JP2013537305A - 曲管振動流量計における熱応力の補償 - Google Patents

Abstract

曲管振動流量計（5）が、流管温度センサT_T（190）と、曲管振動流量計（5）のケース（300）の１つ以上のケース位置に取り付けられた複数のケース温度センサT_C（303）とを備える。複数のケース温度センサT_C（303）が、ケース温度信号を生成し、前記１つ以上のケース位置における複数のケース温度センサ抵抗が、前記１つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した合成ケース抵抗を形成する。流量計電子機器（20）が、前記流管温度信号を受信し、前記ケース温度信号を受信し、流管温度信号およびケース温度信号を使用して、曲管振動流量計（5）を熱応力に関して補償する。

Description

本発明は、曲管（カーブドチューブ）振動流量計に関し、さらに詳しくは、曲管振動流量計における熱応力の補償に関する。

コリオリ質量流量計および振動式密度計などの振動管センサは、典型的には、流れる物質を収容している１つ以上の振動管の運動を検出することによって動作する。質量流量、密度、などといった管内の物質に関する特性は、管に組み合わせられた運動トランスデューサから受信される測定信号を処理することによって割り出すことができる。振動する物質で満たされた系の振動モードは、一般に、収容している管と収容されている物質との組み合わせの質量、剛性、および減衰特性に左右される。

典型的なコリオリ質量流量計は、パイプラインまたは他の搬送系に直列に接続され、系において例えば流体、スラリ、乳液、などの物質を運ぶ１つ以上の管を備える。各々の管は、例えば単純曲げ、ねじり、径方向、および連成の各モードを含む一式の固有振動モードを有するものと考えられる。典型的なコリオリ質量流量測定の用途においては、物質が管を通って流れているときに、管が１つ以上の振動モードにて励振される。この管の運動は、管に沿って間隔を空けて位置するいくつかの点において測定される。励振は、典型的には、管に周期的な様相で外乱を加えるアクチュエータ（例えば、ボイスコイル型のドライバなどの電気機械装置）によってもたらされる。質量流量を、トランスデューサの位置における運動の間の時間差または位相差を測定することによって割り出すことができる。振動応答の周波数を、ただ１つのトランスデューサによって測定することができ、この周波数が、計器内の物質の密度を割り出すために使用される。そのような２つのトランスデューサ（または、ピックオフセンサ）が、２つ以上の流管（フローチューブ）の振動応答を測定するために使用され、典型的にはアクチュエータの上流および下流の位置に配置される。２つのピックオフセンサは、電子計器と接続される。計器が、２つのピックオフセンサから信号を受信し、これらの信号を処理して、とりわけ質量流量の測定値を導出する。このように、コリオリ質量流量計および密度計を含む振動流量計は、流体を測定するために振動させられる１つ以上の流管を使用する。

振動計を、高温または低温の流動物質に対して使用することができる。しかしながら、流量計の１つ以上の流管が流量計アセンブリの他の部分とは異なる温度にあると、流量計に熱応力が生じる。例えば、高温の流体が低温の流量計へと突然に導入されると、流管は膨張して延びようとするが、流管の膨張は（比較的）低温のケースによって拘束される。この状況は、熱衝撃として知られている。より一般的な定常状態においては、流体が高温であるのに対し、周囲の環境が低温であり、結果として流量計の各部を横切って温度勾配が存在する。

典型的な流量計においては、流管の熱膨張または熱収縮が、流量計の設計によって拘束または防止されていることがある。そのため、流量計内に存在する温度差が、流量計の１つ以上の流管に熱応力を生じさせる。例えば、管の軸方向の膨張または収縮を、流量計のケースによって拘束することができる。

Van Cleveの米国特許第6,327,915号が、バランスバーと温度センサS1〜S4とを備える直管コリオリ流量計を開示している。ここでは１つの温度センサS4が、ケースの温度を測定するために使用される。温度変化が直管（ストレートチューブ）の共振周波数に影響を及ぼす圧縮力または引張力を振動管に引き起こし、温度センサのネットワークが、熱応力の補償の実行に使用される温度情報をもたらす。

直管振動流量計は、その形状ゆえに、曲管流量計に存在するような曲げ応力を有さない。直管振動流量計は、複数のケース温度の測定を必要とせず、また、管の曲げ応力に影響を及ぼす特定の位置におけるケースの温度の測定を必要としない。

二重曲管を有するコリオリ流量計が、流量の測定に関して最も高精度であることが知られている。また、二重曲管を有するコリオリ流量計は、密度の測定においても高精度であるが、直管を１つだけ有する現在製造されている一部の密度計ほどには正確でない。

しかしながら、直管密度計は、それらの利点にもかかわらず、いくつかの欠点を有している。真っ直ぐであって比較的堅固である流管は、ケースおよび他の構成部品に拘束されるので、自由な膨張と収縮が不可能である。直管振動式密度計に結果として加わる熱に起因する圧縮または引張により、共振周波数が変化する。このような流量計の膨張または収縮を引き起こす、加熱または冷却の影響は、熱応力と呼ばれる。

