JP2007051942A - 質量流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の質量流量計は、内外からの振動が測定チューブに加わると、測定量が影響を受けやすく、質量流量のゼロ点が安定しないという問題があるので、この課題を解決する。
【解決手段】 支持部に一対の直管チューブが固定されこれらにほぼ直角方向に曲げられた曲管状チューブで結んで形成され測定流体が内部を流れる測定チューブと、先の支持部を中心として先の測定チューブを先の測定流体の走行面に対してほぼ直交方向に振動させる励振手段と、先の測定チューブを流れる先の測定流体と先の振動により発生するコリオリ信号を検出するコリオリセンサを具備し、先のコリオリ信号により先の測定流体の流量を測定する質量流量計であって、先の直管チューブの近傍にノイズセンサが固定され、先のノイズセンサで検出されたノイズ信号により先のコリオリ信号に含まれるノイズを補正するようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、支持部に固定された測定チューブをこの支持部を中心として直交方向に振動させ、測定チューブを流れる測定流体と振動により発生するコリオリ信号により測定流体の流量を測定する質量流量計に係り、特にノイズの影響を除去できるように改良した質量流量計に関する。

図３に従来の質量流量計の構成を示す。図３において、支持部１０，１１には、直管チューブ１２，１３が固定され、支持部１０，１１にほぼ直角方向にＵ字状に曲げられた曲管状チューブ１４が滑らかに結合されて測定流体が矢印方向ｆに流れる測定チューブ１５が形成されている。そして、測定流体が流れる測定チューブ１５で構成される面が測定流体の走行面となる。

曲管状チューブ１４は、支持部１０，１１を連結する筐体１６の一部が開口部１７、１８で開口されて，開口部１７、１８を貫通して外部に突き出されており、直管チューブ１２，１３の内側の端部は、内枠１９で互いに連結固定されている。

支持部１０と１１を結ぶ軸線Ｘ−Ｘ‘の中央部で直交する軸線Ｙ−Ｙ’上にある測定チューブ１５には励振子２０が固定され、軸線Ｙ−Ｙ’に対して左右対称の測定チューブ１５上の位置に励振子２０から所定距離を置いてコリオリセンサ２１，２２が固定されている。

以上の構成において、軸線Ｘ−Ｘ‘のまわりの固有振動数に共振するように、励振子２０は軸線Ｘ−Ｘ‘の回りに、測定チューブ１５を電磁的に揺動的に駆動している。

測定流体が流れていない場合には、軸線Ｙ−Ｙ’に対して測定流体の流入側（軸線Ｙ−Ｙ’に対して左側）と流出側（軸線Ｙ−Ｙ’に対して右側）の測定チューブ１５は軸線Ｘ−Ｘ‘を中心として純粋なビームの形態、即ち捩れなしで曲がる。

しかし、矢印方向ｆに測定流体の流れが始まると、軸線Ｘ−Ｘ‘から半径方向に動く流入側の流体は、流れの方向に垂直で軸線Ｘ−Ｘ‘に垂直な第１のコリオリ力を受ける

一方、流出側の測定流体は、やはり流れの半径方向に垂直な第２のコリオリ力を受けるが、この第２のコリオリ力の方向は流れの方向が第１のコリオリ力の場合と反対方向であるから第１のコリオリ力とは反対の向きである。

したがって、上方向の励振の角速度における時相では、揺動の中点を通過するときには、流入側と流出側に生じるコリオリ力は測定チューブ１５に対して、力の偶力となり、これにより測定チューブ１５を軸線Ｙ−Ｙ’の回りに角度旋回させる。

下方向の励振の角速度における時相では、軸線Ｙ−Ｙ’の回りに反対方向に測定チューブ１５が角度旋回される。

この振動数、或いは振幅がほぼ一定に保持されているものとすると、揺動の中点における軸線Ｙ−Ｙ’の回りの角度的捩れをコリオリセンサ２１、２２で計測することにより流量を得ることができる。

下記の特許文献１には、流体が流れる片持ち梁状のオメガ形のパイプを振動させて発生するコリオリ力を利用して質量流量を測定する質量流量計が開示されている。

また、下記の特許文献２には、Ｕ字形導管を音叉状にお互いに反対位相に駆動することにより、発生するコリオリの力を検出して質量流量を測定する質量流量計が開示されている。

