JP2006292643A - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】２本のチューブのバランスを確実に確保できるコリオリ質量流量計を提供すること。
【解決手段】コリオリ質量流量計を構成する振動検出手段４、５、及び励振手段６のコイル部材４ａ〜６ａに接続されている信号伝送路１１〜１３と同一形態となるように、振動検出手段４、５、及び励振手段６を構成するマグネット部材４ｂ〜６ｂにもダミー信号伝送路１１'〜１３'を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、コリオリ質量流量計を構成する振動部材と静止系とを接続する信号伝達構造に関する。

コリオリ質量流量計は、特許文献１に見られるように振動可能な弾性変形可能な２本のチューブを平行にその両端を分岐管を介して支持したり、また特許文献２に見られるように一本のチューブを平行になるようにループさせるとともに、相対向するチューブに励振器を配置して各チューブが互いに逆位相になるように単振動させ、質量流量に比例して発生するコリオリ力によって生じる振動の変化を少なくとも一対の振動検出器により検出するように構成されている。

これら励振器や振動検出器は、通常、コイル部材とマグネット部材とにより構成され、コイル部材には駆動信号を供給したり、また振動に伴う信号を取り出す関係上、信号伝送路が接続されている。

このような信号伝送路は、図５(イ)に示したように励振器４０、及び振動検出器４１、４２を構成するコイル部材４０ａ、４１ａ、及び４２ａは、これらに一端を接続され、懸垂状態となるように配置された信号伝送路４３、４４、４５を、２本の振動可能なチューブ４６、４７の中心に位置する中継用の支持体４８の中心に対して対称となるように他端を固定し、外部と信号を伝送するように構成されている。なお、図中符号４０ｂ、４１ｂ、及び４２ｂは、それぞれ励振器４０、及び振動検出器４１、４２を構成するマグネット部材を示す。

また、中継用の支持体を使用しない形態では、図５(ロ)に示したようにチューブ４６、４７の中心領域に配置される励振器４０に接続する信号伝送路４９を構成する各導体４９ａ、４９ｂをチューブ４６の両側に沿うように振り分け、また振動チューブ４６の両側に設けられた振動検出器４１、４２を構成するコイル部材４１ａ、４２ａに接続する信号伝送路５０、５１は、振動チューブに沿って最短距離となるように引き回されている。

しかしながら、信号伝送路を介して振動体であるチューブから振動が外部へ漏れることになり、信号伝送路が接続されたチューブ４６と、信号伝送路が接続されていないチューブ４７との間での対象性が崩れ、相互間で振動形態に相違が生じ、測定精度や安定性に低下を招く恐れがある。

このような問題を解消するため、特許文献３にみられるように振動検出器を構成するコイル部材を２本のチューブのそれそれぞれに振り分けて配置してそれぞれのチューブに信号伝送路が接続されるようにするとともに、チューブの中央に配置される励振器のコイル部材に対しては、励振器に接近させて配置した支持体から信号伝送路を接続したり、または左右に振り分けるようにチューブに沿わせて外部に引き出すことが提案されている。

これによれば、それぞれのチューブ全体でみれば可及的にバランスが取れているものの、それぞれのチューブの各側（手前側、奥側）では信号伝送路の有無があり、またチューブの中央部には短い信号伝送路であるが、一方には存在し、他方には存在しない状態となっている。

つまり、チューブの上流側固定端と下流側固定端の中心付近にのみリード線の接続部が設けられ、上流側、下流側のそれぞれの振動検出器は、チューブの中心の接続部を介してチューブに這わせた信号伝送路を介して外部に接続されることになり、振動検出器が設けられているチューブの接続部では２つのコイルから２本ずつ計４本の導線が存在し、また他方のチューブでは導線が２本だけとなり、接続部を構成する導線の本数が異なり、完全な対称性を得ることができない。
もとより、信号伝送路を構成する線材に細いものを使用して剛性を下げれば影響を無視できる程度に小さくできるものの、信号伝送路の強度の低下や寿命の短縮により信頼性が低下し、また規定の形状を維持することが困難となり、振動のパラメータがバラつくという新たな問題が生じる。
特許第1863347号公報 特許第3556954号公報 特許第2947789号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは高い安定性と信頼性を備えたコリオリ質量流量計を提供することである。
より詳細には信号伝送路による影響を排して２本のチューブ自体の振動にかかわる物理量を可及的にバランスさせて２本のチューブの対象性を得ることができるコリオリ質量流量計を提供することである。

