特許 6089113 横モードの剛性を決定することにより、振動計における流体チューブの断面領域の変化の検出

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6089113

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】横モードの剛性を決定することにより、振動計における流体チューブの断面領域の変化の検出

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/84 20060101AFI20170220BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/84

【請求項の数】19

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-545015(P2015-545015)

(86)(22)【出願日】2012年11月29日

(65)【公表番号】特表2015-535612(P2015-535612A)

(43)【公表日】2015年12月14日

(86)【国際出願番号】US2012067067

(87)【国際公開番号】WO2014084835

(87)【国際公開日】20140605

【審査請求日】2015年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】500205770

【氏名又は名称】マイクロ モーション インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アルベス， ゴルディーノ

(72)【発明者】

【氏名】ベル， マーク ジェイムズ

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５３６１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５０２０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０２０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６２７２４３８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平４−１９１６２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動計にて１以上の流体チューブの横モードの剛性を決定する方法であって、
ドライブモードの振動にて１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程と、
ドライブモードの振動への振動応答に基づいてドライブモードのセンサ信号を受信する工程と、
ドライブモードに大凡直交した横モードの振動にて少なくとも１つの流体チューブを振動させる横モードの駆動信号を生成する工程と、
横モードの振動への振動応答に基づいて横モードのセンサ信号を受信する工程と、
横モードのセンサ信号に基づいて横モードの剛性を決定する工程を備える工程とを備える方法。

【請求項2】

横モードの振動にて１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程は、１つ以上の横モードの周波数で少なくとも１つのチューブを振動させる工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

横モードの振動にて１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程は、横モードの振動にて、２つの流体チューブを互いに振動させる工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

横モードの振動にて１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程は、横モードの振動にて、流体チューブをケースに対して振動させる工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

横モードの剛性を決定する工程は、横モードのセンサ信号及びドライブモードのセンサ信号に基づく、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

更に、決定された横モードの剛性を予測された横モードの剛性と比較する工程を備えた、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

予測された横モードの剛性は、１以上の流体チューブ内にて測定された流体の密度に基づく、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

処理システム(303)を含む振動計(5)用のメータ電子機器(200)であって、該処理システムは、
ドライブモードの振動において、少なくとも１つの流体チューブ(103A,103B)を振動させるドライブモードの駆動信号(311)を生成し、
ドライブモードの振動への振動応答に基づいて、ドライブモードのセンサ信号(310)を受信し、
ドライブモードに大凡直交した横モードの振動にて少なくとも１つの流体チューブ(103A,103B)を振動させる横モードの駆動信号(316)を生成し、
横モードの振動への振動応答に基づいて横モードのセンサ信号(317)を受信し、
横モードのセンサ信号(317)に基づいて横モードの剛性(318)を決定するように構成されたメータ電子機器。

【請求項9】

前記処理システム(303)は、１つ以上の横モードの周波数で、１つ以上の横モードの駆動信号(316)を生成するように構成された、請求項８に記載のメータ電子機器(200)。

【請求項10】

前記処理システム(303)は、生成された横モードの駆動信号(316)を２つの流体チューブ(103A,103B)に印加し、横モードの振動にて、２つの流体チューブ(103A,103B)を互いに振動させるように構成された、請求項８に記載のメータ電子機器(200)。

【請求項11】

前記処理システム(303)は、生成された横モードの駆動信号(316)を流体チューブ(103A,103B)に印加し、横モードの振動にて、流体チューブ(103A,103B)をケース(500)に対して振動させるように構成された、請求項８に記載のメータ電子機器(200)。

【請求項12】

前記処理システム(303)は更に、横モードのセンサ信号(317)及びドライブモードのセンサ信号(310)に基づいて横モードの剛性を決定するように構成された、請求項８に記載のメータ電子機器(200)。

【請求項13】

前記処理システム(303)は更に、決定された横モードの剛性を予測された横モードの剛性と比較するように構成された、請求項８に記載のメータ電子機器(200)。

【請求項14】

前記予測された横モードの剛性は、１以上の流体チューブ内の測定された流体密度に基づく、請求項１３に記載のメータ電子機器(200)。

【請求項15】

センサアセンブリ(210)とメータ電子機器(200)を含む振動計(5)であって、
１以上の流体チューブ(103A,103B)と、
１以上の流体チューブ(103A,103B)に連結され、該１以上の流体チューブ(103A,103B)内でドライブモードの振動を誘発するように向けられた第１のドライバ(104)と、
１以上の流体チューブ(103A,103B)に連結され、該１以上の流体チューブ(103A,103B)内でドライブモードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフ(105, 105’)と、
１以上の流体チューブ(103A,103B)に連結され、ドライブモードに大凡直交した横モードの駆動信号を生成することによって、該１以上の流体チューブ(103A,103B)内で横モードの振動を誘発するように向けられた第２のドライバ(205)と、
１以上の流体チューブ(103A,103B)に連結され、該１以上の流体チューブ(103A,103B)内で横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフ(205)とを備えた振動計(5)。

