JP2749535B2 - コリオリ式の質量流量センサ - Google Patents
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Description
て貫流される振動体としての2本の直線的な平行な測定
管を備えた、コリオリ式の質量流量センサに関する。
明細書から公知の、コリオリ式の質量流量センサでは、
質量流量センサが、測定すべき流体によって貫流される
所定直径の導管内に、この導管に軸方向で整合して、取
付け可能であり、質量流量センサが、導管に質量流量セ
ンサを連結するのに用いられる流入管及び流出管を有し
ていて、質量流量センサが、流入分配部材及び流出分配
部材を有していて、質量流量センサが、各端部で流入管
及び流出管にそれぞれ固定される外側の支持管を有して
いて、質量流量センサが、流入管及び流出管をそれぞれ
流入分配部材及び流出分配部材に連結する2つの環状の
ダイヤフラムを有していて、質量流量センサが、それぞ
れ両端部で流入分配部材及び流出分配部材内に固定され
る、同じ内径及び同じ壁厚さの2本の直線的な平行な測
定管を有していて、質量流量センサが、測定管を励起し
て共振振動させる励振手段を有していて、質量流量セン
サが、測定管の振動を検出するための、測定管に沿って
間隔を置いて配置された2つの光学的なセンサを有して
いる。
書、特にこの明細書の第8図に関連して記載された、コ
リオリ式の質量流量センサでは、質量流量センサが、測
定すべき流体によって貫流される所定直径の導管内に、
この導管に軸方向で整合して、取付け可能であり、質量
流量センサが、導管に質量流量センサを連結するのに用
いられる流入管及び流出管を有していて、質量流量セン
サが、流入分配部材及び流出分配部材を有していて、質
量流量センサが、各端部の内面で各中間片を介して流入
分配部材及び流出分配部材にそれぞれ固定される外側の
支持管を有していて、質量流量センサが、それぞれ両端
部で流入分配部材及び流出分配部材内に固定される、同
じ内径及び同じ壁厚さの2本の直線的な平行な測定管を
有していて、質量流量センサが、流入分配部材及び流出
分配部材の近くで両測定管を連結する2対の結節プレー
トを有していて、質量流量センサが、測定管毎に、測定
管のセンタから等間隔を置いて測定管に取り付けられた
2つの励振手段を有していて、この励振手段が測定管を
励起して、1つの振動平面内でのみ逆向き方向で共振振
動させるようになっていて、この共振手段の一方の対が
他方の対によって励起される振動方向に対して逆向き方
向で励起するようになっていて、質量流量センサが、測
定管の振動を検出するために各振動管に沿って間隔を置
いて配置されたそれぞれ2つの電気力学的なセンサを有
している。
号明細書から公知のコリオリ式の質量流量センサでは、
質量流量センサが、測定すべき流体によって貫流される
所定直径の導管内に、この導管に軸方向で整合して、取
付け可能であり、質量流量センサが、外側の支持管を有
していて、質量流量センサが、両端部で支持管内に固定
された、単一の直線的な測定管を有していて、質量流量
センサが、測定管を励起して、1つの振動平面内でのみ
共振振動させる2つの励振手段を有していて、質量流量
センサが、測定管の振動を検出するために測定管に沿っ
て間隔を置いて配置された2つの電気力学的なセンサを
有している。
量計は実地において有効であることが明らかになったけ
れども、市場における現在の価格戦争においては製造者
はコスト減少を余儀なくされている。
異なる構成部材をシンプルに構成して、従来よりも低コ
ストで製作できるような質量流量センサを提供すること
にある。
オリ式の質量流量センサでは、質量流量センサが、測定
すべき流体によって貫流される所定直径の導管内に、こ
の導管に軸方向で整合して、取付け可能であり、質量流
量センサが、導管に質量流量センサを連結するのに用い
られる流入管及び流出管を有していて、質量流量センサ
が、流入分配部材及び流出分配部材を有していて、質量
流量センサが、各端部の内面で流入分配部材及び流出分
