JP3058094B2 - 質量流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、加振される少な
くとも１本の測定管内を流れる流体の質量流量にもとづ
き発生するコリオリ力を利用して質量流量を測定する質
量流量計、特に軽量化，簡略化を図り、使い勝手，信頼
性および測定精度を向上させることが可能な質量流量計
に関する。
くとも１本の測定管内を流れる流体の質量流量にもとづ
き発生するコリオリ力を利用して質量流量を測定する質
量流量計、特に軽量化，簡略化を図り、使い勝手，信頼
性および測定精度を向上させることが可能な質量流量計
に関する。
【０００２】
【従来の技術】コリオリ式質量流量計は、振動する測定
管の中を流れる流体の質量流量に比例して発生するコリ
オリ力にもとづき、流体の質量流量を直接測定するもの
であることから、質量流量の高精度の測定が可能であ
る。一般に、この種の流量計は大別してＵ字型，Ｓ字型
といった曲線状の測定管を持つものと、直線状の測定管
を持つものとに分けられる。また、振動する測定管を２
本とし、測定流体を分流して２本の測定管に導いたり、
または、２本の測定管を連続的に接続する構成として、
２本の測定管を共振させる構造にしたもの、もしくは、
測定管を１本にしたもの等がある（測定管が２本のもの
としては、例えば特公平６−４６１６７号に示すものが
ある。）。
管の中を流れる流体の質量流量に比例して発生するコリ
オリ力にもとづき、流体の質量流量を直接測定するもの
であることから、質量流量の高精度の測定が可能であ
る。一般に、この種の流量計は大別してＵ字型，Ｓ字型
といった曲線状の測定管を持つものと、直線状の測定管
を持つものとに分けられる。また、振動する測定管を２
本とし、測定流体を分流して２本の測定管に導いたり、
または、２本の測定管を連続的に接続する構成として、
２本の測定管を共振させる構造にしたもの、もしくは、
測定管を１本にしたもの等がある（測定管が２本のもの
としては、例えば特公平６−４６１６７号に示すものが
ある。）。
【０００３】測定管が１本のものとして、出願人が提出
した図３に示すものがある（特願平７−４９３７１号：
提案装置ともいう）。これは、固定材３ａ，３ｂと円筒
ビーム４からなり測定管２の両端を支持する支持機構、
測定管２を加振する振動発生器５、その振動を検出する
２つの振動センサ６ａ，６ｂ、測定流体を測定管に導く
入口導管７ａ、測定流体を測定管より導出する出口導管
７ｂ、これらを内包するハウジング８等を設け、測定管
２に与えられるコリオリ振動の周波数または振動数を、
上記支持機構の固有振動数よりも高くする、例えば√２
倍以上、好ましくは２以上の高次とすることで、Ｓ／Ｎ
の高い安定な振動を可能とするものである。
した図３に示すものがある（特願平７−４９３７１号：
提案装置ともいう）。これは、固定材３ａ，３ｂと円筒
ビーム４からなり測定管２の両端を支持する支持機構、
測定管２を加振する振動発生器５、その振動を検出する
２つの振動センサ６ａ，６ｂ、測定流体を測定管に導く
入口導管７ａ、測定流体を測定管より導出する出口導管
７ｂ、これらを内包するハウジング８等を設け、測定管
２に与えられるコリオリ振動の周波数または振動数を、
上記支持機構の固有振動数よりも高くする、例えば√２
倍以上、好ましくは２以上の高次とすることで、Ｓ／Ｎ
の高い安定な振動を可能とするものである。
【０００４】さらに、コリオリ振動の周波数を高くした
場合に、 （１）上流，下流の２つの振動センサの位相差を利用す
る。 （２）センサとしては速度センサまたは加速度センサを
利用する。 などの工夫をすれば、上記の効果をより高めることがで
きることも指摘されている。
場合に、 （１）上流，下流の２つの振動センサの位相差を利用す
る。 （２）センサとしては速度センサまたは加速度センサを
利用する。 などの工夫をすれば、上記の効果をより高めることがで
きることも指摘されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、測定管に与
えられるコリオリ振動の周波数を、支持機構の固有振動
数よりも高くする場合、上記提案装置にもあるように、
支持機構の共振周波数を低くしたり、または、測定管に
与えられるコリオリ振動として測定管の固有振動数、例
