(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-09
(54)【発明の名称】平面的振動式密度計、密度計部材、及び関連する方法
(51)【国際特許分類】
G01N 9/00 20060101AFI20220202BHJP
【ＦＩ】
G01N9/00 E
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021533585
(86)(22)【出願日】2018-12-12
(85)【翻訳文提出日】2021-08-10
(86)【国際出願番号】 US2018065242
(87)【国際公開番号】W WO2020122899
(87)【国際公開日】2020-06-18
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】マクドナルド， ジョージ アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】ゴフ， ジョナサン ジェイムズ
(57)【要約】
振動式密度計（５００）で使用する動作可能な平面的振動部材（３００，４００）が提供される。平面的振動部材（３００，４００）は、本体（３０２）と、本体（３０２）から発する振動可能な部分（３０４）とを備え、振動可能な部分（３０４）は複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は片持ち支持される。振動可能な部分は、ドライバ（５０４）によって振動されるように動作可能である。
【選択図】図３ｂ
【選択図】図３ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動式密度計（５００）で使用する動作可能な平面的振動部材（３００，４００）であって、本体（３０２）と、
前記本体（３０２）から発する振動可能な部分（３０４）であって、前記振動可能な部分（３０４）は複数の振動可能な突出部を含み、前記複数の振動可能な突出部は片持ち支持される、振動可能な部分（３０４）とを備え、
前記振動可能な部分は、ドライバ（５０４）によって振動されるように動作可能である、平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項2】
前記複数の振動可能な突出部は、３つの振動可能なビーム部（３０８）を含む、請求項１に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項3】
前記３つの振動可能なビーム部（３０８）は、同じ大きさである、請求項２に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項4】
前記３つの振動可能なビーム部（３０８）は、互いに実質的に平行である、請求項２に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項5】
前記３つの振動可能なビーム部（３０８）は、隣り合うビーム部とは異なる寸法を有する中央のビーム部を含む、請求項２に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項6】
前記複数の振動可能な突出部は、外側櫂状部（４１８）内に入れ子になる内側櫂状部（４１６）を含む、請求項１に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項7】
前記本体（３０２）の縁部（３１２）は、前記振動可能な部分（３０４）を取り囲む、請求項１に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項8】
前記振動可能な部分（３０４）は、磁気によって駆動可能である、請求項１に記載の平面的振動部材（３００，４００）。
【請求項9】
内部の流体の密度を決定するように動作可能である密度計（５００）であって、ドライバ（５０４）と、
前記ドライバ（５０４）によって振動可能である平面的振動部材（３００，４００）であって、本体（３０２）と、前記本体（３０２）から発する振動可能な部分（３０４）とを含み、前記振動可能な部分（３０４）が複数の振動可能な突出部を含み、前記複数の振動可能な突出部が片持ち支持される、平面的振動部材（３００，４００）と、
前記振動部材（３００，４００）の振動を検出するように構成される少なくとも１つのピックオフセンサ（５０６）と、
