JP2004170255A - コリオリ質量流量計 - Google Patents
コリオリ質量流量計 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004170255A JP2004170255A JP2002336616A JP2002336616A JP2004170255A JP 2004170255 A JP2004170255 A JP 2004170255A JP 2002336616 A JP2002336616 A JP 2002336616A JP 2002336616 A JP2002336616 A JP 2002336616A JP 2004170255 A JP2004170255 A JP 2004170255A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- tube
- coriolis
- detection sensor
- fixed end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
【課題】振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計を提供する。
【解決手段】振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部と下流側固定端部の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま前記上流側固定端部と下流側固定端部とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動チューブと、前記上流側固定端部と前記下流側固定端部の端部から等距離にある平面上に前記振動チューブをはさんで設けられた振動検出センサと を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計である。
【選択図】 図１
【解決手段】振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部と下流側固定端部の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま前記上流側固定端部と下流側固定端部とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動チューブと、前記上流側固定端部と前記下流側固定端部の端部から等距離にある平面上に前記振動チューブをはさんで設けられた振動検出センサと を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、特開平１１−１０８７２３号に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
１１は、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、この基準軸１４の各点から、それぞれ所定距離の円周線上で単振動あるいは円運動をする緩やかなカーブをもつ形状を有する振動チューブである。
【０００４】
１５は、振動チューブ１１の中央部に設けられた励振器である。
この場合は、コイルとマグネットから成る。
１６，１７は、振動チューブ１１の両側にそれぞれ設けられた振動検出センサである。
この場合も、コイルとマグネットから成る。
【０００５】
以上の構成において、図１９は、図１８の振動チューブ１１のｂ−ｂ断面図、図２０は図１８の振動チューブ１１のａ−ａ，ｃ−ｃ断面図、図２１は振動チューブ１１の振動の様子を示す斜視図である。
図１９，図２０において、非励振状態の時、振動チューブ１１はＡの位置近傍にある。
【０００６】
励振状態になると、振動チューブ１１の中心は、基準軸１４から半径Ｒ（ｘ）離れた円周上を移動する。
断面ｂ−ｂの位置では、基準軸１４から半径Ｒ（ｂ） 離れた円周上を、断面ａ−ａやｃ−ｃの位置では、基準軸１４から半径Ｒ（ａ） や Ｒ（ｃ） 離れた円周上を、Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→（繰り返し）のように振動する。
【０００７】
図２１において、Ａ，Ｂ，Ｃは図１９，図２０の振動チューブ１１の各位置に一致する。なお、１２，１３は固定端部、１４は基準軸を示す。
【０００８】
振動チューブ１１は、基準軸１４から等距離にある円周面内のみでの振動なので、振動チューブ１１の位置がどこであっても、振動チューブ１１の長さが変わることはない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０８７２３号（第３−４頁、第１−４図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、ほとんどのコリオリ流量計で発生する問題だが、特に図１８従来例のように、振動チューブ１１が分岐部を持たない１本管で、その形状は大きな湾曲部を有さず、直線似のセミストレート管の場合に、問題が大きくなりやすい。
【００１１】
製造時の溶接による伸縮や、ハウジング６との温度差による熱膨張で、管軸方向（Ｘ方向）にわずかに変形が生じると、図２２で示したように、振動チューブ１１の湾曲方向（Ｚ方向）に大きな変形が生じる。
【００１２】
振動チューブ１１の形状等によるが、Ｚ方向変形は、Ｘ方向変形の数倍以上になるので、励振器付近の位置変形は数ｍｍになることもある。
振動チューブ１１に固定されたマグネット（あるいはコイル）が位置移動すると、ペアとなるコイル（あるいはマグネット）は、ハウジング６等の不動な場所に固定されているので、両者の間に位置ずれが生じる。
【００１３】
円筒のコイル内部にマグネットを配置した励振器や検出器の構造では、位置ずれがおきると、すぐに両者が接触してしまい、安定した振動ができなくなり、ひどい場合には破損してしまう。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１のコリオリ質量流量計においては、
振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部と下流側固定端部の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま前記上流側固定端部と下流側固定端部とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動チューブと、前記上流側固定端部と前記下流側固定端部の端部から等距離にある平面上に前記振動チューブをはさんで設けられた振動検出センサとを具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２のコリオリ質量流量計においては、請求項１記載のコリオリ質量流量計において、
前記振動検出センサとして、前記振動チューブの曲線が含まれる振動チューブ平面に垂直で且つ前記中点を含む直線上に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサと前記振動チューブ平面と平行で前記基準軸に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサとを具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３のコリオリ質量流量計においては、請求項１記載のコリオリ質量流量計において、
前記振動検出センサとして、前記振動チューブの曲線が含まれる振動チューブ平面に垂直で且つ前記中点を含む直線上に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向に高い感度を有し且つ前記振動チューブ平面と平行で前記基準軸に垂直な方向にも僅かの感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサを具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４のコリオリ質量流量計においては、請求項１記載のコリオリ質量流量計において、
前記振動検出センサとして、前記中点を中心に点対称に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサを具備したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１のａ−ａ断面図、図３から図９は図１の動作説明図である。
