JP2892521B2 - Mass flow meter or density meter - Google Patents

Mass flow meter or density meter

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JP2892521B2 JP11505891A JP11505891A JP2892521B2 JP 2892521 B2 JP2892521 B2 JP 2892521B2 JP 11505891 A JP11505891 A JP 11505891A JP 11505891 A JP11505891 A JP 11505891A JP 2892521 B2 JP2892521 B2 JP 2892521B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコリオリ力を利用した質
量流量計又は密度計に係り、特に直線状のセンサチュー
ブ内に被測流体を通過させるよう構成した質量流量計又
は密度計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mass flowmeter or a density meter utilizing Coriolis force, and more particularly to a mass flowmeter or a density meter configured to allow a fluid to be measured to pass through a linear sensor tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】被測流体の流量は流体の種類、物性(密
度、粘度など)、プロセス条件(温度、圧力)によって
影響を受けない質量流量で表わされることが望ましい。
2. Description of the Related Art The flow rate of a fluid to be measured is desirably represented by a mass flow rate which is not affected by the type of fluid, physical properties (density, viscosity, etc.), and process conditions (temperature, pressure).

【0003】そのため、被測流体の質量流量を計測する
種々の質量流量計が開発されつつあり、その中の一つと
して振動するセンサチューブ内に流体を流したときに生
ずるコリオリの力を利用して質量流量を直接計測する流
量計がある。
[0003] Therefore, various mass flow meters for measuring the mass flow rate of a fluid to be measured are being developed, and one of them is to utilize the Coriolis force generated when a fluid is caused to flow in a vibrating sensor tube. There are flow meters that measure the mass flow directly.

【0004】この種の従来の質量流量計の一例として
は、特開昭63−158419号公報により開示された
流量計がある。この公報の質量流量計は、被測流体が通
過する際の圧力損失を低減するため直線状に延在するセ
ンサチューブをその径方向に振動させ、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検出するよう
構成されている。さらに、センサチューブは高温流体の
流量計測時軸方向に熱膨張するため、端部がダイヤフラ
ムを介して支持されている。
As an example of this type of conventional mass flow meter, there is a flow meter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-158419. The mass flow meter disclosed in this publication oscillates a linearly extending sensor tube in the radial direction in order to reduce pressure loss when a fluid to be measured passes, and displaces the sensor tube due to Coriolis force proportional to the flow rate. It is configured to detect. Further, since the sensor tube thermally expands in the axial direction at the time of measuring the flow rate of the high-temperature fluid, its end is supported via a diaphragm.

【0005】ところが、上記のようにセンサチューブの
端部をダイヤフラムにより支持する構成では、大きな温
度変化によりセンサチューブの熱膨張量が大きい場合、
センサチューブの熱膨張による歪応力を充分に吸収する
ことができず、器差レベルが変動してしまうという問題
がある。
However, in the configuration in which the end of the sensor tube is supported by the diaphragm as described above, when the amount of thermal expansion of the sensor tube is large due to a large temperature change,
There is a problem that the strain stress due to the thermal expansion of the sensor tube cannot be sufficiently absorbed, and the instrument difference level fluctuates.

【0006】このような問題を解決するため、例えば特
開昭63−30721号公報にあるような流量計が提案
されている。この公報の質量流量計は、直管状のセンサ
チューブの熱膨張を吸収するベローズが管路途中に設け
られている。
In order to solve such a problem, for example, a flow meter as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-30721 has been proposed. In the mass flow meter of this publication, a bellows for absorbing thermal expansion of a straight tubular sensor tube is provided in the middle of the pipe.

【0007】このようなものの一般的なベローズ取付構
造は、例えば図8に示す如く、ベローズ1の一端がセン
サチューブ2を保持するマニホールド3に接続固定さ
れ、他端がフランジ4の取付部4aに接続固定されてい
る。ベローズ1の形状は円弧状の谷部1aと谷部1aよ
り大径な山部1bとが交互に連続形成された蛇腹状とさ
れている。従って、複数の谷部1aと山部1bとが収縮
することによりセンサチューブ2の熱膨張による歪応力
は、効果的に吸収される。
In a general bellows mounting structure of this kind, as shown in FIG. 8, for example, one end of a bellows 1 is connected and fixed to a manifold 3 holding a sensor tube 2, and the other end is connected to a mounting portion 4 a of a flange 4. Connection is fixed. The bellows 1 has a bellows shape in which arcuate valleys 1a and ridges 1b having a diameter larger than the valleys 1a are alternately and continuously formed. Therefore, the strain stress due to the thermal expansion of the sensor tube 2 due to the contraction of the plurality of valleys 1a and the ridges 1b is effectively absorbed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の質量流量計では、図8に見られるようにベローズ
1の有効径Da の有効断面積はセンサチューブ2の内径
S の総断面積と違っており、ベローズ1の有効断面積
の方が大きい。
[SUMMARY OF THE INVENTION However, in the conventional mass flowmeter as described above, the total effective area is the inside diameter D S of the sensor tube 2 of the effective diameter D a of the bellows 1 as seen in FIG. 8 Unlike the sectional area, the effective sectional area of the bellows 1 is larger.

