JP2014006231A - Coriolis flowmeter - Google Patents

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一正 大西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coriolis flowmeter having high measurement accuracy.SOLUTION: A coriolis flowmeter 1 whose flow tube 2 is linear is constituted of the linear stainless-steel flow tube 2, a vibrating body 3, and support bodies 5. The vibrating body 3 is constituted by joining, with epoxy resin, a piezoelectric element 4 to a stainless-steel elastic body 6 into which semicircles and straight lines are combined and integrated in a ring shape. The integrated, ring-like, stainless-steel elastic body 6 constituting the vibrating body 3 has a through-hole as shown in Figs. The through-hole becomes a flow tube 2b. Stainless-steel flow tubes 2a, 2c on both sides of the flow tube are positionally adjusted and welded with the through-hole (flow tube 2b) of the elastic body 6 to make the flow tube 2 completed. The flow tube 2a is welded with the support body 5a. The flow tube 2c is welded with the support body 5b.

Description

本発明は、コリオリ力を利用した質量流量計または密度計に関するものである。  The present invention relates to a mass flow meter or a density meter using Coriolis force.

質量流量を直接求めるコリオリ流量計は、流管内に流れる測定流体に振動を与えた場合に振動した測定流体に作用するコリオリ力が質量流量に比例することを利用した直接質量流量計である。しかしコリオリ力は加振力に対して微少な力であるから、コリオリ流量計には高感度で安定した力計測手段が要求される。  The Coriolis flow meter that directly determines the mass flow rate is a direct mass flow meter that utilizes the fact that the Coriolis force acting on the vibrating measurement fluid is proportional to the mass flow rate when vibration is applied to the measurement fluid flowing in the flow tube. However, since the Coriolis force is a slight force with respect to the excitation force, the Coriolis flowmeter requires a highly sensitive and stable force measuring means.

通常、コリオリの力はコリオリ力による流管の弾性変形またはひずみとして検出される。このため従来、流管は変形量が大きく取れる湾曲した形状にしていた。湾曲形状のコリオリ流量計は、U字状に湾曲してなるため、被測定流体がセンサチューブ内を通過する際、センサチューブの形状による圧力損失が生じ易いう問題点もあった。また、湾曲形状のコリオリ流量計は、一般に形状が大きくなるという欠点もある。そして、被測定流体がスラリーである場合は、U字状の湾曲部にスラリー中の粉体が詰まる虞がある。このため、流管を直管形状とした直管式のコリオリ流量計の開発が行われている。  Normally, Coriolis force is detected as elastic deformation or strain of the flow tube due to Coriolis force. For this reason, conventionally, the flow tube has a curved shape with a large amount of deformation. Since the curved Coriolis flowmeter is curved in a U shape, there is a problem in that pressure loss due to the shape of the sensor tube tends to occur when the fluid to be measured passes through the sensor tube. In addition, the curved Coriolis flowmeter generally has a drawback that the shape becomes large. When the fluid to be measured is slurry, the U-shaped curved portion may be clogged with powder in the slurry. For this reason, straight pipe type Coriolis flowmeters having a straight pipe shape have been developed.

直管式のコリオリ流量計は、加振する流管に単一流管を使用したものと、複数の直管を並列に配置した方式がある。いずれの場合も直管の両端部を支持し、中間部で流管を加振する駆動手段と、駆動手段と支持部との間でコリオリ力による微少な変位またはひずみを検出する手段を有している。  There are two types of straight Coriolis flowmeters, one that uses a single flow tube as the flow tube to be vibrated and the other that has a plurality of straight tubes arranged in parallel. In any case, it has a drive means that supports both ends of the straight pipe and vibrates the flow pipe at the middle part, and a means for detecting minute displacement or strain due to Coriolis force between the drive means and the support part. ing.

このような構成からなる直管式の流管は、通常、駆動手段により支持部を節部とした曲げ基本振動モードとして駆動される。この振動数をω、流速をv、単位体積当りの質量をmとすると、コリオリ力Fは振動数ωと流速vのベクトル積に比例し、−2m〔ω〕×〔v〕であらわされる。ここで、〔ω〕、〔v〕はベクトルである。以上は、非特許文献1に詳しく記述されている。  The straight pipe type flow tube having such a configuration is normally driven in a bending fundamental vibration mode in which a support portion is a node portion by a driving means. When this frequency is ω, the flow velocity is v, and the mass per unit volume is m, the Coriolis force F is proportional to the vector product of the frequency ω and the flow velocity v, and is expressed as −2 m [ω] × [v]. Here, [ω] and [v] are vectors. The above is described in detail in Non-Patent Document 1.

