CN101023325A - 三次模式振动式科里奥利流量计 - Google Patents

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Abstract

一种三次模式振动式科里奥利流量计(1)，具有流通管(3)、对该流通管(3)进行驱动的驱动装置(4)、对与作用在流通管(3)上的科氏力成比例的相位差进行检测的一对振动检测传感器(5)。驱动装置(4)以三次模式弯曲振动对流通管(3)进行驱动。流通管(3)具有大致呈闭环形状的本体部(12)。在该本体部(12)的两个端部(13、13)上，有以相对于两个端部(13、13)的振动方向向大致垂直的方向且两个端部的外侧转向的一对平行的腿部(14、14)与之相连。腿部(14、14)上形成有对流通管3进行支撑的固定端部(16、16)。

Description

三次模式振动式科里奥利流量计
技术领域
本发明涉及至少具有一根流通管的科里奥利流量计，更具体地说，涉及一种流通管大致呈T字形形成并以三次模式弯曲振动进行驱动的三次模式(tertiary mode)振动式科里奥利流量计。
背景技术
科里奥利流量计是利用这样一种原理的质量流量计，即，当对被测流体所从中流通的流管的一端或两端进行支撑并围绕该支撑点在与流管的流动方向相垂直的方向上施加振动时，作用在流管(将应对其施加振动的流管称作流通管)上的科氏力与质量流量成比例。科里奥利流量计是公知技术，科里奥利流量计中的流通管的形状分为直管式和弯管式两大类。
作为直管式科里奥利流量计，当对两端得到支撑的直管的正中部位施加与直管轴线相垂直的方向的振动时，在直管的支撑部和正中部位之间可得到在科氏力作用下产生的直管的位移差、即相位差信号，根据该相位差信号对质量流量进行检测。这种直管式科里奥利流量计具有简单、紧凑且牢固的构造。但是，同时也存在无法得到高的检测灵敏度的问题。
相对于此，作为弯管式科里奥利流量计，在能够对旨在有效取出科氏力的形状进行选择这一点上，要比直管式科里奥利流量计优越，在实际当中，能够高灵敏度地进行质量流量的检测。而关于弯管式科里奥利流量计，具有一根流通管的(例如可参照特公平4-55250号公报)、具有并列的两根流通管的(例如可参照特许第2939242号公报)、以及具有一根呈闭环状的流通管的(例如可参照特许第2951651号公报)已经公知。
对于科里奥利流量计来说，不使流体通路分支而以单一的流体通路构成流通管是解决小口径传感器堵塞问题的最好方法。此外，在对具有压缩性的流体或密度和粘度不同的不连续的流体进行计量时，若流体通路分支则无法稳定分流，从这一点来说，流通管也最好由单一的流体通路构成。另外，使流通管只在同一平面内形成，可使得形状和结构最为简单，因而流通管的制作非常容易，在要求以低成本实现形状的再现性的场合非常有用。
但是，现有的由单一的流体通路构成的科里奥利流量计并未做成彼此相向而使振动相互抵消的结构，因此，在使流通管以单次模式振动或偶数模式振动进行振动的场合，振动会从固定端向质量流量计的外部泄漏，曾出现过因配管条件改变而发生零点漂移和量程改变的现象。而且，即便是为了减轻振动泄漏而使用了平衡器的振动系，振动的泄漏也会随着密度的变化而变化，仪表误差增大。
为了减轻振动的泄漏，如上所述通常要使用平衡器，而利用单一管的弯曲振动的科里奥利流量计无法避免平衡器方式所存在的受密度、温度、振动等影响的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种能够减轻振动的泄漏的三次模式振动式科里奥利流量计。
