JP2917051B2 - 流量測定方法とその装置 - Google Patents
流量測定方法とその装置Info
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- JP2917051B2 JP2917051B2 JP23047790A JP23047790A JP2917051B2 JP 2917051 B2 JP2917051 B2 JP 2917051B2 JP 23047790 A JP23047790 A JP 23047790A JP 23047790 A JP23047790 A JP 23047790A JP 2917051 B2 JP2917051 B2 JP 2917051B2
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
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- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
- G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外部からの駆動によって反復揺動される管
体内を貫流する流体の流量を測定する際、そこで生じる
コリオリ効果が振動特性の変動に作用することを利用す
る流量測定方法とその装置に関する。
体内を貫流する流体の流量を測定する際、そこで生じる
コリオリ効果が振動特性の変動に作用することを利用す
る流量測定方法とその装置に関する。
コリオリ効果を利用した流量測定は種々の形態のもの
が知られている。ここで示されるものは、ドイツ公開特
許公報2404356号に示されている先行技術に基づくもの
である。
が知られている。ここで示されるものは、ドイツ公開特
許公報2404356号に示されている先行技術に基づくもの
である。
これまでに知られているコリオリ効果の原理を利用し
た流体流量測定装置の全てが、共通して、測定管、本発
明では管体と呼んでいるが、これが揺動又は変形し、そ
れにより流量を算定するためにコリオリの力を利用して
いる。高い密度をもった流体では満足すべき結果が得ら
れている。これに対して、低い密度の媒体、特にガス体
の場合、コリオリ効果がほとんど使用できず、その測定
精度は大幅に低下する。
た流体流量測定装置の全てが、共通して、測定管、本発
明では管体と呼んでいるが、これが揺動又は変形し、そ
れにより流量を算定するためにコリオリの力を利用して
いる。高い密度をもった流体では満足すべき結果が得ら
れている。これに対して、低い密度の媒体、特にガス体
の場合、コリオリ効果がほとんど使用できず、その測定
精度は大幅に低下する。
本発明の課題は、従来のシステムに較べて大幅に感度
が高く、測定精度に優れた流量測定システムを開発する
ことである。更に、このシステムを簡単で、経済的で信
頼性の高い構造で提供することである。又、測定中高圧
状態である媒体にも適したシステムを提供することも課
題である。
が高く、測定精度に優れた流量測定システムを開発する
ことである。更に、このシステムを簡単で、経済的で信
頼性の高い構造で提供することである。又、測定中高圧
状態である媒体にも適したシステムを提供することも課
題である。
上記課題は、本発明によれば、方法に関しては、コリ
オリ効果が外部から駆動された揺動に重なり合う管体の
揺動軸回りの回転振動の発生のために利用され、且つこ
の回転振動の揺動軸が管体の長さに関してその中心を外
れたところに配置されていることよって解決される。
オリ効果が外部から駆動された揺動に重なり合う管体の
揺動軸回りの回転振動の発生のために利用され、且つこ
の回転振動の揺動軸が管体の長さに関してその中心を外
れたところに配置されていることよって解決される。
この発明では、従来行なわれていた、いわば管体の平
行移動に代えて、回転振動が生み出される。
行移動に代えて、回転振動が生み出される。
このシステムでは従来に較べ、はるかに正確なコリオ
リ効果の検出が可能である。特に、本発明による１つの
実施形態において採用されているように、励起振動つま
り駆動振動とコリオリ効果により影響された実際の管路
振動との間の位相偏差が流量測定に用いられるなら、こ
の位相差は測定工学的に非常に正確に検出することがで
きるので、効果的である。このことから本発明による方
法では、管体の端部のところでミリメータの領域の振動
振幅を用いることもできる。従って、回転振動の最大の
振れ角度は微小角度、例えば１度未満でよい。
リ効果の検出が可能である。特に、本発明による１つの
実施形態において採用されているように、励起振動つま
り駆動振動とコリオリ効果により影響された実際の管路
振動との間の位相偏差が流量測定に用いられるなら、こ
の位相差は測定工学的に非常に正確に検出することがで
きるので、効果的である。このことから本発明による方
