JPH0718734B2 - Flowmeter for measuring mass flow rate in a flow of matter - Google Patents

Flowmeter for measuring mass flow rate in a flow of matter

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JPH0718734B2
JPH0718734B2 JP60502524A JP50252485A JPH0718734B2 JP H0718734 B2 JPH0718734 B2 JP H0718734B2 JP 60502524 A JP60502524 A JP 60502524A JP 50252485 A JP50252485 A JP 50252485A JP H0718734 B2 JPH0718734 B2 JP H0718734B2
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Description

【発明の詳細な説明】 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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to mass flow and density measuring devices, and more particularly to one or more such mass flow passages. The present invention relates to an improved device for measuring the mass flow rate of a flowing mass by using the effects of Coriolis force and centrifugal force acting on a portion which is moved or deflected by the vibration of a conduit loop.

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、過去においてはジャ
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
等であつた。
Description of the Prior Art There has been a constant need for more accurate, more efficient devices for determining the mass flow rate and density of fluids and flowing solids passed through pipelines and other types of conduits. . In the past, the conventional flowmeter was a gyroscope type mass flowmeter or a Coriolis type mass flowmeter.

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。
One such device that utilizes the Coriolis force to measure mass flow was given to James E. Smith on August 29, 1978, "Mass Flow Measurement Method and Device." (Method and Apparatus for Mass
US Patent No. 4, entitled "Flow Rate Measurement")
No. 109,524. In that patent, 1
By a beam whose ends are mechanically connected to the first and second parts of the two straight conduits, parallel to the first and second parts and to the adjacent ends of the two conduit parts , A device to which mechanical reciprocating force is applied is disclosed. Adjacent ends of the first and second conduit sections are connected together by a short conduit section and a flexible joint, with the outer ends of each conduit section being separately supported in cantilever fashion relative to the base structure. The reciprocating force applied to the conduit is a separate Coriolis force generated in the first and second conduit portions and acting in opposite directions, causing a moment of force about the center of the beam. It is resisted by its separate Coriolis forces, which are things. The force moment is measured by the torque sensor. By measuring the moment of force caused in the conduit (and transferred to the beam) by the Coriolis reaction force, a measurement of the mass flow rate through the conduit can be made. But for that measurement,
The measurement is complicated by the need to avoid erroneously measuring forces due to earthquakes or other seismic forces transmitted through the support structure. Other similar devices include US Pat. No. 3,080,750 to Wiley et al. And US Pat. No. 3,218,851 to Sipin.
U.S. Pat. No. 3,3 granted to Souriau
96,579, and U.S. Pat. No. 3,329,019 to Sipin.

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形管の側方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、かつジエームス・イー・スミス
(James 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。
In the mass flow measurement, both ends are pivoted,
U-tubes or similar shapes are generally used, rather than using a straight section of conduit that is reciprocated at adjacent ends. In that case, the inlet end and the outlet end of the leg of the U-tube are fixed to the base and the curved end of the U-tube is reciprocated. Then, the differential displacement caused by Coriolis action in the corresponding part of the lateral leg of the U-tube is measured as a representation of the mass flow rate. Such a technique and apparatus is suggested in the Smith patent and was granted to James E. Smith on February 12, 1980, and is now Reissue Patent No. 31,450. Method and Structure for Flow Measurement "
Shown in U.S. Pat. No. 4,187,721.
As shown in the referenced patent, the U-shaped conduit is cantilevered at its leg ends, and the vibrator is attached to a spring arm having a natural frequency approximately equal to the natural frequency of the U-shaped conduit. It is installed. The vibrating device is used to move up and down the center of the curved end of the U-shaped conduit. A measurement sensor (flag and photodetector) is provided. The measurement sensors detect the leading and trailing portions of the legs of the U-shaped conduit as it passes through the plane defined by the U-shaped conduit at approximately the midpoint of its vibration. The difference in time the legs pass through the mid-plane is measured as an indication of mass flow.
In essence, the same structure is used in later Smith patent 4,422,338. However, in that Smith patent, a pair of velocity sensors are used in place of the photodetector and adjustment electronics are provided to generate a signal corresponding to the passage of the lateral leg through the midplane.

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、一対の振動する全体と
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。
Bruce M. Cox and others 1978 1
"Coriolis mass flow measurement device (Cor
U.S. Pat. No. 4,127,028 entitled "Iolis Mass Flow Rate Metering Means)" describes a pair of oscillating generally U-shaped tubes such that the curved ends of each of the U-shaped tubes are free to move relative to each other. Shaped tubes are fixed at their inlet and outlet ends in parallel, cantilevered fashion. An oscillating drive mechanism is coupled between the curved ends of each tube and actuated to reciprocate the curved ends so that the U-shaped member acts as the free end of the tuning fork. Exercise. The frequency of vibration of the tube is adjusted until the tube vibrates with a constant displacement when a known substance flows between them. The power required to vibrate the tube by a known displacement at a constant frequency determines the density of the unknown flowing material flowing in the U-tube. Mass flow is detected by a photodetector positioned to operate in the same manner as taught by Smith because it is a single tube embodiment. Cox also suggests that a strain gauge or velocity sensor should be substituted for the photodetector, and it is known in the prior art that there is a phase difference between the outputs of the two sensors that is proportional to the Coriolis force couple. I admit it was.

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。
The main teaching of this reference is that each U-shaped tube is adjacent to the supporting end of the U-shaped tube to improve the torsional freedom that can be applied to each U-shaped tube by Coriolis reaction forces. It is to reduce the distance between the legs. This reference also shows the shape of the looped tube in its FIG. 5 but does not teach or suggest how to use that shape to improve flow measurement.
Therefore, it is not believed that the present invention can be inferred therefrom.

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 083 144 A1に見出すことができる。そのEP
O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に見出すことができる。
Other prior art known to the inventor of the present application is US Pat. No. 2,752,173 issued to Barnaby et al.,
US Pat. Nos. 2,865,201 and 3,049,919 granted to Roth, US Pat. No. 3,355,944 granted to Sipin, US Pat. No. 3,485,098 granted to Sipin, Catherall U.S. Pat. No. 3,955,401 to Shiota, U.S. Pat. No. 4,381,680 to Shiota, Smith EPO Publication, NO.EP O 083 144 A1. That EP
The O publication corresponds to US Pat. No. 4,422,338.
A list of prior art using the Coriolis principle can be found in the aforementioned Sipin patent RE 31,450.

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。
The drawback of Smith and Kocks type flow measuring devices, as well as other prior art flow measuring devices, is that they are very sensitive to external seismic forces that expose the measuring pipe to torsion forces other than the torsion forces transmitted by the Coriolis reaction force. Being sensitive, these forces prevent accurate measurement of mass flow rate.

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。
Smith Reissue Patent No. 31,450 and Smith 4,422,338
Another drawback of the preferred embodiment in the patent is that the proposed time difference measurement method in the mid-plane of the U-tube introduces flow measurement errors when the fluid density changes.

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。
Yet another disadvantage of conventional Coriolis type devices is the inability to provide accurate flow data for a wide range of flow rates due to the limited sensitivity of the flow structures used.

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。
Yet another disadvantage of conventional devices is that they are not provided with dynamic damping devices that reduce their sensitivity to external vibrations.

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。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the primary object of the present invention is to provide a new and improved Coriolis type device for measuring the mass flow rate of fluids or flowing solids, or mixtures thereof, through a conduit. is there.