【0009】このように、従来はベローズ1の圧力損失
をできるだけ小さくするため、センサチューブ2の内径
の総断面積よりベローズ1の有効断面積の方が大きいの
で、内圧がかかるとベローズ1がセンサチューブ2を押
してしまいセンサチューブ2側に圧縮応力が作用してし
まう。
As described above, in order to reduce the pressure loss of the bellows 1 as much as possible, the effective cross-sectional area of the bellows 1 is larger than the total cross-sectional area of the inner diameter of the sensor tube 2. The tube 2 is pushed, and a compressive stress acts on the sensor tube 2 side.

【0010】図9に示すセンサチューブ2の振動モード
において、2つのセンサ部2b,2cの振幅は、理論的
には同程度の位相の変化であるので、センサチューブ2
が2本の場合にはその位相の変化分が相殺されて、セン
シングには影響が出ないはずだが、実際には極わずかな
溶接の条件の違いや、各種部品の取り付け位置の極わず
かなずれの影響などにより、センサチューブ2に圧縮応
力を受けた場合にその位相の変化分は2つのセンサ部2
b,2cで異なってしまう。
In the vibration mode of the sensor tube 2 shown in FIG. 9, since the amplitudes of the two sensor portions 2b and 2c are theoretically the same phase changes, the sensor tube 2
In the case of two pieces, the phase change is offset and the sensing should not be affected, but in reality, there is a slight difference in welding conditions and a slight shift in the mounting position of various parts. When a compressive stress is applied to the sensor tube 2 due to the influence of the
b and 2c are different.

【0011】つまり、センサチューブ2に作用した応力
により、センサ部2b,2cで位相差が生じてしまう。
その結果、コリオリ力によってセンサチューブ2の振動
の位相差が2つのセンサ部2b,2cで生じるのと全く
同じ現象がセンサチューブ2に生じてしまい、正確な流
量が測定できなくなってしまうという課題があった。
That is, a phase difference occurs between the sensor portions 2b and 2c due to the stress applied to the sensor tube 2.
As a result, the same phenomenon that the phase difference of the vibration of the sensor tube 2 occurs in the two sensor portions 2b and 2c due to the Coriolis force occurs in the sensor tube 2 and the accurate flow rate cannot be measured. there were.

【0012】また、センサチューブの固有振動数を利用
した密度計においても、センサチューブに応力がかかる
とセンサチューブの振動モードがかわり固有振動数(共
振周波数)が変化して計測精度に影響を及ぼすという課
題があった。
Also, in a densitometer utilizing the natural frequency of the sensor tube, when a stress is applied to the sensor tube, the vibration mode of the sensor tube changes and the natural frequency (resonance frequency) changes, thereby affecting measurement accuracy. There was a problem that.

【0013】そこで、本発明は上記課題を解決した質量
流量計又は密度計を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a mass flowmeter or a density meter which has solved the above-mentioned problems.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、被測流体が流
入する流入口と被測流体が流出する流出口との間で直線
状に延在する直管部を有する管路と、前記直管部をその
径方向に振動させる加振器と、前記直管部の振動に伴う
直管部の径方向の変位を検出するピックアップと、前記
直管部の軸方向の変位を吸収するように管路途中に設け
られ大径な山部と小径な谷部とが交互に連続形成された
ベローズと、を有する質量流量計又は密度計において、
前記ベローズの有効断面積が前記直管部の内径の総断面
積とほぼ等しくなるよう形してなる。
According to the present invention, there is provided a pipe having a straight pipe portion extending linearly between an inlet into which a fluid to be measured flows in and an outlet from which the fluid to be measured flows out; A vibrator for vibrating the straight pipe portion in the radial direction, a pickup for detecting a radial displacement of the straight pipe portion due to the vibration of the straight pipe portion, and an axial displacement of the straight pipe portion to be absorbed. In a mass flow meter or a density meter having a bellows formed in the middle of a pipe line and having a large-diameter peak portion and a small-diameter valley portion formed alternately and continuously,
The bellows is formed so that the effective sectional area is substantially equal to the total sectional area of the inner diameter of the straight pipe portion.

【0015】[0015]

【作用】ベローズの有効断面積をセンサチューブの内径
の総断面積(センサチューブが2本以上の場合はその
和)とほぼ等しくすることにより、両者の受圧面積を等
しくして圧力上昇に伴うベローズの伸縮を抑え、ベロー
ズの変位による応力がセンサチューブに作用しないよう
にする。
By making the effective cross-sectional area of the bellows substantially equal to the total cross-sectional area of the inner diameter of the sensor tube (or the sum of the sensor tubes in the case of two or more sensor tubes), the pressure-receiving areas of both are made equal, and the bellows accompanying the pressure rise is increased. Of the bellows so that the stress caused by the displacement of the bellows does not act on the sensor tube.

【0016】[0016]

【実施例】図1及び図2に本発明になる質量流量計の一
実施例を示す。
1 and 2 show an embodiment of a mass flow meter according to the present invention.

