JP4105685B2 - 振動型トランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、特に粘度計、粘度計−密度計、又は粘度計−質量流量計において使用するのに適した振動型トランスデューサに関する。

パイプを流れる液体の粘度を決定するために、振動型トランスデューサを使用した計器がしばしば使用される。この計器は前記パイプと接続されたフローチューブ、及び振動型トランスデューサに接続された制御・評価用電子機器を備え、前記流体に剪断力又は摩擦力を誘導してこれから粘度を表す計測信号を導き出すものである。

例えば、米国特許４，５２４，６１０、米国特許５，２５３，５３３、米国特許６，０００，６０９、又はＥＰ−Ａ１ １５８ ２８９はインライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）粘度計、即ち、流体を流すパイプに接続可能で、パイプを流れる流体の粘度に応答する振動型トランスデューサを有する粘度計を開示している。そして、この振動型トランスデューサは、
動作中は振動し且つ入口のチューブ部及び出口のチューブ部を介して前記パイプに接続される、流体を流すための単一の真っすぐなフローチューブ、
動作中前記フローチューブの少なくとも一部を前記フローチューブと同一直線上にある振動の軸の回りにねじれ振動に励起する励起アセンブリ、及び
前記フローチューブの振動を局所的に感知するセンサ装置（ｓｅｎｓｏｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を備えている。

よく知られているように、真っすぐなフローチューブは、前記フローチューブと同一直線上にある軸の回りにねじれ振動に励起されたとき、前記チューブを流れる前記流体に剪断力を発生させ、これにより振動エネルギがねじれ振動から移動して流体に放散（ｄｉｓｓｉｐａｔｅ）される。そうすると、フローチューブのねじれ振動が抑止（ｄａｍｐ）されるので、それらの振動を維持するために前記フローチューブに追加的な励起エネルギが供給されなければならなくなる。その与えられた励起エネルギは適切な方法で測定することができ、これから流体の粘度を導き出すことができる。

動作中、例えばインライン粘度計において使用される、そのようなトランスデューサのフローチューブは、一般に、基本的なねじれモードの瞬間的な共振周波数で、特に一定値に維持される振動振幅をもって、励起される。

粘度の計測のためにフローチューブをねじれモードと同時に又は交替的に撓み（ｆｌｅｘｕｒａｌ）振動に、好ましくは基本的な撓みモードの共振周波数で、励起することも普通に行われている。前記の米国特許４，５２４，６１０をも参照されたい。この撓み共振周波数は特に流体の瞬間的な密度にも依存しているので、そのような計器はパイプを流れる流体の密度を計測するために使用することもできる。

粘度の計測のために屈曲したフローチューブを使用する場合と比べて、前述のように振動する真っすぐなフローチューブを使用すると、よく知られているように、流体に剪断力がフローチューブのほぼ全長にわたって、特にラジアル方向に深く貫いて、誘導されるため、測定すべき粘度に対してトランスデューサの非常に高いセンシティビティを達成することができる、という利点が得られる。真っすぐなフローチューブの別の利点は、ほぼどの設置位置でも高信頼度で、特に使用管内で（ｉｎ−ｌｉｎｅ）実施される洗浄作業の後に、残留なしに排水をすることができるということである。更に、そのようなフローチューブは、例えば、オメガ形状の又は螺旋状に屈曲させたフローチューブよりも、製造するのがずっと簡単で、従って低廉である。

従来のトランスデューサの本質的に不利な点は、動作中、ねじれ振動が、トランスデューサからフローチューブ及び場合によっては存在するトランスデューサケースを介して、接続されたパイプに伝えられることがあるという事実にある。そうすると、これは、ゼロシフトを招くため、計測が不正確になるという結果になることがある。更に、トランスデューサの環境への振動エネルギの損失によって、結果として、実質的な効率が低下し、また、計測信号における信号対雑音比が悪化することも起こり得る。