励起信号を前記ドライバ（５０４）に送り、前記少なくとも１つのピックオフセンサ（５０６）から振動応答を受け取るように構成されるインタフェース（７０１）を含む計測電子機器（７００）であって、前記密度計（５００）の内部の流体の密度（７２５）を測定するための計測電子機器（７００）とを備える、密度計（５００）。
【請求項10】
振動式密度計を動作させる方法であって、少なくとも１つのコイルと通信する計測電子機器を備える振動式密度計を提供することと、
前記少なくとも１つのコイルにより振動部材を振動させることと、
前記少なくとも１つのコイルにより励起信号を受け取ることと、
前記少なくとも１つのコイルから検出信号を出力することであって、前記少なくとも１つのコイルが、ドライバ又はピックオフのいずれかとして交互に作用するように動作可能である、前記検出信号を出力することと、
前記励起信号が、前記計測電子機器によって前記少なくとも１つのコイルに供給され、続いて前記計測電子機器が前記少なくとも１つのコイルから検出信号を受け取るように、前記励起信号及び前記検出信号のタイミングを、前記計測電子機器と共にスイッチング回路を用いて制御することとを含む、方法。
【請求項11】
前記振動部材は平面的であり、前記振動部材は、本体と、前記本体から発する振動可能な部分とを含み、前記振動可能な部分は複数の振動可能な突出部を含み、前記複数の振動可能な突出部は片持ち支持される、請求項１０に記載の振動式密度計を動作させる方法。
【請求項12】
前記少なくとも１つのコイルが、第１コイル及び第２コイルを含み、前記第１コイル及び前記第２コイルは、同時励起信号を受け取ることと、
前記振動部材を駆動することと、
前記振動部材から信号を検出することと、
同時検出信号を供給することとを行うように動作可能である、請求項１０に記載の振動式密度計を動作させる方法。
【請求項13】
前記第１コイルと前記第２コイルとが磁気的に反対である、請求項１０に記載の振動式密度計を動作させる方法。
【請求項14】
コイル励起中の信号ノイズを無視するように前記検出信号をゲート制御することを含む、請求項１０に記載の振動式密度計を動作させる方法。
【請求項15】
前記少なくとも１つのコイルが単一のコイルを含み、前記単一のコイルは、励起信号を受け取ることと、
前記振動部材を駆動することと、
前記振動部材から信号を検出することと、
検出信号を供給することとを行うように動作可能である、請求項１０に記載の振動式密度計を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動式計測器に関し、より詳細には、平面的部材を用いて密度を測定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
密度計は、当技術分野で一般に知られており、流体の密度を測定するために使用される。流体は、液体、気体、懸濁微粒子及び／若しくは同伴気体を有する液体、又はこれらの組合せを含み得る。振動式密度計は、典型的には、測定されるべき流体材料の存在下で振動する振動要素の運動を検出することによって作動する。密度、粘度及び温度等のような流体材料に関連付けられる特性は、振動要素に関連付けられる運動変換器から受信される測定信号を処理することによって決定されることができる。振動要素系の振動モードは一般に、振動要素及び周囲の流体材料の組み合わされた質量、剛性、及び減衰特性によって影響を受ける。
【0003】
振動式密度計は、供試流体に曝されるシリンダなどの振動部材を備えることができる。振動式密度計の一例は、片持ち式に取り付けられる円筒形導管を含み、円筒形導管の入口端部は、既存の管路又は他の構造体に連結され、円筒形導管の出口端部は、自由に振動することができる。導管が振動され、共振周波数が測定されることができる。当技術分野で一般に知られているように、供試流体の密度は、流体の存在下で導管の共振周波数を測定することによって決定されることができる。周知の原理によれば、導管の共振周波数は、導管に接触している流体の密度に反比例して変化することになる。
【0004】
図１は、振動式気体密度計の従来技術の振動シリンダを示す。従来技術の円形の振動シリンダは、固有周波数（即ち、共振周波数）又はこれに近い周波数で振動され得る。気体の存在下でシリンダの共振周波数を測定することにより、気体の密度が決定されることができる。従来技術の振動シリンダは、金属で形成され得、シリンダ壁の変化及び／又は不完全性が振動するシリンダの共振周波数に影響を及ぼさないように、均一な厚さで理想的に構成される。
【0005】
