JP2005106574A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はマグネットとコイルとの相対的な位置ずれにより検出感度が低下することを課題とする。
【解決手段】 質量流量計１０は、密閉された収納ケース１２の内部に挿入された１本のセンサチューブ１４と、センサチューブ１４の長手方向の中間部分を加振する加振器１６と、振動するセンサチューブ１４の流入側の変位を検出する流入側ピックアップ１８と、振動するセンサチューブ１４の流出側の変位を検出する流出側ピックアップ２０とを有する。駆動用マグネット１６ａ，１６ｂ及び検出用マグネット１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、夫々センサチューブ１４の外周に形成された取付面１４ａ〜１４ｆに固着されている。従って、各マグネットからの磁束が各コイルの軸心を通るように位置合わせすることが可能になり、その結果、計測時の検出感度がより高められると共に、効率良く加振力を付与することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動式測定装置に係り、特にセンサチューブを加振してコリオリ力によるセンサチューブの変位を検出して流量または密度を計測するよう構成した振動式測定装置に関する。

流体が供給された管路を振動させて流体の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリオリ式質量流量計又は振動式密度計がある。以下、コリオリ式質量流量計について説明する。

このコリオリ式質量流量計では、被測流体が通過するセンサチューブを加振器により半径方向に振動させ、流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの変位をピックアップにより検出するよう構成されている。また、振動式密度計も上記コリオリ式質量流量計と同様な構成になっており、センサチューブが被測流体の密度に応じた周波数で振動する。

従来の振動式測定装置としては、例えば、コリオリ式質量流量計の場合、一対のセンサチューブに流体を流し、加振器（駆動コイル）の駆動力により一対のセンサチューブを互いに近接、離間する方向に振動させる構成とされている（例えば、特許文献１参照）。

また、加振器及びピックアップは、マグネットとコイルとから構成されており、加振器の駆動コイルに駆動パルスまたは正負のある交番電圧（交流信号）が入力されると、センサチューブに取り付けられた駆動用マグネットに対して吸引力または反発力を作用させてセンサチューブを振動させ、振動するセンサチューブに取り付けられた検出用マグネットの変位をピックアップのセンサコイル（検出部）から出力される検出信号により検出するようになっている。

そして、コリオリの力は、センサチューブの振動方向に働き、かつ入口側と出口側とで逆向きであるのでセンサチューブに捩れが生じ、この捩れ角が質量流量に比例する。従って、一対のセンサチューブの入口側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を検出するピックアップ（振動センサ）を設け、両センサの出力検出信号の時間差を計測して上記センサチューブの捩れ、つまり質量流量を計測している。

ところが、例えば自動車の燃料として使用されるＣＮＧ（Compressed Natural Gas）等の高圧に加圧された圧縮性天然ガスを給送するガス供給系路に上記質量流量計を設けて流量計測を行う場合、センサチューブの耐圧強度を高める必要がある。

しかしながら、センサチューブの肉厚を厚くすると、センサチューブを振動させる加振器の駆動力を大きくしなければならず、且つセンサチューブの剛性が高くなった分、計測時の共振振幅が小さくなって外乱の影響を受けやすくなったり、流量計測時、流入側及び流出側の振動センサの位相差（ねじれ角）が小さくなったりして、計測精度が低下するといった課題が生じる。

そこで、従来の振動式測定装置では、センサチューブの圧力供給孔から収納ケース内に被測流体を供給することにより、センサチューブの内部と外部との圧力をバランスさせて、センサチューブの耐圧強度を高めなくても高圧流体を計測することができるようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３３１４０６号公報

また、従来の振動式測定装置では、上記のように収納ケースの内部に被測流体を充填させて高圧流体を計測する場合、加振器及びピックアップが収納ケースの内部に収納されているため、被測流体が燃料等の可燃性流体である場合には、加振器の駆動コイル及びピックアップのセンサコイルを被測流体に接触しないように防爆ケースなどで覆う必要があり、電気信号によるスパークが生じない構成とする必要があった。

さらに、被測流体によっては、加振器のマグネットやコイルの材質や絶縁被覆に影響を与える場合や、電気配線を内部まで通過させるために収納ケースに貫通端子を設けたりする必要があった。

このような問題を解消するため、電気信号が入出力される加振器の駆動コイルやピックアップのセンサコイルを収納ケースの外部に設けることが検討されている。

しかも、センサチューブに取り付けられるマグネットには、希土類の材料が使われる場合が多いが、希土類の金属は、水素と化合しやすく、水素雰囲気中では、磁力の低下や破壊される場合があり、被測流体に接触する場所での使用が難しかった。