【0017】両図中、質量流量計11は密閉された箱状
のケーシング12内に被測流体が通過する管路13と、
管路13を軸方向に変位可能に保持するベローズ14と
を設けてなる。管路13は流入口15aを有する流入管
15と、流入側マニホールド16と、一対のセンサチュ
ーブ17,18と、流出側マニホールド19と流出口2
0aを有する流出管20とより形成されている。
In both figures, a mass flow meter 11 includes a pipe 13 through which a fluid to be measured passes in a closed box-shaped casing 12,
And a bellows 14 for holding the conduit 13 so as to be displaceable in the axial direction. The pipe 13 has an inflow pipe 15 having an inflow port 15 a, an inflow side manifold 16, a pair of sensor tubes 17 and 18, an outflow side manifold 19, and an outflow port 2.
0a.

【0018】流入管15は流入側端部に上流側配管(図
示せず)に連結されるフランジ15bを有し、流入管1
5の他端はケーシング12の側壁12aを貫通してケー
シング12内部に形成された室12bに延出している。
The inflow pipe 15 has a flange 15b connected to an upstream pipe (not shown) at the inflow end.
The other end of 5 extends through a side wall 12 a of the casing 12 to a chamber 12 b formed inside the casing 12.

【0019】流入側マニホールド16は、ベローズ14
が接続固定される上流側接続口16aと、センサチュー
ブ17,18の上流側端部が接続固定される下流側接続
口16b,16cとを有する。上流側接続口16aと下
流側接続口16b,16cとは分流路16d,16eを
介して連通されている。
The inflow side manifold 16 includes a bellows 14
Has an upstream connection port 16a to which the sensor tubes 17 and 18 are connected and fixed, and downstream connection ports 16b and 16c to which the upstream ends of the sensor tubes 17 and 18 are connected and fixed. The upstream connection port 16a and the downstream connection ports 16b, 16c communicate with each other via branch channels 16d, 16e.

【0020】流出側マニホールド19は、センサチュー
ブ17,18の下流側端部が接続固定される一対の接続
口19a,19bと、流出管20の上流側端部が接続さ
れる接続口19cとを有する。又、流出側マニホールド
19内には一対の接続口19a,19bと接続口19c
とを連通する流路19d,19eが穿設されている。
The outlet manifold 19 has a pair of connection ports 19a and 19b to which the downstream ends of the sensor tubes 17 and 18 are connected and fixed, and a connection port 19c to which the upstream end of the outlet pipe 20 is connected. Have. The outlet side manifold 19 has a pair of connection ports 19a and 19b and a connection port 19c.
And flow paths 19d and 19e communicating therewith.

【0021】一対のセンサチューブ17,18は流体の
流れ方向(X方向)に直線状に延在する直管よりなり、
上記流入側マニホールド16と流出側マニホールド19
との間で平行に設けられている。直管よりなるセンサチ
ューブ17,18は被測流体が通過する際の圧力損失が
少ないばかりか複雑な形状に加工する必要もないので製
作が容易である。
The pair of sensor tubes 17 and 18 are straight pipes extending linearly in the direction of fluid flow (X direction).
The inflow side manifold 16 and the outflow side manifold 19
And are provided in parallel between. The sensor tubes 17 and 18 formed of straight pipes are easy to manufacture because they have a small pressure loss when the fluid to be measured passes and do not need to be processed into a complicated shape.

【0022】流出管20は上流側端部が流出側マニホー
ルド19の接続口19cに接続固定され、下流側端部が
ケーシング12の側壁12cを貫通して下流側(X方
向)へ突出している。尚、流出管20の下流側端部には
流出口20aが開口し、その外周には下流側配管(図示
せず)に連結されるフランジ20bが設けられている。
The outflow pipe 20 has an upstream end connected and fixed to a connection port 19c of the outflow side manifold 19, and a downstream end protruding downstream (X direction) through the side wall 12c of the casing 12. An outlet 20a is opened at the downstream end of the outflow pipe 20, and a flange 20b connected to a downstream pipe (not shown) is provided on the outer periphery thereof.

【0023】ベローズ14は流入管15と流入側マニホ
ールド16との間に介在するよう管路13途中に設けら
れている。即ち、図2に示す如く、ベローズ14の上流
側端部21は流入管15の取付部15cに溶接等により
固着され、下流側端部22は流入側マニホールド16の
接続口16aに溶接等により固着されている。
The bellows 14 is provided in the middle of the pipe 13 so as to be interposed between the inflow pipe 15 and the inflow side manifold 16. That is, as shown in FIG. 2, the upstream end 21 of the bellows 14 is fixed to the attachment portion 15c of the inflow pipe 15 by welding or the like, and the downstream end 22 is fixed to the connection port 16a of the inflow manifold 16 by welding or the like. Have been.

【0024】ベローズ14は例えばステンレス製パイプ
を蛇腹状に形成したものであり、円弧状の複数の谷部1
4a(14a1 …14an )と山部14b(14b1
14bn )とが交互に連続形成されてなる。この谷部1
4a及び山部14bは例えばセンサチューブ17,18
の熱膨張による軸方向の力が作用すると軸方向に伸縮し
て、熱膨張による応力を吸収し、軸方向の配管振動が伝
達された場合もこれを吸収する。
The bellows 14 is, for example, a bellows-shaped stainless steel pipe, and has a plurality of arc-shaped valleys 1.
4a (14a 1 ... 14a n ) and crests 14b (14b 1 .
14b n ) are alternately and continuously formed. This valley 1
4a and the ridges 14b are, for example, sensor tubes 17, 18
When an axial force due to thermal expansion acts, it expands and contracts in the axial direction, absorbs stress due to thermal expansion, and also absorbs axial piping vibration transmitted.

