JP2006284300A - Vibration type measuring device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a vibration type measurement apparatus, and more particularly to a vibration type measurement apparatus configured to measure a flow rate or density by exciting a sensor tube to detect displacement of the sensor tube due to Coriolis force.
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。 For example, a Coriolis mass flow meter or a vibratory density meter is available as a vibratory measuring device that measures a physical quantity of a fluid by vibrating a pipeline supplied with the fluid. Hereinafter, the Coriolis type mass flow meter will be described.
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。 In this Coriolis type mass flow meter, a sensor tube through which a fluid to be measured passes is vibrated in a radial direction by a vibrator, and a displacement of the sensor tube due to a Coriolis force proportional to the flow rate is detected by a pickup. The vibration type density meter has the same configuration as the Coriolis type mass flow meter, and the sensor tube vibrates at a frequency corresponding to the density of the fluid to be measured.
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)。 For example, in the case of a Coriolis type mass flow meter, as a conventional vibration type measuring device, a fluid is caused to flow through a pair of sensor tubes, and the pair of sensor tubes are brought close to and away from each other by the driving force of a vibrator (drive coil) (See, for example, Patent Document 1).
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。 Further, the vibrator and the pickup are composed of a magnet and a coil, and when a drive pulse or a positive / negative alternating voltage (AC signal) is input to the drive coil of the vibrator, it is attached to the sensor tube. The sensor tube is vibrated by applying an attractive force or a repulsive force to the drive magnet, and the displacement of the detection magnet attached to the vibrating sensor tube is detected by a detection signal output from the sensor coil (detector) of the pickup. It comes to detect.
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。 Since the Coriolis force acts in the vibration direction of the sensor tube and is opposite in the inlet side and the outlet side, the sensor tube is twisted, and the twist angle is proportional to the mass flow rate. Accordingly, a pickup (vibration sensor) for detecting vibration is provided at the twisted positions on the inlet side and the outlet side of the pair of sensor tubes, and the time difference between the output detection signals of both sensors is measured to measure the twist of the sensor tube, that is, the mass. The flow rate is being measured.
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。 However, when performing the flow measurement by providing the mass flow meter in a gas supply system that feeds compressed natural gas pressurized to a high pressure such as CNG (Compressed Natural Gas) used as a fuel for automobiles, for example, It is necessary to increase the pressure resistance of the sensor tube.
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原因となっていた。 However, if the thickness of the sensor tube is increased, the driving force of the vibrator that vibrates the sensor tube must be increased, and the resonance amplitude at the time of measurement decreases as the rigidity of the sensor tube increases. The measurement accuracy is lowered because it is easily affected by disturbances or the phase difference (twist angle) of the vibration sensors on the inflow side and the outflow side becomes small during flow rate measurement.
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)。
従来の振動式測定装置では、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肉厚までセンサチューブを薄肉化している。そのため、薄肉化されたセンサチューブは、収納ケース内に収納された状態で直線状に延在する部分を振動させて計測が行われるが、両端が収納ケースあるいは収納ケースに結合されるフランジなどに保持されて外力の影響を受けないように取り付けられている。 In a conventional vibration type measuring apparatus, in order to increase the measurement sensitivity of the sensor tube, the sensor tube is thinned to a thickness that can withstand the pressure pulsation of the fluid to be measured. For this reason, the thinned sensor tube is measured by vibrating a linearly extending portion in a state where it is stored in the storage case, but the both ends are connected to the storage case or a flange coupled to the storage case. It is held so that it is not affected by external force.
しかしながら、薄肉化されたセンサチューブは、温度上昇による膨張を生じた場合、収納ケースの熱膨張との差違によって、軸方向の引張り荷重あるいは圧縮荷重がセンサチューブに付与される。このように、センサチューブに軸方向の引張り荷重あるいは圧縮荷重が作用した状態では、センサチューブの振動特性(固有振動数)が変化してしまい、例えば、水素などのような質量の小さい気体の流量を計測する際の誤差の原因となっていた。 However, when the thinned sensor tube expands due to a temperature rise, an axial tensile load or compressive load is applied to the sensor tube due to a difference from the thermal expansion of the storage case. Thus, in a state where an axial tensile load or compressive load is applied to the sensor tube, the vibration characteristic (natural frequency) of the sensor tube changes, and for example, the flow rate of a gas having a small mass such as hydrogen. It was a cause of error when measuring.
