JP2003185484A - コリオリメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種振動モードの面対称性を改善し、特にＸ
方向とＹ方向の振動に対し同相１次振動数と逆相１次振
動数の固有振動数を離すことを目的としている。 【解決手段】 並列２本の湾曲管タイプのフローチュー
ブ１，２と、一方のフローチューブ１を他方のフローチ
ューブ２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１６，１７とを備え
ている。この並列２本のフローチューブ１，２は、フロ
ーチューブ固定端からチューブ軸方向に所定間隔をあけ
た位置において、流入側と流出側の間に所定の間隔を空
けつつ近接した形状とし、かつ、この近接位置におい
て、フローチューブ流入側と流出側の併せて４個の端部
を一体に接続する１つのブレースバー２７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、並列２本の湾曲管
タイプのフローチューブの上下流のブレースバーを一体
にすることで対向する各種振動モードの面対称性を改善
したコリオリメータに関する。 【０００２】 【従来の技術】被測定流体の流通するフローチューブの
一端又は両端を支持し、該支持点回りにフローチューブ
を該フローチューブの流れ方向と垂直な方向に振動した
とき、フローチューブ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（コリオリメー
タ）は周知である。このコリオリメータにおけるフロー
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】湾曲管方式のものはコリオリの力を有効に
取り出すための形状を選択できる面で高感度の質量流量
検出ができる。そして、この湾曲測定管をより効率よく
駆動するために、測定流体を流す湾曲管を、並列２本の
構成とすることも公知である。 【０００４】図９は、このような従来の並列２本湾曲管
型のコリオリメータの概略構成図である。並列２本湾曲
管型のコリオリメータは、入り口側及び出口側で分岐・
合流するタイプのものと、１本の管を周回させることに
より事実上並列２本の湾曲管を構成するループタイプの
ものが知られているが、図示のものは、ループタイプに
属する。 【０００５】図示のループタイプのフローチューブ１、
２は、１本の管を周回させることによって構成される。
コイルとマグネットから構成されている駆動装置（図示
省略）によって、中央部でこの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（図示省略）が、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、コリオリの力に比例した位
相差を検知している。 【０００６】測定流体は、入口側フランジを介して接続
される外部流管より一方のフローチューブ１に流入し、
そして、このフローチューブ１を出た後、別のフローチ
ューブ２に流入し、さらに、これを出た後、出口側フラ
ンジを介して接続される外部流管に流出する。このよう
なループタイプのコリオリメータは、流体を分岐しない
ので１本当たりのフローチューブを通過する質量流量を
半減することなく流量の検出感度を高めることができ
る。また、閉塞性の高い流体計測でも差圧により閉塞物
質を押し流すことが容易であるという長所を有している
ものの、流体の温度、圧力、密度等の状態量の変動があ
る場合に、測定精度に悪影響を及ぼすという欠点を有し
ている。 【０００７】図示したように、２本のフローチューブ
１、２には、ブレースバー２７、２８が取り付けられて
いて、この点が振動の第１の支点になると共に、２本の
フローチューブ１、２と本体部３２との接続部分が、フ
ローチューブの振動の第２の支点となっている。 【０００８】２本のフローチューブはこの第２の支点で
一体にかつ本体部３２に強固に結合されるが、第１の支
点となるブレースバーは、チューブの剛性に対し分厚い
もので構成したり、固定端に近い位置で連結しては、後
述するもう１つの機能を発揮させることはできない。た
だ、固定端の溶接部若しくはロウ付け部に働く応力を分
散するのみである。 【０００９】フローチューブの固定端に外乱振動が作用
した場合にはまず同相１次振動が発生する。しかしこれ
は対になった振動検出センサの相対的な距離が変わらな
いことから原理的には振動影響としては現れない。チュ