そのため、燃料電池車の燃料タンクに高圧水素を充填する充填装置の燃料供給経路に質量流量計を設ける場合、センサチューブの耐圧強度を小さくして計測精度を高めるため、センサチューブを収納する収納ケース内にも被測流体が充填させる構成が採用されると、センサチューブに取り付けられたマグネットが水素に接触してしまいマグネットの磁力の低下や破壊を招くおそれがあったので、水素が浸透しにくい材質（例えば、ステンレス材）でマグネットを覆う必要があった。

さらに、センサチューブの計測感度を上げるため、被測流体の圧力脈動に耐えうる限界まで薄肉化している。そのため、薄肉化されたセンサチューブにかかる荷重を軽減するため、センサチューブの外周に直接固定されるマグネットの小型化及び軽量化を行う必要があった。

このように、従来のものは、加振器の駆動コイルやピックアップのセンサコイルを収納ケースの外部に設け、且つ小型化されたマグネットの周囲を水素が浸透しにくい材質で覆うように構成した場合には、各コイルとマグネットとの距離が離れると共に、マグネットからの磁力が弱まり、コイルでの検出感度が低下するという問題があった。

さらに、従来は、断面形状が円形のセンサチューブにマグネットを固定する際にマグネットが周方向にずれやすく、マグネットの軸心を各コイルの軸心と一致するように固定することが難しいため、検出感度が低下するという問題があった。

また、加振器の駆動コイルと駆動マグネットとの間では、上記理由による磁力低下によって駆動力不足が生じると、センサチューブの加振力が十分に得られないという問題もある。
そこで、本発明は上記問題を解決した振動式測定装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、本体と、被測流体が流れるセンサチューブと、前記センサチューブに取り付けられた駆動用磁石と、前記本体側に設けられ、前記駆動用磁石を振動方向に駆動する駆動コイルとからなる加振器と、前記センサチューブに取り付けられた検出用磁石と、前記本体側に設けられ、前記検出用磁石の変位を検出する検出部とからなるピックアップと、を有する振動式測定装置において、前記センサチューブの外周のうち少なくとも前記駆動用磁石及び前記検出用磁石の何れか一方の取付位置に平面状の取付面を形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記取付面は、前記センサチューブの長手方向上、前記駆動コイル、前記検出部の取付位置と一致する位置に形成されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記センサチューブの同一長さ位置に前記取付面を２方向から形成し、一対の取付面が平行となるように形成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記取付面の両側から断面形状がコ字状に形成された磁石取付台を設け、前記一対の磁石取付台の平面部に前記駆動用磁石、前記検出用磁石を固定したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記本体を内部に密閉された空間が形成された収納ケースとし、前記収納ケース内に前記センサチューブを設け、前記収納ケースの外壁に前記駆動コイルを設け、前記収納ケースの外壁に前記検出部を設けたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、センサチューブの外周に形成された取付面に駆動用磁石及び検出用磁石を取り付けることにより、磁石と各コイルとの位置合わせが容易に行えるので、マグネットの軸心と各コイルの軸心とを一致させて検出感度をより高めることが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、取付面を駆動コイル、検出部の取付位置と一致する位置に設けるため、検出感度をより高めることが可能になると共に、加振力を確保することができる。

請求項３記載の発明によれば、センサチューブの外周の同一長さ位置に２方向から取付面を形成することにより、検出感度をより高めることが可能になると共に、加振力を確保することができる。

請求項４記載の発明によれば、磁石取付台を取付面の両側から嵌合させて磁石取付台の平面部に各磁石を固定することにより、各磁石の取付精度を高め、ひいては検出感度をより高めることが可能になると共に、加振力を確保することができる。

請求項５記載の発明によれば、磁石の取付高さ（センサチューブの中心からの外径）が低くなり、その分、収納ケースの外径を小さくして磁石と各コイルとの距離を小さくできるので、この点からも検出感度をより高めることが可能になる。また、加振器の駆動コイルと駆動磁石との間では、磁力が確保されてセンサチューブを十分に加振することが可能になり、駆動力不足を解消することができる。

以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。

図１は本発明になる振動式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質量流量計の横断面図である。図２は図１中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。図３は図１中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。

尚、振動式測定装置は、被測流体の密度、及び密度を利用して質量流量を求めることができるため、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用いられる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用いた場合について詳細に説明する。

図１乃至図３に示されるように、質量流量計１０は、密閉された収納ケース１２（本体）の内部に挿入された１本のセンサチューブ１４と、センサチューブ１４の長手方向の中間部分を加振する加振器１６と、振動するセンサチューブ１４の流入側の変位を検出する流入側ピックアップ１８と、振動するセンサチューブ１４の流出側の変位を検出する流出側ピックアップ２０とを有する。また、収納ケース１２は、例えば、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。

