JP5840383B2 - コリオリ流量センサ - Google Patents

Description

本発明は、コリオリ管の両端が互いに隣り合うようにハウジングに配置された該コリオリ管を有する流量センサであって、上記両端が固定手段に固定されており、一方、これら両端の間である流管の部分がハウジングから自由度を有し、流量センサが該流管を励起軸まわりに振動させる励起手段を有していると共に作動中に流管の部分についての変位を検知する検知手段をも有しているコリオリ流量センサに関する。

ループ状のコリオリ管を有するこのような流量センサは、ＥＰ１７１９９８２Ａ１に開示されている。ここでは、種々の形式のループ状コリオリ管が掲げられており、単一ループ型、連続したダブルループ型の両方が示されている。本発明は、いずれの型にも関していて、ループの型には限定されない。

コリオリ流量センサ（あるいはコリオリ流量センサシステム）は少なくとも一つの振動する流管を有し、該流管は、しばしば、コリオリ管、流管、あるいは検知管と呼ばれている。この流管あるいはこれらの流管は両方の管端が測定装置のハウジングに取り付けられる。これらの管端は、同時に、測定されるべき液体あるいは気体の供給部そして排出部としても機能している。

流管（あるいはコリオリ管）に加え、コリオリ流量センサはさらに二つの副システム、すなわち、一つは励起、他は検出のためのシステムも有している。励起システムは流管に振動をもたらす。この目的のために、一つあるいは複数の力あるいはトルクが流管の部分に与えられる。検知システムは、通常、時間の関数として、流管の一点あるいは数点での変位を検知する。この変位に代えて、流管の周囲で該流管から受ける力（あるいはトルク）を測定してもよい。以下、変位の検出に関して説明される内容は力の検出に関しても適用できる。

同じ二つの配置代替案は励起そして検知に適用可能である。一つは、励起と検知をハウジングと流管との間で行うことである。他は、動いている流管の異なる点の間あるいは部分の間で、あるいは、測定装置が複数の流管を有しているときには、個々の流管の間で励起あるいは検知を行うことである。

小さな流量を測定する目的のコリオリ流量センサ（あるいは、以下、「（センサ）測定装置」とも「流量計」ともいう）の場合には、測定精度の向上のためそして、製造を容易とするために、流管全体が一つの面内に位置していることが望まれる。

励起手段により生じた流管の振動は、流管を流れる媒体の密度の関数で若干だけ変動するが、概ね一定している振動周波数となる。振動周波数は、大体いつも、流管の固有振動数であって、最小エネルギ入力のもとで最大振幅が得られる。

ＥＰ１７１９９８２Ａ１

本発明は、二つの振動の問題が、何ら追加的処置が講じられないときには、流管の振動の結果として生じてしまうという認識のもとになされてきた。

第一の問題は、二つの同様な測定装置が互いに近接して配置されそしてそれらの振動数がほぼ一致しているときに生ずる。一つの測定装置がハウジングや支持面を介して他の測定装置を、一般に、その固有振動数から若干外れた振動数で、そして自己の励起とは異なる位相で、励起してしまう。これは、実際の場合、例えば、混合プロセスにおいて、２台、３台あるいは２０台までの台数の流量計が互いに隣り合って配置されることがあり、現実の問題なのである。それ故に、測定結果が流量と係りなく或る周期をもって変動してしまうことがあるということも判った。

第二の問題は、自己の振動に対する鋭敏性である。コリオリ流量計が非剛体面に設置されたとき、例えば、薄い板、ダクト系に設置されたときには、上記非剛体面が流量計とともに振動し始める。自己の振動は、ゼロポイントでのシフトが見られる。センサの精度したがって測定の精度は、予期せぬ影響を受けてしまう。

本発明の目的は、コリオリ流量センサ、殊に、検知（そして励起）がハウジングに関して行われる形式のコリオリ流量センサの振動に対する鋭敏性を抑制することにある。特に、自己の振動あるいは隣接するセンサ装置の振動に対するセンサ装置の鋭敏性を抑制することを目的としている。

冒頭で述べた種々のコリオリ流量センサでのこのような課題は、本発明によって、管固定手段が、第一そして第二副固定手段を有し、第一副固定手段がバランス部材に接続され、流管の端部が第二副固定手段に接続され、該第一及び第二副固定手段が互いに可動に接続されており、バランス部材と流管との組立体が、ハウジングに対して弾性的に配置されており、励起手段が、第二副固定手段を第一副固定手段に対して励起軸まわりに、ピボット動を生じさせるようになっており、流管をバランス部材とは逆相で励起軸まわりに回転させるように配置されていることにより解決される。