为实现本发明的目的，技术方案1所记载的本发明的三次模式振动式科里奥利流量计是一种具有至少一根流通管、对该流通管进行驱动的驱动装置、对与作用在所述流通管上的科氏力成比例的相位差进行检测的一对振动检测传感器的科里奥利流量计，其特征是，所述驱动装置以三次模式弯曲振动对所述流通管进行驱动，所述流通管具有大致呈闭环形状的本体部，在该本体部的两个端部上，有相对于该两个端部的振动方向向大致垂直的方向且所述两个端部的外侧转向的一对平行的腿部与之相连，该腿部上形成有对所述流通管进行支撑的固定端部。
为实现本发明的目的，技术方案2所记载的本发明的三次模式振动式科里奥利流量计的特征是在技术方案1所记载的三次模式振动式科里奥利流量计中，所述腿部的各固定端部配置在同一平面内的相接近的位置上。
为实现本发明的目的，权利要求3所记载的本发明的三次模式振动式科里奥利流量计的特征是在技术方案1或技术方案2所记载的三次模式振动式科里奥利流量计中，若设所述本体部的宽度为W、所述本体部的高度为H、所述腿部的高度为h t、作为所述固定端部的间隔的固定端宽度为w、所述本体部的高度H与所述本体部的宽度W二者之比为H/W、所述固定端宽度w与所述本体部的宽度W二者之比为w/W、所述腿部的高度h t与所述本体部的高度H二者之比为ht/H，则满足(1)0.03＜H/W＜1、(2)0.005＜w/W＜0.48、(3)0＜h t/H＜2.75的条件。
根据具有上述特征的本发明，流通管大致呈T字形形成，并且对该流通管以振动可在能量消耗最少的状态下保持稳定的三次模式的弯曲振动进行驱动，因此，能够使流通管本体部的两个端部上的弯曲振动在与该两个端部相连的腿部上转换为扭转振动。此外，根据本发明，可在平行排列的腿部上产生方向彼此相反的扭转应力，以此使振动泄漏大致相互抵消。腿部的两个固定端部位于同一平面内的相接近的位置上，可使得振动泄漏更好地相互抵消。再有，根据本发明，以满足既定条件的形状制成流通管，因而能够谋求振动泄漏的减轻。
以三次模式方式进行驱动的场合，作为科氏力会产生四次模式的科氏力，而作为流通管，因需要兼顾的总体刚性，因而将产生二次模式的(扭转振动)动作。要想使其对于二次模式的(扭转振动)动作的刚性降低，必须减小上、下游固定端之间的距离，而且必须使弯曲刚性降低(起到像自由旋转支撑端那样的作用)。由此，科氏力的检测灵敏度可得到提高。
若从振动泄漏的角度对三次模式弯曲振动进行分析，要想在流通管的端部使弯曲振动转换为扭转振动，最好是使流通管向90°转向。要想高效率减小剩下的扭转振动，最好是使旋转方向相反而平行的旋转轴尽可能接近，其固定端以存在于同一平面上为宜。
如上所述，根据本发明，具有减轻振动泄漏的效果。此外，具有可使主要起因是配管条件的改变的零点漂移和量程的改变达到最小的效果。再有，根据本发明，具有可提供更好的科里奥利流量计的效果。
附图说明
图1是展示本发明的三次模式振动式科里奥利流量计的一个实施方式的附图，(a)是外壳的主视图，(b)是内部结构概略图。
图2是涉及三次模式振动式科里奥利流量计的传感器单元、信号运算处理单元、以及激振回路单元的框图。
图3是系统展示以三次模式进行驱动的科里奥利流量计的分类的附图(直管形三次模式)。
图4是系统展示以三次模式进行驱动的科里奥利流量计的分类的附图(U字形三次模式)。
图5是系统展示以三次模式进行驱动的科里奥利流量计的分类的附图(闭环形三次模式)。
图6是展示由图4(b)派生的形状例的附图。
图7是展示由图4(c)派生的形状例的附图。
图8是展示由图5(b)派生的形状例的附图。
图9是展示由图5(c)派生的形状例的附图。
图10是用来对几何学条件进行定义的说明图。
图11是涉及管子直径的说明图。
图12是为了展示最佳几何学条件的概念系统图。
图13是纵横比H/W的概念说明图。
图14是展示FEM解析结果的曲线图。
图15是展示FEM解析结果的图(h t/H＝0.50～1.25)。
图16是展示FEM解析结果的图(h t/H＝1.50～2.25)。
图17是展示FEM解析结果的图(h t/H＝2.50～3.00)。
图18是展示FEM解析结果的图(h t/H＝4.00～5.00)。