図２は、従来技術の密度計を示す。従来技術の密度計は、ハウジング内に少なくとも部分的に位置する円筒形の振動部材を含む。ハウジング又は振動部材は、密度計を管路又は同様の流体送達デバイスに流体密封様式で動作可能に連結するためのフランジ又は他の部材を含み得る。図示の例では、振動部材は、入口端でハウジングに片持ち式に取り付けられ、反対側の端部を自由に振動できる状態にしている。振動部材は、流体が密度計に入り且つハウジングと振動部材との間を流れることを可能にする複数の流体開口を含む。従って、流体は、振動部材の外面と同様に内部と接触する。このことは、より大きな表面積が気体に曝されるので、供試流体が気体を含む場合に特に有用である。他の例では、開口部が、ハウジングに設けられて、振動部材開口は必要でない場合がある。
【0006】
ドライバ及び振動センサがシリンダ内に配置される。ドライバは、計測電子機器から駆動信号を受け取り、共振周波数又はその近傍で振動部材を振動させる。振動センサは、振動部材の振動を検出し、処理のためにその振動情報を計測電子機器に送る。計測電子機器は、振動部材の共振周波数を決定し、測定された共振周波数から密度測定値を生成する。
【0007】
正確な密度の測定値を得るために、共振周波数は非常に安定したものでなければならない。所望の安定性を達成するための１つの従来技術のアプローチは、半径方向の振動のモードで振動部材を振動させることである。半径方向の振動のモードでは、振動部材の長手方向軸が本質的に静止したままであるが、振動部材の壁の少なくとも一部はその静止位置から離れるように平行移動及び／又は回動する。気体密度シリンダの重要な設計基準は、振動のモードの形状を容易に且つ正確に識別できるように、振動のモードの形状を分離することである。振動部材が、完全な円形の断面形状を有し且つ完全に均一な壁厚を有する場合、３つのローブ状の半径方向の振動のモードが１つのみ存在する。しかしながら、設計公差のために、このことは、通常、達成できることではない。その結果、製造業者が完全に均一な壁厚を有する完全な円形の振動部材を作製しようと試みる場合、小さな不完全性は、３つのローブ状の半径方向の振動のモードを２つ生むことになり、これらの振動のモードは、周波数が互いに非常に近い２つの振動モードで振動する。２つのモード間の周波数分離は通常、非常に小さく、例えば、１ヘルツ未満であり得る。２つの周波数が互いに近接している場合、密度の決定は困難であるか、又は不可能であり得る。従って、このような精密な円筒形部材の製造は困難であり且つ費用がかかることが理解されるであろう。
【0008】
製造を容易にし且つコストを低減するために、本願の実施形態は、平面的な共振体を有する密度計を提供する。平面的な共振体を使用することができることは、そのような部材が、例えば化学的な加工処理、レーザ加工／切断、又は打ち抜き加工さえも用いて薄い金属シートから容易に製造されることができるため、有利である。従って、製造コストは、精密機械加工された振動シリンダよりも大幅に低くすることができ、製造プロセスは、迅速化され、全体コストは大幅に低くなり、最終製品は大幅に小さくすることができる。これにより、当該技術分野における進歩が実現される。
【発明の概要】
【0009】
一実施形態によると、振動式密度計で使用する動作可能な平面的振動部材が提供される。平面的振動部材は、本体と、本体から発する振動可能な部分とを備える。振動可能な部分は、複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は、片持ち支持される。振動可能な部分は、ドライバによって振動されるように動作可能である。
【0010】
一実施形態によると、流体の密度を決定するように動作可能である密度計が提供される。密度計は、ドライバと、ドライバによって振動可能である平面的振動部材とを備え、平面的振動部材は、本体と、本体から発する振動可能な部分とを含む。振動可能な部分は複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は片持ち支持される。少なくとも１つのピックオフセンサが、振動部材の振動を検出するように構成される。計測電子機器が設けられ、当該計測電子機器は、励起信号をドライバに送り且つ少なくとも１つのピックオフセンサから振動応答を受け取るように構成されるインタフェースを含み、密度計の内部の流体の密度を測定するためのものである。
【0011】
