JPH07509070A - 螺旋状の測定管を有するコリオリ・質量流量センサ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

螺旋状の測定管を有するコリオリ・質量流量センサ

【技術分野】

本発明は、測定すべき流体によって貫流される振動体として螺旋状の測定管を有 するコリオリ・原理による質量流量センサに関する。

【背景技術】

管から成る振動体を有するコリオリ・質量流量センサに関する多くの従来技術に おいては、２つの基本的な管形状のみが公知である、つまり、少なくとも１つの 直線的な管、又は、少なくとも１つの任意に彎曲した又は螺旋状に形成された管 が公知である。後者の場合、所望の管形状は技術的な理由からＵ字形の管ループ である、つまり、流入端部を備えた直線的な流入管と流出端部を備えた直線的な 流出管と流入管と流出管とを接続する彎曲管とを有する管ループである。 両管形状の場合、測定結果は、振動体が機械的にバランスされないか、又は換言 すれば、振動体の機械的な非平衡性が大きい程、質量流量センサの組込位置に著 しく関連する。機械的にバランスする、換言すれば機械的に平衡するとは、振動 体の全運動量及び角運動量がそれぞれ不変にゼロに等しくなければならないとい うことを意味する。 現在市販の多数のコリオリ・質量流量センサではこのような平衡性は振動体の鏡 面対称的な構造によって実現される。つまり、振動体は対称平面を有していて、 かつ、振動体ができるだけ完全にバランスされるように振動体は対称的な振動モ ードで励起される。 しかしこのような鏡面対称性に基づき、互いに逆位相でひいては音叉形式で振動 する平行な少なくとも２つの測定管が必要であるでの、流体流は適当な分配部材 を介して少なくとも２つの部分流に分割されかつ再び統合されねばならない。し かしながらこのことは多くの使用ケースにおいて、例えば衛生設備分野において は欠点とみなされかつ特に経済的にも欠点をもたらす。 他面、流体流に対して（両）測定管が直列接続される場合には、分配部材は不要 である。つまり、このシステムはドレン困難でありかつセルフドレン不能である 。 非直線的な測定管とは、螺旋状の測定管が繰返し記述した管形状を成すというこ とを意味する。 日本国公開特許第６１−２９０３２４号明細書及びこれに属する英語要約並びに アメリカ合衆国特許第４９５７００５号明細書では、それぞれ１つの単一の螺旋 状の測定管を有する質量流量センサが記載されていて、この場合測定管は個々の 巻条を所定の周方向個所で互いに剛性的に結合する結合部材を介して、程度の差 こそあれ、音叉形式で振動する少なくとも２つの管ループを有する鏡面対称的な 上述の質量流量センサの測定管と同様に作業する。 フランス国特許公開第１１３９０４８号明細書では（有利には最初に）ジャイロ スコープ式質量流量センサが記載されている。 このジャイロスコープ式質量流量センサは、測定すべき流体によって貫流される 所定直径の導管内に挿入可能であり、 多数の巻条を備えた一定のピッチのほぼ円筒状の螺旋体形状を有する単一の測定 管と、 測定管を励起して振動させる手段とを有している。 更にヨーロッパ特許公開第２１０４０８号明細書ではコリオリ・原理による質量 流量センサが記載されている。 この質量流量センサは、 測定すべき流体によって貫流される所定直径の導管内にフランジを介して挿入可 能であり、はぼ１つ半の巻条を備えたほぼ円筒状の螺旋体形状を有する、各端部 で対応するフランジ内に固定される単一の測定管と、 各端部において対応するフランジの近くで測定管に固定される外側の支持管と、 測定管を励起して、螺旋体軸線に交差せずにこの軸線に対して垂直に位置する振 動軸線を中心として振動させる手段とを有している。 この質量流量センサは明らかにバランスされない。 それ故、測定結果、特にゼロ点安定性は著しく組込み位置に関連している。 このことは、アメリカ合衆国特許第４７３３５６９号明細書で記載されたコリオ リ・原理による質量流量センナにも該当する。 