特表 2023-525055 精度を改善した質量流量計／コントローラ及び方法

(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】2023-06-14

(54)【発明の名称】精度を改善した質量流量計／コントローラ及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/84 20060101AFI20230607BHJP

【ＦＩ】

G01F1/84

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022567562

(86)(22)【出願日】2021-03-23

(85)【翻訳文提出日】2023-01-04

(86)【国際出願番号】 US2021023681

(87)【国際公開番号】W WO2021225704

(87)【国際公開日】2021-11-11

(31)【優先権主張番号】16/870,147

(32)【優先日】2020-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591203428

【氏名又は名称】イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100211177

【弁理士】

【氏名又は名称】赤木 啓二

(72)【発明者】

【氏名】ブラディミール クラクマン

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035JA02

(57)【要約】

開示される質量流量計／コントローラは、流管であって、流体を該流管の入口から該流管の出口に誘導する、流管と、流管内に振動を引き起こすアクチュエーターと、光を放出する光源と、光源によって放出される光を第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割する少なくとも１つのビームスプリッターと、第１の光ビームの検出に基づいて、流管上の第１の場所の第１の位置の第１の測定値を出力する第１の光センサーと、第２の光ビームの検出に基づいて、流管上の第２の場所の第２の位置の第２の測定値を出力する第２の光センサーと、第１の測定値及び第２の測定値に基づいて、質量流量及び／又は流管内の流体の密度を決定する制御回路部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流管であって、流体を該流管の入口から該流管の出口に誘導するように構成される、流管と、
前記流管内に振動を引き起こすように構成されるアクチュエーターと、
光を放出するように構成される光源と、
前記光源によって放出される光を第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割するように構成される少なくとも１つのビームスプリッターと、
前記第１の光ビームの検出に基づいて、前記流管上の第１の場所の第１の位置の第１の測定値を出力するように構成される第１の光センサーと、
前記第２の光ビームの検出に基づいて、前記流管上の第２の場所の第２の位置の第２の測定値を出力するように構成される第２の光センサーと、
前記第１の測定値及び前記第２の測定値に基づいて、前記流管を通る質量流量又は前記流管内の流体の密度のうちの少なくとも一方を決定するように構成される制御回路部と、
を備える、質量流量計／コントローラ。

【請求項2】

前記少なくとも１つのビームスプリッターは、前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームを反対方向に誘導するように構成され、前記第１の光センサー及び前記第２の光センサーは、前記少なくとも１つのビームスプリッターから前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームをそれぞれ受けるように前記少なくとも１つのビームスプリッターの対向する側部に位置決めされる、請求項１に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項3】

前記少なくとも１つのビームスプリッターは、
前記光源からの光の第１の部分を反射して前記第１の光ビームを形成するように、前記光源に対して実質的に４５度の角度で配置される第１のミラーと、
前記第１のミラーを通過する前記光源からの光の第２の部分を前記第１のミラーに向けて反射し返すように配置される第２のミラーと、
を備え、前記第１のミラーは、前記第２のミラーからの光の前記第２の部分を反射して前記第２の光ビームを形成するように構成される、請求項１に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項4】

前記少なくとも１つのビームスプリッターは、
前記第１のミラーからの前記第１の光ビームを前記第１の光センサーに反射するように構成される第３のミラーと、
前記第１のミラーからの前記第２の光ビームを前記第２の光センサーに反射するように構成される第４のミラーと、
を更に備える、請求項３に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項5】

プリント回路基板を更に備え、前記第１の光センサー及び前記第２の光センサーは、前記プリント回路基板に取り付けられる、請求項４に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項6】

前記プリント回路基板は、前記第１の光センサー及び前記第２の光センサーを熱結合するように構成される、請求項５に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項7】

前記光源は、前記プリント回路基板に取り付けられ、前記第１の光センサー及び前記第２の光センサーに熱結合される、請求項６に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項8】

前記流管の前記第１の場所、前記流管の前記第２の場所、及び前記流管の前記第１の場所と前記第２の場所との間の部分は、二次元平面上で方向付けされ、前記アクチュエーターは、前記二次元平面に沿った方向において前記流管内に振動を引き起こすように構成される、請求項４に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項9】

前記流管の前記第１の場所、前記流管の前記第２の場所、及び前記流管の前記第１の場所と前記第２の場所との間の部分は、二次元平面上で方向付けされ、前記アクチュエーターは、前記二次元平面を横断する方向において前記流管内に振動を引き起こすように構成される、請求項３に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項10】

前記少なくとも１つのビームスプリッターは、キューブビームスプリッター、プレートビームスプリッター、ペリクルビームスプリッター、ウォラストンプリズム、回折ビームスプリッター、作動ビームスプリッター、又は溶融ファイバービームスプリッターのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項11】

前記アクチュエーターは、前記流管に取り付けられる磁石を介して前記流管を作動するように構成される駆動コイルを含む、請求項１に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項12】

