JPH10185646A - コリオリ質量流／密度センサ - Google Patents

コリオリ質量流／密度センサ

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JPH10185646A JP9341520A JP34152097A JPH10185646A JP H10185646 A JPH10185646 A JP H10185646A JP 9341520 A JP9341520 A JP 9341520A JP 34152097 A JP34152097 A JP 34152097A JP H10185646 A JPH10185646 A JP H10185646A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導管に接続可能で運転時に測定しようとする
流体が流過する質量流／密度センサが広い密度範囲で正
確に測定を行なうようにすること。 【構成】 唯一の真直ぐな測定管が保持体に固定されて
いる。保持体は測定管の長手軸線に対して平行に延びる
がこれに合致しない長手重心線を有している。測定管の
中央には張出し質量体が固定され、測定管が第１の曲げ
振動基準モード又はこれよりも高周波数の第２の曲げ振
動基準モードで振動するようになっている。ほぼ中央に
配置された励起装置は測定管を常に第２の振動基準モー
ドで振動させる。入口側と出口側の運動のためにそれぞ
れ１つのセンサが端部から同じ間隔で配置されている。
アンバランス補償のためには保持体は対抗質量体を備え
ている。張出し質量体で測定管に与えられる回転振動で
液体の粘性も測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、唯一の直線的な測定管を有する
コリオリ質量流／密度センサに関する。
【０００２】
【従来技術】ＵＳ−Ａ５５３１１２６号明細書において
は、導管内に入口側及び出口側の接続部材を用いて接続
可能でかつ稼働中に、測定しようとする液体が流過する
コリオリ質量流／密度センサであって、 −接続部材の間を延びかつこれに固定された、長手軸線
を有する、唯一の直線的な測定管を有し、 −測定管に対して平行で、液体の貫流しない直線的な盲
管を有し、 −入口側と出口側の結節板を有し、 −−該結節板の一方が測定管の入口側の端部を、盲管の
相応する端部に並べて固定しており、 −−該結節板の他方が測定管の出口側の端部を盲管の相
応する端部に並べて固定しており、 −保持体として役立つ保持管を有し、該保持管の各端部
がそれぞれの接続部材に固定されており、かつ該保持管
から長手対称軸線が測定管の長手軸線に対して平行に延
びており、 −測定管の曲げ振動を励起するために盲管だけに係合す
る手段を有し、該曲げ振動の周波数が測定管の共振周波
数と同じではなく、測定管と盲管とが互いに同位相で振
動するようになっている 形式のものが記載されている。
【０００３】前記のコリオリ質量流／密度センサは所定
の寸法では、密度値の狭まい範囲でだけでしか、例えば
公称密度の±５％の範囲だけでしか機械的に平衡を保た
ない。すなわちこの密度値だけでしか、測定管の振動に
起因する力は接続部材を介して実質的に導管に伝達され
ない。前述の範囲は励起によって共振周波数の横に拡大
されはするが、共振励起の場合よりも著しく大きな励起
エネルギが必要である。質量流／密度センサにおいて平
衡が保たれている程度が低いほど、導管に伝達される力
及び振動も多くなる。しかしながらこれによって振動エ
ネルギが失われかつ測定不精度が大きくなる。
【０００４】このアンバランスは同一の液体の温度に基
づく密度変化に際して不都合に認められるだけではな
く、特に導管内を異なる時間に、例えば順次流れる異な
る液体の測定に際しても不都合である。
【０００５】
【発明の課題】本発明の課題は、種々異なる密度を有す
る互いに著しく相違する流体のできるだけ広範囲の群の
測定を行なうためにコリオリ質量流／密度計が適するよ
うにすることである。このためには拡い密度範囲におい
て前述の意味でバランスされかつ正確に測定するコリオ
リ質量流／密度センサを提供することが重要である。
【０００６】
【課題を解決する手段】このためには導管内に接続可能
でかつ稼働中に被測定液が貫流するコリオリ質量流／密
度センサにおいて、 −長手軸線、入口端部と出口端部を有する唯一の直線的
な測定管を有し、 −入口端部と出口端部に固定された保持体を有し、 −−この保持体の１つの長手方向重心線が測定管の長手
軸線に対して平行に延びているが、この長手軸線と合致
しておらず、 −張出し質量体を有し、 −−該張出し質量体が入口と出口との中間で測定管に固
定されており、 −−該張出し質量体が運転中に、測定管を第１の曲げ振
動基準モードで振動させるか、又は第１の曲げ振動基準
モードに対して高周波の第２の曲げ振動基準モードで振
動させるようになっており、 −測定管を常に第２の曲げ振動基準モードの振動で振動
させる励起装置を有し −−該励起装置が入口及び出口端部の間のほぼ真中に配
置されており、 −測定管の入口側もしくは出口側の運動のためのセンサ
を有し、該センサが測定管の真中と入力もしくは出口端
部との間に同じ間隔で配置されている。
【０００７】本発明の第１のヴァリエーションの有利な
第１の構成によれば保持体として円筒形の管が用いられ
ており、該管は完全に統一的な壁厚さを有する管壁を備
えかつ測定管の長手軸線に対して平行に延びるがこれと
合致しない長手方向軸線を備えている。
【０００８】本発明の第１のヴァリエーションの有利な
第２の構成によれば、保持体は部分的にしか統一的な壁
厚さを有していない管壁を備えた円筒形の管であって、
該管が測定管の長手軸線に対して平行に延びるか又はこ
れと合致する長手軸線を有している。この場合には対応
質量体を形成するために管壁は張出し質量体に直径方向
で向き合った第１の母線の範囲に少なくとも部分的に、
統一的な壁厚よりも厚くなっておりかつ又は張出し質量
体に隣合った第２の母線の範囲において少なくとも部分