一実施形態によると、振動式密度計を動作させる方法が提供される。少なくとも１つのコイルと通信する計測電子機器を備える振動式密度計が提供される。振動部材が、少なくとも１つのコイルにより振動される。励起信号が、少なくとも１つのコイルにより受け取られる。検出信号が、少なくとも１つのコイルから出力され、少なくとも１つのコイルが、ドライバ又はピックオフのいずれかとして交互に作用するように動作可能である。励起信号が、計測電子機器によって少なくとも１つのコイルに供給され、続いて計測電子機器が少なくとも１つのコイルから検出信号を受け取るように、励起信号及び検出信号のタイミングが、計測電子機器と共にスイッチング回路を用いて制御される。
【0012】
［態様］
一態様によると、振動式密度計で使用する動作可能な平面的振動部材が提供される。平面的振動部材は、本体と、本体から発する振動可能な部分とを備える。振動可能な部分は、複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は、片持ち支持される。振動可能な部分は、ドライバによって振動されるように動作可能である。
一態様によると、振動式密度計で使用する動作可能な平面的振動部材が提供される。平面的振動部材は、本体と、本体から発する振動可能な部分とを備える。振動可能な部分は、複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は、片持ち支持される。振動可能な部分は、ドライバによって振動されるように動作可能である。
【0013】
好ましくは、複数の振動可能な突出部は、３つの振動可能なビーム部を含む。
【0014】
好ましくは、３つの振動可能なビーム部は、同じサイズ及び寸法である。
【0015】
好ましくは、３つの振動可能なビーム部は、互いに実質的に平行である。
【0016】
好ましくは、３つの振動可能なビーム部は、隣り合うビーム部とは異なる寸法を有する中央のビーム部を含む。
【0017】
好ましくは、複数の振動可能な突出部は、外側櫂状部内に入れ子になる内側櫂状部を含む。
【0018】
好ましくは、本体の縁部は、振動可能な部分を取り囲む。
【0019】
好ましくは、振動可能な部分は、磁気によって駆動可能である。
【0020】
一態様によると、流体の密度を決定するように動作可能である密度計が提供される。密度計は、ドライバと、ドライバによって振動可能である平面的振動部材とを備え、平面的振動部材は、本体と、本体から発する振動可能な部分とを含む。振動可能な部分は複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は片持ち支持される。少なくとも１つのピックオフセンサが、振動部材の振動を検出するように構成される。計測電子機器が設けられ、当該計測電子機器は、励起信号をドライバに送り且つ少なくとも１つのピックオフセンサから振動応答を受け取るように構成されるインタフェースを含み、密度計の内部の流体の密度を測定するためのものである。
【0021】
一態様によると、振動式密度計を動作させる方法が提供される。少なくとも１つのコイルと通信する計測電子機器を備える振動式密度計が提供される。振動部材が、少なくとも１つのコイルにより振動される。励起信号が、少なくとも１つのコイルにより受け取られる。検出信号が、少なくとも１つのコイルから出力され、少なくとも１つのコイルが、ドライバ又はピックオフのいずれかとして交互に作用するように動作可能である。励起信号が、計測電子機器によって少なくとも１つのコイルに供給され、続いて計測電子機器が少なくとも１つのコイルから検出信号を受け取るように、励起信号及び検出信号のタイミングが、計測電子機器と共にスイッチング回路を用いて制御される。
【0022】
好ましくは、振動部材は平面的であり、振動部材は、本体と、本体から発する振動可能な部分とを含み、振動可能な部分は複数の振動可能な突出部を含み、複数の振動可能な突出部は片持ち支持される。
【0023】
好ましくは、少なくとも１つのコイルが、第１コイル及び第２コイルを含み、第１コイル及び第２コイルは、同時励起信号を受け取ることと、振動部材を駆動することと、振動部材から信号を検出することと、同時検出信号を供給することとを行うように動作可能である。
【0024】
好ましくは、第１コイルと第２コイルとが磁気的に反対である。
【0025】
好ましくは、本方法は、コイル励起中の信号ノイズを無視するように検出信号をゲート制御することを含む。
【0026】
好ましくは、少なくとも１つのコイルが単一のコイルを含み、単一のコイルは、励起信号を受け取ることと、振動部材を駆動することと、振動部材から信号を検出することと、検出信号を供給することとを行うように動作可能である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