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。
Another object of the invention is to obtain a new and improved apparatus for measuring the density of mass flowing in a conduit.

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
入れることなしに測定する装置を得ることである。
Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the mass flow rate and density of a mass flowing in a conduit without the inclusion of turbulence causing objects or features in the fluid flow path.

要約すれば、本発明の好適な実施例は少くとも1つのら
せん形ループ導管と、そのループの一部を、その導管部
分を流れる流れの方向に対して垂直であつて、ループの
中心軸に対して全体として平行な方向に振動させる手段
と、ループの他の部分の中を質量が流れ、かつそれの振
動的移動の結果として、その部分に加えられるコリオリ
の力を検出する手段とを含む。歪み計および関連する処
理用電子装置も、流れの密度測定装置を決定するために
質量流量情報に組合わせて使用される。
In summary, the preferred embodiment of the present invention includes at least one spiral loop conduit and a portion of the loop that is perpendicular to the direction of flow through the conduit portion and is located at the central axis of the loop. Including means for oscillating in a generally parallel direction, and means for detecting the Coriolis force applied to the mass as it flows through other parts of the loop and as a result of its oscillatory movement. . A strain gauge and associated processing electronics are also used in combination with the mass flow information to determine the flow density measuring device.

本発明の重要な利点は、測定装置内を流れる物質の諸性
質の変化とは独立に、真の質量流量を測定できるように
することである。
An important advantage of the present invention is that it allows the true mass flow to be measured independently of changes in the properties of the material flowing in the measuring device.

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。
These and other advantages of the invention will no doubt become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading the following detailed description of the preferred embodiment, which is illustrated in several figures of the drawings. Will.

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図は本発明の多重ループ実施例を示す略図、
第5図および第6図は本発明の平行流多重ループの実施
例を示し、第7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8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9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できるようにするために変更さ
れた本発明の別の実施例を示す略図、第12図は測定感度
を高くし、外部震動に対する感度を低くするために変更
した本発明の更に別の実施例を示し、第13図は本発明に
従つてコリオリの力を検出する別の方法を示し、第14図
は本発明に従つて歪み計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使用される計算アルゴリ
ズムを示すブロツク図である。
In the drawings, FIG. 1 is a schematic diagram used to show the theoretical operation of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a simplified embodiment of one aspect of the present invention, and FIG. 3 is a first example of the present invention. Fig. 4 is a schematic diagram showing another embodiment of Fig. 4, and Fig. 4 is a schematic diagram showing a multiple loop embodiment of the present invention.
5 and 6 show an embodiment of the parallel flow multiple loop of the present invention, FIG. 7 outlines one method of imparting vibrational energy to the loop according to the present invention, and FIG. 8 shows the present invention. A schematic diagram outlining the damping technique used according to
FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for detecting the action of Coriolis according to the present invention, and FIG. 10 is a set of waveforms showing the operation of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing another embodiment of the present invention modified to enable higher measurement sensitivity, and FIG. 12 is a book modified to increase measurement sensitivity and lower external vibration sensitivity. FIG. 13 shows another embodiment of the invention, FIG. 13 shows another method for detecting Coriolis force according to the present invention, and FIG. 14 shows an embodiment including a strain gauge and an electronic processing device according to the present invention. FIG. 15 is a block diagram showing the calculation algorithm used in accordance with the present invention.

動作の一般的な理論 本発明は、ループ管およびその他の導管内を流れて、流
路を横断しての速度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、横断方向速度変化の大きさと向き、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。
GENERAL THEORY OF OPERATION The present invention shows that masses flowing in loop tubes and other conduits that have velocity gradients across the flow path are conduits with forces directly related to transverse velocity gradients and mass flow rates. It is based on the principle of interacting with the walls of. The reaction when a velocity gradient is created by transverse movement of the loop or rotation of the loop about an axis other than the central axis of the loop is known as Coriolis force. The magnitude and direction of the reaction force depends on the magnitude and direction of the transverse velocity change and the magnitude and direction of the mass flow. Two parts of the loop have the same transverse velocity gradient, but opposite flow directions result in a couple of equal and oppositely directed forces. According to the invention, this couple is measured as a means of determining the mass flow rate through the conduit.

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。
Reference is now made to FIG. 1 for illustration. This figure shows the conduit
An example of 10 generalized spiral loops is shown. The crossed ends of the conduit 10 are attached to the base structures 12,14. The general theory of the invention described below applies to spiral structures of any shape and tubes of any cross-sectional shape.

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。
Loop 10 has approximately X- because of the simplified mathematical analysis.
It is considered to be located in the Y plane. Z direction (perpendicular to the XY plane) required to allow crossing
The displacement of the pipe at is ignored.

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は次式で与えられ
る。
Therefore, for a flow tube that is approximately symmetrical about the X axis in the XY plane, the flow and total Coriolis forces acting on each half 16 and 18 are given by .

1/2loop=Fmass (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は流体の質量流量である。
P 1 / 2loop = F mass v D (1) where v D is the velocity in the Z direction (perpendicular to the XY plane) at the driving point of the loop, such as point 20 in FIG. mass is the mass flow rate of the fluid.

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、管に沿っ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点に集中させるものと仮定する。(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。
This equation can be used in another equation below to describe the dynamics of the loop with the approximation below. (1) It is assumed that Coriolis forces are concentrated at one "center of action point" for each half loop, instead of being distributed with varying magnitude along the tube. (2) Assume that the mass of the fluid and the material of the tube are concentrated at one mass point for each left loop instead of being distributed over the half loops. (3) There are two different movements at various points on the loop.
It is represented by the movement of each of the two mass points.

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。
At the "center of action" of the Coriolis force, each half-loop has a certain "participating mass". The center of action is that the resultant force of the forces distributed over the half-loop is applied and can be calculated from the shape of the tubes involved and the overall Coriolis force equation for the individual mass elements. is there. The “participating mass” is approximately the same as the weight of tubing and fluid in each half-loop, but ignore the portion between the X-axis and the support point. This concept takes into account the non-uniform motion for various points on the half-loop. The participating mass can be determined experimentally by measuring the natural frequency of the bending vibration mode about the X axis and comparing it with the theoretical natural frequency of the differential equation to be presented. The participating masses are determined so that the two natural frequencies match.

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。
The differential equations describing the inertial force, damping force, and spring action force are as follows.

ここに、Aは、材料中の固有のタンピングと、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。
Where A is the tamping characteristic of the material and the damping coefficient including the damping coil described below, and B is the restoring force from the spring action because the end of the pipe 10 is fixed and attached. The spring coefficient to describe, M P is the participating mass for half of the loop, t is the time, Z D is the motion of the action point center due to the driving motion only, and Z is the Coriolis at the action point center. It is a movement caused by the force and driving movement.

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。
The natural frequency expressed in radians / unit time of the above equation (1) is expressed by the following equation.

(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。
The natural vibration mode related to the equations (2) and (3) is called “Coriolis mode”.

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。
The spring coefficient B is determined by statically applying a couple in the Z direction (acting in the opposite directions around the points 24 and 26 on the two sides of the loop 10) about the point of action and measuring the deviation of the point of action. it can.

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。
Assuming that the loop 10 is excited at a point 20 by a vibrational force in the Z direction that changes sinusoidally at an angular frequency of w,
Coriolis force P 1/2 (It is a sine wave signal having the same frequency at a constant flow rate. The above equation (1) almost determines the magnitude of the Coriolis force. Here, v D is a sine wave. Make a wavy time change.