的に、統一的な壁厚さよりも薄くなっている。
【０００９】本発明の第１のヴァリエーションの第２の
構成の有利な別の構成では、張出し質量体に直径方向で
向き合って対抗重錘が管壁の上に固定されているか又は
管壁内に部分的に配置されている。
【００１０】先きに述べた構成及び別の構成で使用され
る、本発明の第１のヴァリエーションの有利な第３の構
成によれば、張出し質量体は孔を有する円板として構成
され、この孔を用いて円板は測定管の上に嵌められてい
る。この場合、円板は孔と同軸の半円リングとこれに一
体成形された方形部分とから成っていると有利である。
さらに円板は測定管の直径のほぼ半分の大きさの厚さを
有していると有利である。
【００１１】本発明によるヴァリエーション及びその構
成及び改良は、測定管が入口側と出口側とにリング状の
リブを備え、該リブが各センサの場所に配置されている
と、さらに利点をもって改善することができる。
【００１２】本発明の第１のヴァリエーションの第４の
構成及び既述したすべての構成では励起装置は、測定管
に第１の励起力で、張出し質量体の長手対称線と測定管
の長手軸線との交点に作用する第１の部分装置と、張出
し質量体の測定管とは反対側の端部に第１の励起力とは
反対に向けられた第２の励起力で作用する第２の部分装
置とから成っている。
【００１３】さらに本発明の課題は、本発明の第２のヴ
ァリエーションである導管に接続可能で、運転中に測定
しようとする液体が流過するコリオリ質量流／密度セン
サであって、 −入口端部と出口端部とを有する唯一の直線的な測定管
を有し、 −前記入口端部に固定された、測定管を取囲む入口板を
有し、 −前記出口端部に固定された、測定管を取囲む出口板を
有し、 −入口板と出口板とに固定された、測定管の第１の母線
に対して平行に延びる第１の保持板を有し、 −入口板と出口板とに固定された、測定管の第１の母線
に直径方向で向き合った測定管の第２の母線に対して平
行に延びる第２の保持板を有し、 −張出し質量体を有し、 −−該張出し質量体が入口端部と出口端部との間の中間
で測定管に固定されており、 −−該張出し質量体が運転中に、測定管が第１の曲げ振
動基準モードで又は第１の曲げ振動基準モードに対して
周波数の高い第２の曲げ振動基準モードで振動するよう
に測定管に振動を強制し、 −対抗質量体として役立ち、第１と第２の保持板に固定
され、張出し質量体に向き合った長手棒を有し、 −測定管の振動を常に第２の振動基準モードの振動に変
える励起装置を有し、 −−該励起装置が入口端部と出口端部との間のほぼ中間
に配置されており、 −測定管の入口側もしくは出口側の運動のためにそれぞ
れ１つのセンサを有し、−−該センサが該センサの中心
と入口端部もしくは出口端部との間の間隔を同じくして
配置されていることを特徴とする、コリオリ質量流／密
度センサ によっても解決された。
【００１４】本発明の第２のヴァリエーションの有利な
第１の構成においては、励起装置は第１のビーム端部の
固定面の延長に固定された第１の励起システムと、第２
のビーム端部に固定された第２の励起システムとから成
り、第１と第２の励起システムが、運転時に逆向きに励
起電流が流れる第１もしくは第２のコイルを有してい
る。
【００１５】本発明の第１の構成においても使用可能で
ある、本発明の第２のヴァリエーションの有利な別の構
成では、第２の曲げ振動基準モードとは別の振動モード
を抑制するために、 −円板の前面に、しかも回転振動軸線が運転時に該前面
を貫く可能性のある突破り点を有する範囲に、渦流原理
に基づく第１の制動装置の第１の部分が固定されてお
り、 −円板の後面に、しかも回転振動軸線が運転時に該後面
を貫く可能性のある突破り点を有する範囲に、渦流原理
に基づく第２の制動装置の第１の部分が固定されてお
り、 −第１の制動装置が少なくとも第１の保持板に固定され
た第１の保持体に固定された第２の部分を有し、 −第２の制動装置が少なくとも第１の保持板に固定され
た第２の保持体に固定された第２の部分を有している。
【００１６】本発明の第２のヴァリエーションの第１の
別の構成の有利な形態においては、制動装置の第１の部
分は円筒形の永久磁石であって、制動装置の第２の部分
は銅円板である。
【００１７】本発明の両方のヴァリエーションとその構
成及び別の構成は、測定管が入口端部と出口端部とを越
えてそれぞれ同じ長さの管片で延長されており、その各
自由端部がケーシング内に固定されていることでさらに
改善される。
【００１８】さらに両方のヴァリエーションと記述した
すべての構成形態と別の構成形態では、有利な別の構成
で、第２の曲げ振動基準モードに加えて第１の曲げ振動
基準モードが励磁されるようになっている。
【００１９】本発明の利点はとりわけ、質量流測定の測
定精度が広い密度範囲（０ｋｇ／ｍ３から３３，０００
ｋｇ／ｍ３）に亙って抜群に良いことである。この場
合、０ｋｇ／ｍ３は測定管における真空を用いた質量流
測定の零点測定に相応する。パイロットシリーズの質量
流／密度センサにおいては測定値は例えば０．１％の範
囲の精度で検出される。
【００２０】さらに本発明の別の重要な利点は液体の粘
性も良好に測定可能であることである。これは以下の、
当業者にとって一般的な事情に基づいている。つまり、
液体の粘度はコリオリ質量流／密度センサでは、コリオ
リ質量流／密度センサの測定管が回転振動し、液体にせ
ん断力が生ぜしめられる場合にしか測定できない。曲げ
振動するように励起されたまっすぐな測定管においては
回転振動は全く発生せず、したがってせん断力は発生し
ない。
【００２１】張出し部材状に曲げられた、特にＵ字形
の、測定管においては、回転振動が発生はするが、この
回転振動の周波数は粘性の測定がほとんど可能ではない
ほど小さい。
【００２２】コリオリ質量流／密度センサと関連して粘
性が述べられている特許文献はそもそもきわめて少な
い。
【００２３】例えばＵＳ−Ａ４９３８０７５号明細書に
はなかんづくせん断粘度が出現するナヴィエ−ストーク
ス方程式だけが記載されている。しかしこの場合にはこ