配部材にかつ各端面で流入管及び流出管に固定される外
側の支持管を有していて、質量流量センサが、それぞれ
両端部で流入管に整合して流入分配部材の平行な孔内に
かつ流出管に整合して流出分配部材の平行な孔内に固定
された、同じ内径及び同じ壁厚さの2本の直線的な平行
な測定管を有していて、質量流量センサが、流入分配部
材及び流出分配部材の近くで両測定管を連結する2つの
結節プレートを有していて、質量流量センサが、測定管
毎に、互いに向い合って配置された励振手段を有してい
て、この励振手段が、測定管を励起して、1つの振動平
面内でのみ逆向き方向で共振振動させるようになってい
て、質量流量センサが、測定管の振動を検出するために
測定管に沿って間隔を置いて位置決めされたそれぞれ2
対の電気力学的なセンサを有していて、2対の電気力学
的なセンサが互いに向い合って配置されている。
管の長さのセンタで、他方の測定管とは反対側の測定管
外面でしかも振動平面内に位置する励振軸線上に配置さ
れている。
働する各センサが、測定管のセンタから等間隔を置い
て、他方の測定管とは反対側の測定管外面でしかも振動
平面内に位置するそれぞれ1つの励振軸線上に配置され
ている。
は次ぎの構成部材を有している。即ち、非磁性のねじ付
き連結片を備えた、各測定管にろう接された非磁性の金
属プレートと、底部の内側中央でねじ付き連結片が捩じ
込まれるねじスリーブを形成する軟磁性の金属コップ状
体と、ねじスリーブの端面に固定、有利には接着され且
つねじスリーブの軸方向で磁化された永久磁石ディスク
と、永久磁石ディスクがコイル内で自由に運動可能であ
るように、コイル保持体を介して支持管に取り付けられ
たコイルとを有している。
はそれぞれ同じ寸法を有している。
垂直でかつ各測定管の軸線を含む平面内に位置するよう
に、測定管毎に、分配部材とは反対の各結節プレート側
で2つのフラットな突出片が設けられている。
材、結節プレート及び場合によってはフラットな突出片
が有利にはチタン又はチタン合金又はジルコニウムから
製作され、かつ、流入管及び流出管が有利には特殊鋼か
ら製作されている。
一方の測定管の端部が流入分配部材及び流出分配部材の
孔壁に、熱を供給することなしに、各端部内に挿入され
たローリング工具を使用して、圧接されている。
ランスされるまでのみ、2本の測定管が流入分配部材及
び流出分配部材内に圧接されている。
明細書から公知の上述の質量流量センサの場合に設けら
れるダイヤフラム、即ち、単一の励振手段によって振動
させられる測定管の振動を他方の測定管に伝達するダイ
ヤフラムを放棄することによって、従来複雑であった流
入分配部材及び流出分配部材の三次元形状を著しく簡単
にすることができる。
作コストを、所要の第2励振手段のコストを無視できる
ように、著しく減少できる。
センサの代わりに電気力学的なセンサを使用することに
よって、得られる。
対の励振手段を有しているため、各コイルを支持管に取
り付けることができ、これにより、コイルのリード線を
測定管に沿って敷設せずに済む。このことは、若干の市
販の質量流量センサの場合に一般的であるように、単一
の励振手段及び2つ電気力学的なセンサだけが設けられ
る場合には、必要である。
気力学的なセンサに関する僅かばかりの超過コストは測
定管に沿ったリード線敷設及び固定の欠点を克服する。
特にリード線案内が測定管の質量及び振動挙動に影響を
及ぼすことが回避される。
特許第4793191号明細書で記載の質量流量センサ
のために必要であるような質量流量センサ用の別個のケ
ーシングが放棄されるということにある。それというの
も、支持管がケーシングとして用いられるからである。
の導管内に、この導管に軸方向で整合して取付け可能な
質量流量センサ10(第1図では軸方向縦断面図で図
示)は、導管に質量流量センサを連結するのに用いられ
る流入管11及び流出管12を有している。このような
連結は例えばフランジ15,17を介して又は別の形式
で行なわれる。
1及び流出管12は、各連結部に設けられるシールリン
グ21,22を用いて剛性的な外側の支持管14の端部
に固定、有利にはねじ結合されている。流入管11及び
流出管12は、2つの所属のフランジ15,16及び1
7,18と協働して、それぞれ単一の連結部材を成して
いて、この連結部材は鍛造部材として又は互いに溶接さ
れる2つの構成部材から形成されている。
19及び流出分配部材20が各連結部に設けられたシー
ルリング21’,22’を用いて支持管の内壁に固定さ
れている。
それぞれ支持管14の軸方向で2つの平行な孔を有して
いて、この孔内には同じ内径及び同じ壁厚さを有する直
線的で平行な2本の測定管23,24の各端部が、流入
管11及び流出管12に整合して固定されている。
近くにはそれぞれ、2本の測定管23,24を連結する
結節プレート25,26が設けられていて、この結節プ
レート25,26によって、流入分配部材19及び流出
分配部材20内に突入する測定管部分が、振動に起因す
る交番負荷から防護される。
の開口内には、一方では、下記に詳述する励振手段及び
センサが取り付けられていて、かつ、他方では、支持管
自体の温度を検出する温度センサ33及び測定管ひいて
は流体の温度を検出する温度センサ34が取り付けられ
ている。更に開口35を介して励振手段及びセンサ用の
リード線が案内されている。
するセンサは測定管のセンタから等間隔を置いて、他方
の測定管とは反対側の測定管外面でしかも振動平面内に
位置する各センサ軸線上に配置されている。
が示されていて、この保持体には評価、駆動及び表示・
電子機構用のケーシング(図示せず)が取り付けられて
いる。
した平面内で図示した第2図軸方向縦断面図から明らか
なように、励振手段27,28は測定管23,24毎に
各測定管のセンタに固定されている。励振手段は測定管
を励起して、第2図図平面である一平面内でのみ、逆向
き方向で共振振動させる。
ンタにおいて、他方の測定管とは反対側の測定管外面で
しかも第2図図平面である振動平面内に位置する励振軸
線37上に位置決めされている。
て事実上前記平面内で強制的に振動が生ぜしめられ、従
って別の平面内では振動が生ぜしめられないとはいえ、
別の平面内で生ずる振動を抑制するために分配部材とは
反対の各結節プレート側で測定管毎にフラットな突出片
40,41,42,43が設けられると、有利であり、
この場合、フラットな突出片は振動平面と所定の角度を
成しかつ各測定管の軸線を含む。第2図の有利な実施例
ではフラットな突出片は図平面に対して垂直に位置して
いる。
動を検出するための電気力学的な2つのセンサ29,3
0,31,32が位置決めされている。有利には、測定
管23と協働するセンサ29,30及び測定管24と協
働するセンサ31,32は各測定管のセンタから等間隔
を置いて、他方の測定管とは反対側の測定管外面でしか
も振動平面内に位置する各センサ軸線38,39上に配
置されている。
0,32を介して、センサ位置における測定管振動に関
して異なる2つの電気信号が生ぜしめられる。これら信
号間の位相差に基づき質量流量が前述の評価、駆動及び
表示電子機構内で規定される。
励振手段又は電気力学的なセンサが横断面図で図示され
ている。非磁性のねじ付き連結片52を備えた、測定管
23にろう接された非磁性の金属プレート51は軟磁性
の金属コップ状体53を支持していて、この金属コップ
状体の底部の内側中央には、ねじ付き連結片が捩じ込ま
れるねじスリーブ54が形成されている。
側の水平なセンタラインに対して対称的に延びるように
配置されねばならない。
久磁石ディスク55はねじスリーブの端面に固定、有利
には接着されている。従って第3図では永久磁石ディス
ク55の上端に一方の磁極が形成される。
コイル57が固定されていて、このコイル内では、測定
管が振動した場合、永久磁石ディスク55が自由に運動
する。コイル保持体56はコイル57の線材用の貫通孔
59を備えた適当に成形されたプラスチック部材として
形成されていてかつ支持管14の対応する孔60内に差
し嵌められている。
れ、かつ、コイルのリード線は振動する測定管23,2