【0025】ベローズ14は後述するように有効径Da
の有効断面積がセンサチューブ17,18の各内径の断
面積を合計した総断面積とほぼ等しくなるように谷部1
4a、山部14bが形成されている。
The bellows 14 has an effective diameter D a as described later.
So that the effective cross-sectional area of the valley 1 is substantially equal to the total cross-sectional area of the inner diameters of the sensor tubes 17 and 18.
4a and a peak 14b are formed.

【0026】23は加振器で、実質電磁ソレノイドと同
様な構成であり、一対のセンサチューブ17,18の略
中間部の間に設けられている。
Reference numeral 23 denotes a vibrator, which has substantially the same configuration as that of the electromagnetic solenoid, and is provided between substantially the middle portions of the pair of sensor tubes 17 and 18.

【0027】24は上流側のピックアップで、加振器2
3より上流側のセンサチューブ17,18間に設けられ
ている。
Reference numeral 24 denotes an upstream pickup, which is a vibrator 2
3 is provided between the sensor tubes 17 and 18 on the upstream side.

【0028】25は下流側のピックアップで、加振器2
3より下流側のピックアップで、加振器23より下流側
のセンサチューブ17,18間に設けられている。ピッ
クアップ24,25は夫々電磁ソレノイドと同様な構成
であり、加振器23により加振されたセンサチューブ1
7,18の変位を検出する。
Numeral 25 is a pickup on the downstream side.
3 is provided between the sensor tubes 17 and 18 on the downstream side of the vibrator 23. The pickups 24 and 25 have the same configuration as the electromagnetic solenoid, respectively.
The displacement of 7, 18 is detected.

【0029】流量計測時、一対のセンサチューブ17,
18は加振器23により近接、離間する方向(Y方向)
に加振される。上流側配管(図示せず)から供給された
被測流体は流入口15aよりベローズ14に流入し、さ
らにマニホールド16の流路16d,16eを通過して
振動するセンサチューブ17,18内に流入する。そし
て、センサチューブ17,18を通過した流体はマニホ
ールド19の流路19a,19bを通って流出口20a
より下流側配管(図示せず)に流出する。
When measuring the flow rate, a pair of sensor tubes 17 and
Reference numeral 18 denotes a direction in which the vibrator 23 approaches and separates (Y direction).
Excited. The fluid to be measured supplied from the upstream pipe (not shown) flows into the bellows 14 from the inflow port 15a, and further flows into the vibrating sensor tubes 17, 18 through the flow paths 16d, 16e of the manifold 16. . The fluid that has passed through the sensor tubes 17 and 18 passes through the flow paths 19a and 19b of the manifold 19 and the outlet 20a.
It flows out to a downstream pipe (not shown).

【0030】このように、振動するセンサチューブ1
7,18に流体が流れると、その流量に応じたコリオリ
力が発生する。そのため、直管状のセンサチューブ1
7,18の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これによ
りピックアップ24と25との出力信号に位相差があら
われる。この位相差が質量流量に比例するため、ピック
アップ24,25からの出力信号の位相差に基づいて流
量が求まる。
Thus, the vibrating sensor tube 1
When the fluid flows through 7, 7, a Coriolis force corresponding to the flow rate is generated. Therefore, a straight tubular sensor tube 1
An operation delay occurs between the inflow side and the outflow side of the pickups 7 and 18, thereby causing a phase difference in the output signals of the pickups 24 and 25. Since this phase difference is proportional to the mass flow rate, the flow rate is obtained based on the phase difference between the output signals from the pickups 24 and 25.

【0031】ここで、高温流体の流量計測をする場合の
動作について説明する。上記流量計測時と同様流入口1
5aより高温流体が供給されると、X方向に延在するセ
ンサチューブ17,18による熱膨張が発生する。上、
下流側のフランジ15b,20bは夫々上、下流側配管
に接続固定されているので、センサチューブ17,18
の熱膨張による軸方向の歪応力はベローズ14の伸縮に
より吸収される。
The operation for measuring the flow rate of the high-temperature fluid will now be described. Inlet 1 as in the above flow rate measurement
When the high-temperature fluid is supplied from 5a, thermal expansion occurs due to the sensor tubes 17, 18 extending in the X direction. Up,
Since the downstream flanges 15b and 20b are connected and fixed to the upper and lower pipes, respectively, the sensor tubes 17 and 18 are provided.
The axial stress caused by thermal expansion of the bellows 14 is absorbed by the expansion and contraction of the bellows 14.

【0032】これにより、センサチューブ17,18の
熱膨張による器差レベルの変動が防止され、正確な流量
計測が行える。
As a result, fluctuations in instrumental level due to thermal expansion of the sensor tubes 17 and 18 are prevented, and accurate flow rate measurement can be performed.

【0033】次に、流量計測時流体圧力が変動した場合
の動作について説明する。
Next, the operation when the fluid pressure fluctuates during flow rate measurement will be described.

【0034】例えば、流量計測中に流体の圧力が上昇し
た場合、ベローズ14の内壁に高圧流体の圧力が作用す
る。
For example, when the pressure of the fluid increases during the flow rate measurement, the pressure of the high-pressure fluid acts on the inner wall of the bellows 14.

【0035】ベローズ14の内壁に内圧が作用するとベ
ローズ14の山部14bはわずかにふくらみ、そしてベ
ローズ14の受圧面積に相当する面積に応じた力が軸方
向に発生する。この受圧面積はベローズ14の有効断面
積Aa のことである。本発明ではベローズ14の有効径
a の有効断面積Aa がセンサチューブ17,18の内
径の総断面積At (センサチューブが1本の場合はその
面積、2本以上の場合は各断面積の和の面積)と等しく
なるようにしたベローズ14をセンサチューブ17,1
8を有する管路上に取り付けてある。この様にベローズ
14の有効断面積Aa とセンサチューブ17,18の内
径の総断面積At を等しくした場合、次に説明する理由
により配管圧力が作用してもセンサチューブ17,18
はベローズ14による軸方向の応力を受けない。
When an internal pressure acts on the inner wall of the bellows 14, the peak 14b of the bellows 14 slightly expands, and a force corresponding to an area corresponding to the pressure receiving area of the bellows 14 is generated in the axial direction. The pressure-receiving area is that of the effective cross-sectional area A a of the bellows 14. The total cross-sectional area A t (if sensor tube is one area that of the inner diameter of the effective cross-sectional area A a is the sensor tube 17, 18 of the effective diameter D a of the bellows 14 in the present invention, in the case of two or more each cross The bellows 14, which is equal to the sum of the areas, is attached to the sensor tubes 17, 1.
8 on the pipeline. If equal the total cross-sectional area A t of the inner diameter of the effective cross-sectional area A a and the sensor tube 17 in this manner the bellows 14, also act pipe pressure for reasons which will be described sensor tube 17
Is not subjected to axial stress by the bellows 14.

【0036】ここで、ベローズ14の有効断面積Aa
関する説明をする。
[0036] Here, the description of the effective sectional area A a of the bellows 14.

【0037】図3に示す如く、ベローズ14の有効径D
a とは、ベローズ14の内面側の軸方向への投影断面の
うち、ベローズ14の内面側の山部から谷部までの部分
(図3中斜線部)の軸方向への投影面積が谷側(図3中
内側の斜線部I)と山側(図3中の外側の斜線部II)の
面積が等しくなるような境をそのベローズの有効径D a
という。
As shown in FIG. 3, the effective diameter D of the bellows 14
aIs the projected cross section of the inner surface side of the bellows 14 in the axial direction.
Of which, the part from the peak to the valley on the inner surface side of the bellows 14
The projected area in the axial direction of the hatched portion in FIG.
The inner shaded area I) and the mountain side (outer shaded area II in FIG. 3)
The effective diameter D of the bellows is the boundary where the areas are equal. a
That.

【0038】そして、前記の通り図3中斜線部IとIIの
面積が等しいので、ベローズ14の有効半径γa を求め
ると次式(1)のようになる。
[0038] Then, since the same area of the street view 3 hatched portions I and II of the seek effective radius gamma a bellows 14 is given by the following equation (1).

【0039】[0039]

【数1】 (Equation 1)

【0040】ここで、r0 :ベローズの内面側の山部か
らの半径、ri :ベローズの内面側の谷部からの半径で
ある。
Here, r 0 is the radius from the ridge on the inner surface side of the bellows, and r i is the radius from the valley on the inner surface side of the bellows.

【0041】従って、ベローズ14の有効断面積Aa
次式(2)で表わされる。
[0041] Therefore, the effective sectional area A a of the bellows 14 is represented by the following formula (2).

【0042】[0042]

【数2】 (Equation 2)

【0043】次にベローズ14の有効断面積Aa の大き
さに応じた動作原理を説明する。
[0043] Next, the operation principle will be described in accordance with the magnitude of the effective cross-sectional area A a of the bellows 14.

【0044】従来と比較するため、まず、図8に示す従
来の場合の動作原理について図4を参照して説明する。
図4はセンサチューブ2の上流側に配設されたベローズ
1の有効断面積がセンサチューブ2の内径の総断面積よ
り大きい場合の原理図である。
First, the operation principle of the conventional case shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. 4 for comparison with the conventional case.
FIG. 4 is a principle diagram when the effective cross-sectional area of the bellows 1 disposed on the upstream side of the sensor tube 2 is larger than the total cross-sectional area of the inner diameter of the sensor tube 2.

【0045】図4において、内圧によって生じる軸方向
の力を矢印〜
In FIG. 4, the axial force generated by the internal pressure is indicated by arrows

【0046】[0046]

【数3】 (Equation 3)

【0047】にて示す。流量計の両端はケーシング12
によって固定されている。内圧が作用するとベローズ1
の部分には,と,の力が生じる。しかし、,
の力は固定されたケーシング12の極めて近くに生じ
るので、この力は固定されたケーシング12の反作用力
Are shown. Both ends of the flow meter are casing 12
Has been fixed by. Bellows 1 when internal pressure acts
In the area of, the power of and is generated. However,,
Is generated very close to the fixed casing 12, this force is the reaction force of the fixed casing 12,

【0048】[0048]

【数4】 (Equation 4)

