JP2001108501A - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、基本的には直管式のコリオリ質量流
量計が有するシンプルかつコンパクトな直管式の特徴を
備えつつ、温度変動に対応することのできる並列２本の
フローチューブを用いるタイプのコリオリ質量流量計を
提供する。 【解決手段】入口側及び出口側マニフォールド２４、２
５は、それぞれ２本のフローチューブ１、２との各結合
端まで連続的に湾曲している。２本のフローチューブ
１、２はそれぞれ、直管からなる天頂部と、該天頂部の
両側端部より連続して一方向に湾曲して前記入口側及び
出口側マニフォールドとの各結合端に接続する両側の脚
部とから成っている。この両側脚部は、フローチューブ
１、２を湾曲するのに必要とする最小限の長さにされ
る。そして、駆動装置１５及び一対の振動検出センサ１
６、１７は、いずれも直管からなる天頂部に取り付けら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ質量流量
計に関し、特に、並列２本のフローチューブを用いるタ
イプのコリオリ質量流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定流体の流通する流管の両端を支持
し、該支持点回りに流管を該流管の流れ方向と垂直な方
向に振動したとき、流管（以下振動が加えられるべき流
管を、フローチューブという）に作用するコリオリの力
が質量流量に比例することを利用した質量流量計（コリ
オリ質量流量計）は周知である。このコリオリ質量流量
計におけるフローチューブとしての形状は、湾曲管と直
管とに大別される。

【０００３】図４は、このような従来の並列２本湾曲管
型のコリオリ質量流量計の概略構成図である。図示のよ
うに、フローチューブ１、２は、２本の並列湾曲管（Ｕ
字管）によって構成されると共に、中央部でコイルとマ
グネットから構成されている駆動装置１５によって、こ
の２本のフローチューブ１、２を互いに反対位相で共振
駆動している。また、コイルとマグネットから構成され
ている一対の振動検出センサ１６、１７が、駆動装置１
５の取付位置に対して左右両側の対称位置に設置され、
コリオリの力に比例した位相差を検知している。

【０００４】測定流体は、入口側のフランジ１８を介し
て接続される外部流管より管状構成の本体３４に流入
し、ここで端部プレート３５により方向を９０°転向し
て、２本のフローチューブ１、２に等しく分岐される。
そしてフローチューブ１、２の出口側で合流すると共
に、端部プレート３６により方向を９０°転向して、出
口側のフランジ１９を介して接続される外部流管に流出
する。このようにして、２本のフローチューブ１、２に
等しく測定流体を流すことにより、流体の種類が変わっ
ても、温度の変動があっても、常に２本のフローチュー
ブ１、２の固有振動数を等しくすることができ、これに
よって、効率よく安定に駆動することができると共に、
外部振動や温度影響の無いコリオリ質量流量計を構成で
きることが知られている。

【０００５】しかし、このような湾曲管型のコリオリ質
量流量計は、横方向に伸びるフローチューブ脚部の振動
を利用しかつ測定するものであるから、この横方向脚部
に必要な長さを確保する必要がある。即ち、形状的にサ
イズが大きくなるという問題がある。

【０００６】これに対して、直管式のコリオリ質量流量
計は、外部流管ライン方向に直管構成のフローチューブ
を配置し、両端を支持された直管の中央部で直管軸に垂
直な方向に振動したとき、直管の支持部と中央部との間
でコリオリの力による直管の変位差、即ち位相差信号と
して質量流量を検知するものであるから、このような直
管式のコリオリ質量流量計は、シンプル、コンパクトで
堅牢な構成にすることが可能になる。

【０００７】しかし、直管式のコリオリ質量流量計のフ
ローチューブは、その両側で固定支持される必要がある
ために温度影響を受ける。即ち、測定流体の温度が変わ
ると、フローチューブは直ちに追随して温度が変わるの
に対して、フローチューブを固定する外筐のような固定
構造体の温度変動には遅れが生じる。このため、フロー
チューブと固定構造体とは伸びに差を生じて、長手方向
に応力が発生し、これによるバネ定数の変化によりチュ
ーブの固有振動数が変化する。それ故、直管式のコリオ
リ質量流量計は、その対策のため、ダイヤフラム、ベロ
ーズ等の別途の手段が必要になる。このような温度変動
対策手段の一つとして、図５に示すように、フローチュ
ーブ接続部を湾曲させる構成が、特開平５−２４８９１
３号公報に開示されている。

