JP2005315751A - サークル式一本チューブコリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動周波数の安定を図ることが可能なサークル式一本チューブコリオリ流量計を提供する。
【解決手段】 フローチューブ３をサークル形状の中間部１０と、その中間部１０の一方の端部から流入口側の支持部９に向けてのびるアーム形状の第一腕部１１と、中間部１０の他方の端部から流出口側の支持部９に向けてのびるアーム形状の第二腕部１２とを有する形状に形成する。また、駆動手段としての駆動装置４を中間部１０の交差部分１３に配置する。さらに、中間部１０の頂部６を連結部材８を用いて剛体７に連結し、中間部１０を第一軸Ｐ方向に移動不能、且つ、第二軸Ｒ方向に移動可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コリオリ流量計に関し、詳しくは、被計測流体を流す一本のフローチューブの中間部がサークル形状に形成されるサークル式一本チューブコリオリ流量計に関する。

コリオリ流量計は、被計測流体の流通するフローチューブ（流管）の一端又は両端を支持し、その支持点回りにフローチューブの流れ方向と垂直な方向に振動を加えたときに、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である。コリオリ流量計は周知のものであり、コリオリ流量計におけるフローチューブの形状は直管式と湾曲管式とに大別されている。

直管式のコリオリ流量計は、両端が支持された直管の中央部直管軸に垂直な方向の振動を加えたとき、直管の支持部と中央部との間でコリオリの力による直管の変位差、すなわち位相差信号が得られ、その位相差信号に基づいて質量流量を検知するように構成されている。このような直管式のコリオリ流量計は、シンプル、コンパクトで堅牢な構造を有している。しかしながら、高い検出感度を得ることができないという問題点もあわせ持っている。

これに対して、湾曲管式のコリオリ流量計は、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、直管式のコリオリ流量計よりも優れており、実際、高感度の質量流量を検出することができている。尚、湾曲管式のコリオリ流量計としては、一本のフローチューブが門形に形成されたもの（例えば特許文献１参照）や、一本のフローチューブの中間部がサークル形状に形成されたもの（例えば特許文献２参照）などが知られている。
特公平４−５５２５０号公報 特許第２５５７０９８号公報

ところで、上記特許文献１の従来技術にあっては、フローチューブを振動させるための駆動装置がフローチューブに対して平行な剛体に固定される構造になることから、被計測流体の熱によりフローチューブが熱膨張すると、その熱膨張によって駆動装置との間に位置ズレが発生し、これが出力に影響を来している。一方、上記特許文献２の従来技術にあっては、サークル形状の中間部の一端と他端との間に駆動装置が配置される構造になることから、上記問題点の解消に有効であると考えられる。しかしながら、中間部がサークル形状に形成される一本のフローチューブを用いる場合には、振動周波数が安定しないという問題点を有している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、振動周波数の安定を図ることが可能なサークル式一本チューブコリオリ流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためなされた請求項１記載の本発明のサークル式一本チューブコリオリ流量計は、被計測流体を流す一本のフローチューブと、該フローチューブを二次又は四次モードで駆動する駆動手段と、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検出する検出手段とを備え、且つ、前記フローチューブをサークル形状の中間部と、該中間部の一方の端部から前記フローチューブに対する第一支持部に向けてのびるアーム形状の第一腕部と、前記中間部の他方の端部から前記フローチューブに対する第二支持部に向けてのびるアーム形状の第二腕部とを有する形状に形成するとともに、前記駆動手段を前記中間部の前記一方、他方の端部の交差部分に配置するサークル式一本チューブコリオリ流量計において、前記中間部の頂部を連結部材を用いて剛体に連結し、前記第一、第二支持部とを結ぶ第一軸方向に移動不能、且つ、前記第一軸方向に直交する第二軸方向に移動可能とすることを特徴としている。このような特徴を有する本発明によれば、フローチューブの中間部の頂部が連結部材を介して剛体に繋がり、フローチューブの振動中、中間部の移動方向が規制される。中間部の頂部と剛体との間に連結部材を介在させることにより、フローチューブの移動方向を規制することが可能になる。

