JP2938644B2 - コリオリ流量計 - Google Patents

コリオリ流量計

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、コリオリ流量計に関し、より詳
細には、被測定流体が流通する振動管が平行な直管を対
とする複数対で構成された直管式コリオリ流量計に関す
る。
【0002】
【従来技術】被測定流体の流通する流管の一端又は両端
を支持し、該支持点回りに流管を該流管の流れ方向と垂
直な方向に振動したとき、該流管(振動管)に作用する
コリオリの力が質量流量に比例することを利用した質量
流量計(コリオリ流量計)は周知である。このコリオリ
流量計における振動管は要部をなすもので、流量計の特
性を決定づけるものである。振動管としての形状は湾曲
管と直管とに大別される。湾曲管方式のものはコリオリ
の力を有効に取り出すための形状を選択できる面で高感
度の質量流量検出ができるが、形状が大きくなるという
短所がある。これに対して、直管方式のものは振動管は
流れ方向に配設されるので、形状は小さくなるが感度が
低く、SN比が低下するので外乱に対してより配慮しな
ければならない短所がある。
【0003】本発明に関連した公知文献として、特開昭
62−238419号公報における「流れを連続的に測
定するための装置および方法」がある。これは、平行に
配設された直管を振動管としたコリオリ流量計に関する
ものであり、以下に説明する。
【0004】図5は、従来の直管式のコリオリ流量計を
説明するための図で、図中、50,55は支持部材、5
1,56はフランジ、52,57は流入出口、53,5
4,58,59は分岐管、60a,60bは振動管、6
1は励振器、62,63は検出器、64は変換器であ
る。
【0005】図示において、支持部材50と55とは左
右対称形で、各々流入出口52と57に連通した分岐管
53と54および58と59とを有し、分岐管53と5
8および54と59との間には同寸の直管である振動管
60aと60bとが互いに平行して連通し固着支持され
ている。振動管60aと60bとの中央部にはコイル6
1aとコアー61bとからなる励振器61が設けられ、
コイル61aは振動管60a側に、コアー61bは振動
管60b側に、各々コアー61bがコイル61aの中央
に挿入されるように配設され、更に、振動管60aと6
0bにおける励振器61と支持部材50と55との支持
点の間には、磁石63aとコイル63bとからなる検出
器63と、磁石62aとコイル62bとからなる検出器
62とが配設されている。これら検出器62と63およ
び励振器61は変換器64に接続されている。
【0006】図5に示したコリオリ流量計は、まず、変
換器64により励振器61のコイル61が駆動され、検
出器62又は63の何れかの検出コイルに出力する検出
電圧を変換器64にポジティブフィードバックする閉路
を形成してコイル61aがコアー61bを吸引反撥する
ように一定振幅に制御され、振動管60aと60bとは
反射位相で加振される。加振により流体が流通する振動
管60aと60bとは、支持点に対して互いに反対の回
転方向の駆動を受けるので、検出器63と62とには励
振による振動検出信号と回転角速度と質量流量のベクト
ル積に比例したコリオリの力が重畳され、検出器62と
63との間にはコリオリの力に比例する位相差信号が検
出され、変換器64により質量流量に変換出力される。
【0007】図6(a),(b)は、従来のコリオリ流
量計の振動波形を示す図で、図6(a)は振動管60a
の振動、図6(b)は振動管60bの振動を示す図であ
り、図中、AaとAbおよびBaとBbとは振動管60
aと60bの振動および支持部材50と55に作用する
軸方向の力変化を示す。図示の如く、直管方式のコリオ
リ流量計においては、互いに反対位相で振動管を駆動し
た場合、支持部材に対し2倍の周波数を持つ軸方向の引
張り応力が作用する。引張り応力は支持部材50と55
とにおいて加算され、2倍の高次交番荷重となるので、
支持部材50や55を介して外部を加振するとか、零点
を不安定にする等の種々の悪影響を及ぼす。特に、大流
量を低圧力損失で計測するために複数対の振動管を並設
して同位相で駆動した場合は、その影響が倍加するとい
う問題があった。
【0008】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、直管式のコリオリ流量計において、直管式のコ
リオリ流量計が小形であるという長所を生かし、直管で
ある振動管を駆動した場合に、振動管の軸方向に振動管
の支持部材に作用する2倍周波数の交番荷重を打ち消
し、交番荷重により生ずる悪影響を除去し圧力損失が少
なく、高感度で計測可能とするコリオリ流量計を提供す
ることを目的としてなされたものである。
【0009】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
被測定流体の流通する平行な2本の直管を対とする偶数
対の振動管と、該振動管を両端部において支持する支持
手段と、各々の対における2本の振動管を長手方向中央