単一直管密度計は、その精度を、使用される流管のいずれかの端部に流量計アセンブリの熱膨張および熱収縮を可能にするベローズを備えることによって部分的に達成する。すなわち、ベローズが、流管の周波数を変化させて流量計の精度を損ないかねない熱応力から、流管を隔絶する。

ベローズは、いくつかの欠点を有している。第１に、ベローズは、流量計の流体の圧力の定格を制限する。第２に、流れが停止した後も、ベローズが流動する物質を捕えたまま止めるため、流量計の衛生的能力が損なわれる。第２に、ベローズは、より高価で複雑な構造を必要とし、したがってコストが高くなる。

本発明の一態様においては、曲管振動流量計が、
前記曲管振動流量計の１つ以上の湾曲した流管に取り付けられており、流管温度信号を生成する流管温度センサT_Tと、
前記曲管振動流量計のケースの１つ以上のケース位置に取り付けられており、ケース温度信号を生成する複数のケース温度センサT_Cと、
前記流管温度信号を受信し、前記ケース温度信号を受信し、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を熱応力に関して補償するように構成された流量計電子機器とを備える。上記において、前記１つ以上のケース位置における複数のケース温度センサの抵抗が、前記１つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した合成のケース抵抗を形成している。

好ましくは、上記曲管振動流量計が、単一曲管振動流量計を備える。

好ましくは、上記曲管振動流量計が、二重曲管振動流量計を備える。

好ましくは、上記曲管振動流量計において、前記少なくとも１つのケース温度センサT_Cが、代表ケース温度信号を生成する複数のケース温度センサT_Cを備える。

好ましくは、上記曲管振動流量計において、前記１つ以上のケース位置が、２つ以上のケース位置を含んでおり、
前記複数のケース温度センサT_Cが、前記２つ以上のケース位置の各々のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗比を形成している。

好ましくは、前記流量計電子機器が、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を温度の変化に伴う曲管の曲げ応力の変化に関して補償するようにさらに構成されている。

好ましくは、上記曲管振動流量計がマニホールドを備え、第１のケース温度センサT_Cが、前記ケースの実質的に前記マニホールドに設けられている。

好ましくは、上記曲管振動流量計において、第２のケース温度センサT_Cが、流管の両端の間において実質的に前記ケースに設けられている。

本発明の一態様においては、曲管振動流量計が、
前記曲管振動流量計の１つ以上の湾曲した流管に取り付けられており、流管温度信号を生成する流管温度センサT_Tと、
前記曲管振動流量計のケースの２つ以上のケース位置に取り付けられており、ケース温度信号を生成する複数のケース温度センサT_Cと、
前記流管温度信号を受信し、前記ケース温度信号を受信し、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を熱応力に関して補償するように構成された流量計電子機器とを備える。上記において、前記２つ以上のケース位置における複数のケース温度センサ抵抗が、前記２つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗を形成している。

好ましくは、上記曲管振動流量計が、単一曲管振動流量計を備える。

好ましくは、上記曲管振動流量計が、二重曲管振動流量計を備える。

好ましくは、前記複数のケース温度センサT_Cが、代表ケース温度信号を生成する。

好ましくは、前記流量計電子機器が、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を温度の変化に伴う曲管の曲げ応力の変化に関して補償するようにさらに構成されている。

好ましくは、上記曲管振動流量計がマニホールドを備え、第１のケース温度センサT_Cが、前記ケースの実質的に前記マニホールドに設けられている。

好ましくは、上記曲管振動流量計において、第２のケース温度センサT_Cが、流管の両端の間において実質的に前記ケースに設けられている。

本発明の一態様においては、曲管振動流量計における熱応力補償方法が、
曲管振動流量計の湾曲した流管の流管温度を測定し、流管温度信号を生成することと、
前記曲管振動流量計のケースの１つ以上のケース位置に取り付けられた複数のケース温度センサを使用してケース温度を測定し、ケース温度信号を生成することと、
前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を熱応力に関して補償することととを含んでいる。上記において、前記１つ以上のケース位置における複数のケース温度センサの抵抗が、前記1つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した合成のケース抵抗を形成している。

好ましくは、曲管振動流量計が、単一曲管振動流量計を備える。

好ましくは、曲管振動流量計が、二重曲管振動流量計を備える。

好ましくは、前記複数のケース温度センサが、代表ケース温度信号を生成する。

好ましくは、前記１つ以上のケース位置が、２つ以上のケース位置を含んでおり、
前記２つ以上のケース温度センサが、前記２つ以上のケース位置の各々のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗比を形成している。

好ましくは、上記方法が、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を温度の変化に伴う曲げ応力の変化に関して補償することをさらに含んでいる。

