JP2951460B2 - コリオリ質量流量計 - Google Patents

コリオリ質量流量計

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JP2951460B2 JP33066591A JP33066591A JP2951460B2 JP 2951460 B2 JP2951460 B2 JP 2951460B2 JP 33066591 A JP33066591 A JP 33066591A JP 33066591 A JP33066591 A JP 33066591A JP 2951460 B2 JP2951460 B2 JP 2951460B2
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義則 松永
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
【0001】本発明は、S/N比が向上されたコリオリ
質量流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図19は、従来より一般に使用されてい
る従来例の構成説明図で、コリオリ質量流量計に使用せ
る例で、例えば、米国特許4,491,025号、発明
の名称「PARALLEL PATH CORIOLIS MASS FLOW RATE METE
R 」1982年11月3日出願、1985年1月1日特
許に示されている。図において、1は配管Aに、両端が
取付けられたU字形の測定管である。2は管路Aへの測
定管1の取付けフランジである。3はU字形をなす測定
管1の先端に設けられた振動子である。4,5は測定管
1の両側にそれぞれ設けられた変位検出センサである。
【0003】以上の構成において、測定管1に測定流体
が流され、振動子3が駆動される。振動子3の振動方向
の角速度『ω』、測定流体の流速『V』(以下『』で囲
まれた記号はベクトル量を表す。)とすると、 Fc=―2m『ω』×『V』 のコリオリ力が働く、コリオリ力に比例した振動の振幅
を測定すれば、質量流量が測定出来る。しかし、一般に
は、コリオリ力に比例した振動の振幅は、加振による振
動の振幅より極めて小さく、コリオリ力に比例した振動
の振幅を直接検出することが出来ない。
【0004】今、図19のZ視の方向から見ると、振動
子3の加振により、振動方向をα、βに別けて考える
と、流速『V』の向きによって、図20、図21に示す
如く、コリオリ力の方向が異なるので、逆相となり、測
定管1が捩れながら振動する。これを変位検出センサ
4,5、例えば磁気センサで変位を検出し、変位検出セ
ンサ4,5の変位の位相差が、(コリオリ力に比例した
振動の振幅)/(加振による振動の振幅)に比例するの
で質量流量を求める事ができる。位相差は波形がゼロを
クロスする時間の差Δtとして測定出来るので、結果と
してコリオリ力が測定出来る。
【0005】図22は従来より一般に使用されている他
の従来例の構成説明図である。本従来例では、更に、ノ
イズを低減し、信号を大きくとるために、測定管1を、
2管式にし、ノイズを打消すようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、コリオリ力による変位は、駆動によ
る変位に比較し、約1/1000程度と小さい。外乱振
動が加わると、コリオリ力による変位と重なり、S/N
比が小さくなる。本発明は、この問題点を解決するもの
である。本発明の目的は、質量流量信号を大きくする事
により、S/N比が向上されたコリオリ質量流量計を提
供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、振動する測定管内に測定流体を流し、そ
の流れと測定管の角振動によって生じるコリオリ力によ
り、測定管を変形振動させるコリオリ質量流量計におい
て、前記測定管を励振する駆動部と、前記測定管に設け
られコリオリ力に対して感度を有し駆動振動に対しては
感度が低く構成され前記測定管にコリオリ力が加わった
場合の振動モードの固有振動数に対してほぼ整数倍の固
有振動数を有し前記測定管にコリオリ力が加わった場合
の振動モードにより励振される付加振動子を具備したこ
とを特徴とするコリオリ質量流量計を構成したものであ
る。
【0008】
【作用】以上の構成において、測定管に測定流体を流
し、駆動装置で測定管を励振する。測定管の振動モ―ド
の固有振動数に対してほぼ整数倍の固有振動数を有する
付加振動子が設けられているので、付加振動子の振動
は、コリオリ力に対して共振状態となり、コリオリ力に
対する振動振幅は大きくなり、質量流量信号を大きく取
れ、S/N比が向上されたコリオリ質量流量計が得られ
る。以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の要部構成説明図
である。図において、図19と同一記号の構成は同一機
能を表わす。以下、図19と相違部分のみ説明する。1
1は直線状の測定管、12はハウジングである。
【0010】13は、測定管11の軸に直交する方向
に、測定管11を励振する駆動部である。駆動部13
は、ハウジング12取付けられたコイル14と、測定管
