CN108692778A - 科里奥利式质量流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明获得提高了科里奥利力的检测灵敏度的科里奥利式质量流量计。在合成树脂制的测定管(11)的U字状的曲管部(11a)安装着保持件(20)，在保持件(20)呈板体状的翼状片(24a、24b)朝向外侧突出。依存于流量的科里奥利力所引起的应变相对于通过曲管部(11a)的前端且与供应管(11b)及回流管(11c)平行的中心线而对称地产生于供应管(11b)与回流管(11c)，因而供应管(11b)与回流管(11c)以保持件(20)的中心线为中心扭转，由此利用翼状片(24a、24b)且在杠杆的原理下扩大所述应变量而进行检测。

Description

科里奥利式质量流量计
技术领域
本发明涉及一种使对科里奥利力(Coriolis force)的检测灵敏度良好的科里奥利式质量流量计。
背景技术
科里奥利式质量流量计是如下方式的流量计，即，以速度V而作用于朝向旋转振动系的旋转中心或者离开旋转中心的质量m的质点的科里奥利力与质量m和速度V的乘积成比例，因此测定科里奥利力并求出质量流量。
科里奥利式质量流量计如果与差压式、电磁式、容积式等流量计加以比较，则具有如下多个优异的特长：直接获得质量流量，无产生磨损等的机械性可动部分，维护性优异，且，原理上能够根据测定管的振动数的测量来测量密度等。
例如，专利文献1中公开了使用图6所示的U字形测定管的科里奥利式质量流量计。测定管由1根U字形测定管1构成，以经由安装凸缘2a、2b而固定的点为中心，悬臂梁状的U字形测定管1以激振的共振频率而上下反复振动。
已流入到该测定管1内的测定流体在如箭头所示那样从入口朝向U字的弯曲部流动时，会由于相对于测定管1的速度产生科里奥利力，而对测定管1赋予应变，在从曲管部朝向出口流动时，会由于科里奥利力而对测定管1赋予反方向的应变，进而形成振动。
在测定管1的呈U字形的前端设置着振子3，在弯曲部的两侧的测定管1的供应管4a与回流管4b分别安装着位移检测传感器5a、5b。
使测定流体在测定管1中流动，对振子3进行驱动而使测定管1激振。如果设振子3的振动方向的角速度为ω、测定流体的流速为ν，则Fc＝-2mω×ν的科里奥利力发挥作用，利用位移检测传感器5a、5b检测与该科里奥利力Fc成比例的振动的振幅，进行运算便能够测定出质量流量。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开平3-41319号公报。
发明内容
[发明所要解决的问题]
该现有例的科里奥利式质量流量计中，例如对测定管的供应管4a与回流管4b中产生的科里奥利力所引起的应变的变化光电式地进行检测，但存在位移过小则无法获得具有充分的测定精度的流量值的情况。
本发明的目的在于解决所述问题，提供一种利用杠杆的原理将科里奥利力引起的测定管的位移扩大从而提高检测灵敏度的科里奥利式质量流量计。
[解决问题的技术手段]
用于达成所述目的的本发明的科里奥利式质量流量计包括：测定管，具有供测定流体在一方向上流通的曲管部；激振驱动部，对所述测定管赋予振动；以及位移检测部，在所述测定管的供应管与回流管的两个部位利用所述测定管的位移检测科里奥利力，所述科里奥利式质量流量计的特征在于，用于扩大所述位移的翼状片向所述供应管与回流管的各自的外侧突出，所述位移检测部对所述测定流体在所述测定管中流动时的由所述两个翼状片扩大的位移进行检测。
[发明的效果]
根据本发明的科里奥利式质量流量计，利用从测定管向侧方突出的翼状片将测定管中产生的科里奥利力扩大而进行检测，由此检测灵敏度变得良好。
附图说明