加振器１６、流入側ピックアップ１８、流出側ピックアップ２０は、センサチューブ１４の軸線に対して対称に配置され、且つ加振器１６を中心に流入側ピックアップ１８と流出側ピックアップ２０とが対称に設けられている。

収納ケース１２は、円筒状に形成されており、両端開口が円盤状に形成されたフランジ２２，２４によって閉塞されている。尚、フランジ２２，２４は、収納ケース１２の端部に溶接等によって一体的に固着される。

また、収納ケース１２は、被測流体がＣＮＧのような高圧流体が内部空間２６に充填されても圧力に耐えられるように耐圧強度が確保されている。

センサチューブ１４は、直管状に形成された金属パイプからなり、一端１４ａが流入側のフランジ２２を貫通する取付孔２２ａに挿入された状態で固着され、他端１４ｂが流出側のフランジ２４を貫通する取付孔２４ａに遊嵌状態で挿入される。また、センサチューブ１４の一端１４ａの外周には、円盤状の流入側支持板２８が嵌合固定され、流入側支持板２８の外周が収納ケース１２の一端に形成された環状の凹部１２ａに嵌合固定される。

また、センサチューブ１４の他端１４ｂの外周には、円盤状の流出側支持板３０が嵌合固定され、流出側支持板３０の外周が収納ケース１２の他端に形成された環状の凹部１２ｂに嵌合固定される。さらに、取付孔２４ａの内周には、鉤型の溝２４ｂが形成されている。

そして、流出側支持板３０は、鉤型の溝２４ｂに挿入される突起３２が設けられ、且つ突起３２に連続するように収納ケース１２の内周よりも内側に形成された凹部３０ａが設けられている。そのため、センサチューブ１４の他端１４ｂは、上記溝２４ｂと突起３２、及び凹部３０ａと収納ケース１２の内壁との間に形成された通路３４を介して内部空間２６に連通される。

よって、センサチューブ１４に流入された被測流体は、他端１４ｂから通路３４を通過して内部空間２６に供給される。これにより、センサチューブ１４の内部圧力と内部空間２６の圧力が平衡になり、センサチューブ１４の内部と外部との圧力差が小さくなる。

これにより、センサチューブ１４の肉厚を被測流体の圧力に応じた厚さにする必要がなくなり、例えば、ＣＮＧのように２０ＭＰａ以上の高圧で供給されるガスを計測する場合でもセンサチューブ１４の肉厚を厚くして耐圧強度を高める必要が無く、加振器１５の駆動力を増大させる必要もない。

センサチューブ１４の中間部分の外周には、加振器１６の駆動用マグネット１６ａ，１６ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。また、センサチューブ１４の加振器１６より流入側の外周には、流入側ピックアップ１８の検出用マグネット１８ａ，１８ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。また、センサチューブ１４の加振器１６より流出側の外周には、流出側ピックアップ２０の検出用マグネット２０ａ，２０ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。

駆動用マグネット１６ａ，１６ｂ及び検出用マグネット１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、夫々センサチューブ１４の外周に形成された取付面１４ａ〜１４ｆに固着されている。この取付面１４ａ〜１４ｆは、直方体形状の各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂを安定した状態で取り付けられるように、センサチューブ１４の外周をプレス加工することにより形成された平面である。そのため、各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂを取り付ける際の位置合わせが容易に行えると共に、マグネット取付精度を高めることが可能になる。

さらに、収納ケース１２の外周には、マグネット１６ａ，１６ｂに対向する駆動コイル１６ｃ，１６ｄと、マグネット１８ａ，１８ｂに対向するセンサコイル１８ｃ，１８ｄと、マグネット２０ａ，２０ｂに対向するセンサコイル２０ｃ，２０ｄとが取り付けられている。このように、質量流量計１０では、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄが収納ケース１２の外周に設けられているので、例えば、収納ケース１２の内部にＣＮＧのような可燃性ガスが充填されても電気系統からのスパークが引火する可能性が無いので、安全性が確保されている。

また、収納ケース１２の外周には、マグネット１６ａ，１６ｂに対向する駆動コイル１６ｃ，１６ｄと、マグネット１８ａ，１８ｂに対向するセンサコイル１８ｃ，１８ｄと、マグネット２０ａ，２０ｂに対向するセンサコイル２０ｃ，２０ｄとが取り付けられ取付面１２ａ〜１２ｆが設けられている。そして、センサチューブ１４は、取付面１４ａ〜１４ｆが収納ケース１２の取付面１２ａ〜１２ｆと平行且つ対向するように位置調整される。

図２及び図３に示されるように、センサチューブ１４の取付面１４ａ〜１４ｆは、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ、センサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄの取付面１２ａ〜１２ｆと対向するように、長手方向上一致する位置に設けられている。そのため、各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、取付面１４ａ〜１４ｆの両側から嵌合固定された一対の取付台３５の平面３５ａ，３５ｂに当接した状態で接着等の締結手段により保持されている。