前記流管を通る流体の流れを制御するように構成される流量制御弁を更に備え、前記制御回路部は、決定された質量流量に基づいて前記流量制御弁を制御するように構成される、請求項１に記載の質量流量計／コントローラ。

【請求項13】

流体を流管の入口から前記流管の出口に誘導することと、
アクチュエーターを介して前記流管内に振動を引き起こすことと、
光源から光を放出することと、
少なくとも１つのビームスプリッターを介して、前記光源から放出された光を第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割することと、
前記第１の光ビームの検出に基づいて、第１の光センサーを介して、前記流管上の第１の場所の第１の位置の第１の測定値を出力することと、
前記第２の光ビームの検出に基づいて、第２の光センサーを介して、前記流管上の第２の場所の第２の位置の第２の測定値を出力することと、
前記第１の測定値及び前記第２の測定値に基づいて、制御回路部を介して、前記流管を通る質量流量又は前記流管内の流体の密度のうちの少なくとも一方を決定することと、
を含む、方法。

【請求項14】

前記少なくとも１つのビームスプリッターを介して光を分割することは、
前記光源に対して実質的に４５度の角度で配置される第１のミラーを介して、前記光源からの光の第１の部分を反射して前記第１の光ビームを形成することと、
第２のミラーを介して、前記第１のミラーを通過する前記光源からの光の第２の部分を前記第１のミラーに向けて反射し返すことと、
前記第１のミラーを介して、前記光源からの光の前記第２の部分を反射して前記第２の光ビームを形成することと、
を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームを反対方向に誘導することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１のミラーを介した前記第１の光ビームを、前記第２のミラーを介して前記第１の光センサーに反射することと、前記第１のミラーを介して反射した前記第２の光ビームを前記第２の光センサーに反射することとを更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１の光センサー及び前記第２の光センサーを熱結合することを更に含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記光源を前記第１の光センサー及び前記第２の光センサーに熱結合することを更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

光を分割することは、キューブビームスプリッター、プレートビームスプリッター、ペリクルビームスプリッター、ウォラストンプリズム、回折ビームスプリッター、作動ビームスプリッター、又は溶融ファイバービームスプリッターのうちの少なくとも１つを使用して光を分割することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項20】

前記流管内に振動を引き起こすことは、磁石及び駆動コイルを介して前記流管を作動することを含む、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願］
本出願は、「MASS FLOW METERS/CONTROLLERS AND METHODS HAVING IMPROVED ACCURACY」と題する２０２０年５月８日に出願された米国特許出願第１６／８７０，１４７号の利益を主張する。米国特許出願第１６／８７０，１４７号の全体は、引用することにより明示的に本明細書の一部をなす。

【0002】

本開示は、包括的には、質量流量測定及び制御に関し、より詳細には、精度を改善した質量流量計／コントローラ及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

コリオリ効果に基づく質量流量計は、媒体が流れる流管の異なる部分の間の位相差を決定することによって媒体の質量流量を測定する。

【発明の概要】

【0004】

精度を改善した質量流量計／コントローラは、実質的に図面の少なくとも１つによって例示され、図面の少なくとも１つに関連して記載され、特許請求の範囲においてより完全に記述される。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本開示の態様に係る一例示の質量流量計／コントローラの概略図である。

【0006】

【図2】単一の光源が、複数の光センサーによって検出される複数の光ビームを提供する、図１の質量流量計／コントローラの一例示の実施態様の概略図である。

【0007】

【図3】単一の光源によって出力される光を、複数の光センサーによって検出される複数の光ビームに分割する１つ以上のビームスプリッターを備える、図１の質量流量計／コントローラの一例示の実施態様の概略図である。

【0008】

【図4】単一の光源によって出力される光を、複数の光センサーによって検出される複数の光ビームに分割する１つ以上のビームスプリッターを備え、分割された光ビームは、光源と同じ方向を有する、図１の質量流量計／コントローラの一例示の実施態様の概略図である。

【0009】

【図5】単一の光源によって出力される光を、複数の光センサーによって検出される複数の光ビームに分割する１つ以上のビームスプリッターを備え、分割された光ビームは、光源とは反対の方向を有する、図１の質量流量計／コントローラの一例示の実施態様の概略図である。

【0010】

【図6】質量流量及び／又は流体密度を測定する、及び／又は質量流量を制御するように図２の質量流量計／コントローラによって実行することができる一例示の方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面は、必ずしも正確な縮尺ではない。適切な場合は、同様の又は同一の参照符号を使用して、同様の又は同一の構成要素を指す。

【0012】

質量流量測定の精度は、光センサーによって出力される信号の品質に左右される。コリオリ質量流量計の従来の光センサーにおいては、別個の光源（例えば、チャネル）が、それぞれの光センサーによって測定される光ビームを提供する。従来の構成における光センサーは、流管の変調に起因してＤＣバイアス信号及びＡＣ信号を含む信号を出力する。各光チャネルが光源、光源制御回路、及び光センサーを含む、複数の光チャネルを有する従来の質量流量計においては、所与のチャネルの各構成要素は雑音も生成し、光チャネル出力信号全体に影響を及ぼす。例えば、各光チャネルは、光源制御回路に起因するフォトセンサー雑音信号と、光源に起因するフォトセンサー雑音信号と、フォトセンサーに起因するＡＣ雑音信号とを含み得る。

