JP2005106575A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はピックアップによるセンサ信号の精度を高めることを課題とする。
【解決手段】 質量流量計１０は、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の中間部分を加振する加振器１６と、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、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。流入側に設けられたセンサコイル１８ｃと１８ｄは、ケーブル３６ｃ〜３６ｅにより直列に接続されている。流入側に設けられたセンサコイル２０ｃと２０ｄは、ケーブル３６ｆ〜３６ｈにより直列に接続されている。そのため、センサコイル１８ｃ，２０cのセンサ信号と、センサコイル１８ｄ，２０ｄのセンサ信号とが合成され、出力レベルが向上するため、ノイズが発生してもセンサチューブ１４の流入側の変位速度に応じた正弦波として検出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）から出力されるセンサ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、両センサの出力センサ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センサチューブを薄肉化している。そのため、センサチューブに固着されるマグネットは、できるだけ小型化して軽量化を図ることにより、センサチューブにかかる荷重を軽減する必要がある。

また、従来のピックアップは、マグネットをセンサコイルの中に挿入した構成であり、マグネットとコイルとの相対変位をコイルからのセンサ信号によって直接的に検出することができる。

しかしながら、上記理由により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構成とした場合、マグネットとセンサコイルとが離間しており、且つマグネットとセンサコイルとの間には、収納ケースが隔壁として介在し、且つマグネットを小型化しているため、センサコイルに到達するマグネットからの磁力は、従来のものよりも小さい。

そのため、センサコイルのセンサ信号にノイズが重畳されてしまうと、本来の正弦波からなるセンサ信号を判別することが難しくなる。
また、マグネットからの磁束は距離の二乗に反比例して減少するので、マグネットとコイルが離れた状態で振動した場合、マグネットとコイル間の距離が変化するので、磁束が変化してしまいさらなる流量計側精度が低下するという問題が生じる。
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、ベースに取り付けられ被測流体が流れるセンサチューブと、該センサチューブを加振する加振器と、前記センサチューブの変位を検出するセンサとからなる振動式測定装置において、
前記センサを前記センサチューブの径方向両側に固着した一対の磁石と、前記磁石に対向して前記ベース側に設けられた一対のセンサコイルとから構成し、前記一対のセンサコイルからの信号を合成し、この合成信号から測定値を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記センサを前記センサチューブの軸方向の中間部の両側に離間して２箇所に設け、
前記各センサの合成信号の位相差により測定値を演算することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記ベースを、前記センサチューブを密封する収納ケースにより形成し、前記収納ケースの外周面に前記センサコイルを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、センサチューブに設けられた磁石の変位をベース側に設けられたセンサコイルによって検出する場合でもセンサコイルとの間に一対のセンサコイルからの信号を合成し、この合成信号から測定値を演算することにより、センサコイルと磁石との間の距離変化の影響を極力小さくでき、計測精度を高めることができる。

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（ベース）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。

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は、検出用マグネット１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂよりも重量が大であり、加振時の重り（慣性質量）としても機能する。

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。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）に応じたセンサ信号を出力する。

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）に応じたセンサ信号を出力する。

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〜３６ｈ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〜３６ｈ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。

流入側に設けられたセンサコイル１８ｃと１８ｄは、ケーブル３６ｃ〜３６ｅにより直列に接続されている。そのため、センサコイル１８ｃのセンサ信号とセンサコイル１８ｄのセンサ信号とが合成され、出力レベルが向上するため、ノイズが発生してもセンサチューブ１４の流入側の変位速度に応じた正弦波として検出することが可能になる。

流入側に設けられたセンサコイル２０ｃと２０ｄは、ケーブル３６ｆ〜３６ｈにより直列に接続されている。そのため、センサコイル２０ｃのセンサ信号とセンサコイル２０ｄのセンサ信号とが合成され、出力レベルが向上するため、ノイズが発生してもセンサチューブ１４の流入側の変位速度に応じた正弦波として検出することが可能になる。

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、直列接続された流入側のピックアップ１８のセンサコイル１８ｃ，１８ｄにより検出された信号の出力について説明する。尚、流出側のピックアップ２０のセンサコイル２０ｃ，２０ｄもセンサコイル１８ｃ，１８ｄと同様に直列接続されている。