また、取付台３５は、センサチューブ１４の負担を軽減するため、樹脂材により成形されている。そして、取付台３５は、センサチューブ１４の取付面１４ａ〜１４ｆを側方から把持するようにコ字状に形成されており、取付面１４ａ〜１４ｆに対してがたつきのない安定状態に固着される。従って、取付面１４ａ〜１４ｆと平行に形成された取付台３５の平面３５ａに固着された各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、各コイル１６ｃ，１６ｄ，１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄと同軸上に位置するように取り付けられる。

よって、各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂからの磁束が各コイル１６ｃ，１６ｄ，１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄの軸心を通るように位置合わせすることが可能になり、その結果、計測時の検出感度がより高められると共に、効率良く加振力を付与することが可能になる。

さらに、駆動コイル１６ｃ，１６ｄの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心１６ｅ，１６ｆが挿入されている。そのため、駆動コイル１６ｃ，１６ｄが収納ケース１２の外周に設けられていても駆動コイル１６ｃ，１６ｄにより生じた磁束は、収納ケース１２を貫通してマグネット１６ａ，１６ｂに到達する。これにより、駆動コイル１６ｃ，１６ｄは、収納ケース１２の外周からマグネット１６ａ，１６ｂを振動方向（Ｙ方向）に加振することができる。

加振器１６は、上記マグネット１６ａ，１６ｂと、駆動コイル１６ｃ，１６ｄとから構成されており、駆動コイル１６ｃ，１６ｄに交互に正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット１６ａ，１６ｂが吸引または反発することで、センサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に振動させる。

流入側ピックアップ１８は、上記マグネット１８ａ，１８ｂと、センサコイル（検出部）１８ｃ，１８ｄとから構成されており、マグネット１８ａ，１８ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴ってセンサコイル１８ｃ，１８ｄに対して近接・離間するため、センサコイル１８ｃ，１８ｄからマグネット１８ａ，１８ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。

流出側ピックアップ２０は、上記マグネット２０ａ，２０ｂと、センサコイル（検出部）２０ｃ，２０ｄとから構成されており、マグネット２０ａ，２０ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴ってセンサコイル２０ｃ，２０ｄに対して近接・離間するため、センサコイル２０ｃ，２０ｄからマグネット２０ａ，２０ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。さらに、センサコイル２０ｃ，２０ｄの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心２０ｅ，２０ｆが挿入されている。

質量流量計１０では、上記のように収納ケース１２の内部空間２６に被測流体が充填されてセンサチューブ１４の内部と外部との圧力差が小さくなるので、センサチューブ１４の肉厚を小さくすることで、加振器１６の駆動力を小さくすることが可能になり、加振器１６の駆動コイル１６ｃ，１６ｄに流れる電流値を小さくして消費電力を節約することができる。

しかも、センサチューブ１４は、肉薄形状の金属パイプからなるため、コリオリ力によるセンサチューブ１４の変形・変位が大きくなり、ピックアップ１６より大きな出力が得られ、ＳＮ比を改善することができると共に、計測精度が向上する。

収納ケース１２の外周に設けられた加振器１６の駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びピックアップ１８，２０のセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄは、ケーブル３６ａ〜３６ｆを介して流量計測制御回路３８と接続されている。駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄ及びケーブル３６ａ〜３６ｆは、収納ケース１２の内部に挿入されないため、安全性が高まる。

流量計測制御回路３８は、本質安全防爆バリア回路、励振・時間差検出回路、ヤング率・Ｖ／Ｆ変換回路、出力回路、電源回路、減衰率検出回路、判別回路、制御回路（夫々図示せず）等を有する。

流量計測時、上記構成になる質量流量計１０において、流量計測制御回路３８によって加振器１６が駆動され、センサチューブ１４の振動特性（固有振動数）に応じた周期、振幅でセンサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に加振させる。

このように、振動するセンサチューブ１４に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力が発生する。そのため、直管状のセンサチューブ１４の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側ピックアップ１８と流出側ピックアップ２０との出力信号に位相差が生じる。

流量計測制御回路３８は、上記流入側の出力信号と流出側の出力信号との位相差が流量に比例するため、当該位相差に基づいて流量を演算する。よって、センサチューブ１４の変位が流入側ピックアップ１８及び流出側ピックアップ２０により検出されると、上記センサチューブ１４の振動に伴う上記位相差が流量計測制御回路３８により質量流量に変換される。

ここで、上記センサチューブ１４を加振器１５により振動させて被測流体の流量を計測する場合の原理について説明する。

図４は加振器１５がセンサチューブ１４を振動させる状態を模式的に示す図である。図５は振動するセンサチューブ１４に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。