图19是对由FEM解析结果得到的位移量以及角位移量的结果进行展示的曲线图。
图20是将三次模式振动产生最大位移时的动态反映在一根单管上的概念图。
具体实施方式
下面，就本发明的实施方式结合附图进行说明。
图1示出本发明所涉及的三次模式振动式科里奥利流量计的第1实施方式。
图1是展示本发明所涉及的三次模式振动式科里奥利流量计的一个实施方式的附图，(a)是三次模式振动式科里奥利流量计的外壳的主视图，(b)是三次模式振动式科里奥利流量计的内部结构概略图。此外，图2是展示三次模式振动式科里奥利流量计的传感器单元、信号运算处理单元、以及激振回路单元的关系的框图。
在图1和图2中，本发明的三次模式振动式科里奥利流量计1具有外壳2、被容纳在该外壳2内的一根流通管3、驱动装置4、具有一对振动检测传感器5、5和温度传感器6的传感器单元7、依据来自传感器单元7的信号进行质量流量等的运算处理的信号运算处理单元8、用来对驱动装置4进行励振的激振回路单元9。下面，对上述各构成部分进行说明。
上述外壳2对于弯曲和扭转具有坚固的结构。此外，外壳2以能够容纳流通管3、以及相对于形成该流通管3自身的面平行地配置的静止部件10的大小形成。再有，外壳2以能够对流通管3等流量计的重要部分进行保护而形成。在这种外壳2的内部填充了氩气等惰性气体。惰性气体的填充可防止流通管3等部件上形成结露。本实施方式的外壳2以与流通管3的形状相符的外观形状形成(作为一个例子)。
平行配置上述流通管3的静止部件10呈平板状形成，其局部被固定在外壳2上。在该静止部件10上，以适当机构安装有用来对流通管3的流入口端和流出口端进行支撑和固定的支撑部11。
上述流通管3具有大致呈闭环形状(大致为长圆形形状)的本体部12、与该本体部12的两个端部13、13相连的一对平行的腿部14、14，从俯视角度看过去呈T字形形成(做成T字形形状的理由在后面说明)。腿部14、14是以相对于两个端部13、13的振动方向向大致垂直的方向且向两个端部13、13的外侧转向的状态进行连接的。编号15代表与两个端部13、13相连的1/4圆弧的终端颈部。这种腿部14、14具有对流通管3本身进行支撑的固定端部16、16。两个固定端部16、16配置在同一平面内的相接近的位置上。
流入上述流通管3的某一腿部14的被检测流体流经本体部12从另一腿部14流出。流通管3的材质使用的是不锈钢、耐蚀耐热镍基合金、钛合金等本技术领域中所通常使用的材质。
构成上述传感器单元7的上述驱动装置4用于使流通管3以三次模式的弯曲振动进行振动，以具有线圈(其编号省略)和磁铁(其编号省略)而构成。这种驱动装置4顺着流通管3的中心线S1配置。换言之，驱动装置4配置在本体部12的正中以位于三次模式振动所产生的三个波腹之中的中间那个波腹的范围内。
上述驱动装置4的上述线圈安装在静止部件10上。此外，虽未特意图示，但从上述线圈上引出了导线或FPC(柔性印刷线路)。驱动装置4的上述磁铁是用专用的安装用具安装在流通管3上的。
当驱动装置4产生吸引作用时上述磁铁插入上述线圈中，其结果，流通管3将相对于静止部件10与之靠近。相对于此，当产生排斥作用时，流通管3将相对于静止部件10与之远离。驱动装置4以能够在垂直于图1的纸面的方向上交替改变作用方向对流通管3进行驱动而构成。
构成上述传感器单元7的上述振动检测传感器5、5是对流通管3的振动进行检测并对与作用在流通管3上的科氏力成比例的相位差进行检测的传感器，各自以具有线圈(其编号省略)和磁铁(其编号省略)而构成(但不限于此，只要是加速度传感器、光学的机构、静电电容式传感器、应变式(压电式)等对位移、速度、加速度之某一物理量进行检测的机构即可)。
这样构成的振动检测传感器5、5顺着本体部12的长度方向的中心线S2配置。振动检测传感器5、5配置在上述中间波腹的两个相邻波腹的范围内的、能够对与科氏力成比例的相位差进行检测的位置上。振动检测传感器5、5配置在相对于使流通管3以三次模式振动进行振动时所产生的波节与之错开的位置上。