【請求項16】

前記第２のドライバ(205)の第１の部分は、第１の流体チューブ(103A)に連結され、前記第２のドライバ(205)の第２の部分は、第２の流体チューブ(103B)に連結されている、請求項１５に記載の振動計(5)。

【請求項17】

横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフ(205)の第１の部分は、第１の流体チューブ(103A)に連結され、該ピックオフ(205)の第２の部分は、第２の流体チューブ(103B)に連結されている、請求項１６に記載の振動計(5)。

【請求項18】

前記第２のドライバ(205)の第１の部分は、第１の流体チューブ(103A)に連結され、前記第２のドライバ(205)の第２の部分は、ケース(500)に連結されている、請求項１５に記載の振動計(5)。

【請求項19】

横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフ(205)の第１の部分は、第１の流体チューブ(103A)に連結され、該ピックオフ(205)の第２の部分は、前記ケース(500)に連結されている、請求項１８に記載の振動計(5)。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

以下の実施形態は、振動計に関し、特に振動計における流体チューブの断面領域の変化の改善された検出に関する。

【背景技術】

【0002】

パイプラインを通って流れる材料の質量流量及び他の情報を測定するのに振動計を用いることが公知である。振動計の１つの特定のタイプは、1985年1月1日にJ.E.Smith他に発行された米国特許第4,491,025号及び1982年2月11日にJ.E.Smithに再交付された特許31,450号に開示されているように振動型コリオリ流量計である。これらの振動計は１以上の流体チューブを有する。コリオリ質量流量計における各流体チューブの構成は、一組の固有振動モードを有し、それらは単純曲げ、捩れ、半径方向又は結合タイプである。各流体チューブは、これらの固有モードの１つの振動数で振動するように駆動される。振動モードは一般に、含まれる流体チューブ及びその中に含まれる材料の質量、剛性及び減衰特性の組み合わせによって影響を受ける。従って、質量、剛性及び減衰は一般に、周知技術を用いて振動計の最初の較正時に決定される。材料は振動計の入口側に接続されたパイプラインから流量計に流れる。材料は１つ又は複数の流体チューブを通って向けられ、流量計を出て、外側に接続されたパイプラインへ流れる。

【0003】

ドライバは１以上の流体チューブに力を加える。この力によって１以上の流体チューブは振動する。流量計を通って流れる材料が無いときは、流体チューブに沿う全ての点は同じ位相にて振動する。流体チューブを通って材料が流れ始めると、コリオリ加速により流体チューブに沿う各点は、流体チューブに沿う他の点に対して異なる位相を有する。流体チューブの入口側の位相はドライバを遅らせ、一方、出口側の位相はドライバを先導する。センサが流体チューブ上の２つの異なる点に置かれて、２つの点における流体チューブの動作を表す正弦波信号を生成する。

【0004】

２つのセンサ信号間の時間差は、流体チューブを通って流れる材料の質量流量に比例する。材料の質量流量は時間差に流れ較正係数を乗じることによって決定され、流れ較正係数は、材料特性、チューブの幾何学形状、流体チューブの断面特性に依存する。流れ較正係数に影響を与える流体チューブの大きな特性の１つは、流体チューブの剛性である。流量計をパイプラインに取り付ける前に、流れ較正係数は較正プロセスにて決定される。較正プロセスにて、流体は所定の流速で流体チューブを通過して、時間差と流速の間の割合が演算される。当該技術分野で一般的に知られているように、流体チューブの剛性と減衰特性は較正プロセス時にまた決定される。

【0005】

コリオリ流量計の１つの利点は、測定された質量流量の正確さが、例えばギアの非摺動等である流量計の動く要素の摩耗によって影響を受けないことである。流速は流体チューブ上の２つの点間の時間差と流れ較正係数を乗じることによって決定される。唯一の入力は、流体チューブ上の２つの点の振動を示すセンサからの正弦波信号である。振動する流体チューブ内には動く要素はない。流れ較正係数は材料及び流体チューブの断面特性に比例する。従って、位相差及び流れ較正係数の測定は流量計内の動く要素の摩耗によって影響を受けない。
しかし、流体チューブの断面特性は振動計の使用中に変化することは問題である。材料及び流体チューブの断面特性の変化は、流体チューブを通って流れる材料による流体チューブの浸食、腐食及び被覆によって生じる。

【0006】

従来技術は、あるがままの状態で流体チューブの断面領域における変化を検出する方法を付与しようと試みたが、これらの試みは比較的制限される。例えば、本出願人に譲渡されたことが明白であると思われる米国特許第6,092,409号は、流体チューブの振動期間の変化に基づいて、流体チューブの断面領域の変化を検出するシステムを開示している。このアプローチに関する問題は、この方法は測定時に流体チューブ内を流れる既知の密度を要することである。流体チューブを通って流れる既知の流体無しでは、振動期間の変化は流体チューブの断面領域の変化、又は流体密度の変化による。従って、このアプローチは振動計を通って流れる流体が未知の又は変化する密度を有していれば、有用ではない。