図４に示されるように、流量計測時は、加振器１６の駆動コイル１６ｃ，１６ｄに対して上記流量計測制御回路３８の励振回路から正負のある交番電圧（交流信号）が交互に出力されることで、センサチューブ１４の中間部分が共振状態で振動する。

すなわち、加振器１６は、一方の駆動コイル１６ｃがマグネット１６ａに対して反発力を付与すると共に、他方の駆動コイル１６ｄがマグネット１６ｂに対して吸引力を付与する。これにより、加振器１６は、センサチューブ１４の中間部分をＹ方向に押圧する加振力Ｆａを発生させる。これにより、センサチューブ１４は、両端１４ａ，１４ｂを節として中間部分が一点鎖線で示すように円弧状に撓む。

また、加振器１６は、一方の駆動コイル１６ｃがマグネット１６ａに対して吸引力を付与すると共に、他方の駆動コイル１６ｄがマグネット１６ｂに対して反発力を付与する。これにより、センサチューブ１４は、両端１４ａ，１４ｂを節として中間部分が破線で示すように円弧状に撓む。

このように、駆動コイル１６ｃ，１６ｄに交互に正逆の電圧を印加することで、センサチューブ１４は、一定の周期、振幅で振動する。そして、振動しているセンサチューブ１４内を被測流体が流れるときにコリオリの力が生じる。

また、駆動コイル１６ｃ，１６ｄに１８０度に位相差を持ったオン・オフのパルス信号を与えた場合は、オフ時には吸引力もしくは反発力が発生しないが、センサチューブ１４の振動の慣性により全く同じ動きをする。

図５に示されるように、センサチューブ１４の流入側と流出側とでは、逆方向のコリオリ力＋Ｆ，−Ｆが作用する。これにより、センサチューブ１４は、流入側と流出側とで振動に位相差が生じる。

すなわち、センサチューブ１４の中間部分が図４中一点鎖線で示すように駆動されるとき、図５中一点鎖線で示すようにセンサチューブ１４の流入側にコリオリ力＋Ｆが作用し、センサチューブ１４の流出側にコリオリ力−Ｆが作用する。また、センサチューブ１４が図４中破線で示すように駆動されるとき、図５中破線で示すようにセンサチューブ１４の流入側にコリオリ力−Ｆが作用し、センサチューブ１４の流出側にコリオリ力＋Ｆが作用する。

このセンサチューブ１４の変位は、ピックアップ１８，２０のセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄにより検出され、流量計測制御回路３８において、加振器１５に入力された入力信号との時間差Δｔの信号に変換され、さらに流量パルスに変換される。

即ち、流量計測制御回路３８は、次式の演算を行って質量流量Ｑｍを算出する。
Ｑｍ＝Ａ・Δｔ…（１）
但し、Ａは質量流量計固有の定数である。

尚、上記実施例では、１本のセンサチューブ１４が収納ケース１２の内部に挿通される構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、２本のセンサチューブを平行に配置して２本のセンサチューブの相対変位を検出するようにして良いのは勿論である。

ここで、上記マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂの構成について説明する。尚、マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、夫々同一構成であるので、以下マグネット１６ａの構成について説明し、それ以外のマグネットの説明は省略する。

図６はマグネット１６ａの構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
図６（Ａ）（Ｂ）に示されるように、マグネット１６ａは、磁性材からなる直方体形状とされた永久磁石７０と、永久磁石７０の全表面を覆うように直方体形状とされたカバー部材７２とから構成されている。永久磁石７０は、カバー部材７２の密閉された空間７２ａに収納されており、外部と遮断されている。

マグネット１６ａは、上面と下面との間で磁力線が形成されており、例えば、上面側がＮ極とすると、下面側がＳ極となるように着磁されている。また、マグネット１６ａは、磁力線が増大するようにセンサチューブ１４の長手方向に沿うように長方形に形成されている。

カバー部材７２は、例えば、非磁性体のステンレス鋼などの高圧水素が金属分子間に浸透することを防止することのできるような強固なもので、且つ、水素脆性に強い材質で形成されている。

そのような材質としては、オーステナイト系ステンレス鋼が条件に適しており、その中でもモリブデンが組成に含まれているものが好適である。さらに、低炭素鋼（化学成分として、炭素が０．０４％以下）であれば、なお好適である。また、ステンレス鋼以外では、ガラス等も考えられる。

また、カバー部材７２の製造方法としては、金属板をプレス加工して永久磁石７０の外周を覆うような形状に加工し、継目を溶接などで接合させるような金属加工技術により形成する方法を採用しても良い。あるいは、めっきなどにより永久磁石７０の表面に直接金属膜を被覆形成する方法も考えられる。

