JPH11510608A - 質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 直線的なコリオリ計測管（１）と、コリオリ計測管（１）に作用する発振器（２）と、コリオリの力および／またはコリオリの力に基づくコリオリ振動を検出する２つの検出器（３）とを有している、コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計について記載および図示されている。本発明により、質量流量計が１つの直線的なコリオリ計測管（１）しか有していないことに基づいて生じる問題は、次のようにすることによってほぼ取り除かれる。コリオリ計測管（１）が肉厚体、すなわち肉厚管（４）の流路として形成されており、前記肉厚管（４）が外から接近できて前記計測管（１）の比較的近傍に達している開口部（５）を有しており、前記発振器（２）が前記開口部（５）の範囲に残っている前記肉厚管（４）の残余材料（６）に作用し、前記肉厚管（４）の残余材料（６）の範囲で発生するコリオリの力またはコリオリ振動が検出器（３）によって検出される。

Description

【発明の詳細な説明】 質量流量計 本発明は、コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計であって、少 なくとも実質的に直線的なコリオリ計測管と、該コリオリ計測管に作用する少な くとも１つの発振器と、コリオリの力および／またはコリオリの力に基づくコリ オリ振動を検出する少なくとも１つの検出器とを有している形式のものに関する 。 コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計は、種々の仕様において 知られており（たとえばドイツ特許第４１２４２９５号明細書とドイツ特許出願 公開第４１４３３６１号明細書および同明細書でそれぞれ第１欄２０行目〜２７ 行目に引用された刊行物、ドイツ特許第４２２４３９７号明細書および同明細書 で第１欄２３行目〜３０行目に引用された刊行物、ならびにドイツ特許出願公開 第１９６０１３４２号明細書参照）、かなり以前から次第に多く実際に使用され ている。 コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計では基本的に、コリオリ 計測管が少なくとも実質的に直線的に形成され、原則としては正確に直線的に形 成されている質量流量計と、コリオリ計測管がループ状に形成された質量流量計 とを区別する。さらに、こ こで論じる質量流量計において、１つのコリオリ計測管しか有していない質量流 量計と、２つのコリオリ計測管を有している質量流量計とを区別する。２つのコ リオリ計測管を有している構成では、コリオリ計測管は直列または並列に位置す ることができる。 １つまたは複数のコリオリ計測管が実質的に直線的に形成された、ここで論じ る種類の質量流量計は、機械的構造の点で単純であり、したがって比較的少ない コストで製造される。その際に、１つまたは複数のコリオリ計測管の内面も加工 しやすく、そのままで研磨できる。その他の点では、圧力損失が比較的少ない。 コリオリ原理で作動し、１つまたは複数のコリオリ計測管が直線的に形成されて いるこれらの質量流量計の短所は、熱に起因する膨張もしくは応力も、外から作 用する力やトルクも、測定誤差や機械的損傷、すなわち応力割れの原因となり得 ることである。 当業界はすでに、直線的なコリオリ計測管を有する質量流量計における上記の 問題と取り組んできた（特にドイツ特許第４１２４２９５号明細書、ドイツ特許 出願公開第４１４３３６１号明細書およびドイツ特許第４２２４３７９号明細書 参照）。総じて種々の方策により、測定誤差が０．１％にすぎない、コリオリ原 理で作動し直線的なコリオリ計測管を有する質量流量計を提供することに成功し た（クローネ・メステヒニーク社のカタログ「コリマスＧ装置を検定義務のある 流通に許可」参照）。 １つの直線的なコリオリ計測管しか有していないコリオリ原理で作動する質量 流量計は、２つの直線的なコリオリ計測管またはループ状のコリオリ計測管を有 している質量流量計に比べて著しい長所がある。