【００２０】
振動チューブ２０は、図１に示す如く、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３の中点２５を中心に点対称で、変曲点を３箇所有するＳ字形の形状をなし、緩やかなカーブをもつＳ字形の曲線形状を有する。
【００２１】
そして、点対称の曲線形状を保持したまま、後述する如く、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、基準軸１４の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする。
【００２２】
振動チューブ２０は、後述する如く、図４の Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→ のように位置を変えて振動をする。
このような振動を続ける為、図１８従来例に示したような励振器１５が必要だが、本発明とは直接は関係ないので、分かりやすくする為に、以後説明と図示を省略する。
【００２３】
２１は、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３の端部から等距離にある平面（以下中面と呼ぶ）上に振動チューブ２０をはさんで設けられた振動検出センサで、振動検出センサ２３と振動検出センサ２４とよりなる。
【００２４】
図２に、中面上での位置関係を示す。
振動検出センサ２３と、振動検出センサ２４は、振動チューブ２０の両側に設置されており、振動チューブ２０の振動状況を測定する。
【００２５】
この場合は、コイル２３１，２４１とマグネット２３２，２４２から構成されており、コイル２３１，２４１とマグネット２３２，２４２のいずれかが振動チューブ２０に、そして他方がハウジング６に固定されている。
この場合は、マグネット２３２，２４２が、ハウジング６に固定されている。振動検出センサ２３，２４は、図のＹ方向振動を測定するように配置されている。
【００２６】
今、励振による回転振動成分をＶｅ，コリオリ力によるＹ方向成分をＶｃと表示すると、図のように振動検出センサ２３と振動検出センサ２４とで、励振成分Ｖｅがお互い逆向きになっていることがわかる。
【００２７】
なお、通常の信号処理では、２つの信号出力の位相差δを求めて、質量流量を演算している。
センサ２３出力 Ｅｓｉｎωｔ＋Ｃｃｏｓωｔ＝√（Ｅ２＋Ｃ２）・ｓｉｎ（ωｔ＋δ）
センサ２４出力 Ｅｓｉｎωｔ−Ｃｃｏｓωｔ＝√（Ｅ２＋Ｃ２）・ｓｉｎ（ωｔ−δ）
ｔａｎδ＝Ｃ／Ｅ
【００２８】
図３では、振動系全体の動作状況を示している。振動チューブ２０の励振振動により、図のＶｅに示したような振動を起こす。
また発生するコリオリ力は、図のＶｃのような振動を起こす。それらの振動のＹ成分を２つの振動検出センサ２３，２４で測定する。
【００２９】
ところで、振動チューブ２０内を測定流体が流れると、その質量流量と角加速度に応じて、コリオリ力が発生する。
本発明では、図５のような振動チューブ２０の励振変形αで、図６に示したようなコリオリ力ベクトルβが発生し、このコリオリ力によって図７、図８に示したようなチューブの変形γが生じる。
【００３０】
励振変形とコリオリ力による変形を同スケールで表示してあるが、実際にはコリオリ力によって生じる変形は、非常に小さい。（励振振幅の数百〜数千分の１以下）
【００３１】
コリオリ流量計が稼働している状態では、図４あるいは図５の励振振動に図８あるいは図７のコリオリ振動が、重畳した状態になっている。
中点２５でのＹＺ断面を図９に示す。ハッチングしてあるのが、振動チューブ２０で、その周囲に測定点Ａから測定点Ｊまでの計１０ヶ所の測定点を配置した。
【００３２】
これら測定点は実際の流量計に全て備え付けられているわけではなく、本発明の原理説明の為、仮想的に設置したものであり、振動チューブ２０と各測定点は強固につながっていると想定している。
【００３３】
図の太線実線矢印は励振による回転振動速度を表すベクトルで、測定点Ｂと測定点Ｃのベクトル長さでわかるように、大きさは中心からの距離に比例する。
図の点線矢印は、コリオリ力によるＹ方向振動速度を示すベクトルで、この断面上のどの場所でも一様に同じ方向、同じ大きさになっている。
【００３４】
測定点Ａ、Ｆでは、コリオリ振動も励振振動も同じＹ方向であるが、測定点Ｂ，Ｃ，Ｇ，Ｈでは、励振振動の向きがＺ方向に傾いてくる。
測定点ＢとＣを較べると、Ｃの励振成分が大きいので、コリオリ成分を効率良く測定するには、基準軸に近いＢ点で、Ｙ方向振動を測定するのが有利であることがわかる。
【００３５】
さらに測定点Ｄ，Ｉになると、励振振動はＺ方向になり、コリオリ振動のＹ方向とは９０°方向が異なり区別が容易になる。
例えば測定点Ｄに、Ｙ方向にだけ感度を持つセンサを設置すれば、コリオリ振動のみが検出できるし、Ｚ方向にだけ感度を持つセンサを設置すれば、励振振動のみの検出が可能になる。
【００３６】
以上の構成において、振動チューブ２０は、図４に示す如く、 Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→ のように位置を変えて振動をする。
【００３７】
この結果、コイルとマグネットを利用した通常の検出器では、片側を振動チューブ２０に、反対側をハウジング６等の固定場所に設置するので、振動チューブ２０の位置がずれるとコイルとマグネットの位置関係がずれて安定した励振ができなくなるばかりか、最悪の場合接触して壊れてしまう。
【００３８】
製造時の歪みや、使用時の熱膨張等で振動チューブ２０の長さや形状が変化しても、振動チューブ２０の形状の点対称の中心である中点２５は、場所が移動することが無い。
【００３９】
本発明では、振動検出センサ２３，２４は中点２５上あるいはその近傍に設置するので、振動検出センサ２３，２４の絶対位置は変わらない、あるいは位置移動はあっても小さく、コイルとマグネットの相対位置関係も変わらない、あるいはその変化は小さい。
【００４０】
位置ずれが無い、あるいは小さいので、熱膨張に強く、安定した定常振動が確保でき、高安定・高精度の振動検出が可能になる。
すなわち、使用温度範囲が広く、温度変化に対し高安定、高精度な、流量計測、密度計測が可能になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００４１】
図１０は、本発明の他の実施例の要部構成説明図で、図１１は図１０の動作説明図である。
本実施例において、振動検出センサ３１として、振動チューブ２０の曲線が含まれる振動チューブ平面２０１に垂直で、且つ中点２５を含む直線２０２上に配置されている。
【００４２】
振動検出センサ３１は、振動チューブ平面２０１に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサ３４と、振動チューブ平面２０１と平行で基準軸１４に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサ３３とを有する。
【００４３】
すなわち、振動検出センサ３３は、Ｚ方向振動のみを検出する構造で、コリオリ力によるＹ方向振動Ｖｃには反応せず、励振による回転振動Ｖｅのみを測定する。
【００４４】
一方、振動検出センサ３４は、Ｙ方向振動のみを検出する構造で、励振による回転振動Ｖｅには反応せず、コリオリ力によるＹ方向振動Ｖｃのみを測定する。振動検出センサ３３、振動検出センサ３４の出力が、即、励振成分とコリオリ成分になる。
【００４５】
振動検出センサ３３の出力 Ｅｓｉｎωｔ
振動検出センサ３４の出力 Ｃｃｏｓωｔ
ここで、コリオリ成分振幅は、質量流量に比例した値になる。
また、共振周波数での自励振の為、密度計測や補正の為、励振成分の振幅と周波数も同時に測定する必要がある。
【００４６】
この結果、振動検出センサ３３，３４の出力として、励振振動成分１００％の出力と、コリオリ振動成分１００％の出力を得ることができる。
容易にこれらの出力を得られれるので、複雑な信号処理回路が不要になり、シンプルで、コスト安なコリオリ質量流量計が得られる。
【００４７】
図１２は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１３は図１２の動作説明図である。
【００４８】
本実施例において、振動検出センサ４１として、振動チューブ２０の曲線が含まれる振動チューブ平面２０１に垂直で、且つ中点２５を含む直線上に配置され、振動チューブ平面２０１に垂直な方向に高い感度を有し、且つ振動チューブ平面２０１と平行で、基準軸１４に垂直な方向にも僅かの感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサ４３，４４を有する。