ーブ駆動方向をＸ方向、チューブ駆動方向に対し垂直で
配管の上流から下流の方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向の
双方に対し垂直な方向をＺ方向とすると、このことは、
Ｘ、Ｙ、Ｚ全ての方向について当てはまる。因みにこの
場合の振動検出センサはＸ方向の相対的な速度を最も検
出し易い構造となっている。対になったフローチューブ
は音叉振動に遷移した方がエネルギ効率が良いので、各
方向の逆相(対向)１次振動モードへと次第に置き換わ
る。この時Ｘ方向(駆動方向)以外のＹ、Ｚ方向の振動
は、マグネットやコイルの形状を工夫(円筒状、或いは
カップ状にする)することで影響を最小とすることが出
来る。 【００１０】さて問題のＸ方向の対向振動であるが、対
になった２本のフローチューブの管軸が一致していない
以上、Ｘ方向以外の外乱振動が作用した場合に振動検出
センサ出力に位相差が生じ振動影響となってしまう。図
９に示すように、対向する２つのフローチューブを上流
側と下流側で個別に結合するブレースバーの働きによ
り、耐振性の面から考えると、同相１次振動数と逆相１
次振動数の固有振動数を離すことで振幅倍率を減らし、
モードの遷移を阻害することができる。ここで、ブレー
スバーを分厚い部材としたり、固定端に近いところで結
合しても、事実上ブレースバーとして機能せず、同相１
次振動数と逆相１次振動数の固有振動数を大きく離すこ
とができないことは前述した通りである。 【００１１】図１０は、上流及び下流のブレースバーが
分離している従来のコリオリメータのX、Y、及びZ方向
の振動の同相1次モードと逆相１次モードをそれぞれ示
したものである。（Ａ）〜（Ｆ）に示すいずれの図にお
いても、ブレースバーで結合された２本構成のフローチ
ューブを異なる方向から見て示している。Y方向及びZ方
向振動の逆相1次モードの場合には、ブレースバー部に
働く力が逆方向で且つ作用点が一致していないことから
モーメントが生じる。 【００１２】上下流のブレースバーは分離しているので
モーメントに対する抵抗が少なく、その振動モードの固
有振動数は低くなる。そのため、Y方向及びZ方向のそれ
ぞれに対応した同相1次振動の固有振動数との差を十分
設けることが出来なくなり、モードの遷移が生じやすく
なってしまう。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】コリオリメータの振動
管を２本平行管とし対向振動させる場合、振動の面対称
性の確保は最も重要である。コリオリメータは感度を良
くする為にフローチューブを撓み易い構造にしているこ
とからフローチューブの肉厚、内外径、曲がり、長さ等
の幾何学的寸法、剛性バランス、付加物等の因子が対称
性を狂わす要因となる。 【００１４】本発明は、コリオリメータにおける上下流
のブレースバーを一体にすることで対向する各種振動モ
ードの面対称性を改善し、特にＹ方向とＺ方向の振動に
対し同相１次振動数と逆相１次振動数の固有振動数を離
すことを目的としている。これにより流体振動、機械振
動、温度、圧力、配管ストレス等の外乱影響を少なくす
ることができる。 【００１５】図１１は上流及び下流のブレースバーを一
体に接続した場合の振動を説明するための図であり、図
１０と同様に、X、Y、及びZ方向の振動の同相1次モード
と逆相１次モードをそれぞれ示したものである。本発明
は、上流及び下流のブレースバーを一体に接続すること
により、図示したように、特にY方向及びZ方向振動の逆
相1次モードの場合に、モーメントに対する抵抗が大き
くなり、その振動モードの固有振動数が高くなる。よっ
てY及びZ方向のそれぞれに対応した同相1次振動の固有
振動数との差を十分設けることができ、モードの遷移が
生じ難いことから、特にY方向とZ方向の外乱振動に対し
て影響を受け難いセンサとすることができる。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明のコリオリメータ
は、並列２本の湾曲管タイプのフローチューブと、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
ンサとを備えている。この並列２本のフローチューブ
は、フローチューブ固定端からチューブ軸方向に所定間
隔をあけた位置において、流入側と流出側の間に所定の
間隔を空けつつ近接した形状とし、かつ、この近接位置
において、フローチューブ流入側と流出側の併せて４個
の端部を一体に接続する１つのブレースバーを備えるこ