従って、本発明の目的は、特に粘度計に適しており、且つ、動作中、単一の、特に真っすぐなフローチューブを使用する場合でさえも、広い流体密度範囲にわたって動的な均衡がよく得られ、しかも比較的質量の小さな振動型トランスデューサを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明は、パイプを流れる流体のための振動型トランスデューサを提供する。このトランスデューサは、流体を流し且つ動作中所望の周波数で振動する実質的に真っ直ぐなフローチューブ、前記フローチューブを振動させるため前記フローチューブに作用する励起アセンブリ、前記フローチューブの振動を感知するためのセンサ装置、及び前記フローチューブに固定されたねじれ振動吸収体を備えている。前記フローチューブは、前記フローチューブの入口端部で終結する入口チューブ部を介して、及び、前記フローチューブの出口端部で終結する出口チューブ部を介して、前記パイプと連通している。前記励起アセンブリは、前記フローチューブを励起してその長手方向軸の回りにねじれ振動を生じさせると共に、前記フローチューブを励起してたわみ振動を生じさせるようになされている。前記ねじれ振動吸収体は、前記フローチューブとは実質的に平行に延び、且つ、前記フローチューブとは実質的に同軸になるよう前記フローチューブに接続された反振動体を含んでいる。基本的に、動作中に前記流体に剪断力を発生させるために、前記フローチューブは、少なくとも間欠的に、瞬間的なねじれ周波数でフローチューブの長手方向軸の回りにねじれ振動をする。動作中、前記トランスデューサから前記接続されたパイプへの振動エネルギの放散を減少させ又は回避するために、前記ねじれ振動吸収体は、その少なくとも一部が、前記ねじれ振動するフローチューブとは位相をずらして振動させられる。また、動作中に、前記フローチューブは、少なくとも間欠的に、たわみ振動するよう励起される。

本発明の第一の実施の形態においては、前記振動するねじれ振動吸収体は前記振動するフローチューブによってのみ駆動される。
本発明の第二の実施の形態においては、前記ねじれ振動吸収体は前記フローチューブの入口及び出口側に固定される。

本発明の第三の実施の形態においては、前記ねじれ振動吸収体は前記フローチューブの振動周波数の０．８倍より大きなねじれ固有（ｎａｔｕｒａｌ）周波数を有する。
本発明の第四の実施の形態においては、前記ねじれ振動吸収体は前記フローチューブの振動周波数の１．２倍より小さなねじれ固有周波数を有する。

本発明の第五の実施の形態においては、前記ねじれ振動吸収体は入口側の吸収体サブユニット及び出口側の吸収体サブユニットによって形成される。
本発明の第六の実施の形態においては、前記トランスデューサは前記入口チューブ部及び出口チューブ部に結合されたトランスデューサケースを更に備えている。

本発明の第七の実施の形態においては、前記励起アセンブリは前記フローチューブを励起して前記ねじれ振動と前記たわみ振動とを同時に生じさせる。

本発明の第八の実施の形態においては、付加的な質量が前記フローチューブに与えられる。
本発明の基本的思想は前記のねじれて振動するフローチューブによって生じたトルクを、例えば、前記フローチューブのみによって駆動することができる前記ねじれ振動吸収体によって生成された等しい反応トルクと動的に均衡させることである。

本発明の一つの利点は、前記トランスデューサは、動作時に前記流体の密度及び／又は粘度が変動するときでも、単純で確実な（ｒｏｂｕｓｔ）方法で均衡が得られて、内部トルクが前記接続されたパイプからほとんど取り除かれる、という事実にある。別の利点はこの構造的に大変簡単で単純な振動隔離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の結果として、本発明による前記トランスデューサは大変コンパクトで大変軽くなるということである。

本発明及び更に有利な点は添付図面と関連させた一つの実施の形態についての以下の記述を参照することによってより明かになるであろう。各図を通して同一の部分には同一の参照符号を使用してあり、また、既に割り当てられた参照符号は、明確になるならば、後続の図面において省略される。

本発明は種々の変更及び変形した形態が可能であるが、その例示的な実施の形態を図面において例として示しており、以下詳細に述べる。しかしながら、本発明を、開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、本発明の意図は、意図されたクレームによって定義される本発明の趣旨及び範囲に属する全ての変形、同等物及び変形を包含するものであることを理解されたい。

図１はパイプ（図示せず）を流れる流体の粘度を計測するために前記パイプ内に挿入するように設計された計器を示す。また、この計器は流体の質量流量及び／又は密度を計測するために設計することもできる。この計器は動作中測定すべき流体が流れる振動型トランスデューサを備えている。図２から６はそのような振動型トランスデューサの実施の形態及び発展形を概略的に示す。