そこで、本発明は上記課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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration type measuring apparatus that solves the above problems.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
請求項1記載の発明は、内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、前記空間内に挿通され、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を流れる被測流体の一部を前記空間内に供給する連通路と、前記センサチューブに取り付けられた駆動用磁石と、前記収納ケースに設けられ、前記駆動用磁石を径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、前記収納ケースの外壁に設けられ、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端部を保持する保持部材と、前記収納ケースの端部に形成され、前記保持部材が摺動可能に挿入された摺動孔と、を備えており、前記保持部材は、前記センサチューブの熱変形により前記摺動孔を摺動して前記センサチューブの延在方向の変位を吸収することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a storage case in which a sealed space is formed, a sensor tube that is inserted into the space and through which the measured fluid flows, and a part of the measured fluid that flows through the sensor tube. An exciter comprising a communication path to be supplied into the space, a drive magnet attached to the sensor tube, and a drive coil provided in the storage case and driving the drive magnet in a radial direction; In a vibration type measuring apparatus, comprising: a detection magnet attached to a sensor tube; and a pickup provided on an outer wall of the storage case and detecting a displacement of the detection magnet. A holding member that holds the holding portion, and a sliding hole that is formed at an end of the storage case and into which the holding member is slidably inserted. Slides the slide hole by thermal deformation of the tube, characterized in that to absorb the extending direction of the displacement of the sensor tube.
請求項2記載の発明は、前記保持部材を前記センサチューブの延在方向に付勢する付勢部材を前記摺動孔に設けたことを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、前記保持部材と前記摺動孔との間に、前記センサチューブの延在方向への変位を可能とする軸受を設けたことを特徴とする。 The invention described in claim 3 is characterized in that a bearing is provided between the holding member and the sliding hole to enable displacement in the extending direction of the sensor tube.
請求項1の発明によれば、センサチューブの端部を保持する保持部材が、センサチューブの熱変形により収納ケースの端部に形成された摺動孔を摺動してセンサチューブの延在方向の変位を吸収するため、被測流体の温度変化に伴う熱膨張や熱収縮による荷重がセンサチューブに作用することを防止でき、これにより、センサチューブの振動特性(固有振動数)の変化を抑制でき、例えば、水素などのような質量の小さい気体の流量を計測する際の誤差も抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, the holding member that holds the end portion of the sensor tube slides in the sliding hole formed in the end portion of the storage case due to thermal deformation of the sensor tube, and the extending direction of the sensor tube Because it absorbs the displacement of the sensor tube, it can prevent the load due to thermal expansion and contraction due to the temperature change of the measured fluid from acting on the sensor tube, thereby suppressing the change of vibration characteristics (natural frequency) of the sensor tube For example, an error in measuring a flow rate of a gas having a small mass such as hydrogen can be suppressed.
請求項2記載の発明は、保持部材をセンサチューブの延在方向に付勢する付勢部材を摺動孔に設けたため、被測流体の温度変化に伴ってセンサチューブに作用する応力を軽減することができ、これにより、センサチューブの振動特性(固有振動数)の変化を抑制でき、計測誤差も抑制することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the urging member for urging the holding member in the extending direction of the sensor tube is provided in the sliding hole, the stress acting on the sensor tube is reduced with the temperature change of the fluid to be measured. As a result, changes in the vibration characteristics (natural frequency) of the sensor tube can be suppressed, and measurement errors can also be suppressed.
請求項3記載の発明は、保持部材と摺動孔との間に、センサチューブの延在方向への変位を可能とする軸受を設けたため、被測流体の温度変化に伴ってセンサチューブに作用する応力を軽減することができ、これにより、センサチューブの振動特性(固有振動数)の変化を抑制でき、計測誤差も抑制することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the bearing capable of displacement in the extending direction of the sensor tube is provided between the holding member and the sliding hole, it acts on the sensor tube according to the temperature change of the fluid to be measured. Stress can be reduced, whereby changes in the vibration characteristics (natural frequency) of the sensor tube can be suppressed, and measurement errors can also be suppressed.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明になる振動式測定装置の実施例1としてのコリオリ式質量流量計の縦断面図である。図2は図1中A−A線に沿う縦断面図である。図3はセンサチューブの取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。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。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a Coriolis mass flow meter as Example 1 of the vibration type measuring apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner in order to explain the mounting structure of the sensor tube. The vibration type measuring device can be used as a vibration type density meter and a Coriolis type mass flow meter because the mass flow rate can be obtained using the density and density of the fluid to be measured. Since the vibration type density meter and the Coriolis type mass flow meter have the same configuration, this embodiment will be described in detail when used as a mass flow meter.