２つの直線的なコリオリ計測管 を有する質量流量計と比べた長所は何よりも、２つのコリオリ計測管を有する質 量流量計で必要な流動分割体もしくは流動合成体が必要とされないことである。 １つまたは２つのループ状のコリオリ計測管を有する質量流量計と比べた長所は 何よりも、直線的なコリオリ計測管はループ状のコリオリ計測管よりも簡単に製 造でき、直線的なコリオリ計測管では、圧力降下がループ状のコリオリ計測管に おけるより少なく、さらに直線的なコリオリ計測管はループ状のコリオリ計測管 より清掃しやすいことである。 しかしながら、コリオリ原理で作動し、１つの直線的なコリオリ計測管を有す る質量流量計は、物理的もしくは機械的に規定された短所もある（ヨーロッパ特 許出願公開第０５２１４３９号明細書参照）。 コリオリ原理で作動する質量流量計は、少なくとも１つの発振器を用いてコリ オリ計測管を振動させることを必要とする。つまり、コリオリ計測管が振動する という事実から、また質量がコリオリ計測管を貫流する結果として、コリオリの 力もしくはコリオリ振動が生じるのである。 ２つの直線的なコリオリ計測管もしくは１つのルー プ状のコリオリ計測管を有する質量流量計では、コリオリ計測管もしくはループ 状のコリオリ計測管の振動作用のある部分は同一に形成されていて、互いに振動 するように配置され励振されている。このことの肯定的な結果は、この振動系が 外に向かっては振動系として作用しないことである。質量中心点の位置は一定の ままであり、発生する力は補償される。したがって、このような質量流量計が組 み込まれた導管系には振動が導入されず、導管系の振動は測定結果に影響しない 。 １つの直線的なコリオリ計測管しか有していないコリオリ原理で作動する質量 流量計では、互いに振動するコリオリ計測管の上に説明した肯定的な結果はもち ろん与えられていない。測定中心点は一定せず、発生する力は補償されない。そ の結果として、このような質量流量計が組み込まれた導管系に振動が伝達され、 そしてこの導管系の振動が測定結果に影響することがある。 本発明の課題は、質量流量計が１つの直線的なコリオリ計測管しか有していな いことから生じる、上に詳細に説明した問題があまり重要ではない、コリオリ原 理で作動する質量流量計を提供することである。 以上に詳細に導き出され、説明された課題が解決されている本発明の質量流量 計は、まず、実質的に、前記コリオリ計測管が肉厚体、特に肉厚管の流路として 形成されており、前記肉厚管が外から接近できて前記 計測管の比較的近傍に達している開口部を有しており、前記発振器が前記開口部 の範囲に残っている前記肉厚管の残余材料に作用し、前記肉厚管の前記残余材料 の範囲で発生するコリオリの力またはコリオリ振動が前記１つまたは複数の検出 器によって検出される。 本発明による質量流量計では、コリオリ計測管として作用する肉厚管の残余材 料の質量は、肉厚管全体の質量に比べて比較的小さい。その結果として、「測定 中心点が一定しない」という冒頭に説明した問題は定性的には残っているが、定 量的には事実上影響ない。要約すれば、本発明によって達成される長所はここに ある。 個々に本発明による質量流量計を形成し、さらに別に構成する可能性は多数あ る。これについて、請求項２ならびに請求項１および請求項２に従属する請求項 と、図面と組み合わせた好ましい実施例の説明とを参照されたい。 図１は、本発明による質量流量計の第１実施例を示す縦断面図、 図２は、本発明による質量流量計の第２実施例を示す縦断面図、 図３は、本発明による質量流量計の第３実施例を示す縦断面図、 図４は、本発明による質量流量計の第４実施例を示す縦断面図、 図５は、本発明による質量流量計の第５実施例を示 す縦断面図、 図６は、本発明による質量流量計の第６実施例を示す縦断面図、 図７は、本発明による質量流量計の第７実施例を示す縦断面図、 図８は、本発明による質量流量計の第８実施例を示す縦断面図、 図９は、本発明による質量流量計の可能な横断面形状を示す横断面図、 図１０は、本発明による質量流量計の別の可能な横断面形状を示す横断面図、 図１１は、本発明による質量流量計のさらに別の可能な横断面形状を示す横断 面図、 図１２は、本発明による質量流量計の全く別の実施形態を示す横断面図、 図１３は、本発明による質量流量計のさらに全く別の実施形態を説明するため の概略図である。 