流量計アセンブリと流量計電子機器とを備えるコリオリ流量計を示す図である。 熱応力に起因した管周期の誤差の二乗（Γ²）について、管の温度と合成のケース温度との間の温度差に対するグラフである。 本発明による曲管振動流量計を示す切断図である。 本発明の別の実施形態による曲管振動流量計のケース温度センサ網を示す図である。 センサアセンブリとバランス構造とを備える単一曲管振動流量計の一例を示す図である。

図１〜図５および以下の説明は、本発明の最良の態様を製作および使用するやり方を当業者に教示するために具体的な例を示している。本発明の原理を教示するという目的において、いくつかの従来からの態様は、簡略化または省略されている。本発明の技術的範囲に包含されるこれらの例からの変型例を、当業者であれば理解できるであろう。後述される特徴をさまざまなやり方で組み合わせて本発明の多数の変型例を形成できることを、当業者であれば理解できるであろう。結果として、本発明は、後述される具体的な例には限定されず、特許請求の範囲およびそれらの均等物によってのみ限定される。

図１が、流量計アセンブリ10と流量計電子機器20とを備えるコリオリ流量計5を示している。流量計アセンブリ10が、プロセス物質の質量流量および密度に応答する。流量計電子機器20が、密度、質量流量、および温度の情報、ならびに本発明に関係しない他の情報を経路26にてもたらすために、リード100を介して流量計アセンブリ10と接続される。以下ではコリオリ流量計の構造が説明されるが、本発明が、コリオリ質量流量計によってもたらされる追加の測定能力を有しない、振動管密度計として実施できることは、当業者にとって明らかである。

流量計アセンブリ10は、１対のマニホールド150および150’と、フランジ首部110および110’を有するフランジ103および103’と、１対の平行な流管（フローチューブ）130および130’と、駆動機構180と、温度センサ190と、１対の速度センサ170Lおよび170Rとを備えている。流管130および130’は、流管取り付けブロック120および120’においてお互いに向かって収束する2つの基本的に真っ直ぐな入口辺131および131’ならびに出口辺134および134’を有している。流管130および130’は、それらの長さにおける２つの対称な位置において曲げられ、基本的に全長にわたって平行である。補強バー140および140’が、各々の流管の振動の中心となる軸WおよびW’を定めるように機能する。

流管130および130’の側辺131，131’および134、134’が、マニホールド150および150’にしっかりと取り付けられる。これにより、コリオリ流量計アセンブリ10を通る連続的で閉じた物質の経路がもたらされる。

孔102および102’を有するフランジ103および103’は、測定対象のプロセス物質を運ぶプロセス配管（図示されていない）と入口端104および出口端104’を介して接続される。これにより、フランジ103の開口101を通って流量計の端部104から物質が進入し、進入した物質が表面121を有するマニホールド150を通って導かれる。マニホールド150において、物質が分けられ、流管130および130’を通って送られる。流管130および130’を出たプロセス物質は、マニホールド150’において再び単一の流れへと集められ、その後、ボルト穴102’を有するフランジ103’を介してプロセス配管（図示されていない）と接続された端部104’から出るように送られる。

流管130および130’は、それぞれの曲げ軸W--WおよびW’--W’を中心にして実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、およびヤング率を有するように選択され、流管取り付けブロック120および120’へと適切に取り付けられる。これらの曲げ軸は、補強バー140および140’を通っている。流管のヤング率が温度につれて変化し、この変化が流量および密度の計算に影響を及ぼすため、抵抗温度検出器（ＲＴＤ)190が、流管の温度を連続的に測定するために流管130’へと取り付けられる。流管の温度、すなわち、所与の電流を通したときにＲＴＤに現れる電圧は、流管を通過する物質の温度によって支配される。ＲＴＤに現れる温度依存性の電圧は、流管の温度の変化に起因する流管130および130’の弾性率の変化を補償するために、流量計電子機器20で周知の方法により使用される。ＲＴＤは、リード195によって流量計電子機器20と接続される。

両方の流管130および130’が、いわゆる流量計の１次の逆位相曲げモードにて、それぞれの曲げ軸WおよびW’を中心にして反対方向に、ドライバ180によって駆動される。この駆動機構180は、流管130’に取り付けられた磁石、および流管130に取り付けられ、両方の流管を振動させるべく交流電流が通される対向するコイルなど、多数の周知の構成のうちの任意の１つを備えることができる。適切な駆動信号が、流量計電子機器20によってリード185を介して駆動機構180へと加えられる。

流量計電子機器20は、リード195を介してＲＴＤ温度信号を受信し、リード165Lおよび165Rをそれぞれ介して左および右の速度信号を受信する。流量計電子機器20は、素子180を駆動して管130および130’を振動させるために、リード185に現れる駆動信号を生成する。流量計電子機器20は、左および右の速度信号ならびにＲＴＤ信号を処理し、流量計アセンブリ10を通過している物質の質量流量および密度を計算する。この情報が、他の情報とともに、通信経路26を通じて流量計電子機器20によってもたらされる。通信経路26は、流量計電子機器20が作業者または他の電子システムとインターフェースで接続することを可能にする入力および出力手段を提供する。図１の記述は、本発明をコリオリ流量計の動作の例に当てはめて提示しているにすぎず、本発明の教示を限定しようとするものではない。