【００４９】
すなわち、振動チューブ２０の曲線が含まれる振動チューブ平面２０１に垂直で、且つ中点２５を含む直線上に、振動チューブ２０をはさんで振動検出センサ４３，４４が設置される。
【００５０】
その場所では、励振力による回転振動ＶｅはＺ方向に、コリオリ力による並進振動はＹ方向に向いている。
振動検出センサ４３と、振動検出センサ４４は、Ｙ方向振動検出感度が高く、検出感度は低いがＺ方向振動も検出可能な特性を有する。
【００５１】
例えば、図１２のようにマグネット４３２，４４２とコイル４３１，４４１の向きをＹ軸から若干Ｚ方向に曲げることでこのような特性を実現できる。
このような特性のセンサを用いることで、Ｙ方向のコリオリ振動Ｖｃは感度良く検出し、Ｚ方向の励振振動Ｖｅも感度は悪いが測定できる。
【００５２】
そもそも励振振動はコリオリ振動の数百〜数千倍以上と非常に大きい。
感度を落として、コリオリ振動成分の励振振動に対する比を大きくしたほうが、両センサ出力の位相差も大きくなり、その後の信号処理が楽となる。
【００５３】
この結果、コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分はフルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００５４】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を持つセンサを用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になる。
【００５５】
２つの振動検出センサ４３，４４の出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
図１０実施例のように両成分を、センサのみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
【００５６】
本発明のように、両成分を適度に含んだセンサ出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定なコリオリ質量流量計を実現しやすいメリットがある。
【００５７】
また、センサの検出方向感度を変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つのセンサ出力の位相差）を自由に設定することができる。
変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００５８】
図１４は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１５は図１４の動作説明図である。
本実施例においては、振動検出センサ５１として、中点を中心に点対称に配置され振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有し、励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサ５３，５４を有する。
【００５９】
すなわち、図１４に示す如く、Ｙ方向向きに設置された２つの振動検出センサ５３，５４は、Ｙ方向のみに感度を有する。
両センサ５３，５４は中面上に存在し、かつ図のＸＹ平面から、１４基準軸（Ｘ軸）回りにおよそ４５°以下（但し０°は除く）の範囲に、振動チューブ２０を挟んで設置されている。
【００６０】
このような場所では、励振力による回転振動ＶｅはＺ方向から多少Ｙ方向にずれた向きに、コリオリ力による並進振動はＹ方向に向いている。
このような特徴、配置のセンサ５３，５４を用いることで、Ｙ方向振動のコリオリ振動Ｖｃは感度良く検出するが、励振振動ＶｅのＹ方向成分は小さいので、測定はできるが感度が低い。
【００６１】
励振振動はコリオリ振動の数百〜数千倍以上と非常に大きい。
感度を落としてその両者の比を近づけた方が、両センサ出力の位相差も大きくなり、その後の信号処理が楽である。
【００６２】
この結果、図１２実施例では、コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分は、フルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００６３】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を有する振動検出センサ５３，５４を用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００６４】
２つのセンサ５３，５４の出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
【００６５】
図１０実施例のように両成分を、センサ３３，３４のみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
本発明のように、両成分を適度に含んだ振動検出センサ５３，５４の出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定な流量計を実現しやすいメリッがある。
【００６６】
また、振動検出センサ５３，５４の設置位置を（基準軸１４回りの０°より大きく４５°以下の角度範囲で）変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つの振動検出センサ５３，５４の出力の位相差）を自由に設定することができる。
従って、変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００６７】
図１６は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１７は図１６の動作説明図である。
本実施例においては、振動チューブは１本管式でなく、２本平行管１８，１９式の場合である。
【００６８】
２本の振動チューブ１８，１９は対称な方向に振動し、振動検出センサ６１は、それら２つの振動チューブ１８，１９間の相対振動を測定する振動検出センサ６３，６４を有する。
【００６９】
なお、前述の実施例においては、振動検出センサ２１，３１，４１，５１，６１はコイルとマグネットで構成されると説明したが、これに限ることはなく、たとえば、光（レーザー）反射方式、渦電流検出方式、加速度測定方式等であっても良く、要するに、振動チューブ１８，１９，２０の振動を測定出来るものであれば良い。
【００７０】
また、振動チューブをはさんで２つの振動検出センサを配置するというのは、必ずしも、振動チューブ１８，１９，２０を中心に２つの振動検出センサ２３，２４，６３，６４が対称である必要はない。
例えば、図９において、振動チューブの両側、測定点ＢとＥに振動検出センサがあるような位置関係でも良い。
【００７１】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
コイルとマグネットを利用した通常の検出器では、片側を振動チューブ２０に、反対側をハウジング等の固定場所に設置するので、振動チューブの位置がずれるとコイルとマグネットの位置関係がずれて安定した励振ができなくなるばかりか、最悪の場合接触して壊れてしまう。
【００７３】
製造時の歪みや、使用時の熱膨張等で振動チューブの長さや形状が変化しても、振動チューブの形状の点対称の中心である中点は、場所が移動することが無い。
【００７４】
本発明では、振動検出センサは中点上あるいはその近傍に設置するので、振動検出センサの絶対位置は変わらない、あるいは位置移動はあっても小さく、コイルとマグネットの相対位置関係も変わらない、あるいはその変化は小さい。
【００７５】
位置ずれが無い、あるいは小さいので、熱膨張に強く、安定した定常振動が確保でき、高安定・高精度の振動検出が可能になる。
すなわち、使用温度範囲が広く、温度変化に対し高安定、高精度な、流量計測、密度計測が可能になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００７６】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
振動検出センサの出力として、励振振動成分１００％の出力と、コリオリ振動成分１００％の出力を得ることができる。
容易にこれらの出力を得られれるので、複雑な信号処理回路が不要になり、シンプルで、コスト安なコリオリ質量流量計が得られる。