【0007】

流体チューブの振動応答に基づいて、流体チューブの剛性を如何に決定するかを説明した数々の従来技術例もまた存在する。上記の如く、流体チューブの剛性は一般に初期の較正時に決定され、流量計の較正係数を正確に決定することが要求される。当該技術分野で周知であり、振動計の業界で広く用いられている初期の較正方法に加えて、他の従来技術の例は既存のドライバ及びピックオフ構成を用いて、あるがままの状態で流体チューブの剛性を決定することを試みた。例えば、本出願人に譲渡されたことが明白であると思われる米国特許第6,678,624号は、モーダル動的剛性マトリックスを決定し、続いて流体チューブの剛性を決定する方法を開示している。本出願人に譲渡されたことが明白であると思われる米国特許第7,716,995号は、２以上の振動応答を用いて１自由度の微分方程式を解いて、流体チューブの剛性、減衰及び質量特性、とりわけ振動計の特性を決定する他の従来技術のアプローチを開示している。995号特許で述べられたように、多くの基本的な説明にて、コリオリ振動計の振動は簡単なスプリング方程式(spring equation)を用いて特徴付けられる。

【数1】

ここで、
ｆは振動周波数、
ｍはアセンブリの質量、
τは振動の周期、
κはアセンブリの剛性である。
方程式(１)は、剛性κを解くために再構成され、アセンブリの質量は既存のドライバ及びピックオフアセンブリを用いて、容易に測定され得る。

【0008】

流体チューブの断面領域における変化を検出する他の従来技術の試みは、本出願人に譲渡されたことが明白であると思われる米国特許第7,865,318号に開示され、その全ての開示は参照を以て本願への記載加入とする。318号特許は、共振駆動周波数に基づいて流体チューブの剛性を測定する。318号特許は、流量計の振動応答は開ループの２次駆動モデルにて以下のように表される。

【数2】

ここで、
ｆはシステムに加えられる力、
χは流体チューブの物理的変位、

【数3】

は流体チューブの速度、

【数4】

は流体チューブの加速度、
Ｍはシステムの質量、
Ｃは減衰特性、
Ｋはシステムの剛性特性である。
318号特許は、いくつもの置換を実行し、結局は方程式(３)に達し(318号特許の方程式９)、概略は以下である。

【数5】

ここで、
ζは減衰特性、
Ｖは駆動電圧、
ＢＬ_ＰＯはピックオフ感度係数、
ＢＬ_ＤＲはドライバ感度係数、及び
Ｉは駆動電流である。

【0009】

ピックオフ感度係数及びドライバ感度係数は一般に既知であり、又はピックオフセンサ及びドライバの夫々について測定される。減衰特性は一般的に衰退の測定時に、流量計の振動応答を振動ターゲットにまで衰退させることにより決定される。従って、318号特許で説明されているように、剛性パラメータ(Ｋ)は減衰特性(ζ)：駆動電圧(Ｖ)及び駆動電流(Ｉ)を測定/定量化することで決定される。318号特許によって提案されたアプローチはドライブモードの剛性に変化が生じるときのような或る状況では満足な結果を付与するが、テストはチューブ曲げ部の外径にて浸食又は腐食が一般的に生じることにより、湾曲したチューブの断面領域の変化が、チューブ曲げ部から稍下流又はチューブ/マニホールド溶融結合で生じることを示している。上記のＭ、Ｃ、Ｋ及びζは、モードに依存しているが、現行の方法はドライブモードの共振周波数を測定し、ドライブモードにおけるＭ、Ｃ、Ｋ及びζを測定している。流体チューブの壁厚が変えられると、ドライブモードの剛性(Ｋ)が変わる。しかし、浸食は一般的に曲げ部における変化に帰結するから、これらの領域における変化は一般的に測定される曲げモードにしばしば殆ど影響を与えず、例えば318号特許に記載されているように、ドライブモードの共振周波数ω_０にて一般的な振動計にて振動する。曲げ部における変化を検出するために、曲げ部にて応力/緊張が生成される必要があり、これはドライブモードで流体チューブを駆動しているときには一般に生じない。従って、従来技術の流量計は現行のドライバ及びピックオフ構成を用いて流体チューブの断面領域における変化を一般に検出することはできない。

【0010】

実際、全ての振動計にとって、流体チューブの剛性及び減衰特性を決定することが求められることは理解されるべきである。従って、上記の特定の式が付与されても、下記の実施形態の範囲を少しも限定しない。当業者は、測定された振動応答に基づいて流体チューブの剛性を決定する代替の方程式及び方法を容易に認識するだろう。