一実施形態においては、流管130Aおよび130Bが、図示のように、おおむね三角形（delta-shaped）の流管を備えている。あるいは、他の実施形態においては、流管が、おおむねＵ字形の湾曲した流管を備えることができる。他の湾曲した流量計の形状および／または構成も使用可能であり、本明細書および特許請求の範囲の技術的範囲に含まれる。

曲管流量計は、直管流量計とは異なる様相で熱応力の影響を被る。湾曲した流管は、その形状ゆえに、その端部とは無関係に膨張および収縮が可能である。直管が、その周波数に大きな影響を有する大きな軸応力を被る一方で、曲管は、その周波数にあまり影響を及ぼさない曲げ応力を被る。したがって、現状の曲管流量計は、流管のヤング率の変動を補償するために管の温度だけを使用しており、熱応力を補償していない。

しかしながら、流管に或る程度の熱応力が残る可能性がある。きわめて高精度な密度の測定値を生成するためには、曲管振動流量計における熱応力の補償が必要である。

図２は、熱応力に起因した管周期の誤差の二乗（Γ²）について、管の温度と合成のケース温度との間の温度差に対するグラフである。測定される振動の周波数（f）は、管周期（Γ）の逆数であり、したがって管周期の二乗（Γ²）が密度に比例する。ここで、密度(ρ)は次式で示される。

ケース温度の測定の位置が、さまざまな熱の条件における管の熱応力を正確に予測しなければならないという点で重要である。図２が、温度の測定値が適切な位置において取得された場合に、（管の温度と合成のケース温度との間の）温度差と管周期／密度の測定値との間に線形な関係が存在することを示している。

３つの位置におけるケース温度の測定値が、グラフのデータを生成するために使用されている。グラフのデータを生成するために用いた流量計の温度のシナリオには、熱衝撃および種々の定常状態の状況が含まれる。

温度差と（熱応力に起因する）管周期の誤差の二乗との間の線形な関係に鑑み、熱較正によって比例定数（K）を決定することは単純な問題である。その後に、流量計を、熱応力に起因する誤差について補償することができる。

図３が、本発明による曲管振動流量計5を示す切断図である。曲管振動流量計5が、１つ以上の湾曲した流管131，131’と、フランジ101および101’と、ケース300とを備えている。ケース300が、１つ以上の湾曲した流管131，131’のすべてまたは一部分を囲むことができる。いくつかの実施形態においては、ケース300を、フランジ101および101’へと着脱可能または恒久的に取り付けることができる。

流管温度センサT_T190が、１つ以上の湾曲した流管131，131’へと取り付けられ（あるいは、熱的に接続され）、流量計電子機器20へと接続される。流管温度センサT_T190は、対応する流管温度信号を生成する。いくつかの実施形態においては、複数の流管温度センサを使用することができる。しかしながら、管がほぼ瞬時に流体の温度を獲得するので、流管には多数のセンサは必要がないことを理解されるべきである。流管温度センサの数および位置を、想定される条件または想定される流通物質に応じて選択することができる。

１つ以上の流管131，131’の温度は、流通物質の温度に密接に追従する。結果として、ただ１つの流管温度センサT_T190が、１つ以上の流管131，131’の温度を表すために充分となりうる。しかしながら、ケース300と１つ以上の湾曲した流管131，131’との間の距離、ならびにケース300の閉じ込めの機能ゆえ、ケース300の熱応答は、１つ以上の湾曲した流管131，131’の熱応答とは異なる。

図示されたケース温度センサT_C303Aおよびケース温度センサT_C303Bなどの、複数のケース温度センサT_C303はケース300に取り付けられ（あるいは、熱的に接続され）、流量計電子機器20と接続される。複数のケース温度センサT_C303は、流量計電子機器20へのケース温度信号を生成する。個々のケース温度センサT_C303の数および位置を、想定される条件および想定される流通物質に応じて選択することができる。個々のケース温度センサT_C303の数および位置を、管の熱応力に対する各位置の重要性に応じて選択することができる。例えば、フランジの温度は１つ以上の流管の熱応力に影響を有さないため、温度センサをフランジに配置する必要はないかもしれない。しかしながら、マニホールドは、管の熱応力にケース温度の２倍の影響を有する可能性があるため、２つの温度センサをマニホールドに取り付けることができ、ケースには、マニホールドから離してただ１つのケース温度センサを配置すればよいかもしれない。これら３つのセンサを、合成のケース温度信号を生成するために直列に接続することができる。

合成のケース温度は、ケース、マニホールド、バランスバー、または流量計5の流管以外の構成要素に位置するケース温度センサの測定値を含むことができる。代表的なケース温度を、ただ１つの合成の温度測定信号が生成されるように、直列または並列接続などの電気回路の技術を使用して形成することができる。