法では、管体の端部のところでミリメータの領域の振動
振幅を用いることもできる。従って、回転振動の最大の
振れ角度は微小角度、例えば１度未満でよい。
上記課題の装置に関する解決は、管体は管体と一体構
造とされる揺動軸を回転軸として支持構造体内に回転支
持されるとともに前記管体の両端は流出入管に接続して
前記管体の軸に対して直角な方向に反復操作可能にさ
れ、コリオリ効果によって生じるその振動特性の変動が
流量測定のために用いられ、管体の揺動軸がその中心か
ら外れた外端近くに配置されていることにより可能であ
る。
造とされる揺動軸を回転軸として支持構造体内に回転支
持されるとともに前記管体の両端は流出入管に接続して
前記管体の軸に対して直角な方向に反復操作可能にさ
れ、コリオリ効果によって生じるその振動特性の変動が
流量測定のために用いられ、管体の揺動軸がその中心か
ら外れた外端近くに配置されていることにより可能であ
る。
この構成によれば、揺動軸の両端に働くコリオリの力
は種々の大きさのアームでもって管体に作用し、ここに
所望の回転トルクが生じ、これによりコリオリに基づく
回転振動が生じ、これが外部から励起、つまり駆動され
た振動に重なり合う。
は種々の大きさのアームでもって管体に作用し、ここに
所望の回転トルクが生じ、これによりコリオリに基づく
回転振動が生じ、これが外部から励起、つまり駆動され
た振動に重なり合う。
又、管体を薄板又はその種のもので弾性的に支持構造
体に取り付けることも可能である。その際管体が所定の
現実の揺動軸に沿って回転可能に支持構造体に支持され
ると特に好都合である。
体に取り付けることも可能である。その際管体が所定の
現実の揺動軸に沿って回転可能に支持構造体に支持され
ると特に好都合である。
揺動軸は、管体の軸と直交させて管体が対称的に振動
するように位置することが好ましい。管体は飛ぶような
状態に軸受けされることも可能である。小さい振幅を考
慮して、揺動軸を管体の両側に備え、これを支持構造体
の玉軸受けに支持させたり、あるいは管体と支持構造体
に固定連結されたねじり管をもちいたりすることが提案
される。ねじり管を用いることは、完全に遊びなしとい
う利点がある。
するように位置することが好ましい。管体は飛ぶような
状態に軸受けされることも可能である。小さい振幅を考
慮して、揺動軸を管体の両側に備え、これを支持構造体
の玉軸受けに支持させたり、あるいは管体と支持構造体
に固定連結されたねじり管をもちいたりすることが提案
される。ねじり管を用いることは、完全に遊びなしとい
う利点がある。
外部から管体の基本振動を励起させるために非接触に
よる方法、特に支持構造体に設けられた磁気コイルが用
いられる。反力が支持構造体に伝達されないように、こ
れをダンパー手段を介装して支持構造体に取り付けられ
る。
よる方法、特に支持構造体に設けられた磁気コイルが用
いられる。反力が支持構造体に伝達されないように、こ
れをダンパー手段を介装して支持構造体に取り付けられ
る。
流量のための測定基体として働く管体の結果的に生じ
る回転振動を検出するために非接触センサが用いられ
る。従って、コリオリ効果によって生じる振動特性の変
動が、振幅変化、あるいは測定技術的により好ましい位
相変位として簡単で正確に検出される。
る回転振動を検出するために非接触センサが用いられ
る。従って、コリオリ効果によって生じる振動特性の変
動が、振幅変化、あるいは測定技術的により好ましい位
相変位として簡単で正確に検出される。
本発明の更に別な特徴と利点は、以下に図面を用いた
実施例の説明とともに明かにされるだろう。
実施例の説明とともに明かにされるだろう。
第１図〜第３図に示された流量測定装置は、液体、ガ
ス体、固体を含んだ流体、単体又は複合体の流動媒体の
ためのものである。実質的には厚肉で直線状の管体１と
して形成された測定管路から構成され、この管体１はそ
の両端を２つのフレキシブルな接続部材２でつながれて
おり、この接続部材２が測定管路の揺動軸３回りのわず
かな回転振動を可能にする。
ス体、固体を含んだ流体、単体又は複合体の流動媒体の
ためのものである。実質的には厚肉で直線状の管体１と
して形成された測定管路から構成され、この管体１はそ
の両端を２つのフレキシブルな接続部材２でつながれて
おり、この接続部材２が測定管路の揺動軸３回りのわず
かな回転振動を可能にする。
この弾性接続部材２としては、公知の筒体や波ホース
等がある。振幅がわずかであることから、薄肉の平滑な
管も対象とされ、適切な自由長さを選択することで所望
の弾性を得ることができる。
等がある。振幅がわずかであることから、薄肉の平滑な
管も対象とされ、適切な自由長さを選択することで所望
の弾性を得ることができる。
揺動軸３は管体１に直交した管から構成され、この管
は２つの薄肉のねじり管４によって（第１図）、あるい
は２つの玉軸受５（第３図）によって外側の支持構造体
６に軸受けされている。