【００７７】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分はフルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００７８】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を持つセンサを用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になる。
【００７９】
２つの振動検出センサの出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
請求項２のように両成分を、センサのみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
【００８０】
本発明のように、両成分を適度に含んだセンサ出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定なコリオリ質量流量計を実現しやすいメリッがある。
【００８１】
また、センサの検出方向感度を変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つのセンサ出力の位相差）を自由に設定することができる。
変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００８２】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
請求項３では、コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分は、フルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００８３】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を有する振動検出センサを用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００８４】
２つのセンサの出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
【００８５】
請求項２のように両成分を、センサのみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
本発明のように、両成分を適度に含んだ振動検出センサの出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定な流量計を実現しやすいメリッがある。
【００８６】
また、振動検出センサの設置位置を（基準軸１４回りの０°より大きく４５°以下の角度範囲で）変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つの振動検出センサの出力の位相差）を自由に設定することができる。
従って、変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００８７】
従って、本発明によれば、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１のａ−ａ断面図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】図１の動作説明図である。
【図５】図１の動作説明図である。
【図６】図１の動作説明図である。
【図７】図１の動作説明図である。
【図８】図１の動作説明図である。
【図９】図１の動作説明図である。
【図１０】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１１】図１０の動作説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１３】図１２の動作説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１５】図１４の動作説明図である。
【図１６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１７】図１４の動作説明図である。
【図１８】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図１９】図１８の動作説明図である。
【図２０】図１８の動作説明図である。
【図２１】図１８の動作説明図である。
【図２２】図１８の動作説明図である。
【符号の説明】
２ フランジ
６ ハウジング
１２ 上流側固定端部
１３ 下流側固定端部
１４ 基準軸
１４１ 基準軸
１４２ 基準軸
２０ 振動チューブ
２０１ 振動チューブ平面
２０２ 直線
２１ 振動検出センサ
２３ 振動検出センサ
２３１ コイル
２３２ マグネット
２４ 振動検出センサ
２４１ コイル
２４２ マグネット
２５ 中点
３１ 振動検出センサ
３３ 振動検出センサ
３３１ コイル
３３２ マグネット
３４ 振動検出センサ
３４１ コイル
３４２ マグネット
４１ 振動検出センサ
４３ 振動検出センサ
４３１ コイル
４３２ マグネット
４４ 振動検出センサ
４４１ コイル
４４２ マグネット
５１ 振動検出センサ
５３ 振動検出センサ
５３１ コイル
５３２ マグネット
５４ 振動検出センサ
５４１ コイル
５４２ マグネット
６１ 振動検出センサ
６３ 振動検出センサ
６３１ コイル
６３２ マグネット
６４ 振動検出センサ
６４１ コイル
６４２ マグネット
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、特開平１１−１０８７２３号に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
１１は、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、この基準軸１４の各点から、それぞれ所定距離の円周線上で単振動あるいは円運動をする緩やかなカーブをもつ形状を有する振動チューブである。
【０００４】
１５は、振動チューブ１１の中央部に設けられた励振器である。
この場合は、コイルとマグネットから成る。
１６，１７は、振動チューブ１１の両側にそれぞれ設けられた振動検出センサである。
この場合も、コイルとマグネットから成る。
【０００５】
以上の構成において、図１９は、図１８の振動チューブ１１のｂ−ｂ断面図、図２０は図１８の振動チューブ１１のａ−ａ，ｃ−ｃ断面図、図２１は振動チューブ１１の振動の様子を示す斜視図である。
図１９，図２０において、非励振状態の時、振動チューブ１１はＡの位置近傍にある。
【０００６】
励振状態になると、振動チューブ１１の中心は、基準軸１４から半径Ｒ（ｘ）離れた円周上を移動する。
断面ｂ−ｂの位置では、基準軸１４から半径Ｒ（ｂ） 離れた円周上を、断面ａ−ａやｃ−ｃの位置では、基準軸１４から半径Ｒ（ａ） や Ｒ（ｃ） 離れた円周上を、Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→（繰り返し）のように振動する。
【０００７】
図２１において、Ａ，Ｂ，Ｃは図１９，図２０の振動チューブ１１の各位置に一致する。なお、１２，１３は固定端部、１４は基準軸を示す。
【０００８】
振動チューブ１１は、基準軸１４から等距離にある円周面内のみでの振動なので、振動チューブ１１の位置がどこであっても、振動チューブ１１の長さが変わることはない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０８７２３号（第３−４頁、第１−４図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、ほとんどのコリオリ流量計で発生する問題だが、特に図１８従来例のように、振動チューブ１１が分岐部を持たない１本管で、その形状は大きな湾曲部を有さず、直線似のセミストレート管の場合に、問題が大きくなりやすい。
【００１１】
製造時の溶接による伸縮や、ハウジング６との温度差による熱膨張で、管軸方向（Ｘ方向）にわずかに変形が生じると、図２２で示したように、振動チューブ１１の湾曲方向（Ｚ方向）に大きな変形が生じる。
【００１２】
振動チューブ１１の形状等によるが、Ｚ方向変形は、Ｘ方向変形の数倍以上になるので、励振器付近の位置変形は数ｍｍになることもある。