上述振动检测传感器5、5的上述各线圈安装在静止部件10上。此外，虽未特意图示，但从上述各线圈引出了导线或FPC(柔性印刷线路)。振动检测传感器5、5的上述各磁铁用专用的安装用具安装在流通管3上。
在本实施方式中，由于驱动装置4以及振动检测传感器5、5的上述各线圈具有适度的重量，而且未图示的导线或FPC(柔性印刷线路)的配线(图中省略了配线系)也是必须有的，因此，是如上所述安装在静止部件10的既定位置上的。以此来尽可能减轻对流通管3的振动的影响。
在本发明中，上述线圈和上述磁铁的安装也可以相反(将上述线圈安装在流通管3上，将上述磁铁安装在静止部件10上)。
虽未特意图示，但在本发明的三次模式振动式科里奥利流量计1的内部设置有电路板等。此外，在该电路板上连接有向三次模式振动式科里奥利流量计1的外部引出的成束导线。
构成上述传感器单元7的一部分的温度传感器6是为了对三次模式振动式科里奥利流量计1进行温度补偿用的，以适当机构安装在流通管3上。具体地说，例如安装在流入口端的、得到支撑部11、11支撑和固定的部分的附近，即固定端部16、16附近。此外，从温度传感器6上引出的未图示的导线或FPC(柔性印刷线路)连接到未图示的上述电路板上。
对上述信号运算处理单元8进行了必要的配线和连接，以能够分别输入来自某一振动检测传感器5的与流通管3的变形有关的检测信号DA、来自另一振动检测传感器5的与流通管3的变形有关的检测信号DB、以及来自温度传感器6的与流通管3的温度有关的检测信号DT。在这种信号运算处理单元8中，能够依据从传感器单元7输入的检测信号DA、DB、DT进行质量流量Qm以及密度ρ的计算。此外，在信号运算处理单元8中，能够将通过运算求得的质量流量Qm和密度ρ向显示器17输出。
上述激振回路单元9具有平滑滤波单元20、比较单元21、目标设定单元22、可变放大单元23、驱动输出单元24。此外，激振回路单元9在使流通管3以三次模式振动进行振动时构成了正反馈闭环回路。平滑滤波单元20的配线使其能够从某一振动检测传感器5(或另一振动检测传感器5)取出检测信号DA。此外，平滑滤波单元20具有能够对所输入的检测信号DA进行整流滤波并且输出与其振幅成比例的直流电压VA的功能。比较单元21具有能够对来自平滑滤波单元20的直流电压VA和目标设定单元22输出的目标设定电压Vm进行比较、以及对可变放大单元23的放大倍数进行控制将共振振动的振幅控制至目标设定电压的功能。
虽然从上述平滑滤波单元20到驱动输出单元24的部分的构成与现有的以正反馈闭环回路对振动进行控制的构成相同，但在本发明的三次模式振动式科里奥利流量计1中，为了获得三次模式振动，还能够对正反馈闭环回路的信号波形进行倒相。即，在图2的A部中，将来自驱动输出单元24的输出线反向接线而使输出波形倒相。在图2的B部中，将输入给激振回路单元9的检测信号DA的信号线反向接线而使信号波形倒相。而在图2的C部中，将来自可变放大单元23的配线反向连接而使放大波形倒相。另外，在图2的A部中，将驱动输出单元24的输出用倒相器倒相。在图2的B部中，将输入给激振回路单元9的检测信号DA用倒相器倒相。而在图2的C部中，将可变放大单元23的输出用倒相器倒相(更具体地说，将驱动装置4以及振动检测传感器5、5配置在前述位置上，并且，使得驱动装置4的位移极性和振动检测传感器5、5的位移极性彼此成反相关系，并对激振回路单元9进行转换而使得在其正反馈闭环回路中成上述反相关系的各位移极性变成同相关系)。
在上述构成中，当被测流体流入流通管3的同时驱动装置4工作而使得流通管3以三次模式弯曲振动进行振动时，根据振动检测传感器5、5处的科氏力产生的流通管振动的相位差分，在信号运算处理单元8计算出质量流量Qm。在本实施方式中，还计算出密度ρ。