かかる本発明による測定では、上述したコリオリ管の弾性的取付けが測定中のコリオリ流管からハウジングへの振動の伝達を抑制するとともに、弾性的取付けされた第一の測定装置が近傍に配置された第二の測定装置と干渉して影響を小さくする。これと同時に、外部の振動に対しても鋭敏性が抑制されて、その結果、弾性的取付けされたコリオリ流管を有する流量センサ単独で精度が向上する。しかしながら、励起に外部手段、例えばＥＰ１７１９９８２Ａ１に開示されているローレンツ励起手段が用いられているときには、この手段では、流管に交番電流が流れており、該流管がハウジングに取付けられた外部永久磁石ヨークによる磁界に配されているので、測定中にこの磁石ヨークを介して力がハウジングに作用してしまうことがある。

本発明によると、励起手段は「内部」に設けられ、管固定手段に直接あるいは間接に取り付けられていて、ハウジングには接続されていないので、上述のような問題は回避される。

好ましい形態では、二つの部分は、該二つの部分の間に配された第一と第二の圧電アクチュエータでの駆動により、互いに可動（ピボット動が可）となっている。さらに好ましい形態では、第一そして第二圧電アクチュエータは、逆相の対応正弦波信号によって制御されるようにトリガ装置に接続されている。

さらに他の形態では、バランス部材と流管との組立体は、流管が励起軸に対し少なくとも実質的に平行あるいは一致する回転軸まわりに回転できるように、弾性手段によってハウジングに懸架されている。

さらに好ましい形態では、流管の両端が管固定手段を越えて供給管部と排出管部につながっており、該供給管部と排出管部が供給ブロックと排出ブロックにそれぞれ取り付けられていて、上記供給ブロックと排出ブロックが単独で弾性手段を形成している。

この構成は、流管が比較的厚い場合に可能である。しかし、もし流管が比較的薄い場合には、好ましい形態として、弾性手段は、バランス部材あるいは管固定手段をハウジングに接続する、弾性材料から作られた弾性ヒンジによって形成されている。

好ましくは、バランス部材（そしてコリオリ管）の固有振動数は励起周波数よりも実質的に低いことである。これは、良好な振動絶縁をもたらす（振動が減衰して伝達される）。これを実現するには、バランス部材の上記回転軸に関して慣性質量がコリオリ管の慣性質量よりも十分に大きく（特に、何倍も大きく）なっているようにすることが好ましい。

流管の変位の検出は、流管とハウジングとの間あるいは流管の異なる部分同士間で行われるようにすることもできる。しかしながら、本発明の原理は、「弾性環境」内、すなわち流管と管固定手段との間で、流管の変位の検出と組み合わせた適用に特に好適である。これは、また外部振動に対する鋭敏性を抑制する。この目的のために、本発明のさらに好ましい形態では、検知手段は、流管の部分に隣接している管固定手段の二つの部分の少なくとも一方で、互いに隣接して配された少なくとも二つの光学検知器を有している。
本発明は、さらなる他の形態を提供し、その形態では、互いに弾性的に配された二つの部分をもつアクチュエータブロックを有し、上記二つの部分の間で単独のアクチュエータが上記両部分を相対的に移動させるように配され、二つの部分の一方がバランス部材に接続され、他方が管固定手段に接続されている。
単独のアクチュエータを用いることで、二つのアクチュエータの場合に生ずる駆動力の差を回避でき、その結果、流管を流れる媒体により生ずる流管の動きと誤認されるような流管の動きの擾乱が生ずるという好ましくない事態が回避される。

本発明によるコリオリ流管をもつコリオリ流量センサの第一実施形態を示す構成図である。 本発明によるコリオリ流管をもつコリオリ流量センサの第二実施形態を示す構成図である。 本発明によるコリオリ流管をもつコリオリ流量センサの第三実施形態を示す構成図である。 本発明によるコリオリ流管をもつコリオリ流量センサの第四実施形態を示す構成図である。 図１におけるコリオリ流管とその二つの圧電アクチュエータの取付けを詳細に示す図である。 本発明でのコリオリ流管を二つの圧電アクチュエータと共にその取付けの形態を示す図である。 本発明でのコリオリ流管を二つの圧電アクチュエータと共にその取付けの他の形態を示す図である。 コリオリ流量センサのコリオリ流管を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図５と図６で用いられた圧電アクチュエータを示す図である。 図９の圧電アクチュエータのトリガーのための回路である。 図３と図４のコリオリ流量センサに用いられる形式の弾性要素を示す図である。 調整可能な慣性質量をもつバランス部材を備えたコリオリ流管を示す図である。 単独圧電アクチュエータを備えたコリオリ流管をもつコリオリ流量センサの一形態を示す。 単独圧電アクチュエータを備えたコリオリ流管をもつコリオリ流量センサの他の形態を示す。 図１３の流量センサの一部を示す図である。 単独圧電アクチュエータを備えたコリオリ流管をもつコリオリ流量センサのさらに他の形態を示す。