図1及び図2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の内部に挿入された直線状パイプからなるセンサチューブ14と、センサチューブ14の延在方向(X方向)の中間部分を加振する加振器ユニット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ユニット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ユニット20とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the mass flow meter 10 includes a
収納ケース12は、流入側ケース22と、流出側ケース24と、流入側ケース22と流出側ケース24との間に介在するセンサ部ケース26とを有する。流入側ケース22は、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材(SUS316L)により形成されており、一端に流入側管路(図示せず)が接続される流入側継手28が螺入されるめねじ部22aが設けられ、他端にセンサ部ケース26の端部が螺入されるめねじ部22bが設けられている。
The
流入側ケース22は、めねじ部22aとめねじ部22bとの間を貫通する貫通孔(摺動孔)22cが中心線に沿って延在するように設けられている。この貫通孔22cは、センサチューブ14の一端に固定されたフランジ30が嵌合されてセンサチューブ14の取付位置を規制する。
The inflow side case 22 is provided such that a through hole (sliding hole) 22c passing through between the
図3に示されるように、フランジ30は、貫通孔22cの内部に摺動可能に挿入された保持部材32にボルト34によって締結される。保持部材32の外周には、シール溝32c,32dが設けられており、シール溝32c,32dには、シール部材33が装着されている。
As shown in FIG. 3, the
さらに、保持部材32は、センサチューブ14に連通される中央孔32aと、中央孔32aより半径方向にずらした連通路32bとがセンサチューブ14の延在方向(X方向)に貫通している。保持部材32の中央孔32aは、流入側継手28の流入孔28aに連通するように設けられている。また、保持部材32の連通路32bは、センサチューブ挿通孔50に被測流体の一部を供給するための通路である。そのため、センサチューブ14の内側圧力と外側圧力とが同圧になるため、センサチューブ14に肉厚を薄肉化しても耐圧強度が確保される。
Further, in the
流入側ケース22の貫通孔22cには、保持部材32の流出側端部が対向する段差部22dが設けられている。この段差部22dと保持部材32の流出側端部との間には、隙間S1が介して対向しており、センサチューブ14の熱収縮による変位は、この隙間S1に相当する長さ分の変位が可能となっている。
The through
また、保持部材32の流入側端部は、流入側継手28の端面と隙間S2を介して対向しており、センサチューブ14の熱膨脹による変位は、この隙間S2に相当する長さ分の変位が可能となっている。この隙間S1、S2は、センサチューブ14の延在方向(X方向)の遊びとして設けられており、例えば、低温流体や高温流体を計測する場合にセンサチューブ14が熱収縮または熱膨張しても保持部材32が流入側ケース22の貫通孔22cを摺動してセンサチューブ14に熱応力による荷重が作用しない構成になっている。よって、熱膨張による計測誤差を解消することができる。
The inflow side end of the
図1に示されるように、流入側継手28の端部には、L状に曲げられたブラケット31が嵌合しており、ナット29により締結されている。このブラケット31は、流入側ケース22を所定高さ位置に支持するための支持脚である。
As shown in FIG. 1, an L-shaped bracket 31 is fitted to the end of the inflow side joint 28 and fastened by a
流出側ケース24は、上記流入側ケース22と同様に、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材(SUS316L)により形成されており、一端に流出側管路(図示せず)が接続される流出側継手36が螺入されるめねじ部24aが設けられ、他端にセンサ部ケース26の他端が螺入されるめねじ部24bが設けられている。また、流出側継手36は、センサチューブ14の流出側端部に連通する中央孔36aを有する。
Like the inflow side case 22, the
流出側ケース24は、めねじ部24aとめねじ部24bとの間を貫通する貫通孔24cが中心線に沿って延在するように設けられている。この貫通孔24cは、センサチューブ14の他端に固定されたフランジ38が嵌合されてセンサチューブ14の取付位置を規制する。また、フランジ38は、貫通孔24cの壁面に固定される固定板40にピン42によって回転が規制される。また、固定板40には、センサチューブ14の流出側端部及びフランジ38の中央孔38aに連通する中央孔40aが設けられている。
The
また、流出側継手36の端部には、L状に曲げられたブラケット44が嵌合しており、ナット46により締結されている。このブラケット44は、流出側ケース24を所定高さ位置に支持するための支持脚である。
A bracket 44 bent in an L shape is fitted to the end of the outflow side joint 36 and fastened by a nut 46. The bracket 44 is a support leg for supporting the
センサ部ケース26は、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材(SUS316L)により形成されており、中心線に沿うように延在形成されたセンサチューブ挿通孔50を有する。センサチューブ挿通孔50の中心には、センサチューブ14が装架される。
The
また、センサ部ケース26の一端には、流入側ケース22のめねじ部22bに螺入されるおねじ部26aが設けられ、センサ部ケース26の他端には、流出側ケース24のめねじ部24bに螺入されるおねじ部26bが設けられている。そして、センサ部ケース26には、加振器52,54、流入側ピックアップ56,58、流出側ピックアップ60,62が設けられている。加振器52,54は、センサチューブ14の延在方向(X方向)の中間位置に対向するように取り付けられており、流入側ピックアップ56,58と流出側ピックアップ60,62とは、加振器52,54より所定距離離間した流入側、流出側に対称に配置されている。
Further, one end of the
センサ部ケース26の上面26c及び下面26dに設けられた凹部26e,26fには、加振器52,54の駆動コイル52a,54a、及び流入側ピックアップ56,58、流出側ピックアップ60,62のセンサコイル56a,58a,60a,62aが嵌合されている。そのため、駆動コイル52a,54a及びセンサコイル56a,58a,60a,62aは、マグネット52b,54b,56b,58b,60b,62bに近接するように取り付けられている。さらに、駆動コイル52a,54a、及びセンサコイル56a,58a,60a,62aが収納ケース12の外部に設けられているので、収納ケース12の内部にCNGあるいは水素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。
In the
また、加振器52,54、流入側ピックアップ56,58、流出側ピックアップ60,62のマグネット52b,54b,56b,58b,60b,62bは、センサチューブ14の外周に取り付けられている。従って、駆動コイル52a,54aからの電磁力によってセンサチューブ14の延在方向の中間部分がZ方向に駆動される。そして、Z方向に振動するセンサチューブ14の流入側と流出側との位相差は、流量に比例しており、マグネット56b,58b,60b,62bの変位に伴ってセンサコイル56a,58a,60a,62aにより検出信号が出力される。
The
ここで、センサチューブ14の構成について説明する。図4は実施例1のセンサチューブ14を示す側面図である。図4に示されるように、センサチューブ14は、マグネット52b,54b,56b,58b,60b,62bが取り付けられたセンシング領域Laと、センシング領域Laより流入側となる流入側非センシング領域Lbと、センシング領域Laより流出側となる流出側非センシング領域Lcとを有する。
Here, the configuration of the
センシング領域Laは、加振器52,54によりZ方向に振動する振動領域でもあり、センサチューブ14の内部を流れる流量に応じた変位量で流入側と流出側とで位相差を生じるため、外部からの力が作用しないようにして計測精度を維持する必要がある。
The sensing region La is also a vibration region that vibrates in the Z direction by the
一方、流入側非センシング領域Lbと流出側非センシング領域Lcは、外部からの力を緩衝する緩衝領域として機能させることも可能である。本実施例では、流入側非センシング領域Lb及び流出側非センシング領域Lcに熱膨張による引張り力または圧縮力を吸収するための曲げ部72,74が設けられている。 On the other hand, the inflow-side non-sensing region Lb and the outflow-side non-sensing region Lc can also function as buffer regions that buffer external force. In the present embodiment, the inflow side non-sensing region Lb and the outflow side non-sensing region Lc are provided with bent portions 72 and 74 for absorbing tensile force or compressive force due to thermal expansion.
センサチューブ14は、比較的比重の小さい流体(例えば、水素等)でも計測感度を維持するように、薄肉化され、且つ延在方向(X方向)に延在するように形成されているため、温度変化に対して比較的熱膨張量が大きくなってしまう傾向にある。これに対し、センサチューブ14の両端を保持する収納ケース12は、流体圧力に耐えるように耐圧強度が高められており、温度変化に対して比較的熱膨張量が小さくなっている。
Since the
そのため、センサチューブ14と収納ケース12との熱膨張率の差によってセンサチューブ14に軸方向の引張り荷重あるいは圧縮荷重が作用した場合、保持部材32は、流入側ケース22の貫通孔22cをセンサチューブ14の延在方向(X方向)に摺動してセンサチューブ14に荷重が作用しないように動作する。
Therefore, when an axial tensile load or compressive load is applied to the
このように、保持部材32がセンサチューブ14の延在方向(X方向)に摺動することにより引張り荷重あるいは圧縮荷重が吸収されてセンサチューブ14の振動部分の振動特性が変化せず、温度変化による計測誤差を防止することができる。従って、温度変化に伴ってセンサチューブ14と収納ケース12との伸縮量に差が生じた場合、センサチューブ14のセンシング領域Laに不要な圧縮荷重あるいは引っ張り荷重が付与されないように保持部材32が移動する。よって、センシング領域Laでは、熱膨張率の差違による計測誤差が生じないので、高温流体や低温流体でも正確に流量計側することが可能になる。
As described above, the holding
再び、図1及び図2に戻って説明する。加振器52,54は、駆動コイル52a,54aとマグネット52b,54bとを組み合わせた構成であり、駆動コイル52a,54a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52b,54b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(Z方向)に振動させる。また、流入側ピックアップ56,58、流出側ピックアップ60,62も、加振器52,54と同様にセンサコイル56a,58a,60a,62aとマグネット56b,58b,60b,62bとを組み合わせた構成であり、センサコイル56a,58a,60a,62aとマグネット56b,58b,60b,62bとの間で相対変位が生じると、(変位速度)に応じた検出信号を出力する。
Again, referring back to FIG. 1 and FIG. The
各コイル52a,54a,56a,58a,60a,62aは、コイルホルダ64に保持されており、各コイルホルダ64は、ボルト66によりセンサ部ケース26に固定される。さらに、センサ部ケース26の上面26c及び下面26dには、コイル52a,54a,56a,58a,60a,62aを保護するカバー部材68,70が取り付けられている。
Each
また、流入側ケース22、流出側ケース24、センサ部ケース26は、夫々高圧流体が供給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。さらに、センサチューブ14が挿通された貫通孔22c,24c、センサチューブ挿通孔50の内部には、高圧流体が導入されており、センサチューブ14の内側と外側の圧力差が殆どないようになっている。
In addition, the inflow side case 22, the
従って、質量流量計10では、上記のようにセンサチューブ14の外周側の空間にも被測流体が充填されてセンサチューブ14の内側と外側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52,54の駆動コイル52a,54a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。また、センサチューブ14は、加振器52,54の加振力によりZ方向に振動する。しかしながら、保持部材32は、外周に貫通孔22cの内壁との間をシールするシール部材33が装着されているので、径方向(Z方向)のがたつき無く貫通孔22cに嵌合しており、流量計側時の振動特性(固有振動数)に影響しないように設けられている。
Therefore, in the mass flow meter 10, the fluid to be measured is filled in the space on the outer peripheral side of the
さらに、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、流入側ピックアップ56,58、流出側ピックアップ60,62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。
Furthermore, since the
駆動コイル52a,54a及びセンサコイル56a,58a,60a,62aは、流量計測制御回路80に接続されており、流量計測制御回路80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。
The drive coils 52a, 54a and the
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80によって加振器52,54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の中間部分を縦方向(Z方向)に加振させる。
When the flow rate is measured, in the mass flow meter 10 configured as described above, the
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56,58と流出側ピックアップ60,62との出力信号に位相差が生じる。
Thus, when a fluid flows through the vibrating
流量計測制御回路80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52,54及び流出側ピックアップ56,58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80により質量流量に変換される。
Since the phase difference between the inflow side output signal and the outflow side output signal is proportional to the flow rate, the flow rate measurement control circuit 80 calculates the flow rate based on the phase difference. Therefore, when the displacement of the
図5は実施例2のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。尚、図5において、上記実施例1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5に示されるように、センサチューブ14の流入側端部は、前述した実施例1と同様な構成であり、センサチューブ14の流入側端部には、フランジ30、保持部材32、シール部材33が設けられている。尚、流入側の保持部材32は、流出側端部が段差22dに当接しており、流入側端部が隙間S2を介して流入側継手28の端面に対向している。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner in order to explain the sensor tube mounting structure of the second embodiment. In FIG. 5, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 5, the inflow side end of the
また、センサチューブ14の流出側端部が結合されたフランジ38は、センサチューブ14が挿入された中央孔38aと、保持部材82の端面に形成された凹部82eに嵌合する鍔部38bとを有する。
The
また、フランジ38は、流入側端部と同様に、流出側ケース24の貫通孔(摺動孔)24cに挿入された流出側の保持部材82がボルト84によって締結される。さらに、保持部材82の外周には、シール溝82b,82cが設けられており、シール溝82b,82cには、シール部材83が装着されている。また、保持部材82は、センサチューブ14の流出側と流出側継手36の中央孔36aとの間を連通する中央孔82aを有する。
Similarly to the inflow side end, the outflow
尚、保持部材82は、流入側端部が段差24dに当接しており、流出側端部が隙間S1を介して流出側継手36の端面に対向している。
The holding
上記保持部材32,82は、上記隙間S1,S2の範囲内でセンサチューブ14の延在方向(X方向)に摺動することができるので、センサチューブ14で熱膨脹が生じた場合には、この隙間S1,S2に相当する長さ分の熱膨脹を吸収することが可能になっている。そのため、例えば、高温流体を計測する場合にセンサチューブ14が熱膨張しても保持部材32,82が摺動してセンサチューブ14に熱応力による荷重が作用しない構成になっている。よって、センサチューブ14の熱膨張に伴う計測誤差を解消することができる。
The holding
図6は実施例3のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。尚、図6において、上記実施例1と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。 FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner in order to explain the sensor tube mounting structure of the third embodiment. In FIG. 6, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6に示されるように、実施例3では、流入側の保持部材32と段差22dとの間に保持部材32を流入側に付勢する付勢部材86が設けられている。この付勢部材86は、コイルバネからなり、センサチューブ14に対して一定の張力を付与するように取り付けられている。
As shown in FIG. 6, in the third embodiment, a biasing
そのため、付勢部材86は、高温流体を計測する場合にセンサチューブ14の熱膨張に伴う保持部材32の変位を補助することができ、保持部材32の摺動抵抗がセンサチューブ14に負荷として作用しないようにして、熱膨張に伴う計測誤差を解消することができる。
Therefore, the biasing
図7は実施例4のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。尚、図7において、上記実施例2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7に示されるように、実施例4では、流出側の保持部材82と段差24eとの間に保持部材32を流入側に付勢する付勢部材88が設けられている。この付勢部材88は、コイルバネからなり、センサチューブ14に対して一定の張力を付与するように取り付けられている。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a simplified storage case in order to explain the sensor tube mounting structure of the fourth embodiment. In FIG. 7, the same parts as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 7, in the fourth embodiment, an urging
そのため、付勢部材88は、高温流体を計測する場合にセンサチューブ14の熱膨張に伴う保持部材82の変位を補助することができ、保持部材82の摺動抵抗がセンサチューブ14に負荷として作用しないようにして、熱膨張に伴う計測誤差を解消することができる。
Therefore, the urging
図8は実施例5のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。尚、図8において、上記実施例3と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。 FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner in order to explain the sensor tube mounting structure of the fifth embodiment. In FIG. 8, the same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図8に示されるように、実施例5では、流入側の保持部材32と段差22cとの間に保持部材32を流入側に付勢する付勢部材86が設けられている。また、保持部材32の外周には、シール溝32c,32dが設けられており、シール溝32c,32dには、シール部材33と、保持部材32の外周に作用する圧力を受ける受圧リング90とが装着されている。シール部材33は、受圧リング90を介して押圧されるため、被測流体が高圧な場合でも大きく変形せず、シール性を維持することができる。
As shown in FIG. 8, in the fifth embodiment, a biasing
尚、実施例5では、流出側の保持部材32の構成について説明したが、流出側の保持部材82も同様な構成とするようにしても良い。
In the fifth embodiment, the configuration of the outflow