のせん断粘度は測定されない。他の特許文献は質量流の
測定された値の粘性の補償についてしか述べていない
（例えばＵＳ−Ａ５０７２６６２号、ＵＳ−Ａ４８７６
８７９号及びＵＳ−Ａ４８７２３５１号を参照）。
【００２４】本発明による単管コリオリ質量流／密度セ
ンサは、質量流及び密度測定に必要でかつ意図して曲げ
振動だけではなく、張出し質量体のために第２の曲げ振
動基準モードで、回転振動軸線を中心とした回転振動を
も行なう。この回転振動軸線の位置についてはあとで詳
しく述べることにする。
【００２５】この回転振動の周波数は本発明の場合に
は、質量流と密度とに加えて液体の粘性が、しかも付加
的な電子装置にわずかな費用しかかけないで測定される
のに十分な大きさを持っている。
【００２６】この粘性測定のためには文献に長らく記述
されている方法を使用することができる。この方法はこ
の測定を振動する機械的な装置、特に管を用いた液体の
密度の測定と関連して論じるものである。
【００２７】例えば雑誌「IEEE Transactions on Indus
trial Electronics and ControlInstrumentation」８月
１９８０，ページ２４７から２５３までによれば液体を
含む、振動する機械的な装置の共振−質ファクタが測定
されると粘性は決定され得る。これは例えば前記装置が
励起される電流の測定で行なうことができる。
【００２８】
【実施例】部分的に断面した側面図である図１は、本発
明による第１実施例であるコリオリ質量流／密度センサ
を示しており、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った当該セン
サの横断面を示している。使用に際しては該質量流／密
度センサは測定しようとする液体の流過する、図面を見
やすくする理由から図示していない、所定の直径を有す
る導管内に間挿可能でありかつ運転開始前に該導管に液
密に結合される。
【００２９】図１と図２とにはこの目的のために適当な
フランジ１１１，１２１が示され、該フランジ１１１，
１２１はそれぞれ１つの短い管片１１２，１２２を介し
てそれぞれ１つの端部部材１１３，１２３と結合されて
いる。該端部部材１１３，１２３には唯一の測定管１３
の入口端部１１と出口端部１２とがそれぞれ開口し、か
つそこに固定されている。測定管は真直ぐでかつ長手軸
線１３１を有している。当該質量流／密度センサ１０は
フランジ１１１，１２１を介して導管内に間挿する代り
に他の一般的な固定手段を介して導管内に間挿すること
もできる。
【００３０】測定管１３の入口端部１１と出口端部１２
は保持体に固定される。この保持体は例えば閉じられた
又は開かれたフレーム又は円筒形の管１４の形に構成し
ておくことができる。閉じられたフレーム又は円筒形の
管は測定管１３をスリーブの形式で完全に包囲する。有
利には測定管１３と端部部材１１３，１２３並びに端部
部材１１３，１２３と保持体は互いに溶接されている。
【００３１】前記保持体は測定管１３の長手軸線１３１
に対して平行に延びるが、しかし、当該長手軸線１３１
と合致しない長手重心線１４１を有している。この非合
致性は図３と図４とから明らかである。図３と図４は図
１のＢ−Ｂ線もしくは図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図で
ある。
【００３２】図１から図４には完全に統一的な壁厚さを
有する円筒形の管１４が示されている。したがって管１
４の長手重心線はその長手軸線と同じであり、測定管と
管１４は、その軸線が前述の平行性を有しているため
に、互いに非同心的もしくは非同軸的に配置されてい
る。
【００３３】端部部材１１３，１２３の間の中央には張
出し質量体１５が測定管１３に固定されている。この張
出し質量体１５は孔を有する板であり、該板はこの孔で
測定管１３の上に被せ嵌められかつその上に固定される
こともできる。図３と図４からは、図示の実施例におい
ては前記板が孔と同軸的な半円形リング部分１５１と該
半円形リング部分１５１に一体成形された方形部分とを
有していることが判る。
【００３４】図３と図４と比較し得る横断面を示す図５
には、張出し質量体が円板１５３であってもよいことが
示されている。該円板１５３は偏心的な孔を用いて測定
管１３の上に被せ嵌められかつ測定管１３の上に固定さ
れている。したがって円板１５３と測定管１３は同心的
に配置されていない。
【００３５】図２から図５までに示された張出し質量体
１５として役立つ円板は測定管１３の直径の約１／２で
ある厚さを有していると有利である。
【００３６】図２から図４には端部部分１１３，１２３
の間のほぼ中央に配置された励起装置１６が示されてい
る。この励起装置は例えば保持体もしくは管１４に固定
されたコイル装置１６１と張出し質量体１５に固定され
た永久磁石１６２とを有する電磁的な励起器である。
【００３７】励起装置としてはコリオリ質量流／密度セ
ンサ及びコリオリ質量流計の公知技術においてこのため
に記述されている種々異なる形式の励起装置を用いるこ
とができる。
【００３８】励起装置は、図面には図面を簡単にするた
めに図示されていないが、第１の部分装置と第２の部分
装置とを備え、第１の部分装置が測定管の上に第１の励
起力で、張出し質量体の長手対称線と測定管の長手軸線
との交点に向かう方向で作用し、第２の部分装置が張出
し質量体の測定管とは反対側の端部に、第１の励起力と
は反対に向けられた第２の励起力で作用するように構成
することもできる。
【００３９】励起装置１６で測定管１３には運転中に曲
げ振動が励起される。この曲げ振動の周波数は測定管の
機械的な共振周波数と等しい。これは数１０年以来、コ
リオリ質量流センサにおいて公知であるように、測定し
ようとする液体の密度の尺度である（例えばＵＳ−Ａ４
１８７７２１号明細書参照）。振動励起の詳細について
は図１２と図１３との説明でさらに触れることにする。
【００４０】図２から図４までには測定管１３の入力も
しくは出口側の運動のためのそれぞれのセンサ１７，１