日本計量機器工業連合会、「流量計測AtoZ」、(有)工業技術社、平成7年11月、p161−172Japan Measuring Instruments Manufacturers Association, "Flow Measurement AtoZ", Industrial Technology Co., Ltd., November 1995, p161-172 五十嵐伊勢美ほか、「Siマイクロマシニング先端技術」、(株)サイエンスフォーラム、1992年3月、p87−143Izumi Igarashi et al., “Si Micromachining Advanced Technology”, Science Forum, Inc., March 1992, p87-143

しかし、両端を節部とした流管は、曲げ基本振動モードの振動数で、コリオリ力により曲げの2次振動モードの振動を発生させる。そのため、駆動振動モードは大きく励起することはできるが、曲げ基本振動モードの固有振動数に比較して通常2倍以上高い固有振動数持つ検出モードの曲げの2次振動モードは、振動変位が小さくなってしまう。  However, a flow tube having nodes at both ends generates a vibration in the bending secondary vibration mode by the Coriolis force at the frequency of the bending fundamental vibration mode. Therefore, the drive vibration mode can be excited greatly, but the detection vibration of the secondary vibration mode of the detection mode, which has a natural frequency that is usually twice or more higher than the natural frequency of the bending fundamental vibration mode, has a small vibration displacement. turn into.

また、コリオリ流量計の計測精度を向上させるには、流量を計測する流管の振動を外部に漏らさないことが必要である。そこで外部に振動が漏れないようにするため、流管の振動と逆位相の振動をするカウンタチューブを設け、流管とカウンタチューブの振動を打ち消し合い振動を外部に漏らさないようにする。しかし流管とカウンタチューブの両方に流体を流す必要があり、流管とカウンタチューブの両方に等しく流体を分流しなければならないが、正確に分流することは困難である。  Moreover, in order to improve the measurement accuracy of the Coriolis flowmeter, it is necessary not to leak the vibration of the flow tube for measuring the flow rate to the outside. Therefore, in order to prevent the vibration from leaking to the outside, a counter tube that vibrates in the opposite phase to the vibration of the flow tube is provided, so that the vibrations of the flow tube and the counter tube are canceled and the vibration is not leaked to the outside. However, fluid needs to flow through both the flow tube and the counter tube, and fluid must be equally distributed through both the flow tube and the counter tube, but it is difficult to accurately distribute the fluid.

本発明は、流体を流す流管に振動を与える振動体が、弾性体に駆動源を有するものであり、振動体の中心部に空間を持つコリオリ流量計とするものである。  The present invention provides a Coriolis flowmeter in which a vibrating body that applies vibration to a flow tube through which a fluid flows has a drive source in an elastic body and has a space in the center of the vibrating body.

本発明はまた、流体を流す流管に振動を与える振動体が、流管と弾性体を接合するものであり、かつ流管または弾性体に駆動源を有し、振動体の中心部に空間を持つコリオリ流量計するものである。  In the present invention, the vibrating body that applies vibration to the flow tube that flows the fluid joins the flow tube and the elastic body, and the flow tube or the elastic body has a drive source, and a space is provided at the center of the vibrating body. A Coriolis flowmeter with a

上記のコリオリ流量計で流管を直線状とするものである。  In the above Coriolis flowmeter, the flow tube is made straight.

上記のコリオリ流量計で流管を湾曲状とするものである。  The flow tube is bent in the above Coriolis flowmeter.

流体を流す流管に振動を印加する振動発生装置による駆動振動モードと、流体が流れることにより発生することコリオリ力による振動の検出振動モードを同一にするコリオリ流量計とするものである。  The Coriolis flowmeter is configured such that the drive vibration mode by the vibration generator that applies vibration to the flow tube through which the fluid flows is the same as the detection vibration mode of the vibration caused by the flow of the fluid caused by the Coriolis force.

駆動振動モードと検出振動モードが互いに1/4波長だけ異なるコリオリ流量計とするものである。  The Coriolis flowmeter is different in driving vibration mode and detection vibration mode from each other by a quarter wavelength.

本発明の直管状のコリオリ流量計は、高精度に流体の質量流量を測定することができる。  The straight tubular Coriolis flowmeter of the present invention can measure the mass flow rate of fluid with high accuracy.

