JP3051681B2 - コリオリ流量計 - Google Patents

コリオリ流量計

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JP3051681B2 JP8321596A JP32159696A JP3051681B2 JP 3051681 B2 JP3051681 B2 JP 3051681B2 JP 8321596 A JP8321596 A JP 8321596A JP 32159696 A JP32159696 A JP 32159696A JP 3051681 B2 JP3051681 B2 JP 3051681B2
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孝史 遠藤
健一 松岡
公宏 一瀬
修 二川
誠司 小林
一英 小林
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ流量計に
関し、より詳細には、一本のフローチューブと該フロー
チューブに同軸又は軸平行に両端支持されたカウンタバ
ランスチューブとよりなる少なくとも2本管を連成振動
周波数(以後、連成周波数と記す)で駆動し、流体密度
が変化しても器差シフトの生じないコリオリ流量計に関
する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、コリオリ流量計は、被測
定流体が流れるフローチューブを両端で支持し、支持点
を節部として正弦振動を加え、フローチューブに作用す
るコリオリの力に比例した質量流量を測定する直接型の
質量流量計である。
【0003】本出願人は、先に、一本のフローチューブ
と、該フローチューブの外側に同軸に両端を固着し支持
したカウンタバランスチューブからなる同軸な2本管を
構成し、フローチューブとカウンタバランスチューブと
を一定振幅の連成周波数で駆動し、小さい駆動力で比較
的大きい位相差信号を検出可能なコリオリ流量計を提案
した。
【0004】提案された2本管構造のコリオリ流量計で
は、2本管はフローチューブとカウンタバランスチュー
ブとの連成周波数により常に一定の振幅で駆動される。
連成周波数は、フローチューブおよびカウンタバランス
チューブの形状寸法,ヤング率,質量により定まり、こ
れらの物理定数が一定であれば、小形の形状で直管でか
つ一本のフローチューブであることから、メンテナンス
が有利である利点を持ち、高精度な質量流量を計測でき
る。
【0005】流体密度が変化しても、フローチューブの
振幅δiとカウンタバランスチューブの振幅δoの和は
一定で、 δi+δo=C(一定) …(1) である。このように、従来技術では、2本管の振幅の和
が一定値Cと保持するように制御されているが、フロー
チューブに流体密度ρの異なる流体が流れると、フロー
チューブの振幅δiが変化する。2本管の振動系では、
1,K2,K3を定数とすると、δiとδoとの関係
は、
【0006】
【数1】
【0007】で表される。従って(1),(2)式か
ら、
【0008】
【数2】
【0009】となり、フローチューブの振幅δiは、流
体密度ρにより変化するため、カウンタバランスチュー
ブの振幅δoとの振幅比が変化する。
【0010】図3は、従来のコリオリ流量計の流体密度
の違いによる振動の違いを説明するための図で、図中、
O−Oは中心線、Sa,Sbは節部で、フローチューブ
に流体密度の異なる流体を満たしたときのフローチュー
ブとカウンタバランスチューブを固有振動数で駆動させ
たときの振動で、実線は流体密度ρ1でのフローチュー
ブの振動MF1とカウンタバランスチューブの振動MO1
示し、破線は流体密度ρ2のときのフローチューブの振
動MF2とカウンタバランスチューブの振動MO2を示す。
【0011】図3に示すフローチューブの振幅δi1
δi2およびカウンタバランスチューブの振幅δo1とδ
2は、2本管の長手方向中央に設けられた駆動部(図
示せず)から等間隔の位置に設けたセンサの位置P,Q
での値であり、流体密度ρ1でのフローチューブの振幅
δi1とカウンタバランスチューブの振幅δo1との和は
一定振幅Cであり、流体密度ρ2でのフローチューブの
振幅δi2とカウンタバランスチューブの振幅δo2との
和も一定振幅Cであるが、δi1とδo1の振幅比とδi
2のδo2の振幅比が異なっている。なお、図3では振幅
差を誇張して示してある。
【0012】図4は、流体密度ρと器差Eの関係を示す
図で、コリオリの力を検出するフローチューブの検出位