振動チューブ１１に固定されたマグネット（あるいはコイル）が位置移動すると、ペアとなるコイル（あるいはマグネット）は、ハウジング６等の不動な場所に固定されているので、両者の間に位置ずれが生じる。
【００１３】
円筒のコイル内部にマグネットを配置した励振器や検出器の構造では、位置ずれがおきると、すぐに両者が接触してしまい、安定した振動ができなくなり、ひどい場合には破損してしまう。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１のコリオリ質量流量計においては、
振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部と下流側固定端部の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま前記上流側固定端部と下流側固定端部とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動チューブと、前記上流側固定端部と前記下流側固定端部の端部から等距離にある平面上に前記振動チューブをはさんで設けられた振動検出センサとを具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２のコリオリ質量流量計においては、請求項１記載のコリオリ質量流量計において、
前記振動検出センサとして、前記振動チューブの曲線が含まれる振動チューブ平面に垂直で且つ前記中点を含む直線上に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサと前記振動チューブ平面と平行で前記基準軸に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサとを具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３のコリオリ質量流量計においては、請求項１記載のコリオリ質量流量計において、
前記振動検出センサとして、前記振動チューブの曲線が含まれる振動チューブ平面に垂直で且つ前記中点を含む直線上に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向に高い感度を有し且つ前記振動チューブ平面と平行で前記基準軸に垂直な方向にも僅かの感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサを具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４のコリオリ質量流量計においては、請求項１記載のコリオリ質量流量計において、
前記振動検出センサとして、前記中点を中心に点対称に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサを具備したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１のａ−ａ断面図、図３から図９は図１の動作説明図である。
【００２０】
振動チューブ２０は、図１に示す如く、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３の中点２５を中心に点対称で、変曲点を３箇所有するＳ字形の形状をなし、緩やかなカーブをもつＳ字形の曲線形状を有する。
【００２１】
そして、点対称の曲線形状を保持したまま、後述する如く、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、基準軸１４の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする。
【００２２】
振動チューブ２０は、後述する如く、図４の Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→ のように位置を変えて振動をする。
このような振動を続ける為、図１８従来例に示したような励振器１５が必要だが、本発明とは直接は関係ないので、分かりやすくする為に、以後説明と図示を省略する。
【００２３】
２１は、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３の端部から等距離にある平面（以下中面と呼ぶ）上に振動チューブ２０をはさんで設けられた振動検出センサで、振動検出センサ２３と振動検出センサ２４とよりなる。
【００２４】
図２に、中面上での位置関係を示す。
振動検出センサ２３と、振動検出センサ２４は、振動チューブ２０の両側に設置されており、振動チューブ２０の振動状況を測定する。
【００２５】
この場合は、コイル２３１，２４１とマグネット２３２，２４２から構成されており、コイル２３１，２４１とマグネット２３２，２４２のいずれかが振動チューブ２０に、そして他方がハウジング６に固定されている。
この場合は、マグネット２３２，２４２が、ハウジング６に固定されている。振動検出センサ２３，２４は、図のＹ方向振動を測定するように配置されている。
【００２６】
今、励振による回転振動成分をＶｅ，コリオリ力によるＹ方向成分をＶｃと表示すると、図のように振動検出センサ２３と振動検出センサ２４とで、励振成分Ｖｅがお互い逆向きになっていることがわかる。
【００２７】
なお、通常の信号処理では、２つの信号出力の位相差δを求めて、質量流量を演算している。
センサ２３出力 Ｅｓｉｎωｔ＋Ｃｃｏｓωｔ＝√（Ｅ２＋Ｃ２）・ｓｉｎ（ωｔ＋δ）
センサ２４出力 Ｅｓｉｎωｔ−Ｃｃｏｓωｔ＝√（Ｅ２＋Ｃ２）・ｓｉｎ（ωｔ−δ）
ｔａｎδ＝Ｃ／Ｅ
【００２８】
図３では、振動系全体の動作状況を示している。振動チューブ２０の励振振動により、図のＶｅに示したような振動を起こす。
また発生するコリオリ力は、図のＶｃのような振動を起こす。それらの振動のＹ成分を２つの振動検出センサ２３，２４で測定する。
【００２９】
ところで、振動チューブ２０内を測定流体が流れると、その質量流量と角加速度に応じて、コリオリ力が発生する。
本発明では、図５のような振動チューブ２０の励振変形αで、図６に示したようなコリオリ力ベクトルβが発生し、このコリオリ力によって図７、図８に示したようなチューブの変形γが生じる。
【００３０】
励振変形とコリオリ力による変形を同スケールで表示してあるが、実際にはコリオリ力によって生じる変形は、非常に小さい。（励振振幅の数百〜数千分の１以下）
【００３１】
コリオリ流量計が稼働している状態では、図４あるいは図５の励振振動に図８あるいは図７のコリオリ振動が、重畳した状態になっている。
中点２５でのＹＺ断面を図９に示す。ハッチングしてあるのが、振動チューブ２０で、その周囲に測定点Ａから測定点Ｊまでの計１０ヶ所の測定点を配置した。
【００３２】
これら測定点は実際の流量計に全て備え付けられているわけではなく、本発明の原理説明の為、仮想的に設置したものであり、振動チューブ２０と各測定点は強固につながっていると想定している。
【００３３】
図の太線実線矢印は励振による回転振動速度を表すベクトルで、測定点Ｂと測定点Ｃのベクトル長さでわかるように、大きさは中心からの距離に比例する。
図の点線矢印は、コリオリ力によるＹ方向振動速度を示すベクトルで、この断面上のどの場所でも一様に同じ方向、同じ大きさになっている。
【００３４】
測定点Ａ、Ｆでは、コリオリ振動も励振振動も同じＹ方向であるが、測定点Ｂ，Ｃ，Ｇ，Ｈでは、励振振動の向きがＺ方向に傾いてくる。
測定点ＢとＣを較べると、Ｃの励振成分が大きいので、コリオリ成分を効率良く測定するには、基準軸に近いＢ点で、Ｙ方向振動を測定するのが有利であることがわかる。
【００３５】
さらに測定点Ｄ，Ｉになると、励振振動はＺ方向になり、コリオリ振動のＹ方向とは９０°方向が異なり区別が容易になる。
例えば測定点Ｄに、Ｙ方向にだけ感度を持つセンサを設置すれば、コリオリ振動のみが検出できるし、Ｚ方向にだけ感度を持つセンサを設置すれば、励振振動のみの検出が可能になる。
【００３６】
以上の構成において、振動チューブ２０は、図４に示す如く、 Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→ のように位置を変えて振動をする。
【００３７】
この結果、コイルとマグネットを利用した通常の検出器では、片側を振動チューブ２０に、反対側をハウジング６等の固定場所に設置するので、振動チューブ２０の位置がずれるとコイルとマグネットの位置関係がずれて安定した励振ができなくなるばかりか、最悪の場合接触して壊れてしまう。
【００３８】