請求項２記載の本発明のサークル式一本チューブコリオリ流量計は、請求項１に記載のサークル式一本チューブコリオリ流量計において、前記第一腕部及び前記第二腕部の各長さを、前記中間部の前記第一軸方向の径の長さと比べて同じ又は長くすることを特徴としている。このような特徴を有する本発明によれば、第一、第二支持部から離れた位置でフローチューブに対する駆動が行われる。

請求項１に記載された本発明によれば、連結部材を用いてフローチューブの中間部の頂部を剛体に連結することから、フローチューブ振動中の中間部の移動方向を規制することができる。従って、これにより振動周波数の安定を図ることができるという効果を奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、第一、第二支持部と駆動手段との距離を離すことから、零点シフトの発生を起こり難くすることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明のサークル式一本チューブコリオリ流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）はフローチューブの頂部と連結部材の斜視図である。また、図２はフローチューブの平面図である。

図１及び図２において、引用符号１で示される本発明のサークル式一本チューブコリオリ流量計１（以下、コリオリ流量計１と略記する）は、例えば流体工業における流量計測に用いられる流量計であって、筐体２と、その筐体２内に収納される一本のフローチューブ３と、フローチューブ３を二次又は四次モードで駆動するための駆動装置（駆動手段）４と、フローチューブ３に作用する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（検出手段）５、５と、フローチューブ３の頂部６を剛体７に連結する連結部材８と、図示しない変換器とを主に備えて構成されている。本発明のコリオリ流量計１は、フローチューブ３の振動中の移動方向を規制することにより、振動周波数の安定を図ることを目的とした構造になっている。以下、各構成について説明する。

筐体２は、曲げやねじれに強固な構造を有している。また、筐体２は、フローチューブ３等の流量計要部を保護することができるように形成されている。このような筐体２の内部には、アルゴンガス等の不活性ガスが充填されている。不活性ガスの充填により、フローチューブ３等への結露が防止されるようになっている。筐体２には、フローチューブ３の流入口側及び流出口側を支持固定するための支持部（第一、第二支持部）９、９が取り付け固定されている。本発明のコリオリ流量計１は、外乱振動を増幅させたりせず、また、支持部９、９を介してのフローチューブ３への振動伝達が起こり難い構造になっている。

フローチューブ３は、湾曲管からなるものであって、サークル形状の中間部１０と、その中間部１０の一方の端部から流入口側の支持部９に向けてのびるアーム形状の第一腕部１１と、中間部１０の他方の端部から流出口側の支持部９に向けてのびるアーム形状の第二腕部１２とを有する図示のような形状に形成されている。

中間部１０は、その頂部６が連結部材８を介して剛体７に連結されている（連結部材８については後述する）。中間部１０は、正面視において、比較的小さな円形状になるように形成されている。中間部１０の上記一方の端部と上記他方の端部との間、すなわち交差部分１３には、駆動装置４を取り付けるために適宜スペースがあけられている。尚、当然であるが、中間部１０の上記一方の端部と第一腕部１１は、継ぎ目無く連続しているものとする。また、中間部１０の上記他方の端部と第二腕部１２も同じく継ぎ目無く連続しているものとする。

第一腕部１１及び第二腕部１２は、零点シフトの発生を起こり難くするために比較的長く形成されている。すなわち、駆動装置４と支持部９、９との距離を十分にとるために、例えば中間部１０の直径（支持部９、９を結ぶ軸を第一軸Ｐとすると、そのＰ方向の直径）と比べて同じ又は長くなるように形成されている。尚、フローチューブ３の材質は、ステンレス、ハステロイ、チタン合金等のこの技術分野において通常のものが用いられている。

駆動装置４は、上述の如く、フローチューブ３を二次又は四次モードで駆動するための手段であって、特に図示しないが、コイルとマグネットとを備えて構成されている。駆動装置４のコイルとマグネットは、フローチューブ３における中間部１０の交差部分１３に専用の取付具を用いて取り付けられている。駆動装置４のコイルからは、特に図示しないが、電線が引き出されている。その電線は、上記図示しない変換器に接続されている。

駆動装置４において吸引作用が生じると、駆動装置４のマグネットがコイルに差し込まれるような状態になる。その結果、中間部１０の上記一方の端部と上記他方の端部との間が近接するような状態になる。これに対し、駆動装置４において反発作用が生じると、駆動装置４のマグネットがコイルから押し出されるような状態になる。その結果、中間部１０の上記一方の端部と上記他方の端部との間が離間するような状態になる。吸引作用及び反発作用が繰り返されると、フローチューブ３は、図２の矢印Ｑ方向の振動となるように駆動される。