あるいは、少なくとも１つのケース温度センサT_C303が、代表的なケース温度を生成する複数のケース温度センサT_C303を備えることができる。複数のケース温度センサT_C303を、１つ以上のケース位置に取り付けることができ、１つ以上のケース位置の複数のケース温度センサの抵抗が、１つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した合成のケース抵抗を形成する。あるいは、前記１つ以上のケース位置が、２つ以上のケース位置を含み、複数のケース温度センサT_C303が、２つ以上のケース位置の各々のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗比を形成する。

動作時に、熱が、主として流管の両端のマニホールドを介してケース300へと伝えられる。ケース300の中央における温度変化は、流量計5の両端における温度変化に遅れる。好ましくは、ケース300が、熱が比較的速やかにケース300の全体に広がるよう、良好な熱伝達特性を有する材料で形成される。

ケース300の温度は、流量計の測定値に対して、１つ以上の湾曲した流管131，131’の温度とは異なる影響を有すると考えられる。１つ以上の流管131，131’の温度が変化する（ケース300の温度は変化しない）と、管の振動の周波数が変化する。振動の周波数の変化は、弾性率の変化および熱応力の変化の両方に起因する。

ただ１つの流管温度センサは、主として、温度に起因する弾性率の変化を補償するために使用される。１つ以上の流管131，131の湾曲した形状ゆえに、１つ以上の流管131，131’は、ケースに相対的な膨張または収縮の大部分を曲がって吸収することができるので、管の応力または周波数の変化が少ない。これが、曲管が過去において熱応力の補償を必要としてこなかった理由である。ケース300の温度変化が単独で、１つ以上の流管131，131’の熱応力を変化させることによって、振動の周波数を変化させると考えられる。周波数の変化は比較的わずかであるかもしれないが、小さな変化であっても、密度の測定に悪影響を及ぼす。曲管流量計において熱応力を補償することで、より正確な密度の測定がもたらされると考えられる。

温度の測定値を、温度の変化に伴う曲管の曲げ応力の変化について、曲管振動流量計5を補償するためにも使用することができる。補償のオペレーションに、流管温度信号およびケース温度信号を使用することができる。温度の影響が、曲管流量計に異なる影響を有することを、理解されるべきである。

複数のケース温度センサT_C303Aおよび303Bが、ケース300の熱反応のより良好な実況をもたらすことができる。例えば、図示のケース300は、実質的に流量計の入口フランジ101，101’に位置する第１のケース温度センサT_C303Aを備えており、第２のケース温度センサT_C303Bを、流量計5の両端の間の位置においてケース300の実質的に中央に配置することができる。複数のケース温度センサを、所望であれば流量計の両端の間に備えることができる。

図示の実施形態においては、曲管振動流量計5が、マニホールド150および150’を備えている。第１のケース温度センサT_C303Aが、この実施形態においては流管131，131’の近くにおいて、マニホールド150および150’の一方に実質的に位置している。したがって、結果として、第１のケース温度センサT_C303が、例えば、到来する流通物質の温度の大きな変化に起因する熱衝撃など、熱衝撃に素早く応答するように配置されている。

図示の実施形態においては、第２のケース温度センサT_C303Bが、ケース300の両端の間のおおむね中間に位置している。結果として、第２のケース温度センサT_C303Bは、ケース300の実質的に定常状態の温度の状況を測定するように配置されている。

ケース温度センサT_C303の位置は、個々の流量計の型式に特有であってよい。ケース温度センサT_C303の最適な位置を、コンピュータシミュレーションおよび／または実験的に集めたデータを通じて見つけることができる。マニホールド、フランジ、ケースそのもの、バランスバー、および流量計の任意の他の管以外の部品を含むことができるケースの温度網が適切に設計されたならば、ケースの温度網におけるＲＴＤの組み合わせによって表されるただ１つのケース温度が、管の温度と併せて、流量計の共振周波数に対して実質的に既知の数学的関係を有する。結果として、最適に設計された抵抗温度センサ網の抵抗値が、熱の影響に対して既知の数学的関係を有する。管の温度とケース温度センサT_C303によって測定されるケース温度との間の差を、本明細書に記載の既知の数学的関係を使用して流量計を補償するために使用することができる。

標準的な抵抗温度素子（ＲＴＤ)が温度センサとして使用される場合、温度センサの数を、直列接続の温度センサ網を形成するように選択することができる。この場合、ケース温度センサの数も、ケース位置に関するケース抵抗値の熱的な重要性の比を達成するように選択される。

例として、温度の測定値を流量計の温度補償に使用する場合に、ケース下部の温度がケース上部の温度の２倍重要であるとき、ケースの下部に２倍の数の温度センサ素子を取り付けることができる。結果として、ケース下部の温度変化が、センサの電気抵抗に、ケース上部の温度変化の２倍の影響を有する。次いで、直列な３つの温度センサの抵抗変化が３で除算され、ケース300の重み付け平均温度がもたらされる。複数の温度センサを、流量計5の各領域の熱的な重要性に一致するように、並列に配置することもでき、あるいは他の電気網の構成にて配置することもできる。