図１～図９及び以下の説明は、本発明の最良の形態をどのように作製し且つ使用するかを当業者に教示するための特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的で、一部の従来の態様が単純化又は省略されている。当業者は、本発明の範囲内に包含されるこうした例からの変形形態を理解することであろう。当業者は、以下で説明される特徴が本発明の複数の変形形態を形成するために様々な方法で組み合わされることができるということを理解することであろう。その結果、本発明は、以下に説明される特定の例に限定されず、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定される。
【0029】
図３ａ、図３ｂ、図４ａ及び図４ｂは、密度計５００（図５参照）の振動部材３００，４００を示す。振動部材３００，４００は、固有周波数（即ち、共振周波数）で、又はこの周波数に近い周波数で振動され得る。当業者によって理解されるように、流体の存在下で振動部材３００，４００のそのような周波数を測定することによって、流体の密度が決定されることができる。振動部材３００，４００は、金属で形成されてもよく、振動部材３００，４００は、部材の壁の変化及び／又は不完全性が振動部材３００，４００の共振周波数に及ぼす影響が最小限であるように、均一な厚さで構築されてもよい。
【0030】
図３ａ及び図３ｂは、３つ組みのビーム構造を備える振動部材３００の実施形態を示す。振動部材３００の本体３０２は、振動可能な部分３０４を支持する。振動可能部分３０４は、片持ち式であり、単一の端部３０６によってのみ支持される。複数の振動可能なビーム部３０８が、端部３０６から突出し、振動励起時に自由に揺動することができる。複数の振動可能なビーム部３０８は、少なくとも２つのビーム部を備える。本明細書では、３つのビーム部が例として示されている。複数のビーム部のサイズは、一致したものであってよく、複数のビーム部は、形状及び／又は寸法で異なっていてもよい。図示の実施形態では、端部３０６は、本体の縁部３１２から突出する部材を含む。一実施形態では、本体３０２の端部３０６及び縁部３１２が同じ部分を含む。図示の実施形態では、複数のビーム部３０８は、共通領域３１４から突出する。別の実施形態では、複数のビーム部３０８は、端部３０６領域から突出する。図３ｂは、振動運動を受ける複数のビーム部３０８を示す。
【0031】
複数の取り付け穴３１０が、振動部材３００が密度計５００（図５参照）の一部に留め付けられることを可能にするように与えられることができる。穴、切り込み、ビーム、インデックス特徴部、又は任意の他の特徴が、振動部材３００を密度計５００の一部に固定するために使用されてもよく、実施形態によっては、例えば、振動部材３００が密度計５００の部分同士の間に挟まれ得る場合等では、取り付け特徴部は全く必要とされない場合もあることが、理解されるであろう。
【0032】
図４ａ及び図４ｂは、バランスがとられた櫂状構造を備える振動部材４００の実施形態を示す。振動部材４００の本体４０２は、振動可能部分４０４を支持する。振動可能部分４０４は、片持ち式であり、単一の端部４０６によってのみ支持される。複数の振動可能な櫂状部４０８が、端部４０６から突出し、振動励起時に自由に揺動することができる。図示の実施形態では、端部４０６は、本体の縁部４１２から突出する部材を含む。一実施形態では、本体４０２の端部４０６及び縁部４１２が同じ部分を含む。図示の実施形態では、複数の櫂状部４０８は、共通領域４１４から突出する。別の実施形態では、複数の櫂状部４０８は、端部領域４０７から突出する。内側櫂状部４１６が、外側櫂状部４１８内に入れ子になっている。図４ｂは、振動運動を受ける櫂状部４０８を示す。
【0033】
複数の取り付け穴４１０が、振動部材４００が密度計５００（図５参照）の一部に留め付けられることを可能にするように与えられることができる。穴、切り込み、ビーム、インデックス特徴部、又は任意の他の特徴が、振動部材４００を密度計５００の一部に固定するために使用されてもよく、実施形態によっては、例えば、振動部材４００が密度計５００の部分同士の間に挟まれ得る場合等では、取り付け特徴部は全く必要とされない場合もあることが、理解されるであろう。
【0034】