4との機械的な接触点又は連結点を有していない。この
ことは当然、第3図で図示されてない別の5つの電気力
学的なシステムにも当て嵌まる。
内に取り付けられる質量流量計のために、本発明による
質量流量センサが2つの励振手段及び4つの電気力学的
なセンサを備えると、特に有利であり、このセンサの寸
法及び電気量(コイルのインダクタンス又はオーム抵抗
等)は可能な限り互いに合致している。
ようなローリング工具6と共に、部分的に断面した概略
的な斜視図で質量流量センサを図示している。第4図の
説明のために不要な構成部材は図面を明瞭にするために
図示されていない。
及び流出分配部材内に挿入した後で、ローリング工具6
が各測定管の端部の内径内に挿入される。(挿入方向で
見て)前方の端部ではローリング工具6は保持器61を
支持していて、この保持器は適当な開口内に回転可能に
取り付けられた周方向で分配されたローラ62を備えて
いる。ボイラー又は熱交換器の管を取り付けるためのこ
のようなローリング工具は、例えばアメリカ合衆国特許
第4090382号明細書に記載されている。
動する円は、挿入方向で可動なプランジャ63を介して
調節される半径を有している。この半径を、ローリング
工具6が測定管の内径内に挿入された当初の半径に比し
て拡大することによって、測定管の端部は流入分配部材
及び流出分配部材の孔壁に圧接される。このことはあら
ゆるエネルギ供給なしに、特に熱を供給することなしに
行なわれる。このような圧接によって測定管材料の僅か
ばかりの塑性流れが生ぜしめられひいてはこの個所で極
めて強固な機械的な結合が得られる。
少薄くされひいては各測定管は長手方向で圧縮応力(以
後短く軸方向応力と呼ぶ)を受ける。それというのも、
測定管は、支持管14内で締付け固定されることなし
に、多少延長されるからである。他面において、各孔内
では半径方向で圧縮応力(以後短く半径方向応力と呼
ぶ)が生ぜしめられる。
る;即ち、圧接中に測定管の端部部分が塑性変形するの
に対して、端部部分に比して大きな壁厚さに基づき流入
分配部材及び流出分配部材19,20がほぼ弾性変形
し、これにより圧接後流入分配部材及び流出分配部材が
端部部分のセンタに向けて半径方向力を及ぼするとい
う、事実に起因している。
上回避でき、この応力腐食割れは従来の質量流量センサ
の場合常に生ずる。それというのも、測定管の端部部分
は流入分配部材及び流出分配部材内に軟ろう接又は硬ろ
う接又は溶接されているからである。軸方向応力も同様
に、半径方向応力に比して僅かな程度応力腐食割れを回
避するのに寄与する。
能の管、即ちボイラー又は熱交換器の管と関連してのみ
適用された上述の圧接を、運転中に振動する質量流量セ
ンサの測定管において特に効果的に使用できひいてはろ
う接、硬ろう接又は溶接作業の上述の欠点が回避され
る。
に動的にバランスさせるためにも役立つ。このことを第
1図乃至第4図の質量流量センサの実施例によって説明
する。
9,20が支持管14内に固定される。つまり、支持
管、流入分配部材及び流出分配部材は一体構造で製作さ
れる。次いで、測定管23,24の端部が流入分配部材
及び流出分配部材の所属の孔内に位置決めされかつ孔の
全長に亘ってローリング工具6の回転によって孔壁に圧
接される。つまりこの場合まだ完全な圧接圧はかけられ
ていない。
圧接圧によって流入分配部材の孔壁に圧接される。これ
に次いで、両測定管が動的に最良にバランスされるま
で、即ち、ローリング工具のプランジャ63が移動する
と同時に回転して測定管をバランスさせるまで、他方の
測定管24の端部がローリング工具6によって流入分配
部材内に圧接される。
全な圧接圧によって流出分配部材の孔壁に圧接される。
次いで、他方の測定管24の予め圧接された端部が、両
測定管が動的に最良にバランスされるまで、ローリング
工具6によって圧接される。
支持体14に加速センサが配置されている。圧接はこの
センサの信号が最小値になるまで、行なわれる。
せようとする場合には、流入分配部材及び流出分配部材