８が概略的に示されている。両方のセンサ１７，１８は
その中心と入力もしくは出口側の端部部分１１３もしく
は１２３との間の間隔が等しくなるように配置されてい
る。有利には各センサの場所に相当する部位にはリング
状のリブ１３２，１３３が存在している。
【００４１】センサ１７，１８としては、この目的のた
めにコリオリ質量流／密度センサ及びコリオリ質量流計
の公知技術において記載されている種々異なる形式のセ
ンサ、例えばエレクトロダイナミック式又は光学的に作
用する例えば速度又は加速センサを用いることができ
る。
【００４２】図６から図１１までにはそれぞれ図１に相
当する断面図で、本発明の第１実施例の第２の構成形態
の種々の実施形態が示されている。これらの実施形態は
内径に関しては同様に円筒形の管１４′を有している
が、この管１４は−図１から図５までの第１の構成形態
とは異って−部分的にしか統一的な壁厚さを有しておら
ず、したがって管１４の長手重心線はこの管１４の長手
軸線に合致していない。
【００４３】この管１４′の長手軸線は他面においては
測定管１３の長手軸線に合致している。つまり、両方の
管は図６から図１１までにおいては管１４′が統一的な
壁厚を有していないにも拘らず、同軸的である。しかし
ながら前記合致は強制的ではない。つまり両方の長手軸
線は互いに平行であることもできる。
【００４４】本発明にとって重要な測定管１３の長手軸
線と保持体、特に管１４′の長手重心線との強制的な平
行性は、図６から図１１までの実施例では管１４の統一
的ではない壁厚さによって得られる。すなわちこれによ
って管壁が張出し質量体１５に対し対抗質量体を形成
し、この対抗質量体で張出し質量体によって生ぜしめら
れたアンバランスが補償される。
【００４５】図６の対抗質量体の第１実施例では管１
４′の壁は張出し質量体１５に向き合った第１の母線に
沿って全長に亙って、その他統一的である壁厚さよりも
厚くなっている。これは例えば長手リブ１４２を第１の
母線に沿って固定すること、特に溶接又はろう接するこ
とで達成される。長手リブの幅と高さ並びその材料は張
出し質量体１５の質量と管１４′の統一的な壁厚さを考
慮して選ぶ必要がある。
【００４６】図７に示された対応質量体の第２の実施例
においては管１４′の壁は張出し質量体１５に直径方向
で向き合った第１の母線に沿って、張出し質量体に向き
合った１つの範囲だけにおいてだけそこに固定された対
抗重錘１４３によって肉厚にされている。
【００４７】対抗重錘１４３はこの場合にも、溶接又は
ろう接によって管１４′に固定されるか又は管１４′の
壁に設けられた孔又は適当な袋孔内に挿入されかつその
中に固定されることができる。対抗重錘１４３の幅、高
さ及び長さ並びのその材料は張出し質量体１５の質量と
管１４′の統一的な壁厚さを考慮して選択する必要があ
る。
【００４８】図８に示された対抗質量体の第３の実施例
の場合には管１４′の壁は張出し質量体１５に直径方向
で向き合った第１の母線に沿って、全長の２つの部分範
囲１４４，１４５だけに亙って、管１４′の残った統一
的な壁厚さよりも厚くなっている。部分範囲１４４，１
４５はそれぞれ管１４′の各端部からその中央に向かっ
て延び、管１４′の統一的な壁厚さを有する中央範囲１
４６が形成されている。
【００４９】部分範囲１４４，１４５はこの場合にも例
えば適当なリブを管１４′の上に溶接又はろう接するこ
とで固定される。各部分範囲１４４，１４５の幅、高さ
及び長さ並びにその材料は張出し質量体１５の質量と管
１４′の統一的な壁厚さを考慮して選ぶ必要がある。
【００５０】図９に示された対応質量体の第４実施例に
おいては管１４′の壁は張出し質量体１５に隣接した第
２の母線に沿って管の全長に亙って残った統一的な壁厚
よりも薄くされている。
【００５１】図１０に示された対抗重錘の第５実施例の
場合には管１４′の壁は張出し質量体１５に隣接した第
２の母線に沿って、中央範囲１４７だけにおいて、張出
し質量体１５に対し、切削により薄くされている。しか
しながらその他の個所では管１４′は統一的な壁厚さを
有している。
【００５２】図１１に示された対抗重錘の第６実施例に
おいては、管１４′の壁１４′は張出し質量体１５に隣
接した第２の母線に沿って、全長の２つの部分範囲だけ
に亙って、管１４′の残った統一的な壁厚さに対して薄
くされている。部分範囲１４８，１４９はそれぞれ管１
４′の各端部からその中央に向かって延び、したがって
管１４′の統一的な壁厚さを有する中央範囲１５０を有
している。
【００５３】図９から図１１までの質量流／密度センサ
においては管１４′の壁厚さの減少は管１４′の壁を第
２の母線に沿って切除すること、例えば切削又は研削す
ることで達成される。それぞれ切除される材料の量は張
出し質量体１５の質量と管１４′の統一的な壁厚さによ
って決定される。
【００５４】図１２と図１３の説明の開始にあたって
は、２つの締込み個所において固定されかつその間で曲
げ振動を励起された管は、張出し質量体なしでは唯一の
曲げ振動基準モードを有していることを注意しておく。
この曲げ振動基準モードにおいては管は弦のようにその
基体共振周波数で振動する。この基本共振周波数は振動
理論では基調音又は第１調和と呼ばれかつ数値的に最低
可のものである。振動の与えられた状態で弦、ひいては
両方の締込み個所の間の管は唯一の振動腹を有しかつそ
の間に振動節を有していない。むしろ振動節は締込み個
所だけに存在する。
【００５５】張出し質量体のない管とは異って、本発明
に相当する張出し質量体１５を備えた測定管１３は図１
２と１３に基づき説明されるように第１と第２の曲げ振
動基準モードを有している。図１２と１３とには測定管
１３と張出し質量体１５とから成る振動器の中央横断面
がそれぞれ示されている。この場合、各図面の中央には
振動器の静止位置が示され、それぞれ左と右には（振動
方向を示した矢印を参照）最大に変位した場合の振動器
の位置が示されている。
【００５６】図１２には測定管が左へ移動すると張出し
質量体１５が測定管１３の軸線を中心として左外側へ移