图1是实施例1的科里奥利式质量流量计的立体图；
图2是主要部分的放大剖视图；
图3是保持件(holder)的立体图；
图4是温度测定部的构成图；
图5是实施例2的科里奥利式质量流量计的立体图；
图6是现有例的立体图。
附图标记说明：
1、11 测定管
2a、2b 安装凸缘
3 振子
4a、11b 供应管
4b、11c 回流管
5a、5b 位移检测传感器
11a 曲管部
12 磁耦合部
12a 磁作用体
12b 磁性体保持部
12c 永久磁铁
13 激振驱动部
13a 激振体
13b 电磁线圈
13c 铁心
13d 线圈
14 位移检测部
14a、14b 光发送接收部
15 温度测定部
15a 透镜光学系统
15b 温度感测元件
16 基板
17 壳体
20、25 保持件
21a 上构件
21b 下构件
22a、22b 槽部
23a、23b 凹部
24a、24b、26a、26b 翼状片
具体实施方式
基于图1至图5中图示的实施例对本发明进行详细说明。
[实施例1]
图1是实施例1的科里奥利式质量流量计的立体图，图2是主要部分的放大剖视图。该科里奥利式质量流量计主要由如下构成：测定管11，供测定流体在一方向上流通；磁耦合部12，利用磁耦合将测定管11隔离地保持于预定的位置；激振驱动部13，使测定管11激振；位移检测部14，对测定管11的位移进行检测；温度测定部15，对测定流体进行测温；以及未图示的运算控制部，对这些机构输入输出检测信号、控制信号，而运算出测定流体的流量。
测定管11由合成树脂制的例如氟树脂管构成，直径例如为3.2mm，中央部具有U字状的曲管部11a。另外，如果测定流体不具有腐蚀性，则测定管11可以不是氟树脂管，而是通常的合成树脂管。然而，测定管11必须是具有能够充分传递振动的硬度的弹性系数且不柔软的材质。测定管11的直径等为一例，也可使用任意直径的测定管11或者可以是金属管。
以测定管11的曲管部11a为边界的供应管11b与回流管11c的平行的两个部位由配置于基板16上的壳体17而夹着，由此测定管11固定于壳体17。因此，比这些固定位置靠曲管部11a侧的测定管11成为无机械性支撑部的自由端。
在测定管11的曲管部11a安装着例如图3所示那样重叠使用的合成树脂制的保持件20，保持件20由一对板体状的上构件21a、下构件21b构成。该保持件20也发挥着在测定管11的刚性不充分的情况下防止曲管部11a的变形的作用。
在这些上构件21a、下构件21b的匹配面形成着与曲管部11a相同形状的剖面半圆状的槽部22a、22b。如果在曲管部11a、供应管11b、回流管11c从上下两侧将上构件21a、下构件21b重叠匹配并加以固定，则曲管部11a由上构件21a、下构件21b夹住而收纳在槽部22a、22b内。
在上构件21a、下构件21b的前端侧分别形成着凹部23a、23b，该凹部23a、23b内配置着作为磁耦合部12的一部分发挥功能的磁作用体12a。磁作用体12a是使磁极面朝向前方的永久磁铁或者铁、钴、镍、或者它们的合金等强磁性体。而且，在下构件21b的下表面中央埋没着作为激振驱动部13的一部分发挥功能的磁作用体即激振体13a。此外，板体状的翼状片24a、24b向下构件21b或者上构件21a的供应管11b、回流管11c的两侧突出。
这样，由于保持件20固定于曲管部11a、供应管11b、回流管11c，故会产生曲管部11a容易因保持件20的重量而下垂等问题，因而优选利用磁耦合部12的磁吸力远距离地保持曲管部11a。
因此，在保持件20配置着磁作用体12a，在与磁作用体12a对向的前方的隔离位置，合成树脂制的磁性体保持部12b设置于基板16上。在磁性体保持部12b，与保持件20的磁作用体12a对向地配置着永久磁铁12c，该永久磁铁12c由作为磁耦合部12的一部分发挥功能的强力的例如钕磁铁等构成且使磁极面朝向磁作用体12a。
在磁作用体12a为永久磁铁的情况下，对向的磁极彼此为异极，即，S极与N极对向。因此，磁耦合部12的磁性体保持部12b的永久磁铁12c利用磁吸力而强力吸引磁作用体12a，由此实现利用磁耦合隔离地保持测定管11的曲管部11a的作用。或者，也可在磁性体保持部12b配置电磁线圈而与磁作用体12a电磁耦合从而产生磁吸力。
这样，测定管11的曲管部11a被强力地向磁性体保持部12b侧牵引。因此，曲管部11a利用磁性体保持部12b保持在预定位置，即便测定流体流入到测定管11内，曲管部11a也不会因保持件20或测定流体的重量而下垂，测定管11的曲管部11a的位置得以保持而不会发生变化。
而且，在基板16上设置着用于使测定管11产生科里奥利力的激振驱动部13。在保持件20的下表面的激振体13a的下方的基板16上设置着为电磁铁的电磁线圈13b，该电磁线圈13b与激振体13a共同作用形成使测定管11激振的激振驱动部13。
一边切换电流的方向一边对卷绕在电磁线圈13b的铁心13c的线圈13d通电，对从铁心13c的端部产生的磁通的方向进行切换，由此对激振体13a反复作用磁吸力、磁斥力。由此，能够经由激振体13a、保持件20而非接触地使测定管11激振出预定的振动。
另外，该振动优选施加到测定管11的左右对称的中心位置。而且，振动数设为测定管11中充满了测定流体的状态下的测定管11的共振频率或其整数倍，通常是利用自动调整而求出的数10Hz至数100Hz，根据测定管11的弹性系数、形状、测定流体的种类而不同。
然而，因激振驱动部13引起的激振量微少，所以虽然测定管11由磁耦合部12保持，也能够激振测定管11。另外，激振驱动部13中也能够使用电磁线圈13b以外的其他的激振驱动机构。而且，激振体13a除永久磁铁以外，也可以是由铁、钴、镍、或者它们的合金构成的强磁性体。
流量测定中的测定管11的激振所引起的位移的大小，即科里奥利力所引起的应变量经由保持件20而传递至翼状片24a、24b。为了检测该应变量的大小，在保持件20的翼状片24a、24b的下方的基板16上分别配置着位移检测部14的光发送接收部14a、14b。
该位移检测部14中，将来自光发送接收部14a、14b的光束朝向成为光反射部的翼状片24a、24b发送，并利用光发送接收部14a、14b接收其反射光，从而检测反射光的位置偏移。利用该位置偏移分别测定出从光发送接收部14a、14b到翼状片24a、24b为止的距离，即从光发送接收部14a、14b到供应管11b与回流管11c的位移即距离的变化。
科里奥利力所引起的应变与通过曲管部11a的前端且与供应管11b及回流管11c平行的中心线对称地产生于供应管11b与回流管11c，应变量以如下方式产生，即，以保持件20的中心线为中心而扭转供应管11b与回流管11c。因此，使用翼状片24a、24b且利用光发送接收部14a、14b在杠杆的原理下将该扭转量扩大而进行检测。另外，用于基于这些位移算出流量的运算方式等为公知，因而省略其说明。
这样，由于应变量的检测中使用杠杆的原理进行扩大而检测，所以翼状片24a、24b的长度越大越有效。通过使用翼状片24a、24b，与不使用它们而直接检测测定管11自身的位移的情况相比，能够大幅地提高检测灵敏度。
然而，该位移检测部14虽然是通过使用了翼状片24a、24b的位置偏移检测方式测定距离，也可使用翼状片24a、24b而利用模糊检测方式、光干涉方式等检测距离。或者，也能够代替光检测方式，例如改为使用翼状片24a、24b利用电磁式隔离地进行检测的位移检测器等。然而，光检测方式中因未将力作用于测定管11，所以不会对微小的科里奥利力产生影响，从而能够进行精度优良的流量测定。
