
    と、この入口部と交差する出口部と、駆動を受ける被駆
    動部と、この被駆動部および前記入口部の間の第１の検
    出部と、前記被駆動部および前記出口部の間の第２の検
    出部とを有するよう形成されている、管状導管手段と、 前記被駆動部を相対的に振動させる駆動手段と、 この駆動手段からの対角線上の点において、前記第１の
    ループと前記第２のループとの対応する部分を相互に剛
    に連結する第１および第２の連結手段と、 前記駆動手段により前記被駆動部が振動させられている
    ときに、前記第１および第２の検出部に生じるコリオリ
    の力に由来する、前記入口部と前記出口部との間での運
    動の差を検出する検出手段と、 この検出手段に応答して、前記管状導管手段を流れる物
    質の質量流量を指示するよう動作する計算・指示手段と を備えた、物質の流れにおける質量流量を測定する流量
    計。
  18. 【請求項１８】請求の範囲第１７項記載の流量計であっ
    て、前記検出手段は速度センサを含み、その速度センサ
    が、間隙を挟んで対向する磁極面を有する永久磁石と、
    前記管状導管手段に取付られて支持されている検出巻線
    にして、その少なくとも１つの導体の真っ直ぐな部分
    が、前記管状導管手段の動きとともに、前記間隙内を動
    くよう配設されている検出巻線とを備えている、流量
    計。
  19. 【請求項１９】請求の範囲第１７項記載の流量計であっ
    て、前記検出手段は速度センサである第１および第２の
    速度センサ手段を含み、前記計算・指示手段は、 Δθを前記第１および第２のセンサ手段により発生され
    る出力信号の位相角差、 Ｋを定数、または、管状導管手段の温度測定から求め
    た、ヤング率に関係した変数、 ＷＤを、駆動モードにおける管状導管手段の固有振動
    数、 ＷＣを、コリオリモードにおける管状導管手段の実際の
    固有振動数、 ＺＣを、コリオリモードに対する実際の減衰係数 として、式 に従って質量流量Ｆmassを計算する流量計。
JP60503360A 1984-07-11 1985-07-10 物質の流れにおける質量流量を測定する流量計 Expired - Lifetime JPH0663808B2 (ja)

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