【0011】

現在は不適切な剛性決定が利用されていることにより、当該技術分野にて材料及び/又は流体チューブの断面特性における可能性のある変化であって、振動計によって付与される測定が不正確であることを示す変化を検出するシステムに対するニーズがある。下記の実施形態はこれら及び他の問題を解決し、当該技術分野における進歩が達成される。下記の実施形態は、一般的なドライブモード(曲げ部)に加えて横モードにて振動され得る振動計を付与する。断面領域における変化が一般にチューブ曲げ部の外径で生じるので、断面領域における変化は、ドライブモードの剛性よりも更に大きな程度で、流体チューブの横モードの剛性に影響を与えるであろう。換言すれば、横モードの剛性における変化は、ドライブモードの振動周波数に重大な効果を有さないが、横モードの振動共振周波数をしばしば変化させる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施形態に従って、振動計における１以上の流体チューブの横モードの剛性を決定する方法が提供される。一実施形態に従って、方法はドライブモード振動にて１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程と、ドライブモードの振動への振動応答に基づいてドライブモードのセンサ信号を受信する工程を備える。
方法は更に、１以上の流体チューブの少なくとも１つを、ドライブモードに略直交した横モード振動で振動させる工程と、横モードの振動への振動応答に基づいて横モードのセンサ信号を受信する工程とを備える。一実施形態に従って、方法は更に、横モードのセンサ信号に基づいて、横モードの剛性を決定する工程を備える。

【0013】

処理システムを含む振動計用のメータ電子機器が、一実施形態に従って提供される。処理システムはドライブモードの駆動信号を生成して、ドライブモード振動にて少なくとも１つの流体チューブを振動させ、ドライブモード振動への振動応答に基づいてドライブモードのセンサ信号を受信するように構成されている。一実施形態に従って、処理システムは更に、横モードの駆動信号を生成して少なくとも１つの流体チューブを横モード振動で振動させるように構成され、横モードはドライブモードに略直交する。処理システムは更に、横モードの振動への振動応答に基づいて横モードのセンサ信号を受信し、該横モードのセンサ信号に基づいて横モードの剛性を決定するように構成されている。

【0014】

一実施形態に従って、センサアセンブリとメータ電子機器を含む振動計が提供される。振動計は１以上の流体チューブと、該１以上の流体チューブに連結されて該１以上の流体チューブ内にドライブモードの振動を誘発するように向けられる第１のドライバを含む。１以上のピックオフが１以上の流体チューブに連結されて、該１以上の流体チューブ内にてドライブモードの振動を感知するように向けられる。一実施形態に従って、第２のドライバが１以上の流体チューブに連結されて、１以上の流体チューブ内にて横モードの振動を誘発するように向けられる。一実施形態に従って、振動計は更に、１以上の流体チューブに連結されて該１以上の流体チューブ内にて横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフを含む。

【0015】

態様
一態様に従って、振動計内にて１以上の流体チューブの横モードの剛性を決定する方法は、
ドライブモードの振動にて、１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程と、
ドライブモード振動への振動応答に基づいてドライブモードのセンサ信号を受信する工程と、
ドライブモードに大凡直交した横モードの振動にて、１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程と、
横モードの振動への振動応答に基づいて横モードのセンサ信号を受信する工程と、
横モードのセンサ信号に基づいて、横モードの剛性を決定する工程を備える。

【0016】

横モードの振動にて、１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程は、１つの横モードの周波数以上の周波数で少なくとも１つの流体チューブを振動させる工程を備えるのが好ましい。
横モードの振動にて、１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程は、２つの流体チューブを横モードの振動にて互いに振動させる工程を備えるのが好ましい。
横モードの振動にて、１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる工程は、流体チューブを横モードの振動にてケースに対して振動させる工程を備えるのが好ましい。
横モードの剛性を決定する工程は、横モードのセンサ信号及びドライブモードのセンサ信号に基づくのが好ましい。
方法は更に、決定された横モードの剛性を、予測された横モードの剛性と比較する工程を備えるのが好ましい。
予測された横モードの剛性は、１以上の流体チューブ内にて測定された流体の密度に基づくのが好ましい。

【0017】

他の態様に従って、振動計用のメータ電子機器は、処理システムを含み、該処理システムは、
ドライブモードの振動にて、少なくとも１つの流体チューブを振動させるドライブモードの駆動信号を生成し、
ドライブモード振動への振動応答に基づいてドライブモードのセンサ信号を受信し、
ドライブモードに大凡直交した横モードの振動にて、１以上の流体チューブの少なくとも１つを振動させる横モードの駆動信号を生成し、
横モードの振動への振動応答に基づいて横モードのセンサ信号を受信し、
横モードのセンサ信号に基づいて、横モードの剛性を決定するように構成されている。

【0018】

処理システムは、１つの横モードの周波数以上である１以上の横モードの駆動信号を生成するように構成されるのが好ましい。
処理システムは、生成された横モードの駆動信号を２つの流体チューブに加え、２つの流体チューブを横モードの振動にて互いに振動させるように構成されるのが好ましい。
処理システムは、生成された横モードの駆動信号を流体チューブに加えて、流体チューブを横モードの振動にてケースに対して振動させるように構成されるのが好ましい。
処理システムは更に、横モードのセンサ信号及びドライブモードのセンサ信号に基づいて、横モードの剛性を決定するように構成されるのが好ましい。
処理システムは更に、決定された横モードの剛性を、予測された横モードの剛性と比較するように構成されるのが好ましい。
予測された横モードの剛性は、１以上の流体チューブ内にて測定された流体の密度に基づくのが好ましい。