えば３次モードや５次モードを使用している。しかし、
特に測定管の高次モードを使用する場合、多くの用途に
対応すべく、多くの種類の口径（測定管の大きさ）につ
いて設計するとき、不要な振動モードの干渉を受けずに
使用する測定管の高次モードの固有振動数が、支持機構
の固有振動数に対して必ずしも十分に高くならない場合
が生じる。
えられるコリオリ振動の周波数を、支持機構の固有振動
数よりも高くする場合、上記提案装置にもあるように、
支持機構の共振周波数を低くしたり、または、測定管に
与えられるコリオリ振動として測定管の固有振動数、例
えば３次モードや５次モードを使用している。しかし、
特に測定管の高次モードを使用する場合、多くの用途に
対応すべく、多くの種類の口径（測定管の大きさ）につ
いて設計するとき、不要な振動モードの干渉を受けずに
使用する測定管の高次モードの固有振動数が、支持機構
の固有振動数に対して必ずしも十分に高くならない場合
が生じる。
【０００６】例えば、支持機構の肉厚を薄くして支持機
構の剛性を落とすと、周方向の固有値が低下し干渉し易
くなる。また、付加質量を用いる場合、構造が複雑にな
ってコストアップになることや、現実的でない大きさの
付加質量を用いるような場合が生じる、などの問題があ
る。したがって、この発明の課題は、簡単かつ安価な構
成でコリオリ振動の振動数を、支持機構の固有振動数よ
りも高くし得るようにすることにある。
構の剛性を落とすと、周方向の固有値が低下し干渉し易
くなる。また、付加質量を用いる場合、構造が複雑にな
ってコストアップになることや、現実的でない大きさの
付加質量を用いるような場合が生じる、などの問題があ
る。したがって、この発明の課題は、簡単かつ安価な構
成でコリオリ振動の振動数を、支持機構の固有振動数よ
りも高くし得るようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、少なくとも１本の測定管を
備え、この測定管内を流体が流れたときコリオリ力が発
生するような振動であり、かつ、このコリオリ力を利用
して流体の流量を測定するコリオリ振動を、前記測定管
に与えて測定管内を流れる流体の流量を測定するため、
円筒ビームと固定材からなり測定管の両端を連結する支
持機構と、測定管に振動を与える振動発生器と、測定管
の振動を検出する少なくとも２つ以上の振動センサと、
測定流体を測定管に導入する入口導管と、測定流体を測
定管より導出する出口導管と、これらの各要素を内包す
るハウジングとを設け、測定管の振動に与かる長さに比
べ支持機構のそれの方を長くし、測定管に与えられるコ
リオリ振動の振動数を、前記支持機構の基本固有振動数
よりも高くするようにしている。
べく、請求項１の発明では、少なくとも１本の測定管を
備え、この測定管内を流体が流れたときコリオリ力が発
生するような振動であり、かつ、このコリオリ力を利用
して流体の流量を測定するコリオリ振動を、前記測定管
に与えて測定管内を流れる流体の流量を測定するため、
円筒ビームと固定材からなり測定管の両端を連結する支
持機構と、測定管に振動を与える振動発生器と、測定管
の振動を検出する少なくとも２つ以上の振動センサと、
測定流体を測定管に導入する入口導管と、測定流体を測
定管より導出する出口導管と、これらの各要素を内包す
るハウジングとを設け、測定管の振動に与かる長さに比
べ支持機構のそれの方を長くし、測定管に与えられるコ
リオリ振動の振動数を、前記支持機構の基本固有振動数
よりも高くするようにしている。
【０００８】上記請求項１の発明では、前記固定材の軸
方向厚みについて、前記測定管との接合部分の方を前記
円筒ビームとの接合部分側よりも前記測定管の振動側の
方に厚くすることができ（請求項２の発明）、この請求
項２の発明では、前記固定材の前記測定管との接合部分
の、前記測定管の振動に与かる側とは反対側に切り欠き
部を形成することができる（請求項３の発明）。また、
上記請求項１〜３の発明では、前記測定管に与えられる
コリオリ振動の振動数を、前記支持機構の基本固有振動
数の√２倍よりも高くすることができ（請求項４の発
明）、前記測定管に与えられるコリオリ振動の振動数
を、前記支持機構の基本固有振動数より高次の固有振動
数とすることができる（請求項５の発明）。さらに、１