【０００８】図５において、フローチューブの終端部１
４は円弧状に折り曲げられると共に、補償シリンダ６と
結合されている。そして、そのフローチューブの終端部
１４は、接続導管１１に接続され、かつ接続導管１１は
逆方向の円弧状に折り曲げられて入口及び出口フランジ
１８、１９に接続される。この構成は、フローチューブ
終端部１４及び接続導管１１を折り曲げることにより、
基本的には直管式のコリオリ質量流量計でありながら、
温度変動に基づく長手方向の伸びに対処可能な構成とな
っている。しかし、この構成は、補償シリンダ６を必要
とすると共に、導管を複雑に折り曲げる必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、基
本的には直管式のコリオリ質量流量計が有するシンプル
かつコンパクトな直管式の特徴を依然として備えつつ、
しかも、ダイヤフラム、ベローズ等の別途の手段を必要
とすることなく、温度変動に対応することのできる並列
２本のフローチューブを用いるタイプのコリオリ質量流
量計を提供することを目的としている。

【００１０】また、本発明は、直管式のコリオリ質量流
量計が本質的に有する温度変動の問題を単に解決するだ
けでなく、その解決構成を、同時に流量計測のためのフ
ローチューブの一部として有効に寄与させて高感度のも
のとすることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のコリオリ質量流
量計は、並列２本のフローチューブ１、２と、測定流体
流入口より２本のフローチューブ１、２に分岐する入口
側マニフォールド２４と、２本のフローチューブ１、２
に流れる測定流体を合流して測定流体流出口より流出さ
せる出口側マニフォールド２５と、一方のフローチュー
ブを他方のフローチューブに対して互いに反対位相で共
振駆動させる駆動装置１５と、該駆動装置１５の取付位
置に対して左右両側の対称位置に設置されてコリオリの
力に比例した位相差を検出する一対の振動検出センサ１
６、１７とを備えている。入口側及び出口側マニフォー
ルド２４、２５は、それぞれ入口側マニフォールド２４
の流入側及び出口側マニフォールド２５の流出側から２
本のフローチューブ１、２との各結合端まで連続的に湾
曲している。２本のフローチューブ１、２はそれぞれ、
外部配管方向と同一方向ではあるが偏位して配置された
直管からなる天頂部と、該天頂部の両側端部よりそれぞ
れ連続して一方向のみに湾曲して、前記入口側及び出口
側マニフォールドとの各結合端に接続する両側の脚部と
から成っている。この両側脚部は、フローチューブ１、
２を湾曲するのに必要とする最小限の長さにされる。そ
して、駆動装置１５及び一対の振動検出センサ１６、１
７は、いずれも直管からなる天頂部に取り付けられる。
これによって、フローチューブの両側脚部は、単に熱ス
トレスの影響を除去するだけでなく、同時に流量計測の
ためのフローチューブの一部として有効に寄与して、高
感度のものとすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用する並列２本
のフローチューブを用いるタイプのコリオリ質量流量計
を例示により説明する。図１〜図３は、それぞれ各方向
から見た断面図であり、図１は、入口配管及び出口配管
を水平にして取り付けたと仮定して、その正面から見た
図である。図２は、それを上側から（図１の上側か
ら）、耐圧ケースを取り除いて示す図であり、図３の左
側に示す図は、図１に示すコリオリ質量流量計のマニフ
ォールド２４を示すために中心線を境にして異なる位置
で切断した断面図であり、また、その右側に示す図は、
中央の支柱１０を示すように切断した断面図である。

【００１３】例示したコリオリ質量流量計のフローチュ
ーブ１、２は、それぞれの両側が湾曲した同一形状の流
管であり、各々の両端部は、マニフォールド２４、２５
に溶接などにより結合されている。本発明の各フローチ
ューブは、マニフォールド２４、２５に結合される両側
脚部と、該両側脚部に連続して結合する天頂部とから成
る高さの低い門型形状に構成される。天頂部は、直管部
より構成されて、外部配管とは同一方向ではあるが偏位
して、即ち平行に配置されている。天頂部の両側端部に
それぞれ連続する側脚部は、フローチューブを、外部配
管と同一方向から、外部配管軸に略直角の方向まで略９
０゜それぞれ一方向のみに湾曲させる部分であり、その
長さは、ほぼ曲げ半径だけであり、湾曲させるのに必要
とする最小限にされている。