製造時の歪みや、使用時の熱膨張等で振動チューブ２０の長さや形状が変化しても、振動チューブ２０の形状の点対称の中心である中点２５は、場所が移動することが無い。
【００３９】
本発明では、振動検出センサ２３，２４は中点２５上あるいはその近傍に設置するので、振動検出センサ２３，２４の絶対位置は変わらない、あるいは位置移動はあっても小さく、コイルとマグネットの相対位置関係も変わらない、あるいはその変化は小さい。
【００４０】
位置ずれが無い、あるいは小さいので、熱膨張に強く、安定した定常振動が確保でき、高安定・高精度の振動検出が可能になる。
すなわち、使用温度範囲が広く、温度変化に対し高安定、高精度な、流量計測、密度計測が可能になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００４１】
図１０は、本発明の他の実施例の要部構成説明図で、図１１は図１０の動作説明図である。
本実施例において、振動検出センサ３１として、振動チューブ２０の曲線が含まれる振動チューブ平面２０１に垂直で、且つ中点２５を含む直線２０２上に配置されている。
【００４２】
振動検出センサ３１は、振動チューブ平面２０１に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサ３４と、振動チューブ平面２０１と平行で基準軸１４に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサ３３とを有する。
【００４３】
すなわち、振動検出センサ３３は、Ｚ方向振動のみを検出する構造で、コリオリ力によるＹ方向振動Ｖｃには反応せず、励振による回転振動Ｖｅのみを測定する。
【００４４】
一方、振動検出センサ３４は、Ｙ方向振動のみを検出する構造で、励振による回転振動Ｖｅには反応せず、コリオリ力によるＹ方向振動Ｖｃのみを測定する。振動検出センサ３３、振動検出センサ３４の出力が、即、励振成分とコリオリ成分になる。
【００４５】
振動検出センサ３３の出力 Ｅｓｉｎωｔ
振動検出センサ３４の出力 Ｃｃｏｓωｔ
ここで、コリオリ成分振幅は、質量流量に比例した値になる。
また、共振周波数での自励振の為、密度計測や補正の為、励振成分の振幅と周波数も同時に測定する必要がある。
【００４６】
この結果、振動検出センサ３３，３４の出力として、励振振動成分１００％の出力と、コリオリ振動成分１００％の出力を得ることができる。
容易にこれらの出力を得られれるので、複雑な信号処理回路が不要になり、シンプルで、コスト安なコリオリ質量流量計が得られる。
【００４７】
図１２は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１３は図１２の動作説明図である。
【００４８】
本実施例において、振動検出センサ４１として、振動チューブ２０の曲線が含まれる振動チューブ平面２０１に垂直で、且つ中点２５を含む直線上に配置され、振動チューブ平面２０１に垂直な方向に高い感度を有し、且つ振動チューブ平面２０１と平行で、基準軸１４に垂直な方向にも僅かの感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサ４３，４４を有する。
【００４９】
すなわち、振動チューブ２０の曲線が含まれる振動チューブ平面２０１に垂直で、且つ中点２５を含む直線上に、振動チューブ２０をはさんで振動検出センサ４３，４４が設置される。
【００５０】
その場所では、励振力による回転振動ＶｅはＺ方向に、コリオリ力による並進振動はＹ方向に向いている。
振動検出センサ４３と、振動検出センサ４４は、Ｙ方向振動検出感度が高く、検出感度は低いがＺ方向振動も検出可能な特性を有する。
【００５１】
例えば、図１２のようにマグネット４３２，４４２とコイル４３１，４４１の向きをＹ軸から若干Ｚ方向に曲げることでこのような特性を実現できる。
このような特性のセンサを用いることで、Ｙ方向のコリオリ振動Ｖｃは感度良く検出し、Ｚ方向の励振振動Ｖｅも感度は悪いが測定できる。
【００５２】
そもそも励振振動はコリオリ振動の数百〜数千倍以上と非常に大きい。
感度を落として、コリオリ振動成分の励振振動に対する比を大きくしたほうが、両センサ出力の位相差も大きくなり、その後の信号処理が楽となる。
【００５３】
この結果、コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分はフルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００５４】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を持つセンサを用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になる。
【００５５】
２つの振動検出センサ４３，４４の出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
図１０実施例のように両成分を、センサのみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
【００５６】
本発明のように、両成分を適度に含んだセンサ出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定なコリオリ質量流量計を実現しやすいメリットがある。
【００５７】
また、センサの検出方向感度を変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つのセンサ出力の位相差）を自由に設定することができる。
変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００５８】
図１４は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１５は図１４の動作説明図である。
本実施例においては、振動検出センサ５１として、中点を中心に点対称に配置され振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有し、励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサ５３，５４を有する。
【００５９】
すなわち、図１４に示す如く、Ｙ方向向きに設置された２つの振動検出センサ５３，５４は、Ｙ方向のみに感度を有する。
両センサ５３，５４は中面上に存在し、かつ図のＸＹ平面から、１４基準軸（Ｘ軸）回りにおよそ４５°以下（但し０°は除く）の範囲に、振動チューブ２０を挟んで設置されている。
【００６０】
このような場所では、励振力による回転振動ＶｅはＺ方向から多少Ｙ方向にずれた向きに、コリオリ力による並進振動はＹ方向に向いている。
このような特徴、配置のセンサ５３，５４を用いることで、Ｙ方向振動のコリオリ振動Ｖｃは感度良く検出するが、励振振動ＶｅのＹ方向成分は小さいので、測定はできるが感度が低い。
【００６１】
励振振動はコリオリ振動の数百〜数千倍以上と非常に大きい。
感度を落としてその両者の比を近づけた方が、両センサ出力の位相差も大きくなり、その後の信号処理が楽である。
【００６２】
この結果、図１２実施例では、コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分は、フルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００６３】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を有する振動検出センサ５３，５４を用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００６４】
２つのセンサ５３，５４の出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
【００６５】
図１０実施例のように両成分を、センサ３３，３４のみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
本発明のように、両成分を適度に含んだ振動検出センサ５３，５４の出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定な流量計を実現しやすいメリッがある。
【００６６】
また、振動検出センサ５３，５４の設置位置を（基準軸１４回りの０°より大きく４５°以下の角度範囲で）変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つの振動検出センサ５３，５４の出力の位相差）を自由に設定することができる。