以下、図面にもとづき各種の実施形態を説明する。各図において同一部位には同日符号を付してある。

図１は、実質的に閉経路（実質的に完全に巻回されている）をなす矩形状に曲げられたループ型コリオリ（あるいは検知）管２を有するコリオリ型の流量センサ１の実施形態を示している。ループ状の流管をなすコリオリ管（あるいは検知管あるいは、流管ともいう）２は、この実施形態では、一端（下端）で第一横管部２ｅに接続されそして他端（上端）で二つの第二横管部２ｃ，２ｄにそれぞれ接続されている平行な二つの側管部２ａ，２ｂを有している。上記第二横管部２ｃ，２ｄは、供給管部２ｆと排出管部２ｇにそれぞれ接続されている。供給管部２ｆと排出管部２ｇは、互いに近接していて、コリオリ管２の対称主軸に関して両側で対称に位置している。ループ状のコリオリ管２は供給管部２ｆと排出管部２ｇを一部材として一体に有していることが好ましい。上記供給管部２ｆと排出管部２ｇは、それぞれ、供給管３そして排出管４の一部をなしている。供給管３は流入管６にそして排出管４は流出管７に、供給排出ブロック５を介してそれぞれ接続されていて、該供給排出ブロック５はハウジングに接続され、あるいは該ハウジングの一部を形成している。この実施形態では、供給管部２ｆと排出管部２ｇは、コリオリ管２のループ内で延びていて、管固定手段としての第一固定ブロック１２と第二固定ブロック１３の二つの固定ブロックのうちの第二固定ブロック１３に取り付けられている。第一固定ブロック１２は中継部材１１を介してバランス部材８に接続されている。上記バランス部材８はブリッジ片９を有し、該ブリッジ片９はその端部にウェイト１０ａ，１０ｂが取り付けられている。要求される効果によって、上記中継部材は剛体（例えば、比較的厚く）あるいは可撓体（例えば、比較的薄く）とされる。ループ状のコリオリ管２、供給管部２ｆと排出管部２ｇ、そして供給管３と排出管４は、好ましくは、一部材としての管材から作られる。これは、例えば、外径が約０．７ｍｍそして管壁厚が０．１ｍｍのステンレス管とすることができる。

本発明は、例えば、外径が１ｍｍ弱から１．５ｍｍ位の小径管のものに好適のみならず、例えば１０ｍｍという大径のものにも適用できる。

本発明の重要な特徴は、コリオリ管とバランス部材との組立体がハウジングに対して弾性的に取り付けられているということである。こうすることの目的は、コリオリ管が励起されたときに、ハウジングへ伝達されるいかなる力をも可及的に弱くさせることにある。弾性は、図１に見られる構成のようにして、供給管３と排出管４自体で所望の弾性をもたらすようにすることで実現できる。これを達成するためには、流管は比較的厚い管壁のものを用いる。図１の構成では、供給管３と排出管４の基部を除いては、コリオリ管２とハウジングとの間に接続部が存在していない。

しかしながら、コリオリ管に交番電流が流れそしてこのコリオリ管が、ハウジングに取り付けられた外部永久磁石のヨークの磁場に配されることとする、例えばＥＰ１７１９９８２Ａ１に開示されているローレンツ励起を採用するならば、作動中に磁石ヨークを介してハウジングに力が伝達されることもあり得る。本発明では、励起手段が内蔵されるようにして、例えば直接的あるいは間接的に全面的に管固定手段に設けられているので、この問題はない。第一の実施形態では、この目的のために、管固定手段は、二つの部材として形成された第一固定ブロック１２と第二固定ブロック１３を有し、両者の間に圧電アクチュエータ１６，１７（以下、ピエゾとも言う）が取り付けられている。圧電アクチュエータ１６，１７はボルト１４，１５での固定により管固定手段の第一そして第二固定ブロック１２，１３の間でクランプされている。各ボルト１４，１５の頭部の底面には弾性手段、例えば一つもしくは複数の円錐状の皿ばね２８，２９が配されていて、該皿ばね２８，２９は圧電アクチュエータ１６，１７のクランプ構造に所定のバイアス力を加える。これらはすべて、図５に示されている。上記バイアス力は円錐状の皿ばねを完全に平らになるように最大に圧縮した位置から或る程度だけボルト１４，１５の締め回転を緩めるように戻すことによって調整できる。その結果、緩められたボルトの長さが上記皿ばねにストロークをもった動きを許容するようなる。皿ばねの剛性とストロークとの組み合わせにより、圧電アクチュエータ１６，１７のクランプに所定のバイアス力をもたらす。