【００１４】このように、振動測定のために重要な機能
を果たすフローチューブ１、２自体は、その両側脚部に
おいて一方向の単純な湾曲をさせた構成を有するのみで
あって、流路を２本のフローチューブから外部配管方向
に向ける複雑な流路変更は、後述のようにマニフォール
ド２４、２５で対応している。フローチューブ１、２
は、マニフォールド２４、２５と溶接などにより固着さ
れるため、可撓部は必要なく、熱ストレスは側脚部で除
去し、また配管ストレスにも強い構造となる。

【００１５】測定流体は、図１の左側より流入し、右側
に流出すると仮定している。即ち、測定流体は、フラン
ジ１８を介して接続されている外部流管より流入し、入
口側マニフォールド２４で２本のフローチューブ１、２
に等しく分岐される。そしてフローチューブ１、２の出
口側では、マニフォールド２５で合流して、フランジ１
９を介して接続されている外部流管に流出する。即ち、
その流入口（フランジ１８との接続部）から円弧を描い
て滑らかに略直角方向に転向して（図１参照）、フロー
チューブ１、２との接続部に至る。このように、１つの
流入口から、２本のフローチューブ１、２に分岐するよ
う２つの流路を形成するが（図３参照）、流路の合計断
面積は、連続的に減少させてチューブ断面積に連なるよ
うにすることができる。これによって、圧力損失を大幅
に減少させることができる。なお、流体が、外部流管を
流れるときよりもフローチューブを流れるときに流速を
高くしてコリオリ力を大きくするために、フローチュー
ブの合計断面積は、外部流管断面積の０．７〜０．８程
度にされる。

【００１６】駆動装置１５は、フローチューブの天頂部
の中央部において、駆動装置コイルが一方のフローチュ
ーブ１に、駆動装置マグネットが他方のフローチューブ
２にそれぞれ取付具を介して取り付けられている。駆動
装置コイルへの配線は、フレキシブルプリント板１２を
介して、かつ支柱１０内の配線を介して、このコリオリ
質量流量計外部に接続される。一対の振動検出センサ１
６、１７は、フローチューブの天頂部の両側において、
一方のフローチューブ１に検出センサマグネットが、他
方のフローチューブ２に検出センサコイルがそれぞれ取
付具を介して取り付けられている。支柱１０は、駆動装
置１５及び一対の振動検出センサ１６、１７への配線、
及び図示しない温度センサへの配線のためのものであ
る。この支柱１０は、その先端面が駆動装置１５に対向
するように、本体３０に支持されると共に、それを貫通
している。

【００１７】駆動装置１５は、並列２本のフローチュー
ブ１、２の中央部で、２本のフローチューブ１、２を互
いに反対位相で共振駆動する。一対の振動検出センサ１
６、１７は、駆動装置１５の取付位置に対して左右両側
の対称位置に設置されて、コリオリの力に比例した位相
差を検知するが、本発明の振動検出センサ１６、１７
は、前述したように、直管部である天頂部に取り付けら
れる。本発明は、直管部である天頂部でフローチューブ
を駆動し、天頂部で振動を検出する基本的には直管式の
コリオリ質量流量計であるが、両側で湾曲した側脚部も
また、振動を計測するフローチューブとして有効に寄与
するので、高い測定感度を得ることが可能となってい
る。

【００１８】なお、図示した駆動装置１５及び一対の振
動検出センサ１６、１７は、いずれも、フローチューブ
１とフローチューブ２の間のチューブ軸間に配置されて
いる。言い換えると、図１に示すように、２本のフロー
チューブを重なる方向に見たときに、駆動装置１５及び
一対の振動検出センサ１６、１７のそれぞれを、両フロ
ーチューブの間で、しかも両フローチューブのそれぞれ
の中心軸を結ぶ線上を中心として配置したものである。
これによって、両フローチューブの中心軸を結ぶ線上で
駆動力を作用させ、かつこの駆動力に基づくコリオリ力
を検出することができるから、振動慣性力による慣性モ
ーメントが生じることはない。

【００１９】フローチューブ１、２の両端近傍には、音
叉状に駆動したとき振動の節部を形成させるための基板
２７、２８が設けられ、かつこれは、フローチューブ
１、２が並列に維持されるように相互固着している。こ
の基板２７，２８は、これを備えるときには、基板２
７、２８による固着点が振動の第１の支点になると共
に、フローチューブ１、２とマニフォールド２４、２５
の上端との結合端が第２の支点となって振動する。