(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)、ウツドリツジ
(woodridge)「オートメーシヨン・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/M) (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。
The phase transition between P 1/2 and (Z−Z D ) according to equation (2) is well understood as published in the literature. For example, Grabbe, Ramo, Woodridge, “Automation Computer, and Control Handbook (Handbook o
f Automation Computation and Control) "Volume 1, 20
See page 59. The damping coefficient Z is defined as Z = (1 / 2W th ) (A / M p ) (4). Then, for example, the driving frequency W is selected to be 0.5 times the natural frequency W th , and the damping coefficient Z is set to
If it is selected as 0.01 times, it is found that the phase shift amount is about −0.8 degrees using the above equations (2) and (3).

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。In this example, the ratio of damping coefficient A and mass M p is Can be determined from equation (4).

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。
The amount of damping in this example results from applying a certain amount of damping force to the loop. This will be described in detail later. Even if the Coriolis mode has the same natural frequency, different amounts of phase shifting are performed by selecting different damping amounts or different driving frequencies w.

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
に対する近似移送量を計算するため、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。
When the density of the fluid changes, the natural frequency of the Coriolis mode changes, and the amount of phase shift at the drive frequency also changes somewhat. For normal changes in fluid density, changes in density can be neglected in order to calculate the approximate transfer rate for a given fluid, and to provide approximate compensation for phase shifts by the specific circuitry described below.

コリオリの力偶力と、ループの構造的な位置、速度また
は加速度の間の移相の近似的な補償を決定するために、
間隙の幅または点の差動測定値を使用できる。その場合
には、構造的な偏りはgである。このgは、重みづけに
よる所定の係数を有するコリオリの力偶力の大きさに比
例する。gの時間微分と、同じ変数gの積分(たとえ
ば、後で述べるようにアナログ積分により行われる)と
の線型組合わせを、Gという記号で表すことができる。
To determine the approximate compensation of the phase shift between the Coriolis force couple and the structural position, velocity or acceleration of the loop,
Differential measurements of gap widths or points can be used. In that case, the structural bias is g. This g is proportional to the magnitude of the Coriolis force couple having a predetermined coefficient by weighting. A linear combination of the time derivative of g with the integral of the same variable g (e.g., done by analog integration as described below) can be represented by the symbol G.

G=K1+K2∫dt =K1+K2g (6) ここに、は次式で定義される記号である。G = K 1 + K 2 ∫dt = K 1 + K 2 g (6) where is a symbol defined by the following equation.

=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。= Dg / dt (7) After the Laplace transform, G can be expressed by the following equation.

G(s)=K1s g(s)+K2g(s) (8) 此K1/K2を選択することにより、0度と90度の間の任意
の正の移相量を算入して、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の間に大きな位相差は存
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。
G (s) = K 1 s g (s) + K 2 g (s) (8) By selecting this K 1 / K 2 , any positive phase shift amount between 0 degree and 90 degree is included. And a new function G can be associated with the measured value of. This ratio is the differential equation (2)
Is selected to produce a positive amount of phase shift equal to a negative amount of phase shift resulting from inertia of motion as described more approximately by. By properly selecting K 1 / K 2 , there is a large phase difference between the calculated variable G and the driving point speed v D in Eq. (1) as long as the driving speed is approximately a sine function. do not do. But one sine wave (not including harmonics)
Some deviation from the waveform of is acceptable. For example, it is the displacement that is caused by the turbulent mechanical vibration. In fact, it is a great advantage of the present invention that it does not feel this kind of disturbance.

信号の解析を実行する時には、変数Gと駆動点速度vD
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。
When performing signal analysis, the variable G and the drive point velocity v D are sampled periodically. The sampling period is typically 20 times each full cycle of driving force applied. However, in the presence of very high frequency high frequency disturbances, higher frequencies are more appropriate. The lower sampling rate speeds up the analysis of the signal, and it may be desirable if the flow meter is to be used for fast operating flow control.

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=K3 P1/2loop−static (9) である。
The samples for G and v D are called G i and v i , respectively. i
= 1,2,3 ... N, where N is the number of sample pairs used for each measurement. Static couple and static structure measurements acts as a Coriolis force couple static relationship "g stat" is g stat = K 3 P 1 / 2loop-static (9).

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。
For the dynamic Coriolis force, the function G describing the dynamic gap change can be expressed by the following equation using the equation (6).

G=K1′K3′+K2′K3g (10) ここに、(6)式において、K1′K3=K1およびK2′K3
K2である。
G = K 1 ′ K 3 ′ + K 2 ′ K 3 g (10) Here, in the equation (6), K 1 ′ K 3 = K 1 and K 2 ′ K 3 =
It is K 2 .

簡単にするために、K2を1/K3に等しく選択し、 G=g+(K1′/K2′) (11) と仮定する。For simplicity, choose K 2 equal to 1 / K 3 and assume G = g + (K 1 ′ / K 2 ′) (11).

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値であることを示す。
This equation indicates that G is approximately a differential position, velocity or acceleration measurement value modified by a differential term to correct the phase lag defined by equation (2) above.

(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。
Depending on the compensation defined by equation (11), the variables P 1 / 2loop and G
Are approximately in-phase, the following equation can be used for dynamic devices.

P1/2loop=(1/K2)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=2K3FmassvD (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、標本化さ
れた対、iがGi,viと呼ばれる。
P 1 / 2loop = (1 / K 2 ) G (12) Similar to the equation (9), when the equation (12) is substituted into the equation (1) and G is solved, G = 2K 3 F mass v D ( 13) is obtained. Here, G and v D are almost in phase. In a digital device, the variables G and v D are sampled and the sampled pair i is called G i , v i .

次の定義をする。Define the following.

α=2K3Fmass (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。
α = 2K 3 F mass (14) Then, G = αv D (14a) is obtained from Eq. (13). Then, α can be determined by linear regression analysis of the sample numbers of G i and v i . The solution of this equation is for one of the two regression lines associated with equation (14a).

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。
Also, another regression line defined by the following equation can be used.

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。
The line that separates the angle between the two regression lines is given by:

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。
α (avg) = tan [1/2 (arcTanα (1) + arcTanα (2) )]
(17) Then, the calculation of the mass flow rate from this line is obtained from the equation (14) as follows.

Fmass=(1/2K3)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。
F mass = (1 / 2K 3 ) α (avg) (18) Of course, one of the regression lines can be used instead of the middle line. The F mass calculated using Eqs. (14) and (15) will be described later, but is also shown in FIG.

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34と36の外側で行うこと
もできる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference is first made to FIG. 2, in which a simplified embodiment of the invention is shown. A circular loop 30 of conduit is attached to the base 32 by two supports 34,36. Note that loop 30 is bent up from axis 37 of the pipeline at position 38 and down from axis 37 at position 40 to create a gap at intersection 41. Alternatively, the pipeline-compatible deformation can be performed outside the supports 34 and 36.