この質量流量センサは、 測定すべき流体によって貫流される所定直径の導管内に挿入可能であり、 １つ半の巻条を備えたほぼ円筒状の螺旋体形状を有する、各端部で固定される単 一の測定管と、各端部のみが測定管の対応する端部に固定される内側の直線的な 支持エレメントと、 測定管を励起して、測定管のセンタラインに対して垂直にかつ支持エレメントの 縦軸線に対して平行に振動させる手段とを有している。 上述の欠点にも拘らず、単一の螺旋状の測定管を有する質量流量センサには多く の理由から魅力がある。 それというのも、所定サイズの測定機械の場合測定管を大きな長さで構成できひ いては感度を高めることができるからであり、かつ、測定管を連続的な曲げ／ね じり加工プロセスでひいては高い精度で（直線的及び円弧状の測定管の場合のよ うに）製作できるからであり、かつ、測定管が少なくとも１つの組込み位置にお いてセルフドレン作用を有するからである。 に発明の開示】 従って本発明の課題は、単一の螺旋状の測定管を有する質量流量センサを、少な くとも１つの組込み位置においてセルフドレン作用を維持して、流体密度とは無 関係にほぼバランスされた振動モードを有するように、改良することにある。 従って本発明ではコリオリ・原理による質量流量センサにおいて、 イ）質量流量センサが、測定すべき流体によって貫流される所定直径の導管内に 、例えばフランジを介して挿入可能であり、 口）質量流量センサが、各端部で対応するフランジ内に固定された単一の測定管 を有していて、この測定管の振動する測定管部分が少なくとも１つの巻条を備え た一定のピッチの円筒状の螺旋体形状を有しており、ハ）質量流量センサが、外 側の支持管を有していて、この支持管の各端部が各フランジの近くで測定管に又 は対応するフランジ自体に固定されており、二）買置流量センナが、内側の支持 エレメントを有していて、この支持エレメントの各端部のみが対応するフランジ の近くで測定管に固定されており、ホ）質量流量センサが、測定管の振動する測 定管部分に沿って分配された、測定管部分と支持エレメントとを互いに結合する 結合エレメントを有していて、この結合エレメントが、測定管の振動する測定管 部分のセンタラインができるだけ振動モードの不作用位置・円筒・包絡面上に維 持されるような、測定管の振動する測定管部分の全ての振動モードのみを許容す るようになっており、 ホ）質量流量センサが、振動する測定管部分を励起して、測定管部分のセンタラ インに対して垂直方向で共振振動させる手段を有している。 ３つの全ての空間方向で最良のバランスを生ぜしめる本発明の有利な構成によれ ば、測定管の振動する測定管部分が２つ半の巻条を有しかつ第２の振動モードで 振動する。これは、両固定端部間のセンタに振動節点を有する（第１の）振動モ ードである。 別の有利な構成では、結合エレメントは測定管の振動する測定管部分に沿って均 一に分配されている。 本発明の別の有利な構成では、結合エレメントは細い棒、特に細い金属棒として 形成されている。 本発明の別の有利な構成では、支持エレメントが測定管の振動する測定管部分に よって形成された螺旋体内部に配置されている。 （図面の簡単な説明］ 次ぎに図示の実施例につき本発明を説明する。 第１ａ図は、本発明による質量流量センサの実施例の機械的な部分の部分的に断 面した平面図、第１ｂ図は、本発明による質量流量センサの実施例の機械的な部 分の部分的に断面した平面図である。