は２つの薄肉のねじり管４によって（第１図）、あるい
は２つの玉軸受５（第３図）によって外側の支持構造体
６に軸受けされている。
その際、揺動軸３が弾性接続部材２の一方の方向に外
側へずれて配置されていることが重要である。
側へずれて配置されていることが重要である。
その他、この装置は流体を流す２本の厚肉管路７を備
えており、この管路はそれぞれ弾性接続部材２と接続さ
れ支持構造体６の２つの円板８に固定されており、更に
適当な接続手段を形成している流入口９と流出口10を設
けている。
えており、この管路はそれぞれ弾性接続部材２と接続さ
れ支持構造体６の２つの円板８に固定されており、更に
適当な接続手段を形成している流入口９と流出口10を設
けている。
基本振動を発生させるために、磁気コイル11の形態を
した振動発生器が支持構造体６に組み付けられており、
対向して管体１に設けられた永久磁石と相互作用する。
類似する方法で、結果的に生じている回転振動の検出が
支持構造体６に組み付けられるとともに対向して管体１
に設けられた永久磁石と相互作用する振動センサ12によ
って行なわれる。
した振動発生器が支持構造体６に組み付けられており、
対向して管体１に設けられた永久磁石と相互作用する。
類似する方法で、結果的に生じている回転振動の検出が
支持構造体６に組み付けられるとともに対向して管体１
に設けられた永久磁石と相互作用する振動センサ12によ
って行なわれる。
支持構造体６は、複数の軸方向に延びるとともにその
端部を円板８で連結されている形材料から構成されてい
る。その構造体６全体は、第４図に示すように、密封閉
鎖されたパイプであるケース13によって閉じ込められて
いる。
端部を円板８で連結されている形材料から構成されてい
る。その構造体６全体は、第４図に示すように、密封閉
鎖されたパイプであるケース13によって閉じ込められて
いる。
測定原理は次のとおりである； 振動発生器11によって管体１にＺ−軸回りに正弦波振
動が励起される。一次的な駆動モーメントをMo、最大回
転モーメントをMom、回転角をαo、回転速度をWoとする
と、 Mo＝Ｄαosin（２πft） （１） Mo＝Momsin（２πft） （1a） αo＝αomsin（２πft） wo＝ｄ（αo）/dt＝２πｆαomsin（２πft＋π/2） ここで、Ｄは振動系のバネ定数、ｆは励起周波数、ｔ
は時間である。
動が励起される。一次的な駆動モーメントをMo、最大回
転モーメントをMom、回転角をαo、回転速度をWoとする
と、 Mo＝Ｄαosin（２πft） （１） Mo＝Momsin（２πft） （1a） αo＝αomsin（２πft） wo＝ｄ（αo）/dt＝２πｆαomsin（２πft＋π/2） ここで、Ｄは振動系のバネ定数、ｆは励起周波数、ｔ
は時間である。
媒体が装置を流速ｖで貫流する場合、管体１内にコリ
オリ力Fc1とFc2が生じ、これは流れ速度に対して直角で
ある。長さl1とl2が異なることから、その長さに関して
積分したコリオリ力は管長さl1の方が管長さl2の方より
大きい。これにより、コリオリ回転振動を発生させるコ
リオリ回転モーメントが生じる； ここでｍは流量である。
オリ力Fc1とFc2が生じ、これは流れ速度に対して直角で
ある。長さl1とl2が異なることから、その長さに関して
積分したコリオリ力は管長さl1の方が管長さl2の方より
大きい。これにより、コリオリ回転振動を発生させるコ
リオリ回転モーメントが生じる； ここでｍは流量である。
このコリオリ回転振動が基本振動に重なり合い、回転
モーメントMrをもつ結果的なものとしての回転振動が生
じる。
モーメントMrをもつ結果的なものとしての回転振動が生
じる。
Mr＝Mo＋Mc（３） 加法定理により結果的に生じるモーメントMrは周波数
ｆであるが、励起振動に較べて、第５図に示すような位
相ずれΔφを示す。
ｆであるが、励起振動に較べて、第５図に示すような位
相ずれΔφを示す。
つまり、 Mr＝Mrmsin（２πft＋Δφ） ここで 式（４）は位相差の正接と求める流量との間の線形関係
を示している。この位相差は、振動発生器11の信号から
検出される励起回転振動とセンサ12によって検出する結
果的に生じる回転振動との間の差である。
を示している。この位相差は、振動発生器11の信号から
検出される励起回転振動とセンサ12によって検出する結
果的に生じる回転振動との間の差である。
位相差は電気的に高精度に測定され、これは求める流
量に直接比例する。比例定数は、測定すべき媒体の流速
に独立している装置の定数である。これは単に媒体の密
度に関係する。異なった密度の媒体を測定する場合、振
動系の共振周波数は密度に比例するので、これは簡単に
考慮することができる。
量に直接比例する。比例定数は、測定すべき媒体の流速
に独立している装置の定数である。これは単に媒体の密
度に関係する。異なった密度の媒体を測定する場合、振
動系の共振周波数は密度に比例するので、これは簡単に