交差点41の反対側ではループ作動機構42がベース32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。
On the opposite side of the intersection 41, a loop actuation mechanism 42 is attached to the base 32, and the armature or the like exerting the force of the mechanism is electromagnetically coupled to the position 44 of the loop 30. The loop actuating mechanism 42 is of any suitable type as long as it can reciprocate the engaged loop portion along the Z axis as defined by the equation (2). Can be

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50,5
2の動きを同時に検出し、その測定値を適当な計算回路
および指示器54へ与える。この計算回路および指示器54
はコリオリモーメント、したがつてループ30内を流れる
質量流量の測定値を与える。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54に指
示させることもする。
Appropriate sensors 46, 48 are located on each side of the loop 30. These sensors are loop points 50,5 relative to the base 32.
The two movements are detected at the same time, and the measured values are given to an appropriate calculation circuit and indicator 54. This calculation circuit and indicator 54
Gives a measure of the Coriolis moment and hence the mass flow rate through the loop 30. Alternatively, indicator 54 can be connected to a suitable means 56 coupled to the intersection of loop 30 at intersection 41, indicator 54 operative to provide a signal indicative of loop spacing, relative velocity or relative acceleration. The signal also causes the indicator 54 to indicate the mass flow rate through the conduit loop 30.

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、支持され
ているループ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。
The invention shown in the embodiment of FIG. 2 is a significant improvement over the conventional device, but the vibration in the pipeline is
The disadvantage of requiring a sturdy base 32 to support the supports 34, 36 as well as the actuation mechanism 42 so as to prevent them from being transmitted to the device in a way that affects the measurements taken by the device. Have. In this example, because the base is sturdy, it is
It will be appreciated that the seismic motion transmitted to 32 is similarly transmitted to drive mechanism 42 and loop position detectors 46,48. Therefore, turbulence due to vibration does not usually affect the measurement accuracy. However, it will also be appreciated that seismic disturbances may cause the supported loops to move relative to the base, thus affecting measurement accuracy.
However, if the loop detection source is the detector 56, the seismic motion due to the earthquake in the Z direction is equally transmitted to the upper loop portion and the lower loop portion, and the two portions are biased in the same direction with equal strength. , Will be largely protected against the disturbance caused by the earthquake.

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。
FIG. 3 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 3, instead of attaching the drive mechanism directly to the base, the drive means 60 is attached to the counterbalance structure 62 which is fixed to the supports 64,66. In this embodiment, the balance arm 62 is constructed such that its natural frequency about its support axis is the same as the natural frequency of the loop 68, and is expected to flow through the loop 68. An adjustable sliding weight 70 is additionally provided to allow adjustment to accommodate different densities of the. Thus, while this embodiment requires a robust end mount, it is not necessary to make the base seismic resistant because the drive mechanism 60 is not directly attached to the base. Using this alternative embodiment, the vibrations generated by the flow meter driver 60 effectively affect the installed pipelines that may reflect energy back to the device of the present invention. Since it is blocked, another risk of measurement error is eliminated.

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(60)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。
A feature of the invention to be noted from the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is that the drive means 42 (60) is caused to the tube at the point of attachment of the tube to the supports 34 (64) and 36 (66). ) The stress caused by the operation, that is, the driving mode stress is not the bending stress but the torsional stress. On the other hand, the stress caused at those points by the Coriolis force, that is, the Coriolis mode stress, is mainly a bending stress by its nature.

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を示すものとして使用さ
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。
To improve the sensitivity of the present invention to Coriolis forces, a series combination of crossed loops can be utilized, as shown in FIGS. 4-6. In the series double crossover loop of FIG. 4, driving force may be applied to 74 between the two loops 70 and 72, which biases the two loops in opposite directions. By means provided in 76 and 78, the separation between the loops, ie changes in relative position and changes in velocity or acceleration, can be detected. The dynamic difference in separation is used as an indicator of mass flow rate. Alternatively, the detected result of the loop separation at 80 and 82, or the difference between them, can be used as an indication of mass flow rate. Similarly, detection of separation between loops at 84 can be utilized as well.

べ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。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、この構造は外部振動にいくらか感度
をもつから、後で述べるように、ダンピング手段の使用
を必要とする。
The relative position of the corresponding parts of the individual loops above the base or other criteria can also be detected as shown in FIG.
The difference between them is used to determine the mass flow rate. The series double crossover loop has high flow sensitivity and is especially suitable for small flow measurements. However, this structure is somewhat sensitive to external vibrations, which necessitates the use of damping means, as will be described later.

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102(11
6)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
(118),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、11
0と112(120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。
In the parallel loop embodiment shown in FIG. 5, both loops are spirally wound in the same direction, whereas in the embodiment of FIG. 6, the upper loop is spirally wound in the upward direction. However, the lower loop is spirally wound in the downward direction. When an actuating force is applied during the loop at 86 in FIG. 5 and at 88 in FIG. 6, the loop separation difference measurement (position, velocity, acceleration or other time derivative) described for the embodiment shown in FIG. Or time integration)
The upper gap 100 (114 in FIG. 6) or the lower gap 102 (11
6) can be measured. That is, the difference between the upper gap 100 (114) and the lower gap 102 (116) can be measured. Similarly, 108
The differential loop feature of the separation at (118), 110 (120), 112 (122) can be taken as representative of the mass flow rate, 11
The difference between 0 and 112 (120 and 120) can be taken as an indication of mass flow as well. Measuring the position difference, or velocity of relative motion, or the acceleration between the upper and lower loops on either side of the loop, and then calculating their distance (or velocity or acceleration) is This measurement mode is believed to have the highest sensitivity.

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、計算用の電子装置により次式からFmass
が計算される。
As an alternative embodiment to the difference measurement, the sensor 4 in FIG.
The difference in the measured phase angle θ at a given signal level can be used for the position, velocity or acceleration signals generated by the 6,48. Assuming that the speed sensor is used, F mass from the following equation by computing electronic device for
Is calculated.

ここに、Δθは2つの速度センサの出力の間の位相角の
差であり、 WC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。
Where Δθ is the phase angle difference between the outputs of the two speed sensors, W C is the actual natural frequency of the mode excited by the Coriolis force (Coriolis mode), which corresponds to the theoretical value W th in equation (3), and z C is the actual damping coefficient for the Coriolis mode ((4 ) Corresponding to the theoretical value z in the equation).

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。
The difference Δθ in the phase angle, the driving frequency w D, 46 in Figure 2
And 48, and 76 and 78 in FIG. 4, multiplied by the difference in the waveforms produced by the detectors operating in the left and right positions. See Frederick E. Turman, "Electronic and Radio Engineering," McGraw-Hill, 1955.

(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。
Equation (19) differs from the equations proposed and put into practice in the prior art and is more accurate than those equations.

差異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。
When using the differential phase angle and the drive frequency, it is desirable to drive the device at its natural frequency because the waveform generated by the detector in response to the Coriolis force does not contain harmonics. Similar equations can easily be obtained using position or acceleration sensors.

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・ブレインフイールド
(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「精密位相測定応用バンドブツク(App
lications Handbook 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
Measurement 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(19
74)に示されている。
A well-known conventional device that can detect the difference in phase angle is Dranetz Engineering Laboratori, New Jersey South Plainfied's Dranetz Engineering Laboratories.
es, Inc.) "Precision phase measurement application bandbook (App
lications Handbook of Precision Phase Measuremen
t) ”(1975), and“ Precision Time Interval using an electronic counter (Precision Time Interval)
Measurement Using an Electronic Counter) "Hewlett-Packard Application Note 200-3 (19
74).