管固定手段はその第一そして第二固定ブロック１２，１３のうちの一方たる第一固定ブロック１２が、例えば、フライス加工された部材（ダイキャストによっても得られる）によって形成される。これは、追加的な端部ウェイト１０ａ，１０ｂと一体となっているブリッジ片９がバランス部材８を形成している、フライス加工された部材あるいはダイキャスト部材として作られている。このフライス加工された部材の中継部材１１は細く形成されていて特定の周波数で捩り方向での可撓性を呈する。通常の作動中（コリオリ管の振動周波数で）そしてこのような細かい中継部材１１のもとでは、バランス部材８とコリオリ管のループ、すなわち２ａから２ｅまでの部分は、第一そして第二固定ブロック１２，１３が最適状態では実質的に静止しているように逆相で動き始める。中継部材１１と供給管部２ｆと排出管部２ｇは弾性要素として作動する。中継部材１１が剛体として形成されている場合には、バランス部材８、中継部材１１、第一そして第二固定ブロック１２，１３の全体がコリオリ管２のループ、すなわち部分２ａから２ｅまでの部分と逆相で動くようになり、このような動きの間、供給管部２ｆと排出管部２ｇだけが弾性要素として作動する。コリオリ管２は、管固定手段の第二固定ブロック１３にて、例えば鑞付け加工で形成された溝に取り付けられる。

図９と図１０に見られるように、圧電アクチュエータ１６，１７には接続ワイヤが設けられている。この圧電アクチュエータは、正あるいは負の電圧のもとで、クランプされている方向に伸縮する。正弦波の交番電圧が図１０のように与えられると、圧電アクチュエータはこの信号に追従して伸縮する。二つの圧電アクチュエータは逆相をなして並列で電気的に接続されている。結果として、一方の圧電アクチュエータは与えられた電圧で伸び、他方の圧電アクチュエータは同量だけ縮む。各圧電アクチュエータは、対応の皿ばねのバイアス力に抗しそして圧電アクチュエータにもとづく正味の変位をもたらす力を生ずるようになる。縮みにおいては、皿ばねは組立体をさらに圧縮する。圧電アクチュエータへの逆相の正弦波信号の印加は圧電アクチュエータとその構造を一緒に、往復捩り、すなわちピボット動させることとなる。

コリオリ管の振動は光学センサで測定される。追加のエレクトロニクスとファームウェアが測定された信号を処理し増幅し、コリオリ管２がその固有振動周波数で振動する。圧電アクチュエータへの典型的な電圧は約３０Ｖである。この固有振動周波数でのコリオリ管の振動は約２０００という高いＱ（クオリティ）ファクタなので、圧電アクチュエータ振幅の１／Ｑにもならない値である。振幅の残り分は共振の物理現象により生ずる。

ループ状のコリオリ管２をその対称主軸（回転の一次軸あるいは励起軸ともいう）まわりに振動させる励起手段は、図１の構成にて、二つの圧電アクチュエータ１６，１７を有している。図９に見られるように、圧電アクチュエータ１６，１７は環状体である。供給管部２ｆと排出管部２ｇの下端部の側方で対称に位置しているねじボルト１４，１５はこれらの環状体の圧電アクチュエータの開口を貫通する。これに代わる形態として図９に示されているように、圧電アクチュエータ２６，２７は矩形板をなしているようにしてもよい。これらは、皿ばね２８’，２９’と共に第一そして第二固定ブロック２２，２３にクランプ力をもたらすボルト２４，２５に対し外側の位置に配されている。図１は、さらに、供給排出ブロック５に固定、すなわち外部に固定されているプレート１８に取り付けられている（三つの）光学センサ２０のシステムをも示している。この光学センサのシステムは従来例として掲げたＥＰ１７１９９８２Ａ１に開示されているシステムに相当する。

図２は、さらに好ましい形態として、いわゆるボックス・イン・ボックス型をなしていて、比較的肉厚の供給管３そして排出管４を介してばね荷重を受けているが、この場合には、（三つの）光学センサ２０のシステムが第一固定ブロック１２の突出部１９に設けられている。この第一固定ブロック１２は、バランス部材８に接続され、あるいはその一部をなしている第一固定ブロックが副固定手段となっている。このシステムは、励起軸に対して互いに対称に配された二つの光学センサをもつコリオリ管２の第一横管部２ｅの近傍に位置している。第三の光学センサを補正の目的で用いてもよい。しかし、第二固定ブロック１３（コリオリ管が取り付けられている副固定手段）に光学センサ２０のシステムを取り付けるのが実用的である。これは、第一と第二固定ブロック１２，１３と間の相対的な動きがコリオリ管の共振によるコリオリ管の動きよりもきわめて小さいことに起因する。

図３は、本発明による流量センサの実施形態を示しており、ここでは、コリオリ管２とバランス部材８の組立体が、バランス部材８に取り付けられた弾性手段２１によって、ばね荷重を受けている。この弾性手段２１（その形から屋根型ばねとも呼ばれている）は、後に、図１１に示される。三つの光学センサのシステム２０はハウジングにではなく、管固定手段に取り付けられている。光学センサは、所望によって、（図１の構造のように）ハウジングに取り付けられてもよく、そうすることで、構造上は簡単になるが、原理的にはあまり好ましくない。