【0013】

上述した雑音源が間に相関のないランダム雑音であることから、これらの雑音信号は、補償することができず、従来の流量計において流量計精度に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、２つの別個のチャネルを有する従来の質量流量計については、幾分かの雑音を位相シフト値全体に寄与する少なくとも６つの独立変数が存在する。

【0014】

開示される例示の質量流量計／コントローラは、質量流量測定における独立雑音源の数を減らすことにより精度を増大する。幾つかの開示される例において、１つ以上のビームスプリッターは、複数のチャネルによって使用される単一の光源を分割し、得られる光ビームを、流管上の異なる場所の間の位相差を測定するために、それらの場所を横断するように誘導する。

【0015】

開示される例示の質量流量計／コントローラは、流管であって、流体を該流管の入口から該流管の出口に誘導するように構成される、流管と、流管内に振動を引き起こすように構成されるアクチュエーターと、光を放出するように構成される光源と、光源によって放出される光を第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割するように構成される少なくとも１つのビームスプリッターと、第１の光ビームの検出に基づいて、流管上の第１の場所の第１の位置の第１の測定値を出力するように構成される第１の光センサーと、第２の光ビームの検出に基づいて、流管上の第２の場所の第２の位置の第２の測定値を出力するように構成される第２の光センサーと、第１の測定値及び第２の測定値に基づいて、流管を通る質量流量又は流管内の流体の密度のうちの少なくとも一方を決定するように構成される制御回路部とを備える。

【0016】

幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、少なくとも１つのビームスプリッターは、第１の光ビーム及び第２の光ビームを反対方向に誘導するように構成され、第１の光センサー及び第２の光センサーは、少なくとも１つのビームスプリッターから第１の光ビーム及び第２の光ビームをそれぞれ受けるように少なくとも１つのビームスプリッターの対向する側部に位置決めされる。幾つかの例では、少なくとも１つのビームスプリッターは、光源からの光の第１の部分を反射して第１の光ビームを形成するように、光源に対して実質的に４５度の角度で配置される第１のミラーと、第１のミラーを通過する光源からの光の第２の部分を第１のミラーに向けて反射し返すように配置される第２のミラーとを備える。第１のミラーは、第２のミラーからの光の第２の部分を反射して第２の光ビームを形成するように構成される。

【0017】

幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、少なくとも１つのビームスプリッターは、第１のミラーからの第１の光ビームを第１の光センサーに反射するように構成される第３のミラーと、第１のミラーからの第２の光ビームを第２の光センサーに反射するように構成される第４のミラーとを更に備える。幾つかの例示の質量流量計／コントローラは、プリント回路基板を更に備え、第１の光センサー及び第２の光センサーは、プリント回路基板に取り付けられる。幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、プリント回路基板は、第１の光センサー及び第２の光センサーを熱結合するように構成される。幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、光源は、プリント回路基板に取り付けられ、第１の光センサー及び第２の光センサーに熱結合される。

【0018】

幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、流管の第１の場所、流管の第２の場所、及び流管の第１の場所と第２の場所との間の部分は、二次元平面上で方向付けされ、アクチュエーターは、二次元平面に沿った方向において流管内に振動を引き起こすように構成される。幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、流管の第１の場所、流管の第２の場所、及び流管の第１の場所と第２の場所との間の部分は、二次元平面上で方向付けされ、アクチュエーターは、二次元平面を横断する方向において流管内に振動を引き起こすように構成される。

【0019】

幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、少なくとも１つのビームスプリッターは、キューブビームスプリッター、プレートビームスプリッター、ペリクルビームスプリッター、ウォラストンプリズム、回折ビームスプリッター、作動ビームスプリッター、又は溶融ファイバービームスプリッターのうちの少なくとも１つを含む。幾つかの例示の質量流量計／コントローラでは、アクチュエーターは、流管に取り付けられる磁石を介して流管を作動するように構成される駆動コイルを含む。幾つかの例示の質量流量計／コントローラは、流管を通る流体の流れを制御するように構成される流量制御弁を更に備え、制御回路部は、決定された質量流量に基づいて流量制御弁を制御するように構成される。

【0020】

開示される例示の方法は、流体を流管の入口から流管の出口に誘導することと、アクチュエーターを介して流管内に振動を引き起こすことと、光源から光を放出することと、少なくとも１つのビームスプリッターを介して、光源から放出された光を第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割することと、第１の光ビームの検出に基づいて、第１の光センサーを介して、流管上の第１の場所の第１の位置の第１の測定値を出力することと、第２の光ビームの検出に基づいて、第２の光センサーを介して、流管上の第２の場所の第２の位置の第２の測定値を出力することと、第１の測定値及び第２の測定値に基づいて、制御回路部を介して、流管を通る質量流量又は流管内の流体の密度のうちの少なくとも一方を決定することとを伴う。