上記のように駆動コイル１６ｃ，１６ｄの電磁力によりセンサチューブ１４を共振状態で振動させると、センサチューブ１４の振動の変位速度変化は、正弦波となる。すなわち、センサチューブ１４に設けられたマグネット１８ａ，１８ｂからの磁界は、センサコイル１８ｃ，１８ｄに対して正弦波で移動する。しかし、磁界の分布である磁束密度は、距離に反比例して減少するので、センサコイル１８ｃ，１８ｄの先端を通過する磁束は増大と減少を繰り返す。その値はほぼ正弦波であるが、距離を離した場合にはより減少し、距離を近づけた場合にはより増大する傾向がある。そのため、センサコイル１８ｃ，１８ｄにより出力されたセンサ信号は、正弦波となる。

図６はピックアップ１８の構成を軸方向からみた構成図である。
図６に示されるように、流路方向（Ｘ方向）の同一位置で、且つセンサチューブ１４の径方向に対向するセンサコイル１８ｃ，１８ｄは、ケーブル３６ｃ〜３６ｅにより直列に接続されている。また、センサチューブ１４の外周に固着されたマグネット１８ａ，１８ｂは、極性（＋−）が同一方向になる向きで設けられている。

そして、流量計測制御回路３８によって加振器１６がセンサチューブ１４を横方向（Ｙ方向）に加振させると、マグネット１８ａ，１８ｂがＹ方向に移動してセンサコイル１８ｃ，１８ｄに対して近接・離間を繰り返す。マグネット１８ａ，１８ｂの変位速度は、正弦波となり、センサコイル１８ｃ，１８ｄに電磁誘導による電流ｉが発生する。

そのため、センサコイル２０ｃのセンサ信号とセンサコイル２０ｄのセンサ信号とが合成され、出力レベルが向上するため、ノイズが発生してもセンサチューブ１４の流入側の変位速度に応じた正弦波として検出することが可能になる。

ここで、センサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄのうち本発明とは異なる組み合わせで接続した場合と比較してみる。

先ず、径方向で対向した位置に配置され、且つ流路方向（Ｘ方向）で離間した流入側のセンサコイル１８ｄと流出側のセンサコイル２０ｃとから得られたセンサ信号とその相関関係を示すと、これは図７に示すグラフI，IIのようになり、センサ信号は出力軸方向で一致しない。また、図８に示すように、両信号の相関関係をリサージュ波形（同時間のセンサコイル１８ｄをＸ軸、センサコイル２０ｃをＹ軸でプロットした波形）で示すが、リサージュ波形IIIを見ると、直線ではなく、曲がっていることが分かる。

このように、流入側のセンサコイル１８ｄと流出側のセンサコイル２０ｃから得られた信号は、径方向で対向するセンサコイル１８ｄ，２０ｃとマグネット１８ｂ，２０ａとの距離の変化によるセンサ信号への影響を受けてしまう。

次に、上記のようなセンサコイル１８ｄ，２０ｃとマグネット１８ｂ，２０ａとの距離の変化の影響を減らすためには、径方向に対して同側に配置され、且つ流路方向（Ｘ方向）で離間したセンサコイル１８ｄとセンサコイル２０ｄとから得られたセンサ信号により流量を測定することも考えられる。

この場合、本発明の場合と同様に、図９に示すグラフI，IIのように両信号の波形は重なり、その相関関係をリサージュ波形（同時間のセンサコイル１８ｄをＸ軸、センサコイル２０ｄをＹ軸でプロットした波形）で示すが、ほぼ同じ信号電圧が得られるので同じ値となり、図１０に示されるように、リサージュ波形IIIも直線となり、比例関係が維持されている。

しかし、製造時や長期の使用によりセンサチューブと磁石の位置関係がずれていた場合、マグネット１８ｂとセンサコイル１８ｄの距離と、マグネット２０ｂとセンサコイル２０ｄの距離が等しくないため、この流入側と流出側との距離差が流量を測定する際に歪として作用してしまう。よって、この組み合わせは、あまり得策ではない。

そこで、本件発明の構成では、流路方向（Ｘ方向）で同一位置に配置され、且つ径方向で対向する流入側のセンサコイル１８ｃと１８ｄとを直列接続し、流出側のセンサコイル２０ｃと２０ｄとを直列接続することで、２つのセンサ信号を足し合わせた合成信号として、流量を測定する。これにより、振動によるセンサコイルとマグネットの距離の変化は、センサ１８ｃの距離が増加する際にセンサコイル１８ｄは距離が減少するので、両者で影響が逆になり合成により相殺することとなる。