【！！明を実施するための最良の形態】第１ａ図では平面図でかつ第１１〕図で は側面図で質量流量センサの機械的な部分が概略的に図示されている。前記質量 流量センサは、測定すべき流体によって貫流される所定直径の導管（図面を明瞭 にするために図示せず）内に例えばフランジ１１．１２を介して挿入可能である 。質量流量センサの機械的な部分は、例えばステンレス鋼、チタン又はジルコニ ウムから成る単一の測定管１３を有し、この振動管の振動する測定管部分１３′ は少なくとも１つの巻条を備えた一定のピンチの円筒状の螺旋体形状を有してお り、更に、測定管は両端部で対応するフランジ１１もしくは１２内に固定されて いる。 第１図の実施例では測定管１３の振動する測定管部分１３′は２つ半の巻条を有 している。フランジの代わりに導管をねじ結合により質量流量センサに結合する こともできる。 更に、測定管１３はそれぞれのフランジの近くで外側の支持管１５内に固定され るか、又は、支持管１５をフランジ１１．１２に剛性的に結合することもできる 。 測定管１３の振動する測定管部分１３′は内側の支持エレメント１４によって制 限されて保持されていて、この支持エレメントの各端部のみが対応するフランジ １１．１２の近くで測定管１３に固定されている。支持エレメント１４は図示の 実施例では、測定管１３の振動する測定管部分１３“によって形成された螺旋体 内部に配置されているが、支持エレメント１４を難なく螺旋体外部に配置するこ ともできる。 支持エレメント１４は上述のように端部で固定される以外に、質量流量センサの 別の構成部材との別の固定部、特に支持管１５に対する固定部は有していない測 定管１３の振動する測定管部分１３′に沿って、測定管部分と支持エレメントと を互いに結合する結合エレメント１６が配置されている。図示の実施例では結合 エレメントは有利には細い金属棒として形成されていて、この金属棒は長手方向 で高い剛性を有しているが、測定管１３の振動する測定管部分１３′の横方向運 動を許容する。上述のように、支持エレメント１４が螺旋体外部に配置される場 合には、結合エレメント、例えば結合ワイヤは引張り負荷のみを受ける。 図示の実施例では結合エレメント１６．．１６□、１６３＋　１６４１　１６５ ＋　１６ｓ＋　１６７＋　１６＠＋　１６９として、それぞれ９０度だけ互いに ずらされた９本の細い金属棒が設けられていて、この金属棒は測定管１３の振動 する測定管部分１３′に沿って均一に分配されていてかつ全てが内側の支持エレ メント１４に結合されている。 結合エレメント１６１，１６２，１６３，１６４，１６５．１６ｓ、１６ｙ、１ ６ｇ、１６９によって、測定管部分のセンタラインができるだけ振動モードの不 作用位置・円筒・包絡面上に維持されるような、測定管部分の全ての振動モード だけが生ぜしめられるかもしくは許容されるようになる。 運転状態では測定管１３の振動する測定管部分１３′は適当な手段によって励起 されて、測定管部分のセンタラインに対して垂直方向で共振振動する。第１ａ図 から明らかなように、前記手段は、例えばそれぞれコイル及び可動子を備えた電 気力学的な２つの駆動装置１７．１８有していて、この駆動装置は、有利には振 動する測定管部分１３′の端部間のセンタの両側で等間隔を置いて（第１ａ図か ら明らかなようにそれぞれセンタから１８０度だけ隔てられて）配置されている 。 この場合、それぞれ電気力学的な駆動装置１７．１８の一方の部分は測定管部分 にかつ他方の部分は内側の支持エレメント１４に固定されている。 所属の電気力学的な駆動装置はケーシング（図示せず）内に収容されている。電 気力学的な駆動装置、例えばアメリカ合衆国特許第４８０１８９７号明細書に記 載の形式の電気力学的な駆動装置は、振動する測定管部分の実際の全体質量に応 じて励磁信号の周波数によって制御される。 ２つ半の巻条（つまりｎ＝２．５）を有する図示の実施例の測定管部分１３′は 電気力学的な駆動装置によって第２の振動モードで励起され、この振動モードは 、既に述べたように、測定管部分１３′の両端部間のセンタで振動節点を有する 。理論的に及び実験的に明らかなように、本発明のこのような有利な構成のため に３つの全ての空間方向で事実上完全なバランス状峰が提示されることが、明ら かとなった。 更に運転状態では測定管部分の振動の位相差は、測定管部分に沿ってずらされた 少なくとも２個所に配置された手段によって、測定される。この手段は２つのセ ンサ１９．２０と、同様にケーシング（図示せず）内に収容された評価・電子機 構とを有している。