如以上结合图1和图2所述明的，本发明的三次模式振动式科里奥利流量计1，其流通管3大致呈T字形形成，而且对于该流通管3以振动可在能量消耗最少的状态下稳定的三次模式弯曲振动进行驱动，因此，能够使流通管3的本体部12的两个端部13、13上的弯曲振动转换为与该两个端部13、13相连的腿部14、14上的扭转振动。通过在平行排列的腿部14、14上产生方向彼此相反的扭转应力，能够使振动泄漏大致相互抵消。因此，本发明的三次模式振动式科里奥利流量计1与现有技术相比，可减轻振动泄漏。另外，从后面的说明也可知，若将腿部14、14的两个固定端部16、16设置在同一平面内的相接近的位置上，还能够使振动泄漏更好地相互抵消。
除此之外，本发明的三次模式振动式科里奥利流量计1由于其流通管3是单一的流体通路而不存在平衡器，因此，即时密度改变振动泄漏也不会改变，能够始终保持平衡。此外，由于不需要找平衡，因而不仅能够降低制造成本，而且能够使品质长期保持稳定。此外，由于流通管3是单一的流体通路，因而不需要公知的支撑杆。而且，因不需要支撑杆故而不需要进行锡焊，其结果，能够降低制造成本。
作用在两个固定端部16、16上的应力为扭转方向，而且在管子的圆周方向的整周上是均匀的，因此，与配管或固定器之间的连接可采用机械密封方式进行。而且，由于能够以简易的机械密封方式进行连接，因而能够做成可仅对流通管进行拆装的结构。除此之外，若两个固定端部16、16使用贯通型隔板插接器，则能够构成液体接触部分可完全进行更换的流通管，做成适用于医疗和食品相关产业的科里奥利流量计。
下面，结合图3至图20对流通管(以下称作流管)的最佳几何学条件进行说明。
图3(a)～图9(d)系统地展示了以三次模式进行驱动的科里奥利流量计的分类。图3(a)是直管形三次模式，图4(a)是U字形三次模式(固定端在同一平面上)，图5是闭环形三次模式(固定端在同一轴线上向相反方向延伸的例子)。
对应于图3(a)的直管形三次模式，两个端部的振动方向垂直于图3的纸面，而附加了与这种场合下的振动方向相垂直的管路的例子示于图3(b)。所附加的管路随着端部的弯曲振动而进行扭转振动。但在实际当中，弯曲振动直接传播到所附加管路上的情况很多见。
图4(a)的U字形三次模式(固定端在同一平面上)的两个端部的振动方向垂直于图4的纸面，而附加了与这种场合下的振动方向相垂直且向内的管路的例子示于图4(b)，附加了向外的管路的例子示于图4(c)。所附加的管路均随着端部的弯曲振动而进行扭转振动。作为由图4(b)派生的形状例，示于图6(a)～图6(d)。此外，作为由图4(c)派生的形状例，示于图7(a)～图7(f)。
图5(a)的闭环形三次模式(固定端在同一轴线上向相反方向延伸的例子)的两个端部的振动方向垂直于图5的纸面，而附加了与这种场合下的振动方向相垂直且向外的管路的例子示于图5(b)，附加了向内的管路的例子示于图5(c)。所附加的管路均随着端部的弯曲振动而进行扭转振动。作为由图5(b)派生的形状例，示于图8(a)～图8(k)。此外，作为由图5(c)派生的形状例，示于图9(a)～图9(d)。
在图3～图9的例子中，能够做到科氏力的检测灵敏度高、上下游的固定端在同一平面内相接近、管子的弯曲次数少、管子频率较高的形状是图8(b)。
特别是对于采用单根流通管结构以减轻振动泄漏并为了确保达到仪表误差要求而进行三次模式驱动的科里奥利流量计(三次模式振动式科里奥利流量计)，作为能够将弯曲应力在固定端附近转换为扭转应力并能够减轻振动泄漏的流管(流通管)形式，选择了作为最为优异的例子的图8(b)所示的T字形，为了对其几何学条件进行定义，将结合图10进行说明。该流管形状的具体的几何学条件如下所述。