永久磁石７０は、例えば、希土類の金属により形成されている場合、水素と化合しやすく、水素雰囲気中においては、磁力の低下や破壊される場合がある。しかしながら、永久磁石７０の全表面をカバー部材７２で覆うことにより、永久磁石７０が被測流体である高圧水素に接触することが防止され、磁力の低下や破壊されることがない。

そのため、質量流量計１０では、センサチューブ１４の耐圧強度を小さくして計測精度を高めるため、センサチューブ１４を収納する収納ケース１２内にも被測流体（水素）が充填させる構成が採用されても、センサチューブ１４に取り付けられた永久磁石７０が水素に接触することが防止され、燃料電池車の燃料タンクに高圧水素を充填する充填装置の燃料供給経路で水素充填量を計測することが可能になる。

図７はセンサチューブ１４を２方向からプレス加工する前の状態を示す工程図である。図８はセンサチューブ１４を２方向からプレス加工した状態を示す工程図である。
図７に示されるように、内部に流路を有するセンサチューブ１４は、外周にも被測流体の圧力がかるため、供給圧力に耐えるように肉厚は必要なく、被測流体の圧力脈動により生じる内外圧力差に耐えうる所定の肉厚を有し、円形断面とされたパイプ材７４を２方向からプレス加工される。例えば、固定台７６の上面７６ａにパイプ材７４を載置し、上方からプレス部材７６の下面７６ａをパイプ材７４の外周に当接させる。

固定台７６及びプレス部材７６は、取付面１４ａ〜１４ｆに対応する幅寸法を有するため、センサチューブ１４の長手方向上マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂを取り付けるのに必要な部分だけプレス加工することが可能になる。

図８に示されるように、プレス部材７６に荷重Ｗを付与することによりパイプ材７４は、２方向（上下方向）から押圧される。プレス部材７６に対する荷重Ｗは、円形断面のパイプ材７４が押圧されて扁平形状に変形され、厚さ寸法が予め設定された所定寸法に達するまでプレス部材７６に付与される。

尚、プレス加工されたパイプ材７４の変形後の厚さ寸法は、センサチューブ１４の振動特性に影響を与えない範囲内になるように予め実験により求められている。

このように、取付面１４ａ〜１４ｆは、上記プレス加工により比較的簡単に加工することができ、しかもセンサチューブ１４の上下方向から同時に取付面を形成することが可能であるので、加工精度が確保されている。

図９はマグネット１６ａ，１６ｂをセンサチューブ１４の取付面１４ａ，１４ｂに取り付けた状態を拡大して示す縦断面図である。

図９に示されるように、マグネット１６ａ，１６ｂは、N極及びS極の向きが一致するようにセンサチューブ１４の取付面１４ａ，１４ｂに嵌合固定された取付台３５の平面３５ａ，３５ｂに固着される。また、取付面１４ａ，１４ｂは、センサチューブ１４の軸心側にプレス加工されているため、マグネット１６ａ，１６ｂ間、１８ａ，１８ｂ間、２０ａ，２０ｂ間がより近接し、その分センサチューブ１４の内径を小径化することができるので、各コイル１６ｃ，１６ｄ，１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄとマグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂとの離間を小さくして検出感度を高めることが可能になる。

ここで、変形例について説明する。
図１０は変形例１の質量流量計４０の構成を示す横断面図である。図１１は図１０中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。図１２は図１０中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。尚、図１０乃至図１２において、上記図１乃至図３に示す質量流量計１０と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図１０乃至図１２に示されるように、質量流量計４０は、密閉された収納ケース１２の内部に挿入されたセンサチューブ１４と、センサチューブ１４を加振する加振器４６と、振動するセンサチューブ１４の流入側変位を検出する流入側ピックアップ４８と、振動するセンサチューブ１４の流出側変位を検出する流出側ピックアップ５０とを有する。

加振器４６は、上記センサチューブ１４に設けられたマグネット４６ａ，４６ｂと、収納ケース１２の外周に設けられた駆動コイル４６ｃ，４６ｄとから構成されており、駆動コイル４６ｃ，４６ｄに交互に正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット４６ａ，４６ｂが吸引または反発することで、センサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に振動させる。

また、マグネット４６ａ，４６ｂは、前述したマグネット１６ａと同様な構成になっており、被測流体が永久磁石７０に接触しないように永久磁石７０をカバー部材７２によって覆われている。この駆動用のマグネット４６ａ，４６ｂは、センサチューブ１４の取付面１４ａ，１４ｂに取り付けられている。センサチューブ１４の取付面１４ａ，１４ｂは、駆動コイル４６ｃ，４６ｄに対向するようにＸ方向と平行となるように設けられている。

駆動コイル４６ｃ，４６ｄの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心４６ｅ，４６ｆが挿入されている。