在测定管11的下方的基板16上，配置着利用光电式检测机构隔离地对测定管11内的测定流体进行测温的温度测定部15。测定管11根据测定流体的温度，当变温或变冷时则弹性系数会发生变化，而测定管11的共振振动数或扭转面会细微地改变，因而优选为了校正所述共振振动数或扭转面而对测定管11内的流体进行测温。然而，如果该测定流体在该科里奥利式质量流量计以外的其他部位测温，则无需使用该温度测定部15进行测温。
图4表示用作温度测定部15的例如红外线放射温度计的构成图，温度测定部15具有透镜光学系统15a及温度感测元件15b。透镜光学系统15a利用所获得的红外线，使透明或者半透明的合成树脂制的测定管11内的测定流体与温度感测元件15b在光学上共轭。温度感测元件15b经由未图示的波长选择性光学滤波器而感测依存于测定管11内的流体温度的红外线并隔离且非接触地进行测温。
该实施例1中，磁耦合部12利用永久磁铁12c对磁作用体12a的磁吸力而将曲管部11a弹性地牵引并加以保持，激振驱动部13经由激振体13a使测定管11激振。而且，即便测定管11是容易变形的材料，因曲管部11a由上构件21a、下构件21b保形，因而测定管11的形状不会变形，能够进行稳定的流量测定。
[实施例2]
图5是实施例2的科里奥利式质量流量计的立体图。与实施例1相同的符号表示相同的构件。
保持供应管11b、回流管11c的保持件25为了轻量化而例如由一块铝板构成，粘接于供应管11b、回流管11c的上侧(或者下侧)。在保持件25的两侧，翼状片26a、26b朝向外侧突出，在保持件25的下侧安装着激振驱动部13的激振体。
该实施例2中，科里奥利力的发生原理也与实施例1相同，能够利用位移检测部14，将科里奥利力以翼状片26a、26b的位移的形式在光发送接收部14a、14b中进行扩大而检测。
另外，实施例1、2中翼状片经由保持件而安装，但也可例如将合成树脂制的翼状片分别直接安装于供应管11b、回流管11c。
本说明书中的上下是相对于附图的方向，未必是实际装置中的上下。

Claims (7)

1.一种科里奥利式质量流量计，包括：测定管，具有供测定流体在一方向上流通的曲管部；激振驱动部，对所述测定管赋予振动；以及位移检测部，在所述测定管的供应管与回流管的两个部位利用所述测定管的位移检测科里奥利力，所述科里奥利式质量流量计的特征在于，
用于扩大所述位移的翼状片向所述供应管与回流管的各自的外侧突出，所述位移检测部对所述测定流体在所述测定管中流动时的由所述两个翼状片扩大的位移进行检测。
2.根据权利要求1所述的科里奥利式质量流量计，其特征在于，所述翼状片从安装于所述供应管与回流管的保持件朝向外侧呈板体状突出。
3.根据权利要求1所述的科里奥利式质量流量计，其特征在于，所述翼状片分别朝向外侧而安装于所述供应管与回流管。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的科里奥利式质量流量计，其特征在于，所述位移检测部对所述翼状片的位移隔离地进行检测。
5.根据权利要求4所述的科里奥利式质量流量计，其特征在于，所述位移检测部为光电式检测机构。
6.根据权利要求2所述的科里奥利式质量流量计，其特征在于，在所述保持件安装着作为所述激振驱动部的一部分发挥功能的磁作用体。
7.根据权利要求2或6所述的科里奥利式质量流量计，其特征在于，在所述保持件的前端配置着磁作用体，使隔离地配置于所述管部的前方的磁性体所引起的磁吸力发挥作用，将所述曲管部隔离地保持。
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