流体を流すために、前記トランスデューサは本質的に真っ直ぐなフローチューブ１０、特に単一のチューブを備えている。このチューブは動作中にその縦方向の軸（長手方向軸）の回りに少なくとも間欠的に、ねじれ振動をし、従って繰り返し弾性変形させられる。

流体がフローチューブ１０を流れるようにするために、後者は入口のチューブ部１１及び出口のチューブ部１２を介して、流体を流すパイプ（図示せず）に接続される。フローチューブ１０、入口のチューブ部１０、及び出口のチューブ部１２は、互いに且つ仮想の縦方向の軸Ｌを有する同一直線上にあり、例えば、単一の管状の半仕上げ製品を使用して製造することができるように、一体的に形成するのが有利である。しかし、必要ならば、フローチューブ１０及びチューブ部１１，１２は、別々の半仕上げ製品を例えば相互に溶接して順次結合して作ることもできる。フローチューブ１０については、そのようなトランスデューサのために一般的に使用されるほとんどの材料、例えば、鋼、チタン、ジルコニウム等を使用することができる。

トランスデューサをパイプと非永久的に接続するのであれば、第一のフランジ１３及び第二のフランジ１４は入口のチューブ部１１及び出口のチューブ部１２にそれぞれ形成することができるが、必要であれば、入口の及び出口のチューブ部１１，１２は、例えば溶接又は鑞付けによってパイプに直接接続するようにしてもよい。

更に、図１に概略的に示すように、外部支持システム１００は、ここでは、フローチューブ１０を受け又は収容するトランスデューサケースの形で、示されており、図１及び図３に示されるように、入口の及び出口のチューブ部１１，１２に固定されている。

動作中、流体の粘度に対応する摩擦力を流体に生じさせるために、動作中、フローチューブ１０は、少なくとも間欠的にねじれ振動に、特にねじれ固有共振周波数の範囲内で、励起され、そのため、その縦方向の軸Ｌの回りに本質的にねじれ固有振動モード形状に従って捩られる。例えば、米国特許４，５２４，６１０、米国特許５，２５３，５３３、米国特許６，００６，６０９、又はＥＰ−Ａ １ １５８ ２８９を参照されたい。

フローチューブ１０はその基本的なねじれ固有モードの固有共振周波数に可能な限り正確に対応するねじれ周波数ｆｅｘｃＴで励起されるが、この基本的なねじれ固有モードではフローチューブ１０はその全長にわたって本質的に一方向に捩られる。公称直径２０ｍｍ、壁厚約１．２ｍｍ、及び長さ約３５０ｍｍの特殊鋼からなり且つ付属物（下記参照）を備えたフローチューブ１０の場合には、この基本的なねじれ固有モードの固有共振周波数は、例えば、約１５００から２０００Ｈｚのオーダ（ｏｒｄｅｒ）とすることができる。

本発明の一つの実施の形態においては、前記トランスデューサの動作中、フローチューブ１０は、本質的に固有の第一の撓み振動モードの形状に従って屈曲するように、ねじれ振動に励起されることに加えて、特にそれと同時に、撓み振動に励起される。この目的のため、フローチューブ１０はフローチューブ１０の最低の固有撓み共振周波数に可能な限り正確に対応する撓み振動周波数で励起され、これにより、振動しているが空のフローチューブ１０は、図７ａ及び７ｂに概略的に示されるように、縦方向の軸に垂直な中心軸に対して本質的に対称に曲げられ且つ一つの波腹が生じる。例えば、公称直径２０ｍｍ、壁厚約１．２ｍｍ、及び長さ約３５０ｍｍの特殊鋼からなり、且つ通常の付属物を備えた、フローチューブ１０の場合には、この最低の撓み共振周波数は約８５０から９００Ｈｚのオーダとすることができる。

流体がパイプを流れ、従って質量流量ｍがゼロでないとき、撓みモードで振動するフローチューブ１０によってコリオリ力が流体に誘導される。このコリオリ力はフローチューブ１０に応答して、前記第一の撓み振動モード形状と同一平面上にある固有の第二の撓み振動モード形状に従って、フローチューブ１０を更に変形（図示せず）させる。フローチューブ１０の前記瞬間的な変形形状は、特にその振幅については、瞬間的な流量ｍにも依存している。前記第二の撓み振動モード形状、即ちいわゆるコリオリモードは、この種のトランスデューサに通常見られるように例えば、二つ又は四つの波腹を有する非対称な撓み振動モード形状であることもある。

フローチユーブ１０の機械的振動を発生させるために、トランンデューサは更に励起アセンブリ４０、特に電気力学式励起装置を備えている。励起アセンブリ４０は、例えば調整された電流及び／又は調整された電圧を有する制御電子機器（図示せず）から供給される電気励起エネルギＥｅｘｃを、例えばパルス形態で又は調和振動的にフローチューブ１０に作用させ且つ前述したように前記チューブを弾性変形させる励起モーメントＭｅｘｃに、且つ、フローチューブ１０が更に撓み振動に励起されるときは、横方向に作用する励起力に、変換する役割を果たす。励起モーメントＭｅｘｃは図４又は６に概略的に示されるように双方向性でも、又は一方向性であってもよく、且つ、振幅については、例えば電流−及び／又は電圧−調整器回路によって、周波数については例えば位相固定ループによって、当業者に周知の方法で調整することができる。フローチューブ１０のねじれ振動及び偶発的に更に励起される撓み振動を維持するのに必要な電気励起エネルギＥｅｘｃから、流体の粘度を当業者に周知の方法で導き出すことができる。特に米国特許４，５２４，６１０、米国特許５，２５３，５３３、米国特許６，００６，６０９、又はＥＰ−Ａ １ １５８ ２８９を参照されたい。

励起アセンブリ４０として可能なものは、例えば、トランスデューサケース１００に取り付けられ且つ動作中、適切な励磁電流が流される筒型励磁コイル、及び、外側のフローチューブ１０、特にその中間点に固定され且つ少なくとも一部が前記励磁コイル内を動く永久磁石アーマチャを有する単純なソレノイドである。励起アセンブリ４０は、また例えば、米国特許４，５２４，６１０に示されるように一以上の電磁石で実現することもできる。

フローチューブ１０の振動を検知するために、この種のトランスデューサに普通に一般に用いられるセンサシステムを採用することもできる。このセンサシステムは、フローチューブ１０の、特にその入口及び出口側での、運動を少なくとも第一のセンサ５１によって、しかし場合によっては第二のセンサ５２によっても感知して、それらを対応するセンサ信号Ｓ_１，Ｓ_２に変換する。センサ５１，５２として可能なものは、例えば、図１に概略的に示されるように、相対振動計測を行う電気力学式速度センサ、又は電気力学式変位センサ又は加速度センサである。電気力学式センサシステムの代わりに、抵抗式又は圧電式の歪みゲージを用いたセンサシステム又は光電センサシステムを、フローチューブ１０の振動を検知するために使用することができる。

前述したように、一方において、ねじれ振動は流体に対する所望のエネルギ損失によって減少する（ｄａｍｐ）が、この損失は特に粘度を計測するために感知される。しかしながら、他方において、フローチューブに機械的に結合された部品、例えばトランスデューサケース１００又は接続されたパイプ、も振動に励起されるときは、振動エネルギは振動するフローチューブ１０から分離される（ｒｅｍｏｖｅ）ことがある。ケース１００に対するエネルギ損失は、たとえ望まれてすらないときでも、依然カリブレーションを行うことができるが、少なくともトランスデューサの環境、特に前記パイプへの前記エネルギ損失は、実際上再現できない（ｎｏｎｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ）又は予測さえできない形で生じる。

前記環境へのねじれ振動エネルギのそのような損失を抑えるために、トランスデューサはフローチューブ１０の入口及び出口側に固定されたねじれ振動吸収体６０を備えている。本発明によれば、ねじれ振動吸収体６０は、縦方向の軸Ｌの回りにねじられる単一のフローチューブ１０によって失われるねじれ振動エネルギの少なくとも一部を吸収し、従ってこのエネルギをトランスデュサの環境、特にトランスデューサに結合されたパイプから取り除く役割を果たす。この目的のため、ねじれ振動吸収体のねじれ共振周波数の少なくとも一つは前記ねじれ周波数ｆｅｘｃＴに合わせて可能な限り正確に調整される。この周波数でフローチューブ１０は動作中優勢に振動させられる。その結果、ねじれ振動吸収体６０の少なくとも一部がねじれ振動をするが、この振動はフローチューブ１０のねじれ振動に対して位相がずれて、特に逆位相になっている。更に、このように調整された前記ねじれ振動吸収体は、特にフローチューブ１０に対して逆位相で、振動させられている状態でも、入口のチューブ部及び出口のチューブ部に実質的にねじれ応力が生じないように、フローチューブ１０に固定される。

このようなねじれ振動吸収体を使用するのは、特に、前述のように振動させられるフローチューブ１０が少なくとも一つのねじれ共振周波数を有しており、且つこの周波数は、例えば、その撓み共振周波数とは異なり、大変小さな程度まで流体の密度又は粘度と相関関係があるため動作中実質的に一定に維持することができる、という認識に基づいている。従って、そのようなねじれ振動吸収体のねじれ共振周波数の少なくとも一つはフローチューブの動作中に予測されるねじれ共振周波数に比較的正確に調整することができる。少なくとも前述のように励起アセンブリ４０がフローチューブ１０及びトランスデューサケース１００と接続される場合には、前記の振動するねじれ振動吸収体は間接的に、即ち、ほとんど、振動するフローチューブ１０によってのみ駆動される。

図３又は６に示されるように、本発明の更に別の実施の形態においては、ねじれ振動吸収体６０は所望のねじれ硬さの第一のねじれバネ体６１Ｂを介してフローチューブ１０に結合された、所望の慣性モーメントを有する第一の回転体（ｒｏｔａｔｏｒ）６１Ａ、及び所望のねじれ硬さの第二のねじれバネ体６２Ｂを介してフローチューブ１０に結合された、所望の慣性モーメントを有する第二の回転体６２Ａを備えている。回転体６１Ａ，６２Ａは例えば、適切な質量の、肉厚で、短い金属のリングから形成することができ、一方、ねじれバネ体６１Ｂ，６２Ｂについては、短く、比較的肉薄の金属のチューブを使用することができ、その長さ、壁厚及び断面は所要のねじれ硬さが達成されるように選択される。

ここに示された場合、即ち、フローチューブ１０の中心点に対して対称に配置された二つの回転体６１Ａ，６２Ａが互いに固く接続されていない場合、ねじれ振動吸収体６０は入口側の第一の吸収体サブユニット６１及び出口側の第二の吸収体サブユニット６２によって形成される。必要ならば、前記二つの回転体は更に直接、即ち固く又はフレキシブルに結合するようにしてもよい。従って、回転体６１Ａ，６２Ａはフローチューブ１０を収容する単一のチューブによって形成し且つ前述のように二つのねじれバネ６１Ｂ，６２Ｂによってフローチューブ１０に固定するようにしてもよい。二つの吸収体サブユニット６１，６２の製造のためには、フローチューブ１０に適した材料とほぼ同一の材料、即ち、例えば、特殊鋼を使用することができる。

本発明の更に別の実施の形態においては、二つの吸収体サブユニット６１，６２は、図７ａ及び７ｂに概略的に示されるように、片持ち梁（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）のように形成され且つ前記の入口側の吸収体サブユニットの重心Ｍ_６１及び前記の出口側の吸収体サブユニットの重心Ｍ_６２がフローチューブ１０から離されて、特に前記フローチューブと同一直線上にあるようにして、前記トランスデューサ内に配置される。このようにして、各固定点に、即ち入口端部１１＃及び出口端部１２＃に、偏心的に、即ち、関連する重心Ｍ_６１及びＭ_６２でない点に加わる質量慣性モーメントは、二つの吸収体サブユニット６１，６２によって生じさせることができる。これは特に、フローチューブ１０が、前述したように、撓みモードで振動させられる場合に、横方向に作用する慣性力を少なくとも部分的に均衡させることができるという点で有利である。特に、本願の出願日前には公開されていないが、出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ０２／０２１５７を参照されたい。

本発明を更に発展させた形態によれば、フローチューブ１０に対する妨害作用を更に最小化するために、ねじれ振動吸収体６０はフローチューブ１０と本質的に平行に延びる反振動体（以下では、反振動子と記す場合もある）２０を備えている。逆に、前記接続されたパイプへのねじれ振動エネルギの損失は反振動子２０によって更に減らされる。