そのため、駆動コイル４６ｃ，４６ｄが収納ケース１２の外周に設けられていても駆動コイル４６ｃ，４６ｄにより生じた磁束は、収納ケース１２を貫通してマグネット４６ａ，４６ｂに到達する。これにより、駆動コイル４６ｃ，４６ｄは、収納ケース１２の外周からマグネット４６ａ，４６ｂを振動方向（Ｙ方向）に加振することができる。

本実施例では、マグネット４６ａ，４６ｂ及び取付台５２が加振時の重りとして機能する。マグネット４６ａ，４６ｂを支持する取付台５２は、比較的比重の重い金属材により形成されている。

このように、取付台５２は、振幅が最大となるセンサチューブ１４の中間部分の外周に固定されているので、加振される際に慣性質量として機能する。これにより、センサチューブ１４は、加振器４６の駆動力によって効率良く振動することが可能になり、共振周波数の付近で描く共振の尖鋭さ、共振特性の幅の狭さを示すＱ（quality factor）が高められる。

また、振動系で使われるＱは、Ｑ＝ω／Δωで求まり、共振周波数ωの波形においてピークから３dB下がった高さでの幅Δωの数値（共振特性の幅）によって決まる。従って、Ｑ（quality factor）は、共振周波数の尖鋭さを示すと同時に共振時における拡大度を示す数値でもあり、Δωが小さいほど共振特性の幅が小さくなって共振特性が高められる。これにより、質量流量計４０では、センサチューブ１４の振動部分の慣性質量を増大させてセンサチューブ１４の振動特性を高めることができ、例えば、コリオリ力が小さくなる微小流量域の計測精度を高めることができる。

流入側ピックアップ４８は、センサチューブ１４の流入側外周の上下位置に固着されたマグネット４８ａ，４８ｂと、収納ケース１２の外周の上下位置に設けられた磁気センサ（検出部）４８ｃ，４８ｄとから構成されており、マグネット４８ａ，４８ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴って磁気センサ４８ｃ，４８ｄに対して近接・離間するため、磁気センサ４８ｃ，４８ｄからマグネット４８ａ，４８ｂの変位量に応じた検出信号を出力する。

流出側ピックアップ５０は、上記センサチューブ１４の流出側外周の上下位置に固着されたマグネット５０ａ，５０ｂと、収納ケース１２の外周の上下位置に設けられた磁気センサ５０ｃ，５０ｄとから構成されており、マグネット５０ａ，５０ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴って磁気センサ５０ｃ，５０ｄに対して近接・離間するため、磁気センサ５０ｃ，５０ｄからマグネット５０ａ，５０ｂの変位量に応じた検出信号を出力する。

磁気センサ４８ｃ，４８ｄ及び５０ｃ，５０ｄは、例えば、微弱な磁界変化を検出することができる高感度のＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果：giant magnetoresistive effect）センサなどが用いられる。また、磁気センサ４８ｃ，４８ｄ及び５０ｃ，５０ｄは、高感度であるため、収納ケース１２の外周からでもマグネット４８ａ，４８ｂ及び５０ａ，５０ｂのＹ方向の振動に伴う磁界変化に応じた電流を検出信号として出力する。

また、変形例２の質量流量計４０の計測動作は、前述した質量流量計１０と同様であるので、その説明は省略する。

図１３は変形例２の質量流量計６０の構成を示す横断面図である。図１４は図１３中Ｅ−Ｅ線に沿う縦断面図である。図１５は図１３中Ｆ−Ｆ線に沿う縦断面図である。尚、図１３乃至図１５において、上記図１乃至図３に示す質量流量計１０と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図１３乃至図１５に示されるように、質量流量計６０において、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄの中心には、鉄心６２ａ〜６２ｆが挿入されている。また、鉄心６２ａ〜６２ｆと対向する収納ケース１２の外周には、円柱状に形成された磁性材６４ａ〜６４ｆが嵌合固定される凹部６６ａ〜６６ｆが設けられている。

従って、収納ケース１２の凹部６６ａ〜６６ｆに埋め込まれた磁性材６４ａ〜６４ｆは、鉄心６２ａ〜６２ｆと当接しており、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄからの磁束を収納ケース１２の内部に導く磁路として作用する。

そのため、収納ケース１２の肉厚が被測流体の圧力に耐えられるように設定されていても収納ケース１２の凹部６６ａ〜６６ｆに磁性材６４ａ〜６４ｆを嵌合固定することで、耐圧強度を保ちながら駆動コイル１６ｃ，１６ｄによる駆動力及び、センサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄによる検出感度を高めることが可能になる。

これにより、質量流量計６０では、センサチューブ１４の振動部分の慣性質量を増大させてセンサチューブ１４の振動特性を高めることができ、例えば、コリオリ力が小さくなる微小流量域の計測精度を高めることができる。