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7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
ているその信号は管130と134の間の速度差に比例する。
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V1を発生する。
Reference is now made to FIG. 7, which details one possible embodiment of a drive of the type shown at 42 in FIG. A permanent magnet 132 is attached to one tube 130 by a separation insulator 131. As indicated by the tube section 134,
A dual coil mechanism 133 is mounted just above the loop.
The dual coil arrangement includes an upper winding 136 and a lower winding 138, which are mechanically attached to each other by a member 140 but electrically isolated from each other. The assembly 133 is installed with respect to the magnet 132 such that an actuating force is applied to the magnet when the winding 136 is energized so that the magnet drives the loop portion 130 relative to the loop portion 132. Movement of the magnet 132 within the lower coil 138 induces a signal in the coil that is proportional to the speed of the magnet relative to the speed at which the coil moves along the axis of the assembly 133. The signal, shown as current i 1 , is proportional to the speed difference between tubes 130 and 134.
voltage generated in the resistor R 1 by i 1 is input to the differential amplifier A 1. This amplifier produces a voltage signal V 1 which is also proportional to the speed difference.

その電圧V1は増幅器A3を通って送られる。その増幅器の
出力Vがアナログ計算器142により、発振器144によつて
発生された入力電圧V0から差し引かれる。その発振器は
正弦波のような波形の適当な周期電圧信号V0を発生す
る。その差V0−V=V2が増幅器A2へ与えられる。この増
幅器は駆動電流i2を発生する。その電流は、駆動コイル
136を流れると磁界を発生する。その磁界は磁化力を発
生し、その磁化力は永久磁石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130とループ134を一緒にしたり、引き離したりするよ
うに駆動させる。
Its voltage V 1 is sent through amplifier A 3 . The output V of that amplifier is subtracted by the analog calculator 142 from the input voltage V 0 generated by the oscillator 144. The oscillator produces a suitable periodic voltage signal V 0 having a sinusoidal waveform. The difference V 0 −V = V 2 is applied to the amplifier A 2 . This amplifier produces a drive current i 2 . The current is the drive coil
A magnetic field is generated when flowing through 136. The magnetic field produces a magnetizing force that acts on the permanent magnet 132 to cause it to oscillate up and down in the winding 136, thereby bringing the loop 130 and the loop 134 together and pulling them apart. To drive.

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。
The purpose of the velocity feedback loop, which includes winding 138 and amplifier A 1 , is to control the amplitude of the tube vibration to the desired magnitude even when the oscillator is operated at or near the tube natural frequency. Is. Without this velocity feedback or some other means of applying a damping force to the tube, when the oscillation frequency was set to the tube's natural frequency, the tube would be driven to its elastic limit, probably The tube is destroyed.

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。
The behavior of the closed feedback loop shown in FIG. 7 can be approximately described by the following transfer function.

ここに、K=速度帰還ループの利得(V/V1) X=第9図の点161と165における管の間隔、 K1は利得係数(V1/Ii)、 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1
32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。
Where K = gain of velocity feedback loop (V / V 1 ) X = spacing of tubes at points 161 and 165 of FIG. 9, K 1 is gain coefficient (V 1 / I i ), K 2 is gain coefficient (V I 2 / V 2 ), K 3 is the drive coil 136 and magnet 1 of FIG. 7 per unit current I 2 .
The force between 32, K 4 is the magnitude of the current I 1 per unit speed difference between the drive coil 136 and the permanent magnet 132, s is the sign of the Laplace operator, m is the tube 130, 134 and only the circular part of the loop The mass with the fluid contained in the inside of those tubes containing a, a is the damping constant of the structure for driving motion, and b is the spring constant of the structure for driving motion.

表現a+K K K K K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。
The expression a + K K 1 K 2 K 3 K 4 indicates that the normally small damping constant “a” was increased in the absence of the velocity feedback loop. By choosing the appropriate gain factor, the damping can be chosen to cause the drive amplitude and velocity signal V 1 to follow the oscillator signal V 0 in the desired manner.

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7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8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。
Every flow tube shows its own seismic mode with low damping. Of course, artificial damping and control of the drive can be performed as shown in FIG. However, a similar device, such as that shown in FIG. 8, can be used to provide damping without controlling velocity and amplitude. Although such a device is a costly addition to any type of Coriolis flow sensor, it represents a significant improvement over the device shown in the Smith patent.

この実施例においては、第7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フ部分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。
In this embodiment, permanent magnets 150 are attached to the central roof portion 152 of a dual series loop device driven by actuation assembly 154, as previously described at 133 in FIG. The magnet 150 is arranged for vertical movement within a damping coil 156 that is secured to the base 158 of the device.
A variable load resistor R is connected between the terminals of the coil 156. The current flowing in the resistor R is generated by the current induced in the coil by the movement of the magnet 150 inside the coil 156.
The current is proportional to the speed of movement of the magnet relative to coil 156. The power generated by the movement of the magnet in coil 156 is absorbed by the power consumed in resistor R. Therefore, by selecting the dimensions of the coil, the number of turns, the strength of the permanent magnet, and the value of resistance R, the degree of damping provided by the device can be selected to suit a particular application.

第9図に示す別の実施例として、減衰コイル160,162
を、二重ループ直列または並列装置構成で、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170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17
0の一方の側へ与えられる。それと同時に、S1は積分器1
70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
K2はそれぞれポテンシヨメータP1,P2の設定に対応す
る。
As another embodiment shown in FIG. 9, damping coils 160 and 162 are provided.
Can be physically connected to the speed sensing coils 164, 166 in a dual loop series or parallel device configuration. In this particular embodiment, the velocity sensing coils 164 and 166 are wound in opposite directions and the total induced when both gaps close at the same rate.
The coils are connected in series with each other so that the EMF is zero. The output current generated by the coils 164, 166 in this embodiment is passed through the resistor R to generate a voltage. The voltage is provided to the differential amplifier 168 and the tube section 161.
And 165, 163 and 167 produce an output signal S 1 proportional to the speed difference of the relative movements. Amplifiers 170 and 172 and potentiometer
P 1 and P 2 have a phase shift function to compensate for the phase transition between Coriolis and the associated motion of the flow tube, as mathematically expressed in Eqs. (2) to (8). To do. This compensation is
This is an alternative design feature that is particularly useful for digital signal analysis methods as described by equations (9)-(18). The signal S 1 is sent through a variable potentiometer P 1 to generate a proportional voltage. This proportional voltage is
0 is given to one side. At the same time, S 1 is integrator 1
It is also sent through 70 to generate the corresponding position signal S 0 .
This signal is sent through a second potentiometer P 2 to generate a proportional voltage. This proportional voltage is provided to the other side of amplifier 170. The resulting output signal S 2
Is described by equation (8). In equation (8), the coefficient K 1 and
K 2 corresponds to the settings of potentiometers P 1 and P 2 , respectively.

この実施例においては、速度を積分することにより位置
情報を得ることができ(また、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9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。
In this embodiment, position information can be obtained by integrating the velocity (and, if an acceleration sensor is used, by integrating the acceleration twice), and as shown in FIG. It can be calculated by integration of the speed difference (or twice integration of the acceleration difference). For measurement, velocity data is equivalent to position information. Since the amplitude analysis is performed during many cycles of the periodic excitation of the loop for each measurement point of the mass flow rate, the effect of the initial conditions associated with the integration disappears rapidly.