本発明の第1の実施の形態のコリオリ流量計の斜視図である。It is a perspective view of the Coriolis flow meter of a 1st embodiment of the present invention. 図1の用いた圧電素子の斜視図である。It is a perspective view of the used piezoelectric element of FIG. 図1に示すコリオリ流量計の駆動振動モードおよび検出振動モードを説明する図である。It is a figure explaining the drive vibration mode and detection vibration mode of the Coriolis flowmeter shown in FIG. 本発明の第2の実施の形態のコリオリ流量計の平面図である。It is a top view of the Coriolis flow meter of a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態のコリオリ流量計の側面図である。It is a side view of the Coriolis flow meter of the 2nd embodiment of the present invention. 図1に示すコリオリ流量計の駆動振動モードおよび検出振動モードを説明する図である。It is a figure explaining the drive vibration mode and detection vibration mode of the Coriolis flowmeter shown in FIG. 本発明の第3の実施の形態のコリオリ流量計の平面図である。It is a top view of the Coriolis flow meter of a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態のコリオリ流量計の側面図である。It is a side view of the Coriolis flow meter of the 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態のコリオリ流量計の平面図である。It is a top view of the Coriolis flow meter of a 4th embodiment of the present invention.

第1の実施の形態である基本的な構成を図1の斜視図を用いて説明する。  A basic configuration according to the first embodiment will be described with reference to the perspective view of FIG.

流管2が直線状であるコリオリ流量計1は、直線状であるステンレス製の流管2と振動体3と支持部5で構成する。そして振動体3は、半円と直線を組み合わせたリング形状の一体のステンレス製の弾性体6と前記一体のステンレス製の弾性体6に圧電素子4をエポキシ樹脂で接合した構成である。  The Coriolis flow meter 1 in which the flow tube 2 is linear includes a flow tube 2 made of stainless steel, a vibrating body 3, and a support portion 5. The vibrating body 3 has a ring-shaped integral stainless steel elastic body 6 combining a semicircle and a straight line, and the piezoelectric element 4 joined to the integral stainless steel elastic body 6 with an epoxy resin.

振動体3を構成する一体のリング状のステンレス製の弾性体6は、図に示すように貫通する穴を持つ。この貫通する穴は、流管2bとなる。そして、両側のステンレス製の流管2a、2cは、弾性体6の貫通する穴(流管2b)位置と合わせて溶接により接合して完成された流管2となる。  The integral ring-shaped stainless steel elastic body 6 constituting the vibrating body 3 has a through-hole as shown in the figure. This penetrating hole becomes the flow tube 2b. Then, the stainless steel flow tubes 2a and 2c on both sides become a flow tube 2 completed by welding together with the position of the hole (flow tube 2b) through which the elastic body 6 passes.

流管2aは、支持部5aに溶接され接合される。そして、支持部5aには流管2aの内径と一致する貫通する穴が設けられる。流管2cは、支持部5bに溶接され接合される。そして、支持部5bには流管2cの内径と一致する貫通する穴が設けられる。  The flow tube 2a is welded and joined to the support portion 5a. The support portion 5a is provided with a through-hole that matches the inner diameter of the flow tube 2a. The flow tube 2c is welded and joined to the support portion 5b. The support portion 5b is provided with a through-hole that matches the inner diameter of the flow tube 2c.

ステンレス製の弾性体6に接合する圧電素子4について説明する。圧電素子4は鉛系圧電セラミックであり板厚方向に分極されている。図2の斜視図を用いて圧電素子4について詳しく説明する。図2(a)は、流管2を振動させるための駆動用の圧電素子4aである。矢印は分極方向を示し、斜線は電極7aを示す。例えば圧電素子4aは、分極ごとに3分割したものをエポキシ樹脂で接合した後、電極7aを設けることにより作成する。  The piezoelectric element 4 joined to the stainless steel elastic body 6 will be described. The piezoelectric element 4 is a lead-based piezoelectric ceramic and is polarized in the thickness direction. The piezoelectric element 4 will be described in detail with reference to the perspective view of FIG. FIG. 2A shows a driving piezoelectric element 4 a for vibrating the flow tube 2. The arrow indicates the polarization direction, and the diagonal line indicates the electrode 7a. For example, the piezoelectric element 4a is prepared by providing an electrode 7a after bonding a piece divided into three for each polarization with an epoxy resin.