が流れと垂直な方向に逆位相で振動させ、偶数対の振動
管の半分の対を他の半分の対に対し90°の位相差とな
るように振動させる駆動手段と、前記駆動手段と支持手
段との区間に設けられ、上流部と下流部との位相差を検
知するための検出器と、前記偶数対の各々の検出器間に
生ずる位相差の絶対値を加算する加算手段とで構成した
ことであり、更には、(2)前記(1)において、前記
振動管と支持手段と駆動手段および検出器とを一体に構
成した構成体を流管に介装可能な外筒内に、少くとも一
方の支持手段を固着して収納したことで、更には、
(3)前記(1)又は(2)の何れかにおいて、振動管
の両端部を支持する支持手段間に一定の圧縮力を作用さ
せる加圧手段を配設したこと、更には、(4)前記
(1)乃至(3)の何れかにおいて、一対の平行な直管
で形成される振動管の平行面を他の対の振動管の平行面
との交叉線に対し各々の対の直管が対称の位置となるよ
うに配設したことを特徴としてなされたものである。
【0010】図1(a),(b)は、本発明のコリオリ
流量計を説明するための図で、図中、1,5は支持管、
2,6は支持板、3,7は支持孔、4,8は取付フラン
ジ、9,10,11,12は振動管、13,14は励振
器、15,16,17,18は検出器、19は発振器、
20は90°移相器、21,22は位相差検出器、23
は移相器、24は加算器である。
【0011】図示において、支持管1と5は同一形状で
各々フランジ4と8とを有し、流管(図示せず)に介装
され流入口4aと流出口8aとを連通している。流入口
4aと流出口8aとに対向して支持板2と6とが配設さ
れ、該支持板2と6とには4又は4以上の偶数の支持孔
3,7が貫通開口している。該支持孔3,7には直管で同
一な固有振動数の振導管9,10,11,12の両端部
が固着されている。なお、図1(a)においては説明を
容易にするため、4本を平面状に配列しているが、図1
(b)に示すごとく振動管9と10とを一対とし、振動
管11と12とを他の一対とした偶数の対を最小の単位
として複数の偶数対がら成っている。対をなす振動管9
と10とを含む面と、振動管11と12とを含む面とは
図示の如く交叉している。
【0012】各々の対をなす振動管の長手方向中央部に
は励振器13および14が配設され、励振器13と14
とに対して支持板3と6との間には検出器15と16と
が配設されている。励振器13と14とは同一仕様の電
磁駆動手段で、例えば、コイル13aと該コイル13a
の中空部に挿入されるコアー13bとで構成される。ま
た、検出器15乃至18も同一仕様の電磁検出器で、例
えば、コイル15aと磁石15bとからなり、各々を対
向して振動管9乃至12に非接触に配設されている。
【0013】発振器19は励振器13と14とを振動管
9乃至12の固有振動数で、振動管9と10に対し振動
管11と12の位相が90°異なるように90°移相器
20により位相を調整して駆動するもので、固有振動数
は検出コイル17aの出力を発振器にポジティブフィー
ドバックして増幅し、コイル14bを駆動し振幅一定に
制御して得られる。検出器15と16との位相差は位相
差検出器21で、また、検出器17と18との位相差は
位相差検出器22で検出される。位相差検器21には移
相器23が接続され、位相差検出器22の出力信号と同
位相にして加算器24にて加算され、出力端子25より
出力される。尚、位相差検出器21と23との加算の方
式は、図の方式に限るものではなく、絶対値が加算され
るディジタル加算その他の方式でもよい。
【0014】次に、上述の本発明におけるコリオリ流量
計を図2,3に基づいて説明する。図2(a),(b)は
振動管を駆動する駆動波形を説明するための図、図3は
支持板に作用する交差荷重を説明するための図である。
図2(a)は、励振器13と14との位相差を示す図
で、縦軸に振幅,横軸に時間をとり、振動管9と10と
を振幅2αで周波数ωの正弦波sin ωtの反対位相で駆
動し、振動管11と12とを同一振幅2αで90°相進
したcos ωtの正弦波の反対位相で駆動するもので、振
動管9と振動管10とは図2(a)に図示するように1
80°位相が異なる。αsinωtと-αsinωtで、振動
管11と振動管12とは更に90°位相が異なる反対位
相のαcosωtおよび-αcosωtで駆動される。
【0015】図3(a),(b)は、支持板に作用する
交番荷重を示す図で、図3(a)は支持板2に作用する
交番荷重、図3(b)は支持板6に作用する交番荷重を
示す。各々の交番荷重は、振動管9乃至12が直線状の
ときは支持板2と6とに作用する引張り力は零である
が、振動管9乃至12の振幅がピーク値のとき引張り力
はピーク値となる。すなわち、引張り力の周波数は振動
管9乃至12の駆動周波数の2倍となる。しかも、振動
管9と10を駆動する交番周波数と振動管11と12と
を駆動する交番周波数とは90°位相が異なるので、支
持板2と6とに作用する引張力は反対位相となり打消し
合い、引張り力の合成力は一定値となる。図示の如く、
振幅βの1/2の圧縮応力を加える加圧手段を配設する
ことにより、支持板2と6との間には振動管9乃至12