図４は本発明による流量センサの配置を示しており、コリオリ管２とバランス部材８との組立体の弾性が、管固定手段に取り付けられたばね手段２１’で得られている。この構造は図３における構造よりも良好な振動絶縁効果をもたらす。二つの圧電ディスクとして形成された圧電アクチュエータ１６，１７（この場合は環状形状）が、コリオリ管２’が取り付けられている第二固定ブロック１３とバランス部材８の突出部１９の端部との間に挿入されている。また、図示のように、上記突出部１９の端部には（三つの）光学センサ（Ｕ字状ブロック）のシステム２０も取り付けられている。圧電アクチュエータ１６，１７の接続ワイヤは、図を明瞭とするために、図示が省略されている。

図５は、固定用のボルト１４，１５まわりに配されたピエゾ励起のための二つの環状の圧電アクチュエータ１６，１７により励起される第一そして第二固定ブロック１２，１３の図１，２，３そして４における形態の詳細を示している。図では、二つの圧電アクチュエータ１６，１７の側面だけが見えている。

図６は、固定用のボルトの外側に配された二つの矩形の圧電アクチュエータ２６，２７によって励起する形態の詳細を示している。図では、二つの圧電アクチュエータの側面のみが見えている。

図７は、二つの圧電アクチュエータが一つの平面ではなく傾斜する二つの面に配置されている環状の圧電アクチュエータ３２，３３の形態の詳細を示している。ここでも、圧電アクチュエータは矩形のものでもよい。

図８は図５の形態に類似する形態を示しているが、ここでは、ねじ結合によって、圧電アクチュエータのための調整可能なバイアス力をもたらすばねが良く見えている。図８（Ｂ）は管固定手段の中心を通る面で断面されていて、図で明瞭に示されているように、上下逆向きに積置された円錐状の二つの皿ばね２８’，２９’がボルト２４，２５の頭部と第二固定ブロック２３との間に保持されている。この断面図では、ボルト２４，２５の外側位置で、第二固定ブロック２３とバランス部材の突出部の端部をなす第一固定ブロック２２との間の凹部に配された二つの圧電アクチュエータ２６，２７も示されている。この場合、第一固定ブロック２２は、ボルト２４，２５が貫通する内ねじ３４，３５を有する孔が形成されている。これに代わる形態としては、ボルトが下方からねじ込まれ、円錐状の皿ばねはそのままであるようにすることができる。また、混合型としては、第一そして第二固定ブロックの孔部には内ねじが形成されておらず、ボルトの両端にねじ部が形成されてナットが螺合され、円錐状の皿ばねの上のナットを回転させるようにすることもできる。

図９は圧電アクチュエータについて二つの異なる形状のものを拡大して示しており、一方は矩形（２６，２７）、そして他方は環状（１６，１７）をなしている。矩形状のものは小さいセンサに用いるのに好適であり、環状のものは大きいセンサに用いるのに好適である。

図１０は圧電アクチュエータ２６，２７の接続状況を示している。図において、装置３５は、出力信号の周波数と振幅の設定値を定めるフェイズロックドループを形成する。出力信号は増幅器３６で増幅される。増幅器３６は、圧電アクチュエータ２６と２７を制御する逆相の二つの信号を生ずる。

図３と図４に示された形態では、弾性手段２１，２１’が、いわゆる折畳み弾性ヒンジをなしており、一体的に当接するフランジ状弾性プレートとして形成されている。二つのこの形態では、三つの方向すべてで、二つの捩りばね要素と当接部が一部材をなすように作られていて、弾性材の曲折金属プレートをなしている。これは図１１に示されている。