このような課題を解消するために請求項１の発明は、内部に流体が流れる振動可能なチューブを分岐手段を介して少なくとも一部に平行な領域を有するように２本、もしくは前記チューブを少なくとも一部に平行な領域を有し、かつ前記平行な領域が相互に接離する方向に振動可能に基台に設けるとともに、前記チューブの前記平行な領域の相対向する位置の少なくとも１箇所にコイル部材とマグネット部材とからなり、前記チューブを接離する方向に振動させる励振手段を設け、また前記チューブの前記平行な領域の相対向する位置の少なくとも２箇所にコイル部材とマグネット部材とからなり、前記チューブの振動による相対距離、または相対速度の変化を検出する振動検出手段を設け、前記振動検出手段からの信号に基づいて前記流体の流量または密度を測定するコリオリ質量流量計において、
前記コイル部材に接続されている信号伝送路と同一形態となるように前記マグネット部材にダミー信号伝送路が設けられている。

請求項２の発明は、前記励振手段または振動検出手段の少なくとも１つに設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路は、それぞれが略対称で、かつその固定領域以外が懸垂状態となるようにその他端が、前記平行な領域の近傍に配置された非振動体に固定されている。

請求項３の発明は、前記励振手段が前記チューブの前記平行な領域で、かつ前記基台から略最遠領域の略中央部に設けられ、またこれに設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路との他端が前記非振動体に固定され、前記振動検出手段に設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路が前記チューブに沿って配置され、かつ他端が前記励振手段の前記ダミー信号伝送路との他端領域に固定されている。

請求項４の発明は、前記励振手段に設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路との他端が、絶縁フィルムに複数の導電パターンを形成したフレキシブルプリント基板に接続されている。

請求項５の発明は、前記信号伝送路とダミー信号伝送路とがそれぞれ各チューブに沿い、かつ前記励振手段に対して対称となるように配置されている。

請求項６の発明は、一方の前記チューブに前記励振手段、及び振動検出手段を構成するコイル部材が、また他方の前記チューブに前記励振手段、及び振動検出手段を構成するマグネット部材が配置されている。

請求項１、及び請求項２の発明によれば、２本のチューブに、ほぼ同等の材質、形状の信号伝送路とダミー信号伝送路が存在するので、２本のチューブの対称性が高くなりチューブが理想の音叉振動に近い形態で振動し、高い精度での測定が可能となる。
また、信号伝送に関与しないダミー信号伝送路を使用しているため、コイル部材の配置場所や配線方法にかかわりなく、より高い対称性を簡単に実現することができる。
対称性が増すことで、チューブをより安定に振動させることができ、温度変化や外部からの振動に対しても質量流量を安定に測定することができる。
また、懸垂状態で配置される信号伝送路は、それ自体が固有の共振周波数をもち、チューブの振動に対して抵抗分として作用するため、チューブの振動に悪影響を与えるが、ダミー信号伝送路が対称に配置されているため、信号伝送路の振動がダミー信号伝送路の振動により相殺できる。
以上のことから、コリオリ質量流量計の高安定化、高精度化を実現することができる。

請求項３の発明によれば、懸垂状態で接続する信号伝送路、及びダミー信号伝送路の数を最小限として懸垂状態で配置する伝送路の数を最小限として、懸垂状態で配置される伝送路に発生する共振振動の影響を最小限として対称性を維持しつつ、チューブ以外の振動を可及的に少なくして、温度変化や外部からの振動の影響を小さくして流量等を安定に検出できる。

請求項４の発明によれば、懸垂状態で接続する信号伝送路、及びダミー信号伝送路としてフレキシブルプリント板を用いることにより、チューブの振動に影響を可及的に小さくできる十分な可撓性、軽量性、薄さを確保しつつ、耐久性を高めることができ、装置を小型化するとともに、必要な導通ライン数を可及的に少ない信号伝送形成部材で構成でき、導通ラインの引き回し作業を簡素化することができる。

請求項５の発明によれば、コイル部材に導通ラインを設ける方法としてチューブの固定領域からチューブの表面に這わして引き回す手法が、一般的に中大口径のチューブで用いられることが多いが、コイル部材と対をなすマグネット部材にもコイル部材の導通ラインとほぼ同等の材質、形状を有する伝送路形成部材を中心平面に対して対称に設置することで、懸垂状態で配置する配線構造よりも簡単な配線構造で２本の振動チューブの対称性を確保して、チューブを理想の音叉振動に近い状態で振動させることができる。
対称性が増すことで、チューブをより安定に振動させることができ、温度変化や外部からの振動、つまり振動ノイズに対しても質量流量を安定に測定することができる。
また信号伝送路、及びダミー信号伝送路を引き回す際に使用する固定具や接着剤（材）による質量増加、弾性変化、振動への抵抗増加等の影響も、２本のチューブの間で相殺できて性能の低下を招くことなく、信号伝送路の敷設の信頼性を高めることができる。