【0021】

幾つかの例示の方法では、少なくとも１つのビームスプリッターを介して光を分割することは、光源に対して実質的に４５度の角度で配置される第１のミラーを介して、光源からの光の第１の部分を反射して第１の光ビームを形成することと、第２のミラーを介して、第１のミラーを通過する光源からの光の第２の部分を第１のミラーに向けて反射し返すことと、第１のミラーを介して、光源からの光の第２の部分を反射して第２の光ビームを形成することとを伴う。

【0022】

幾つかの例示の方法は、第１の光ビーム及び第２の光ビームを反対方向に誘導することを更に伴う。幾つかの例示の方法は、第１のミラーを介した第１の光ビームを、第２のミラーを介して第１の光センサーに反射することと、第１のミラーを介して反射した第２の光ビームを第２の光センサーに反射することとを更に伴う。幾つかの例示の方法は、第１の光センサー及び第２の光センサーを熱結合することを更に伴う。幾つかの例示の方法は、光源を第１の光センサー及び第２の光センサーに熱結合することを更に伴う。

【0023】

幾つかの例では、光を分割することは、キューブビームスプリッター、プレートビームスプリッター、ペリクルビームスプリッター、ウォラストンプリズム、回折ビームスプリッター、作動ビームスプリッター、又は溶融ファイバービームスプリッターのうちの少なくとも１つを使用して光を分割することを伴う。幾つかの例示の方法では、流管内に振動を引き起こすことは、磁石及び駆動コイルを介して流管を作動することを含む。

【0024】

図１は、一例示の質量流量計／コントローラ１００の概略図である。図１の例示の質量流量計／コントローラ１００を使用することで、質量流量計／コントローラ１００と直列に接続される導管を通る流体の質量流量及び／又は密度を測定し、及び／又は、弁を制御することによって導管を通る流体の質量流量を制御することができる。

【0025】

例示の質量流量計／コントローラ１００は、通流基部１０２と、流管１０４と、流体入口１０６と、流体出口１０８とを備える。流管１０４は、流体を流管１０４の流体入口１０６から流管１０４の流体出口１０８に誘導する。流管１０４を流れる流体の質量流量及び／又は密度を測定するために、例示の質量流量計／コントローラ１００は、複数の光センサー１１０、１１２（本明細書において「フォトセンサー」とも称する）と、流管１０４内に振動を引き起こすアクチュエーター（例えば、永久磁石１１４及び駆動コイル１１６）と、制御回路部１２２とを備える。測定誤差を低減するために、例示の質量流量計／コントローラ１００は、温度センサー１２６を更に備える。

【0026】

流管１０４はＵ字形状で構成される。駆動コイル１１６は、交流磁界を生成し、この磁界により永久磁石１１４に駆動力を生じる。永久磁石１１４は、流管１０４に取り付けられ、駆動力を流管１０４に伝達し、流管１０４内に振動をもたらす。流管１０４は或る周波数で振動し、制御回路部１２２は、流管１０４の固有振動数に振動周波数を近似させるように駆動コイル１１６を制御することができる。流管１０４の内側の媒体（例えば、気体又は液体）を移動することにより、コリオリ力が生じ、流管１０４上のアクチュエーターの上流にある第１の場所１１８と、流管１０４上のアクチュエーターの下流にある第２の場所１２０との間の位相シフトが生じる。光センサー１１０、１１２は、第１の場所１１８及び第２の場所１２０における流管１０４の位置を測定し、同じ周波数を有するが位相差又は時間差を有するそれぞれの信号（例えば、測定値）を出力する。

【0027】

例示の制御回路部１２２は、光センサー１１０からの第１の測定値及び光センサー１１２からの第２の測定値に基づいて、流管１０４を通る質量流量及び／又は流管１０４内の流体の密度を決定する。幾つかの例において、制御回路部１２２は、流量制御弁１２４を使用して流管１０４を通る質量流量を制御する。制御回路部１２２は、所望の流量と測定流量との比較に基づいて流量制御弁１２４を制御することができ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ等の１つ以上の制御ループ及び／又はフィルターを含むことができる。

【0028】

図１の例示の制御回路部１２２は、汎用コンピューター、ラップトップコンピューター、タブレットコンピューター、モバイルデバイス、サーバー、埋め込みデバイス、及び／又は他の任意のタイプのコンピューティングデバイスとすることができる。

【0029】

図１の例示の制御回路部１２２は、プロセッサ１３２を備える。例示のプロセッサ１３２は、任意の製造業者による任意の汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）とすることができる。幾つかの他の例において、プロセッサ１３２は、１つ以上の専用処理ユニット、例えばグラフィック処理ユニット及び／又はデジタル信号プロセッサを含むことができる。プロセッサ１３２は、機械可読命令１３４を実行する。機械可読命令１３４は、プロセッサにローカルに（例えば、内蔵されるキャッシュ内に）、ランダムアクセスメモリ１３６（又は他の揮発性メモリ）内に、リードオンリーメモリ１３８（又は他の不揮発性メモリ、例えばフラッシュメモリ）内に、及び／又はマスストレージデバイス１４０内に記憶することができる。例示のマスストレージデバイス１４０は、ハードドライブ、ソリッドステートストレージデバイス、ハイブリッドドライブ、ＲＡＩＤアレイ、及び／又は他の任意のマスデータストレージデバイスとすることができる。