反振動子２０は、図２及び３に概略的に示されるように、一つの筒形とすることができ、且つ図３に示されるように、フローチューブ１０と本質的に同軸であるようにフローチューブ１０の入口端部＃１１及び出口端部＃１２に接続される。反振動子２０に適した材料はフローチューブ１０に使用することのできる素材とほぼ同じ、即ち、特殊鋼、チタン等である。

本発明のこの発展形態においては、励起アセンブリ４０は、図２に示されるように、フローチューブ１０及び反振動子２０に同時に、特に差動して（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）作用するように設計され且つ前記トランスデューサ内に配置されると有利である。この目的のため、図４に示される実施の形態においては、励起アセンブリ４０は少なくとも第一の励磁コイル４１ａを有している。この励磁コイル４１ａは、動作中励磁電流又は部分的な励磁電流が少なくとも間欠的に流され、且つ、フローチューブ１０と接続されたレバー４１ｃに固定されており、このレバー４１ｃ及び反振動子２０の外側に固定されたアーマチャ４１ｂを介してフローチューブ１０及び反振動子２０に差動的に作用する。この配置による一つの利点は、反振動子２０の断面従ってトランスデューサケース１００の断面は小さく維持されるが、励磁コイル４１ａに、特に組み立て中容易に接近できる、ということである。励起アセンブリ４０のこの設計による別の利点は、使用されるカップ型コア（ｃｕｐ ｃｏｒｅ）４１ｄは、特に８０ｍｍを超える公称直径で、無視できない重さがあるが、反振動子２０に固定することもでき従ってフローチューブ１０の共振周波数に対してほとんど影響を与えない、ということである。しかしながら、この点について、必要ならば、励磁コイル４１ａを反振動子２０に、且つアーマチャ４１ｂをフローチューブ１０に固定することも可能である、ということに注意されたい。

これに対応して、センサ装置５０は、フローチューブ１０及び反振動子２０の振動が区別されて（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）感知されるように設計し且つトランスデューサ内に配置することができる。図５に示される実施の形態においては、センサ装置５０はその全ての主慣性軸の外側でフローチューブ１０に固定されたセンサコイル５１ａを備えている。センサコイル５１ａは反振動子２０に固定されたアーマチャ５１ｂに可能な限り近づけて配置されており且つフローチューブ１０と反振動子２０との間の回転する及び／又は横方向の相対運動によって影響される可変測定電圧が前記センサコイル内に誘起されるように反振動子２０に磁気的に結合されている。このようにセンサコイル５１ａを配置すると、前述のねじれ振動及び任意に励起される撓み振動の双方を有利な形で同時に感知することができる。しかしながら、必要ならば、センサコイル５１ａを反振動子２０に、且つ、センサコイル５１ａに結合されたアーマチャ５１ｂをフローチューブ１０に固定することも可能である。

前述のように動作中フローチューブ１０が撓み振動に更に励起される場合には、反振動子２０は更に、特定の流体密度値、例えばトランスデューサの動作中最も頻繁に予測される値又は重要な（ｃｒｉｔｉｃａｌ）値について、振動するフローチューブ１０に生じる横方向の力が少なくとも間欠的に完全に均衡する点に、トランスデューサを動的に均衡させる役割を果たすこともでき、これにより、フローチューブ１０は実質的にその静止時位置からずれることがなくなる。図７ａ及び７ｂを参照されたい。従って、動作中、反振動子２０も、図７ｂに概略的に示されるように、フローチューブ１０の撓み振動と本質的に同一平面上にある撓み振動に励起される。

本発明の別の実施の形態においては、ねじれ振動吸収体６０の最低のねじれ共振周波数はフローチューブ１０のねじれ共振周波数の１．２倍以下である。本発明の更に別の実施の形態においては、前記ねじれ振動吸収体の最低のねじれ共振周波数はフローチューブ１０のねじれ共振周波数の０．８倍以上である。