請求項６の発明によれば、一方のチューブにはコイル部材だけを、また他方のチューブにはマグネット部材だけを纏めて取り付けるため、組み立て作業の簡素化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施例を示すものであって、少なくとも一部に平行な領域を有し、かつ平行な領域が相互に接離する方向に振動可能な形態、この実施例ではアーチ状に２本のチューブ１、２を平行、かつ相対向して相互に接離する方向に振動可能にその両端を基台３に固定されている。

一方のチューブ１の立ち上がり部の上部領域には振動検出器４、５を構成するコイル部材４ａ、５ａが、他方のチューブ２の立ち上がり部の上部領域には振動検出器４、５を構成するマグネット部材４ｂ、５ｂが、コイル部材４ａ、５ａに対向する位置に設けられ、また一方のチューブ１の中央領域、つまり基台３から最遠領域の中央に励振器６を構成するコイル部材６ａが、他方のチューブ２のコイル部材６ａに対向する位置には励振器６を構成するマグネット部材６ｂが配置されている。

またこれらチューブ１、２の下方にはこれら振動検出器４、５、及び励振器６が取り付けられているチューブ１、２を含む面に平行で、好ましくは２つの振動検出器４、５と対向する面とチューブ１、２との距離が略等距離となる面を有する中継用の支持体１０が配置されている。

これら振動検出器４、５、及び励振器６を構成するコイル部材４ａ、５ａ、及びコイル部材６ａには、中継用の支持体１０を終端とするように懸垂状に信号伝送路、この実施例ではワイヤ、線材等（以下、これらの材をリード線構成材）という１１、１２、１３の一端が接続され、図示しない測定回路からの駆動信号やまた測定回路に信号を伝送するように構成されている。

一方、振動検出器４、５、及び励振器６を構成する他の部材であるマグネット部材４ｂ、５ｂ、６ｂと中継用の支持体１０との間には、これらを固定端とし、残部が懸垂状態で、かつ振動伝送路を構成するリード線構成材１１、１２、１３に対して可及的に対称、つまり同一の曲がり形状となるように、同一特性もしくは同一仕様のリード線構成材１１'、１２'、１３'からなるダミー信号伝送路が設けられている。

この実施例によれば、チューブ１のコイル部材４ａ、５ａ、６ａの信号伝送路であるリード線構成材１１、１２、１３と、チューブ２のダミー信号伝送路であるリード線構成材１１'、１２'、１３'との各チューブ１、２に対する機械的影響力が略同一であるため、バランスが保たれており高い精度と安定性でチューブを流れる流体の質量流量や密度を測定することができる。

また、それぞれのチューブ１、２に対するリード線構成材の影響力が同一であるため、一方のチューブ１にはコイル部材だけを、また他方のチューブ２にはマグネット部材だけを纏めて取り付けても、各部材の重量を同一に構成すれば、一方のチューブにはマグネット部材だけを、他方のチューブにはコイル部材だけを纏めて組み付けることが可能となり、組み立て作業の簡素化を図ることができ、さらには設計の自由度を高めることができる。

なお、上述の実施例においては振動検出器４、５、及び励振器６のコイル部材４ａ、５ａ、６ａ、及びマグネット部材４ｂ、５ｂ、６ｂに接続する信号伝送路、ダミー信号伝送路の他端を中継用の支持体１０に固定するとともに、これら伝送路をリード線構成材により構成しているが、図３に示したように励振器６は、チューブ１、２の基台３から略最遠領域の略中央部に設け、励振器６のコイル部材６ａ、及びマグネット部材６ｂの信号伝送路、及びダミー信号伝送路を、絶縁フィルムに複数の導電パターンを形成したフレキシブルプリント基板により構成するとともに、チューブ１、２のそれぞれのフレキシブルプリント基板は、その曲がり形状がチューブの対称面（図２（ロ）のＣ−Ｃ線）に対して可及的に対称となるように配置されている。

一方、振動検出器４、５のコイル部材４ａ、５ａ、及びマグネット部材４ｂ、５ｂに設けられている信号伝送路、ダミー信号伝送路は、前述の実施例と同様にリード線構成材で構成してチューブ１、２の表面に沿うようにフレキシブルプリント基板の中継用の支持体１０まで延長してフレキシブルプリント基板上で固定する一方、コイル部材４ａ、５ａに接続されているリード線構成材の他端は、フレキシブルプリント基板の導電パターンに導電的に接続されている。