11に取付けられたコア15とから構成されている。1
6は駆動変位検出センサで、駆動部13の動作をチェッ
クする。駆動変位検出センサ16は、磁石17とコア1
8とから構成されている。
【0011】19は付加振動子である。付加振動子19
は、図3に示す如く、付加振動子固定部21と、縦梁2
2と横梁23とからなるT形状の梁部24からなる。梁
部24は、この場合は、一対取付けられているが、必ず
しも一対である必要はない。25は圧電素子であり、付
加振動子19の振動を測定する。付加振動子19の固有
振動数は、この場合は、測定管11の固有振動数と一致
している。付加振動子19は、コリオリ力に対して感度
を有し、駆動振動に対しては感度が低く構成されてい
る。すなわち、縦梁22は短く、横梁23は長く構成さ
れている。
【0012】以上の構成において、測定管11に測定流
体を流し、駆動部13で測定管11を励振する。測定管
11の振動モ―ドの固有振動数に対してほぼ整数倍の固
有振動数を有する付加振動子19が設けられているの
で、付加振動子19の振動は、コリオリ力に対して共振
状態となり、コリオリ力に対する振動振幅は大きくな
り、質量流量信号を大きく取れ、S/N比が向上された
コリオリ質量流量計が得られる。
【0013】すなわち、図4(a)(b)(c)(d)
に、測定管11に測定流体が流れていない場合の測定管
11の振動の状態を示す。図5(a)(b)(c)
(d)に、測定管11に測定流体が流れている場合の測
定管11の振動の状態を示す。
【0014】コリオリ力は測定管11の中心を原点とし
て上下流で回転対称な分布をするので、図6(a)
(b)(c)(d)に示す振動をする。この振動によっ
て、付加振動子19は、回転振動する。回転振動の振幅
はコリオリ力に比例するので、振幅を測定する事によっ
て、コリオリ力が測定される。コリオリ力は測定管11
を流れる質量流量に比例する。
【0015】すなわち、図7に測定管11の変位を、図
8に付加振動子19の変位を示す。図7に於て、測定管
11の駆動による変位特性をA、測定管11のコリオリ
力による変位特性をBとすると、駆動周波数f1 におけ
る、測定管11のコリオリ力による変位はCとなる。こ
の場合は、測定管11の駆動の固有振動数は、付加振動
子19の固有振動数よりも小さくなるように構成されて
いる。図8に於て、付加振動子19の変位特性をDとす
ると、駆動周波数f1 における、付加振動子19のコリ
オリ力による変位はEとなる。したがって、付加振動子
19の回転振幅を測定する事で、質量流量が直接測定出
来る。
【0016】而して、付加振動子19の回転振動の固有
振動数と、測定管11の駆動モ―ドの固有振動数は、こ
の場合は、一致している。したがって、コリオリ力によ
って回転振動が生ずると、振動は共振状態となり、図9
に示すごとく、付加振動子19の変位特性はFとなり、
駆動周波数f1 における、付加振動子19のコリオリ力
による変位はGとなり、図8の場合に比して、振幅はQ
倍になる。すなわち、質量流量に比例する付加振動子1
9の回転振幅は、測定管11の駆動モ―ドの固有振動数
と、付加振動子19の固有振動数を一致させない場合に
比較して、Q倍大きい値が得られる。
【0017】この結果、 (1)コリオリ力を高感度に検出出来る。したがって、
検出信号のSN比が向上出来る。 (2)コリオリ力は駆動変位に比例する。コリオリ力の
検出が高感度で得られるので、駆動変位を従来よりも小
さくすることが出来る。したがって、振動による応力腐
蝕に基づく測定管11の破裂の恐れが少なくなる。
【0018】図10は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。本実施例においては、駆動振動の平面ない
で測定管11に直交した軸上に、板上の梁24から付加
振動子19が構成されたものである。図11は本発明の
他の実施例の要部構成説明図である。本実施例において
は、図3に示す付加振動子19の方向を測定管11と平
行にしたものである。
【0019】図12は本発明の他の実施例の要部構成説
明図で、図13は図10の側面図、図14は図12の捩
じれ変位測定装置の詳細説明図である。本実施例におい
ては、駆動振動の平面に直交した軸31と、その先端の
大きな質量32と捩じれ変位測定装置33から構成され
る捩じり振動子で、付加振動子19を構成したものであ
る。
【0020】捩じれ変位測定装置33は、図14に示す
如く、圧電素子34、結合部35、結合捩子36よりな
る。圧電素子34は、結合部35と結合捩子36とによ
り測定管11に固定され、ねじれが加わると、捩れに比
例した電圧を発生する。図15は本発明の他の実施例の
要部構成説明図である。本実施例においては、圧電素子
25として、滑りモ―ド検出タイプを使用したものであ
る。
【0021】図16は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。本実施例においては、測定管11としてU
字管を使用したものである図17は本発明の他の実施例
の要部構成説明図である。本実施例においては、測定管
11としてS字管を使用したものである図18は本発明
の他の実施例の要部構成説明図である。本実施例におい
ては、測定管11として平行管を使用したものである