従って、変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００６７】
図１６は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１７は図１６の動作説明図である。
本実施例においては、振動チューブは１本管式でなく、２本平行管１８，１９式の場合である。
【００６８】
２本の振動チューブ１８，１９は対称な方向に振動し、振動検出センサ６１は、それら２つの振動チューブ１８，１９間の相対振動を測定する振動検出センサ６３，６４を有する。
【００６９】
なお、前述の実施例においては、振動検出センサ２１，３１，４１，５１，６１はコイルとマグネットで構成されると説明したが、これに限ることはなく、たとえば、光（レーザー）反射方式、渦電流検出方式、加速度測定方式等であっても良く、要するに、振動チューブ１８，１９，２０の振動を測定出来るものであれば良い。
【００７０】
また、振動チューブをはさんで２つの振動検出センサを配置するというのは、必ずしも、振動チューブ１８，１９，２０を中心に２つの振動検出センサ２３，２４，６３，６４が対称である必要はない。
例えば、図９において、振動チューブの両側、測定点ＢとＥに振動検出センサがあるような位置関係でも良い。
【００７１】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
コイルとマグネットを利用した通常の検出器では、片側を振動チューブ２０に、反対側をハウジング等の固定場所に設置するので、振動チューブの位置がずれるとコイルとマグネットの位置関係がずれて安定した励振ができなくなるばかりか、最悪の場合接触して壊れてしまう。
【００７３】
製造時の歪みや、使用時の熱膨張等で振動チューブの長さや形状が変化しても、振動チューブの形状の点対称の中心である中点は、場所が移動することが無い。
【００７４】
本発明では、振動検出センサは中点上あるいはその近傍に設置するので、振動検出センサの絶対位置は変わらない、あるいは位置移動はあっても小さく、コイルとマグネットの相対位置関係も変わらない、あるいはその変化は小さい。
【００７５】
位置ずれが無い、あるいは小さいので、熱膨張に強く、安定した定常振動が確保でき、高安定・高精度の振動検出が可能になる。
すなわち、使用温度範囲が広く、温度変化に対し高安定、高精度な、流量計測、密度計測が可能になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００７６】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
振動検出センサの出力として、励振振動成分１００％の出力と、コリオリ振動成分１００％の出力を得ることができる。
容易にこれらの出力を得られれるので、複雑な信号処理回路が不要になり、シンプルで、コスト安なコリオリ質量流量計が得られる。
【００７７】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分はフルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００７８】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を持つセンサを用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になる。
【００７９】
２つの振動検出センサの出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
請求項２のように両成分を、センサのみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
【００８０】
本発明のように、両成分を適度に含んだセンサ出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定なコリオリ質量流量計を実現しやすいメリッがある。
【００８１】
また、センサの検出方向感度を変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つのセンサ出力の位相差）を自由に設定することができる。
変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００８２】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
請求項３では、コリオリ成分に関しては感度良く検出でき、励振成分検出感度は悪くなる。
コリオリ成分は、フルスケール流量が流れたときでも、励振成分の百〜数千分の一以下と非常に小さい。
【００８３】
励振振動に重畳した僅かなコリオリ成分を分離検出するのは難しいが、上記のような特徴を有する振動検出センサを用いれば、コリオリ成分はそのままに、励振成分を抑えることで、両者の大きさを近づけることが可能になり、コリオリ成分の分離検出が容易になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００８４】
２つのセンサの出力の位相差で考えると、通常は数μｒａｄ程度の非常に小さい位相差を測定しなくてはならないが、これが数十μｒａｄ〜数ｍｒａｄの測定であれば、かなり信号処理が楽になる。
【００８５】
請求項２のように両成分を、センサのみで完全に分離するのも一つの方法だが、調整は難しくなる。
本発明のように、両成分を適度に含んだ振動検出センサの出力を用い、あとは変換器で信号分離処理をする方法は、調整が容易で、高精度、高安定な流量計を実現しやすいメリッがある。
【００８６】
また、振動検出センサの設置位置を（基準軸１４回りの０°より大きく４５°以下の角度範囲で）変えることで、コリオリ成分と励振成分の比（２つの振動検出センサの出力の位相差）を自由に設定することができる。
従って、変換器側の都合に合わせて、自由な成分比（位相差）とすることができるコリオリ質量流量計が得られる。
【００８７】
従って、本発明によれば、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が検出できる振動検出センサを有するコリオリ質量流量計を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１のａ−ａ断面図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】図１の動作説明図である。
【図５】図１の動作説明図である。
【図６】図１の動作説明図である。
【図７】図１の動作説明図である。
【図８】図１の動作説明図である。
【図９】図１の動作説明図である。
【図１０】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１１】図１０の動作説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１３】図１２の動作説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１５】図１４の動作説明図である。
【図１６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１７】図１４の動作説明図である。
【図１８】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図１９】図１８の動作説明図である。
【図２０】図１８の動作説明図である。
【図２１】図１８の動作説明図である。
【図２２】図１８の動作説明図である。
【符号の説明】
２ フランジ
６ ハウジング
１２ 上流側固定端部
１３ 下流側固定端部
１４ 基準軸
１４１ 基準軸
１４２ 基準軸
２０ 振動チューブ
２０１ 振動チューブ平面
２０２ 直線
２１ 振動検出センサ
２３ 振動検出センサ
２３１ コイル
２３２ マグネット
２４ 振動検出センサ
２４１ コイル
２４２ マグネット
２５ 中点
３１ 振動検出センサ
３３ 振動検出センサ
３３１ コイル
３３２ マグネット
３４ 振動検出センサ
３４１ コイル
３４２ マグネット
４１ 振動検出センサ
４３ 振動検出センサ
４３１ コイル
４３２ マグネット
４４ 振動検出センサ
４４１ コイル
４４２ マグネット
５１ 振動検出センサ
５３ 振動検出センサ
５３１ コイル
