JP2002168672A

JP2002168672A - コリオリ流量計の較正方法

Info

Publication number: JP2002168672A
Application number: JP2000367665A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Shiraishi; 泰一白石; Kenichi Matsuoka; 健一松岡
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】コリオリ流量計の、より正確な較正方法を提
供する。【解決手段】被測定流体の密度ρは、駆動回路１０に
より共振駆動される加振器５の周波数ｆを、共振周波数
検出回路２０で検知することにより測定される。較正方
法は、まず、内側チューブ１に真空ポンプを接続し、内
側チューブ１内を真空状態として、その時の内側チュー
ブ１の共振周波数ｆｖを測定し、次いで、既知密度ρｓ
の流体で、内側チューブ１内を充たし、そのときの内側
チューブ１の共振周波数ｆｓを測定する。得られた各測
定値を、コリオリ流量計の共振周波数ｆと内側チューブ
１内の流体密度ρとの関係を示す２次式に代入し、未知
数である係数を求める。得られた関係式を基に、被測定
流体の体積流量、流体密度等を演算により求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ流量計に
関し、特にコリオリ流量計の密度較正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、コリオリ流量計は、流体
が流れる両端支持されたフローチューブを加振した時、
フローチューブに作用するコリオリの力が流体の質量流
量に比例することを利用した質量流量計である。前記コ
リオリの力は、両端支持されたフローチューブの中央部
をフローチューブの支持線に直角な方向に交番駆動した
とき、フローチューブの中央部と両端支持部の間の対称
位置において生ずる位相差として検出される。

【０００３】コリオリ流量計のフローチューブの振動は
一般に次式のように表される。 ω＝２π・ｆ＝√（Ｋ／Ｍ）…（１）ここで、ω：フローチューブの振動角周波数ｆ：フローチューブの振動周波数Ｋ：系のバネ定数Ｍ：フローチューブの全質量コリオリ流量計のフローチューブの全質量Ｍは、フロー
チューブ自体の質量Ｍ _Tと、フローチューブ中の流体の
質量Ｍ_Lの和である。Ｍ＝Ｍ_T＋Ｍ_L ＝Ｍ_T＋ρ・Ｖ…（２）ただし、ρ：流体の密度Ｖ：流体の体積式（１）に、以上の変数を代入すると

【０００４】２π・ｆ＝√Ｋ／（Ｍ_T＋ρ・Ｖ）周波数ｆを求めると、

【０００５】ｆ＝１／２π√Ｋ／（Ｍ_T＋ρ・Ｖ）…（３）ここで、Ｋ，Ｖ，Ｍ_Tは定数であるので、ｆ＝Ｆ（ρ）…（４）となり、固有振動数ｆは、被測定流体の密度ρの関数と
なる。

【０００６】また、被測定流体の密度ρは、式（３）か
ら、 ρ＝Ｋ／（４π²・ｆ²）−Ｍ／Ｖここで、フローチューブの振動周期をＴとするとｆ＝１／Ｔ ρ＝Ｋ／（４π²・Ｖ）Ｔ²−Ｍ／ＶＫ／（４π²・Ｖ）、Ｍ／Ｖは、定数であるので、それ
ぞれＫ₁、Ｋ₂とおくと ρ＝Ｋ₁・Ｔ²−Ｋ₂ …（５）コリオリ流量計は、どんなに精密正確に製造されても、
器差を有しており、装置の較正を必要とし、較正には、
未知数であるこのＫ₁、Ｋ₂を決定すればよい。

【０００７】従来は、較正流体として、既知の密度の異
なる最低限２流体、例えば、水と空気を標準流体として
用いて、共振周波数を測定し、上記Ｋ₁、Ｋ₂を決定して
いた。図３は、従来のコリオリ流量計の較正方法を説明
する図である。先ず、密度既知の流体として、空気をフ
ローチューブ内に充填して、共振周波数を測定し、その
時の温度と共に入力する（Ａ点）。次いで、水をフロー
チューブ内に充たし、同様にその時の温度と、測定され
た共振周波数を入力する（Ｂ点）。この２点の測定値
を、式（５）に代入することにより、Ｋ₁、Ｋ₂が求ま
る。このＫ₁、Ｋ₂を代入した式（５）を、被較正流量計
の一般式として、質量流量、体積流量、流体密度等を求
める際に適用していた。