【００２０】また、マニフォールド２４は、その形状を
連続的に拡大しつつ、湾曲したブロック状に形成するこ
とにより、特別の固有振動数を持たないように設計する
ことができ、これによって、外乱振動を増幅したりせ
ず、振動の伝達がし難い構成にすることができる。同様
に、測定流体の流路出口側のマニフォールド２５もま
た、上記入口側のマニフォールド２４の流路及び形状と
対称に構成している。

【００２１】両端の接続口と流量計全体を保持している
本体３０は、図１に示されるように、或いは、それと直
角方向に見た図３に示されるように、Ｕ形断面を有して
おり、かつ、この本体３０には、その蓋をするように、
断面Ｕ形の耐圧ケース３１が一体化するよう結合されて
いるので、全ての外周が円弧形状を構成し、薄肉でも非
常に高い耐圧を確保し、チューブが万一破損するような
ことがあっても、ここを流れている流体が、耐圧容器の
外部に流れ出ることはない。また、耐圧ケースの温度を
計測して、チューブとの温度差を求め、測定値を補正す
ることにより高精度の測定が可能となる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、基本的には直管式のコリオリ
質量流量計が有するシンプルかつコンパクトな直管式の
特徴を依然として備えつつ、ダイヤフラムやベローズ等
の可撓部を設けること無く、熱ストレスによる影響を除
去し、さらには高圧にも対応可能の高感度で安価なコリ
オリ質量流量計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するコリオリ質量流量計を、その
正面から見た断面図である。

【図２】図１に示すコリオリ質量流量計を上側から、耐
圧ケースを取り除いて示す図である。

【図３】図１に示すコリオリ質量流量計を、それぞれ異
なる位置で切断して側面から見た断面図である。

【図４】従来の並列２本湾曲管型のコリオリ質量流量計
の概略構成図である。

【図５】従来の温度変動対策手段としてフローチューブ
接続部を湾曲させた構成を示す図である。

【符号の説明】

１ フローチューブ ２ フローチューブ １０ 支柱 １２ フレキシブルプリント板 １５ 駆動装置 １６ 振動検出センサ １７ 振動検出センサ １８ フランジ １９ フランジ ２４ マニフォールド ２５ マニフォールド ２７ 基板 ２８ 基板 ３０ 本体 ３１ 耐圧ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二川 修 東京都新宿区上落合３丁目10番８号 株式 会社オーバル内 (72)発明者 赤井 泰晴 東京都新宿区上落合３丁目10番８号 株式 会社オーバル内 Ｆターム(参考） 2F035 JA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】並列２本のフローチューブと、測定流体流
   入口より２本のフローチューブに分岐する入口側マニフ
   ォールドと、前記２本のフローチューブに流れる測定流
   体を合流して測定流体流出口より流出させる出口側マニ
   フォールドと、一方のフローチューブを他方のフローチ
   ューブに対して互いに反対位相で共振駆動させる駆動装
   置と、該駆動装置の取付位置に対して左右両側の対称位
   置に設置されてコリオリの力に比例した位相差を検出す
   る一対の振動検出センサとを備えるコリオリ質量流量計
   において、 前記入口側及び出口側マニフォールドは、それぞれ入口
   側マニフォールドの流入側及び出口側マニフォールドの
   流出側から２本のフローチューブとの各結合端まで連続
   的に湾曲し、 前記２本のフローチューブはそれぞれ、外部配管方向と
   同一方向ではあるが偏位して配置された直管からなる天
   頂部と、該天頂部の両側端部より連続してそれぞれ一方
   向のみに湾曲して、前記入口側及び出口側マニフォール
   ドとの各結合端に接続する両側の脚部とから成り、 前記両側脚部は、フローチューブを湾曲するのに必要と
   する最小限の長さにし、 前記駆動装置及び一対の振動検出センサは、いずれも前
   記直管からなる天頂部に取り付けた、 ことを特徴とするコリオリ質量流量計。
2. 【請求項２】前記フローチューブの両端近傍には、２本
   のフローチューブを相互固着して、駆動したとき振動の
   節部を形成させるための基板を設けた請求項１に記載の
   コリオリ質量流量計。