図示の実施例においては、先に述べたように、管部分16
5〜167の平行運動により抵抗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。
In the illustrated embodiment, as previously mentioned, the tube section 16
The parallel movement of 5 to 167 produces a reverse current through resistor R, resulting in a net voltage drop across resistor R of zero. Under the influence of the flow in the pipe, parts 165 and 167
The Coriolis force generated therein moves the tube sections relatively in reverse, causing a net current generated from the sum of the induced voltages in the sensing coils 164,166 to flow through resistor R. As mentioned above, the voltage generated across the terminals of the resistor R is applied to the differential amplifier 168, the output of which is integrated by 172 for relative movement between tubes 161 and 165 and between tubes 163 and 167. The signal S 1 representing the speed difference of is converted into the separation difference signal S 0 .

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の駆動位置が実線174で示さ
れ、それに対応する速度カーブが破線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。
FIG. 10 shows the relationship of steady-state signals with sinusoidal velocities. More specifically, in part (a) of FIG. 10, the drive position of the tube portion 130 is shown by the solid line 174 and the corresponding velocity curve is shown by the broken line 175. You will see that the velocity is a derivative of the driving motion, so it is 90 degrees out of phase with it. Assuming that there is no flow in the illustrated tubes, the locations of tube sections 165 and 167 are
It will be seen that it is in phase with the 130 position. Their positions are the drive component curves 176 in the part (c) of FIG.
In the portion (b), the drive component curve 177 is shown. Similarly, it will be appreciated that the Coriolis-induced bias is approximately in phase with the velocity component of the drive motion, and is positive for tube section 167 and negative for tube section 165. Therefore, by adding the Coriolis component and the drive component, a Coriolis-induced positional displacement of the tube portions 176 and 165 can be obtained. Those displacements are indicated by the waveforms 178 and 179 shown in portions (b) and (c), respectively.

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。
In part (d), the position difference between curves 165 and 167 is shown as 180, but there is no visible phase delay between drive speed and Coriolis force. In practice, depending on the drive, the "Coriolis mode", the natural frequency ratio, and the damping,
It will be seen that there is a small phase delay of 1 degree. Curve 181 shows this exaggeratedly. Also note that the size of the Coriolis component 178 or 179 is very small compared to the drive components 171,176, and that FIG. 10 shows exaggerated dimensions of the Coriolis component for ease of illustration.

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。
For effective signal analysis using digital sampling of drive speed and Coriolis force response, it is desirable to synchronize the signals. By appropriately selecting the settings of the potentiometers P 1 and P 2 in the circuit of FIG. 9, the signal S 2 is made to be substantially in phase with the drive speed signal.
Appropriate compensation can be provided.

これまで説明してきた装置の感度を高くするために、1
つの可能な修正はループのうちコリオリの力を受ける部
分を伸ばすことである。第11図および第12図に、ループ
の側方182と183を長くしたそのような伸長が示されてい
る。しかし、そうすると2つの潜在的な問題、すなわ
ち、「上下の揺れ(wobble)」と「横揺れ(roll)」が
起ることがある。第11図には、ループが駆動された時
に、管の長くされた部分が破線184により示されている
ように垂直方向に曲がることにより、上下方向の揺れが
起る様子が示されている。側面182を強化して上下の揺
れの問題を無くすための1つの解決方法は、側面がもは
や自由に曲ることがないように、補強板185を各側面182
にとりつけることである。
To increase the sensitivity of the device described above, 1
One possible modification is to stretch the part of the loop that receives the Coriolis force. Such extension is shown in FIGS. 11 and 12 with the sides 182 and 183 of the loop lengthened. However, this can result in two potential problems: "wobble" and "roll." FIG. 11 shows that when the loop is actuated, the lengthened portion of the tube bends vertically as indicated by the dashed line 184, causing vertical swaying. One solution to strengthening the sides 182 to eliminate the problem of rocking up and down is to add a stiffener 185 to each side 182 so that the sides no longer bend freely.
It is to be attached to.

そのような修正で起る第2の問題、すなわち、横揺れの
問題、が第12図に破線186で示されている。この状況で
は、ループ182の平面内でループは左方または右方へ
(X−Y平面に平行に)曲げられる、すなわち、実際に
は「横揺れ」させられる。この傾向を解消するために、
187および188で示されているような横揺れ拘束アームを
利用できる。それらの拘束アームは、管のいずれかの端
部に直接溶接される硬質または半硬質のロツドすなわち
バーで構成できる。しかし、加えられる拘束の性質は張
力であるから、それらの部材はたわみケーブルで構成す
ることもできる。また、上下方向と横方向の揺れによる
変形を避けるために、第11図および第12図に示す2つの
解決法の組合せを利用できることもわかるであろう。
The second problem that occurs with such a modification, the roll problem, is illustrated by the dashed line 186 in FIG. In this situation, in the plane of the loop 182 the loop is bent to the left or to the right (parallel to the XY plane), ie it is actually “rolled”. In order to eliminate this tendency,
A roll restraint arm as shown at 187 and 188 can be utilized. The restraining arms can consist of rigid or semi-rigid rods or bars that are welded directly to either end of the tube. However, since the property of restraint applied is tension, the members can also consist of flexible cables. It will also be appreciated that a combination of the two solutions shown in FIGS. 11 and 12 can be used to avoid deformation due to vertical and lateral wobbling.

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
の管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。
FIG. 13 shows another detector that can utilize an optical fiber sensor instead of using electromagnetic detection means to detect relative movement between adjacent tube sections or between the tube section and the base. ing. In this case, the optical fiber bundle 190 is attached to the upper tube 192, and the reflector 195 is attached to the lower tube 194 (or base). The optical fiber sensor device 196 then causes the light beam to pass through a portion of the light flux 190. The light beam is reflected by surface 195 and returned to sensor 196 through another portion of bundle 190 for position sensing. It will be appreciated that any other suitable device may be used in accordance with the present invention to detect relative position information, relative velocity information or relative acceleration information.

本発明の一部として密度測定が含まれていることが第14
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し
ている。ループは比較的平らであるから、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。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。
The inclusion of density measurements as part of the present invention
As shown in the figure. For simplicity, the Coriolis measuring device is not shown in this figure. This density measuring device is a tube
This is due to the fact that the centrifugal force acting on each element of the fluid flowing through the looped section 202 of 200 is perpendicular to the tube section containing the element from the center of curvature of that element. Because the loops are relatively flat, centrifugal forces on the elements do not depart significantly from the paper surface on which they are drawn. Therefore, its centrifugal force is inversely proportional to the radius of curvature of the element, proportional to the mass in the element, and proportional to the square of the fluid velocity. Further, the centrifugal force acting on the exit half 204 of the loop causes a pull to the left at point 205, and the force applied to the entrance half 206 causes a pull to the right at point 205. Therefore, the opposite force at 205 causes a strain in the material associated with the collection of centrifugal forces applied to the entire test section. Since the Coriolis force does not cause any strain at point 205, the strain at that point 204 can be measured using a simple strain gauge 208. Strain gage measurements taken anywhere along the loop will provide information that allows density measurements to be made along with Coriolis mass flow measurements, although the calibration relationship is more complex.

図示の構成では、点205において水平方向に作用する半
円204に対する全遠心力と、同じ半円に作用する全コリ
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。
In the configuration shown, the ratio of the total centrifugal force on the semicircle 204 acting horizontally at point 205 to the total Coriolis force acting on the same semicircle is directly proportional to the velocity of the substance in the fluid and It is independent of all characteristics.

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
7図から)と信号S2(第9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から質量流量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、質
量流量と遠心力から密度を計算する手段216とを含む。
The density of the material in the conduit is directly proportional to the square of the measured mass flow rate divided by the centrifugal force acting on the half loop. A circuit which makes it possible to obtain such information is shown in FIG. This circuit consists of drive signal V 1 (from FIG. 7) and signal S 2 (from FIG. 9) and strain gauge signal C.
Means 210 for sampling (from FIG. 14), means 212 for calculating the mass flow rate F mass from the sampled signals V 1 and S 1, and means 214 for calculating the centrifugal force P centr from the strain gauge signal C And means 216 for calculating the density from the mass flow rate and the centrifugal force.

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。
Although the present invention has been described with reference to the several embodiments illustrated in the drawings, it is understood that the embodiments are presented only for the purpose of illustration and not to limit the present invention. Should be. It is intended that the appended claims cover all embodiments, changes and modifications that fall within the true scope of the invention.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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つのループを含んでい
て、入口部と、この入口部と離間した状態で交差する出
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、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、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、 前記管状導管手段に結合され、その減衰係数を選択的に
調節する減衰手段と、 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。
1. A tubular conduit means for receiving, passing through and discharging a flow of material, comprising at least one loop, an inlet portion, an outlet portion intersecting the inlet portion at a distance, and a drive. A driven part for receiving the first detected part between the driven part and the inlet part, and a second detected part between the driven part and the outlet part. The portion and the outlet are configured so that the direction of the flow of the substance flowing into the inlet is the same as the direction of the flow of the substance flowing out from the outlet, and the natural frequency W C in Coriolis mode And different from this W C , tubular conduit means having a natural frequency W D in the drive mode, and drive means for vibrating the driven part about its rest position, Coupled to said tubular conduit means, Damping means for selectively adjusting the extinction coefficient; and the inlet portion derived from the Coriolis force generated in the first and second detection portions when the driven portion is vibrated by the driving means. And detection means for detecting a difference in movement between the outlet and the outlet portion, and calculation / instruction means responsive to the detection means for indicating the mass flow rate of the substance flowing through the tubular conduit means. Also, a flow meter that measures the mass flow rate in the flow of matter.
【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。
2. A flowmeter according to claim 1, wherein:
The detection means detects a dynamic position of the first detection part with respect to a reference member to generate a first position signal, and a movement of the second detection part with respect to the reference member. Second position signal for detecting a desired position and generating a second position signal
And a sensor means, and the calculation / instruction means includes the first
And a flow meter that utilizes a difference in the second position signal to indicate a mass flow rate of a substance through the tubular conduit means.
【請求項3】請求の範囲第2項記載の流量計であって、
前記第1のセンサ手段は、前記基準部材に取り付けられ
た第1の磁気素子と、この第1の磁気素子に磁気結合さ
れているが、前記第1の検出部に取り付けられて前記の
第1の磁気素子に対して動く第2の磁気素子とを有する
磁気信号発生器を備えている、流量計。
3. A flowmeter according to claim 2, wherein:
The first sensor means is magnetically coupled to the first magnetic element attached to the reference member and to the first magnetic element, but is attached to the first detection unit to provide the first sensor element. A magnetic signal generator having a second magnetic element that moves relative to the magnetic element of.
【請求項4】請求の範囲第1項、第2項または第3項に
記載の流量計であって、前記管状導管手段は、2つの等
しい前記したようなループにして、一方の出口が他方の
入口につながって相互に直列に連結している2つのルー
プを含み、そして、前記減衰手段は、2つのループの結
合点と基準部材との間に連結されている、流量計。
4. A flowmeter according to claim 1, 2 or 3 wherein said tubular conduit means is two equal loops, one outlet of which is the other. Flowmeter, comprising two loops connected to the inlets of the two and connected in series with each other, and said damping means is connected between the connection point of the two loops and the reference member.
【請求項5】請求の範囲第4項記載の流量計であって、
前記減衰手段は、前記基準部材に取り付けられた第1の
磁気部品と、および、この第1の磁気部品に磁気結合さ
れているが、前記結合点に取り付けられて前記の第1の
磁気素子に対して動く第2の磁気部品とを有する磁気信
号発生部を含み、前記減衰手段は、さらに、前記第1の
磁気部品に接続されて、その第1の磁気部品に誘起され
た電力を消費する負荷抵抗手段を含んでいる、流量計。
5. A flowmeter according to claim 4, wherein:
The damping means is magnetically coupled to the first magnetic component attached to the reference member and to the first magnetic component, and is attached to the coupling point to the first magnetic element. A magnetic signal generator having a second magnetic component moving with respect to the first magnetic component, wherein the damping means is further connected to the first magnetic component and consumes the power induced in the first magnetic component. A flow meter including load resistance means.
【請求項6】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、並列の流路
を形成するよう連結され、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。
6. A flowmeter according to claim 1, wherein:
The tubular conduit means has two loops connected in two loops to form parallel flow paths, each corresponding portion being spaced and parallel.
The driving means is a flowmeter which is coupled between the driven parts of the loops and simultaneously applies a force acting in the opposite direction to the loops at the same time.
【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、前記一方のループの第1の検出部と前
記他方のループの第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。
7. A flowmeter according to claim 6, wherein:
The detection means includes a first detection unit coupled to the first detection unit of the one loop and a first detection unit of the other loop.
Sensor and second sensor means coupled between the second detector of the one loop and the second detector of the other loop, the first and second sensors thereof A flow meter, the means generating an output signal indicative of movement between corresponding portions of each of the one and the other loops.
【請求項8】請求の範囲第7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、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。
8. A flowmeter according to claim 7, wherein:
Each of the first and second sensors includes a pair of coaxially arranged electromagnetic windings and a permanent magnet element electromagnetically coupled to the pair of electromagnetic windings, the pair of electromagnetic windings being fixed to one loop, A magnet element is fixed to the other loop, and one of the pair of electromagnetic windings is arranged so as to consume the electric power induced in one of the pair of electromagnetic windings by the movement of the permanent magnet element with respect to the pair of electromagnetic windings. A flowmeter, wherein connected resistive impedance means is provided, and an electromagnetic winding of the pair of electromagnetic windings that is not connected to the resistive impedance means is connected to the calculation / indication means.
【請求項9】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、少なくとも2つの前記したような
ループを含み、1つのループの出口が他のループの入口
につなげられて物質の流れに対して直列の流路を与え
る、流量計。
9. A flowmeter according to claim 1, wherein:
A flow meter, wherein said tubular conduit means comprises at least two such loops, the outlet of one loop being connected to the inlet of the other loop to provide a serial flow path for the flow of material.
【請求項10】請求の範囲第7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、 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。
10. The flowmeter according to claim 7, wherein the first and second sensor means are speed sensors, and the calculation / instruction means calculates Δθ from the first and second values. The phase angle difference of the output signals generated by the sensor means, K is a constant, Where W D is the natural frequency of the tubular conduit means in the drive mode, W C is the actual natural frequency of the tubular conduit means in Coriolis mode, and Z C is the actual damping coefficient for the Coriolis mode. A flow meter that calculates the mass flow rate Fmass according to.
【請求項11】請求の範囲第7項記載の流量計であっ
て、前記第1および第2のセンサ手段により発生された
出力は、前記計算・指示手段に含まれる第1の差動増幅
器へ入力され、その第1の差動増幅器により発生された
速度差信号が、前記計算・指示手段に含まれる第2の差
動増幅器第1の入力端子と積分器へ入力され、この積分
器により発生された分離差信号が前記第2の差動増幅器
の第2の入力端子へ入力され、それにより前記第2の差
動増幅器が前記検出手段により検出されたコリオリの力
の正味の値に対応する出力を生じる、流量計。
11. The flowmeter according to claim 7, wherein the output generated by the first and second sensor means is supplied to a first differential amplifier included in the calculation / instruction means. The speed difference signal that is input and is generated by the first differential amplifier is input to the second differential amplifier first input terminal and the integrator included in the calculation / instructing means, and is generated by the integrator. The separated differential signal is input to the second input terminal of the second differential amplifier, whereby the second differential amplifier corresponds to the net value of the Coriolis force detected by the detection means. A flow meter that produces an output.
【請求項12】請求の範囲第6項または第9項に記載の
流量計であって、前記駆動手段は、前記一方のループに
結合され、同軸状に配置の電磁巻線対と、それらの電磁
巻線対に磁気結合され、前記他方のループに固定された
永久磁石素子とを含み、前記電磁巻線対の一方は駆動電
流を受けて前記他方のループとともに前記永久磁石素子
を前記一方のループに対して電磁的に駆動し、前記電磁
巻線対の他方に対する前記永久磁石素子の動きにより、
前記一方のループに対する前記他方のループの速度に比
例する速度帰還電流が前記電磁巻線対の他方に誘起され
る、流量計。
12. A flowmeter according to claim 6 or 9, wherein said drive means is coupled to said one loop and has a pair of coaxially arranged electromagnetic windings, and the pair of electromagnetic windings. A permanent magnet element magnetically coupled to the pair of electromagnetic windings and fixed to the other loop, wherein one of the pair of electromagnetic windings receives a driving current and the permanent magnet element is coupled to the other loop together with the other loop. Electromagnetically driven to the loop, the movement of the permanent magnet element with respect to the other of the pair of electromagnetic windings,
A flow meter in which a velocity feedback current proportional to the velocity of the other loop relative to the one loop is induced in the other of the pair of electromagnetic windings.
【請求項13】請求の範囲第12項記載の流量計であっ
て、前記駆動手段は、周期電圧源と、前記帰還電流に応
答して帰還電圧を発生する手段と、前記周期電圧および
前記帰還電圧とに応答して駆動電圧を発生する手段と、
この駆動電圧に応答して前記駆動電流を発生する手段と
を含む、流量計。
13. The flowmeter according to claim 12, wherein the driving means includes a periodic voltage source, a means for generating a feedback voltage in response to the feedback current, the periodic voltage and the feedback. Means for generating a drive voltage in response to the voltage,
Means for generating the drive current in response to the drive voltage.
【請求項14】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、相互に全体として平行で、前
記第1の検出部,第2の検出部をそれぞれ構成する細長
い脚部を有し、これらの脚部のそれぞれは、それらを含
む面に直角な方向に曲がることを防止する補強手段を有
している、流量計。
14. A flowmeter according to claim 1, wherein the tubular conduit means are generally parallel to each other and each of the elongated legs constitutes the first detection part and the second detection part. A flowmeter having a section and each of these legs has a reinforcing means to prevent bending in a direction perpendicular to the plane containing them.
【請求項15】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、前記第1の検出部,第2の検
出部をそれぞれ構成する細長い脚部と、これらの脚部の
一方と前記入口とを結合する第1の横揺れ拘束部材と、
脚部の他方と前記出口部とを結合する第2の横揺れ拘束
部材とを有し、ループが細長い脚部のなす平面で歪むこ
とが防止される、流量計。
15. The flowmeter according to claim 1, wherein the tubular conduit means comprises elongated legs that respectively constitute the first detection unit and the second detection unit, and these legs. A first roll restraint member that connects one of the two to the inlet,
A flowmeter having a second roll restraining member that connects the other of the legs and the outlet, and prevents the loop from being distorted in the plane formed by the elongated legs.
【請求項16】請求の範囲第1項記載の流量計であっ
て、前記管状導管手段には物質の流れによりループに生
じる遠心力に比例する歪み信号を発生する歪計手段が設
けられ、前記計算・指示手段は前記歪み信号に応答し、
得られた質量流量とともに前記歪み信号を用いて、前記
管状導管手段に流れる物質の密度を指示する、流量計。
16. A flowmeter according to claim 1, wherein said tubular conduit means is provided with strain gauge means for producing a strain signal proportional to the centrifugal force generated in the loop by the flow of the substance. The calculation / instruction means is responsive to the distortion signal,
A flow meter that uses the strain signal along with the obtained mass flow rate to indicate the density of material flowing into the tubular conduit means.
【請求項17】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、前記入口部と前記出口部とが交差
する位置でのそれらの間の間隔の変化を検出する、流量
計。
17. The flowmeter according to claim 1, wherein the detection means detects a change in a gap between the inlet portion and the outlet portion at a position where the inlet portion and the outlet portion intersect with each other. Total.
【請求項18】請求の範囲第17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動
きそれぞれに対応する速度信号の到達時刻の、所定の基
準値に対する差である、流量計。
18. The flowmeter according to claim 17, wherein the difference in the movement is based on a predetermined reference value of arrival times of velocity signals corresponding to respective movements of the inlet portion and the outlet portion. The difference is the flow meter.
【請求項19】物質の流れを受けて通過させて排出する
1対の管状導管手段にして、ループを通る並列の流路を
構成し、各ループは入口部と、この入口部と離間した状
態で交差する出口部と、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、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、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、相対的に接近したり離間したりするよ
う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。
19. A pair of tubular conduit means for receiving, passing through and discharging a flow of material to form parallel flow paths through the loops, each loop having an inlet section and a distance from the inlet section. An exit portion that intersects with the driven portion, a driven portion that receives a drive, a first detection portion between the driven portion and the inlet portion, and a second detection portion between the driven portion and the outlet portion. And the inlet part and the outlet part are configured such that the direction of the flow of the substance flowing into the inlet part and the direction of the flow of the substance flowing out from the outlet part are the same, The driven portion is relatively close to the tubular conduit means having a natural frequency W C in the Coriolis mode and a natural frequency W D in the drive mode that is different from this W C. Drive means for vibrating so that the A difference in motion between the inlet portion and the outlet portion caused by the Coriolis force generated in the first and second detecting portions when the driven portion is vibrated by the means. A flow meter for measuring a mass flow rate in a flow of a substance, comprising: a detection unit that operates in response to the detection unit;
【請求項20】請求の範囲第19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、 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。
20. The flowmeter according to claim 19, wherein the detection means is a speed sensor, and the calculation / instruction means generates Δθ by the first and second sensor means. Output signal phase angle difference, K is a constant, Where W D is the natural frequency of the tubular conduit means in the drive mode, W C is the actual natural frequency of the tubular conduit means in Coriolis mode, and Z C is the actual damping coefficient for the Coriolis mode. A flow meter that calculates the mass flow rate Fmass according to.
JP60502524A 1984-06-04 1985-06-03 Flowmeter for measuring mass flow rate in a flow of matter Expired - Lifetime JPH0718734B2 (en)

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US61680884A 1984-06-04 1984-06-04
US616808 1984-06-04
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