の駆動による引張り,圧縮力は付加されることなく外部
に振動影響を与えないので、安定に大流量を低圧力損失
となる流量計測ができる。
【0016】図4は、本発明のコリオリ流量計における
他の実施例を説明するための側断面図で、図中、30は
外筒、31は中空室で、図1と同じ作用をする部分には
等しい符号を付している。
【0017】図示において、外筒30は両端外周を支持
管1と5との外周で接合し、振動管9乃至12を取り囲
み、コリオリ流量計を一体で形成するように接続したも
ので、熱膨張係数が等しい材質で構成される。該コリオ
リ流量計を図1に図示した外筒30のないコリオリ流量
計と同様に対をなす振動管9と10および11と12と
を90°位相の異なる正弦波で駆動することにより、外
筒13の中央部Bと支持板2の位置Aおよび支持板5の
位置A′のすべての部位で振動することがなくなる。
【0018】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と以下のような効果がある。 (1)請求項1に対応する効果: 振動管2本を一対として偶数の対を振動位相が90°
異なる正弦波駆動したので、該駆動により支持手段間に
生ずる引張り力の変動はなくなり、一定値となるので振
動管は安定に振動され、長期計測的においても零点を生
ずることはなくなる。 2本の平行した振動管を対とした偶数対並列接続した
ので、圧力損失が小さく大流量を計測することができ、
各対の振動管で検出されるコリオリ力を加算されるので
高感度に検知できる。 対をなす振動管の何れから異常が発生したとき、他の
正常な対の流量計測値を参照して前記異常を報知し、計
測を停止することなく正常値を算出することができる。 (2)請求項2に対応する効果:振動管を外筒内に一体
的に収納するように構成されるので、外部に振動を伝達
することなく、また、中空室に圧力を導入し計測液の圧
力と等しくすることにより、圧力影響を受けることのな
い、計測が可能な安定した小形な流量計を提供すること
ができる。 (3)請求項3に対応する効果:振動管の支持板間に対
し、一定の圧縮力を印加することにより支持板への外力
はなくなり、安定した駆動を与えることができる。 (4)請求項4に対応する効果:対をなす平行な振動管
の面を、他の対をなす平行な振動管のなす面と交叉して
配設したので、外乱により計測誤差が生じても前記2対
の振動管の平均値をとり、これを2倍して総流量を算出
して流量信号とすることにより瞬時の誤差を小さくで
き、総流量計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のコリオリ流量計を説明するための図
である。
【図2】 振動管を駆動する駆動波形を説明するための
図ある。
【図3】 支持板に作用する交番荷重を示す図である。
【図4】 本発明のコリオリ流量計における他の実施例
を説明するための側断面図である。
【図5】 従来の直管式のコリオリ流量計を説明するた
めの図である。
【図6】 従来のコリオリ流量計の振動波形を示す図で
ある。
【符号の説明】
1,5…支持管、2,6…支持板、3,7…支持孔、4,8
…取付フランジ、9,10,11,12…振動管、1
3,14…励振器、15,16,17,18…検出器、
19…発振器、20…90°移相器、21,22…位相
差検出器、23…移相器、24…加算器、30…外筒、
31…中空室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 1/84

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定流体の流通する平行な2本の直管
    を対とする偶数対の振動管と、該振動管を両端部におい
    て支持する支持手段と、各々の対における2本の振動管
    を長手方向中央が流れと垂直な方向に逆位相で振動さ
    せ、偶数対の振動管の半分の対を他の半分の対に対し9
    0°の位相差となるように振動させる駆動手段と、前記
    駆動手段と支持手段との区間に設けられ、上流部と下流
    部との位相差を検知するための検出器と、前記偶数対の
    各々の検出器間に生ずる位相差の絶対値を加算する加算
    手段とで構成したことを特徴とするコリオリ流量計。
  2. 【請求項2】 前記振動管と支持手段と駆動手段および
    検出器とを一体に構成した構成体を流管に介装可能な外
    筒内に、少くとも一方の支持手段を固着して収納したこ
    とを特徴とする請求項1記載のコリオリ流量計。
  3. 【請求項3】 振動管の両端部を支持する支持手段間に
    一定の圧縮力を作用させる加圧手段を配設したことを特
    徴とする請求項1又は2のコリオリ流量計。
  4. 【請求項4】 一対の平行な直管で形成される振動管の
    平行面を他の対の振動管の平行面との交叉線に対し各々
    の対の直管が対称の位置となるように配設したことを特
    徴とする請求項1乃至3記載のコリオリ流量計。
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