作为从包含有流入口和流出口的平面向垂直方向延伸的流管，设流管的宽度(流通管的本体部的宽度)为W、流管的高度(流通管的本体部的高度)为H，则其纵横比H/W在0.03(根据管子弯曲半径和振动频率等决定)＜H/W＜1(从容易使后述所附加的管路产生角位移、以及容易提高频率且更容易得到相位差的必要性考虑，使之为横向上长的形状)的范围。
作为所附加管路(成对的腿部)的固定端处的宽度w相对于流管宽度W的比例的下限，从宽度w不小于管子直径D、以及W/D的上限从流管整体的刚性和频率等考虑以W/D＜200为宜考虑，设定为1/200(＝0.005)。而作为其上限，由于通过FEM解析证明，若在0.48以下则流管的弯曲位移能够高效率转换为角位移，其结果固定端附近的位移减轻，因此，将w/W的条件定为1/200(＝0.005)＜w/W＜0.48。
当在上述条件下设定所附加的管路的长度h t时，选择w/W＝0.19、H/W＝0.21、W/D＝48.68、t/D＝0.046，通过FEM解析设定了其最佳值。其结果得知，当所附加管路的高度h t的、相对于流管高度(本体部的高度)H的比例h t/H为2.50程度时，弯曲振动向扭转振动的转换效率高，而且可得到稳定的特性。此外还得知，若使h t/H达到2.75以上，则所附加的管路、即腿部的弯曲刚性降低，因而难以得到流管所需要的三次模式振动。另一方面，h t/H的下限可以设定成0＜h t/H。在这里，由于H/D＜50并且h t的最小值是与弯曲半径的最小值相同的3D，因而是3/50＝0.06。因此，h t/H的条件是0＜h t/H＜2.75，作为最佳条件，设定为0.06＜h t/H＜2.75。
对上述条件进行更详细的说明。
对于流管的弯曲半径R，一般来说，高压气体保管协会是从耐压的观点出发，将R＝4D(管子直径)作为一种标准的，但我们知道，在实用上，若达到R＝3D的程度，则作为科里奥利流量计在压力特性上基本上不会发生问题。由此，将流管的弯曲半径R的下限定在3D以上。在这里，作为流管的宽度W的条件，若以管子直径D为基准，由于固定端之间的距离w不小于管子直径D，因而是13＜W/D(参照图11)。而作为W/D的上限，从流管总体的刚性和频率等考虑以W/D＜200为宜。因此，流管的宽度W的条件为13＜W/D＜200。
作为流管的高度(本体部的高度)H的条件，若以管子直径D为基准，其下限将为6＜H/D。而作为H/D的上限，从流管总体的刚性和频率等考虑以H/D＜50为宜。因此，流管的高度(本体部的高度)的条件为6＜H/D＜50。
作为所附加管路(腿部)的固定端处的宽度w，若以流管的宽度W为基准，则由于如前所述宽度w不小于管子直径D、以及W/D的上限从流管总体的刚性和频率等考虑以W/D＜200为宜，因而是1/200(＝0.005)，作为其下限，由于200＜W/D、D＝w，因而是1/200(＝0.005)＜w/W。而作为其上限，若在0.48以下则流管的弯曲位移能够高效率转换为角位移，其结果固定端附近的位移减轻，这一点通过FEM解析也得到证明，因此，将w/W的条件定为1/200(＝0.005)＜w/W＜0.48。
在这里就图12进行说明。图12是为了展示根据固定端处的宽度w与流管的宽度W二者之比w/W、以及所附加的管路的高度h t与流管的高度H二者之比h t/H而决定的最佳几何学条件的概念系统图。在这里，示出H/W＝0.5的例子。图中用框围起来的就是最佳几何学条件。
图13是流管的不同宽度W和高度H进行组合的概念图。纵横比H/W相同的组合用从左上方向右下方绘制的虚线表示。越靠右下方，在几何形状保持不变的情况下流管的相对尺寸越大。
作为纵横比H/W，由于上述条件13＜W/D＜200、6＜H/D＜50，因而是0.03＜H/W＜3.85，但对于其上限，从提高频率且更容易得到相位差等关键问题考虑，需要具有横向上长的形状，将其值定为1。因此，设定为0.03＜H/W＜1。在设定所附加的管路的固定端处的宽度w与管路的宽度W二者之比w/W、以及所附加的管路的长度h t时，作为几何学条件，选择满足上述条件的H/W＝0.21、W/D＝48.68、原材料SUS316L，通过FEM解析决定其最佳值。