考慮することができる。
以上をまとめてみると、本発明の利点は、装置感度が
従来のように測定管路の変形や変位に関係するのではな
く、励起振動と結果的に生じる振動との間の位相差に関
係し、最小の振動振幅で動作することができ、しかも大
きな測定効果が得られる点にある。更には、測定管路が
所定の回転軸を備えており、正確に再現可能な回転振動
が生じ、安定した零点が得られる。そして、この装置は
簡単で信頼できる部品から構成されるので、経済的に制
作することができ、しかも動作安定性も高い。
従来のように測定管路の変形や変位に関係するのではな
く、励起振動と結果的に生じる振動との間の位相差に関
係し、最小の振動振幅で動作することができ、しかも大
きな測定効果が得られる点にある。更には、測定管路が
所定の回転軸を備えており、正確に再現可能な回転振動
が生じ、安定した零点が得られる。そして、この装置は
簡単で信頼できる部品から構成されるので、経済的に制
作することができ、しかも動作安定性も高い。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。
第１図は本発明による流量測定装置の縦断面図、第２図
は第１図による装置の平面図、第３図は第１図に対応す
る別実施例の縦断面図、第４図は第１図による装置の横
断面図、第５図は励起回転振動とコリオリ回転振動のベ
クトル表示図である。 （１）……管体、（３）……軸、（４）……ねじり管、
（５）……玉軸受、（６）……支持構造体、（７）……
流出入管。
は第１図による装置の平面図、第３図は第１図に対応す
る別実施例の縦断面図、第４図は第１図による装置の横
断面図、第５図は励起回転振動とコリオリ回転振動のベ
クトル表示図である。 （１）……管体、（３）……軸、（４）……ねじり管、
（５）……玉軸受、（６）……支持構造体、（７）……
流出入管。
Claims (16)
- 【請求項１】外部からの駆動によって反復揺動される管
体内を貫流する流体の流量を測定する際、そこで生じる
コリオリ効果が振動特性の変動に作用することを利用す
る流量測定方法において、 前記コリオリ効果が外部から駆動された揺動に重なり合
う管体（１）の揺動軸（３）回りの回転振動の発生のた
めに利用され、且つこの回転振動の前記揺動軸（３）が
管体（１）の長さに関してその中心を外れたところに配
置されていることを特徴とする流量測定方法。 - 【請求項２】前記管体（１）のコリオリ効果によって生
じる振動と外部から駆動された振動が同じ揺動軸（３）
回りに行なわれることを特徴とする請求項１に記載の流
量測定方法。 - 【請求項３】前記管体（１）のコリオリ効果によって影
響された実際の振動と外部から駆動された振動との間の
位相差が流量測定のために用いられることを特徴とする
請求項１又は２に記載の流量測定方法。 - 【請求項４】前記管体（１）の最大揺動角がわずかな角
度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の流量測定方法。 - 【請求項５】前記最大揺動角が１度未満であることを特
徴とする請求項４に記載の流量測定方法。 - 【請求項６】請求項１〜５に記載の流量測定方法を実施
する流量測定装置であって、前記管体（１）は前記管体
と一体構造とされる揺動軸（３）を回転軸として支持構
造体（６）内に回転支持されるとともに、前記管体
（１）の両端は流出入管（７）に接続して、前記管体
（１）の軸に対して直角な方向に反復操作可能にされ、
コリオリ効果によって生じるその振動特性の変動が流量
測定のために用いられるものにおいて、 前記管体（１）の前記揺動軸（３）がその中心から外れ
た外端近くに配置されていることを特徴とする流量測定
装置。 - 【請求項７】前記管体（１）が所定の現実の揺動軸
（３）に沿って回転可能に支持構造体（６）内に支持さ
れていることを特徴とする請求項６に記載の流量測定装
置。 - 【請求項８】前記揺動軸（３）が管体（１）の軸と直交
していることを特徴とする請求項６又は７に記載の流量
測定装置。 - 【請求項９】前記揺動軸（３）が支持構造体（６）内で
管体（１）の両側に配置されていることを特徴とする請
求項６〜８のいずれかに記載の流量測定装置。 - 【請求項１０】前記揺動軸（３）が支持構造体（６）の
玉軸受（５）に支持されていることを特徴とする請求項
６〜９のいずれかに記載の流量測定装置。 - 【請求項１１】前記揺動軸（３）が管体（１）の両側か
ら突き出ている２つのねじり管（４）によって構成さ
れ、このねじり管（４）が管体（１）と支持構造体
（６）に固定連結されていることを特徴とする請求項６
〜９のいずれかに記載の流量測定装置。 - 【請求項１２】前記管体（１）の振動が磁力を利用した
非接触駆動法で行なわれることを特徴とする請求項６〜
11のいずれかに記載の流量測定装置。 - 【請求項１３】前記管体（１）の振動が支持構造体
（６）に設けられた磁気コイル（11）の駆動源により行