図１１には、ばね鋼のような弾性材で作られた矩形プレート状の弾性手段２１，２１’が示されており、これは両側縁部をなす取付部８１（ベースプレート）とそれらの間の可動部８２（支持プレート）が、部分的に縦方向にそして部分的に横方向に延びる切込みを、縦軸に関して対称的に二箇所に形成することにより、設けられている。切り込みは、横部８８，８８’内で直線状に延びその両端で略半円弯曲線をなして延びている。プレートは縦方向に延びる一つの直状な折曲線８７で曲げられていると共に、その両側で該折曲線８７と平行な二つの他の直状な折曲線で逆方向に折り返されていて、この他の折曲線の外側に横部８８，８８’が、一つの平坦面上に位置するように折り返されている。互いに対向する二つの切込みの弯曲切込線部分同士間での最近接部領域が弾性ブリッジ８３，８３’を形成していると共に、さらに上記折曲線８７の両端寄り部分では取付部８１と可動部８２とを連結せしめている。これに代える構造は、一つではない面に横部を有し、あるいは折り返されていない横部を有していることとしてもよい。取付部（ベースプレート）は、これに代えて、一つでなく二つの線に沿って曲げられていてもよく、その結果、二つの折曲側部の間に一つの平面部が存在するようになる。例えば、取付部（ベースプレート）はその横部８８，８８’によってハウジングへ取り付けられる。各ブリッジを形成する各切込みの両端部は上述のように弯曲切込線を形成している。上記折曲線８７が延びる方向で、この弯曲切込線部分よりも外側の端部では、上述のごとく当接部として機能する。弯曲切込線の形状は、例えば、丸形、楕円形、あるいは長円としてもよい。このように、これら二つの弯曲切込線は一体の当接部としての弾性ヒンジを形成する。さらに、これは折曲されたヒンジであり、該ヒンジは、構造を一つの方向ではなく二つの方向（回転軸を決定する折曲線８７と交差する面に位置する方向）で堅牢とし、一体化された当接部が上記二つの方向で作動するということを達成する。このように形成された構造の回転軸はプレート８０の折曲線８７のほぼ両端に位置する。切込みにより形成されたスリット８９（４箇所）が取付部と可動部との間で可能とされる最大の動きの幅を決定する。相対動は符号８６で示される点で最大である。当接部は四つの点８６のそれぞれで、二つの方向に切込みが曲って戻るように形成されている。横部８８，８８’における孔部８４は、ボルトによって流量検出装置のハウジングへ取付部８１を取り付けるのに供する。ボルトによる取付けに代えて、例えば、点溶接としてもよい。また、バランス部材は十字で示される点８５でスポット溶接されることで可動部８２へ取り付けられる。図示された切込みを有する金属のプレート８０は、レーザでの切断あるいはエッチング、そして曲げ機あるいは他の曲げ工具で角度をもって十分に折曲されることができる。

図１２は、供給排出ブロック５へ弾性的に位置づけられたコリオリ管２を示している。コリオリ管２は第二固定ブロック１３を介して第一固定ブロック１２へ、そして中継部材１１を介してバランス部材３８へ取り付けられている。バランス部材３８は接続片あるいはブリッジ片３９を有し、該ブリッジ片３９はその両端にウェイト４０ａと４０ｂとが設けられている。コリオリ管２の固有振動周波数は媒体の密度に応じて定まる。発明者は、バランス部材の弾性要素とコリオリ管の弾性要素は、固有振動周波数が固定ブロックと可及的に等しくなるように、互いに調整されねばならないことを見い出した。これは、コリオリ管内のあらゆる媒体の密度に対して、ハウジングへ伝わる振動を最低レベルとするのに好ましいことである。バランス部材３８の慣性質量を、あるいはバランス部材が取り付けられている周囲の剛性を調整することで、バランス部材の固有振動周波数を適合させることができる。

図１２は、調整手段によって慣性質量を適合させている実施形態を示している。この場合、調整手段は、二つのねじスピンドルに接続された調整モータ４１である。調整モータ４１が駆動されると、両端のウェイト４０ａ，４０ｂはブリッジ片３９の中心線Ｈに対し対称的に移動する。二組の平行な板ばね４２ａ，４２ｂと４３ａ，４３ｂが、図示のごとく、両側に位置しており、一つの自由度をもって支持していると共に他の自由度でその移動のガイドも行っている。しかし、このガイドは、他の方法として、ボールあるいはプレーン軸受等によって行うこともできる。これに代えて、調整は、採用されている質量慣性で行うのではなく、バランス部材が取り付けられている周辺の剛性の調整で行うこととしてもよい。この剛性は、中継部材１１の剛性と、コリオリ管２とバランス部材（図３参照）に取り付けられた弾性手段（円錐状の皿ばね）により、ハウジングで懸架支持されているこのバランス部材との組立体における弾性手段の剛性の合計となる。

この場合における所望の調整を行う方法は、調整モータによって、中継部材あるいは円錐状の皿ばねにおいて弾性をもたらす可撓部の長さを変えることである。このような調整の可能性は、制御機構（図示せず）を必要とする。その形態は、種々考えられる。最も単純なのは、動き（変位センサや光センサで管固定手段の動き）を測定し、その動きをゼロとするように調整することである。これに代える方法としては、信号処理で得られた固有振動周波数を、補正を行うように前もって決定された関係と共に用いることである。