また、歪については、同様に直列接続された２つのセンサコイル間で打ち消し合うので、歪の影響も最小限にできる。

ここで、非直線性（歪）の値を計算してみる。計算結果は、図１１に示されるようなる。歪率は、センサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄから得られる電圧の実効値を計算し、その実効値と同じ振幅となる仮想の正弦波を計算し、それとの差電圧を求めたものである。

計算条件は、マグネットの振幅をｘとして、２つのマグネットの径方向間隔は４ｘ、センサコイル１４の径方向位置は＋１５ｘ，−１５ｘの位置のあるものとして計算している。歪率は、センサ信号の実効値を計算し、その実効値と同じ振幅となる仮想の正弦波を計算し、それとの差電圧を求め，実効値との比から求めた。

図１１に示されるように、同一方向でのセンサ信号は、直線性がよいが，コイルとマグネットの位置変化による歪が発生しており、歪率は３．５％もある。そのため、時間差を計算する上では、誤差が発生することになる。フルスケールの３．５％の誤差を生じることになる。

これに対し、本発明のように遠ざかるセンサ信号と近づくセンサ信号を加算して求めた合成信号をセンサ信号として採用すれば、歪率は０．０９％に低下する。そのため、本発明の歪率は、他のセンサ信号の組み合わせに比べて１／３０以下となり、計測精度の向上が図られていることが分かる。

図１２は変形例のピックアップ１８の構成を軸方向からみた構成図である。
図１２に示されるように、流路方向（Ｘ方向）の同一位置で、且つセンサチューブ１４の径方向に対向するセンサコイル１８ｃ，１８ｄは、ケーブル３６ｃ〜３６ｅ_１，３６ｅ_２により並列に接続されている。尚、流出側のピックアップ２０のセンサコイル２０ｃ，２０ｄもセンサコイル１８ｃ，１８ｄと同様に並列接続されている。

このように、並列接続されたセンサコイル１８ｃ，１８ｄのセンサ信号は、平均化されて上記センサコイル１８ｃ，１８ｄとマグネット１８ａ，１８ｂの距離の変化による信号への影響を最小限にすることが可能になる。

また、センサコイル１８ｃのセンサ信号に外乱によるノイズが入力されても、２つのセンサ信号を平均化することにより、ノイズが縮小されてノイズによる影響が半減される。このように、センサコイル１８ｃと１８ｄとを並列接続することにより、計測精度の向上を図かることが可能になる。

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。

また、上記実施例では、収納ケース１２が円筒形状に形成された構成のものを一例として挙げたが、これに限らず、板状のベースにより駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄを支持する構成とすることも可能である。

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。 流入側のピックアップ１８の構成を軸方向からみた構成図である。 流入側のセンサコイル１８ｄと流出側のセンサコイル２０ｃとから得られたセンサ信号の波形を示す波形図である。 流入側のセンサコイル１８ｄと流出側のセンサコイル２０ｃとから得られたセンサ信号の相関関係を示すリサージュ波形の波形図である。 センサコイル１８ｄとセンサコイル２０ｄとから得られたセンサ信号の波形を示す波形図である。 センサコイル１８ｄとセンサコイル２０ｄとから得られたセンサ信号の相関関係を示すリサージュ波形の波形図である。 各センサの組み合わせの違いによる相関性、歪率を示す図である。 変形例のピックアップ１８の構成を軸方向からみた構成図である。

符号の説明

１０ 質量流量計
１２ 収納ケース
１４ センサチューブ
１６ 加振器
１６ｃ，１６ｄ 駆動コイル
１６ａ，１６ｂ 駆動用マグネット
１８ 流入側ピックアップ
１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄ センサコイル
１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ 検出用マグネット
２０ 流出側ピックアップ
２６ 内部空間
３６ａ〜３６ｈ ケーブル
３８ 流量計測制御回路

Claims (3)

1. ベースに取り付けられ被測流体が流れるセンサチューブと、
   該センサチューブを加振する加振器と、
   前記センサチューブの変位を検出するセンサとからなる振動式測定装置において、
   前記センサを前記センサチューブの径方向両側に固着した一対の磁石と、
   前記磁石に対向して前記ベース側に設けられた一対のセンサコイルとから構成し、
   前記一対のセンサコイルからの信号を合成し、この合成信号から測定値を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする振動式測定装置。
2. 前記センサを前記センサチューブの軸方向の中間部の両側に離間して２箇所に設け、
   前記各センサの合成信号の位相差により測定値を演算することを特徴とする請求項１記載の振動式測定装置。
3. 前記ベースは、前記センサチューブを密封する収納ケースにより形成し、前記収納ケースの外周面に前記センサコイルを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の振動式測定装置。

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