とを特徴としている。 【００１７】 【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用することの
できるコリオリメータの全体構成を示す断面図であり、
並列２本の湾曲管タイプのフローチューブを垂直面内に
取り付けた場合を想定している。図１（Ａ）は、その正
面から見た図であり、図１（Ｂ）は、その側面から見た
図である。例示したコリオリメータのフローチューブ
１、２は、直線状の天頂部両側から左右対称に湾曲させ
た略三角形状の同一形状の湾曲管を、入口側で分岐する
と共に出口側で合流するタイプのものであるが、本発明
は、並列２本のフローチューブを有する湾曲管タイプの
ものであれば、三角形状に限らずどのような形状にも適
用し、また、分岐合流タイプに限らずループタイプのコ
リオリメータにも適用することが可能である。 【００１８】例示したコリオリメータのフローチューブ
１、２の両端部はマニフォールド２４、２５に結合され
ている。図１のコリオリメータは、左右対称であるが、
測定流体は、図１（Ａ）の左側より流入し、右側に流出
すると仮定して、以下説明する。即ち、測定流体は、外
部流管（図示省略）より流入し、入口側マニフォールド
２４の内部で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、外部流管（図示省略）に
流出する。例示したマニフォールド２４の流路は、その
流入口から円弧を描いて滑らかに転向して、フローチュ
ーブ１、２との接続部に至るが、その際に、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。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、２本のフロー
チューブ１、２から合流して出口流路に連なる。 【００１９】両端の接続口と流量計全体を保持している
フレーム３０は、図１に示されるように、両側のカバー
３１と結合されて、マニフォールド部の鍔部２６と協同
して、内部に略三角形状のフローチューブを含む流量計
を収容する密閉耐圧空間を形成している。これによっ
て、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。 【００２０】駆動装置１５は、このような並列２本の湾
曲管から成るフローチューブ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して
いる。また、一対の振動検出センサ１６、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、コリオリの力に比例した位相差を検知している。 【００２１】フローチューブ１、２の固定端（マニフォ
ールド２４，２５との接続部）からチューブ軸方向に所
定の間隔をあけた両端近傍には、音叉状に駆動したとき
振動の節部を形成させるためのブレースバー２７が設け
られ、かつこれは、本発明の特徴とする１つのブレース
バーによって、２つのフローチューブ１、２の流入側及
び流出側の４つの端部を一体に結合している。なお、ブ
レースバー２７は、図１に示す詳細図に見られるよう
に、流入側と流出側の個別の板をそれぞれ取り付けた後
一体に接合することにより、その製造が容易となる。 【００２２】図２〜図４は、本発明を適用しうるフロー
チューブ形状を例示する図である。図２は、事実上図１
と同様なフローチューブ形状であり、流入側と流出側で
所定の間隔をあけた逆三角形状（頂点部分を下にした三
角形）のフローチューブ１，２を例示している。図３
は、流入側と流出側で所定の間隔をあけた略円形状のフ
ローチューブ形状を示している。図４は、流入側と流出
側で所定の間隔をあけた逆五角形状（頂点部分を下にし
た五角形）のフローチューブ形状を示している。このよ
うに、フローチューブ形状として種々のものを用い得る
が、流入側と流出側の両端近傍を、ブレースバー２７に
より一体に結合するために、その点で、所定の間隔を空
けつつ、近接した形状とする必要がある。 【００２３】このように、フローチューブの上流及び下
流側の固定端を接近させており、更にブレースバーによ
りフローチューブ自体が近接していることから、外乱振
動、即ちＸ、Ｙ、Ｚ方向振動、及びピッチング、ローリ
ング、ヨーイングの回転振動に対しても、ほぼ同時に同
じ方向に同じ量の変位となるので、振動の対称性が保ち
やすく、また上下流の固定端間の剛性も最小限のもので
良くなる。 【００２４】図８は、対比のために示す従来構成のフロ