【0019】

他の態様に従って、センサアセンブリとメータ電子機器を含む振動計は、
１以上の流体チューブと、
該１以上の流体チューブに連結されて該１以上の流体チューブ内にドライブモードの振動を誘発するように向けられる第１のドライバと、
１以上の流体チューブに連結されて、該１以上の流体チューブ内にてドライブモードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフと、
１以上の流体チューブに連結されて、１以上の流体チューブ内にて横モードの振動を誘発するように向けられた第２のドライバと、
１以上の流体チューブに連結されて該１以上の流体チューブ内にて横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフを備えている。

【0020】

第２のドライバの第１の部分は第１の流体チューブに連結され、第２のドライバの第２の部分は第２の流体チューブに連結されているのが好ましい。
横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフの第１の部分は、第１の流体チューブに連結され、第２の部分は第２の流体チューブに連結されているのが好ましい。
第２のドライバの第１の部分は第１の流体チューブに連結され、第２のドライバの第２の部分はケースに連結されているのが好ましい。
横モードの振動を感知するように向けられた１以上のピックオフの第１の部分は、第１の流体チューブに連結され、第２の部分はケースに連結されているのが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、従来技術の振動計を示す。

【図2】図２は、一実施形態に従った振動計を示す。

【図3】図３は、一実施形態に従ったメータ電子機器を示す。

【図4】図４は、一実施形態に従った横モード剛性決定ルーチンを示す。

【図5】図５は、他の実施形態に従った振動計を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１−図５及び以下の記述は特定の例を記載して、振動計の実施形態の最良のモードを作り使用する方法を当業者に開示する。進歩性を有する原理を開示する目的で、いくつかの従来の態様は単純化されたか省略された。
当業者は、これらの例示から現在の記述の範囲以内にある変形例を理解するだろう。当業者は、下記に述べられた特徴が種々の方法で組み合わされて、振動計の多数の変形例を形成することを理解するだろう。その結果、下記に述べられた実施形態は、下記に述べられた特定の例にではなく特許請求の範囲とそれらの等価物によってのみ限定される。

【0023】

図1は、センサアセンブリ10と１以上のメータ電子機器20を備える形式の従来技術の振動計5を示す。振動計5は、コリオリ流量計、振動型容積測定流量計、振動型デンシトメータを含む。メータ電子機器20は、リード100を介してセンサアセンブリ10に接続されて、例えば流体密度、質量流量、体積流量、総合化流量、温度及び経路26を介した他の情報のような物質の特性を測定する。
本例のセンサアセンブリ10は、一対のフランジ101、101’、マニホールド102、102’、ドライバ104、ピックオフ105、105’及び流体チューブ103A、103Bを含む。従来技術において公知の如く、ドライバ104及びピックオフ105、105’は、流体チューブ103A、103Bに連結される。使用時に、フランジ101、101’は、流体を搬送するパイプライン(図示せず)に連結される。

【0024】

ここで記載される原理が、コリオリ流量計の測定能力を欠く振動計を含むあるゆるタイプの振動計に関連して用いることは本実施形態の範囲内であることは当業者によって理解されるべきである。そのようなデバイスの例は、振動型デンシトメータ、体積流量計を含む。
本実施形態のフランジ101、101’は、マニホールド102、102’に連結される。本実施形態のマニホールド102、102’は、流体チューブ103A、103Bの両端部に取り付けられる(affixed)。更にブレースバー120-123が、流体チューブ103A、103Bに連結されて、流体チューブ103A、103Bの曲げ軸W-W’を規定する。センサアセンブリ10が物質を搬送するパイプラインシステム(図示せず)に挿入されるとき、物質はフランジ101を通ってセンサアセンブリ10に入り、物質の総量が流体チューブ103A、103Bに入るように向けられる入口マニホールド102を通り、流体チューブ103A、103Bを通って流れ、出口マニホールド102’に戻って、物質はフランジ101’は通ってセンサアセンブリ10を出る。

【0025】

当該技術分野で知られているように、ドライバ104はドライブモードにて大体ｘ軸の回りにｚ方向に流体チューブ103A、103Bを振動させる。従って、ドライブモードは流体チューブの長軸に略直交した方向に流体チューブ103A、103Bを振動させる。流体チューブ103A、103Bがｘ軸の回りに振動されるから、流れる流体は２つの流体チューブ103A、103Bにコリオリ偏位を誘発させ、第１と第２のピックオフ105、105’の間の位相差として測定される。ピックオフ105、105’間の位相差は、流れ較正係数と乗算されて質量流量を演算する。上記の如く、流体チューブ103A、103Bの断面領域における変化は、流れ較正係数を変えることが出来る流体チューブ103A、103Bの剛性に影響を与える。