補償の式は、下記を含むことができる。
comp = K1 * T_tube+ K2 * (T_tube - T_case) (1)
最初の補償の項（K1*T_tube）は、１つ以上の流管の弾性率の補償のためのものである。２番目の補償の項（K2*(T_tube-T_case)）は、熱応力の補償のためのものである。

一般に、管131，131’およびケース300が同じ材料からなる場合（曲管においては通例である）、熱応力は、一般に、ケースの平均温度と管の温度との間に温度差がある場合にのみ生じる。

図４が、本発明の別の実施形態による曲管振動流量計5のケース温度センサ網を示している。この実施形態においては、曲管振動流量計5が、流管温度センサT_T190と、第１のケース温度センサT_C303Aと、第２のケース温度センサT_C303Bとを備えている。しかしながら、第２のケース温度センサT_C303Bが、この実施形態においては標準的なＲＴＤ抵抗値を備えておらず、代わりに、この図は、ケース300について所望の熱に関する重要性の比を形成する特注の温度センサを示している。温度の重要性の比は、所定の抵抗値を有する温度センサを使用することによって達成され得る。

図示の例では、第１のケース温度センサT_C303Aが、標準的なＲＴＤと同等の抵抗を有するように選択され、第２のケース温度センサT_C303Bが、４つの標準的なＲＴＤと同等の抵抗を有するように選択される。他の抵抗値も選択可能であり、他の抵抗比も構築可能である。これら２つのケース温度センサを直列に接続することで、合計のケース抵抗が標準的なＲＴＤの抵抗値の５倍であるセンサ網がもたらされる。ケース温度センサが、抵抗の比（すなわち、熱的な重要性の比）を形成する。ここで、第１のケース温度センサT_C303Aの抵抗の比は、ケース温度センサ網の総抵抗の５分の１にすぎない。結果として、第１のケース温度センサT_C303Aにおける温度の変化は、全体としてのケース温度の測定値に及ぼす影響がはるかに小さい。

いくつかの実施形態においては、第１のケース温度センサ303Aを、ケース300の上部または上部付近に配置でき、第２のケース温度センサ303Bを、下部または下部付近に配置することができる。したがって、所与のケース温度変化に関して、所与の温度変化におけるケース下部の抵抗の変化は、ケース上部の抵抗の変化の約４倍になる。これは、ケース下部の温度が、合成の温度に関して、ケース上部の温度と比べて４倍の影響を有する状況を表している。

この構成は、直管流量計と曲管流量計との間の熱の補償における相違の１つを示している。直管流量計においては、ケースがおおむね円筒形であり、したがってそのような円筒形のケースの一方の側（または、一領域）が、他と比べて熱的により高い重要性を有するということがない。対照的に、曲管流量計においては、管の軸を中心とする完全な対称性が欠けているがゆえ、例えば、ケースの上部がケースの下部とは異なる温度を有する可能性があるため、複数の温度センサが必要となりうる。さらに、曲管流量計においては、対称性の欠如ゆえ、ケースの一部がケースの他の部分と比べてより大きな熱応力を流管に加える可能性がある。

図５が、センサアセンブリ206とバランス構造208とを備える単一曲管振動流量計5の例を示している。流量計電子機器20が、リード165L，165R，185，および195を介してセンサアセンブリ206へと接続されている。

センサアセンブリ206が、流れる物質を受け入れるための流路を定めるただ１つの湾曲した流管131を備えている。センサアセンブリ206が、流れる物質を運ぶ配管系またはアセンブリへと挿入されたとき、物質が入口フランジを通ってセンサアセンブリ206に進入し、湾曲した流管131を通って流れ、流管131において流れる物質の特性が測定される。

センサアセンブリ206は、ドライバ180を備える。ドライバ180は、バランス構造208の被駆動部材250へと接続された第１の部位と、湾曲した流管131へと接続された第２の部位とを備えている。第１および第２の部位は、例えば駆動コイルおよび駆動磁石に相当できる。この実施形態においては、ドライバ180が、好ましくは被駆動部材250および湾曲した流管131を、コネクタ270、271によって部分的に定められる曲げ軸Xを中心にして逆位相に駆動する。本発明の一実施形態によれば、曲げ軸Xが、管の入口−出口の軸に相当する。被駆動部材250は、ベース260から曲がり、したがって不動の曲げ軸を有さない。ドライバ180は、これらに限られるわけではないが、例えば、圧電素子または電磁コイル／磁石の構成など、多数の周知の構成のうちの１つを備えることができる。