ーチューブ構成である。図示したように、フローチュー
ブは流入側と流出側において個別にブレースバーにより
結合される。このような従来構成のフローチューブと比
較すれば、本発明のフローチューブの構成は、ツイスト
振動が容易な形状であり、また、上下流のブレースバー
を結合することにより、対となったフローチューブのツ
イスト振動の回転中心の根元を互いに引き寄せることが
可能となり、振動の面対称性が更に高まり安定したもの
となる。 【００２５】図５は、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１次振動モード状態を
示す図である。この時、図示したように、２つのフロー
チューブが互いに相対する方向に駆動されるとき、ブレ
ースバーは、流入側と流出側の両方で、上に凸となり、
そして振動の半周期後には、上に凹となるように撓む。 【００２６】図６は、流入側と流出側を一体に結合する
本発明のブレースバーを用いた際のツイスト振動を図示
している。ツイスト振動時、ブレースバーが流入側で上
に凸に撓むとき、流出側では凹に撓むことが図示されて
いるが、振動の半周期後には、その逆となる。上流及び
下流のブレースバーを一体に構成したことにより、左右
のフローチューブの相互干渉による音叉振動の安定化の
効果に加え、上流、下流側の相互干渉、更には対角線上
の相互干渉により、特にツイスト振動の面対称性の安定
が確保される。また、フローチューブの上流及び下流側
の固定端を接近させることで、ツイスト振動が容易な構
成となるので、フローチューブの断面２次モーメントが
大きく、コンパクトなサイズでもコリオリ出力である位
相差を得易くなる。特に高圧流体への用途に適したもの
となる。 【００２７】ブレースバーを必要最小限の肉厚とするこ
とにより、熱容量を最小にして、流体の温度変化があっ
た場合でも幾何学的形状が良く追随し、温度影響が生じ
難くなる。またフローチューブと外筐（フレーム及びケ
ース）との温度差があった場合でも、ブレースバー部で
４点の基部が一旦まとめられているので温度差による変
位及び応力の影響がフローチューブ全体に影響し難くな
る。 【００２８】なお、フローチューブの各振動モードによ
りブレースバーは様々なモードで振動するが、ブレース
バーの肉厚を比較的薄くしても、その固有振動数を各振
動モードより十分に高くしておけば、ブレースバーでの
共振を防ぐことができる。 【００２９】次に、図１に示された駆動装置１５或いは
振動検出センサ１６，１７として、使用することのでき
る構成を、図７を参照して以下に説明するが、本発明は
このような構成に限定されることなく、コイルと磁石か
ら構成される従来公知の構成に対しても使用可能であ
る。 【００３０】フローチューブ１，２には対称にそれぞ
れ、細長い形状（棒状）の磁性体がその長手方向を一直
線にして固着されている。磁性体は、ケイ素鋼等の通常
の磁性材料により形成することができる。図中の磁性体
に表示した磁極Ｎ又はＳは、図示したような極性の磁石
を配置した際に図示したように磁化されることを例示し
たものである。磁性体は、チューブの振動方向に対し磁
性体の長手方向が一致する様に配置されて、振動時に回
転運動が生じ難い様に、その中央でフローチューブにロ
ー付け等により固着されている。 【００３１】例示した磁石は、磁性体に対してフローチ
ューブと反対側で、かつコイルの半径方向外側におい
て、コイルの外周面に一方の磁極を対向させるようにし
て、２つの磁石が備えられる。磁石の極性は、一方の磁
石がＮ極をコイル外周面に対向させるとき、他方の磁石
はＳ極を対向させるが、図示の場合とは逆に配置して
も、全く同様の機能を果たすことができる。 【００３２】また、２つのコイルが、２つの磁性体の長
手方向の相対する外側においてそれぞれ、コイルの軸を
磁性体の長手方向にほぼ一致させるようにして配置し
て、フローチューブの振動時には磁性体の先端がコイル
の軸線上を通過する様にする。 【００３３】磁石からの磁束は、図中において点線で示
すように、一方の磁石のＮ極から、一方のコイルに鎖交
した後、フローチューブに取り付けた磁性体のそれぞれ
を順次通って、他方のコイルに鎖交した後、他方の磁石
のＳ極に至る。このように、磁石による磁束が、フロー
チューブに取り付けた磁性体を通ると共に、コイルに鎖
交するよう配置されているので、コイルに電流を流すこ
とにより駆動装置としてフローチューブを駆動すること
ができ、また、振動検出装置として、フローチューブの
振動に基づいてコイルに流れる電流を検出することが可