５３２ マグネット
５４ 振動検出センサ
５４１ コイル
５４２ マグネット
６１ 振動検出センサ
６３ 振動検出センサ
６３１ コイル
６３２ マグネット
６４ 振動検出センサ
６４１ コイル
６４２ マグネット
Claims (4)
- 振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部と下流側固定端部の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま前記上流側固定端部と下流側固定端部とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動チューブと、
前記上流側固定端部と前記下流側固定端部の端部から等距離にある平面上に前記振動チューブをはさんで設けられた振動検出センサと
を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。 - 前記振動検出センサとして、
前記振動チューブの曲線が含まれる振動チューブ平面に垂直で且つ前記中点を含む直線上に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサと前記振動チューブ平面と平行で前記基準軸に垂直な方向のみに感度を有する振動検出センサと
を具備したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。 - 前記振動検出センサとして、
前記振動チューブの曲線が含まれる振動チューブ平面に垂直で且つ前記中点を含む直線上に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向に高い感度を有し且つ前記振動チューブ平面と平行で前記基準軸に垂直な方向にも僅かの感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサ
を具備したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。 - 前記振動検出センサとして、
前記中点を中心に点対称に配置され前記振動チューブ平面に垂直な方向のみに感度を有し励振振動振幅に対するコリオリ振動振幅の比が大きくなるようにされた振動検出センサ
を具備したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002336616A JP3937220B2 (ja) | 2002-11-20 | 2002-11-20 | コリオリ質量流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002336616A JP3937220B2 (ja) | 2002-11-20 | 2002-11-20 | コリオリ質量流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004170255A true JP2004170255A (ja) | 2004-06-17 |
| JP3937220B2 JP3937220B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=32700403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002336616A Expired - Fee Related JP3937220B2 (ja) | 2002-11-20 | 2002-11-20 | コリオリ質量流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3937220B2 (ja) |
-
2002
- 2002-11-20 JP JP2002336616A patent/JP3937220B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3937220B2 (ja) | 2007-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5945609A (en) | Mass flowmeter for measuring flow rate of a fluid | |
| US5728952A (en) | Vibration measuring instrument | |
| JP3565588B2 (ja) | 振動型測定器 | |
| JP3327325B2 (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JP2019502130A (ja) | コリオリ流量計 | |
| JP3937220B2 (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JP3058094B2 (ja) | 質量流量計 | |
| JP2003227741A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH08193864A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JP2000046613A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH11108723A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JP7328832B2 (ja) | コリオリ流量計 | |
| JP3475786B2 (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JP3521263B2 (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JP3555652B2 (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH1151733A (ja) | 振動式測定装置 | |
| JPH0882541A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH1144564A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH1137820A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH0783718A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH1123341A (ja) | コリオリ質量流量計 | |
| JPH0712612A (ja) | コリオリ式質量流量計 | |
| JP3407236B2 (ja) | 質量流量計 | |
| JPS63233328A (ja) | 質量流量計 | |
| JP2004108916A (ja) | コリオリ質量流量計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050208 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070223 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070301 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070314 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100406 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110406 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120406 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130406 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130406 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140406 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |