JP2557098B2 - 対流慣性力流量計 - Google Patents

対流慣性力流量計

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明の流量計は、２つの端部で剛性のあるフレー
ムに固定されかつ、ループを含む流路を提供する導管を
具備しており、この導管の２つの半体が互いに離間しな
がらも重なり合っている。導管の重なり合ったセクショ
ンに配設され電磁バイブレータが、導管の２つの半体を
相対的に横方向に振動させ、導管の固定された２端部と
中央セクションに位置する節点だけが振幅ゼロであるよ
うに導管の全長にわたり振幅が変化する導管の曲げ振動
を生じさせる。導管中を流れる流体はこの導管の曲げ振
動の上記振幅変化により生ずる対流慣性力を発生し、こ
の対流慣性力の導管の長さ方向における分布はこの導管
の中央セクションに関して対称であり、そしてこの対流
慣性力は導管の中央セクションを中心とした対称モード
を有する導管の曲げ振動を発生し、この曲げ振動が電磁
バイブレータによって発生される導管の中央セクション
を中心とした非対称モードを有する導管の曲げ振動に重
畳される。導管を流れる流体の質量流量（mass flowrat
e）は、導管の曲げ振動の対称成分を測定することによ
って分る。この測定は、導管の２つの半体の間の曲げ振
動の位相角の差を測るか、もしくは導管中央セクション
における曲げ振動の振幅を測ることによって行われる。
本明細書に述べたのと同じ原理で働く質量流量計は、導
管の２つの半体を相対的に振動させる略Ｕ字形の導管を
具備しうる。この場合、導管の２つの半体の一方の一端
は、たわみ継手、または互いに相対的に振動する一対の
平行な導管を備えており、それらの一対の導管のそれぞ
れの一端はたわみ継手を有している。
この発明の優先権は、1987年７月27日出願された「対
流慣性力流量計」という名称の米国特許出願第07/07820
6号と1988年３月７日出願された「対流慣性力」という
名称の米国特許出願第07/164541号にもとづいている。
「コリオリの力流量計」という名称で知られている多
種多様の質量流量計が、工業用流量測定分野に登場して
おり、多くのユーザにより大歓迎されているが、この発
明者が見るところでは、これらの多くのものは、その作
動原理を深く、かつ正確に理解することなしに発明さ
れ、設計されており、その性能を支配する物理原理およ
び数学上の関係を十分に利用することができていない。
「コリオリの力流量計」に関する誤解の明白な例をあげ
ると、その名称がそもそも誤りである。流体の加速ない
しは減速は慣性または関係のある動的反力を生じ、加速
ないしは減速を起させている作用力に対抗する。流体の
動作についてのオイラーの説明によれば、動いている流
体が受ける加速は、局部加速と対流加速の２つの種類に
分類される。対流加速に関連する慣性力は「対流慣性
力」と呼ばれ、これは質量流フラックス密度×流速の勾
配に等しい。１つ以上の振動導管を使用するいずれの質
量流量計も、それが「コリオリの力流量計」と呼称され
るか否かに関係なく、対流慣性力の影響を測定して流体
の質量流量を決定する。
この発明の第１の目的は、最も簡単な形の振動導管を
使用し、それでいて対流慣性力の最も大きな効果を有す
る流量計を提供することである。したがって、この発明
の質量流量計は流量倍率が大きく、かつ高い感度を有す
る。
もう１つの目的は、略360゜のループを有し、両端が
剛性のあるフレームに固定された１本の導管を備えた質
量流量計を提供することである。この場合、導管の２つ
のセクションが導管の２つの固定された端部に隣接し、
導管のある部分にわたって互いに間隔をおいて重ね合っ
ている360゜のループを形成して互いに接続されてお
り、電磁バイブレータが導管の２つのセクションを相対
的に横方向に振動させる。質量流量は、導管の２つのセ
クションのそれぞれに設けられている２つのモーション
検知器によって測定される導管の２つのセクションの曲
げ振動の差によって決定される、あるいは導管の中部セ
クションに設けられたモーション検知器が測定する導管
の中央セクションと符号する節点における曲げ振動によ
って決定される。
もう１つの目的は、２つの異った方向へ曲っている２
つの360度ループを含み、２つの端部が剛性のあるフレ
ームに固定された単一の導管を有する質量流量計を提供
することである。この場合、導管の固定された端部にそ
れぞれ隣接し、２つの360゜ループによって互いに接続
されている２つの導管セクションは互いに重複し合い、
かつ導管の中央セクションを間隔をあけて挟んでおり、
またこれらの２つの導管セクションは電磁バイブレータ
によって相対的に横方向に振動を加えられる。質量流量
は、導管の２つのセクションの曲げ振動の差によって決
定される、あるいは導管を流れる流体がなく、曲げ振動
がない場合、導管の中央セクションと符号する節点にお
ける曲げ振動によって決定される。
さらにもう１つの目的は、２つの固定された端部にそ
れぞれ隣接し、導管のループ状になった部分によって互
いに接続されている導管の２つのセクションを含み、２
つの端部が剛性のあるフレームに固定された単一の導管
を有する質量流量計を提供することである。この場合、
２つのセクションは電磁バイブレータによって相対的に
横方向に振動を加えられる。質量流量は位相角の差とい
う形で測定される導管の２つのセクションの曲げ振動の
差によって決定される、あるいは導管を流れる流体がな
く曲げ振動がない場合、導管の中央セクションと符号す
る節点における曲げ振動によって決定される。
さらにもう１つの目的は、２つの固定された端部に互
いに隣接し、導管の360゜のループによって互いに接続
されている導管の２つのセクションを含み、２つの端部
が剛性のあるフレームに固定されている単一の導管を有
する質量流量計を提供することである。この場合、360
゜ループの一部と導管の２つのセクションのうち１つと
は、導管の２つの半体が間隔をあけて重なり合っている
個所を中心にして対称形であり、かつ上記360度ループ
の他の部分と導管の２つのセクションのうちの他のセク
ションは導管が重なり合っているセクションを中心にし
て対称形なしている。導管が重なり合ったセクションに
設けられた電磁バイブレータは、導管セクションの２つ
の組合せを相対的に振動させる。質量流量は導管セクシ
ョンの２つの組合せの１つに含まれる２つの導管セクシ
ョンの間にある導管セクションの曲げ振動の差によって
決定される。
もう１つの目的は、一直線上に設けられた入口脚と出
口脚が、２つの360゜ループと平行な面に略垂直な２つ
の反対の方向へ伸びている２つの360゜ループを有する
質量流量計を提供することである。入口脚と出口脚が伸
びているセクションと直径を介して反対側のセクション
に設けられた電磁バイブレータは、これら２つの360゜
ループを相互対に振動させる。質量流量は、入口脚と出
口脚が伸びるセクションと電磁バイブレータが設けられ
ているセクションとの中間の２つの直径方向に対向した
セクションにおいてそれぞれ測定される２つのセクショ
ン間の相対的曲げ振動の差で決定される。
また別の目的は、互いに平行に設けられ、互いに直列
に接続された一対の導管セクションを有する質量流量計
を提供することである。この場合、２つのセクションの
各一端にはたわみ継手が取付けられており、電磁バイブ
レータが２つの導管セクションを相対的に振動させる。
質量流量は、２つの導管セクションの間の曲げ振動の差
によって決定される。
さらにもう１つの目的は、平行に配置された共通の入
口脚と出口脚に接続された一対の平行導管を有する質量
流量計を提供することである。この場合、２つの導管に
属し、それらの両端にある２つの端部はたわみ継手を有
している。２つの平行な導管の組合せ体の中央セクショ
ンに設けられた電磁バイブレータは、導管に相対的な曲
げ振動を起させる。質量流量は、２つの平行な導管の組
合せ体の２つの半体の間の相対的な曲げ振動の差によっ
て決定される。
この発明の上記の目的およびその他の目的は、説明が
進むにつれて明らかになるであろう。この発明は下記の
図面を参照することによって明瞭にかつ詳細に説明でき
る。
第１図は、導管の単一の360゜ループ・セクションを
有する本発明の質量流量計の１実施例の斜視図である。
第２図は、導管の単一の360゜ループ・セクションを
有する本発明の質量流量計の別の実施例の斜視図であ
る。
第３図は、電磁バイブレータによって生じる一次曲げ
振動のモードと振動する導管を流れる流体の対流慣性力
によって生じる二次曲げ振動のモードとを示す。
第４図は、導管の単一の360゜ループ・セクションを
有する本発明の質量流量計のもう１つの実施例を示す。
第５図は、導管の単一の360゜ループ・セクションを
有する本発明の質量流量計のさらにもう１つの実施例を
示す。
第６図は、それぞれ２つの反対の方向へ曲る導管の２
つの360゜ループ・セクションを有する本発明の質量流
量計の実施例を示す。
第７図は、それぞれ２つの反対の方向へ曲る導管の２
つの360゜ループ・セクションを有する本発明の質量流
量計の別の実施例を示す。
第８図は、コイルばねのように構成された導管の２つ
の360゜ループ・セクションを有する本発明の質量流量
計のさらに別の実施例を示す。
第９図は、第２図に示した実施例と同様に構成された
導管の単一の360度ループ・セクションを有する本発明
の質量流量計の実施例を示す。
第10図は、それぞれ入口脚と出口脚まで延長している
２つの平行セクションを有する本発明の質量流量計の実
施例を示す。この場合、導管の２つの平行セクションは
導管のループ・セクションによって互いに直列に接続さ
れている。
第11図は、それぞれ入口脚と出口脚まで延長している
２つの平行セクションを有する本発明の質量流量計の別
の実施例を示す。この場合、導管の２つの平行セクショ
ンは導管のループ・セクションによって互いに直列に接
続されている。
第12図は、それぞれ入口脚と出口脚まで延長している
導管の２つのセクションを有する本発明の質量流量計の
実施例を示す。この場合、導管の２つのセクションは、
それぞれ入口脚と出口脚まで延長しており、互いに対称
形に配置された導管の２つのセクションを含む導管の36
0゜のループ・セクションによって互いに接続されてい
る。
第13図は、平行に並んだ共通の入口脚と出口脚に接続
された一対の平行導管を有する本発明の質量流量計の実
施例を示す。この場合、２つの平行な導管の１つの第１
の端部と２つの平行な導管の他方にある別の端部は共に
たわみ継手を有している。
第14図は、第13図に示した実施例と同様な構造を有す
る本発明の質量流量計の別の実施例を示す。
第15図は、第13図に示した実施例と同様に配置された
たわみ継手を含む２つの平行な導管を有する本発明の質
量流量計の別の実施例を示す。
第16図は、平行に並んで配置され、第１の末端で互い
に接続され、第２の末端でそれぞれたわみ継手によって
入口脚と出口脚に接続された導管の２つのセクションを
有する本発明の質量流量計の実施例を示す。
第17図は、それぞれ入口脚と出口脚から平行に延長し
ており、たわみ継手によって互いに接続されている導管
の２つのセクションを有する本発明の質量流量計の別の
実施例を示す。
第１図には、２つの端部２と３がそれぞれ入口脚４と
出口脚５に接続され、かつ剛性のあるフレーム６に固定
された単一の導管１を有する質量流量計の実施例の斜視
図が示されている。この導管は、オーバハングの取付け
方で固定された２と３からそれぞれ延長し、360゜ある
いはそれ以下のループ角のループ状セクション９によっ
て互いに接続された２つの略真直のセクション７、８を
有している。導管１の２つの固定された端部２と３の間
の中間平面に配設されたバイブレータ電源11によって付
勢された電磁バイブレータ10は、導管の２つの略真直の
セクションを相対的に振動させる。この曲げ振動は、振
動システムの共振周波数で振動する。それぞれ導管の略
真直セクション７と８に取付けられているモーション検
知器12と13と導管のループ・セクション９の中央セクシ
ョンに固定された第３のモーション検知器14によって導
管の曲げ振動が測定される。モーション検知器12、13、
14が発する信号は、電線によってフィルタ・アンプ15に
送られる。これらの信号は、フィルタ・アンプ15により
調整された後、これらの信号を分析し、質量流量に関す
る情報に変えるデータ・プロセッサ16に送られる。フィ
ルタ・アンプ15は、共振周波数の数値に関する情報をバ
イブレータ電源11へ送る。
第２図は、２つの端部18、19が剛性のあるフレーム20
に固定された単一の導管17を有する質量流量計の別の実
施例を示す。この導管は、それぞれ平行かつ突出したオ
ーバハング構造で導管の固定された端部18、19から延長
し、ループ角が360゜以上720゜以下の導管のループ・セ
クション23によって互いに接続された２つの略真直のセ
クション21を有している。導管の２つの略真直で平行な
セクション21、22の間の中間平面に配設された電磁バイ
ブレータ24は、それぞれ導管の２つの平行セクション2
1、22に接続された導管のループ・セクション23の２つ
の半体を、導管のループ・セクション23を含む平面に略
垂直な方向に相対的に振動させる。２つの略真直なセク
ション21、22と導管のループ・セクション23との間の２
つの結合点に設けられた２つのモーション検知器25、26
によって導管17の２つの半体の曲げ振動を測定する。導
管17の中央セクションに設けられたモーション検知器27
もまた、導管17の曲げ振動を測定する。第１、第２図に
示した実施例で使用したモーション検知器は位置、速度
もしくは加速度センサでよい。これらのセンサは誘導、
容量、ひずみもしくは応力センサを使用できる。
動く流体を含む導管の曲げ振動を決定する式は下記の
ように書くことができる。
EI∂4V/∂X4＋（ｍ＋ρUA）∂2V/∂t2 ＋ρUA∂2V/∂Ｘ∂ｔ＝０ （１） ただし、Ｖは導管の曲げ速度、Ｘは導管の中心軸に従
って指定された直線座標、ｔは時間、Ｅは導管壁の弾性
係数、Ｉは導管の断面の慣性モーメント、ｍは導管の線
形密度、ρは流体密度、Ｕは流体の対流速度、Ａは導管
流路の断面積がある。
この式（１）は、電磁バイブレータが振動力を発生す
るセクション以外のすべてのセクションに適用される。
単純化するため、端部ＡとＧは固定支持ではなく簡単に
支持されれていると仮定した場合の第１図または第２図
の実施例における導管の２つの略真直のセクションの曲
げ振動を説明する式（１）の解法を分析することは有益
である。このような解法は下記のように書くことができ
ることは容易にわかる。
V/V0＝sinhλ（X/L）sinωｔ±（ρUAωL2/4EIλ２）・ Xsinhλ（X/L）cosωｔ （２） ただし、V0は曲げ速度の最大振幅であり、座標Ｘは導
管の２つのセクションＡ−ＣとＧ−Ｅのそれぞれの固定
端から測定され、Ｌは導管セクションＡ−ＣまたはＧ−
Ｅの長さ、ωは曲げ振動の角周波数である。式（２）の
右辺の第２項の前のプラスまたはマイナスの符号はそれ
ぞれ導管セクションＡ−ＣとＧ−Ｅとに適用される。座
標Ｘの正方向は第１の導管セクションＡ−Ｃに対する流
れＵの方向と同じであり、第２の導管セクションＧ−Ｅ
に対してはこれらは反対方向であることを知ることは有
用である。パラメータλは特性方程式を満足させる。
（λ/L）４−ω２（ｍ＋ρUA）/EI＝０ （３） 第１図の２つのモーション検知器12、13または第２図
のモーション検知器25、26によってそれぞれ測定される
２つの曲げ振動の合計と差は下記の式で表わされる。
（ΣＶ）/V0＝2sinhλ（l/L）sinωｔ （４） ΔV/V0＝（ρUAωL2/2EIλ２）・ lsinhλ（l/L）cosωｔ （５） ただし、ｌはモーション検知器が置かれているセクシ
ョンのＸ座標値である。式（４）で与えられる２つのモ
ーション検知器の出力の合計は、静止流体を含む導管セ
クションの曲げ振動を表わし、式（５）によって与えら
れる２つのモーション検知器の出力の差は、質量流量
（ρUA）に比例する流体流の対流慣性力の影響を表わ
す。式（４）、（５）の差組合せから下記の関係が得ら
れる。
（ΣＶ）/V0−ΔV/V0＝sin（ωｔ−φ） （６） ただし、 φ＝tan-1［（ρUA）ωL2l/4EIλ２］ （７） 式（７）の右辺の［ ］内の項の大きさは一般に非常
に小さい。したがって、式（７）は下記の式で近似させ
ることができる。
φ（ρUA）ωL2l/4EIλ２ （８） 式（７）、（８）は導管内の質量流量（ρUA）が式
（６）によって定義される位相角によって決定できる。
質量流量計の実際の校正においては、質量流量（ρUA）
と位相角φの間の関係は経験的に決定されるべきであ
る。
第３図には導管の全長にわたる導管の変位の態様が示
されている。ただし、式（２）の右辺の第１項に相当す
るy0は、静止流体が入った導管の変位を示す。一方式
（２）の右辺の第２項に相当するy1は、導管内の移動す
る流体の対流慣性力によって生じる導管の追加の変位を
示す。電磁バイブレータによってのみ生じるy0が導管の
中央部分、即ち節セクションを中心にして非対称である
が、移動する対流慣性力によって生じるy1は中央部分、
即ち節セクションＤを中心にして対称であることを知る
ことは大事である。この発明の質量流量計に含まれる振
動導管は、第１の高調波ではなく第２の高調波の固有振
動数で自動的に振動する。この点が第１の高調波の固有
振動数を使用する既知のタイプの質量流量計と異る。一
般に、第２の高調波の固有振動数は第１の高調波の固有
振動数の２倍である。
式（７）、（８）によれば、質量流量計の感度は導管
が振動させられる固有振動数に正比例する。したがっ
て、この発明の質量流量計は従来のタイプの質量流量計
と比べると圧倒的に高い感度を有する。電磁バイブレー
タによってのみ生じるy0は導管の中央部分Ｄの節セクシ
ョンで消え、一方、移動する流体の対流慣性力によって
生じるy1は、節セクションＤにおいて最大になることが
わかる。したがって、節セクションＤの曲げ振動の振幅
が質量流量に比例するので、質量流量は第１図に示した
モーション検知器14または第２図に示したモーション検
知器27の出力の振幅によって決定することができる。質
量流量は、第１図に示した２つのモーション検知器12、
13と第２図に示した２つのモーション検知器25、26によ
ってそれぞれ測定される２つの曲げ振動の間の振幅の差
によって決定されることも指摘すべきであろう。さもな
ければ、質量流量は、３つの異ったモーション検知器1
2、13、14もしくは25、26、27の３つの異った出力のす
べてを組合せて決定することができる。
第４図は、第１図の実施例と略同じ構造を有し、同じ
原理で作動する質量流量計の別の実施例を示す。この実
施例では、導管の２つの略真直ぐのセクション28、29の
相対的曲り振動は、導管の２つの固定された端部の間の
中間平面の２つの反対側にそれぞれ配設された一対の電
磁バイブレータ30、31によって起される。導管２の２つ
の略真直ぐのセクション28、29の曲げ振動は、それぞれ
モーション検知器32、33によって測定される。一方、導
管の節セクション、即ち中央セクションの曲げ振動は、
モーション検知器34によって測定される。質量流量計の
この図およびこのあとの図では、モーション検知器から
延長している電線は図の簡略化のために省略されてい
る。
第５図は、１つの例外を除いて第１図で示した実施例
と基本的に同じ構造の質量流量計を示す。この１つの例
外とは、導管の２つの略真直ぐのセクション37、38の曲
げ振動の絶対速度を測定する加速度計タイプの一対のモ
ーション検知器35、36を有することである。第１図のモ
ーション検知器12、13と第２図のモーション検知器25、
26と第４図のモーション検知器32、33は、固定された端
部に対するあるいは導管のループ・セクションに対する
略真直ぐのセクションの曲げ振動の速度を測定する。導
管の節セクション、即ち中央セクションの曲げ振動は、
常に加速度計タイプのモーション検知器によって測定さ
れる。即ち、第１、第２図の実施例にそれぞれ使用され
ているモーション検知器14、27並びにモーション検知器
39の場合である。
第６図は、２つの端部41、42を剛性のあるフレーム43
に固定した単一の導管40を有する質量流量計の実施例で
ある。この導管は片持ち梁の取付法で２つの固定された
端部41、42からそれぞれ延長し、２つの反対の方向へ曲
るループ角が360゜以下の２つのループ・セクションを
持つ導管のループ・セクション46によって互いに接続さ
れている２つの略真直ぐなセクション44、45を有する。
導管のループ・セクション44の中央部部分は、導管の２
つの略真直ぐなセクション44、45の間の空間を通る。導
管の２つの固定された端41、42の間の中間平面に配設さ
れた電磁バイブレータ47は、導管の略真直ぐなセクショ
ン44、45を振動させる。一対のモーション検知器48、49
は、それぞれ２つの略真直ぐなセクション44、45の曲げ
振動を測定する。第９図に示した特殊な形状の導管を有
する質量流量計の別の実施例では、要素48、49はモーシ
ョン検知器ではなく一対の電磁バイブレータを使用して
よい。また要素47は、導管の節セクション、即ち中央セ
クションで導管の曲げ振動を測定するモーション検知器
でよい。第６図に示した実施例の２つのタイプは、第
１、第２、第３図に関して説明したのと同じ原理で作動
する。
第７図では、２つの端部51、52を剛性のあるフレーム
に固定した単一の導管50を有する質量流量計の実施例を
示す。この導管は、オーバハングの取付法でそれぞれ導
管の２つの端部51、52から延長し、それぞれ２つの反対
の方向へ曲る２つの360゜ループ・セクションを持つ導
管のループ・セクションによって互いに接続された略真
直ぐなセクション53、54を有する。２つの固定された端
部51、52の間の中間平面に配設された電磁バイブレータ
56は、導管の２つの略真直ぐなセクション53、54を相対
的に振動させる。一対のモーション検知器57、58は、そ
れぞれ導管50の２つの略真直ぐなセクション53、54の曲
げ振動を測定する。質量流量は、２つのモーション検知
器57、58によってそれぞれ測定される２つの曲げ振動の
差によって決定される。この差とは、位相角の差もしく
は振幅の差でよい。第１、第４、第５、第６図に示した
実施例に使用された導管の２つの略真直ぐなセクション
は、導管のループ・セクションに略垂直な面に配設され
ており、それらの相対的曲げ振動はその平面で起る。一
方、第７図に示した実施例における２つの略真直ぐなセ
クションは、導管のループ・セクションに略平行な平面
に配設され、その平面上で相対的に振動する。
第８図は、２つの端部60、61が互いに一直線に並び、
剛性のあるフレームに固定された単一の導管を有する質
量流量計の実施例を示す。この導管は、それぞれ２つの
コイルから一列に並んで延長している入口脚と出口脚6
0、61に略平行な軸に同軸に配設された２つの360゜ルー
プを有する。入口脚と出口脚60、61と直径を介して反対
側の位置に設けられた電磁バイブレータ64は、２つの36
0゜ループ・セクション62、63を相対的に振動させる。
入口脚と出口脚60、61と電磁バイブレータを含む平面に
略垂直な平面上の２つの直径を介して正反対の位置に設
けられた一対のモーション検知器65、66が２つの直径を
介して正反対の位置の、２つの360゜ループ・セクショ
ンの間の曲げ振動を測定する。導管59の節点、即ち中央
部分に設けられた第３のモーション検知器67は、節点に
おける導管の曲げ振動を測定する。第６図に示した質量
流量計は、第１、第２、第３図に関連して説明したのと
同じ原理で作動する。
第９図は、１つの例外を除いて第２図で示した実施例
と基本的に同じ構造を有し、同じ原理で作動する質量流
量計の実施例を示す。この実施例では、導管のそれぞれ
２つの略真直ぐで平行なセクション70、71の曲げ振動を