動するかもしくは測定管が右へ移動すると張出し質量体
が右外側へ移動する第１の曲げ振動基準モードの状態が
示されている。この場合、張出し質量体はそれぞれ軽く
外方へ連行されるので、測定管は純然たる曲げ振動を行
なう。
【００５７】この第２の曲げ振動基準モードは上記の共
振周波数に相当する−第１の−共振周波数を有してい
る。この共振周波数は数値的に可能な限り小さいもので
ある。すなわち、所定の直径、所定の長さと壁厚並びに
所定の張出し質量体とその寸法を有する測定管のために
は前記共振周波数の値は例えば４００Ｈｚである。
【００５８】図１３には、測定管が左へ動かされると張
出し質量体１５が測定管１３の軸線を中心として右内側
へ移動するか測定管が右へ移動すると左内側へ移動する
前述の第２の曲げ振動基準モードの状態が示されてい
る。この場合には張出し質量体はそれぞれはっきりと内
側へ回動する。これによって測定管が第１の曲げ振動基
準モードにおいて行なう曲げ振動には回転振動が重畳さ
れる。
【００５９】この回転振動の回転振動軸線は明らかに測
定管の軸と同じではなく、これに対して平行である。回
転振動軸線は第２の曲げ振動基準モードにおける振動に
関与するすべての機械的な質量の重心線と同じである。
これは流体の質量を含む測定管の質量、張出し質量体の
質量及びこれに固定されかつ一緒に振動する励起装置の
部分並びに場合によっては、あとでさらに説明する制動
装置の第１の部分である。
【００６０】図１３においては回転振動軸が図平面を突
破る可能性のある点は符号Ｘで示されている。すなわ
ち、この点は図示のように、励起装置の質量が張引し質
量体の垂直な中心線に対して対称に配置されていると、
張出し質量体の垂直な中心線上に位置している。突破り
点Ｘは流体の密度に関連してわずかに往復移動する。
【００６１】第２の曲げ振動基準モジュールは上で規定
した第１の曲げ振動基準モードの−第１の−共振周波数
よりも大きい−第２の−共振周波数を有している。すで
に述べたあらかじめ規定された測定管にとっては前記周
波数は９００Ｈｚである。
【００６２】本発明によれば測定管１３においては図１
３に示しかつ上記したようにこれが外へ移動すると張出
し質量体１５が測定管に対して外方へ移動して第２の曲
げ振動基準モードの振動が励起される。
【００６３】第２の曲げ振動基準モードの共振周波数は
第１の曲げ振動基準モードの共振周波数の約２倍である
かもしくは約２倍にできるので、励起装置１６に電流を
供給するためにもちろん必要なＰｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅ
ｄ Ｌｏｏｐの形をした励起回路、例えばＵＳ−Ａ４８
０１８９７号明細書参照、を第２の曲げ振動基準モード
だけを励起するようにわけなく設計することができる。
【００６４】図１４においては図２の場合と同じよう
に、本発明の第１のヴァリエーションの別の構成が示さ
れている。この構成はこれまで述べたすべての実施例の
他に図１５，１６に示した実施例にも使用することがで
きる。図１４の、これまでの符号に相応する符号は同じ
数字であるが、この数字にはダッシュが付けられてい
る。
【００６５】図１４の質量流／密度センサ１０′におい
ては、振動の励起される測定管１３′は入口及び出口端
部を越えて、それぞれ同じ長さの直線的でかつ測定管１
３′と整合する管片１３′′，１３＊で延長されてい
る。管片１３′′，１３＊の各自由端はケーシング１９
に固定されている。ケーシング１９は例えば図１のフラ
ンジ１１１，１２１に相応するフランジ１１１′，１２
１′を有している。
【００６６】図１５の上からの斜視図及び図１６の下か
らの斜視図においては本発明に相応するコリオリ質量流
／密度センサ１０′′の第２のヴァリエーションが示さ
れている。該コリオリ質量流／密度センサは唯一の、真
直ぐな、入口端部１１′′と出口端部１２′′とを有す
る測定管１３′′を有している。入口端部には測定管１
３′′を完全に取囲む入口プレート２１３が固定され、
出口端部には同様に測定管１３′′を取り囲む出口プレ
ート２２３が固定されている。
【００６７】入口プレート２１３と出口プレート２２３
には測定管１３′′の第１の母線１３４に対して平行に
延びる保持板２４が固定されている。さらに入口プレー
トと出口プレートには第１の母線１３４に直径方向で向
き合って延びる第２の母線２３４に対して平行に延びる
第２の保持板３４が固定されている。これによって両方
の保持板２４，３４の互いに向き合った側面は同様に互
いに平行である。
【００６８】入口端部１１′′と出口端部１２′′との
間のほぼ中央においては、測定管１３′′に、第２のヴ
ァリエーションでも、張出し質量体１５が固定されてい
る。この張出し質量体はこの場合にも運転中に、測定管
１３を第１の曲げ振動基準モード又は第１の曲げ振動モ
ードよりも高周波数の第２の曲げ振動基準モードで振動
させる。
【００６９】対応質量体としては第２のヴァリエーショ
ンでは張出し質量体１５′′に向き合った長手棒２５が
用いられる。この長手棒２５は第１と第２の保持板２
４，３４に固定されている。長手棒２５は図１５と１６
では実地において測定管１３′′の全振動可能な長さに
対して平行に延びている。しかしながらこれは強制的で
はなく、この実施例においてこのような構成を有してい
るに過ぎない。
【００７０】両方の保持板２４，３４、入口プレート２
１３、出口プレート２２３及び長手棒２５から成る系
は、測定管１３′′の軸線に対して平行に延びる長手重
心線を有している。この特性に関しては図１５と１６の
配置は図１から図５までの配置と比較することができ
る。
【００７１】測定管１３′′には励起装置１６により常
に第２の曲げ振動基準モードの振動が与えられる。この
励起装置は張出し質量体１５に作用し、したがってこの
場合にも入口端部と出口端部との間のほぼ真中に配置さ
れている。この励起装置の特別な詳細については図１７
と関連してあとで説明する。
【００７２】測定管１３′′の入口もしくは出口側の運
動はそれぞれ１つのセンサ１７′′もしくは１８′′で