この実施例においても、フレキシブルプリント基板、及びリード線構成材がチューブ１、２のそれぞれに同等の外力を作用させるため、チューブ１、２のバランスを維持できる。

なお、中継用の支持体１０を使用しない場合には、図４に示したように基台３から最遠部の中央に配置された励振器６に対しては、コイル部材６ａからの信号伝送路を構成するリード線構成材３０、３０のそれぞれを両側に振り分けるようにチューブ１に沿わせて基台３にまで引き下ろし、また励振器６のコイル部材６ａに対しては、チューブ１に対するリード線構成材の配置形態と同様にチューブ２に沿わせてリード線構成材３０'、３０'を両側に振り分けて基台３まで引き下ろす。

一方、２つの振動検出器４、５は、チューブ１、２の両側に配置されるので、コイル部材４ａ、５ａのそれぞれの２本の信号伝送路であるリード線構成材３１、３２をそのままチューブ１の立ち上がり部に沿って基台３まで引き下ろし、またマグネット部材４ｂ、５ｂに対してはリード線構成材３１、３２と同様に、ダミー信号伝送路を構成するリード線構成材３１'、３２'を設けてチューブ２の立ち上がり部に沿って引き下ろす。

なお、チューブ１、２の両側に配置される振動検出器４、５に接続する信号伝送路、及びダミー信号伝送路は、振り分ける必要がないので、リード線構成材は２本一体としたケーブルや、少なくとも２本の導電パターンを形成したフレキシブルプリント基板により構成しても同様の作用を奏する。

これによれば、２本のチューブ１、２のバランスが確保できるから、上述と同様の作用を奏することは明らかである。

なお、上述の実施例においては、励振器を１台、振動検出器を２台使用する場合について説明したが、台数が増加してもそのマグネット部材にもダミー信号伝送路を設けることにより同様の作用を奏することは明らかである。

本発明の一実施例を示す斜視図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明の一実施例を示す側面図、及び上面図である。 本発明の他の実施例を示す斜視図である。 本発明の他の実施例を示す斜視図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ従来のコリオリ質量流量計における信号伝送路の配置状態を示す図である。

符号の説明

１、２ 振動可能なチューブ
３ 基台
４、５ 振動検出器
４ａ、５ａ コイル部材
４ｂ、５ｂ マグネット部材
６ 励振器
６ａ コイル部材
６ｂ マグネット部材
１０ 中継用の支持体
１１、１２、１３ 信号伝送路を構成するリード線構成材
１１'、１２'、１３' ダミー信号伝送路を構成するリード線構成材

Claims (6)

1. 内部に流体が流れる振動可能なチューブを分岐手段を介して少なくとも一部に平行な領域を有するように２本、もしくは前記チューブを少なくとも一部に平行な領域を有し、かつ前記平行な領域が相互に接離する方向に振動可能に基台に設けるとともに、前記チューブの前記平行な領域の相対向する位置の少なくとも１箇所にコイル部材とマグネット部材とからなり、前記チューブを接離する方向に振動させる励振手段を設け、また前記チューブの前記平行な領域の相対向する位置の少なくとも２箇所にコイル部材とマグネット部材とからなり、前記チューブの振動による相対距離、または相対速度の変化を検出する振動検出手段を設け、前記振動検出手段からの信号に基づいて前記流体の流量または密度を測定するコリオリ質量流量計において、
   前記コイル部材に接続されている信号伝送路と同一形態となるように前記マグネット部材にダミー信号伝送路が設けられているコリオリ質量流量計。
2. 前記励振手段または振動検出手段の少なくとも１つに設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路は、それぞれが略対称で、かつその固定領域以外が懸垂状態となるようにその他端が、前記平行な領域の近傍に配置された非振動体に固定されている請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
3. 前記励振手段が前記チューブの前記平行な領域で、かつ前記基台から略最遠領域の略中央部に設けられ、またこれに設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路との他端が前記非振動体に固定され、前記振動検出手段に設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路が前記チューブに沿って配置され、かつ他端が前記励振手段の前記ダミー信号伝送路との他端領域に固定されている請求項２に記載のコリオリ質量流量計。
4. 前記励振手段に設けられた前記信号伝送路と前記ダミー信号伝送路との他端が、絶縁フィルムに複数の導電パターンを形成したフレキシブルプリント基板に接続されている請求項２または請求項３のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
5. 前記信号伝送路とダミー信号伝送路とがそれぞれ各チューブに沿い、かつ前記励振手段に対して対称となるように配置されている請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
6. 一方の前記チューブに前記励振手段、及び振動検出手段を構成するコイル部材が、また他方の前記チューブに前記励振手段、及び振動検出手段を構成するマグネット部材が配置されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。

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