質量流量計６０では、前述した質量流量計１０と同様に、駆動用マグネット１６ａ，１６ｂ及び検出用マグネット１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、夫々センサチューブ１４の外周に形成された取付面１４ａ〜１４ｆに固着されている。この取付面１４ａ〜１４ｆは、直方体形状の各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂを安定した状態で取り付けられるように、センサチューブ１４の外周をプレス加工することにより形成された平面である。そのため、各マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂを取り付ける際の位置合わせが容易に行えると共に、マグネット取付精度を高めることが可能になる。

また、収納ケース１２の外周には、マグネット１６ａ，１６ｂに対向する駆動コイル１６ｃ，１６ｄと、マグネット１８ａ，１８ｂに対向するセンサコイル１８ｃ，１８ｄと、マグネット２０ａ，２０ｂに対向するセンサコイル２０ｃ，２０ｄとが取り付けられ取付面１２ａ〜１２ｆが設けられている。そして、センサチューブ１４は、取付面１４ａ〜１４ｆが収納ケース１２の取付面１２ａ〜１２ｆと平行且つ対向するように位置調整される。

また、変形例３の質量流量計６０の計測動作は、前述した質量流量計１０と同様であるので、その説明は省略する。

尚、上記実施例では、ＣＮＧのような可燃性ガスを被測流体として流量計測する場合を例に挙げたが、これに限らず、他の高圧、高温の流体を計測するのにも適用できるのは勿論である。

本発明になる振動式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質量流量計の横断面図である。 図１中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。 図１中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。 加振器１５がセンサチューブ１４を振動させる状態を模式的に示す図である。 振動するセンサチューブ１４に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。 マグネット１６ａの構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。 センサチューブ１４を２方向からプレス加工する前の状態を示す工程図である。 センサチューブ１４を２方向からプレス加工した状態を示す工程図である。 マグネット１６ａ，１６ｂをセンサチューブ１４の取付面１４ａ，１４ｂに取り付けた状態を拡大して示す縦断面図である。 変形例１の質量流量計４０の構成を示す横断面図である。 図１０中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。 図１０中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。 変形例２の質量流量計６０の構成を示す横断面図である。 図１３中Ｅ−Ｅ線に沿う縦断面図である。 図１３中Ｆ−Ｆ線に沿う縦断面図である。

符号の説明

１０，４０，６０ 質量流量計
１２ 収納ケース（本体）
１２ａ〜１２ｆ 取付面
１４ センサチューブ
１４ａ〜１４ｆ 取付面
１６，４６ 加振器
１６ａ，１６ｂ 駆動用マグネット
１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ 検出用マグネット
１８，４８ 流入側ピックアップ
２０，５０ 流出側ピックアップ
２２，２４ フランジ
２６ 内部空間
２８ 流入側支持板
３０ 流出側支持板
３４ 通路
３５,５２ 取付台
３６ａ〜３６ｆ ケーブル
３８ 流量計測制御回路
４８ｃ，４８ｄ，５０ｃ，５０ｄ 磁気センサ
７０ 永久磁石
７２ カバー部材

Claims (5)

1. 本体と、
   被測流体が流れるセンサチューブと、
   前記センサチューブに取り付けられた駆動用磁石と、前記本体側に設けられ、前記駆動用磁石を振動方向に駆動する駆動コイルとからなる加振器と、
   前記センサチューブに取り付けられた検出用磁石と、前記本体側に設けられ、前記検出用磁石の変位を検出する検出部とからなるピックアップと、
   を有する振動式測定装置において、
   前記センサチューブの外周のうち少なくとも前記駆動用磁石及び前記検出用磁石の何れか一方の取付位置に平面状の取付面を形成したことを特徴とする振動式測定装置。
2. 前記取付面は、前記センサチューブの長手方向上、前記駆動コイル、前記検出部の取付位置と一致する位置に形成されたことを特徴とする請求項１記載の振動式測定装置。
3. 前記センサチューブの同一長さ位置に前記取付面を２方向から形成し、一対の取付面が平行となるように形成したことを特徴とする請求項１乃至２何れか記載の振動式測定装置。
4. 前記取付面の両側から断面形状がコ字状に形成された磁石取付台を設け、
   前記一対の磁石取付台の平面部に前記駆動用磁石、前記検出用磁石を固定したことを特徴とする請求項１乃至３何れか記載の振動式測定装置。
5. 前記本体を内部に密閉された空間が形成された収納ケースとし、
   前記収納ケース内に前記センサチューブを設け、
   前記収納ケースの外壁に前記駆動コイルを設け、
   前記収納ケースの外壁に前記検出部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の振動式測定装置。

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