図2(b)は、コリオリ力による流管2の振動を検出する圧電素子4bである。矢印は分極方向を示す。斜線は電極7b、7cを示す。電極7bと電極7cは、分離されている。また、圧電素子4a、4bとも図4の表側をステンレス製の弾性体6に接合した状態での表側と同じである。以上は、圧電素子4として鉛系圧電セラミックとして説明したが薄膜圧電素子、有機系圧電フィルム、水晶などでもよいことはもちろんである。  FIG. 2B shows a piezoelectric element 4b that detects vibration of the flow tube 2 due to Coriolis force. Arrows indicate the direction of polarization. The oblique lines indicate the electrodes 7b and 7c. The electrode 7b and the electrode 7c are separated. The piezoelectric elements 4a and 4b are the same as the front side in a state where the front side in FIG. 4 is joined to the elastic body 6 made of stainless steel. In the above description, the piezoelectric element 4 has been described as a lead-based piezoelectric ceramic.

次にコリオリ流量計1の駆動振動モードと検出振動モードについて図3を用いて説明する。駆動モードを図中に記入した実線で示す。振動体は、実線で示すように直線部で1.5波長、半円部で1.5波長それぞれが2箇所あるので合計6波長分の曲げ振動が紙面と平行方向に励起される振動モードである。  Next, the drive vibration mode and the detection vibration mode of the Coriolis flow meter 1 will be described with reference to FIG. The drive mode is indicated by a solid line written in the figure. The vibrating body is a vibration mode in which bending vibrations for a total of 6 wavelengths are excited in a direction parallel to the paper surface because there are two 1.5 wavelengths in the straight part and 1.5 wavelengths in the semicircular part as shown by the solid line. is there.

次にコリオリ流量計1の検出振動モードについても図3を用いて説明する。検出モードを図中の振動体3と流管2に記入した2点鎖線で示す。振動体3は、2点鎖線で示すように合計6波長分の曲げ振動が紙面と平行方向に励起される振動モードである。  Next, the detection vibration mode of the Coriolis flow meter 1 will be described with reference to FIG. The detection mode is indicated by a two-dot chain line written in the vibrating body 3 and the flow tube 2 in the figure. The vibrating body 3 is a vibration mode in which bending vibrations for a total of six wavelengths are excited in a direction parallel to the paper surface as indicated by a two-dot chain line.

駆動モードと検出モードの振動モードは同一であり、駆動振動モードと検出振動モードは1/4波長分だけ振動の節または振動の腹の位置差がある。そして駆動振動モードと検出振動モードは1/4波長分だけ振動の時間的位相差がある。  The vibration modes of the drive mode and the detection mode are the same, and the drive vibration mode and the detection vibration mode have a difference in position of vibration nodes or vibration antinodes by a quarter wavelength. The drive vibration mode and the detection vibration mode have a temporal phase difference of vibration by a quarter wavelength.

ここで、コリオリ流量計1の流量測定について説明する。振動体3に6波長の曲げ振動を励起するために圧電素子4aの電極間にリード線を通じて6波長の曲げ振動の固有振動数の電圧を印加する。また、駆動振動モードの固有振動数を検出することにより流体の密度を測定することができる。  Here, the flow measurement of the Coriolis flow meter 1 will be described. In order to excite 6-wave bending vibration to the vibrating body 3, a voltage having a natural frequency of 6-wave bending vibration is applied between the electrodes of the piezoelectric element 4a through a lead wire. Further, the density of the fluid can be measured by detecting the natural frequency of the driving vibration mode.

流体が図3の実線で示す6波長の曲げ振動モードで振動する流管2中を流れることにより、流体にコリオリ力が発生し、検出モードの振動が発生する。検出の振動モードは駆動振動モードと同一であり、検出振動モードは、駆動振動モードと1/4波長分だけ振動の節または振動の腹の位置差がある。また、駆動振動モードと検出振動モードは1/4波長分だけ振動の時間的位相差がある。  When the fluid flows in the flow tube 2 that vibrates in the bending vibration mode of 6 wavelengths indicated by the solid line in FIG. 3, Coriolis force is generated in the fluid, and vibration in the detection mode is generated. The detected vibration mode is the same as the drive vibration mode, and the detected vibration mode has a difference in position of the vibration node or vibration antinode by 1/4 wavelength from the drive vibration mode. Further, the drive vibration mode and the detection vibration mode have a temporal phase difference of vibration by a quarter wavelength.