図１３は、コリオリ管４６を有する流量センサの概要形態を示す正面図である。この場合、コリオリ管４６は、流入端と流出端を有するダブルループの形をなしており、いわゆる、ボックス・イン・ボックスの形となっている点に特徴がある。この手段では、コリオリ管４６の懸架支持と弾性が、図１と図２に示されているような、専ら比較的厚い供給管４４と排出管４５とにより実現されており、一方、コリオリ管４６と管固定手段（ブロック）４７の変位はバランス部材４８に対して行われている。バランス部材４８は既出の形式のものであって、すなわち、両端にウェイトが設けられたブリッジ片を有しており、その一方が図１３に示されている。この場合、ブリッジ片は、二つのプレート材を有している。図１３の構成で、アクチュエータブロック５０（図１５に詳しく図示）の相互に弾性的に配された部分５０ａ，５０ｂに対して、互いに動きを生じさせる単一の圧電アクチュエータ４９によって、相応の変位がもたらされる。この圧電アクチュエータの動きの方向は、コリオリ管が動く方向に対して直角方向に選定される。単一の圧電アクチュエータ４９を用いると、二つの圧電アクチュエータを用いたときに生ずる駆動力の差を回避でき、その結果、コリオリ管を流れる媒体により生ずるコリオリ管の動きであると誤認させる可能性があるようなコリオリ管の動きを生じさせるディスターバンスをなくす。コリオリ管４６は二つの平行な管部、すなわち、外側管部と、二つの中央縦管部、すなわち対応する横管と接続する中央管部とを有する。

圧電アクチュエータ４９の圧電要素の変位は、アクチュエータブロック５０の部分５０ａ，５０ｂに相互の動きを生じさせ（しかし圧電駆動でなく、例えば、電磁駆動により、同じ効果をもって他の原理での駆動を行うことができる）。アクチュエータブロック５０の部分５０ａはバランス部材４８に、そして部分５０ｂは管固定ブロック４７を介してコリオリ管４６の二つの中央縦管部（中央管部に、それぞれ接続されている。アクチュエータブロック５０の部分５０ａ，５０ｂは弾性ヒンジ（図１５における符号５０ｃ）により接続されており、コリオリ管は、与えられた駆動力のもとで、バランス部材４８と共に逆相で励起軸Ｘまわりに回転するようになる。この目的は、測定装置の作用に重要であり、動作の間、アクチュエータブロックと管固定ブロックとの組立体全体が装置の外部に対して静止している。図１３は、コリオリ管内を流れる媒体によって生ずるコリオリ管の変位が検知されるようにアクチュエータブロック５０の部分５０ｂにセンサが接続されているフレーム５１を示している。図２の構成と比較すると、組立体全外が、供給管４４と排出管４５を介して接合ブロック５２に接続されている。

図１４は、図１３の流量センサを後方から見た斜視図である。ここでは、アクチュエータブロック５０の二つの部分５０ａ，５０ｂがどのようにして凹状ヒンジ５０ｃにより可撓性をもって接続されているかが判る。アクチュエータブロック５０の一方の部分５０ａは、コリオリ管４６の二つの中央縦管部（中央管部）に固定されている管固定ブロック４７に取り付けられている。アクチュエータブロック５０の他の部分５０ｂは、バランス部材４８に接続されている。二つの部分５０ａ，５０ｂが動くと、コリオリ管４６とバランス部材４８は、逆相で、互いに共通点に対し回転する。

図１５は図１３と図１４の形態で用いられている、互いに逆相でコリオリ管とバランス部材を回転させるアクチュエータブロック５０のさらに詳しい図である。二つのアクチュエータブロック５０の部分５０ａと５０ｂとが凹状ヒンジ５０ｃを介してどう接続されているかを、これらの二つのアクチュエータブロック５０の部分の両端の間に配されている圧電アクチュエータ４９と共に示している。フィラーブロック５３はアクチュエータブロック５０の部分５０ａ，５０ｂと圧電アクチュエータ４９との間のスペースを満たすように用いられている。好ましくは、図６に示された二つの圧電アクチュエータをもつ形態におけるバイアス力付与のための手段と原理的に同じ機能を有するバイアス力付与装置を、圧電アクチュエータ４９に隣接するアクチュエータブロック５０の部分５０ａ，５０ｂの両脚の間に設けられ、このようなバイアス力付与装置は圧電アクチュエータ４９の駆動方向に平行に延びる。センササポートフレーム５１がアクチュエータブロック５０の部分５０ｂに接続されている。

図１６は、図１３と図１４の流量センサ組立体を下側から見た斜視図である。ここでは、アクチュエータブロック５０の部分５０ａがどのように管固定ブロック４７に取り付けられているか、そして該管固定ブロック４７がどのようにコリオリ管４６の中央縦管部（中央管部）に取り付けられていることが判る。

結言として、本発明はコリオリ管の両端が互いに隣り合うようにハウジングに配置された該コリオリ管（流管）を有する流量センサに関し、上記両端が管固定手段に固定されており、一方、これら両端の間である流管の部分がハウジングから自由度を有し、流量センサが該流管を励起軸まわりに振動させる励起手段を有していると共に作動中に流管の部分についての変位を検知する検知手段をも有している。管固定手段はバランス部材に接続されていて、該バランス部材と流管との組立体はハウジングに対して弾性的に配置されており、励起手段は「内蔵」されていると共に管固定手段に直接あるいは間接的に接続されている。結果として、励起中、流管はバランス部材とは逆相で励起軸まわりに回転する。