【０００８】しかしながら、未知数が２個に対して、最
低限の２点による較正であるため、当該２点の較正流体
は、正確な密度値が必要であり、その誤差が、較正値に
大きな影響を与えることとなる。図面において、斜線で
示したように、２点の較正流体の密度値の誤差により、
式（５）の特性が、大きく変動しており、それを用いた
測定値は、大きな誤差をもつものとなることがわかる。
従来は、水、空気という身近の流体を、較正用標準流体
として用いているけれども、両流体ともに温度、圧力の
変化に対して、不確定要素が多く、規定の密度一定の流
体を得るのが困難で、精度の高い較正を行うのは非常に
難しかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点に鑑みてなされたもので、被測定流体の密度とコリ
オリ流量計のフローチューブの共振周波数の関係から、
当該コリオリ流量計の較正を行うに際して、一点を、フ
ローチューブ内、またはフローチューブ内外を真空状態
にして測定した共振周波数とし、他点を、一定温度にお
いて密度の既知の複数種類の流体を、順次充填したとき
に測定した共振周波数として、較正することにより、コ
リオリ流量計の、より正確な較正方法を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体密度と、
コリオリ流量計のフローチューブの共振周波数との関係
からコリオリ流量計の較正を行うに際し、少なくとも較
正のための測定点の１点を、前記フローチューブ内、ま
たはフローチューブ内外を真空としたときの共振周波数
とし、同時に温度計測も行って、測定された共振周波数
値を用いて、較正するようにしたものである。

【００１１】さらに、本発明は、前記コリオリ流量計の
較正方法において、前記１点の測定点以外に、複数種類
の密度既知の較正用流体を次々に前記フローチューブに
充たしたときのそれぞれの共振周波数を測定し、その値
と、前記フローチューブ内、またはフローチューブ内外
を真空としたときの共振周波数とを用いて較正するよう
にしたものである。

【００１２】さらに、本発明は、前記コリオリ流量計の
較正方法において、前記複数種類の密度既知の較正用流
体の一つを、水としたものである。

【００１３】さらに、本発明は、前記コリオリ流量計の
較正方法において、前記複数種類の密度既知の較正用流
体の一つを、空気としたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】コリオリ流量計は、フローチュー
ブの形状により、直管形、ベンディング形、ループ形に
大別される。フローチューブが単一の直管状であれば、
一定の振幅で駆動するために大きい駆動エネルギを要
し、且つ位相差を求めるために検出される変位量も小さ
く、この結果、外部振動等の外乱影響も大きくなりＳＮ
比が低下するという事が考えられる。

【００１５】ここでは、本出願人が、先に、提案した単
一の直管状のフローチューブを有する、形状が小さくて
すみ、メンテナンスの面からも有利であるという特徴を
生かし、被測定流体が流れる内側チューブ（フローチュ
ーブ）と、この内側チューブの外側に両端が固着された
外側チューブ（共振部材）とからなる同軸な二重直管と
し、更に、内側チューブの固有振動数と等しくする重量
をもったバランスウエイトを外側チューブに取り付け、
該外側チューブと内側チューブとを互いに反対位相の一
定振幅で共振駆動するコリオリ流量計について説明す
る。