【0030】

バス１４２により、プロセッサ１３２、ＲＡＭ１３６、ＲＯＭ１３８、マスストレージデバイス１４０、ネットワークインターフェース１４４、及び／又は入力／出力インターフェース１４６の間の通信が可能になる。

【0031】

例示のネットワークインターフェース１４４は、インターネット等の通信ネットワーク１４８に制御回路部１２２を接続するハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアを含む。例えば、ネットワークインターフェース１４４は、通信を送信及び／又は受信するためにＩＥＥＥ ８０２．Ｘに準拠する無線及び／又は有線通信を含むことができる。

【0032】

例示の制御回路部１２２は、Ｉ／Ｏインターフェース１４６及び／又はＩ／Ｏデバイス（複数の場合もある）１５０を介して、非一時的機械可読媒体１５２にアクセスすることができる。図１の機械可読媒体１５２の例として、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイル／ビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク等）、磁気媒体（例えば、フロッピーディスク）、ポータブル記憶媒体（例えば、ポータブルフラッシュドライブ、セキュアデジタル（ＳＤ）カード等）、及び／又は他の任意のタイプの取り外し可能及び／又はインストール式機械可読媒体が挙げられる。

【0033】

質量流量を決定するために、例示の制御回路部１２２は、下記式１に示す質量流量式を使用することができる：
ＭＦ＝ＦＣＦ＊Δｔ （式１）

【0034】

式１において、ＭＦは質量流量（例えば、キログラム／秒（ｋｇ／ｓ））であり、ＦＣＦは流量較正係数であり、（例えば、較正に基づく）特定のデバイスの定数であり、Δｔ＝θ／２πＦ’であり、ここで、θは光センサー１１０、１１２からの出力信号の間の位相差であり、Ｆは流管１０４の固有振動数である。

【0035】

図２は、単一の光源２０２（例えば、ＬＥＤ）が、光センサー１１０、１１２によって検出される複数の光ビーム２０４、２０６を提供する、図１の質量流量計／コントローラ１００の一例示の実施態様の概略図である。光源２０２は光源コントローラ２０８によって制御される。光源を１つに削減することにより、図２の例は、測定における独立雑音又は誤差源の数を削減し、質量流量及び／又は密度測定値（複数の場合もある）の精度を増大する。光センサー１１０、１１２は、得られる信号をそれぞれの増幅器２１０、２１２に出力し、増幅器２１０、２１２は、図１の制御回路部１２２内で実装することができる。

【0036】

光センサー１１０、１１２が、光ビーム２０４、２０６を介して流管１０４の振動を測定することを可能にするように、同じ光源２０２からの複数の光ビーム２０４、２０６を２つの異なる光センサー１１０、１１２を誘導するために、光源２０２は、光を複数の方向に放出するように構成することができる。加えて又は代替的に、より詳細に後述するように、質量流量計／コントローラは、１つ以上のビームスプリッターを備えることができ、及び／又は、光センサー１１０、１１２は、単一の光源２０２を使用して生成された複数の光ビームの検出に基づいて、流管１０４上の第１の場所１１８及び第２の場所１２０の位置の測定値を出力するように構成することができる。

【0037】

図３は、単一の光源３０６によって出力される光３０４を、光センサー１１０、１１２によって検出される複数の光ビーム３０８、３１０に分割するビームスプリッター３０２を備える、図１の質量流量計／コントローラ１００の別の例示の実施態様の概略図である。

【0038】

図３の例示のビームスプリッター３０２は、光源３０６からの光３０４に対して４５度の角度で方向付けされる第１のミラー３１２を備える。第１のミラー３１２は、光源３０６からの光３０４の第１の部分を反射して第１の光ビーム３０８を形成し、第１の光ビーム３０８を第１の光センサー１１０に向かって誘導する。流管１０４上の第１の場所１１８は、流管１０４の第１の場所１１８が流管１０４の振動に基づいて第１の光ビーム３０８の一部を遮蔽するように、第１のミラー３１２と光センサー１１０との間に位置決めされる。

【0039】

ビームスプリッター３０２は、第１のミラー３１２を通過する光源３０６からの光３０４の第２の部分３１６を第１のミラーに向かって反射し返す第２のミラー３１４を備える。第１のミラー３１２は、第２のミラー３１４からの光の第２の部分を反射して第２の光ビーム３１０を形成し、第２の光ビーム３１０を第２の光センサー１１２に向かって誘導する。流管１０４上の第２の場所１２０は、流管１０４の第２の場所１２０が流管１０４の振動に基づいて第２の光ビーム３１０の一部を遮蔽するように、第１のミラー３１２と光センサー１１２との間に位置決めされる。