測定する一対のモーション検知器68、69と節セクション
の導管の曲げ振動を測定するモーション検知器72とは、
第２図で示した実施例で使用した誘導タイプや容量タイ
プのモーション検知器25、26とは異り、加速器タイプで
ある。
第10図は、２つの端部74、75を剛性のあるフレームに
固定した単一の導管を有する質量流量計の実施例を示
す。この導管は、オーバハングの取付け方で、それぞれ
導管の２つの固定された端部74、75から延長しており、
360゜のループ角を持つ導管ループ・セクションによっ
て互いに接続された２つの略真直ぐで、かつ平行なセク
ション76、77を有している。導管の２つの略真直ぐなセ
クション76、77のオーバハングした端部に設けられてい
る電磁バイブレータ79は、これらのセクションを振動さ
せる。一対のモーション検知器80、81は、それぞれ絶対
的な形で、あるいは第３のモーション検知器82が設けら
れている導管の交点、即ち中央部分に対する相対的な形
における２つの略真直ぐなセクション76、77の曲げ振動
を測定する。もちろん、モーション検知器82は、曲げ振
動の振幅が導管を通る流体の質量流量と比較する交点に
おける導管の曲げ振動を測定する。導管73の一対の略真
直ぐで、かつ平行なセクション76、77は、導管のループ
・セクション78に略垂直な平面上に設けられており、そ
の平面上で互いに相対的関係において振動させられる。
質量流量計のこの実施例は、第１、第２、第３図との関
係で説明したのと同じ原理によって作動する。
第11図は、それぞれ導管の２つの固定された端部から
延長しており、360゜に近いループ角を持つ導管のルー
プ・セクションによって互いに接続されている導管85の
２つの略真直ぐで、平行なセクション83、84を有する質
量流量計の別の実施例を示す。導管の２つの略真直ぐな
セクション83、84の端部に設けられた電磁バイブレータ
89は、これらのセクションを互いに相対的な関係で振動
させる。一対のモーション検知器90、91は、それぞれ絶
対的な形の、もしくは導管のループ・セクション88に対
する相対的な関係における略真直ぐなセクション83、84
の曲げ振動を測定する。質量流量計のこの実施例は、第
１、第２、第３に関連して説明したのと同じ原理で作動
する。
第12図は、２つの端部92、93を剛性のあるフレームに
固定した単一の導管を有する質量流量計の実施例を示
す。この導管は、それぞれオーバハングの取付方で導管
の２つの固定された端部から互いに相手方に向って延長
すると共に、導管のループ・セクション96によって互い
に接続されている２つの略真直ぐなセクション94、95を
有している。導管のループ・セクション２つの半体は、
その導管の２つの半体の間の重なる点を含む平面を中心
にしてそれぞれ導管の２つの略真直ぐなセクション94、
95に対して対称をなす２つの略真直ぐなセクション97、
98を有している。重なり点に設けられた電磁バイブレー
タ99は、導管の２つの半体を互いに相対的に振動させ
る。導管の４つの略真直ぐなセクション94、97、98、95
にそれぞれ取付けられている４つのモーション検知器10
1、102、103、104は、導管の４つの略真直ぐなセクショ
ンの曲げ振動を測定する。導管の中央部分に隣接する２
つの略真直ぐなセクション87、98のオーバハングした端
部は、剛性のあるフレーム104に固定されてよい。質量
流量は、いずれかの２つのモーション検知器、即ち、10
0と101、102と103、101と103または100と102等の組合せ
によってそれぞれ測定された２つの曲げ振動の間の差に
よって決定される。あるいはモーション検知器の二対以
上の組合せについての上記の差を平均することによって
決定される。
第13図は、平行接続によってそれぞれ入口脚と出口脚
107、108に接続された一対の平行導管を有する質量流量
計の実施例を示す。互いに反対側の端にある２つの導管
105、106の第１の端部109、110は剛性のあるフレーム11
1に固定される。一方、第２の端部112、113は、これら
の端部における２つの導管の曲げ変位を促進するループ
・セクション114、115を有している。２つの導管の中央
部分に設けた電磁バイブレータ116は２つの導管を相対
的に振動させる。２つの導管の中央部分を中心にして対
称的に配設された一対のモーション検知器117、118は、
それぞれ２つの平行な導管の２つの半体の間の相対的振
動を測定する。質量流量は、２つのモーション検知器11
7、118によってそれぞれ測定される相対的曲げ振動の間
の差によって決定される。その差は、曲げ振動の位相角
差もしくは振幅の差でよい。
第14図は、１つの例外を除いて第13図に示した実施例
と基本的には同じ構造を持ち、同じ原理で作動する質量