本発明による流動媒体のための質量流量計とは、コリオリ原理で作動する質量 流量計である。本発明による質量流量計には、まず原則として、必然的ではない が、図面には示されないハウジングが付属している。本発明による質量流量計に 機能上必然的に付属しているのは、少なくとも実質的に直線的であり、原則とし て直線的であり、図示の実施例では正確に直線的であるコリオリ計測管１、この コリオリ計測管１に作用する少なくとも１つの発振器２、ならびにコリオリの力 および／またはコリオリの力に基づくコリオリ振動を検出する少なくとも１つの 検出器３、原則として２つの検出器３である。 図１〜図５および図７〜図１１に示されているように、コリオリ計測管１は肉 厚体、特に肉厚管４の流路として形成されている。壁の厚いこの肉厚管４は外か ら接近できて計測管１の比較的近傍に達している開口部５を有している。そうす ることによって肉厚管４の開口部５の範囲には、残余材料６のみが残っている。 つまり、それ以外では肉厚の管４は、開口部５の範囲では、少なくとも一部は比 較的肉厚が小さい。それ以外では肉厚の管４の開口部５の範囲に残っている残余 材料６に発振器２が作用する。その結果として、それ以外では肉厚管４の、本来 のコリオリ計測管１として作用する比較的薄肉の残余材料６が振動させられるの で、貫流する媒体の質量と結合してコリオリの力、およびその結果としてコリオ リ振動が生じる。それ以外では肉厚の管４の残余材料６の範囲で発生するコリオ リの力もしくはこれらのコリオリの力に基づくコリオリ振動が、検出器３によっ て検出されて、慣用の形式で評価される。 本発明による質量流量計では、肉厚管４は金属もしくは合金、あるいはプラス チック、特にポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化アルコキシ重 合体（ＰＦＡ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなってよい 。 コリオリ計測管１のジオメトリーおよび肉厚管４のジオメトリーに関して、本 発明の規範を個々に形成する設計者は相当の自由度を有している。コリオリ計測 管１も、肉厚管４も、円形、卵形、楕円形または矩形、特に正方形の断面を有し ていてよい。図９、図１０および図１１には、コリオリ計測管１および肉厚管４ に関して、種々の断面形状が単に例として示されている。 コリオリ原理で作動する質量流量計では、本発明による質量流量計においても 、測定感度および／または零点、したがって全体として測定精度に対して熱の影 響が作用することがある。それゆえ、測定精度および／または零点に対する熱の 影響を補償するために、図面には示されていない少なくとも１つの温度センサを 設けることが提案される。 冒頭で、ここで論じる種類の質量流量計、したがって本発明による質量流量計 にも、コリオリ計測管１に作用する少なくとも１つの発振器２が付属していると 述べた。しかしながら、図面にも部分的に示されているように、２つの発振器２ が設けられており、両発振器２がコリオリ計測管１もしくは肉厚管４の長手方向 軸に対して対称的に配置されていることが好ましい。この場合、発振器２は同じ 位相または反対の位相で駆動される。 以下は、図１〜図８に示された本発明による質量流量計の実施例の詳細である 。 本発明による質量流量計で実現された規範は、以上に述べたように実質的に、 コリオリ計測管１は肉厚体、特に肉厚管４の流路として形成されており、肉厚管 ４は外から接近できて計測管１の比較的近傍に達している開口部５を有しており 、その結果としてそれ以外は肉厚の管４の開口部５の範囲には、比較的薄肉の残 余材料６しか残っていない。本発明により設けられた開口部５は、図１〜図４お よび図６〜図８に示されているように、最初は肉厚の管４の片側で実現されてい てよい。しかしまた、図５にも示されているように、開口部５はそれ以外では肉 厚の管４の両側で実現されていてもよい。