能となる。 【００３４】コイル及び磁石はいずれも、フローチュー
ブ上ではなく、フレーム或いはケース等の剛性の高い部
位（固定構造体）に、合成樹脂等の非磁性材料により構
成した取付具（図示省略）により固着されている。この
ようにして、２本のフローチューブの間でバランスを保
つだけでなく、フローチューブに付加される集中質量そ
のものを磁性体のみにして、低減させることが可能とな
る。 【００３５】駆動装置１５及び一対の振動検出センサ１
６、１７から外部への配線を必要とするそれぞれのコイ
ルは、フローチューブ上には無いので、フレーム３０或
いはカバー３１の内壁面に沿わせて、配線導出入部１０
の内部を貫通させて、コリオリメータの外部に備えられ
る端子箱、或いは電気的制御回路に接続される。通常備
えられる温度センサへの配線は、また、この配線導出入
部１０を通して外部に引き出される。その際、この配線
導出入部１０内に備えられたプラスチック等のモールド
部により、電線取り出し口を封じて、内部空間を外部と
遮断している。 【００３６】 【発明の効果】本発明は、上流及び下流側の固定端が接
近しており、更にブレースバーによりフローチューブ自
体が近接していることから外乱振動、即ちX、Y、Z方向
振動、及びピッチング、ローリング、ヨーイングの回転
振動に対しても、ほぼ同時に同じ方向に同じ量の変位と
なるので、振動の対称性が保ちやすく、また上下流の固
定端間の剛性も最小限のもので良くなる。 【００３７】また、上流及び下流のブレースバーを接続
したことにより左右のフローチューブの相互干渉による
音叉振動の安定化の効果に加え、上流、下流側の相互干
渉、更には対角線上の相互干渉により、特にツイスト振
動の面対称性の安定が確保される。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明を適用することのできるコリオリメータ
の全体構成を示す断面図であり、（Ａ）は、その正面か
ら見た図であり、（Ｂ）は、その側面から見た図であ
る。 【図２】本発明を適用しうる流入側と流出側で所定の間
隔をあけた逆三角形状のフローチューブを例示する図で
ある。 【図３】本発明を適用しうる流入側と流出側で所定の間
隔をあけた略円形状のフローチューブを例示する図であ
る。 【図４】本発明を適用しうる流入側と流出側で所定の間
隔をあけた逆五角形状のフローチューブを例示する図で
ある。 【図５】２本のフローチューブを互いに反対位相で共振
駆動している１次振動モード状態を示す図である。 【図６】流入側と流出側を一体に結合する本発明のブレ
ースバーを用いた際のツイスト振動を示す図である。 【図７】駆動装置或いは振動検出センサとして、使用す
ることのできる構成を例示する図である。 【図８】対比のために示す従来構成のフローチューブ構
成を示す図である。 【図９】従来の並列２本湾曲管型のコリオリメータの概
略構成図である。 【図１０】上流及び下流のブレースバーが分離している
従来のコリオリメータのX、Y、及びZ方向の振動の同相1
次モードと逆相１次モードをそれぞれ示した図である。 【図１１】上流及び下流のブレースバーを一体に接続し
た場合の振動を説明するための図である。 【符号の説明】 １ フローチューブ ２ フローチューブ １０ 配線導出入部 １５ 駆動装置 １６ 振動検出センサ １７ 振動検出センサ ２４ マニフォールド ２５ マニフォールド ２６ 鍔部 ２７ ブレースバー ３０ フレーム ３１ カバー ３２ 本体部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 助村 典郎 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 内田 勝一 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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 並列２本の湾曲管タイプのフローチュー
   ブと、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メータにおいて、 前記並列２本のフローチューブは、フローチューブ固定
   端からチューブ軸方向に所定間隔をあけた位置におい
   て、流入側と流出側の間に所定の間隔を空けつつ近接し
   た形状とし、かつ、この近接位置において、フローチュ
   ーブ流入側と流出側の併せて４個の端部を一体に接続す
   る１つのブレースバーを備えたことから成るコリオリメ
   ータ。