１ 流量センサ
２ 流管（コリオリ管）
２ｆ 供給管部
２ｇ 排出管部
５ 供給排出ブロック
８ バランス部材
９ ブリッジ片
１０ａ，１０ｂ ウェイト
１１ 中継部材
１２，１３ 管固定手段（第一及び第二固定ブロック）
１６，１７ 励起手段（第一及び第二圧電アクチュエータ）
２０ 検知手段（光学センサ）
２１，２１’ 弾性手段（弾性ヒンジ）
２２，２３ 管固定手段（第一及び第二固定ブロック）
２６，２７ 励起手段（第一及び第二圧電アクチュエータ）
３８ バランス部材
３９ ブリッジ片
４０ａ，４０ｂ ウェイト
４１ 調整装置（調整モータ）
４６ 流管（コリオリ管）
４７ 管固定手段（管固定ブロック）
４８ バランス部材
４９ 励起手段（圧電アクチュエータ）
５０ アクチュエータブロック
５０ａ，５０ｂ 部分
８１ ベースプレート（取付部）
８２ 支持プレート（可動部）

Claims (14)

1. 流管の両端が互いに隣り合うようにハウジングに配置された該流管を有する流量センサであって、上記両端が管固定手段に固定されており、一方、これら両端の間である流管の部分がハウジングから自由度を有し、流量センサが該流管を励起軸まわりに振動させる励起手段を有していると共に作動中に流管の部分についての変位を検知する検知手段をも有しているコリオリ流量センサにおいて、管固定手段は、第一そして第二副固定手段を有し、第一副固定手段がバランス部材に接続され、流管の端部が第二副固定手段に接続され、該第一及び第二副固定手段が互いに可動に接続されており、バランス部材と流管との組立体は、ハウジングに対して弾性的に配置されており、励起手段は、第二副固定手段を第一副固定手段に対して励起軸まわりに、ピボット動を生じさせるようになっており、流管をバランス部材とは逆相で励起軸まわりに回転させるように配置されていることを特徴とするコリオリ流量センサ。
2. 励起手段は第一そして第二圧電アクチュエータを有し、該圧電アクチュエータは、第一そして第二副固定手段の互いの対向面の間における励起軸を通る面の両側に設けられていることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
3. 管固定手段は、第一そして第二副固定手段を、互いに若干の間隔をもって両者間に調整可能なバイアス力を維持することとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
4. 第一そして第二圧電アクチュエータは、逆相の対応正弦波信号によって制御されるようにトリガ装置に接続されていることとする請求項２に記載のコリオリ流量センサ。
5. バランス部材と管固定手段は可撓中継部材を介して互いに接続されていることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
6. バランス部材と流管との組立体は、流管が励起軸に対し少なくとも実質的に平行あるいは一致する回転軸まわりに回転できるように、弾性手段によってハウジングに懸架されていることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
7. 流管の両端が管固定手段を越えて供給管部と排出管部につながっており、該供給管部と排出管部が供給ブロックと排出ブロックにそれぞれ取り付けられていて、上記供給ブロックと排出ブロックが単独で弾性手段を形成していることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
8. 弾性手段は、バランス部材あるいは管固定手段をハウジングに接続する、弾性材料から作られた弾性ヒンジによって形成されていることとする請求項６に記載のコリオリ流量センサ。
9. 弾性ヒンジがハウジングに固定的に接続され中央切込みをもつ弾性材料のベースプレートを有していること、支持プレートと捩りばね手段が上記切込みで囲まれた領域内で延びそして上記ベースプレートに形成された切り込みによってベースプレートの材料で形成されていることとし、捩りばねが支持プレートとベースプレートとの間で単独接続を形成する細長ストリップの形状をなし、支持プレートが該細長ストリップによってベースプレートの上記領域部内で懸架されていることとする請求項８に記載のコリオリ流量センサ。
10. 検知手段は、流管の部分に隣接している二つの副固定手段の少なくとも一方で、互いに隣接して配された少なくとも二つの光学検知器を有していることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
11. バランス部材は、回転軸上に重心を有し該回転軸に対して直角な横方向に配されたブリッジ片を有しており、該ブリッジ片がその両端でそれぞれウェイトを支持していることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
12. 調整装置がブリッジ片に設けられていて、該ブリッジ片の両端のウェイトがバランス部材の中心線に対し対称的に移動可能となっていることとする請求項１１に記載のコリオリ流量センサ。
13. 互いに弾性的に配された二つの部分をもつアクチュエータブロックを有し、上記二つの部分の間で単独の圧電アクチュエータが上記両部分を相対的に移動させるように配され、二つの部分の一方がバランス部材に接続され、他方が管固定部材に接続されていることとする請求項１に記載のコリオリ流量センサ。
14. アクチュエータブロックの二つの部分が弾性ヒンジにより可撓性をもって接続されていることとする請求項１３に記載のコリオリ流量センサ。

Images