本発明のまた別の実施の形態においては、反振動子２０は吸収体サブユニット６１，６２の各ねじれ共振周波数ｆ６１，ｆ６２とは異なる最低のねじれ共振周波数ｆ２０を有する。反振動子２０のねじれ共振周波数ｆ２０は、フローチューブ１０が動作中励起されるねじれ周波数ｆｅｘｃＴと本質的に同じであるように選択することができる。この結果としてフローチューブ１０及び反振動子２０は互いに位相がずれて、即ち本質的に逆位相で振動することとなる。少なくともこの場合については、反振動子２０はフローチューブ１０と同様な又は同じねじれ硬さ又はねじれ弾性を有することが有利である。しかしながら、二つの吸収体サブユニット６１，６２の各ねじれ共振周波数ｆ_６１，ｆ_６２をねじれ周波数ｆｅｘｃＴと本質的に同じであるように選択すると有利であることも証明されている。その場合には、反振動子２０のねじれ共振周波数ｆ_２０は予測されるねじれ周波数ｆｅｘｃＴより下又は上にあるように選択するのが有利であろう。

必要ならば、反振動子２０は例えば、米国特許５，９６９，２６５、ＥＰ−Ａ ３１７ ３４０、又はＷＯ−Ａ ００１／１４４８５に示されるように、複数部分からなる構造とし、又は、フローチューブ１０の入口及び出口の端部に固定された二つの別々の反振動子で実現することもできる。図６を参照されたい。特にこのように、内部支持システムとしての役割を果たす反振動子２０が、入口側及び出口側の反振動子サブユニットによって形成される場合には、外部サポートシステム１００も、入口側及び出口側のサブシステムからなる、二つの部分からなる構造とすることができる。図６を参照されたい。

本発明の更に発展した形態によれば、図３に概略的に示されるように、カウンタバランス体１０１，１０２が設けられるが、これは、フローチューブ１０に固定され、そのねじれ共振周波数の精密な設定従って信号処理回路へのマッチングの改善を可能とする。カウンタバランス体１０１，１０２として可能なものは、例えば、フローチューブ１０を覆って滑動する（ｓｌｉｐ ｏｖｅｒ）金属製リング又は前記フローチューブに固定される金属板である。

本発明の別の発展形態によれば、図３に概略的に示されるように、溝２０１，２０２が反振動子２０に設けられる。この溝２０１，２０２によれば、単純な方法で反振動子のねじれ共振周波数を精密に設定すること、特に、反振動子のねじれ硬さを小さくすることによって前記ねじれ共振周波数を低くすることが可能となる。図２又は３における溝２０１，２０２は縦方向の軸Ｌの方向に、本質的に均等に（ｅｖｅｎｌｙ）分布させた状態で示されているが、必要ならば、この軸の方向に不均等に分布させることもできる。

前記説明から直ちに明かなように、本発明によるトランスデューサは、当業者が、特に外部及び内部の設置寸法の仕様に従った場合でも、フローチューブ１０及び反振動子２０に発生するねじれ力の均衡を高品質に達成し従ってトランスデューサの環境へのねじれ振動エネルギの損失を最小化する多くの可能なセッティングによってによって特徴づけられる。

本発明について図面及び前述の記載によって詳細に図示し且つ説明したが、そのような図示及び記載は性質上例示的なものであって限定的なものではないと考えられるべきであり、例示的な実施の形態のみが示され且つ記述されていること及びここで記載された本発明の思想及び範囲に属する全ての変更及び変形の保護を希望するものであることを理解されたい。

パイプを流れる流体の粘度を計測するために前記パイプに挿入するように設計された計器を示す図である。 図１の計器内において使用するのに適した振動型トランスデューサの一つの実施の形態を示す立体図である。 図２のトランスデューサの側面断面図である。 図２のトランスデューサの第一の断面図である。 図２のトランスデューサの第二の断面図である。 図１の計器において使用するのに適した振動型トランスデューサの別の実施の形態の側面断面図である。 図７ａ，図７ｂは撓みモードで振動するフローチューブ及び反振動子の弾力的な線を概略的に示す図である。

Claims (25)