センサアセンブリ206は、少なくとも１つのピックオフを備え、この実施形態においては、１対のピックオフ170L，170Rを備えたものが示されている。この実施形態の一態様によれば、ピックオフ170L，170Rが、湾曲した流管131の運動を測定する。この実施形態においては、ピックオフ170L，170Rが、それぞれのピックオフアーム280，281に位置する第１の部位と、湾曲した流管131に位置する第２の部位とを備えている。ピックオフは、これらに限られるわけではないが例えば圧電素子、容量素子、または電磁コイル／磁石の構成など、多数の周知の構成のうちの１つを備えることができる。したがって、ドライバ180と同様に、ピックオフの第１の部位が、ピックオフコイルを備えることができる一方で、ピックオフの第２の部位が、ピックオフ磁石を備えることができる。湾曲した流管131の運動が、例えば湾曲した流管131を通って流れる物質の質量流量または密度など、流れる物質の特定の特性に関係することを、当業者であれば理解できるであろう。

１つ以上の流量計電子機器20が、ピックオフ170L，170Rからのピックオフ信号を受信し、ドライバ180へと駆動信号をもたらすことを、当業者であれば理解できるであろう。１つ以上の電子機器20が、例えば密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、温度、および他の情報などの、流れる物質の特徴を測定することができる。また、１つ以上の電子機器20は、例えば、１つ以上の温度センサ190および１つ以上の圧力センサ（図示されていない）から１つ以上の他の信号を受信し、この情報を流れる物質の特性を測定するために使用することができる。当業者であれば、センサの数および種類が、測定される個々の特性に依存することを理解できるであろう。

この実施形態の一態様によれば、バランス構造208が、湾曲した流管131の振動を少なくとも部分的にバランスさせるように構成される。この実施形態の一態様によれば、バランス構造208が、湾曲した流管131のモーメントを少なくとも部分的にバランスを取るように構成される。

バランス構造208は、被駆動部材250へと接続されたベース260を備える。図示のとおり、被駆動部材250が、好ましくはベース260からおおむね直角に延びる片持ち梁である。ベース260は、この実施形態においては、好ましくは被駆動部材250と比べて比較的重厚で不動である。例えば、これに限られるわけではないが、ベース260は、被駆動部材250の質量よりも少なくとも５倍大きい質量を備えることができる。例えば、これに限られるわけではないが、ベース260は、湾曲した流管131の質量よりも少なくとも５倍大きい質量を備えることができる。いくつかの実施形態においては、これらの数字が、例えば被駆動部材250および湾曲した流管131と比べてそれぞれ１４および８倍大きいなど、さらに大きくてもよい。

バランス構造208は、この実施形態においては、湾曲した流管131へと接続される。図示のとおり、ベース260が、図示のプレートの形態であってよく、あるいは任意の他の形状を備えてよい１対のコネクタ270，271を備えている。

この実施形態の一態様によれば、湾曲した流管131、被駆動部材250、およびベース260が、バランスの取れた系をもたらすように構成される。系が絶対的にバランスが取れている必要はないことを、理解されるべきである。この実施形態においては、湾曲した流管131および被駆動部材250が、同じ共振周波数で軸Xを中心にして逆位相に駆動される2つの別々の振動系として機能する。

センサアセンブリ206は、ケース300およびケース接続部290，291をさらに備えることができる。ケース接続部290，291は、コネクタ270，271の間の管を支持する構造だけを備えることができる。この実施形態の流量計5は、端部（または、ケース接続部）から約25パーセント内側に位置する第１のケース温度センサT_C1などのケース温度センサT_C303と、被駆動部材250の基部に位置する第２のケース温度センサT_C2と、被駆動部材250をほぼ中間まで上った位置にある第３のケース温度センサT_C3とを備えることができる。あるいは、通常の抵抗の２倍の第２の温度センサT_C2’が、第２のケース温度センサT_C2および第３のケース温度センサT_C3を置き換えることができる。第２の温度センサT_C2’は、例えば被駆動部材250を約25パーセント上った位置に位置することができる。上述のケース温度センサおよび位置が、あくまでも例にすぎず、本発明を限定するものではないことを、理解されるべきである。センサの値およびセンサの位置は、必要に応じて変更でき、それでもなお本明細書および特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

本発明を、抵抗温度センサに関して説明したが、当業者であれば、任意の種類の抵抗センサを温度センサの代わりに使用できることを、理解できるであろう。例えば、本明細書に記載の温度センサのうちの１つ以上に代えて、抵抗の変化のかたちでひずみを知らせるひずみゲージを使用することができる。本発明を、抵抗の変化によって状態を知らせる任意のセンサを使用して適用することができる。本発明の本質は、任意のそのような構成に等しく当てはまる。

本発明による曲管振動流量計を、所望であれば、いくつかの利点をもたらすために、任意の実施形態に従って使用することができる。本発明による流量計は、熱応力が補償された曲管流量計をもたらす。

上述の実施形態の詳細な説明は、本発明の発明者らが本発明の技術的範囲に包含されると考えるすべての実施形態を述べ尽くしたものではない。実際、当業者であれば、上述の実施形態の特定の構成要素を、さまざまに組み合わせ、あるいは取り除いて、さらなる実施形態を生み出すことが可能であり、そのようなさらなる実施形態が、本発明の技術的範囲および教示に包含されることを、理解できるであろう。また、上述の実施形態の全体または一部を組み合わせ、本発明の技術的範囲および教示に包含されるさらなる実施形態を生み出すことができることも、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の技術的範囲は、以下の特許請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (21)