【0040】

ビームスプリッター（例えば、ミラー３１２、３１４）は、第１の光ビーム３０８及び第２の光ビーム３１０を反対方向に誘導するように構成され、第１の光センサー１１０及び第２の光センサー１１２は、少なくとも１つのビームスプリッターから（例えば、ミラー３１２、３１４から）第１の光ビーム３０８及び第２の光ビーム３１０をそれぞれ受けるようにビームスプリッターの対向する側部に位置決めされる。

【0041】

上述した従来のコリオリ質量流量計とは対照的に、図３の例示の流量計は、位相雑音が低減する。両方のチャネル（例えば、両方の光センサー１１０、１１２）に１つの光源３０６のみが使用されることから、光源３０６及び光源コントローラ２０８からの各チャネルに対する雑音寄与は独立していない。なぜなら、雑音寄与は、両方のチャネルについて同じ構成要素（例えば、光源３０６及び光源コントローラ２０８）によって生成され、制御回路部１２２によって補償することができるからである。結果として、図３の開示される例示の質量流量計は、雑音寄与要素の数を６つから２つに削減し、例示の質量流量計の測定精度を従来の質量流量計よりも改善する。

【0042】

図４は、単一の光源３０６によって出力される光３０４を、複数の光センサー１１０、１１２によって検出される複数の光ビーム３０８、３１０に分割する１つ以上のビームスプリッター（例えば、ミラー３１２、３１４）を備える、図１の質量流量計／コントローラ１００の一例示の実施態様の概略図である。

【0043】

図４の例において、光センサー１１０、１１２は、プリント回路基板４０２を介して互いに熱結合される。すなわち、光センサー１１０、１１２は、同じプリント回路基板４０２に結合され、プリント回路基板４０２は、光センサー１１０、１１２を結合する熱伝導性材料４０３の経路（例えば、銅、アルミニウム等のストリップ）を更に有する。光センサー１１０、１１２が温度に依存する幾つかのパラメーターを有することから、光センサー１１０、１１２間の温度差は、出力信号の差及び追加の位相誤差を生じ得る。例示のプリント回路基板４０２は、光センサー１１０、１１２を近接して置くことによって光センサー１１０、１１２における温度依存の位相差を低減し、これにより、光センサー１１０、１１２間の温度勾配を低減又は実質的に消失させる。

【0044】

例示の光センサー１１０、１１２は、流管１０４のミラー３１２とは反対側に取り付けられる代わりに、回路基板４０２上に取り付けられる。第３のミラー４０４は、第１のミラー３１２からの第１の光ビーム３０８ａを第１の光センサー１１０に反射するように、第１の光ビーム３０８ａに対して４５度の角度で構成される。第４のミラー４０６は、第１のミラー３１２からの第２の光ビーム３１０ａを第２の光センサー１１２に反射するように、第２の光ビーム３１０ａに対して４５度の角度で構成される。両方のミラー４０４、４０６は、ほとんど全ての入射光（例えば、第１の光ビーム３０８ａ、３０８ｂ及び第２の光ビーム３１０ａ、３１０ｂ）を９０度反射し、光センサー１１０、１１２に入射する光ビーム３０８ｂ、３１０ｂが同じ方向（例えば、光源３０６によって生成される放出光３０４に対して０度）において移動するように、光ビーム３０８ａ、３０８ｂ、３１０ａ、３１０ｂを光センサー１１０、１１２に向かって誘導する。

【0045】

図４の例において、流管１０４の振動方向は、図３の例とは異なる方向である。流管１０４上の第１の場所１１８、流管１０４上の第２の場所１２０、及び流管１０４の第１の場所１１８と第２の場所１２０との間の部分（例えば、流管１０４のＵ字形状部分）は、図２～図５に示すように、二次元平面２１４上で方向付けされる。図３の例において、流管１０４の振動方向は平面２１４に対して横断し、一方、図２、図４及び図５の例における振動方向は平面２１４内である。アクチュエーター（例えば、駆動コイル１１６及び／又は磁石１１４）は、流管１０４に対する光センサー１１０、１１２及び光ビーム３０８、３１０の配置に基づいて振動方向を得るように構成される。

【0046】

図４の例において、光源３０６及び／又は光源コントローラ２０８は、プリント回路基板４０２とは別個の第２のプリント回路基板４０８に結合される。図４の例において、光センサー１１０、１１２は、光源３０６及び光源コントローラ２０８から物理的に離すことができる。光センサー１１０、１１２と光源３０６及び光源コントローラ２０８との間には、物理的に離されることに起因して温度差が生じる場合があり、出力信号の差、追加の位相誤差、及び測定精度の損失をもたらすおそれがある。図５は、単一の光源３０６によって出力される光３０４を、複数の光センサー１１０、１１２によって検出される複数の光ビーム３０８、３１０に分割する１つ以上のビームスプリッター（例えば、ミラー３１２、３１４）を備える、図１の質量流量計／コントローラ１００の一例示の実施態様の概略図である。図５の例において、光センサー１１０、１１２、光源３０６、及び光源コントローラ２０８は、プリント回路基板５０２を介して互いに熱結合される。