特開昭５６−１２５６２２号公報

特公平４−５５２５３号公報

しかし、このような質量流量計には、次のような課題があった。図３に示す従来の質量流量計は、外部からの振動が測定チューブに加わると、測定量が影響を受けやすく、質量流量のゼロ点が安定しない、といった問題があった。

さらに、ノイズは、外部振動によるもののほかにも、各直管チューブと各支持部との固定の具合にも影響され、また寸法の大きなサイズの場合、流入側と流出側の各直管チューブでは振動の様子が異なる、といった問題があった。

従って、本発明の目的は、直管チューブにノイズセンサを追加し、このノイズセンサで内外からの振動をモニタし、これと測定チューブの振動との差を求めることにより正確な質量流量を測定できる質量流量計を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、支持部に一対の直管チューブが固定されこれらにほぼ直角方向に曲げられた曲管状チューブで結んで形成され測定流体が内部を流れる測定チューブと、先の支持部を中心として先の測定チューブを先の測定流体の走行面に対してほぼ直交方向に振動させる励振手段と、先の測定チューブを流れる先の測定流体と先の振動により発生するコリオリ信号を検出するコリオリセンサを具備し、先のコリオリ信号により先の測定流体の流量を測定する質量流量計であって、
先の直管チューブの近傍にノイズセンサが固定され、先のノイズセンサで検出されたノイズ信号により先のコリオリ信号に含まれるノイズを補正するようにしたものである

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、先のノイズセンサは、先の直管チューブと曲管状チューブのほぼ境界に設けるようにしたものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１若しくは請求項２のいずれかに記載の発明において、先のノイズセンサは、流入側と流出側の先の直管チューブに設けるようにしたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、先のコリオリセンサは、先の直管チューブの流入側と流出側に設けられ、流入側の先のコリオリ信号は流入側のノイズ信号で、流出側の先のコリオリ信号は流出側のノイズ信号で、それぞれ別個に補正したコリオリ信号により流量を測定するようにしたものである。

以上の手段により、本発明によれば次のような効果が生じる。請求項１、２、３、４に記載の発明によれば、直管チューブの近傍に固定されたノイズセンサで検出されたノイズ信号によりコリオリ信号に含まれるノイズを補正するようにしたので、ノイズが外部振動、各直管チューブと各支持部との固定の具合、或いは流入側と流出側の各直管チューブの振動の相違など各種の形態で混入するノイズの影響を除去でき、正確で安定な質量流量計が得られる効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、ノイズセンサは、直管チューブと曲管状チューブのほぼ境界に設けるようにしたので、測定チューブにはコリオリ力は働かず、振動ノイズは拡大されて、効率良くノイズを検出できる効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、ノイズセンサを１個所でなく、流入側と流出側の直管チューブの２個所に設けたので、きめ細かく振動ノイズを検出できる効果がある。

また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１の発明効果に加えて、直管チューブの流入側からコリオリセンサに混入したノイズは流入側に設置したノイズセンサにより検出したノイズ信号により、また、流出側からコリオリセンサに混入したノイズは流出側に設置したノイズセンサにより検出したノイズ信号によりキャンセルするようにしたので、流入側と流出側とでノイズの性質が異なる場合でも、各ノイズの性質に対応してノイズを除去でき、効果的にノイズを除去できる効果がある。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る質量流量計の一実施例を示す構成図である。なお、図１において、図３に示す従来の質量流量計と同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、これを用いて、適宜にその説明を省略する。

励振装置３０は、励振子２０内のセンスコイルからの信号に応答してこれを増幅し励振子２０内のフオースコイルに駆動電流を供給して、測定チューブ１５を軸線Ｘ−Ｘ‘の回りに固有振動数で揺動的に駆動する。

一方、コリオリセンサ２１からのコリオリ信号Ｃ１と、コリオリセンサ２２からのコリオリ信号Ｃ２は、減算器３１に入力され、減算器３１でコリオリ信号Ｃ１とコリオリ信号Ｃ２との差が演算されてコリオリ信号Ｃ３として出力される。

この部分までの動作は図３に示す従来の質量流量計と同様に動作する。ただし、このコリオリ信号Ｃ３にはノイズが混入されている点が相違する。

次に、ノイズセンサ３２は、直管チューブ１２と曲管状チューブ１４との境目近傍の測定チューブ１５に固定され、ノイズセンサ３３は、直管チューブ１３と曲管状チューブ１４との境目近傍の測定チューブ１５に固定されている。