検出モードの振動を検出するため、検出振動モードの位置に合わせて圧電素子4bを接合されている。図3の2点鎖線で示す検出モードの振動を検出するために圧電素子4bの電極7bと電極7cに接続したリード線とアース線間の電圧を測定する。  In order to detect vibration in the detection mode, the piezoelectric element 4b is joined in accordance with the position of the detection vibration mode. In order to detect the vibration in the detection mode indicated by the two-dot chain line in FIG. 3, the voltage between the electrode 7b of the piezoelectric element 4b and the lead wire connected to the electrode 7c and the ground wire is measured.

圧電素子4bの分極方向は同じであり、電極7b部分と電極7c部分の振動方向が逆であるので、電極7b部分の発生電圧から電極7c部分の発生電圧を引くことにより、検出モードの電圧を計測することにより質量流量を検出する。また、電極7b部分と電極7c部分の位置では、駆動振動モードにおいては振動位相が同相であるので、電極7b部分の発生電圧から電極7c部分の発生電圧を引くことにより駆動モードの発生電圧をキャンセルすることができる。このことにより検出電圧のSN比を高めることができる。  Since the polarization direction of the piezoelectric element 4b is the same and the vibration directions of the electrode 7b and the electrode 7c are opposite, the voltage in the detection mode is obtained by subtracting the voltage generated in the electrode 7c from the voltage generated in the electrode 7b. The mass flow rate is detected by measuring. Further, since the vibration phase is the same in the driving vibration mode at the positions of the electrode 7b and the electrode 7c, the generated voltage in the driving mode is canceled by subtracting the generated voltage in the electrode 7c from the generated voltage in the electrode 7b. can do. As a result, the SN ratio of the detection voltage can be increased.

また、歪みを検出する圧電素子は、コイルと磁石からなる電磁ピックアップに比較して一般に小型、軽量化できるため、流管2に取り付けたときの流管2のメカニカルQの現象を少なくできる。また、コイルと磁石のように2つの部分に分かれることがないので、構造が簡単だけでなく、漏れ磁界によって検出信号が歪むという問題も発生しない。  In addition, since the piezoelectric element for detecting distortion can be generally reduced in size and weight as compared with an electromagnetic pickup composed of a coil and a magnet, the phenomenon of mechanical Q of the flow tube 2 when attached to the flow tube 2 can be reduced. In addition, since the coil and the magnet are not divided into two parts, the structure is simple and the problem that the detection signal is distorted by the leakage magnetic field does not occur.

圧電素子では、流管2の曲げモーメントに比例した信号が得られる。したがって、速度を検出する電磁ピックアップとは異なった質量流量に比例した位相差(時間差)が検出される。圧電素子を両端が単純支持構造となっている直管状の流管2を質量流量計の振動検出手段として用いると、得られる質量流量に比例した位相差(時間差)は、電磁ピックアップに比べて大きくなる。したがって、流量計測の精度を高めることができる。  In the piezoelectric element, a signal proportional to the bending moment of the flow tube 2 is obtained. Therefore, a phase difference (time difference) proportional to the mass flow rate, which is different from the electromagnetic pickup that detects the speed, is detected. When a straight tubular flow tube 2 having a simple support structure at both ends is used as a vibration detecting means of a mass flow meter, a phase difference (time difference) proportional to the obtained mass flow rate is larger than that of an electromagnetic pickup. Become. Therefore, the accuracy of flow rate measurement can be increased.

以上に説明したように、駆動振動モードと検出振動モードが同一であるため感度の大きい質量流量を計測できる。また、検出する信号には、駆動振動モードを検出しない構成になっているため、SN比が高くなる。さらに、振動が、リング状の振動体に閉じ込められるため、外部への振動漏れが小さくなる。  As described above, since the drive vibration mode and the detection vibration mode are the same, a mass flow with high sensitivity can be measured. Further, since the detected signal is configured not to detect the drive vibration mode, the SN ratio becomes high. Furthermore, since the vibration is confined in the ring-shaped vibrating body, vibration leakage to the outside is reduced.

第2の実施の形態である基本的な構成を図4の平面図、図5の側面図を用いて説明する。  A basic configuration according to the second embodiment will be described with reference to a plan view of FIG. 4 and a side view of FIG.

流管2が曲線状のコリオリ流量計1は、チタン合金製の流管2の上下に圧電素子4をエポキシ樹脂により接合して作成した振動体3と、その振動体3を溶接した支持部5により構成される。ここで圧電素子4a、4bは駆動用であり、圧電素子4c、4dと圧電素子4e、4fは検出用である。  The Coriolis flow meter 1 having a curved flow tube 2 includes a vibrating body 3 formed by joining piezoelectric elements 4 with an epoxy resin on the top and bottom of a titanium alloy flow tube 2, and a support portion 5 to which the vibrating body 3 is welded. Consists of. Here, the piezoelectric elements 4a and 4b are for driving, and the piezoelectric elements 4c and 4d and the piezoelectric elements 4e and 4f are for detection.