图14是相对于所附加管路的宽度w，颈部A和固定端附近B处的位移和角位移的、通过FEM解析求得的结果。“颈部A”所涉及的A部和“固定端附近B”所涉及的B部的位置示于图10。图14的横轴是固定端处的宽度w与流管的宽度之比w/W。作为几何学条件的典型例，纵横比H/W＝0.21、所附加管路的高度h t与流管的高度H之比h t/H为2.42且固定不变。将流管的横向端部的振幅设定为1mm。固定端附近B处的位移量很微小，因而将其放大10倍示出。使固定端处的宽度w之相对于流管的宽度W的比例w/W从0.02改变到0.58。
颈部A的位移受固定端处的宽度w与流管的宽度W之比w/W的影响很大，随着宽度比w/W的增大，从0.024mm增加到0.4mm的程度。另一方面，作为颈部A的角位移，当固定端处的宽度w与流管的宽度W之比w/W在0.02～0.58的范围时，在0.8°～0.85°的范围内且大致不变，但通过仔细观察可知，在w/W＝0.2～0.48的程度时角位移减小。
关于固定端附近B(距固定端1/4H的位置)处的位移(图中放大10倍绘出)，在w/W＝0.02时为很小的0.006mm的程度，而当w/W增大而达到0.48的程度时，将逐渐接近于一定的值0.015mm。另一方面，固定端附近B处的角位移基本上不依存于w/W而被抑制在0.1°的程度。
固定端附近B的位移小对于减轻振动泄漏和减小振动根部的应力非常重要，因此，w/W的最佳条件为1/200(＝0.005)＜w/W＜0.48。
图15(a)～图1 8(b)是T字形管子的三次模式驱动模型的FEM解析结果。示出使流管的宽度方向端部的振幅为固定的1mm而改变T字形管子的腿部长度h t时的最大振幅的状态(图中振幅的描绘有所夸张)。在这里，流管的宽度为W、流管的高度为H时的纵横比H/W为0.21，固定端处的宽度w相对于流管的宽度W的比例w/W为0.19且固定不变。
图15(a)是h t/H＝0.50时、图15(b)是h t/H＝0.75时、图15(c)是h t/H＝1.00时、图15(d)是h t/H＝1.25时、图16(a)是h t/H＝1.50时、图16(b)是h t/H＝1.75时、图16(c)是h t/H＝2.00时、图16(d)是h t/H＝2.25时、图17(a)是h t/H＝2.50时、图17(b)是h t/H＝2.75时、图17(c)是h t/H＝3.00时、图18(a)是h t/H＝4.00时、图18(b)是h t/H＝5.00时的情形。
当图18(a)的h t/H＝4.00、图18(b)的h t/H＝5.00时，与h t/H小于4.00时相比，流管的顶端的直线部几乎未发生挠曲。在作为科里奥利流量计的流通管而振动时，由于只有发生角位移才开始有科氏力产生，若流管只平行移动则不会产生科氏力，因此，图18(a)的h t/H＝4.00、图18(b)的h t/H＝5.00不适合作为科里奥利流量计。
当增大h t/H而附加管路、即腿部变长时，三次模式中的两个波节各自从上述顶端的直线部向上游和下游的固定端方向移动，但两个波节的位置能够从管子的最大宽度部通过是当h t/H在3.00和h t/H在4.00之间时。以该条件为边界，若h t/H小则两个振动的波节向顶端的直线部一侧接近，若h t/H大则振动的波节向上游和下游的固定端一侧接近。
图19是图15(a)～图17(c)所示尺寸的T字形管子的流管的宽度方向端部的振幅设定为固定的1mm的情况下，颈部A和固定端附近B(距固定端1/4H的位置，相对于流管的距离会改变，参照图10)处的位移量和角位移量的、通过FEM解析求得的结果。固定端附近B处的位移量很微小，因而将其放大10倍示出。纵横比H/W设定为0.21，固定端处的宽度w相对于流管的宽度W的比例w/W设定为固定的0.19。h t/H在0.50～3.00的范围内阶段性增大。
颈部A处的位移量在h t/H从h t/H＝0.05增大时，从0mm缓慢地增大，一旦超过h t/H＝2.50附近(0.2mm)便急剧增大，在h t/H＝3.00处达到1.55mm。另一方面，作为颈部A处的角位移量，h t/H一增大便从0°急剧上升，在h t/H＝2.50左右处达到0.83°，之后急剧降低而在h t/H＝3.00处降低到0.43°左右。
固定端附近B处的位移量在h t/H从h t/H＝0.75(最小值)增大时，从0mm缓慢增大，但其位移量很微小(图中放大10倍示出)。由图可知，即使在h t/H＝3.00处，其位移量也停留在0.038mm左右，一直到h t/H＝2.50之前，更具体地说是一直到h t/H＝2.75之前，其位移量被抑制在0.01mm以下。另一方面，固定端附近B处的角位移量在h t/H＝0.75(最小值)时达到最大的0.23°，而随着h t/H的增大，角位移大致呈线性减小，在h t/H＝3.00时减小到0.07°左右。
在h t/H＝2.50时，颈部A的角位移达到最大，固定端附近B处的角位移和位移变小，颈部A处的位移也达到较小的值，由此可知，弯曲方向的振动高效率转换为扭转振动，传播到固定部的位移、角位移很微小。产生这种现象的主要原因，是由于所附加的管路(腿部)在三次模式振动时不是单纯发生倒伏，而是越靠近流管(本体部)越向倒伏方向的反方向(中立方向)产生位移的缘故(参照图17(b)、图17(c))。由此可知，h t/H＝2.50左右是所附加管路的高度的最佳条件。此外还可知，当h t/H大到2.75以上时，由于所附加的管路(腿部)的弯曲刚性降低，因而不容易得到流管所需要的三次模式振动。另一方面，作为h t/H的下限，由于H/D＜50并且h t的最小值是与弯曲半径的最小值相同的3D，因而是3/50＝0.06。因此，将h t/H的最佳条件设定为0.06＜h t/H＜2.75。
图20是将T字形流通管的三次模式振动产生最大位移时的动态反映在一根单管上的概念图。是从FEM解析结果大致照搬过来的。自上而下按顺序示出从h t/H＝0.50到h t/H＝5.00的变化。由图可知，在h t/H＝3.00以上时，弯曲位移传播到了两个固定端附近。此外还得知，h t/H＝2.50左右时，固定端附近的弯曲位移小。
毋庸置疑，除了以上所述明的之外，本发明还可以在不改变本发明的主旨的范围内进行种种改变而加以实施。

Claims (3)

1.一种三次模式振动式科里奥利流量计，具有至少一根流通管、对该流通管进行驱动的驱动装置、对与作用在所述流通管上的科氏力成比例的相位差进行检测的一对振动检测传感器其特征是，
所述驱动装置以三次模式弯曲振动对所述流通管进行驱动，所述流通管具有大致呈闭环形状的本体部，在该本体部的两个端部上，有相对于该两个端部的振动方向向大致垂直的方向且所述两个端部的外侧转向的一对平行的腿部与之相连，该腿部上形成有对所述流通管进行支撑的固定端部。
2.如权利要求1所记载的三次模式振动式科里奥利流量计，其特征是，所述腿部的各固定端部配置在同一平面内的相接近的位置上。
3.如权利要求1或权利要求2所记载的三次模式振动式科里奥利流量计，其特征是，
若设所述本体部的宽度为W、所述本体部的高度为H、所述腿部的高度为h t、作为所述固定端部的间隔的固定端宽度为w、所述本体部的高度H与所述本体部的宽度W二者之比为H/W、所述固定端宽度w与所述本体部的宽度W二者之比为w/W、所述腿部的高度h t与所述本体部的高度H二者之比为h t/H，则满足(1)0.03＜H/W＜1、(2)0.005＜w/W＜0.48、(3)0＜h t/H＜2.75的条件。
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