【0047】

光センサー１１０、１１２、光源３０６、及び光源コントローラ２０８が温度に依存する幾つかのパラメーターを有することから、光センサー１１０、１１２間の温度差は、出力信号の差及び追加の位相誤差を生じ得る。例示のプリント回路基板５０２は、光センサー１１０、１１２、光源３０６、及び光源コントローラ２０８を結合する熱伝導性材料５０４の経路（例えば、銅、アルミニウム等のストリップ）を有する。図５における光センサー１１０、１１２、光源３０６、及び光源コントローラ２０８の例示の配置は、これらの構成要素を近接して置くことによって、光センサー１１０、１１２、光源３０６、及び光源コントローラ２０８における温度依存の位相誤差を低減し、これにより、構成要素間の温度勾配を低減又は実質的に消失させる。

【0048】

流管１０４を光ビーム３０８ａ、３０８ｂ、３１０ａ、３１０ｂに横断させるような方法で、単一の光源３０６が同じプリント回路基板５０２上に位置する光センサー１１０、１１２に光ビーム３０８、３１０を提供することを可能にするために、図５の例は第３のミラー５０６及び第４のミラー５０８を備える。第３のミラー５０６は、第１のミラー３１２からの第１の光ビーム３０８ａを第１の光センサー１１０に反射するように、第１の光ビーム３０８ａに対して４５度の角度で構成される。第４のミラー５０８は、第１のミラー３１２からの第２の光ビーム３１０ａを第２の光センサー１１２に反射するように、第２の光ビーム３１０ａに対して４５度の角度で構成される。両方のミラー５０６、５０８は、ほとんど全ての入射光（例えば、第１の光ビーム３０８ａ及び第２の光ビーム３１０ａ）を９０度反射し、光センサー１１０、１１２に入射する光ビーム３０８ｂ、３１０ｂが反対方向（例えば、光源３０６によって生成される放出光３０４に対して１８０度）において移動するように、光ビーム３０８ｂ、３１０ｂを光センサー１１０、１１２に向かって誘導する。

【0049】

流管１０４に対する光センサー１１０、１１２の場所が（図４の例と比較して）異なることに起因して、ミラー５０６は、図４のミラー４０４の向きと比較して９０度の角度で方向付けされ、ミラー５０８は、ミラー４０６の向きと比較して９０度の角度で方向付けされる。

【0050】

図３～図５の例は、ビームスプリッターの一例示の実施態様を含むが、任意のタイプのビームスプリッターを使用してもよい。使用することができる例示のビームスプリッターとしては、キューブビームスプリッター、プレートビームスプリッター、ペリクルビームスプリッター、ウォラストンプリズム、回折ビームスプリッター、作動ビームスプリッター、又は溶融ファイバービームスプリッターが挙げられる。

【0051】

図６は、質量流量及び／又は流体密度を測定する、及び／又は質量流量を制御するように図２～図５の質量流量計／コントローラ１００によって実行することができる一例示の方法６００を示すフローチャートである。図１及び図３の例示の質量流量計／コントローラ１００を参照して例示の方法６００を記載する。ただし、方法６００は、開示される例示の質量流量計／コントローラのいずれを使用して実行してもよい。

【0052】

ブロック６０２において、流管１０４は、流体を流管１０４の入口から流管１０４の出口に差し向ける。ブロック６０４において、アクチュエーターは、流管１０４内に振動を誘導する。

【0053】

ブロック６０６において、制御回路部１２２は、光源コントローラ２０８を制御することによって光３０４を放出するように光源３０６を制御する。例えば、制御回路部１２２により、光源コントローラ２０８が光源３０６を有効にすることを可能にすることができる。ブロック６０８において、１つ以上のビームスプリッター（例えば、ミラー３１２、３１４）は、光源３０６によって放出された光３０４を、第１の光ビーム３０８及び第２の光ビーム３１０に分割する。

【0054】

ブロック６１０において、第１の光センサー１１０は、第１の光ビーム３０８又は３０８ｂの検出に基づいて、流管１０４上の第１の場所１１８の第１の位置を測定し、（例えば、増幅器２１０による増幅の後に）第１の測定値を出力する。ブロック６１２において、第２の光センサー１１２は、第２の光ビーム３１０又は３１０ｂの検出に基づいて、流管１０４上の第２の場所１２０の第２の位置を測定し、（例えば、増幅器２１２による増幅の後に）第２の測定値を出力する。第１の測定値及び第２の測定値は、光センサー１１０、１１２によって受信される第１の光ビーム３０８、３０８ｂ及び第２の光ビーム３１０、３１０ｂのそれぞれの振幅（magnitudes）を示す信号とすることができる。信号の振幅は、流管１０４による光ビーム３０８、３０８ｂ、３１０、３１０ｂの遮蔽に基づいて変化する場合があり、遮蔽は流管１０４の振動の結果として変化する。