【0049】によって打ち消される。Is canceled by

【0050】また、マニホールド3では内圧が作用する
と,と,の力が生じるが、これらの力は大きさ
が同じで方向が互いに反対方向なので打ち消し合う。更
にマニホールド3は通常ベローズ1やセンサチューブ2
に比べて剛性がはるかに高く、又軸方向の長さはセンサ
チューブ2に比べて極めて短いので、,及び,
の力によりマニホールド3が軸方向に伸びることは考え
なくてよい。
When the internal pressure is applied to the manifold 3, the following forces are generated, but these forces cancel each other because they have the same magnitude and opposite directions. Further, the manifold 3 is usually composed of the bellows 1 and the sensor tube 2.
And the axial length is much shorter than that of the sensor tube 2, so that
It is not necessary to consider that the manifold 3 extends in the axial direction due to the above force.

【0051】ここでベローズ1に生じた力とはセン
サチューブ2を押すことになる。つまり、ベローズ1の
有効断面積とセンサチューブ2の内径の総断面積が等し
くない場合には、両者の断面積の差の面で内圧を受けて
生じる力によってセンサチューブ2には引張り又は圧縮
の応力が作用する。
Here, the force generated in the bellows 1 pushes the sensor tube 2. That is, when the effective cross-sectional area of the bellows 1 is not equal to the total cross-sectional area of the inner diameter of the sensor tube 2, tension or compression is applied to the sensor tube 2 by the force generated by receiving the internal pressure on the surface of the difference between the two. Stress acts.

【0052】即ち、図4に示す場合、ベローズ1の有効
断面積がセンサチューブ2の内径の総断面積より大きい
ため、センサチューブ2は上記ベローズ1の内圧による
力ととにより圧縮されることになる。
That is, in the case shown in FIG. 4, since the effective cross-sectional area of the bellows 1 is larger than the total cross-sectional area of the inner diameter of the sensor tube 2, the sensor tube 2 is compressed by the internal pressure of the bellows 1. Become.

【0053】次に図1に示す本発明のようにベローズ1
4の有効断面積Aaとセンサチューブ17,18の内径
の総断面積At が等しい場合について図5を参照して説
明する。
Next, as shown in FIG.
For when the total cross-sectional area A t of the inner diameter of the effective cross-sectional area of 4 A a and the sensor tube 17, 18 are equal it will be explained with reference to FIG.

【0054】尚、図5は図1に示す質量流量計11の動
作原理を説明するための原理図である。
FIG. 5 is a principle diagram for explaining the operation principle of the mass flow meter 11 shown in FIG.

【0055】図5において、内圧がかかると、ベローズ
14の部分には,の力が生じる。しかし、の力は
固定されたケーシング12の近くに生じるので、この力
は固定されたケーシング12の反作用力によって打ち
消される。
In FIG. 5, when an internal pressure is applied, a force is generated at the bellows 14 portion. However, since this force is generated near the fixed casing 12, this force is canceled by the reaction force of the fixed casing 12.

【0056】また、マニホールド16,19では、内圧
が作用すると,,と,,の力が生じる。し
かし、,と,の力は大きさが同じで方向が互い
に反対方向なので打ち消し合う。また、上流側マニホー
ルド16で生じた力とベローズ14で生じたの力は
大きさが同じで方向が互いに反対方向なので打ち消し合
う。
Further, in the manifolds 16 and 19, when an internal pressure is applied, the following forces are generated. However, the forces of and are equal in magnitude and opposite in direction and cancel each other out. Further, the force generated by the upstream manifold 16 and the force generated by the bellows 14 have the same magnitude and are opposite to each other because the directions are opposite to each other.

【0057】また、下流側マニホールド19で生じた力
は固定されたケーシング12の近くに生ずるので、こ
の力は固定されたケーシング12の反作用力
Further, since the force generated in the downstream manifold 19 is generated near the fixed casing 12, this force is the reaction force of the fixed casing 12.

【0058】[0058]

【数5】 (Equation 5)

【0059】によって打ち消される。Is canceled by

【0060】よって、内圧が作用することによって生じ
る力は、全て打ち消し合ってセンサチューブ17,18
へは応力がかからないことになる。ただし、ケーシング
12の内部にあるマニホールド16とベローズ14との
間の配管部Aやマニホールド部Bはセンサチューブ1
7,18やベローズ14に比べて剛性ははるかに高く、
更にその軸方向の長さはセンサチューブ17,18に比
べて極めて短いのでこの部分での力を受けることによる
伸縮は考慮しなくてもよい。
Therefore, the forces generated by the action of the internal pressure cancel each other out, and the sensor tubes 17 and 18 cancel each other.
No stress is applied. However, the pipe section A and the manifold section B between the manifold 16 and the bellows 14 inside the casing 12 are connected to the sensor tube 1.
Rigidity is much higher than 7, 18 or bellows 14,
Further, since the length in the axial direction is extremely shorter than that of the sensor tubes 17 and 18, expansion and contraction caused by receiving a force at this portion does not need to be considered.

【0061】以上の如く、本発明の質量流量計11にお
いてベローズ14の有効断面積Aa とセンサチューブ1
7,18の内径の総断面積At が等しければ内圧が作用
してもセンサチューブ17,18は軸方向の応力を受け
ない。
[0061] As mentioned above, the effective cross-sectional area A a and the sensor tube 1 of the bellows 14 in a mass flow meter 11 of the present invention
Sensor tube 17 and 18 also act internal pressure being equal total cross-sectional area A t of the inner diameter of 7, 18 is not subjected to axial stress.