これは、図５にも示されているように 、２つの発振器２が設けられ、これらの発振器２がコリオリ計測管１もしくは肉 厚管４の長手方向軸に対して対称的に配置されているべき場合に必要である。 それ以外では、本発明による質量流量計では、１つまたは複数の発振器２およ び検出器３は、全く別様に形成されていてよい。 図１に従う実施例では、発振器２および検出器３は最広義において従来どおり に形成されている。図２に従う実施例では、発振器２および検出器３は、圧電材 料からなる共通の支持体７と組み合わせて実現されている。この場合、発振器２ と検出器３に対して別々の導電層が設けられている。図３に従う実施例では、発 振器２は磁歪発振器であり、他方、検出器３は圧電材料からなり、肉厚管４の開 口部５から突き出していて 、検出器３は肉厚管４の温度からほぼ解離されている。図４は、発振器２が縦共 振で駆動される実施例を示しており、検出器３は磁気動的センサである。図５に 従う実施例については、すでに述べたように、同じ位相または反対の位相で駆動 できる２つの発振器２が設けられている。ここで留意すべきは、基本的に、同一 の構成部材が発振器２としても検出器３としても作用する、本発明による質量流 量計の実施形態も可能だということである。しかしながら、図５に従う実施例で は、検出器３は超音波送信器および超音波受信器として形成されている。検出器 ３から出る超音波は、コリオリ計測管１に投入され、コリオリ計測管１の内壁に よって（可聴インピーダンス飛躍によって）反射させられ、それから再び検出器 ３によって受信される。コリオリの力と、その結果として生じるコリオリ振動は 、干渉測定によって評価されることができる。この実施例では、肉厚管４は弾性 係数Ｅが低い材料からなることが好ましい。図６に従う実施例では、肉厚管４の 両側に配置されて機械的に結合された２つの発振器２が設けられていることが示 されている。図７に従う実施例では、コリオリ計測管１、つまりそれ以外では肉 厚の管４の残余材料６を曲げモードで励振する磁気発振器２が設けられている。 その他の点では、図７は３つの検出器３が設けられた実施例を示している。この 際に、中央の検出器３は補正または補償の目的に使用できる。 図８もしくは図８ａ、図８ｂおよび図８ｃは、種々の励振モードが実現できる ことを示した、本発明による質量流量計の実施例を示している。図８ａには１つ の励振モードが示され、図８ｂには別の励振モードが示されている。図８ｃは、 図８ｂに示された励振モードを実現するための具体的な実施例を示している。こ の実施例では、発振器２は磁気誘導的に形成されている。この実施形態および発 振器２の取付けが、図８ｂに示された励振モードをもたらすことは、直ちに明ら かである。 上述したとおり、本発明による質量流量計では、コリオリ計測管１として作用 する肉厚管４の残余材料６の質量は、肉厚管４全体の質量に比べて比較的小さく 、その結果として、「測定中心点が一定しない」という冒頭に説明した問題は定 性的には残っているが、定量的には事実上影響ない。本発明に従い、肉厚管４で コリオリ振動が著しく小さいときは、「測定中心点が一定しない」という冒頭に 説明した問題は、定量的には事実上影響ないことが補足的に認識された。このこ とは、本発明の別の規範に従い、肉厚管４の外側に振動変換器８が設けられてい て、肉厚管４の内壁の最大変位が行われるように、振動周波数が選択されている 場合に達成できる。図１２および図１３は、本発明による質量流量計の既述の実 施例で設けられていた開口部が実現されていない、上述した本発明による質量流 量計の実施例を示している。本発明の上述した規範に よって、貫流方向に高い横流が発生する。これらの横流は、貫流する媒体の質量 と結合して比較的大きいコリオリの力を生じさせる。これらのコリオリの力は肉 厚管４の内壁への反作用が検出されることができる。 最後に、流動媒体中の波長の偶数倍または偶数分の１が、コリオリ計測管１の 内径もしくはコリオリ計測管１の反対側の内壁との距離に少なくともほぼ対応す るように、可聴周波数を制御または調節によって流動媒体に適合させることが有 利であり得る。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年１２月４日 【補正内容】 請求の範囲１ ．コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計であって、少なくとも 実質的に直線的なコリオリ計測管と、該コリオリ計測管に作用する少なくとも１ つの発振器と、コリオリの力および／またはコリオリの力に基づくコリオリ振動 を検出する少なくとも１つの検出器とを有している形式のものにおいて、前記コ リオリ計測管（１）が肉厚体、特に肉厚管（４）の流路として形成されており、 前記肉厚管（４）が外から接近できて前記計測管（１）の比較的近傍に達してい る開口部（５）を有しており、前記発振器（２）が前記開口部（５）の範囲に残 っている前記肉厚管（４）の残余材料（６）に作用し、前記肉厚管（４）の前記 残余材料（６）の範囲で発生するコリオリの力またはコリオリ振動が前記１つま たは複数の検出器（３）によって検出されることを特徴とする、コリオリ原理で 作動する流動媒体のための質量流量計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計であって、少なくとも 実質的に直線的なコリオリ計測管と、該コリオリ計測管に作用する少なくとも１ つの発振器と、コリオリの力および／またはコリオリの力に基づくコリオリ振動 を検出する少なくとも１つの検出器とを有している形式のものにおいて、前記コ リオリ計測管（１）が肉厚体、特に肉厚管（４）の流路として形成されており、 前記肉厚管（４）が外から接近できて前記計測管（１）の比較的近傍に達してい る開口部（５）を有しており、前記発振器（２）が前記開口部（５）の範囲に残 っている前記肉厚管（４）の残余材料（６）に作用し、前記肉厚管（４）の前記 残余材料（６）の範囲で発生するコリオリの力またはコリオリ振動が前記１つま たは複数の検出器（３）によって検出されることを特徴とする、コリオリ原理で 作動する流動媒体のための質量流量計。 ２．コリオリ原理で作動する流動媒体のための質量流量計であって、少なくとも 実質的に直線的なコリオリ計測管と、該コリオリ計測管に作用する少なくとも１ つの発振器と、コリオリの力および／またはコリオリの力に基づくコリオリ振動 を検出する少なくとも１つの検出器とを有している形式のものにおいて、前記肉 厚管（４）の外側に振動変換器（８）が 設けられていて、前記肉厚管（４）の内壁の最大変位が行われるように、振動周 波数が選択されていることを特徴とする、コリオリ原理で作動する流動媒体のた めの質量流量計。 ３．前記肉厚管（４）が金属もしくは合金からなる、請求項１または２記載の質 量流量計。 ４．前記肉厚管（４）がプラスチック、特にポリテトラフロオロエチレン（ＰＴ ＦＥ）、四フッ化アルコキシ重合体（ＰＦＡ）またはポリエーテルエーテルケト ン（ＰＥＥＫ）からなる、請求項１または２記載の質量流量計。 ５．前記コリオリ計測管（１）が、円形、卵形、楕円形または矩形、特に正方形 の断面を有している、請求項１から４のいずれか１項記載の質量流量計。 ６．前記肉厚管（４）が、円形、卵形、楕円形、矩形、特に正方形の断面を有し ている、請求項１から５のいずれか１項記載の質量流量計。 ７．測定精度および／または零点に対する熱の影響を補償するために、少なくと も１つの温度センサが設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載 の質量流量計。 ８．２つの発振器（２）が設けられており、両発振器（２）が前記コリオリ計測 管（１）もしくは前記肉厚管（４）の長手方向軸に対して対称的に配置されてい る、請求項１から７までのいずれか１項記載の質量流量計。 ９．前記発振器（２）が同じ位相で駆動される、請求項８記載の質量流量計。 １０．前記発振器（２）が反対の位相で駆動される、請求項８記載の質量流量計 。 １１．流動媒体中の波長の偶数倍または偶数分の１が、コリオリ計測管（１）の 内径もしくはコリオリ計測管（１）の反対側の内壁との距離に少なくともほぼ対 応するように、可聴周波数が制御または調節によって流動媒体に適合させられる 、請求項１から１０のいずれか１項記載の質量流量計。