流量計の別の実施例を示す。その例外とは、第13図の実
施例におけるループ・セクション114、115に代えて２つ
の平行導管を含む平面に垂直な配設したＳ字形導管セク
ション119、120を有することである。Ｓ字形セクション
119、120の代りに、２つの平行導管を含む平面に対して
略垂直な平面に設けるＵ字形オーバハングセクションを
使用してもよい。
第15図は、１つの例外を除いて第13図に示した実施例
と基本的には同じ構造を持ち、同じ原理で作動する質量
流量計のさらに別の実施例を示す。その例外とは、第13
図の実施例のループ・セクション114、115に代えてベロ
ー継手またはたわみ継手120を使用していることであ
る。
第16図は、単一の導管123を有する質量流量計の実施
例を示す。この導管は、それぞれ平行なオーバハングの
取付け方により入口脚と出口脚126、127から延長してお
り、導管の曲ったセクションによって互いに接続された
２つの略真直ぐなセクション124、125を備えている。２
つの略真直ぐなセクション124、125は、それぞれベロー
継手またはたわみ継手129、130によって入口脚と出口脚
126、127に接続されている。入口脚と出口脚126、127に
接続された２つの略真直ぐなセクション124、125の端部
近くに設けられた電磁バイブレータ131は２つの略真直
ぐなセクション124、125を相対的に振動させる。２つの
略真直ぐなセクション124、125にそれぞれ設けられた一
対のモーション検知器132、133は、それぞれのセクショ
ンの曲げ振動を測定する。質量流量は、それぞれ２つの
モーション検知器132、133によって測定される２つの曲
げ振動間の差によって決定される。その差とは、曲げ振
動の位相差もしくは振幅の差でよい。
第17図は、２つの端部135、136が剛性を有するフレー
ムに固定された単一の導管を有する質量流量計の別の実
施例である。この導管は、それぞれ平行のオーバハング
の取付け方により導管の固定された端部135、136から延
長しつつ、中央部分でベロー継手またはたわみ継手140
を含む導管の曲ったセクション139により互いに接続さ
れた２つの略真直ぐなセクション137、138を備えてい
る。導管の曲ったセクション139の近くに設けられた電
磁バイブレータ141は、２つの略真直ぐなセクション13
7、138を相対的に振動させる。それぞれ２つの略真直ぐ
なセクション137、138に設けられた一対のモーション検
知器142、143は、それぞれこれらの真直ぐなセクション
の曲げ振動を測定する。質量流量計のこの実施例は、第
10、第11図、第16図に示した実施例と同じ原理で作動す
る。
節点のあるセクションにおける曲げ振動は、パイプラ
インの振動に関連するノズルによっても、振動する導管
を通る流体の対流慣性力によっても生じる。したがっ
て、電磁バイブレータを含む導管セクションにおける曲
げ振動に対する節点のあるセクションの曲げ振動の振幅
の比から質量流量を決定する場合、節点のあるセクショ
ンに設けたモーション検知器が検出した信号からノイズ
を差引く必要がある。ノイズは振動する導管の戦略化に
選択したセクションに設けた別のモーション検知器によ
って測定することができる。質量量を決定する場合、電
磁バイブレータを設けたセクションを中心とする両反対
側にそれぞれ設けた２つのモーション検知器によって測
定された２つの曲げ振動間の位相差を用いることが一般
的に望ましい。
この発明の原理は、示された実施例で既に明らかとな
った。この発明を実施する時の特殊な作業環境および運
転条件に特に適合させる構造、配置、割合、要素、材料
の多様な変形例を、発明の原理から逸脱することなく行
うことができることは、当業者には明白なことであろ
う。この発明を以上に示され、説明された特定の実施例
に限定することは望ましくない。したがって、すべての
適切な変形例および同等物は、以下に述べる特許請求の
範囲に定義した発明の範囲内で行うことができる。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ａ）支持構造によって２つの端部が固定さ
    れた導管であって、 前記２つの端部の一方から片持ち梁のようにオーバーハ
    ングした関係で延びる直線状の第１の端区間と、前記２
    つの端部の他方から片持ち梁のようにオーバーハングし
    た関係で延びる直線状の第２の端区間と、540度以下の
    ループ角度を持ち前記第１の端区間と前記第２の端区間
    とを結合するループ状中間区間とを備えており、 前記第１の端区間と前記ループ状中間区間の第１の半体
    とを含む前記導管の第１の半体の少なくとも一部分と、
    前記第２の端区間と前記ループ状中間区間の第２の半体
    とを含む前記導管の第２の半体の一部分とを、間に間隔