置での振幅変化は、その位置での速度変化をもたらすも
のであり、速度変化はコリオリの力の変化となるため、
図4の曲線Qに示すように流体密度ρの変化により器差
Eの変化をもたらす。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した実
情に鑑みてなされたもので、2本管の駆動において、フ
ローチューブの振幅が一定となるように、連成周波数に
従って2本管の幅動振幅を制御し、流体密度による器差
シフトの生じないコリオリ流量計を提供することを目的
とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、被測定流体が
流れるフローチューブと該フローチューブの外側で同軸
又は軸平行に両端支持されたカウンタバランスチューブ
とからなる少なくとも2本管を連成振動周波数で駆動
し、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例
した質量流量を測定するコリオリ流量計において、前記
フローチューブと前記カウンタバランスチューブの振幅
比を前記連成振動周波数に応じて変化させ、前記フロー
チューブの振幅を一定に制御するようにしたものであ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、請求項1の発明の実施形
態を説明するためのコリオリ流量計の構成図で、図中、
1はコリオリ流量計、2はフローチューブ、3はカウン
タバランスチューブ、4a,4bは支持板、5は駆動
部、6,7はセンサ、8は外筒、9はバランスウエイ
ト、10は本体部、11は変換制御部である。
【0016】図1に示したコリオリ流量計1は、外筒8
を有する本体部10と変換制御部11とから構成され
る。本体部10において、フローチューブ2は、測定流
体が流れコリオリの力を発生させる要部となるもので、
フローチューブ2の外周壁には所定間隔を隔てて支持板
4a,4bが固着され、支持板4a,4bの外周にカウ
ンタバランスチューブ3の両端が固着され、フローチュ
ーブ2に同軸に支持されている。更に、カウンタバラン
スチューブ3の中央にバランスウエイト9が取り付けら
れ、フローチューブ2の固有振動数と、後述する駆動部
5とセンサ6,7を含むカウンタバランスチューブ3の
固有振動数を略等しくなるように調整されている。
【0017】また、2本管の長手方向中央部には、フロ
ーチューブ2とカウンタバランスチューブ3を、両端支
持部を節部として連成周波数で駆動する駆動部5が設け
られている。駆動部5は、電磁コイル5aと永久磁石5
bとからなり、電磁コイル5aは、カウンタバランスチ
ューブ3側に取り付けられ、永久磁石5bはフローチュ
ーブ2側に取り付けられている。更に、2本管の駆動部
5から等間隔の位置にセンサ6,7が設けられ、コイル
6a,7aは、カウンタバランスチューブ3側に、永久
磁石6b,7bはフローチューブ2側に取り付けられて
いる。
【0018】センサ6,7は、共に同一構造の速度検出
器で、正弦波状に駆動されるフローチューブ2とカウン
タバランスチューブ3の相対速度を検出する。検出信号
は、変換制御部11の端子11a,11bに入力後、積
分処理されて位置信号に変換され、コリオリの力に比例
した位相差が求められ、質量流量が出力される。一方、
端子11aに入力したセンサ6の信号は、変換制御部1
1で増幅されて、電磁コイル5aを制御し、駆動部5に
よりフローチューブ2とカウンタバランスチューブ3と
を駆動する。この駆動系は、センサ6と変換制御部11
と駆動部5および2本管とで閉ループを形成する正帰還
回路であり、振幅制御が施される。本発明では、変換制
御部11により、流体密度の大小に拘わらず、フローチ
ューブ2の振幅を一定となるように連成周波数に応じて
制御している。以下に、この原理を説明する。
【0019】従来のコリオリ流量計では、(1)式に示
すように、フローチューブ2の振幅δiとカウンタバラ
ンスチューブ3の振幅δoとの和Cを一定となるように
制御した結果、(3)式に示すように、流体密度ρの変
化によりフローチューブ2の振幅δiが変化し器差シフ
トをもたらしたが、本発明では、フローチューブ2の振
幅δiとカウンタバランスチューブ3の振幅δoとの和
を常に一定にするのではなく、フローチューブ2の振幅
δiが流体密度ρの関数F1(ρ)であることに着目し
て(3)式の一定振幅Cを関数F1(ρ)に置き換え、
【0020】
【数3】
【0021】とし、流体密度ρが変化しても、フローチ