【0062】従って、センサチューブ17,18は圧力
変動に伴う軸方向の力を受けることなく安定的に振動す
ることができ、圧力変動による器差レベルの変動が防止
されより正確な流量計測が可能となる。
Accordingly, the sensor tubes 17 and 18 can stably vibrate without receiving an axial force due to the pressure fluctuation, and the fluctuation of the instrumental difference level due to the pressure fluctuation is prevented, and more accurate flow rate measurement can be performed. Becomes

【0063】そのため、流体圧力の変動の影響を受けず
に温度変化によるセンサチューブ17,18の歪応力を
ベローズ14により吸収することができるので、流体の
温度変化の激しい場合、及び流体の圧力の脈動の激しい
場合でもこれらの影響を受けることなく流量計測でき
る。
As a result, the bellows 14 can absorb the strain stress of the sensor tubes 17 and 18 due to the temperature change without being affected by the fluctuation of the fluid pressure. Even when the pulsation is severe, the flow rate can be measured without being affected by these.

【0064】又、軸方向の配管振動あるいはケーシング
12への衝撃等により軸方向の振動が発生しても、上記
の如くベローズ14により吸収される。
Further, even if axial vibration is generated due to axial piping vibration or impact on the casing 12, it is absorbed by the bellows 14 as described above.

【0065】図6に上記本発明の変形例を示す。FIG. 6 shows a modification of the present invention.

【0066】図6はセンサチューブ17,18の上,下
流側に上記ベローズ14を設けてなる質量流量計31を
示す図である。同図中、この質量流量計31において
も、上下流側に設けられたベローズ14,14’の有効
断面積Aa は、センサチューブ17,18の内径の総断
面積At とほぼ等しくなるように形成されている。
FIG. 6 is a diagram showing a mass flow meter 31 having the bellows 14 provided above and downstream of the sensor tubes 17 and 18. In the figure, also in this mass flow meter 31, the effective sectional area A a of the bellows 14, 14 'provided on the upstream and downstream side, so that substantially equal to the total cross-sectional area A t of the inner diameter of the sensor tube 17, 18 Is formed.

【0067】図7において、内圧がかかると、上,下流
側のベローズ14,14’には,と
In FIG. 7, when the internal pressure is applied, the bellows 14, 14 'on the upper side and the downstream side are turned on.

【0068】[0068]

【数6】 (Equation 6)

【0069】の力が生じる。しかし、とThe following force is generated. But with

【0070】[0070]

【数7】 (Equation 7)

【0071】の力は固定されたケーシング12の近くに
生じるので、この力は固定されたケーシング12の反作
用力,
Since this force is generated near the fixed casing 12, this force is the reaction force of the fixed casing 12,

【0072】[0072]

【数8】 (Equation 8)

【0073】によって打ち消される。Is canceled by

【0074】また、マニホールド16,19では、内圧
がかかると,,と,,の力が生じる。しか
し、,と,の力は大きさが同じで方向が互いに
反対方向なので打ち消し合う。また、マニホールド1
6,19で生じた力,とベローズ14,14’で生
じたと
When an internal pressure is applied to the manifolds 16 and 19, the following forces are generated. However, the forces of and are equal in magnitude and opposite in direction and cancel each other out. Also, manifold 1
6,19, and the bellows 14,14 '

【0075】[0075]

【数9】 (Equation 9)

【0076】の力は大きさが同じで方向が互いに反対方
向なので打ち消し合う。
Since the forces are the same in magnitude and opposite in direction, they cancel each other out.

【0077】よって、内圧がかかることによって生じる
力は全て打ち消し合ってセンサチューブ17,18へは
応力がかからないことになる。
Therefore, all the forces generated by the application of the internal pressure cancel each other out, so that no stress is applied to the sensor tubes 17 and 18.

【0078】従って、センサチューブ17,18の上下
流側の夫々にベローズ14,14’を設けた場合でも、
各ベローズ14,14’の有効断面積Aa をセンサチュ
ーブ17,18の内径の総断面積At と等しくすること
により、センサチューブ17,18は圧力変動に伴う軸
方向の力を受けることなく安定的に振動することがで
き、圧力変動による器差レベルの変動が防止されより正
確な流量計測が可能となる。
Therefore, even when the bellows 14 and 14 'are provided on the upstream and downstream sides of the sensor tubes 17 and 18, respectively,
By the effective sectional area A a of the bellows 14, 14 'is equal to the total cross-sectional area A t of the inner diameter of the sensor tube 17, the sensor tube 17 and 18 without being subjected to axial forces caused by the pressure fluctuation Vibration can be stably performed, and fluctuation of the instrumental difference level due to pressure fluctuation is prevented, and more accurate flow measurement can be performed.

【0079】尚、上記実施例では流量計測を行ったが、
本発明の技術思想をセンサチューブ17,18の固有振
動数が流体の密度によって変化することを利用して密度
を測定する密度計に適用しても良い。
In the above embodiment, the flow rate was measured.
The technical idea of the present invention may be applied to a density meter that measures the density by using the fact that the natural frequency of the sensor tubes 17 and 18 changes according to the density of the fluid.