電気力学的な駆動装置の場合のように、それぞれのセンナの 一方の部分は測定管部分１３”にかつ他方の部分は内側の支持エレメント１４に 固定されている。 第１ｂ図で図示されているように、センサ１９，２０は測定管部分１３′の上述 のセンタからそれぞれ２７０度だけ隔てられて対称的に配置されている。前記セ ンナは例えば、（上記アメリカ合衆国特許第４８０１８９７号明細書に記載され ているような）オプトエレクトロニックなセンサであっても、又、（上記ヨーロ ッパ特許公開第８３１４４号明細書に記載されているような）第１ｂ図で概略的 に図示された電磁式のセンサであってもよい。 上記位相差に基づき評価・電子機構は質量流量を検出するか、及び／又は、測定 管部分の振動数から流体密度が検出される。上記オプトエレクトロニックなりン サ用の評価・電子機構は、例えば、１９８８年出版１定期刊行物“オートメーシ ョン技術の実践（Ａｕｌｏｍａ目ｓｉｅ＋ｕｎｇｓ＋ｅｃｈｎｉｓｃｈｅ　Ｐ【 ｇｘｉｓ）”第５巻、第２２４頁乃至第２３０頁で記載されている。 既に述べたように本発明は一定のピッチを有する円筒状の螺旋の次ぎの特性に依 存する。つまり、螺旋のそれぞれの点がこれら点を包絡する円筒の軸線から等間 隔を有する。 ２つの固定個所で固定されかつこれら固定個所の間でｎ巻条を有する螺旋状の振 動する測定管は、多くが質量流量センサのためには使用不能でひいては所望され ない多数の（共振）振動モードを有するが、この振動モードは、（結合エレメン トを含む本発明の特徴で規定されかつ保証されているように）上記特性を維持す る振動モードだけが許容される場合には、申し分なく抑制することができる。こ の場合上記螺旋は測定管の測定管部分１３′のセンタラインである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．コリオリ・原理による質量流量センサにおいて、イ）質量流量センサが、測 定すべき流体によって貫流される所定直径の導管内に、例えばフランジ（１１， １２）を介して挿入可能であり、口）質量流量センサが、各端部で対応するフラ ンジ内に固定された単一の測定管（１３）を有していて、この測定管（１３）の 振動する測定管部分（１３′）が少なくとも１つの巻条を備えた一定のピッチの 円筒状の螺旋体形状を有しておリ、ハ）質量流量センサが、外側の支持管（１５ ）を有していて、この支持管の各端部が各フランジ（１１，１２）の近くで測定 管（１３）に又は対応するフランジ自体に固定されており、 二）質量流量センサが、内側の支持エレメント（１４）を有していて、この支持 エレメントの各端部のみが対応するフランジ（１１，１２）の近くで測定管（１ ３）に固定されておリ、 ホ）質量流量センサが、測定管（１３）の振動する測定管部分（１３′）に沿っ て分配された、測定管部分と支持エレメント（１４）ツを互いに結合する結合エ レメント（１６）を有していて、この結合エレメント（１６）が、測定管の振動 する測定管部分のセンタラインができるだけ振動モードの不作用位置・円筒・包 絡面上に維持されるような、測定管の振動する測定管部分の全ての振動モードの みを許容するようになっておリ、 ホ）質量流量センサが、測定管部分（１３′）を励起して、測定管部分のセンタ ラインに対して垂直方向で共振振動させる手段を有していることを特徴とする、 コリオリ・原理による質量流量センサ。
2. ２．測定管（１３）の振動する測定管部分（１３′）が２つ半の巻条を有しかっ 第２の振動モードで励起される、請求項１記載の質量流量センサ。
3. ３．結合エレメント（１６）が測定管（１３）の振動する測定管部分（１３′） に沿って均一に分配されて配置されている、請求項１又は２記載の質量流量セン サ。
4. ４．結合エレメント（１６）が細い棒、特に細い金属棒として形成されている、 請求項１又は２記載の質量流量センサ。
5. ５．支持エレメント（１４）が測定管（１３）の振動する測定管部分（１３′） によって形成された螺旋体内部に配置されている、請求項１又は２記載の質量流 量センサ。