1. パイプを流れる流体のための振動型トランスデューサにおいて、
   流体を流すための実質的に真っ直ぐなフローチューブであって、動作中に振動し、且つ、前記フローチューブの入口端部で終結する入口チューブ部を介して、及び、前記フローチューブの出口端部で終結する出口チューブ部を介して、前記パイプと連通するフローチューブと、
   前記フローチューブを振動させるため前記フローチューブに作用する励起アセンブリであって、前記フローチューブを励起してその長手方向軸の回りにねじれ振動を生じさせると共に、前記フローチューブを励起してたわみ振動を生じさせるようになされた励起アセンブリと、
   前記フローチューブの振動を感知するためのセンサ装置と、
   前記フローチューブに固定されたねじれ振動吸収体であって、前記フローチューブとは実質的に平行に延び、且つ、前記フローチューブとは実質的に同軸になるよう前記フローチューブに接続された反振動体を含む、ねじれ振動吸収体とを備え、
   動作中に、前記フローチューブは、少なくとも間欠的に、瞬間的なねじれ周波数（ｆｅｘｃＴ）でフローチューブの長手方向軸の回りにねじれ振動をし、且つ、前記ねじれ振動吸収体は、その少なくとも一部が、前記ねじれ振動するフローチューブとは位相をずらして振動し、
   動作中に、前記フローチューブは、少なくとも間欠的に、たわみ振動するよう励起される、振動型トランスデューサ。
2. 前記振動するねじれ振動吸収体は前記振動するフローチューブによってのみ駆動される、請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記ねじれ振動吸収体は前記フローチューブの入口及び出口側に固定される、請求項１に記載のトランスデューサ。
4. 前記ねじれ振動吸収体は前記フローチューブの振動周波数の０．８倍より大きなねじれ固有周波数を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
5. 前記ねじれ振動吸収体は前記フローチューブの振動周波数の１．２倍より小さなねじれ固有周波数を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
6. 前記ねじれ振動吸収体は入口側の吸収体サブユニット及び出口側の吸収体サブユニットによって形成される、請求項１に記載のトランスデューサ。
7. 前記吸収体サブユニットの各ねじれ共振周波数（ｆ６１，ｆ６２）は前記フローチューブが動作中励起されるねじれ周波数と本質的に同じである、請求項６に記載のトランスデューサ。
8. 前記入口チューブ部及び出口チューブ部に結合されたトランスデューサケースを更に備えている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
9. 付加的な質量が前記フローチューブに固定されている、請求項１に記載のトランスデューサ。
10. 前記励起アセンブリは前記フローチューブを励起して前記ねじれ振動と前記たわみ振動とを同時に生じさせる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
11. 溝が前記反振動体に形成されている、請求項１０に記載のトランスデューサ。
12. 前記反振動体のねじれ共振周波数は前記フローチューブが動作中励起されるねじれ周波数と実質的に同じであるように選択される、請求項１０に記載のトランスデューサ。
13. 前記入口チューブ部に形成された第１のフランジと、前記出口チューブ部に形成された第２のフランジとを更に備える、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
14. 前記フローチューブは、該フローチューブがその全長に渡って実質的に一方向にねじられる際の基本ねじれ固有モードの固有共振周波数に等しいねじれ周波数で 励起される、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
15. 前記フローチューブは固有共振周波数に等しいねじれ周波数で励起され、前記反振動体のねじれ共振周波数は前記フローチューブの前記ねじれ振動の周波数よりも低くなるように選択される、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
16. 前記フローチューブは固有共振周波数に等しいねじれ周波数で励起され、前記反振動体のねじれ共振周波数は前記フローチューブの前記ねじれ振動の周波数よりも高くなるように選択される、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
17. 前記フローチューブは前記フローチューブの最低固有たわみ共振周波数に等しいたわみ振動周波数で励起される、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
18. 前記励起アセンブリは、前記反振動体を励起して、前記フローチューブのたわみ振動とは実質的に同一平面内のたわみ振動を生じさせるようになされている、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
19. 前記センサ装置は、前記フローチューブの振動と前記反振動体の振動とを別々に検知するようになされている、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
20. 前記センサ装置は、前記フローチューブのねじれ振動及びたわみ振動の両方を検知するようになされている、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
21. 前記センサ装置は、少なくとも、入口側の第１のセンサと、出口側の第２のセンサとを備えている、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
22. 前記第１のセンサは、前記フローチューブのねじれ振動及びたわみ振動の両方を検知するようになされており、前記第２のセンサは、前記フローチューブのねじれ振動及びたわみ振動の両方を検知するようになされている、請求項２１に記載のトランスデューサ。
23. 前記第１及び第２のセンサは電気力学式速度センサである、請求項２１又は２２に記載のトランスデューサ。
24. 前記パイプ内に流れる流体の粘度を測定するために使用される、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
25. 前記パイプ内に流れる流体の粘度及び質量流量の両方を測定するために使用される、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。

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