振動検出センサ５、５は、上述の如く、フローチューブ３の振動を検出するとともに、フローチューブ３に作用するコリオリの力に比例した位相差を検出するためのセンサであって、特に図示しないが、それぞれコイルとマグネットとを備えて構成されている（これに限らず、加速度センサ、光学的手段、静電容量式、歪み式（ピエゾ式）等の変位、速度、加速度のいずれかを検出する手段であればよいものとする）。

このような構成の振動検出センサ５、５は、駆動装置４の両側、具体的には駆動装置４の上流側及び下流側で駆動装置４から同じ距離の位置に専用の取付具を用いてそれぞれ取り付けられている。図１においては、中間部１０の直径（上記第一軸Ｐ方向の直径）位置に沿って取り付けられている（他の配置例は後述する。振動検出センサ５、５は、コリオリの力に比例した位相差を検出することが可能な位置に配置されればよいものとする）。振動検出センサ５、５の各コイルからは、特に図示しないが、電線が引き出されている。その電線は、上記図示しない変換器に接続されている。

連結部材８は、上述の如く、フローチューブ３の頂部６と、筐体２に固着される剛体７とを連結するための部材であって、特にその形状を限定しないが、本形態においては、薄肉の短冊片形状に形成されて、両端が頂部６と剛体７とにそれぞれ適宜手段で固着されている。連結部材８は、フローチューブ３の中間部１０を上記第一軸Ｐ方向に移動不能、且つ、第一軸Ｐ方向に直交する第二軸Ｒ方向に移動可能とするように形成されている。

上記図示しない変換器は、駆動装置４、振動検出センサ５、５、及び温度センサ（図示せず）からの信号に基づいて質量流量等の演算処理を行う信号演算処理部（図示せず）と、駆動装置４を励振するための励振回路部（図示せず）とを備えて構成されている。

上記信号演算処理部には、一方の振動検出センサ５からの、フローチューブ３の変形に関する検出信号、他方の振動検出センサ５からの、フローチューブ３の変形に関する検出信号、及び温度センサからの、フローチューブ３の温度に関する検出信号がそれぞれ入力されるように配線及び接続がなされている。このような信号演算処理部では、入力された各検出信号に基づいて質量流量及び密度の演算がなされるように構成されている。また、信号演算処理部では、演算により得られた質量流量、密度が図示しない表示器に対して出力されるように構成されている。

上記励振回路部は、平滑部と比較部と目標設定部と可変増幅部と駆動出力部とを備えて構成されている。平滑部は、一方の振動検出センサ５（又は他方の振動検出センサ５）からの検出信号を取り出すように配線されている。また、平滑部は、入力された検出信号を整流し平滑するとともに、その振幅に比例した直流電圧を出力することができるような機能を有している。比較部は、平滑部からの直流電圧と目標設定部から出力される目標設定電圧とを比較するとともに、可変増幅部の利得を制御して共振振動の振幅を目標設定電圧に制御することができるような機能を有している。

上記構成において、フローチューブ３に被計測流体を流し、吸引・反発作用を連続して交互に繰り返すように駆動装置４を駆動し、フローチューブ３を矢印Ｑ方向に振動させると、振動検出センサ５、５の点でのコリオリの力によって生じる位相の差分により、質量流量が上記信号演算処理部で算出される。もう少し詳しく説明すると、図３（ａ）に示されるような二次モードにより駆動装置４を駆動し、フローチューブ３を上記矢印Ｑ方向に振動させると、振動検出センサ５、５の点（この点をＰＯ７、ＰＯ８とする。流入側がＰＯ８で流出側がＰＯ７になる）で、図３（ｂ）に示されるような矢印ＰＯ７、ＰＯ８の大きさのコリオリの力が生じる。ここで、図３（ｂ）中のＤは駆動装置４に相当するものとする。また、Ｐ１は連結部材８の位置に相当するものとする。このような状態において、図３（ｃ）に示されるようにして位相の差分を計測するとともに演算を行うと、上記質量流量が算出される。

本形態においては、振動周波数から密度も算出される。フローチューブ３の中間部１０は、連結部材８により第二軸Ｒ方向の移動が許容されることから、その第二軸Ｒ方向に振れて上記位相の差分を増幅するように作用する。