【0026】

上記の如く、流体チューブ103A、103Bの断面領域における変化は一般的に、湾曲した流体チューブ103A、103Bの外側曲げ部にて生じる。外側曲げ部は、夫々第１の流体チューブ103A及び第２の流体チューブ103Bについて指定された「A」及び「B」を用いて、符号130、131、132及び133にて概説される。流体チューブ103A、103Bのこれらの部分における変化は、一般にドライブモードの(曲げ)剛性に影響を与えない。従って、ドライブモードの振動周波数は、流体チューブ103A、103Bにて断面領域の変化が開始する時、例えば流体チューブ103A、103Bにて最初に減退(erosion)が生じるときには変化しない。従って、流体チューブ103A、103Bは問題が検知される前に、危険レベルにまで浸食され又は腐食される。

【0027】

図２は、一実施形態に従った振動計50を示す。振動計50は、センサアセンブリ210とメータ電子機器200を備える。振動計50は図１に示す振動計5と同様であり、図１と同じ要素は同じ符号を共有する。振動計5の要素に加えて、振動計50は第２のドライバ204と第３のピックオフ205を備えている。第２のドライバ204はリード214を介してメータ電子機器200に電気的に連結され、一方、第３のピックオフ205はリード215を介してメータ電子機器200に電気的に連結される。

【0028】

ピックオフ205は第３のピックオフを構成するものとして記載されていることは理解されるべきである、何故なら２つのピックオフ105、105’は図１に示されているからである。しかし、ドライブモードの振動を感知するのに１つだけのピックオフが使用される実施形態において、ピックオフ205は第２のピックオフを構成する。これは例えば、振動計50が振動型デンシトメータの場合である。従って、特定数のピックオフは本実施形態の範囲を全く限定しない。理解されるように、第２のドライバ204及び第３のピックオフ205は、第１のドライバ104及び第１及び第２のピックオフ105、105’について用いられるのと同様のコイル/マグネットの組み合わせを備える。しかし、第２のドライバ204はｘ軸回りの流体チューブ103A、103Bの動作を駆動し感知するのではなく、第２のドライバ204は駆動動作に直交する方向であって流体流れに平行な方向、即ちｚ軸回りに流体チューブ103A、103Bを振動させるように向けられ、第３のピックオフ205は、駆動動作に直交する方向における流体チューブ103A、103Bの動作を感知するように向けられる。
従って、実施形態に従って、第２のドライバ204は横モードの振動周波数を誘発し、第３のピックオフ205は横モードの振動周波数を感知する。理解されるように、従来技術の振動計は上記の如く、ドライブモードの剛性を決定することが出来たが、ドライバ204及びピックオフ205によって、本実施形態のメータ電子機器20は流体チューブ103A、103Bの横モードの剛性を決定することが出来る。多くの状況において、横モードの剛性における変化は、ドライブモードの剛性における変化がそのような変化を示す前に、浸食、腐食又は被覆故に流体チューブの断面領域における変化を示す。従って、第３のピックオフからの振動応答に基づいて横モードの剛性を決定することは、曲げモードの剛性内の変化を検出することに依存していた従来技術の方法に対して、センサアセンブリに関する問題を検出するのに有利である。

【0029】

図２に示された実施形態に従って、第２のドライバ204は横モードにて、流体チューブ103A、103Bを互いに振動させるように位置する。換言すれば、第２のドライバ204の第１の部分は第１の流体チューブ103Aに連結され、一方、第２のドライバ204の第２の部分は第２の流体チューブ103Bに連結されている。例として、第２のドライバ204が従来のコール/マグネット結合を備えていれば、コイルは第１の流体チューブ103Aに連結され、マグネットは第２の流体チューブ103Bに連結され得る。従って、流体チューブ103A、103Bははさみのような動作にて振動する。同様に、ピックオフ205の第１の部分は、第１の流体チューブ103Aに連結され、一方、ピックオフ205の第２の部分は第２の流体チューブ103Bに連結される。ドライバ204の例を用いて、ピックオフ205のコイルは第１の流体チューブ103Aに連結され、マグネットは第２の流体チューブ103Bに連結され得る。従って、第３のピックオフ205は、第２のドライバ204によって励起させられた横モードの振動を感知するように向けられる。

【0030】

図３は、本発明の一実施形態に従ったメータ電子機器200を示す。メータ電子機器200はインターフェイス301と処理システム303を含む。処理システム303は格納システム304を含む。格納システム304は示されるように内部メモリを含み、又はこれに代えて外部メモリを備える。メータ電子機器200の処理システム303は、ドライブモードの駆動信号を生成し、センサアセンブリ210の第１のドライバ104にドライブモードの駆動信号311を供給する。メータ電子機器200の処理システム303はまた、センサアセンブリ210からドライブモードのセンサ信号310の形式の振動応答を受け取る。特に、ドライブモードのセンサ信号310は、第１及び第２のピックオフ105、105’から受け取られる。メータ電子機器200の処理システム303は、ドライブモードのセンサ信号310を処理して、導管201を通って流れる材料の密度312、体積流量314及び質量流量315を得る。当業者が容易に理解するように、ドライブモードのセンサ信号310は、他の流体特性を決定するのに用いられ、付与される特定の例は本実施形態の範囲を全く限定しない。