図9は実施例6のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。尚、図9において、上記実施例3と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。 FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner to explain the sensor tube mounting structure of the sixth embodiment. In FIG. 9, the same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図9に示されるように、実施例6では、流入側の保持部材32と段差22dとの間に保持部材32を流入側に付勢する付勢部材86が設けられている。また、保持部材32の外周には、台形状に突出する環状突起92,94が設けられており、環状突起92,94のリング状に形成された最外周部分が流出側ケース24の貫通孔22cに摺接している。
As shown in FIG. 9, in the sixth embodiment, a biasing
そのため、保持部材32は、貫通孔22cの内壁に対する摺動抵抗が軽減されており、高温流体を計測する場合にセンサチューブ14の熱膨張に伴う保持部材32のX方向変位が容易に行なえる。よって保持部材32の摺動抵抗がセンサチューブ14に負荷として作用しないようにして、熱膨張に伴う計測誤差を解消することができる。
Therefore, the holding
尚、実施例6では、流出側の保持部材32の構成について説明したが、流出側の保持部材82も同様な構成とするようにしても良い。
In the sixth embodiment, the configuration of the outflow
図10は実施例7のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。図11は図10中B−B線に沿う縦断面図である。尚、図10、図11において、上記実施例4と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。 FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner to explain the sensor tube mounting structure of the seventh embodiment. FIG. 11 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG. 10 and 11, the same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図10及び図11に示されるように、実施例7では、流出側の保持部材82の軸心を収納ケース12のX方向の軸心に一致させるための調芯機構100が設けられている。調芯機構100は、保持部材82の外周の120度間隔で位置調整するように構成されており、保持部材82が挿入される流出側ケース24(収納ケース12)の貫通孔24cに対して放射状に形成された調整孔102〜104と、調整孔102〜104に挿入された押圧ボール106〜108とを有する。押圧ボール106,107は、調整孔102,103に螺入されたナット110,111の調整ねじ114,115によって保持部材82の軸心方向への突出量を調整される。尚、調整孔102〜104は、外周側開口が押圧ボール106〜108の直径よりも若干大径であり、内周側開口が先細形状に形成されており、押圧ボール106〜108の一部が内側に突出するようになっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, in the seventh embodiment, an
また、保持部材82の上方に配置された押圧ボール108は、コイルバネ118の押圧力により保持部材82の外周を押圧している。コイルバネ118は、調整孔104に螺入されたバネ押さえ120により保持されており、バネ押さえ120の螺入位置を変えることによって、押圧ボール108への押圧力が調整される。そして、上記調整ねじ114,115の螺入位置を調整することにより、保持部材82の下側位置を規制する押圧ボール106,107の位置が調整されると共に、反対側の上側位置を規制する押圧ボール108が保持部材82に押圧されたコイルバネ118を圧縮し、そのバネ力を受けて保持部材82の上側位置を調整する。
Further, the
このように、保持部材82は、調芯機構100の3個の押圧ボール106〜108によって軸心位置が調整される。
Thus, the axial position of the holding
尚、実施例7では、流出側の保持部材82の軸心を調整する調芯機構100の構成について説明したが、流入側の保持部材32にも同様な調芯機構が設けられている。そのため、センサチューブ14の両端に結合された保持部材32,82は、夫々調芯機構100により軸心が収納ケース12の軸心と一致するように調整されるため、センサチューブ14を加振する際の振幅がセンサチューブ挿通孔50内で偏らないように調整することができる。これにより、保持部材32,82がセンサチューブ14の熱膨張に伴ってX方向に摺動した場合でも、調芯機構100によって保持部材32,82の軸心がぶれないため、センサチューブ14の振動が安定し、熱膨張に伴う計測誤差を解消することができる。
In the seventh embodiment, the configuration of the
図12は実施例8のセンサチューブ取付構造を説明するため、収納ケースを簡略化して示す縦断面図である。尚、図12において、上記実施例4と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。 FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the storage case in a simplified manner in order to explain the sensor tube mounting structure of the eighth embodiment. In FIG. 12, the same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図12に示されるように、実施例8では、センサチューブ14の流出側端部が結合されたフランジ38をセンサチューブ14の延在方向(X方向)にガイドするガイド機構130が設けられている。このガイド機構130は、フランジ38にボルト84により締結された保持部材132と、保持部材132を付勢する付勢部材88と、保持部材132の外周に摺接するボールベアリング133と、ボールベアリング133の外周に嵌合されたテーパ状の可動側リング134と、可動側リング134に嵌合するテーパ状の固定側リング136とにより構成されている。ボールベアリング133は、保持部材132の外周と可動側リング134の内周との間に周方向に介在する複数のボール133aと、複数のボール133aを3列に保持するリテーナ133bとを有する。また、保持部材132は、センサチューブ14の流出側端部と連通する中央孔132aを有する。
As shown in FIG. 12, in the eighth embodiment, a guide mechanism 130 that guides the
固定側リング136は、収納ケース12を構成する出側ケース24の貫通孔24cに螺入されたリング状のナット138,140により流出側の位置を規制されている。ボールベアリング133を保持する可動側リング134のテーパ面は、保持部材132を流出側に付勢する付勢部材88の付勢力を受けて固定側リング136のテーパ面に押圧されている。そのため、センサチューブ14が高温の流体を計測する際に熱膨張すると、フランジ38が付勢部材88の付勢方向に摺動してセンサチューブ14の熱膨張量を吸収する。