【００１６】図１は、本発明によるコリオリ流量計の一
実施形態例を説明するための構成図であり、図中、１は
内側チューブ、２は外側チューブ、３，４は環状フラン
ジ、５は加振器、６，７はセンサ、８はバランスウエイ
ト、９は二重振動管、１０は駆動回路、２０は共振周波
数検出回路である。二重振動管９は、内側チューブ１
と、外側チューブ２と、バランスウエイト８とで構成さ
れる。内側チューブ１は、Ｏ−Ｏ軸を有する被測定流体
が流れる直管であり、外側チューブ２は、両端に環状フ
ランジ３，４を有し、内側チューブ１の外側に環状フラ
ンジ３，４を介し、内側チューブ１と同軸に固着されて
おり、二重直管を構成している。また、バランスウエイ
ト８は外側チューブ２の外壁中央に固着されている。バ
ランスウエイト８は、外側チューブ２の固有振動数を内
側チューブ１の固有振動数と等しくするための重錘であ
る。

【００１７】ここで、加振器５と、センサ６，７の質量
と内側チューブ１自体の質量を加算して得られる内側チ
ューブ１にかかる全体の質量を、前記式におけるＭ
_Tに、密度ρの被測定流体が流れているときの内側チュ
ーブ１内の流体の質量をＭ_Lに、両質量を合わせた内側
チューブの質量をＭとし、前記式（１），（２），
（３）に当てはめると、このときの内側チューブ１の固
有振動数はｆとなる。

【００１８】なお、バランスウエイト８の重量は、二重
直管を駆動する加振器５およびセンサ６，７の重量を含
めて定められた固有振動数に対応して調整される。加振
器５は、例えば、外側チューブ２に設けられたコイル５
ａと内側チューブ１にコイル５ａと同軸に設けられたコ
ア５ｂとからなり、コイル５ａは後述するセンサ６，７
の何れか一方の信号が入力された駆動回路１０により閉
ループ状に駆動され、内側チューブ１と外側チューブ２
とが相対的に一定振幅の共振周波数により反対位相で駆
動される。

【００１９】センサ６と７は同一規格のもので．二重直
管上で加振器５に対して対称位置に設置されており、例
えば、外側チューブ２に設けられたコイル６ａ，７ａと
内側チューブ１にコイル６ａ，７ａと同軸に設けられた
磁石６ｂ，７ｂとからなり、内側チューブ１と外側チュ
ーブ２との相対変位が検知される。加振器５により軸Ｏ
−Ｏと直角方向に一定振幅の共振周波数で交番駆動され
た内側チューブ１には、センサ６とセンサ７の位置とで
反対向きのコリオリの力が作用し、互いのセンサ６，７
の出力信号の間にコリオリの力に比例した位相差ΔＴが
生ずる。

【００２０】位相差ΔＴが、質量流量Ｑｍに比例した量
で、この位相差ΔＴを検出することによって質量流量Ｑ
ｍを測定するものである。従って、前記式（４）により
被測定流体の密度ρは、駆動回路１０により共振駆動さ
れる加振器５の周波数ｆを、共振周波数検出回路２０で
検知することにより算出される。本発明に係る較正方法
は、内側チューブ１に真空ポンプを接続し、内側チュー
ブ１内を真空状態として、その時の内側チューブ１の共
振周波数ｆｖを測定し、次いで、既知密度ρｓの流体
で、内側チューブ１内を充たし、そのときの内側チュー
ブ１の共振周波数ｆｓを測定する。

【００２１】図２は、本発明に係るコリオリ流量計の較
正方法の実施形態を説明するための図である。共振周波
数ｆと流体密度ρとの関係を示す図で、従来例と対比す
るために、横軸に共振周波数ｆ、縦軸に流体密度ρをと
り、図３と同じ形態の図となっている。例として、密度
の既知の流体として、密度１.０（４℃）の水を流した
ときの測定点Ａと、真空状態での測定点Ｃを図示してい
る。図２に示すように、測定点Ｃは、ρ＝０で、温度、
圧力には無関係な真空状態であるので、確定しており、
例え、もう一方の較正流体である水の密度に誤差が含ま
れていても、式（５）の特性は、図３に示す従来のもの
と比較して、ばらつきが小さくなり、誤差を表す斜線部
分の領域も、格段に小さくなっていることがわかる。