圧電素子4a、4bは、曲げ振動を励起するために、一方が伸びているとき、他方が縮む。このようにして曲げ振動を励起する。同様に圧電素子4c、4dと圧電素子4e、4fも一方が伸びているとき、他方が縮む。  In order to excite the bending vibration, when one of the piezoelectric elements 4a and 4b is extended, the other is contracted. In this way, bending vibration is excited. Similarly, when one of the piezoelectric elements 4c and 4d and the piezoelectric elements 4e and 4f are extended, the other is contracted.

流管2は、曲管である。直管に比較すると、流管2にコリオリ力が作用する割合が大きいため感度が高くなる。  The flow tube 2 is a curved tube. Compared to a straight pipe, the sensitivity increases because the ratio of the Coriolis force acting on the flow pipe 2 is large.

コリオリ流量計1の駆動振動モードについて図6を用いて説明する。駆動振動モードを図中の実線で示す。実線がリング状の振動体3の中心線より外側は、紙面に対して垂直に上に変位していることを示す。実線がリング状の振動体3の中心線より内側は、紙面に対して垂直に下に変位していることを示す。つまり、紙面に対して垂直方向に3次の曲げ振動モードである。  The drive vibration mode of the Coriolis flow meter 1 will be described with reference to FIG. The drive vibration mode is indicated by a solid line in the figure. The solid line indicates that the outside of the center line of the ring-shaped vibrating body 3 is displaced vertically upward with respect to the paper surface. A solid line indicates that the inner side of the center line of the ring-shaped vibrating body 3 is displaced vertically downward with respect to the paper surface. That is, it is a third-order bending vibration mode in a direction perpendicular to the paper surface.

次にコリオリ流量計1の検出振動モードについて同じく図6を用いて説明する。検出振動モードを図中の点線で示す。点線がリング状の振動体3の中心線より外側は、紙面に対して垂直に上に変位していることを示す。点線がリング状の振動体3の中心線より内側は、紙面に対して垂直に下に変位していることを示す。つまり、紙面に対して垂直方向に3次の曲げ振動モードである。  Next, the detection vibration mode of the Coriolis flow meter 1 will be described with reference to FIG. The detected vibration mode is indicated by a dotted line in the figure. The dotted line indicates that the outer side of the center line of the ring-shaped vibrating body 3 is displaced vertically upward with respect to the paper surface. The dotted line indicates that the inner side of the center line of the ring-shaped vibrating body 3 is displaced vertically downward with respect to the paper surface. That is, it is a third-order bending vibration mode in a direction perpendicular to the paper surface.

駆動振動モードも検出振動モードも同じ、紙面に対して垂直方向に3次の曲げ振動モードである。そして、駆動振動モードと検出振動モードは、振動位相が1/4波長分だけ異なる。  The driving vibration mode and the detection vibration mode are the same, and the third bending vibration mode is perpendicular to the paper surface. The drive vibration mode and the detection vibration mode are different in the vibration phase by a quarter wavelength.

ここで、コリオリ流量計1の流量測定について説明する。振動体3に3波長の曲げ振動を励起するために圧電素子4aの電極間にリード線を通じて3波長の曲げ振動の固有振動数の電圧を印加する。また、駆動振動モードの固有振動数を検出することにより流体の密度を測定することができる。  Here, the flow measurement of the Coriolis flow meter 1 will be described. In order to excite the three-wave bending vibration to the vibrating body 3, a voltage having a natural frequency of the three-wave bending vibration is applied between the electrodes of the piezoelectric element 4a through the lead wire. Further, the density of the fluid can be measured by detecting the natural frequency of the driving vibration mode.

流体が図6の実線で示す3波長の曲げ振動モードで振動する流管2中を流れることにより、流体にコリオリ力が発生し、図6の点線で示す検出モードの振動が発生する。検出の振動モードは駆動振動モードと同一であり、検出振動モードは、駆動振動モードと1/4波長分だけ振動の節または振動の腹の位置差がある。また、駆動振動モードと検出振動モードは1/4波長分だけ振動の時間的位相差がある。  When the fluid flows through the flow tube 2 that vibrates in the bending vibration mode of the three wavelengths indicated by the solid line in FIG. 6, a Coriolis force is generated in the fluid, and the detection mode vibration indicated by the dotted line in FIG. 6 is generated. The detected vibration mode is the same as the drive vibration mode, and the detected vibration mode has a difference in position of the vibration node or vibration antinode by 1/4 wavelength from the drive vibration mode. Further, the drive vibration mode and the detection vibration mode have a temporal phase difference of vibration by a quarter wavelength.

図6の実線で示す駆動モードの振動を励起するために圧電素子4a、4bの電極に接続したリード線とアース線に電圧を印加する。検出モードの振動を検出するため、検出振動モードの位置に合わせて圧電素子4c、4dと圧電素子4e、4fが接合されている。  In order to excite the vibration of the drive mode shown by the solid line in FIG. 6, a voltage is applied to the lead wire and the ground wire connected to the electrodes of the piezoelectric elements 4a and 4b. In order to detect vibration in the detection mode, the piezoelectric elements 4c and 4d and the piezoelectric elements 4e and 4f are joined in accordance with the position of the detection vibration mode.

圧電素子4c、4dと圧電素子4e、4fは、曲げ振動の方向が同じであるなら、同じ位相の電圧を発生するように配置されている。したがって、圧電素子4c、4dと圧電素子4e、4fは、曲げ振動の方向が異なる検出モードにおいては、圧電素子4c、4dの発生電圧から圧電素子4e、4fの発生電圧の差を測定することにより検出モードの電圧を計測する。ことにより質量流量を測定する。また、駆動振動モードにおいては振動位相が同相であるので、圧電素子4c、4dの発生電圧から圧電素子4e、4fの発生電圧の差を測定することにより駆動モードの発生電圧をキャンセルすることができる。  The piezoelectric elements 4c and 4d and the piezoelectric elements 4e and 4f are arranged so as to generate voltages having the same phase if the directions of bending vibration are the same. Therefore, the piezoelectric elements 4c and 4d and the piezoelectric elements 4e and 4f are obtained by measuring the difference between the generated voltages of the piezoelectric elements 4e and 4f from the generated voltages of the piezoelectric elements 4c and 4d in the detection mode in which the bending vibration directions are different. Measure voltage in detection mode. To measure the mass flow rate. Further, since the vibration phase is in phase in the drive vibration mode, the voltage generated in the drive mode can be canceled by measuring the difference between the voltage generated in the piezoelectric elements 4e and 4f from the voltage generated in the piezoelectric elements 4c and 4d. .

以上に説明したように、駆動振動モードと検出振動モードが同一であるため感度の大きい質量流量を計測できる。また、検出する信号には、駆動振動モードを検出しない構成になっているため、SN比が大きくなる。さらに、振動が、リング状の振動体に閉じ込められるため、外部への振動漏れが小さくなる。そして、流管を曲管にすることで感度を高めることができる。  As described above, since the drive vibration mode and the detection vibration mode are the same, a mass flow with high sensitivity can be measured. Further, since the detected signal is configured not to detect the drive vibration mode, the SN ratio is increased. Furthermore, since the vibration is confined in the ring-shaped vibrating body, vibration leakage to the outside is reduced. And sensitivity can be raised by making a flow pipe into a curved pipe.

第3の実施の形態である基本的な構成を図7の平面図、図8の側面図を用いて説明する。今まで、振動発生手段と振動検出手段として圧電素子を用いた例について説明したが、他の手段でもよく、例えばマグネットとコイルを用いる電磁効果を用いることもできる。第1の実施の形態について振動発生手段と振動検出手段に電磁効果を用いたものを図7の平面図と図8の側面図を使用して説明する。  A basic configuration according to the third embodiment will be described with reference to a plan view of FIG. 7 and a side view of FIG. Up to now, the example using the piezoelectric element as the vibration generating means and the vibration detecting means has been described, but other means may be used, for example, an electromagnetic effect using a magnet and a coil can be used. A first embodiment in which an electromagnetic effect is used for vibration generating means and vibration detecting means will be described with reference to a plan view of FIG. 7 and a side view of FIG.

コリオリ流量計1の構成は、図1と振動発生手段と振動検出手段を除いて同一である。振動発生手段は、駆動用マグネット8a、8b、8cと駆動用コイル9a、9b、9cで構成する。駆動用マグネット8bと駆動用コイル9bと、駆動用マグネット8a、8cと駆動用コイル9a、9cは、逆位相の振動を発生させる。  The configuration of the Coriolis flow meter 1 is the same as in FIG. 1 except for the vibration generating means and the vibration detecting means. The vibration generating means is composed of drive magnets 8a, 8b, 8c and drive coils 9a, 9b, 9c. The driving magnet 8b and the driving coil 9b, the driving magnets 8a and 8c, and the driving coils 9a and 9c generate vibrations having opposite phases.