1. 曲管振動流量計（5）であって、
   前記曲管振動流量計（5）の１つ以上の湾曲した流管（131，131’）に取り付けられており、流管温度信号を生成する流管温度センサT_T（190）と、
   前記曲管振動流量計（5）のケース（300）の１つ以上のケース位置に取り付けられており、ケース温度信号を生成する複数のケース温度センサT_C（303）であって、
   前記１つ以上のケース位置における複数のケース温度センサの抵抗が、前記１つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した合成のケース抵抗を形成している、複数のケース温度センサT_C（300）と、
   前記流管温度信号を受信し、前記ケース温度信号を受信し、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計（5）を熱応力に関して補償するように構成された流量計電子機器（20）と
   を備える曲管振動流量計（5）。
2. 単一曲管振動流量計（5）をさらに備える、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
3. 二重曲管振動流量計（5）をさらに備える、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
4. 前記複数のケース温度センサT_C（303）が、代表ケース温度信号を生成する、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
5. 前記１つ以上のケース位置が、２つ以上のケース位置を含んでおり、
   前記複数のケース温度センサT_C（303）が、前記２つ以上のケース位置の各々のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗比を形成している、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
6. 前記流量計電子機器（20）が、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計（5）を温度の変化に伴う曲管の曲げ応力の変化に関して補償するようにさらに構成されている、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
7. マニホールド（150または150’）を備えており、
   第１のケース温度センサT_C（303）が、前記ケース（300）の実質的に前記マニホールド（150または150’）に設けられている、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
8. 第２のケース温度センサT_C（303B）が、流管の両端の間において実質的に前記ケース（300）に設けられている、請求項１に記載の曲管振動流量計（5）。
9. 曲管振動流量計（5）であって、
   前記曲管振動流量計（5）の１つ以上の湾曲した流管（131，131’）に取り付けられており、流管温度信号を生成する流管温度センサT_T（190）と、
   前記曲管振動流量計（5）のケース（300）の２つ以上のケース位置に取り付けられ、ケース温度信号を生成する複数のケース温度センサT_C（303）であって、
   前記２つ以上のケース位置における複数のケース温度センサの抵抗が、前記２つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗を形成している、複数のケース温度センサT_C（300）と、
   前記流管温度信号を受信し、前記ケース温度信号を受信し、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計（5）を熱応力に関して補償するように構成された流量計電子機器（20）と
   を備える曲管振動流量計（5）。
10. 単一曲管振動流量計（5）をさらに備える、請求項９に記載の曲管振動流量計（5）。
11. 二重曲管振動流量計（5）をさらに備える、請求項９に記載の曲管振動流量計（5）。
12. 前記複数のケース温度センサT_C（303）が、代表ケース温度信号を生成する、請求項９に記載の曲管振動流量計（5）。
13. 前記流量計電子機器（20）が、前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計（5）を温度の変化に伴う曲管の曲げ応力の変化に関して補償するようにさらに構成されている、請求項９に記載の曲管振動流量計（5）。
14. マニホールド（150または150’）を備えており、
    第１のケース温度センサT_C（303）が、前記ケース（300）の実質的に前記マニホールド（150または150’）に設けられている、請求項９に記載の曲管振動流量計（5）。
15. 第２のケース温度センサT_C（303B）が、流管の両端の間において実質的に前記ケース（300）に設けられている、請求項９に記載の曲管振動流量計（5）。
16. 曲管振動流量計における熱応力補償方法であって、
    曲管振動流量計の湾曲した流管の流管温度を測定し、流管温度信号を生成することと、
    前記曲管振動流量計のケースの１つ以上のケース位置に取り付けられた複数のケース温度センサを使用してケース温度を測定し、ケース温度信号を生成することと、
    前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を熱応力に関して補償することとを含み、
    前記１つ以上のケース位置における複数のケース温度センサの抵抗が、前記１つ以上のケース位置の熱的な重要性に関係した合成のケース抵抗を形成している、方法。
17. 前記曲管振動流量計が、単一曲管振動流量計を備える、請求項１６に記載の方法。
18. 前記曲管振動流量計が、二重曲管振動流量計を備える、請求項１６に記載の方法。
19. 前記複数のケース温度センサが、代表ケース温度信号を生成する、請求項１６に記載の方法。
20. 前記１つ以上のケース位置が、２つ以上のケース位置を含んでおり、
    前記２つ以上のケース温度センサが、前記２つ以上のケース位置の各々のケース位置の熱的な重要性に関係した所定のケース抵抗比を形成している、請求項１６に記載の方法。
21. 前記流管温度信号および前記ケース温度信号を使用して、前記曲管振動流量計を温度の変化に伴う曲げ応力の変化に関して補償することをさらに含んでいる、請求項１６に記載の方法。

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