の対応する面(流入分配部材の場合第4図で図示されて
いるような前方の面)がストッパとして用いられる手段
によってカバーされるか又は各測定管は孔端部まで完全
には押し込まれない。
平面内で図示した軸方向縦断面図。
ンサの基本構造を示した横断面図。
具と共に部分的に断面して質量流量センサを示した概略
的な斜視図。
Claims (8)
- 【請求項1】 コリオリ式の質量流量センサにおいて、 イ)質量流量センサが、測定すべき流体によって貫流さ
れる所定直径の導管内に、この導管に軸方向で整合し
て、取付け可能であり、 ロ)質量流量センサが、導管に質量流量センサを連結す
るのに用いられる流入管及び流出管を有していて、 ハ)質量流量センサが、流入分配部材及び流出分配部材
を有していて、 ニ)質量流量センサが、各端部の内面で流入分配部材及
び流出分配部材にかつ各端面で流入管及び流出管にそれ
ぞれ固定される外側の支持管を有していて、 ホ)質量流量センサが、それぞれ両端部で流入管に整合
して流入分配部材の平行な孔内にかつ流出管に整合して
流出分配部材の平行な孔内に固定された、同じ内径及び
同じ壁厚さの2本の直線的な平行な測定管を有してい
て、 ヘ)質量流量センサが、流入分配部材及び流出分配部材
の近くで両測定管を連結する2つの結節プレートを有し
ていて、 ト)質量流量センサが、測定管毎に、互いに向い合って
配置された励振手段を有していて、この励振手段が、測
定管を励起して、1つの振動平面内でのみ逆向き方向で
共振振動させるようになっていて、 チ)質量流量センサが、測定管の振動を検出するために
各測定管に沿って間隔を置いて位置決めされたそれぞれ
2対の電気力学的なセンサを有していて、2対の電気力
学的なセンサが互いに向い合って配置されており、 リ)少なくとも一方の測定管の端部が流入分配部材及び
流出分配部材の孔壁に、各端部内に挿入されるローリン
グ工具を使用して、冷間変形されて圧接されているいる
ことを 特徴とする、コリオリ式の質量流量センサ。 - 【請求項2】 各励振手段が測定管の長さのセンタで、
他方の測定管とは反対側の測定管外面でしかも振動平面
内に位置する励振軸線上に配置されている、請求項1記
載の質量流量センサ。 - 【請求項3】 一方の測定管と協働する各センサが、測
定管のセンタから等間隔を置いて、他方の測定管とは反
対側の測定管外面でしかも振動平面内に位置するそれぞ
れ1つの励振軸線上に配置されている、請求項1記載の
質量流量センサ。 - 【請求項4】 2つの励振手段及び4つのセンサが以下
の構成部材を有している。即ち、 イ)非磁性のねじ付き連結片を備え、各測定管にろう接
された非磁性の金属プレートと、 ロ)底部の内側中央でねじ付き連結片が捩じ込まれるね
じスリーブを形成する軟磁性の金属コップ状体と、 ハ)ねじスリーブの端面に固定、有利には接着され且つ
ねじスリーブの軸方向で磁化された永久磁石ディスク
と、 ニ)永久磁石ディスクがコイル内で自由に運動可能であ
るように、コイル保持体を介して支持管に取り付けられ
たコイルとを有している、請求項1記載の質量流量セン
サ。 - 【請求項5】 2つの励振手段及び4つのセンサがそれ
ぞれ同じ寸法を有している、請求項4記載の質量流量セ
ンサ。 - 【請求項6】 振動平面に対して垂直でかつ各測定管の
軸線を含む平面内に位置するように、測定管毎に、分配
部材とは反対の各結節プレート側で2つのフラットな突
出片が設けられている、請求項1記載の質量流量セン
サ。 - 【請求項7】 2本の測定管、流入分配部材、流出分配
部材、結節プレート及び場合によってはフラットな突出
片がチタン又はチタン合金又はジルコニウムから製作さ
れ、かつ、流入管及び流出管が特殊鋼から製作されてい
る、請求項1記載の質量流量センサ。 - 【請求項8】 測定管が動的に最良にバランスされるま
でのみ、2本の測定管が流入分配部材及び流出分配部材
内に圧接されている、請求項1記載の質量流量センサ。
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