JP2008209223A

JP2008209223A - コリオリ式質量流量計

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Publication number: JP2008209223A
Application number: JP2007045791A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tokunaga; 洋徳永
Original assignee: Hitachi Ltd; Tokico Technology Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokico System Solutions Co Ltd
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-26
Also published as: JP5247048B2

Abstract

【課題】２本のセンサチューブに対する面倒な共振周波数の調整を不要にすると共に、センサチューブの安定した振動を保証する。
【解決手段】被測定流体が流れる２本のセンサチューブ３、４の間に支柱５を配置し、支柱５に、２本のセンサチューブ３、４を相互に近接・離間する方向へ振動させる励振器６のマグネット１２と、２本のセンサチューブ３、４の相対変位を検出する流入側ピックアップ７および流出側ピックアップ８のマグネット１４とを取付ける。センサチューブ３、４にはコイル１１、１３のみを取付けるので、２本のセンサチューブ３、４にマグネット１２，１４を取り付ける場合よりもセンサチューブ３、４の振動の歪を低減することができ、その分、計測精度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定流体が流れる２本のセンサチューブを振動させて質量流量を測定するコリオリ式流量計に関する。

コリオリ式質量流量計としては、被測定流体が流れる２本のセンサチューブを励振手段により相互に近接・離間する方向に振動させ、流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの相対変位を２つの振動センサ（ピックアップ）により検出する構造のものがある。このようなコリオリ式質量流量計において、前記励振手段、振動センサは、共にコイルおよびマグネットからなっており、この場合、２本のセンサチューブのうちの一方にコイルが、そのうちの他方にマグネットがそれぞれ取付けられることになる。なお、コリオリ式質量流量計としては、流入口から分岐して２本のセンサチューブに平行して被測定流体を流すようにしたもの（例えば、特許文献１参照）、2本のセンサチューブを二重ループ状に連続させて、連続に被測定流体を流すようにしたもの（例えば、特許文献２参照）などがある。

ところで、センサチューブは正弦波の波形で振動することが望ましいが、センサチューブに質量の大きいマグネットを取り付けた場合、マグネットの取り付け部位が一つの振動の節となることによりセンサチューブの振動が歪む可能性があり、所望の測定精度を確保することが困難になる、という問題があった。

また、この種のコリオリ式質量流量計の測定精度を高めるには、２本のセンサチューブの共振周波数を合せる必要がある。しかるに、励振手段、振動センサを構成するコイルとマグネットとの間には大きな質量差（コイルよりマグネットの方が重い）があり、これらを２本のセンサチューブに別々に取付けたままでは、２本のセンサチューブの共振周波数にずれ（振動の位相ずれ）が生じてしまい、この結果、所望の測定精度を確保することが困難になる、という問題があった。
実公平６−７３２４号公報特開平１１−２１１５２９号公報

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、励振手段、振動センサをセンサチューブに取り付けることにより生ずるセンサチューブの振動の歪みを低減することにより、測定精度の向上に大きく寄与するコリオリ式質量流量計を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の発明は、コイルおよびマグネットからなる励振手段により２本のセンサチューブを相互に近接・離間する方向に振動させ、該センサチューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２組の振動センサにより検出して、該センサチューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式質量流量計において、前記２本のセンサチューブの間に支柱を配置し、前記励振手段および前記２つの振動センサの各マグネットを前記支柱に取付けると共に、前記各マグネットに対応するコイルを前記２本のセンサチューブのそれぞれに取付けたことを特徴とする。

また、第２の発明は、コイルおよびマグネットからなる励振手段により２本のセンサチューブを相互に近接・離間する方向に振動させ、該センサチューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２組の振動センサにより検出して、該センサチューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計において、前記２本のセンサチューブのそれぞれに対して、同じ配列向きで支柱を配置し、前記励振手段および２つの振動センサの各マグネットを前記２つの支柱のそれぞれに取付けると共に、前記各マグネットに対応するコイルを２本のセンサチューブのそれぞれに取付けたことを特徴とする。

上記した第１および第２の発明においては、励振手段および振動センサのマグネットを支柱に取付け、センサチューブにはコイルのみを取付ける構成としたので、センサチューブにはコイルのみの質量が付加されるだけとなり、従来のようなセンサチューブにマグネットを取り付けた場合よりもセンサチューブの振動の歪を低減することができ、その分、計測精度が向上する。

また、コイルやマグネットの特性によって２本のセンサチューブの振動波形に歪が生じたとしても、それらの振動波形を合成すると、その歪が低減されるので、センサチューブの振動はより一層安定し、その分、計測精度が向上する。

本第１および第２の発明はまた、各支柱に、該支柱の加速度を検出する加速度ピックアップを配設するようにしてもよい。２本のセンサチューブの共振周波数は、経年変化や外力によるセンサチューブ自体の変形、センサチューブからの流体漏れなどによりずれることがある。そして、このような共振周波数のずれが起こると、振動が据付基台等に漏れ、支柱を振動させてセンサチューブに戻るので、センサチューブの振動が著しく不安定になり、質量流量の測定が不能になる。したがって、この支柱の加速度を加速度ピックアップにより検出することで、本質量流量計の異常を速やかに把握できる。

第１および第２の発明によれば、励振手段および振動センサのマグネットを支柱に取付け、センサチューブにはコイルのみを取付ける構成としたので、センサチューブにはコイルのみの質量が付加されるだけとなり、従来のようなセンサチューブにマグネットを取り付けた場合よりもセンサチューブの振動の歪を低減することができ、その分、計測精度が向上する。また、コイルやマグネットの特性によって２本のセンサチューブの振動波形に歪が生じたとしても、それらの振動波形を合成すると、その歪が低減されるので、センサチューブの振動はより一層安定し、その分、計測精度が向上する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明に係るコリオリ式質量流量計の第１の実施形態を示したものである。本コリオリ式質量流量計１は、一端に流入口２ａを、他端に流出口（図示略）をそれぞれ有するベース２と、ベース２上に平行に配列され、前記流入口２ａおよび前記流出口に連通するようにベース２に両端部が連結された逆U字形の２本のセンサチューブ３、４と、この２本のセンサチューブ３、４の間に位置してベース２上に配置された支柱５と、各センサチューブ３、４の円弧部３ａ、４ａの頂点部分と支柱５との相互間に配設された励振器（励振手段）６と、各センサチューブ３，４の流入側直管部３ｂ、４ｂと支柱５との相互間に配設された流入側ピックアップ（振動センサ）７と、各センサチューブ３、４の流出側直管部３ｃ、４ｃと支柱５との相互間に配設された流出側ピックアップ（振動センサ）８とから概略構成されている。

ベース２の内部には、流入口２ａから分岐された二股の流入側流路９，９（図２）と前記流出口に集合する二股の流出側流路（図示略）とが形成されており、２本のセンサチューブ３、４の両端部が、これら二股の流入側流路および流出側流路に連通するようにベース２に連結されている。したがって、流入口２ａからベース２内に供給された被測定流体は、前記二股の流入側流路９，９により均等に分流されて２本のセンサチューブ３、４に流入し、さらに前記二股の流出側流路から流出口で合流して外部へ流出する。

なお、本実施の形態においては二股の流入側流路９，９と前記二股の流出側流路とに２本のセンサチューブ３、４の両端がそれぞれが接続されてなるが、本発明の実施の形態はこのように二股に分流／合流させるのではなく、流入側流路から流出側流路に向けて１つの流路により形成してもよい。即ち、一のセンサチューブ３の流出側流路と他のセンサチューブ４の流入側流路とを連通することにより、流路を２重のループ状の形状(この場合、この流路の一部が２本のセンサチューブそれぞれを形成する。)としてもよい。

支柱５は、ここではベース２に固定された幅広の本体部５ａと本体部５ａの上端中央から上方へ延ばされた幅狭の延長部５ｂとからなっており、その延長部５ｂの上端部分とセンサチューブ３、４の円弧部３ａ、４ａの頂部との相互間に前記励振器６が配設されている。一方、各センサチューブ３、４の流入側直管部３ｂ、４ｂと流出側直管部３ｃ、４ｃとの間にはステー１０，１０が架け渡されており、このステー１０と支柱５の本体部５ａの左右縁部との相互間に前記２組のピックアップ７、８が配設されている。

より詳しくは、励振器６は、２本のセンサチューブ３、４を相互に近接・離間する方向へ振動させるもので、一方のセンサチューブ３と支柱５（延長部５ｂ）との相互間並びに他方のセンサチューブ４と支柱５との相互間に一対配設されている。各励振器６は、各センサチューブ３、４に取付けられた励振コイル１１と一端が支柱５に固定され、他端部が励振コイル１１に挿入されたマグネット１２とからなっている。マグネット１２は、図３に示される後述のピックアップ７、８と同様に、同磁極（ここでは、Ｎ極）が励振コイル１１に挿入されるように配置されている。一対の励振器６の励振コイル１１には、センサチューブ３、４の固有振動数にほぼ等しい振動数の交番的な電流が供給されるようになっており、この電流供給によりマグネット１２に対して吸引力および反発力が作用し、両者の電磁的な相互作用によって２本のセンサチューブ３、４が相互に近接・離間する方向へ振動する。

一方、流入側ピックアップ７および流出側ピックアップ８は、２本のセンサチューブ３、４の相対変位を検出するもので、上記励振器６と同様に一方のセンサチューブ３と支柱５（本体部５ａ）との相互間並びに他方のセンサチューブ４と支柱５との相互間に各一対配設されている。各ピックアップ７、８は、前記ステー１０の両端側で、各センサチューブ３，４の直管部３ｂ，４ｂ、３ｃ，４ｃに近接する部分に取付けられた検出コイル１３と一端が支柱５に固定され、他端部が検出コイル１３に挿入されたマグネット１４とからなっている。各マグネット１４は、図３に示すように、同磁極（ここでは、Ｎ極）が検出コイル１３に挿入されるように配置されている。流入側ピックアップ７および流出側ピックアップ８は、検出コイル１３とマグネット１４との間に相対変位が生じると、検出コイル１３に電磁誘導電流が流れ、各センサチューブ３、４の速度に応じた大きさの検出信号を出力する。

本第１の実施形態において、上記励振器６を構成する各励磁コイル１１に対する信号線１７ａ、流入側ピックアップ７を構成する各検出コイル１３に対する信号線１７ｂおよび流出側ピックアップ８を構成する各検出コイル１３に対する信号線１７ｃは、図２（Ａ）に示すように支柱５に沿って配設されている。支柱５には端子台１８が固設されており、この端子台１８から引出された各信号線１７ａ〜ｃは、集合ケーブル１９を介して図示を略す制御装置（変換器）へ接続されている。

上記のように構成したコリオリ式質量流量計１により被測定流体の質量流量を計測する場合は、ベース２の流入口２ａおよび流出口（図示略）に被測定流体が供給される配管を接続し、２本のセンサチューブ３、４内に被測定流体を流す。そして、この状態のもと、励振器６の励振コイル１１に交番電流を供給し、マグネット１２との電磁作用で２本のセンサチューブ３、４を相互に近接・離間する方向に振動させる。すると、被測定流体の質量に応じた大きさのコリオリ力がセンサチューブ３、４に作用する。このとき、２本のセンサチューブ３、４の流入側と流出側とでは、それぞれ反対方向に同じ大きさのコリオリ力が作用し、これにより２本のセンサチューブ３、４に相対的な捩れが発生する。この２本のセンサチューブ３、４の振動（速度）は、流入側ピックアップ７および流出側ピックアップ８により検出されており、その検出信号は、各ピックアップ７、８内の一対の検出コイル１３から信号線１７ａを介して図示を略す制御装置内の演算回路へ送出される。

このとき、各ピックアップ７、８内の一対の検出コイル１３に誘起された検出波形（振動波形）は、図４に示すように、一方のセンサチューブ３の振動波形Ａと他方のセンサチューブ４の振動波形Ｂとの合成波形（Ａ＋Ｂ）となる。上記制御装置内の演算回路は、流入側ピックアップ７による検出結果に基づく合成波形と流出側ピックアップ８からの検出信号に基づく合成波形との位相差（時間差）から被測定流体の質量流量を演算し、その結果を図示を略す表示器に表示する。

しかして、本第１の実施形態においては、励振器６のマグネット１２及びピックアップ７、８のマグネット１４を支柱に取付け、センサチューブ３，４にはコイル１１，１３のみを取付ける構成としたので、センサチューブ３，４にはコイル１１，１３のみの質量が付加されるだけとなり、従来のようなセンサチューブ３，４にマグネット１２，１４を取り付けた場合よりもセンサチューブ３，４の振動の歪を低減することができ、その分、計測精度が向上する。また、コイル１１，１３やマグネット１２、１４の特性によって２本のセンサチューブ３，４の振動波形に歪が生じたとしても、それらの振動波形を合成すると、その歪が低減されるので、センサチューブ３，４の振動はより一層安定し、その分、計測精度が向上する。また、各コイル１１、１２に接続する信号線１７ａ〜ｃを支柱５に沿って配線しているので、信号線１７ａ〜ｃがセンサチューブ３、４の振動に悪影響を与えることがなくなるばりか、信号線１７ａ〜ｃの取り回しも簡単となる。

図５は、本発明に係るコリオリ式質量流量計の第２の実施形態を示したものである。なお、本コリオリ式流量計１´の基本構造は、上記第１の実施形態と同じであるので、ここでは、図１〜３に示した部分と同一部分には、同一符号を付し、かつ重複する説明を省略する。本第２の実施形態の特徴とするところは、２本のセンサチューブ３、４のそれぞれに対して、同じ配列向きで第１の実施形態と同様の支柱５Ａ、５Ｂを配置し、各支柱５Ａ、５Ｂとこれに対応するセンサチューブ３、４との相互間に、それぞれ一対の励振器６Ａ，６Ｂと、一対の流入側ピックアップ７Ａ，７Ｂと一対の流出側ピックアップ８Ａ，８Ｂとを配設した点にある。

ここで、一対の励振器６Ａ，６Ｂ、一対の流入側ピックアップ７Ａ，７Ｂおよび一対の流出側ピックアップ８Ａ，８Ｂのそれぞれは、図６にピックアップを代表させて示すように、２つの支柱５Ａ、５Ｂ上のマグネット１４に対する２つのコイル１３（２本のセンサチューブ３，４）の振動方向に互いに逆向きとなっている。すなわち、一方のセンサチューブ３がマグネット１４に近接（または離間）するに応じて、他方のセンサチューブ４がマグネット１４に離間（または近接）する構成となっている。

本コリオリ式質量流量計１´の作用、効果は、第１の実施形態としてのコリオリ式質量流量計１と実質同じであるが、各ピックアップ７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８Ｂ内の検出コイル１３に誘起された検出波形（振動波形）は、図７に示すように、一方のセンサチューブ３の振動波形Ａと他方のセンサチューブ４の振動波形Ｂとで前・後反転した形態となる。これは、マグネット１４とコイル１３とが相対的に接近する場合と離間する場合とで、磁束密度に差があるためである。したがって、図７に示すように、何らかの原因で振動波形Ａ，Ｂに歪が存在したとしても、その合成波形（Ａ＋Ｂ）は正弦波に近づく。すなわち、振動波形の歪は互いにキャンセルする方向に作用し、これによってセンサチューブ３、４の振動はより一層安定し、測定精度がより一層向上する。なお、図７では、振動波形の歪を強調して示している。

図８は、本発明に係るコリオリ式質量流量計の第３の実施形態を示したものである。なお、本コリオリ式質量流量計１″の基本構造は、上記第１の実施形態と同じであるので、ここでは、図２に示した部分と同一部分には、同一符号を付し、かつ重複する説明を省略する。本第３の実施形態の特徴とするところは、上記支柱５の本体部５ａの幅方向中間部位の上部に加速度ピックアップ２０を設けると共に、該加速度ピックアップ２０の信号線１７ｄを該支柱５に沿って配線した点にある。なお、本第３の実施形態は、上記第２の実施形態への展開も可能であり、その場合は、２つの支柱５Ａ，５Ｂ（図５）に加速度ピックアップ２０が設けられることになる。

２本のセンサチューブ３、４の共振周波数は、前記したように経年変化や外力によるセンサチューブ３、４自体の変形、あるいはセンサチューブ３、４からの流体漏れなどが原因してずれることがある。そして、このような共振周波数のずれが起こると、振動がベース２の据付基台等に漏れ、ベース２および支柱５を振動させてセンサチューブ３、４に戻る。この場合、センサチューブ３、４の振動が著しく不安定になり、質量流量の正確な測定ができなくなる。上記加速度ピックアップ２０は支柱５の、センサチューブ３、４側への加速度を検出するためのものである。本第３の実施形態においては、前記加速度ピックアップ２０による検出値が規定値よりも大きくなったか否かの判断で、本質量流量計１″の異常を速やかに把握できる。

本発明の第１の実施形態としてのコリオリ式質量流量計の全体構造を示す斜視図である。図１に示したコリオリ式質量流量計の正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。本第１の実施形態におけるピックアップ（振動センサ）の取付状態と作動状態とを示す模式図である。本第１の実施形態においてピックアップによって検出される振動波形を示す模式図である。本発明の第２の実施形態としてのコリオリ式質量流量計の全体構造を示す斜視図である。本第２の実施形態におけるピックアップ（振動センサ）の取付状態と作動状態とを示す模式図である。本第２の実施形態においてピックアップによって検出される振動波形を示す模式図である。本発明の第３の実施形態としてのコリオリ式質量流量計の全体構造を示す正面図である。

符号の説明

１、１´、１″ コリオリ式質量流量計
２ベース
３、４センサチューブ
５、５Ａ、５Ｂ支柱
６、６Ａ、６Ｂ励振器（励振手段）
７、７Ａ、７Ｂ流入側ピックアップ（振動センサ）
８、８Ａ、８Ｂ流出側ピックアップ（振動センサ）
１１励振器のコイル
１２励振器のマグネット
１３ピックアップのコイル
１４ピックアップのマグネット
１７ａ〜ｄ信号線
２０加速度ピックアップ

Claims

コイルおよびマグネットからなる励振手段により２本のセンサチューブを相互に近接・離間する方向に振動させ、該センサチューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２つの振動センサにより検出して、該センサチューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計において、前記２本のセンサチューブの間に支柱を配置し、前記励振手段および前記２つの振動センサの各マグネットを前記支柱に取付けると共に、前記各マグネットに対応するコイルを前記２本のセンサチューブのそれぞれに取付けたことを特徴とするコリオリ式質量流量計。
支柱に、該支柱の加速度を検出する加速度ピックアップを配設したことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ式質量流量計。
コイルおよびマグネットからなる励振手段により２本のセンサチューブを相互に近接・離間する方向に振動させ、該センサチューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２つの振動センサにより検出して、該センサチューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計において、前記２本のセンサチューブのそれぞれに対して、同じ配列向きで支柱を配置し、前記励振手段および２つの振動センサの各マグネットを前記２つの支柱のそれぞれに取付けると共に、前記各マグネットに対応するコイルを２本のセンサチューブのそれぞれに取付けたことを特徴とするコリオリ式質量流量計。
２つの支柱に、該各支柱の加速度を検出する加速度ピックアップを配設したことを特徴とする請求項３に記載のコリオリ式質量流量計。