検出される。このセンサ１７′′もしくは１８′′は測
定管の真中と入口もしくは出口端部との間に同じ間隔を
おいて配置されている。
【００７３】図１５と図１６とにおいては図示されたね
じのヘッドによって、端部プレート２１３，２２３と長
手棒２５とに対する保持プレート２４，３４の前述の固
定がねじ結合で行ない得ることが示されている。しかし
これは必然ではなく、他の適当で、当業者にとって一般
的である固定形式を使用することもできる。
【００７４】図１５と図１６とに示された第２のヴァリ
エーションは、その機械的な振動系の構造から、図１４
の第１のヴァリエーションの構成と比較され得る。第２
のヴァリエーションにおいても測定管１３′′は入口及
び出口端部を越えてそれぞれ同じ長さの、真直ぐでかつ
測定管１３′′と整合した管片１３＃，１３＋で延長さ
れている。
【００７５】管片１３＃，１３＋の各自由端は、ケーシ
ングキャップ１９１，１９２しか示されていないケーシ
ングに固定されている。残った、管状の、ケーシングキ
ャップ１９１，１９２を互いに結合する、気密にシール
された部分は、図示の内部をかくさないように図示され
ていない。
【００７６】さらに図１５と図１６からは、ケーシング
キャップ１９１，１９２が接続片１９３，１９４に移行
しており、該接続片でコリオリ質量流／密度センサ１
０′′が冒頭に述べた導管に流体密に接続できるように
なっていることが判かる。
【００７７】図１７には斜視図でかつ図１５に対して拡
大された寸法で、張出し質量体１５′′と励起装置１
６′′並びにこれに有利な形式で配属された部分とが示
されている。しかし本発明の第２のヴァリエーションの
有利な構成では張出し質量体１５′′は円板として構成
されている。この張出し質量体は前面１５４と、これに
対して平行で、図１５と図１７とにおいてはもちろんか
くれた後面とを有している。さらに張出し質量体１
５′′は孔を有し、この孔で円板は測定管１３′′の上
に被せ嵌められかつこの測定管１３′′の上に固定され
る。
【００７８】この円板は、図１から図４までの配置と似
たように、孔と同軸の円セグメント１５１′′とこれに
一体成形された方形部分１５２′′とから成っている。
測定管１３′′の直径からは方形部分１５２′′の１つ
の側面１５５が中央で切られている。つまり、この側面
は図１７においては小さな部分しか、すなわちビーム１
６３の孔においてしか見ることができない。
【００７９】ビーム１６３は、これもかくれている固定
面で側面１５５に固定されている。つまり、このために
使用されたねじは図１５に示されている。ビーム１６３
は側面１５５よりも長く、固定面の延長を有する、側面
１５５を越える第１のビーム端部と、固定面の延長を有
する、側面１５５を越える第２のビーム端部とを有して
いる。
【００８０】励起装置１６は第１のビーム端部の固定面
の延長に固定された第１の励起系２６と第２のビーム端
部の固定面の延長に固定された第２の励起系３６とから
成っている。第１もしくは第２の励起系２６もしくは３
６は保持板２４もしくは３４に固定された第１もしくは
第２のコイルを有している。これらのコイルには稼働中
に励起電流が逆向きに流れる。コイルはビーム端部１６
３′もしくは１６３′′に固定された第１もしくは第２
の永久磁石と協働する。
【００８１】有利な別の構成では第２の曲げ振動基準モ
ードとは異なる振動モードを抑えるため、特に第１の曲
げ振動基準モード及びその上側振動を抑えるために、渦
流原理に起因する制動装置の第１と第２の部分２７，３
７が設けられている。
【００８２】第１の部分２７は円板の前面１５４に、し
かも機械的な回転振動系の前述の回転振動軸線が運転時
に前面１５４を貫く可能性のある点を有している範囲に
固定されている。
【００８３】比較可能な形式で、円板の後面にも第２の
制動装置の第１の部分３７が、しかも同様に、前述の回
転振動軸が運転時に円板の後面を貫く可能性のある点を
有する範囲において固定されている。
【００８４】図１５においてはほとんど確認できず、し
たがって符号が付けられていない−付けられるとしたら
符号２８である−第１の制動装置の第２の部分は、第１
と第２の保持板２４，３４に固定された第１の保持体２
９に固定されている。この保持体２９は図１５だけに示
されかつ図１７においては張出し質量体１５′′等を見
やすくするために省略されている。
【００８５】比較可能な形式で第２の制動装置の第２の
部分３８は第１と第２の保持板２４，３４に固定された
第２の保持体３９に固定されている。保持板２４もしく
は３４における固定は、図示のように、折り曲げられた
足で行なわれる。両方の保持体は有利には軟磁性材料か
ら成っている。
【００８６】制動装置の両方の第１の部分２７，３７は
円筒形の永久磁石を有している。これらの永久磁石の
内、図１７には永久磁石２７１だけが所属の保持体２７
２と共に示されている。制動装置の両方の第２の部分は
銅円板である。
【００８７】したがって制動装置では前述の回転振動軸
線の瞬間位置が安定化され、これによって他の振動モー
ド、特に第１の曲げ振動基準モードとその上側の振動及
び又は第２の曲げ振動基準モードとは別の回転振動軸線
を有する、第２の曲げ振動基準モードの上側の振動が発
生しかつ増幅される可能性が阻止される。
【００８８】すなわちこれは回転振動軸線の著しい往復
移動と同じ意味を持つ（例えば図１２を参照）。この安
定化は回転振動軸線が制動装置の第２の部分２８もしく
は３８の範囲にある間は行なわれる。
【００８９】本発明の両方のヴァリエーションにおいて
測定精度をさらに高めることは、第２の曲げ振動基準モ
ードに加えて第２の曲げ振動基準モードも励起されるこ
とで可能である。この場合には図１５と図１７の制動装
置はもちろん除く必要がある。
【００９０】第１の曲げ振動基準モードの励起は第１の
共振周波数で働く別の位相ロックドループ（Ｐｈａｓｅ
−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）で達成可能である。センサ