【0031】

一実施形態に従って、メータ電子機器200はまた、横モードの駆動信号316を生成し、該横モードの駆動信号316を第２のドライバ204に供給する。メータ電子機器200は、第３のピックオフセンサ205から横モードのセンサ信号317の形式で第２の振動応答を受信することが出来る。メータ電子機器の処理システム303は、横モードのセンサ信号317を処理して、流体チューブ103A、103Bの横モードの剛性318を決定する。メータ電子機器200の処理システム303は、上記の方程式の１つを用いて、又は他の周知の技術を用いて、横モードの剛性318を決定する。メータ電子機器200は、最初の較正ルーチン中に曲げモード剛性が如何に一般的に決定されるかと略同様の方法で、横モードの剛性318を決定することは理解されるべきである。しかし、最初の較正ルーチン中に用いられる共振駆動周波数を用いるのではなく、１以上の横モードの振動周波数が代わりに用いられる。

【0032】

理解されるように、インターフェイス301はフォーマット、増幅、バッファリング等のようなあらゆる必要な又は信号条件付けを実行する。或いは、幾つか又は全ての信号条件付けは、処理システム303内にて実行される。更に、インターフェイス301はメータ電子機器200とリモート処理システム(図示せず)間の通信を可能にする。インターフェイス301は電子的、工学的又は無線通信の方法であり得る。
一実施形態のインターフェイス301は、デジタイザ(図示せず)を含み、センサ信号310、317はアナログセンサ信号を含む。デジタイザはアナログセンサ信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタルセンサ信号を生成する。デジタイザはまた必要な縮小化(decimation)を実行し、デジタルセンサ信号は縮小化されて、必要な信号処理の量を減じ、処理時間を減じる。

【0033】

処理システム303は、メータ電子機器200の動作を導くことが出来る。処理システム303は、横モードの剛性決定ルーチン313のような１以上の処理ルーチンを実行するのに必要なデータ処理を実行することが出来る。横モードの剛性決定ルーチン313は、生成された密度312及び質量流量315とともに上記の方程式を用いて、横モードの剛性318を生成することが出来る。理解されるように、横モードの駆動信号316の共振周波数はシステムの質量に依存し、該システムの質量は流体チューブ103A、103B内の流体の密度/質量に依存する。従って、横モードの剛性を正確に決定すべく、システムの質量が要求される。幾つかの実施形態において、決定された横モードの剛性318は、予測された横モードの剛性と比較される。予測された横モードの剛性は、流体チューブ103A、103B内の流体の測定された密度に基づく。最初の較正ルーチン中に、テーブル、グラフ等が、種々の流体密度にて得られた種々の横モードの共振周波数を用いて生成される。従って、横モードの駆動信号316の共振周波数の変化は、横モードの剛性318の変化に帰するのではなく、流体の密度の変化について補償される。
メータ電子機器200は当該技術分野で一般的に公知である他の種々の要素及び機能を含み得る。これらの追加の特徴は簡潔さの目的から記載及び図面から省略されている。従って、本発明は示され述べられた特定の実施形態に限定されるべきではない。

【0034】

図４は、一実施形態に従った横モードの剛性の決定ルーチン313を示す。実施形態に従って、横モードの剛性の決定ルーチン313は例えば、メータ電子機器200によって実行される。一実施形態に従って、横モードの剛性の決定ルーチン313は振動計50の通常動作時に実行される。横モードの剛性の決定ルーチン313は、略連続的に実行されるが、他の実施形態ではルーチン313は規則的な間隔にて又はユーザがルーチン313を開始するときに実行される。通常動作を妨害する振動計のチューブ103A、103Bの断面特性の変化を決定する従来技術の方法と異なり、横モードの剛性の決定ルーチン313は、通常の測定が行われつつ、実行され得ることは理解されるべきである。
一実施形態に従って、横モードの剛性の決定ルーチン313は、ステップ401にて開始し、１以上の流体チューブ103A、103Bは駆動モードで振動される。一実施形態に従って、１以上の流体チューブ103A、103Bは例えば第１のドライバ104を用いてドライブモードで振動され得る。

【0035】

一実施形態に従って、横モードの剛性の決定ルーチン313はステップ402に進み、ドライブモードのセンサ信号311が受信される。上記で説明したように、ドライブモードのセンサ信号311は例えば第１及び第２のピックオフ105、105’から受信される。理解されるように、ステップ401、402は本実施形態に独特のものではなく、これらのステップは振動計の通常動作時に採られる。
しかし、ステップ403にて１以上の流体チューブ103A、103Bは、横モードにて振動される。一実施形態に従って、１以上の流体チューブ103A、103Bは、例えば第２のドライバ204を用いて横モードで振動され得る。一実施形態に従って、ステップ403はステップ401の後で実行される。代替の実施形態において、ステップ403はステップ401とほぼ同時に実行され得る。従って、１以上の流体チューブ103A、103Bは、ドライブモードと横モードにて略同時に振動され得る。１以上の流体チューブ103A、103Bは、１以上の横モードの振動周波数にて振動される。従って、本実施形態は１つの横モードの振動周波数に限定されるべきではない。