〜５の発明では、前記２つ以上の振動センサからの出力
信号の位相差にもとづき流量測定を行なうことができ
（請求項６の発明）、請求項１ないし６の発明では、前
記振動センサとして速度センサまたは加速度センサを用
いることができる（請求項７の発明）。
方向厚みについて、前記測定管との接合部分の方を前記
円筒ビームとの接合部分側よりも前記測定管の振動側の
方に厚くすることができ（請求項２の発明）、この請求
項２の発明では、前記固定材の前記測定管との接合部分
の、前記測定管の振動に与かる側とは反対側に切り欠き
部を形成することができる（請求項３の発明）。また、
上記請求項１〜３の発明では、前記測定管に与えられる
コリオリ振動の振動数を、前記支持機構の基本固有振動
数の√２倍よりも高くすることができ（請求項４の発
明）、前記測定管に与えられるコリオリ振動の振動数
を、前記支持機構の基本固有振動数より高次の固有振動
数とすることができる（請求項５の発明）。さらに、１
〜５の発明では、前記２つ以上の振動センサからの出力
信号の位相差にもとづき流量測定を行なうことができ
（請求項６の発明）、請求項１ないし６の発明では、前
記振動センサとして速度センサまたは加速度センサを用
いることができる（請求項７の発明）。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。同図において、２は直管状測定
管、３ａ，３ｂはこの直管状測定管２の両端部にロウ付
けまたは溶接等の手法により固定される固定材、４はこ
の固定材３ａ，３ｂの直管状測定管２の振動方向の振動
を打ち消すために、固定材３ａ，３ｂが溶接等の手段に
よって結合されている円筒ビームである。この固定材３
ａ，３ｂと円筒ビーム４により、直管状測定管２の両端
を連結する支持機構を形成している。
態を示す構成図である。同図において、２は直管状測定
管、３ａ，３ｂはこの直管状測定管２の両端部にロウ付
けまたは溶接等の手法により固定される固定材、４はこ
の固定材３ａ，３ｂの直管状測定管２の振動方向の振動
を打ち消すために、固定材３ａ，３ｂが溶接等の手段に
よって結合されている円筒ビームである。この固定材３
ａ，３ｂと円筒ビーム４により、直管状測定管２の両端
を連結する支持機構を形成している。
【００１０】５は上記直管状測定管２の中央部に取り付
けられた磁石および円筒ビーム４に固定されたコイルよ
りなり、測定管２を振動させるための振動発生器、６
ａ，６ｂはこの振動発生器５を挟んで測定管２の対称な
位置に取り付けられた磁石、および円筒ビーム４に固定
されたコイルよりなり、測定管２の振動を検出する電磁
ピックアップ、例えば速度センサである。センサをここ
では２つ設けているが、必要に応じて設けることができ
る。
けられた磁石および円筒ビーム４に固定されたコイルよ
りなり、測定管２を振動させるための振動発生器、６
ａ，６ｂはこの振動発生器５を挟んで測定管２の対称な
位置に取り付けられた磁石、および円筒ビーム４に固定
されたコイルよりなり、測定管２の振動を検出する電磁
ピックアップ、例えば速度センサである。センサをここ
では２つ設けているが、必要に応じて設けることができ
る。
【００１１】７ａは入口導管、７ｂは出口導管で、ここ
では測定管２と一体的に製造されている。これらは、ハ
ウジング８の端面部に接続されて、測定流体を測定管２
にそれぞれ導入，導出する。ハウジング８は上記各要素
を内包し、フランジ９ａ，９ｂにネジ止めまたは溶接等
の手段により結合されている。２０は駆動回路、２１は
位相差検出型信号処理回路である。このような構成で、
直管状測定管２を振動発生器５と駆動回路２０により、
コリオリ振動として例えば３次モードの固有振動数で加
振する。
では測定管２と一体的に製造されている。これらは、ハ
ウジング８の端面部に接続されて、測定流体を測定管２
にそれぞれ導入，導出する。ハウジング８は上記各要素
を内包し、フランジ９ａ，９ｂにネジ止めまたは溶接等
の手段により結合されている。２０は駆動回路、２１は
位相差検出型信号処理回路である。このような構成で、
直管状測定管２を振動発生器５と駆動回路２０により、
コリオリ振動として例えば３次モードの固有振動数で加
振する。
【００１２】これまでは図３に示す提案装置の補足説明
であるが、この発明は、さらに以下のように構成され