【0055】

ブロック６１４において、制御回路部１２２は、流管１０４を通る質量流量（例えば、第１の測定値と第２の測定値との間の位相差に基づいて）及び／又は流管１０４内の流体の密度（例えば、流管１０４の振動周波数に基づいて）を決定する。

【0056】

ブロック６１６において、制御回路部１２２は、流量を制御するかどうかを決定する。例えば、質量流量コントローラは、流量を制御するように構成することができ、一方、質量流量計は流量の制御を省く。流量を制御する場合（ブロック６１６）、制御回路部１２２は、測定流量と目標流量との間の差に基づいて流量制御弁１２４を調整する。

【0057】

流量制御弁を調整した後（ブロック６１８）、又は流量を制御しない場合（ブロック６１６）、制御はブロック６０２に戻り、測定及び／又は制御を継続する。

【0058】

本方法及びシステムは、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで実現することができる。本方法及び／又はシステムは、少なくとも１つのコンピューティングシステムにおいて集中的に、又は幾つかの相互接続されたコンピューティングシステムにわたって異なる要素が分散される分散方式で、実現することができる。本明細書に記載した方法を実行するように適合された任意の種類のコンピューティングシステム又は他の装置が適している。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、汎用コンピューティングシステムを、ロードされ実行されるとコンピューティングシステムを本明細書に記載した方法を実行するように制御するプログラム又は他のコードとともに、含むことができる。別の典型的な実施態様は、１つ以上の特定用途向け集積回路又はチップを含むことができる。幾つかの実施態様は、非一時的機械可読（例えば、コンピューター可読）媒体（例えば、フラッシュメモリ、光ディスク、磁気記憶ディスク等）を含むことができ、そうした非一時的機械可読媒体は、機械によって実行可能なコードの１つ以上のラインを記憶し、それにより、機械に、本明細書に記載したようなプロセスを実行させる。本明細書で用いられる場合、「非一時的機械可読媒体」という用語は、全てのタイプの機械可読記憶媒体を含み、伝播信号を排除するように定義される。

【0059】

本方法及び／又はシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法及び／又はシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。例えば、開示されている例のブロック及び／又は構成要素は、組み合わせ、分割し、再構成し、及び／又は、別の方法で改変することができる。したがって、本方法及び／又はシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されないが、本方法及び／又はシステムは、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含むことが企図される。

【0060】

本明細書で用いられる場合、「回路」及び「回路部」という用語は、物理的な電子構成要素（すなわち、ハードウェア）と、ハードウェアを構成することができ、ハードウェアが実行することができ、及び／又は他の方法でハードウェアに関連付けることができる、任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）とを指す。本明細書で用いられる場合、例えば特定のプロセッサ及びメモリは、コードの第１の１つ以上のラインを実行しているとき、第１の「回路」を含むことができ、コードの第２の１つ以上のラインを実行しているとき、第２の「回路」を含むことができる。本明細書で用いられる場合、「及び／又は」は、「及び／又は」によって連結されるリストにおける項目のうちの任意の１つ以上を意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚのうちの１つ以上」を意味する。本明細書で用いられる場合、「例示的な」という用語は、非限定的な例、事例又は例証としての役割を果たすことを意味する。本明細書で用いられる場合、「例えば」という用語は、１つ以上の非限定的な例、事例又は例証のリストを開始する。本明細書で用いられる場合、回路部は、或る機能を実施するために必要なハードウェア及びコード（いずれかが必要である場合）を含む場合はいつでも、その機能の実施が（例えば、ユーザーが構成可能な設定、工場トリム等により）無効にされる又は有効にされていないか否かに関わりなく、回路部はその機能を実行するように「動作可能」である。

【0061】

本方法及び／又はシステムは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで実現することができる。本方法及び／又はシステムは、少なくとも１つのコンピューティングシステムにおいて集中的に、又は幾つかの相互接続されたコンピューティングシステムにわたって異なる要素が分散される分散方式で、実現することができる。本明細書に記載した方法を実行するように適合された任意の種類のコンピューティングシステム又は他の装置が適している。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、汎用コンピューティングシステムに、ロードされ実行されるとコンピューティングシステムを本明細書に記載した方法を実行するように制御するプログラム又は他のコードを伴うものとすることができる。別の典型的な実施態様は、特定用途向け集積回路又はチップを含むことができる。幾つかの実施態様は、非一時的機械可読（例えば、コンピューター可読）媒体（例えば、フラッシュドライブ、光ディスク、磁気記憶ディスク等）を含むことができ、そうした非一時的機械可読媒体は、機械によって実行可能なコードの１つ以上のラインを記憶し、それにより、機械に、本明細書に記載したようなプロセスを実行させる。

【0062】

本方法及び／又はシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法及び／又はシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本方法及び／又はシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法及び／又はシステムは、字義通りにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】