振動検出手段は、検出用マグネット8d、8eと検出用コイル9d、9eで構成する。検出用コイル9dの発生する電圧または電流と検出用コイル9eの発生する電圧または電流の差を計測することにより質量流量を測定する。  The vibration detection means includes detection magnets 8d and 8e and detection coils 9d and 9e. The mass flow rate is measured by measuring the difference between the voltage or current generated by the detection coil 9d and the voltage or current generated by the detection coil 9e.

第4の実施の形態について振動発生手段と振動検出手段に静電効果を用いたものを図9の平面図を使用して説明する。静電効果を用いるものは、小型のものに適する。  A fourth embodiment in which an electrostatic effect is used for vibration generating means and vibration detecting means will be described with reference to the plan view of FIG. Those using the electrostatic effect are suitable for small-sized ones.

流管2が直線状のコリオリ流量計1の構成は、シリコン基板をエッチング、接合することなどにより作成する。シリコン基板10の加工方法、接合方法については、非特許文献2に詳しく記述してある。  The configuration of the Coriolis flow meter 1 having a straight flow tube 2 is created by etching and bonding a silicon substrate. The processing method and bonding method of the silicon substrate 10 are described in detail in Non-Patent Document 2.

流管2が直線状のコリオリ流量計1の構成は、図1と同様であり、振動発生手段と振動検出手段に静電効果を用いたものである。また、図を簡単にするため振動発生手段と振動検出手段を省略した。  The configuration of the Coriolis flow meter 1 having a straight flow tube 2 is the same as that shown in FIG. 1, and uses an electrostatic effect for vibration generating means and vibration detecting means. In order to simplify the drawing, the vibration generating means and the vibration detecting means are omitted.

以上に説明したように、電磁効果、静電効果を用いても、所望の駆動モードと検出モードを実現できる。  As described above, a desired drive mode and detection mode can be realized using the electromagnetic effect and the electrostatic effect.

1 コリオリ流量計
2 流管
3 振動体
4 圧電素子
5 支持部
6 弾性体
7 電極
8 マグネット
9 コイル
10 シリコン基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coriolis flow meter 2 Flow pipe 3 Vibrating body 4 Piezoelectric element 5 Support part 6 Elastic body 7 Electrode 8 Magnet 9 Coil 10 Silicon substrate

Claims (6)

流体を流す流管に振動を印加する振動発生手段が、振動体の中心部に空間を持つ構造であることを特徴とするコリオリ流量計。  A Coriolis flowmeter characterized in that the vibration generating means for applying vibration to a flow tube through which a fluid flows has a structure having a space in the center of the vibrating body. 流体を流す流管に振動を印加する振動発生手段が、流管と弾性体を接合することにより、振動体の中心部に空間を持つ構造であることを特徴とするコリオリ流量計。  A Coriolis flowmeter characterized in that the vibration generating means for applying vibration to a flow tube for flowing a fluid has a structure having a space at the center of the vibrating body by joining the flow tube and an elastic body. 流体を流す流管が直線状であることを特徴とする請求項1、請求項2に記載のコリオリ流量計。  The Coriolis flowmeter according to claim 1 or 2, wherein a flow pipe for flowing a fluid is linear. 流体を流す流管が湾曲状であることを特徴とする請求項1、請求項2に記載のコリオリ流量計。  The Coriolis flowmeter according to claim 1 or 2, wherein a flow pipe for flowing a fluid is curved. 流体を流す流管に振動を印加する振動発生手段による駆動振動モードと、流体が流れることにより発生することコリオリ力による振動の検出振動モードが同一であることを特徴とする請求項1、請求項2に記載のコリオリ流量計。  The drive vibration mode by the vibration generating means for applying vibration to the flow tube through which the fluid flows is the same as the detection vibration mode of the vibration caused by the fluid flowing due to the Coriolis force. 2. Coriolis flow meter according to 2. 駆動振動モードと検出振動モードが互いに1/4波長だけ異なることを特徴とする請求項5に記載のコリオリ流量計。  6. The Coriolis flow meter according to claim 5, wherein the driving vibration mode and the detection vibration mode are different from each other by a quarter wavelength.
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