振動部材３００，４００はそれぞれ、単一端型（即ち、片持ち式）の構造を示す。単一端型構造の利点は、単一端型構造が本体３０２，４０２の取付構成部に生じ得る応力に実質的に反応しないことであるが、片持構造を欠いている両端型構造は、取り付け又は温度勾配の影響に起因する引張応力を受け得る。一方、両端型構造は、共振体への地球の引力から生じる向きの影響に対して、より堅牢で且つ感度が低くなり得、そのため、図示されていないが、振動部材の実施形態として考えられる。
【0035】
バランス化された櫂状振動部材４００は、内側櫂状部の表面積が、相対的に比例的に大きく、そのため、特に振動部材４００が物理的に相対的に小さい実施形態では、振動の励起及び検出がより容易になり得るという利点を提供する。バランス化された櫂状振動部材４００はまた、比例的により低い動作周波数を達成することができるという利点も有する。
【0036】
図５は、ハウジング５１０内に少なくとも部分的に位置する振動部材３００，４００を有する密度計５００を示す。図面では、振動部材３００が一例として示されている。しかしながら、任意の他の振動部材のジオメトリが与えられてもよい。一実施形態によれば、密度計５００は、ハウジングの内側に（明確にするために図示せず）振動部材３００を含む。振動部材３００，４００は、ベース５０２に永久的に又は取り外し可能に取り付けられてもよい。一実施形態では、縁部３１２，４１２領域は、実質的に剛性を有するかたちでベースに固定される。一実施形態では、ベース５０２の複数の部分が、縁部３１２，４１２の近くで当該部分の間で振動部材を挟持するが、依然として、振動可能部分３０４，４０４が振動することを可能にする。数量化されるべき流体は、供試流体が振動部材３００，４００の振動可能部分３０４，４０４と接触するように、ベース内の複数の導管（図示せず）に導入されてもよく、又は当該導管を通過してもよい。
【0037】
ベース５０２は、密度計を管路又は同様の流体送達デバイスに流体密封様式で動作可能に連結するためのフランジ又は他の部材を含んでもよい。
【0038】
ドライバ５０４及び振動センサ（ピックオフ）５０６（図６参照）が、振動部材３００，４００の近くに配置される。ドライバ５０４は、計測電子機器から駆動信号を受信し、共振周波数又は共振周波数の近傍で振動部材３００，４００を振動させる。振動センサ５０６は、振動部材３００，４００の振動を検出し、その振動情報を処理のために計測電子機器に送信する。計測電子機器は、振動部材３００，４００の共振周波数を決定し、測定された共振周波数から密度測定値を生成する。
【0039】
振動部材３００，４００の励起及び検出は、特に共振体のサイズが小さくなるにつれて困難になる可能性がある。理想的には、励起及び検出は非接触である。というのは、圧電素子のような変換器を取り付けることは、共振を低下させる効果しか有し得ないからである。静電的な励起及び検出、又は電磁的な励起及び検出を使用することは、励起変換器及び検出変換器が互いに接近しており、その結果、２つの間に直接的な容量結合又は直接的な変圧器結合が存在するため、一般に困難である。このクロスカップリングは、検出信号を劣化させる可能性があり、最悪の場合、検出信号を完全に抑えてしまい、それにより、計測電子機器が共振を識別することができない。このクロスカップリングを回避するために、一実施形態では、励起及び検出のための異なる方法が利用される。例えば、一実施形態では、電磁的励起及び光学的検出が利用されるか、又はその逆の光学的励起及び電磁的検出が利用される。
【0040】
図６は、振動部材３００，４００の周りのドライバ５０４及びピックオフ５０６の向きを開示する。ベース５０２及び密度計５００全般は、明確にするために省略されている。ドライバ５０４は、振動部材３００，４００を１つ以上の振動モードで振動させるように適応する。ドライバ５０４は、振動可能部分３０４，４０４に近接する任意の所望の位置に配置されてもよい。一実施形態によると、ドライバ５０４は、計測電子回路から電気信号を受信することができる。図示の実施形態では、少なくとも１つの振動センサ５０６が、ドライバ５０４と同軸上に整列される。他の実施形態では、少なくとも１つの振動センサ５０６は、他の場所で振動部材３００，４００に結合されてもよい。例えば、少なくとも１つの振動センサ５０６は、振動部材３００，４００の外面上に配置されてもよい。
【0041】