ノイズセンサ３２からのノイズ信号Ｎ１と、ノイズセンサ３３からのノイズ信号Ｎ２は、加算器３４に入力され、加算器３４でノイズ信号Ｎ１とノイズ信号Ｎ２は加算されて、ノイズ信号Ｎ３として出力される。

減算器３５には、コリオリ信号Ｃ３とノイズ信号Ｎ３が入力され、コリオリ信号Ｃ３に含まれるノイズをノイズ信号Ｎ３により減算して、ノイズの含まれないコリオリ信号Ｃ４として出力する。そして、コリオリ信号Ｃ４は測定チューブ１５を流れる測定流体の質量流量に対応している。

また、減算器３５において、減算するノイズ信号Ｎ３の量を調節することができ、これによりゼロ点を調節することもできる。

図２は本発明に係る質量流量計の他の実施例を示す構成図である。図１に対して、信号処理の仕方が異なっている。

コリオリセンサ２１からのコリオリ信号Ｃ１と、ノイズセンサ３２からのノイズ信号Ｎ１とは、減算器３６に入力され、減算器３６はノイズが含まれるコリオリ信号Ｃ１からノイズ信号Ｎ１によりノイズを除去してコリオリ信号Ｃ５を出力する。

またコリオリセンサ２２からのコリオリ信号Ｃ１と、ノイズセンサ３３からのノイズ信号Ｎ２とは、減算器３７に入力され、減算器３７はノイズが含まれるコリオリ信号Ｃ２からノイズ信号Ｎ２によりノイズを除去してコリオリ信号Ｃ６を出力する。

減算器３８には、ノイズの含まれないコリオリ信号Ｃ５と、ノイズの含まれないコリオリ信号Ｃ６が入力され、ノイズの含まれないコリオリ信号Ｃ７として出力する。

図１に示す信号処理に対して図２の場合の信号処理は、振動ノイズが、直管チューブ１２，１３と支持部１０，１１との固定の具合にも影響され、また寸法の大きなサイズの場合には測定チューブ１５の測定流体の流入側と流出側の各直管チューブでは振動の様子が異なる点に着目してノイズ除去を行う点が異なっている。

つまり、流入側のコリオリセンサ２１に混入するノイズは流入側のノイズセンサ３２からのノイズ信号Ｎ１で除去し、流出側のコリオリセンサ２２に混入するノイズは流出側のノイズセンサ３３からのノイズ信号Ｎ２で除去することにより、性質の同じノイズを用いて効果的にノイズ除去することができる。

本発明に係る質量流量計の一実施例を示す構成図である。 本発明に係る質量流量計の他の実施例を示す構成図である。 従来の質量流量計の構成を示す。

符号の説明

１０，１１ 支持部
１２，１３ 直管チュ−ブ
１４ 曲管状チューブ
１５ 測定チューブ
１６ 筐体
１７、１８ 開口部
１９ 内枠
２０ 励振子
２１，２２ コリオリセンサ
３０ 励振装置
３１，３５、３６，３７，３８ 減算器
３２，３３ ノイズセンサ
３４ 加算器
Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５，Ｃ６、Ｃ７ コリオリ信号
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ ノイズ信号
Ｘ−Ｘ‘、Ｙ−Ｙ’ 軸線

Claims (4)

1. 支持部に一対の直管チューブが固定されこれらにほぼ直角方向に曲げられた曲管状チューブで結んで形成され測定流体が内部を流れる測定チューブと、前記支持部を中心として前記測定チューブを前記測定流体の走行面に対してほぼ直交方向に振動させる励振手段と、前記測定チューブを流れる前記測定流体と前記振動により発生するコリオリ信号を検出するコリオリセンサを具備し、前記コリオリ信号により前記測定流体の流量を測定する質量流量計において、
   前記直管チューブの近傍にノイズセンサが固定され、前記ノイズセンサで検出されたノイズ信号により前記コリオリ信号に含まれるノイズを補正することを特徴とする質量流量計。
2. 前記ノイズセンサは、前記直管チューブと曲管状チューブのほぼ境界に設けたことを特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
3. 前記ノイズセンサは、流入側と流出側の前記直管チューブに設けたことを特徴とする請求項１叉は２に記載の質量流量計。
4. 前記コリオリセンサは、前記直管チューブの流入側と流出側に設けられ、流入側の前記コリオリ信号は流入側のノイズ信号で、流出側の前記コリオリ信号は流出側のノイズ信号で、それぞれ別個に補正したコリオリ信号により流量を測定することを特徴とする請求項３に記載の質量流量計。
   
   
   
   
   

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