The position of the
その際、フランジ38と一体化された保持部材132は、ボールベアリング133の転がり接触によりガイドされているため、低摩擦でセンサチューブ14の延在方向に摺動する。
At this time, the holding
そのため、保持部材132は、ガイド機構130のボールベアリング133により貫通孔24cの内壁に対する摺動抵抗が軽減されており、高温流体を計測する場合にセンサチューブ14の熱膨張に伴う保持部材132のX方向変位が容易に行なえる。よって、実施例8では、保持部材132の摺動抵抗がセンサチューブ14に負荷として作用しないように構成されており、センサチューブ14の熱膨張に伴う計測誤差を解消することができる。
Therefore, in the holding
尚、実施例8では、流出側の保持部材の構成について説明したが、流入側の保持部材もガイド機構130を用いてガイドする構成しても良い。 Although the configuration of the outflow side holding member has been described in the eighth embodiment, the inflow side holding member may also be configured to be guided using the guide mechanism 130.
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。 In the above-described embodiment, the flow rate measurement is performed using a combustible gas such as CNG as the fluid to be measured. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to measurement of other high-pressure and high-temperature fluids. Of course.
10 質量流量計
12 収納ケース
14 センサチューブ
22 流入側ケース
22c,24c 貫通孔(摺動孔)
24 流出側ケース
26 センサ部ケース
28 流入側継手
30,38 フランジ
32,82,132 保持部材
33,83 シール部材
36 流出側継手
50 センサチューブ挿通孔
52,54 加振器
56,58 流入側ピックアップ
60,62 流出側ピックアップ
86,88 付勢部材
90 受圧リング
92,94 環状突起
100 調芯機構
102〜104 調整孔
106〜108 押圧ボール
114,115 調整ねじ
118 コイルバネ
120 バネ押さえ
130 ガイド機構
133 ボールベアリング
134 可動側リング
136 固定側リング
10
24
Claims (3)
前記空間内に挿通され、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を流れる被測流体の一部を前記空間内に供給する連通路と、
前記センサチューブに取り付けられた駆動用磁石と、前記収納ケースに設けられ、前記駆動用磁石を径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、前記収納ケースの外壁に設けられ、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端部を保持する保持部材と、
前記収納ケースの端部に形成され、前記保持部材が摺動可能に挿入された摺動孔と、を備えており、
前記保持部材は、前記センサチューブの熱変形により前記摺動孔を摺動して前記センサチューブの延在方向の変位を吸収することを特徴とする振動式測定装置。 A storage case in which a sealed space is formed;
A sensor tube that is inserted into the space and through which the fluid to be measured flows;
A communication path for supplying a part of the fluid to be measured flowing through the sensor tube into the space;
A vibration exciter comprising a drive magnet attached to the sensor tube and a drive coil provided in the storage case and driving the drive magnet in a radial direction;
A pickup comprising a detection magnet attached to the sensor tube, and a detection unit provided on an outer wall of the storage case and detecting a displacement of the detection magnet;
In a vibration measuring device having
A holding member for holding an end of the sensor tube;
A sliding hole formed at an end of the storage case and slidably inserted into the holding member,
The vibration-type measuring device, wherein the holding member slides through the sliding hole by thermal deformation of the sensor tube and absorbs displacement in the extending direction of the sensor tube.
3. The vibration type measuring apparatus according to claim 1, wherein a bearing that enables displacement of the sensor tube in an extending direction is provided between the holding member and the sliding hole.
Priority Applications (1)
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JP2005102909A JP2006284300A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Vibration type measuring device |
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2005
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