る。すなわち、測定管２のコリオリ振動の振動数または
周波数は、測定管２の外形，肉厚と固定材３ａ，３ｂに
挟まれた長さ（図１では矢印Ａ，Ｂ間の距離：以下測定
管の振動長さ，振動に与かる長さともいう）によって決
定される。ところで、この測定管２の振動長さと円筒ビ
ーム４の長さ（図１の矢印Ｃ，Ｄ間の距離：以下、支持
機構の振動に与かる長さともいう）とは、従来は等しく
されている（図３参照）。
であるが、この発明は、さらに以下のように構成され
る。すなわち、測定管２のコリオリ振動の振動数または
周波数は、測定管２の外形，肉厚と固定材３ａ，３ｂに
挟まれた長さ（図１では矢印Ａ，Ｂ間の距離：以下測定
管の振動長さ，振動に与かる長さともいう）によって決
定される。ところで、この測定管２の振動長さと円筒ビ
ーム４の長さ（図１の矢印Ｃ，Ｄ間の距離：以下、支持
機構の振動に与かる長さともいう）とは、従来は等しく
されている（図３参照）。
【００１３】これに対し、この発明では図示のように、
固定材３ａ，３ｂの測定管２との接合部の軸方向厚み
を、円筒ビーム４との接合部の厚みよりも測定管２の振
動側の方に厚くするようにする。こうすることで、測定
管２の振動に与かる長さに比べて円筒ビーム４の振動に
与かる長さの方を長くし、円筒ビーム４の固有振動数を
コリオリ振動の周波数よりも低くする、というわけであ
る。
固定材３ａ，３ｂの測定管２との接合部の軸方向厚み
を、円筒ビーム４との接合部の厚みよりも測定管２の振
動側の方に厚くするようにする。こうすることで、測定
管２の振動に与かる長さに比べて円筒ビーム４の振動に
与かる長さの方を長くし、円筒ビーム４の固有振動数を
コリオリ振動の周波数よりも低くする、というわけであ
る。
【００１４】図２は図１の変形例を示す構成図である。
同図からも明らかなように、この例は図１に示すものに
対し固定材３ａ，３ｂの測定管２との接合部の、測定管
２の振動に与かる側とは反対側に切り欠き部１０を形成
したもので、こうすることでも円筒ビーム４の固有振動
数をコリオリ振動の周波数よりも低くすることが可能と
なる。なお、図１，図２の構成は提案装置に対してもそ
のまま、つまり、測定管に与えられるコリオリ振動の振
動数を、前記支持機構の基本固有振動数の√２倍よりも
高くするもの、支持機構の基本固有振動数より高次の固
有振動数とするもの、また、流量測定を２つ以上の振動
センサからの出力信号の位相差にもとづき行なうもの、
さらには振動センサとして速度センサまたは加速度セン
サを用いるものなどに対しても、適用することができる
のは勿論である。
同図からも明らかなように、この例は図１に示すものに
対し固定材３ａ，３ｂの測定管２との接合部の、測定管
２の振動に与かる側とは反対側に切り欠き部１０を形成
したもので、こうすることでも円筒ビーム４の固有振動
数をコリオリ振動の周波数よりも低くすることが可能と
なる。なお、図１，図２の構成は提案装置に対してもそ
のまま、つまり、測定管に与えられるコリオリ振動の振
動数を、前記支持機構の基本固有振動数の√２倍よりも
高くするもの、支持機構の基本固有振動数より高次の固
有振動数とするもの、また、流量測定を２つ以上の振動
センサからの出力信号の位相差にもとづき行なうもの、
さらには振動センサとして速度センサまたは加速度セン
サを用いるものなどに対しても、適用することができる
のは勿論である。
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば、測定管の振動に与か
る長さに対し、支持機構をその肉厚を薄くすることなく
その振動に与かる長さの方を長くしたので、周方向の固
有値の低下による干渉を受けることなく、安定した振動
を安定に測定することが可能となる利点が得られる。ま
た、付加質量などを必要としないので、構造も簡単で安
価になる、という利点もある。
る長さに対し、支持機構をその肉厚を薄くすることなく
その振動に与かる長さの方を長くしたので、周方向の固
有値の低下による干渉を受けることなく、安定した振動
を安定に測定することが可能となる利点が得られる。ま
た、付加質量などを必要としないので、構造も簡単で安
価になる、という利点もある。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】図１の変形例を示す構成図である。