次に、図４ないし図６を参照しながら振動検出センサ５、５の取り付け位置について補足説明する。尚、図４ないし図６のフローチューブ３は、上述同様、二次モードで駆動され、この時のコリオリの力は図３（ｂ）の各矢印に示されるような大きさになるものとする。図４ないし図６の例は総合的にノイズをキャンセルすることができるように振動検出センサが取り付けられている。

図４の例では、ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯ３、ＰＯ４の位置に振動検出センサが取り付けられている。ＰＯ１、ＰＯ２は、上記ＰＯ７、ＰＯ８の上側に位置している。また、ＰＯ３、ＰＯ４は、ＰＯ７、ＰＯ８の下側に位置している。図４から分かるように、ＰＯ１とＰＯ２で位相の差分を計測するとともに、ＰＯ３とＰＯ４で位相の差分を計測し、さらにこれらの位相の差分を計測するように構成されている。

図５の例では、ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯ５、ＰＯ６の位置に振動検出センサが取り付けられている。図５から分かるように、ＰＯ１とＰＯ２で位相の差分を計測するとともに、ＰＯ５とＰＯ６で位相の差分を計測し、さらにこれらの位相の差分を計測するように構成されている。

図６の例では、ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯ３、ＰＯ４の位置に振動検出センサが取り付けられている。図６から分かるように、この例は図４の例とは異なり、ＰＯ１とＰＯ３で位相の差分を計測するとともに、ＰＯ２とＰＯ４で位相の差分を計測し、さらにこれらの位相の差分を計測するように構成されている。

以上、本発明のコリオリ流量計１は、連結部材８を用いてフローチューブ３の中間部１０の頂部６を剛体７に連結することから、フローチューブ３振動中の中間部１０の移動方向を規制することができる。従って、これにより従来よりも各段に振動周波数を安定させることができる。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

すなわち、フローチューブ３の形状は、図１の形状に限らないものとする。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示されるような形状にフローチューブを形成してもよいものとする。

本発明によるサークル式一本チューブコリオリ流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）はフローチューブの頂部と連結部材の斜視図である。 フローチューブの平面図である。 （ａ）は二次モードの振動波形、（ｂ）はコリオリ力を示す波形、（ｃ）は計測部分を示す回路図である。 検出手段の他の配置例を示す説明図である。 検出手段のさらに他の配置例を示す説明図である。 検出手段のさらに他の配置例を示す説明図である。 フローチューブの他の形状を示す説明図である。

符号の説明

１ サークル式一本チューブコリオリ流量計（コリオリ流量計）
２ 筐体
３ フローチューブ
４ 駆動装置（駆動手段）
５ 振動検出センサ（検出手段）
６ 頂部
７ 剛体
８ 連結部材
９ 支持部
１０ 中間部
１１ 第一腕部
１２ 第二腕部
１３ 交差部分
Ｐ 第一軸
Ｒ 第二軸
ＰＯ１〜ＰＯ８ 振動センサ取り付け位置

Claims (2)

1. 被計測流体を流す一本のフローチューブと、該フローチューブを二次又は四次モードで駆動する駆動手段と、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検出する検出手段とを備え、且つ、前記フローチューブをサークル形状の中間部と、該中間部の一方の端部から前記フローチューブに対する第一支持部に向けてのびるアーム形状の第一腕部と、前記中間部の他方の端部から前記フローチューブに対する第二支持部に向けてのびるアーム形状の第二腕部とを有する形状に形成するとともに、前記駆動手段を前記中間部の前記一方、他方の端部の交差部分に配置するサークル式一本チューブコリオリ流量計において、
   前記中間部の頂部を連結部材を用いて剛体に連結し、前記第一、第二支持部とを結ぶ第一軸方向に移動不能、且つ、前記第一軸方向に直交する第二軸方向に移動可能とする
   ことを特徴とするサークル式一本チューブコリオリ流量計。
2. 請求項１に記載のサークル式一本チューブコリオリ流量計において、
   前記第一腕部及び前記第二腕部の各長さを、前記中間部の前記第一軸方向の径の長さと比べて同じ又は長くする
   ことを特徴とするサークル式一本チューブコリオリ流量計。
   
   

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