によって生ぜしめられた信号は、この場合には、第２の
共振周波数の振動の、コリオリ効果をもたらす移相成分
も、第１の共振周波数の振動の、コリオリ効果をもたら
す移相成分も有することになる。この両方の共振周波数
は約ファクタ２だけ異なるので、両方の移相成分はわけ
なく電子的に分離され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１ヴァリエーションのコリオリ質量
流／密度センサの第１の構成を部分的に断面した長手方
向側面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図５】図１から図４までのコリオリ質量流量／密度セ
ンサの変化実施例を示した、図３と比較し得る図。
【図６】第１のヴァリエーションの第２の構成の第１の
実施例の、図１に相応する断面図。
【図７】第１のヴァリエーションの第２の構成の第２の
実施例の、図１に相応する断面図。
【図８】第１のヴァリエーションの第２の構成の第３実
施例の、図１に相当する断面図。
【図９】第１のヴァリエーションの第２の構成の第４の
実施例の、図１に相当する断面図。
【図１０】第１のヴァリエーションの第２の構成の第５
の実施例の、図１に相当する断面図。
【図１１】第１のヴァリエーションの第２の構成の第６
の実施例の、図１に相当する断面図。
【図１２】本発明で使用可能な第１の曲げ振動基準モー
ドで振動する測定管と張出し質量体との振動動作を概略
的に示した図。
【図１３】本発明で常に使用されている第２の曲げ振動
基準モードで振動する測定管と張出し質量体との振動動
作を概略的に示した図。
【図１４】本発明の第１のヴァリエーションの別の構成
を示した、図２と比較し得る断面図。
【図１５】本発明の第２のヴァリエーションによるコリ
オリ質量流量／密度センサを上から見た斜視図。
【図１６】図１５のコリオリ質量流量／密度センサを下
から見た斜視図。
【図１７】図１５の重要な部分を図１５に対して拡大し
て示した斜視図。
【符号の説明】
１０ コリオリ質量流／密度センサ １１ 入口端部 １２ 出口端部 １３ 測定管 １４ 管 １５ 張出し質量体 １６ 励起装置 １７，１８ センサ ２４ 保持板 ２５ 長手棒 ３４ 保持板
フロントページの続き (72)発明者 ゲオルク スツァロッキー スイス国 バーゼル ゼルティスベルガー シュトラーセ 96 (72)発明者 アルフレート ヴェンガー スイス国 ネフテンバッハ シュールシュ トラーセ 170 (72)発明者 エンニオ ビット スイス国 エッシュ アントン−フォン− ブラーラー−ヴェーク 11 (72)発明者 オーレ コウダル スイス国 ライナッハ ロークヴェーク 13 (72)発明者 クリスティアン マット ドイツ連邦共和国 レーラッハ トゥムリ ンガー シュトラーセ 294アー (72)発明者 クリスティアン シュッツェ スイス国 バーゼル オーバーアルプシュ トラーセ 117

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導管内に接続可能でかつ測定しようとす
    る液体が運転中に流過する形式のコリオリ質量流／密度
    センサにおいて、 −唯一の直線的で、長手軸線（１３１）と入口端部（１
    １）と出口端部（１２）とを有する測定管（１３）と、 −前記入口端部と前記出口端部とに固定された保持体を
    有し、 −−該保持体から長手重心線（１４１）が測定管の長手
    軸線（１３１）に対して平行に延びているが、しかしこ
    の長手軸線（１３１）と合致しておらず、 −１つの張出し質量体を有し（１５） −−該張出し質量体が入口端部（１１）と出口端部（１
    ２）との間で測定管（１３）に固定されており、 −−該張出し質量体（１３）が運転中に、測定管を強制
    的に第１の曲げ振動基準モードで振動させるか又は第１
    の曲げ振動基準モードよりも振動数の高い第２の曲げ振
    動モードで振動させ、 −測定管（１３）に常に第２の振動基準モードの振動を
    与える励起装置（１６）を有し、 −−該励起装置（１６）が入口端部と出口端部との間の
    ほぼ中間に配置されており、 −測定管の入口側もしくは出口側の運動のためにそれぞ
    れ１つのセンサ（１７，１８）を有し、これらのセンサ
    （１７，１８）がその中心と入力端部もしくは出口端部
    との間にそれぞれ等しい間隔が与えられるように配置さ
    れていることを特徴とする、コリオリ質量流／密度セン
    サ。
  2. 【請求項２】 保持体が円筒形の管（１４）であって、
    完全に統一的な壁厚の管壁を有しかつ測定管の長手軸線
    （１３１）に対して平行に延びるがこれと合致しない長
    手軸線を有している、請求項１記載のセンサ。
  3. 【請求項３】 保持体が部分的にしか統一的な壁厚を有
    しない管壁を備えた円筒形の管（１４）であって、管が
    測定管の長手軸線（１３１）に対して平行に延びるか又
    はこの長手軸線（１３１）と合致する長手軸線を有して
    おり、対抗質量体を形成するために管壁が前記張出し質
    量体（１５）に直径方向で向き合った第１の母線の範囲
    に少なくとも部分的に統一的な壁厚さよりも厚い壁厚を
    有しかつ又は張出し質量体に隣接した第１の母線の範囲
    に少なくとも部分的に、統一的な壁厚さよりも薄い壁厚
    さを有している、請求項１記載のセンサ。
  4. 【請求項４】 張出し質量体に直径方向で向き合って対
    抗重錘（１４３）が管壁に固定されているか又は管壁内
    に部分的に取付けられている、請求項３記載のセンサ。
  5. 【請求項５】 張出し質量体（１５）が孔を有する板と
    して構成され、前記孔で該板が測定管（１３）の上に被
    せ嵌められている、請求項１から４までのいずれか１項
    記載のセンサ。
  6. 【請求項６】 前記板が前記孔と同軸的な半円リング部
    （１５１）と、該半円リング部（１５１）に一体成形さ
    れた方形部（１５２）とから成っている、請求項５記載
    のセンサ。
  7. 【請求項７】 前記板が測定管（１３）の直径の１／２
    に相当する厚さを有している、請求項５又は６記載のセ
    ンサ。
  8. 【請求項８】 測定管（１３）が入口側と出口側とにリ
    ング状のリブ（１３２，１３３）を有し、該リブ（１３
    ２，１３３）が各センサ（１７，１８）の部位に配置さ
    れている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセ
    ンサ。
  9. 【請求項９】 励起装置が、 −測定管の上に第１の励起システム力で、張出し質量体
    の長手対称線と測定管の長手軸線との交点に向かう方向
    で作用する第１の部分装置と、 −張出し質量体の測定管とは反対側の端部に、第１の励
    起システム力とは反対に向けられた第１の励起システム
    力で作用する第２の部分装置とから成っている、請求項
    １から８までのいずれか１項記載のセンサ。
  10. 【請求項１０】 導管に接続可能で、運転中に測定しよ
    うとする液体が流過するコリオリ質量流／密度センサ
    （１０′′）であって、 −入口端部（１１′′）と出口端部（１２′′）とを有
    する唯一の直線的な測定管（１３′′）を有し、 −前記入口端部に固定された、測定管を取囲む入口板
    （２１３）を有し、 −前記出口端部に固定された、測定管を取囲む出口板
    （２２３）を有し、 −入口板と出口板とに固定された、測定管の第１の母線
    に対して平行に延びる第１の保持板（２４）を有し、 −入口板と出口板とに固定された、測定管の第１の母線
    に直径方向で向き合った測定管の第２の母線（２３４）
    に対して平行に延びる第２の保持板（３４）を有し、 −張出し質量体（１５′′）を有し、 −−該張出し質量体（１５′′）が入口端部（１
    １′′）と出口端部（１２′′）との間の中間で測定管
    （１３′′）に固定されており、 −−該張出し質量体が運転中に、測定管が第１の曲げ振
    動基準モードで又は第１の曲げ振動基準モードに対して
    周波数の高い第２の曲げ振動基準モードで振動するよう
    に測定管に振動を強制し、 −対抗質量体として役立ち、第１と第２の保持板に固定
    され、張出し質量体（１５′′）に向き合った長手棒
    （２５）を有し、 −測定管（１３′′）の振動を常に第２の振動基準モー
    ドの振動に変える励起装置（１６′′）を有し、 −−該励起装置（１６′′）が入口端部と出口端部との
    間のほぼ中間に配置されており、 −測定管の入口側もしくは出口側の運動のためにそれぞ
    れ１つのセンサ（１７′，１８′′）を有し、 −−該センサが該センサの中心と入口端部もしくは出口
    端部との間の間隔を同じくして配置されている ことを特徴とする、コリオリ質量流／密度センサ。
  11. 【請求項１１】 張出し質量体（１５′′）が板として
    構成され、該板が前面と後面と測定管の軸に対して平行
    な回転振動軸と該板を測定管（１３′′）の上に差し嵌
    める孔とを有し、該板が前記孔と同軸な円セグメント部
    （１５１′′）と該円セグメント部（１５１′′）に一
    体成形された方形部（１５２′′）とから成り、この方
    形部（１５２′′）の、測定管の直径により中央で切ら
    れる側面（１５５）がビーム（１６３）の固定面に固定
    されており、該ビーム（１６３）が前記側面よりも長
    く、該側面を越える第１のビーム端部（１６３′）が前
    記固定面の延張を有しかつ該側面を越える第２のビーム
    端部（１６３′′）が前記固定面の延長を有している、
    請求項１０記載のセンサ。
  12. 【請求項１２】 励起システム（１６′′）が第１のビ
    ーム端部（１６３′）の固定面の延長に固定された第１
    の励起システム（２６）と第２のビーム端部（１６
    ３′′）の固定面の延長に固定された第２の励起システ
    ム（３６）とから成り、第１と第２の励起システムが、
    運転中に逆向きに励起電流が流れる第１もしくは第２の
    コイルを有している、請求項１１記載のセンサ。
  13. 【請求項１３】 第２の曲げ振動基準モードとは別の振
    動基準モードをおさえるために、 −板の前面（１５４）に、しかも運転中に回転振動軸が
    板を貫通する貫徹点（Ｘ）を有する範囲に、渦流原理に
    起因する第１のブレーキ装置の第１の部分（２７）が固
    定されており、 −板の後面に、しかも回転振動軸が運転中に可能な板を
    貫く貫徹点を有する範囲に、渦流原理に起因する第２の
    ブレーキ装置の第１の部分が固定されており、 −第１のブレーキ装置が少なくとも第１の保持板に固定
    された第２の部分を有し、 −第２のブレーキ装置が少なくとも第１の保持板に固定
    された第２の保持体（３９）に固定された第２の部分
    （３８）を有している、 請求項１１又は１２記載のセンサ。
  14. 【請求項１４】 ブレーキ装置の第１の部分（２７，３
    ７）が円筒形の永久磁石（２７１）であって、ブレーキ
    装置の第２の部分（３８）が銅板である、請求項１３記
    載のセンサ。
  15. 【請求項１５】 測定管が入口端部及び出口端部を越え
    てそれぞれ同じ長さの管片（１３′′，１３＊；１３
    ＃，１３＋）で延長されており、これらの管片のそれぞ
    れの自由端が１つのケーシング（１９）内に固定されて
    いる、請求項１から１４までのいずれか１項記載のセン
    サ。
  16. 【請求項１６】 第２の曲げ振動基準モードに加えて第
    １の曲げ振動基準モードも励起される、請求項１から１
    ５までのいずれか１項記載のセンサ。
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