なわれることを特徴とする請求項６〜12のいずれかに記
載の流量測定装置。 - 【請求項１４】前記駆動源（11）がダンパー手段を介在
させて支持構造体（６）に組み付けられていることを特
徴とする請求項13に記載の流量測定装置。 - 【請求項１５】引き起こされた管体（１）の回転振動が
センサ（12）によって非接触で検出されることを特徴と
する請求項６〜14のいずれかに記載の流量測定装置。 - 【請求項１６】前記駆動源（11）とセンサ（12）が駆動
振動と結果的な振動との間の位相差を算定する評価回路
に接続さていることを特徴とする請求項６〜15のいずれ
かに記載の流量測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19893928839 DE3928839A1 (de) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | Verfahren und vorrichtung zur messung des massendurchsatzes |
| DE3928839.0 | 1989-08-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0396818A JPH0396818A (ja) | 1991-04-22 |
| JP2917051B2 true JP2917051B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=6388285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23047790A Expired - Lifetime JP2917051B2 (ja) | 1989-08-31 | 1990-08-30 | 流量測定方法とその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0415129B1 (ja) |
| JP (1) | JP2917051B2 (ja) |
| DE (2) | DE3928839A1 (ja) |
| DK (1) | DK0415129T3 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5347874A (en) * | 1993-01-25 | 1994-09-20 | Micro Motion, Incorporated | In-flow coriolis effect mass flowmeter |
| GB9411571D0 (en) * | 1994-06-09 | 1994-08-03 | Weston Aerospace Ltd | Mass flow sensor |
| US5594180A (en) * | 1994-08-12 | 1997-01-14 | Micro Motion, Inc. | Method and apparatus for fault detection and correction in Coriolis effect mass flowmeters |
| DE19825775A1 (de) * | 1997-10-07 | 1999-05-12 | Krohne Ag | Massendurchflußmeßgerät |
| US6412355B1 (en) | 1999-05-20 | 2002-07-02 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Coriolis-type flow meter and method for measuring the mass flow rate of a gaseous or vaporous fluid |
| EP1054240A1 (de) * | 1999-05-20 | 2000-11-22 | Endress + Hauser Flowtec AG | Verfahren zum Messen des Massedurchflusses eines gas- oder dampfförmigen Fluids |
| DE102004026322B3 (de) * | 2004-05-26 | 2005-09-15 | Krohne Ag | Coriolis-Massendurchflußmeßgerät |
| US8364427B2 (en) | 2010-01-07 | 2013-01-29 | General Electric Company | Flow sensor assemblies |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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