少なくとも１つの振動センサ５０６は、計測電子機器に信号を送信することができる。計測電子機器は、少なくとも１つの振動センサ５０６によって受信された信号を処理することで、振動部材３００，４００の共振周波数を決定することができる。一実施形態では、ドライバ５０４及び振動センサ５０６は、振動部材３００，４００に磁気的に結合され、これ故、ドライバ５０４は、磁場を介して振動部材３００，４００に振動を励起し、振動センサ５０６は、近接磁場内の変化を介して振動部材３００，４００の振動を検出する。供試流体が存在する場合、振動部材３００，４００の共振周波数は、当該技術分野で既知であるように、流体密度に反比例的に変化することになる。比例的変化は例えば、初期キャリブレーション中に決定されてもよい。図示の実施形態では、少なくとも１つの振動センサ５０６はコイルを含む。ドライバ５０４は、電流を受け取ることで、振動部材３００，４００に振動を励起し、少なくとも１つの振動センサ５０６は、ドライバ５０４によって生成される振動部材３００，４００の運動を使用することで、電圧を誘起する。コイルのドライバ及びセンサは当技術分野で周知であり、当該ドライバ及びセンサの動作のさらなる説明は、説明を簡潔にするために省略される。さらに、ドライバ５０４及び少なくとも１つの振動センサ５０６は、コイルに限定されず、むしろ、例えば、圧電センサ、歪みゲージ、光学センサ又はレーザセンサ等の種々の他の周知の振動構成要素を備えてもよいことを理解されたい。従って、本実施形態は、電磁的なドライバ及びセンサに、決して限定されるものではない。さらに、ドライバ５０４及び少なくとも１つの振動センサ５０６の特定の配置は、本実施形態の範囲内に留まりながら変更することができることを、当業者は容易に認識するであろう。
【0042】
図７は、一実施形態による計測電子機器７００のブロック図である。動作の際、密度計５００は、種々の測定値を提供し、当該測定値は、密度、質量流量、体積流量、個々の流動構成要素の質量流量及び体積流量、並びに総流量の、測定された値又は平均値の１つ以上を含んで出力され得る。なお、例えば、総流量は、個々の流動構成要素の体積流量及び質量流量の両方を含む。
【0043】
密度計５００は、振動応答を生成する。振動応答は、１つ以上の流体測定値を生成するために、計測電子機器７００によって受信され且つ処理される。当該流体測定値は、監視される、記録される、保存される、合計される、及び／又は出力されることができる。
【0044】
計測電子機器７００は、インタフェース７０１と、インタフェース７０１と通信する処理システム７０３と、処理システム７０３と通信するストレージシステム７０４とを含む。これらの構成要素は区別されたブロックとして示されているが、計測電子機器７００は、統合された構成要素及び／又は別々の構成要素の種々の組み合わせで構成されることができることを理解されたい。
【0045】
インタフェース７０１は、リード線に連結し、例えば、ドライバ５０４、ピックオフ５０６及び温度センサ（図示せず）と信号を交換するように構成されてもよい。インタフェース７０１は、外部装置への通信経路を介して通信するようにさらに構成されてもよい。
【0046】
処理システム７０３は、任意のかたちの処理システムを含むことができる。処理システム７０３は、密度計５００を動作させるために、記憶されたルーチンを読み出し、実行するように構成される。ストレージシステム７０４は、全体的な計測ルーチン７０５を含むルーチンを記憶することができる。ストレージシステム７０４は、測定結果、受信された値、作動値、及び他の情報を記憶することができる。いくつかの実施形態では、ストレージシステムは、質量流量（ｍ）７２１、密度（ρ）７２５、粘度（μ）７２３、温度（Ｔ）７２４、圧力７０９、駆動ゲイン７０６、及び当技術分野で既知の任意の他の変数を記憶する。他の測定／処理ルーチンも考えられ、本明細書及び特許請求の範囲の範囲内である。
【0047】
全体計測ルーチン７０５は、流体の数量化されたもの及び流動の測定値を生成及び記憶することができる。これらの値は、実質的に瞬間的な測定値を含むことができ、又は、合計値若しくは累積値を含むことができる。例えば、全体計測ルーチン７０５は、質量流量測定値を生成し、当該質量流量測定値を、例えば、ストレージシステム７０４の質量流量７２１ストレージに記憶することができる。同様に、全体計測ルーチン７０５は、例えば、密度測定値を生成し、当該密度測定値をストレージシステム７０４の密度７２５ストレージに記憶することができる。質量流量７２１及び密度７２５の値は、前述したように且つ当技術分野で既知であるように、振動応答から決定される。密度及び他の測定結果は、実質的に瞬間的な値を含むことができ、サンプルを含むことができ、時間間隔にわたる平均値を含むことができ、又は時間間隔にわたる累積値を含むことができる。時間間隔は、特定の流体状態が検出される間の１ブロックの時間に対応するように選択されてもよく、例えば、特定の流体状態は、液体のみの流体状態、又は、その代わりとして、液体、同伴気体、及び／又は固体、及び／又は溶質を含む流体状態である。加えて、他の質量流量及び体積流量並びに関連する数量化されたものも考慮され、それらは本明細書及び特許請求の範囲の範囲内である。