【0036】

一実施形態に従って、ステップ404にて、横モードのセンサ信号317が受信され得る。横モードのセンサ信号317が第３のピックオフセンサ205から受信され、該第３のピックオフセンサ205は上記の如く、１以上の流体チューブ103A、103Bの横モードの振動を感知するように向けられている。
横モードの剛性の決定ルーチン313は、ステップ405に進められ、横モードの剛性は横モードのセンサ信号に基づいて決定される。上記の如く、より正確な測定のために、システムの質量、即ち流体密度の測定が横モードの剛性を決定するのに要求される。従って、ドライブモードのセンサ信号311は、システムの質量を正確に決定するのに一般に要求される。従って、幾つかの実施形態において、横モードの剛性はドライブモードのセンサ信号310及び横モードのセンサ信号317に基づいて決定される。ドライブモードのセンサ信号310が無ければ、１以上の流体チューブ103A、103B内の流体の密度は、仮定される必要があり、又は代替的に横モードの駆動信号316が１以上の周波数で振動される。１以上の周波数で振動されることにより、上記の’995特許でより詳細に説明されているように、質量、剛性及び減衰が決定されることができる。

【0037】

幾つかの実施形態において、１以上の流体チューブ103A、103Bの横モードの剛性が決定されると、決定された横モードの剛性は、予測された横モードの剛性と比較され得る。予測された横モードの剛性は、例えば以前に決定された値に基づく。以前に決定された値は、上記の如く、以前に生成されたグラフ又はテーブルから得られる。一実施形態に従って、決定された横モードの剛性と予測された横モードの剛性との差が閾値を超えれば、ユーザ又は作業者は問題が存在することを警告される。
他の実施形態に従って、横モードの剛性は、横モードの剛性の決定ルーチン313を用いて以前に決定された剛性と比較され得る。例えば、横モードの剛性がルーチン313の動作間で閾値だけ変化すれば、ユーザ又は作業者は問題が存在することを警告される。問題は例えば浸食、腐食又は被覆によって引き起こされ得る。
理解されるように、横モードの剛性の決定ルーチン313は、１以上の流体チューブ103A、103Bの断面領域内の変化を決定するのに、従前の方法に比して有利である、何故なら決定ルーチン313は、振動計50の通常動作と略同時に実行されるからである。更に、ルーチン313は、以前のアプローチよりも早く問題を見つけることが出来る、何故なら横モードの剛性は、曲げモード剛性の前に作用し(affect)、又は曲げモード剛性よりも作用するからである。従って、ユーザ及び作業者は従来技術よりも早く問題の警告を受けることができる。

【0038】

図５は、他の実施形態に従った振動計50を示す。図５に示す振動計50は図２に示す振動計50と同様である。しかし、図５ではケース500が配備されている。ケース500の一部のみが示されて、ケース500の内部が見える。図２に示す実施形態と図５に示す実施形態との更なる差は、図５では横モードにて１つだけの流体チューブ103Bが振動されることである。従って、第２のドライバ504の第１の部分は流体チューブ103Bに連結され、第２のドライバ504の第２の部分はケース500に連結される。従って、流体チューブ103Bは、他の流体チューブ103Aに対して振動されるのではなく、ケース500に対して横モードで振動される。更に、第３のピックオフ505は流体チューブ103Bに連結される第１の部分及びケース500に連結される第２の部分を備える。このタイプの構成は、二重チューブの振動計に用いられるが、該構成は１つのチューブの振動計にも有用である。従って、ケース500に対して流体チューブ103Bを横モードで振動させることによって、横モードの剛性の決定ルーチン313は、１つのチューブの振動計に使用できることが判るだろう。
上記の実施形態は、横モードの剛性を決定する改善されたシステムを提供する。上記で説明したように、実施形態は横モードの剛性に影響を与える浸食、腐食又は被覆から生じる振動計内のあり得る問題を検出することが出来る。従って、流体チューブの断面領域におけるこれらの変化は一般に、曲げモードの法制よりも早く横モードの剛性に影響するから、実施形態は従来技術よりも早く、振動計に関する問題をユーザに警告することが出来る。

【0039】

上記の実施形態の詳細な記述は、現在の記述の範囲内にある発明者によって熟考された全ての実施形態の完全な記述ではない。実際に当業者は、さらに実施形態を作成するために上記実施形態のある要素が種々に組み合わせられるかもしれないし除去されるかもしれないことを認識している、そしてそのような、さらなる実施形態は現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある。
現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある追加の実施形態を作成するために、上記実施形態の全部或いは一部が組み合わせられるかもしれないことも当業者には明白である。
従って、特定の実施形態が説明の目的のためにここに記述されているが、当業者が認識するように、様々な等価な修正は現在の記述の範囲内で可能である。ここに提供される開示は、他の振動計に適用可能であり、上記に記載され添付の図面に示された実施形態だけではない。従って、上記の実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】