【００２２】得られた、この２点（Ａ，Ｃ）の測定値
を、前記式（５）に代入することにより、Ａ点の測定値
（ρｓ、ｆｓ）からは ρｓ＝Ｋ₁・（１／ｆｓ²）−Ｋ₂ …（６）また、Ｂ点の測定値（ρ＝０，ｆｖ）から０＝Ｋ₁・（１／ｆｖ²）−Ｋ₂ …（７）式（６），（７）からＫ₁、Ｋ₂を求めるとＫ₁＝ρｓ・ｆｓ²ｆｖ²／（ｆｖ²−ｆｓ²）Ｋ₂＝ρｓ・ｆｓ²／（ｆｖ²−ｆｓ²）このＫ₁、Ｋ₂を代入した式（５）を、被較正コリオリ流
量計の一般式として、内蔵する演算処理装置の記憶回路
に記憶するようにしておけば、記憶されたこの一般式を
用いて、体積流量、流体密度等を計算し出力することが
できる。

【００２３】本発明は、較正のための測定点を、一点
を、真空状態としたことにより、較正用流体の誤差、温
度、圧力特性に左右されない絶対的な測定点として確定
でき、より正確なコリオリ流量計の基本となる一般式が
求まり、求めるべき測定値の正確度、及び信頼性が向上
する。実施例では、測定点を２点とし、他に、密度既知
の流体を一種類用いて較正するものについて述べたが、
測定点を複数とし、真空以外に、従来のように密度既知
の流体２種を用いるか、あるいは、それ以上の種類の流
体を用いれば、さらなる精度の向上が可能である。

【００２４】なお、標準値を求めるための真空状態とし
て、高真空でなくとも充分な精度が得られるので、格別
強力な真空ポンプは必要なく、また、簡便な真空ポンプ
を流量計本体に備えておき、測定に際して、較正をすれ
ば、流量計の経時変化、環境の変化等に対応して、よ
り、正確な較正が可能となり、精度の高い測定が出来
る。また、実施例では、同軸二重直管式コリオリ式流量
計について説明したが、他の形式のコリオリ流量計に
も、適用できることは云うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、コリオリ流量計の較正
に当たって、較正用流体として、従来複数種の標準流体
を必要としていたのに対し、最低限密度既知の一種類の
流体を使用するだけで済み、その流体の温度、圧力の管
理に要する手間が、少なくなり、また、一方、真空とい
う温度、圧力とは無関係な、ほぼ絶対条件といえる状態
を較正のための要件とすることにより、より正確な較正
及び密度測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る較正方法を適用したコリオリ流
量計の一実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明に係る較正方法を説明するための図で
ある。

【図３】従来の較正方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１…内側チューブ、２…外側チューブ、３，４…環状フ
ランジ、５…加振器、６、７…センサ、８…バランスウ
エイト、９…二重振動管、１０…駆動回路、２０…共振
周波数検出回路、３０…質量流量演算回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体密度と、コリオリ流量計のフローチ
ューブの共振周波数との関係からコリオリ流量計の較正
を行うに際し、少なくとも較正のための測定点の１点
を、前記フローチューブ内、またはフローチューブ内外
を真空としたときの共振周波数とし、同時に温度計測も
行って、得られた値を用いて較正することを特徴とする
コリオリ流量計の較正方法。
【請求項２】請求項１に記載のコリオリ流量計の較正
方法において、前記１点の測定点以外に、複数種類の密
度既知の較正用流体を、次々に前記フローチューブに充
たしたときのそれぞれの共振周波数を測定し、その値
と、前記フローチューブ内、またはフローチューブ内外
を真空としたときの共振周波数とを用いて較正すること
を特徴とするコリオリ流量計の較正方法。
【請求項３】前記複数種類の密度既知の較正用流体の
一つを、水としたことを特徴とする請求項２記載のコリ
オリ流量計の較正方法。
【請求項４】前記複数種類の密度既知の較正用流体の
一つを、空気としたことを特徴とする請求項２記載のコ
リオリ流量計の較正方法。