【0080】[0080]

【発明の効果】上述の如く、本発明になる質量流量計又
は密度計は、ベローズの山部、谷部の内径をベローズの
有効断面積が直管部の内径の総断面積とほぼ等しくなる
よう形成することにより、内圧によって生ずる力が釣り
合うため、流体圧力の変動の影響を受けずに温度変動に
よる直管部の軸方向の歪応力をベローズにより吸収する
ことができ、直管部に軸方向の歪応力が加わることを防
止できる。そのため、流量計測や密度計測時の使用温度
範囲及び使用圧力範囲を広範囲に設定することが可能と
なる。
As described above, in the mass flow meter or the density meter according to the present invention, the inner diameter of the peaks and valleys of the bellows is substantially equal to the total cross-sectional area of the inner diameter of the straight pipe portion. With such a configuration, the forces generated by the internal pressure are balanced, so that the bellows can absorb the axial strain stress of the straight pipe portion due to the temperature fluctuation without being affected by the fluctuation of the fluid pressure. It is possible to prevent the application of strain stress in the direction. Therefore, it is possible to set the operating temperature range and the operating pressure range for flow rate measurement and density measurement in a wide range.

【0081】従って、流体の温度が激しく変化する場
合、あるいは流体圧力が激しく脈動する場合でも、これ
らの影響を受けることなく質量流量・密度を正確に計測
することができる。又、軸方向の配管振動あるいは流量
計等に衝撃が加えられて軸方向の振動が生じてもベロー
ズによりこれらの外乱振動を吸収して精度良く計測する
ことができる等の特長を有する。
Therefore, even when the temperature of the fluid changes drastically or when the fluid pressure pulsates violently, the mass flow rate / density can be accurately measured without being affected by these. In addition, even if an axial vibration is generated by applying an impact to a pipe vibration in the axial direction or a flow meter or the like, these disturbance vibrations can be absorbed by the bellows to measure accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明になる質量流量計の一実施例の平面断面
図である。
FIG. 1 is a plan sectional view of one embodiment of a mass flow meter according to the present invention.

【図2】本発明の要部を拡大して側面より示す要部拡大
断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the present invention, showing the main part in a side view.

【図3】ベローズにおける有効断面積を説明するための
図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an effective sectional area of a bellows.

【図4】従来の質量流量計の内圧の作用を説明するため
の原理図である。
FIG. 4 is a principle diagram for explaining the action of the internal pressure of a conventional mass flow meter.

【図5】図1に示す質量流量計の内圧の作用を説明する
ための原理図である。
FIG. 5 is a principle diagram for explaining the action of the internal pressure of the mass flow meter shown in FIG. 1;

【図6】本発明の変形例を説明するための縦断面図であ
る。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view for explaining a modification of the present invention.

【図7】図6に示す質量流量計の内圧の作用を説明する
ための原理図である。
FIG. 7 is a principle diagram for explaining the action of the internal pressure of the mass flow meter shown in FIG. 6;

【図8】従来の質量流量計を説明するための要部拡大断
面図である。
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a main part for describing a conventional mass flow meter.

【図9】センサチューブの振動モードを説明するための
原理図である。
FIG. 9 is a principle diagram for explaining a vibration mode of the sensor tube.

【符号の説明】 11 質量流量計 14 ベローズ 14a 谷部 14b 山部 15 流入管 16 流入側マニホールド 17,18 センサチューブ 19 流出側マニホールド 20 流出管 21 上流側端部 22 下流側端部 23 加振器 24,25 ピックアップDESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Mass flow meter 14 Bellows 14a Valley 14b Crest 15 Inflow pipe 16 Inflow side manifold 17, 18 Sensor tube 19 Outflow side manifold 20 Outflow pipe 21 Upstream end 22 Downstream end 23 Exciter 24, 25 pickup

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測流体が流入する流入口と被測流体が
流出する流出口との間で直線状に延在する直管部を有す
る管路と、前記直管部をその径方向に振動させる加振器
と、前記直管部の振動に伴う直管部の径方向の変位を検
出するピックアップと、前記直管部の軸方向の変位を吸
収するように管路途中に設けられ大径な山部と小径な谷
部とが交互に連続形成されたベローズと、を有する質量
流量計又は密度計において、前記ベローズの有効断面積
が前記直管部の内径の総断面積とほぼ等しくなるよう形
成してなることを特徴とする質量流量計又は密度計。
1. A conduit having a straight pipe portion extending linearly between an inlet into which a fluid to be measured flows in and an outlet from which the fluid to be measured flows out, and the straight pipe portion is arranged in a radial direction thereof. A vibrator for vibrating, a pickup for detecting a radial displacement of the straight pipe portion due to the vibration of the straight pipe portion, and a large-size sensor provided in the middle of the pipe so as to absorb the axial displacement of the straight pipe portion. In a mass flowmeter or a density meter having a bellows in which a diameter peak portion and a small diameter valley portion are formed alternately and continuously, an effective sectional area of the bellows is substantially equal to a total sectional area of an inner diameter of the straight pipe portion. A mass flowmeter or a density meter characterized by being formed as follows.
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