【図３】提案装置を示す構成図である。
１…測定装置、２…直線状測定管、３ａ，３ｂ…固定
材、４…円筒ビーム、５…振動発生器、６ａ，６ｂ…振
動センサ、７ａ…入口導管、７ｂ…出口導管、８…ハウ
ジング、９ａ，９ｂ…フランジ、１０…切り欠き部、２
０…駆動回路、２１…位相差検出型信号処理回路。
材、４…円筒ビーム、５…振動発生器、６ａ，６ｂ…振
動センサ、７ａ…入口導管、７ｂ…出口導管、８…ハウ
ジング、９ａ，９ｂ…フランジ、１０…切り欠き部、２
０…駆動回路、２１…位相差検出型信号処理回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/84
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも１本の測定管を備え、この測
定管内を流体が流れたときコリオリ力が発生するような
振動であり、かつ、このコリオリ力を利用して流体の流
量を測定するコリオリ振動を、前記測定管に与えて測定
管内を流れる流体の流量を測定するため、円筒ビームと
固定材からなり測定管の両端を連結する支持機構と、測
定管に振動を与える振動発生器と、測定管の振動を検出
する少なくとも２つ以上の振動センサと、測定流体を測
定管に導入する入口導管と、測定流体を測定管より導出
する出口導管と、これらの各要素を内包するハウジング
とを設け、 測定管の振動に与かる長さに比べ支持機構のそれの方を
長くし、測定管に与えられるコリオリ振動の振動数を、
前記支持機構の基本固有振動数よりも高くすることを特
徴とする質量流量計。 - 【請求項２】 前記固定材の軸方向厚みについて、前記
測定管との接合部分の方を前記円筒ビームとの接合部分
側よりも前記測定管の振動側の方に厚くしたことを特徴
とする請求項１に記載の質量流量計。 - 【請求項３】 前記固定材の前記測定管との接合部分
の、前記測定管の振動に与かる側とは反対側に切り欠き
部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の質量流
量計。 - 【請求項４】 前記測定管に与えられるコリオリ振動の
振動数を、前記支持機構の基本固有振動数の√２倍より
も高くすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の質量流量計。 - 【請求項５】 前記測定管に与えられるコリオリ振動の
振動数を、前記支持機構の基本固有振動数より高次の固
有振動数とすることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の質量流量計。 - 【請求項６】 前記２つ以上の振動センサからの出力信
号の位相差にもとづき流量測定を行なうことを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれかに記載の質量流量計。 - 【請求項７】 前記振動センサとして速度センサまたは
加速度センサを用いることを特徴とする請求項１ないし
６のいずれかに記載の質量流量計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233810A JP3058094B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 質量流量計 |
| US08/922,140 US5945609A (en) | 1996-03-08 | 1997-08-29 | Mass flowmeter for measuring flow rate of a fluid |
| DE1997138332 DE19738332B4 (de) | 1996-09-04 | 1997-09-02 | Mengenstrom-Meßgerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233810A JP3058094B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 質量流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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