【0022】なお、前述の実施例においては、振動検出
センサとしては、圧電素子25を使用したものについて
説明したが、これに限ることはなく、例えば、光セン
サ、動電形センサ、静電型センサでもよく、要するに、
振動検出できるものであれば良い。また、駆動部13は
電磁コイルでなく、圧電素子を利用してもよい。
【0023】また、駆動変位検出センサ16の検出は動
電形センサ以外の光センサ、静電センサでもよい。ま
た、付加振動子19の圧電素子25で検出しても良い。
また、付加振動子19の固有振動数は、測定管11の固
有振動数とほぼ一致していると説明したが、整数倍であ
ればよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、振動す
る測定管内に測定流体を流し、その流れと測定管の角振
動によって生じるコリオリ力により、測定管を変形振動
させるコリオリ質量流量計において、前記測定管を励振
する駆動部と、前記測定管に設けられコリオリ力に対し
て感度を有し駆動振動に対しては感度が低く構成され前
記測定管にコリオリ力が加わった場合の振動モードの固
有振動数に対してほぼ整数倍の固有振動数を有し前記測
定管にコリオリ力が加わった場合の振動モードにより励
振される付加振動子を具備したことを特徴とするコリオ
リ質量流量計を構成した。
【0025】この結果、 (1)コリオリ力を高感度に検出出来る。したがって、
検出信号のSN比が向上出来る。 (2)コリオリ力は駆動変位に比例する。コリオリ力の
検出が高感度で得られるので、駆動変位を従来よりも小
さくすることが出来る。したがって、振動による応力腐
蝕に基づく管破裂の恐れが少なくなる。
【0026】従って、本考案によれば、S/N比が向上
されたコリオリ質量流量計を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図2】図1のA―A断面図である。
【図3】図1の要部詳細説明図である。
【図4】図1の動作説明図である。
【図5】図1の動作説明図である。
【図6】図1の動作説明図である。
【図7】図1の動作説明図である。
【図8】図1の動作説明図である。
【図9】図1の動作説明図である。
【図10】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図11】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図12】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図13】図9の側面図である。
【図14】図9の要部詳細説明図である。
【図15】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図16】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図17】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図18】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図19】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。
【図20】図16の動作説明図である。
【図21】図16の動作説明図である。
【図22】従来より一般に使用されている他の従来例の
構成説明図である。
【符号の説明】 11…測定管 12…ハウジング 13…振動部 14…コイル 15…コア 16…駆動変位検出センサ 17…磁石 18…コア 19…付加振動子 21…付加振動子固定部 22…縦梁 23…横梁 24…梁 25…圧電素子 31…軸 32…質量 33…捩じれ変位測定装置 34…圧電素子 35…結合部 36…結合捩子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒森 健一 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 審査官 江塚 政弘 (56)参考文献 特開 平3−48729(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 1/84

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】振動する測定管内に測定流体を流し、その
    流れと測定管の角振動によって生じるコリオリ力によ
    り、測定管を変形振動させるコリオリ質量流量計におい
    て、前記測定管を励振する駆動部と、 前記測定管に設けられコリオリ力に対して感度を有し駆
    動振動に対しては感度が低く構成され前記測定管にコリ
    オリ力が加わった場合の振動モードの固有振動数に対し
    てほぼ整数倍の固有振動数を有し前記測定管にコリオリ
    力が加わった場合の振動モードにより励振される付加振
    動子を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。
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