    をあけて互いに重なり合うようになし、 相対的な屈げ振動を抑制する関係で前記導管の前記第１
    の半体と前記導管の前記第２の半体とを接続する機械的
    結合が実質的にないようになれた導管と、 ｂ）前記導管の前記第１の半体と前記導管の前記第２の
    半体との重なり合った部分に振動力を加え、これら第１
    の半体と第２の半体との間に相対的な曲げ振動を派生さ
    せるための手段と、 ｃ）前記導管の前記第１の半体と前記導管の前記第２の
    半体との間の相対的な曲げ振動の差を、前記導管を移動
    する媒体の質量流量の測定値として測定するための手段
    と、 を具備することを特徴とする質量流量測定装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、前記導管の前記第１の半体と前記導管の前記第２の
    半体との間の相対的な曲げ振動の差から媒体の質量流量
    を決定するための手段を備えることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、相対的な曲げ振動の差を測定するための前記手段
    は、 前記導管の前記第１の半体に配置された第１のモーショ
    ン検知器と、 前記導管の前記第２の半体に配置された第２のモーショ
    ン検知器と、 を備えており、前記第１のモーション検知器は前記導管
    の前記第１の半体の曲げ振動を検知し、前記第２のモー
    ション検知器は前記導管の前記第２の半体の曲げ振動を
    検知することを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、相対的な曲げ振動の差を測定するための前記手段
    は、 対称面の片側に位置して前記導管の前記第１の半体と前
    記導管の前記第２の半体とにそれぞれ属する前記導管の
    ２つの区間の間の相対的な曲げ振動を検知する第１のモ
    ーション検知器と、 対称面の前記片側とは反対の側に位置して前記導管の前
    記第１の半体と前記導管の前記第２の半体とにそれぞれ
    属する前記導管の２つの区間の間の相対的な曲げ振動を
    検知する第２のモーション検知器と、 を備えており、前記対称面は前記導管の中央区間と垂直
    に交差して前記導管を前記第１の半体と前記第２の半体
    とに分割する面であることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、相対的な曲げ振動の差を測定するための前記手段
    は、前記導管の中央区間に配置されたモーション検知器
    を備えており、前記導管の曲げ振動は前記導管内の媒体
    が静止しているとき実質的にゼロになることを特徴とす
    る装置。
  6. 【請求項６】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、前記導管の前記第１の端区間と前記第２の端区間と
    は、それぞれ異なる方向へ延びており、前記導管の前記
    ループ状中間区間のループ角度はほぼ360度に等しいこ
    とを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、前記導管の前記第１の端区間と前記第２の端区間と
    は、前記導管の前記２つの端部からそれぞれ共通の方向
    へ延びており、前記導管の前記ループ状中間区間のルー
    プ角度はほぼ540度に等しいことを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】請求項１記載の質量流量測定装置であっ
    て、前記導管を前記第１の半体と前記第２の半体とに分
    割する前記導管の中央区間は、曲げ振動を経験できない
    ようになされていることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】請求項３記載の質量流量測定装置であっ
    て、前記導管内を移動する媒体の質量流量を、前記第１
    のモーション検知器と前記第２のモーション検知器とか
    ら発生された電気信号の間の位相角度差の関係として決
    定する質量流量決定手段を備えることを特徴とする装
    置。
  10. 【請求項１０】請求項４記載の質量流量測定装置であっ
    て、前記導管内を移動する媒体の質量流量を、前記第１
    のモーション検知器と前記第２のモーション検知器とか
    ら発生された電気信号の間の位相角度差の関数として決
    定する質量流量決定手段を備えることを特徴とする装
    置。
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