【0048】
計測電子機器７００は、パスリンク又は他の通信リンクに結合されてもよい。計測電子機器７００は、当該パスを介して密度測定値を通信してもよい。計測電子機器７００はまた、いかなるかたちの他の信号、測定結果、又はデータも当該パスを介して送信してもよい。さらに、計測電子機器７００は、当該パスを介して、命令、プログラミング、他のデータ、又はコマンドを受信してもよい。
【0049】
図８ａ及び図８ｂは、クロスカップリングの問題を克服するための計測電子機器７００の実施形態を示す。図８ａ及び図８ｂに概略的に示すスイッチング回路８００の実施例は、２つのコイルを示し、当該コイルは、励磁され、調和する検出器として使用される。しかしながら、この実施例では、これらコイルへの配線は、磁場同士が反対になるように形成される。このようにして、実質的に静止力は共振体には存在せず、励起力は約２倍になる。同様に、検出信号は約２倍になる。図８ａは励起モードを示し、この場合、スイッチ網８０２は、パルス発生器８０４に、１つ以上のコイルに駆動信号を供給するように指示する。図８ｂは検出モードを示し、この場合、スイッチ網８０２は、１つ以上のコイルに駆動信号を提供するために、コイルからの信号を位相検出器８０６に向かわせる。プリアンプ８０８、フィルタ８１０、発振器８１２、及び当技術分野で既知である他の構成要素等の他の構成要素が、考慮される。スイッチング回路８００はまた、一実施形態における励起及び検出のために、単一の電磁コイルが代わりに使用されることを可能にすることもできる。これにより、複数のコイルの必要性が排除される。
【0050】
図９は、スイッチング回路８００を動作させる密度計５００の一実施形態の実施例のオシロスコープの軌跡を示す。上側の軌跡９０２は、コイルに指向された３つの励起パルスのバーストを示し、当該バーストは、次に、振動部材３００，４００を励起する。下側の軌跡９０４は、励起パルスの結果としてコイルによって受け取られる信号である。本方法が駆動回路及び検出回路を連続的に動作させるよりも複雑であるという事実により、周波数又は時間周期がそれほど安定したものにはならないという可能性が理論的にはあるが、図示される結果は、約＋／－０．５ｎｓの時間周期の安定性が達成されたことを示している。縦軸９０６は、時間周期を示し、横軸９０８は、時間周期にわたるサンプルの数量を示す。いくつかの実施形態では、前の励起／検出サイクルからのノイズ及び残留信号を無視し得る電子的ゲーティングが設けられてもよい。これらは、スイッチング回路の機能性を示し且つ駆動サイクルと検出サイクルとを交互に行う単なる例である。実際の軌跡の形状及び各タイミングの値／強度／周波数等は、密度計５００の構造、サイズ、供試流体等に基づいて異なることになり、決して限定するものではない。
【0051】
上記の実施形態の詳細な説明は、本発明の範囲内にあると本発明者が考える全ての実施形態の網羅的な説明ではない。実際に、当業者は、上述の実施形態の特定の要素がさらなる実施形態を生成するために様々に組み合わされ又は除去されてもよく、そのようなさらなる実施形態が本発明の範囲及び教示に含まれることを、認識するであろう。また、上述の実施形態が本発明の範囲及び教示内でさらなる実施形態を生成するために全体的に又は部分的に組み合わされてもよいことも、当業者には明らかであろう。
【0052】
これ故、本発明の特定の実施形態及び本発明のための例は、例示の目的のために本明細書に記載されるが、関連技術分野の当業者が認識するように、本発明の範囲内で、様々な均等的なモディファイが可能である。本明細書で提供される教示は、他の振動システムに適用されることができ、上記で説明され且つ添付の図面に示される実施形態にだけ適用されることができるものではない。従って、本発明の範囲は、以下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3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8a】
【図8b】
【図9】
【国際調査報告】