ューブ2の振幅δiを δi=Ci(一定) …(5) とするものである。
【0022】図2は、流体密度ρと連成周波数fの関係
を示す図で、連成周波数fは図2の曲線Sに示すよう
に、流体密度ρの増大に従って連続して低下する。すな
わち、連成周波数fも流体密度ρの関数で、 f=F2(ρ) …(6) で表わされる。また、(6)式の逆関数として、 ρ=F3(f) …(7) を求めることができる。従って、(4),(5),
(6),(7)式により、
【0023】
【数4】
【0024】に変換され、連成周波数fを検出してフロ
ーチューブ2の振幅δiを一定とする制御を行うことに
より、流体密度ρが変化しても、コリオリの力を一定に
することができる。すなわち、流体密度の変化による器
差シフトを生ずることなく、高精度な質量流量計測を行
うことができる。
【0025】なお、説明において、2本管をフローチュ
ーブと、同軸に両端支持されたカウンタバランスチュー
ブとで構成したものを用いたが、フローチューブと軸平
行に両端支持されたカウンタバランスチューブとで構成
した少なくとも2本管を用いても、同様な結果が得られ
る。
【0026】
【発明の効果】コリオリ流量計において、従来のよう
に、フローチューブ2の振幅δiとカウンタバランスチ
ューブ3の振幅δoとの和を一定にするように制御する
のではなく、流体密度ρの関数である連成周波数fを検
出してフローチューブ2の振幅δiを一定となるよう
に、フローチューブ2とカウンタバランスチューブ3の
振幅比を制御するので、簡単な制御装置により流体密度
ρが変化しても器差シフトの生じない高精度な質量流量
計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1の発明の実施形態を説明するための
コリオリ流量計の構成図である。
【図2】 流体密度ρと連成周波数fの関係を示す図で
ある。
【図3】 従来のコリオリ流量計の流体密度の違いによ
る振動の違いを説明するための図である。
【図4】 流体密度ρと器差Eとの関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
1…コリオリ流量計、2…フローチューブ、3…カウン
タバランスチューブ、4a,4b…支持板、5…駆動
部、6,7…センサ、8…外筒、9…バランスウエイ
ト、10…本体部、11…変換制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一瀬 公宏 東京都新宿区上落合3丁目10番8号 株 式会社オーバル内 (72)発明者 二川 修 東京都新宿区上落合3丁目10番8号 株 式会社オーバル内 (72)発明者 小林 誠司 東京都新宿区上落合3丁目10番8号 株 式会社オーバル内 (72)発明者 小林 一英 東京都新宿区上落合3丁目10番8号 株 式会社オーバル内 (56)参考文献 特開 平3−41319(JP,A) 特開 平5−248913(JP,A) 特開 平7−35592(JP,A) 特開 平8−304138(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/84

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定流体が流れるフローチューブと該
    フローチューブの外側で同軸又は軸平行に両端支持され
    たカウンタバランスチューブとからなる少なくとも2本
    管を連成振動周波数で駆動し、前記フローチューブに作
    用するコリオリの力に比例した質量流量を測定するコリ
    オリ流量計において、前記フローチューブと前記カウン
    タバランスチューブの振幅比を前記連成振動周波数に応
    じて変化させ、前記フローチューブの振幅を一定に制御
    することを特徴とするコリオリ流量計。
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DE102017125273A1 (de) 2017-10-27 2019-05-02 Endress + Hauser Flowtec Ag Massedurchflussmessgerät nach dem Coriolis-Prinzip mit mindestens zwei Messrohrpaaren und Verfahren zum Bestimmen des Massedurchflusses

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