JP3265859B2 - 質量流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、直管形測定管を流れ
る流体に加速度を加えたときの反力に基づいて流体の質
量流量を測定する、いわゆるコリオリ式質量流量計であ
って、とくに測定管の軸方向歪みと温度とを測定し、こ
れらに基づき流量測定値を補正することによって精度向
上を図った質量流量計に関する。
る流体に加速度を加えたときの反力に基づいて流体の質
量流量を測定する、いわゆるコリオリ式質量流量計であ
って、とくに測定管の軸方向歪みと温度とを測定し、こ
れらに基づき流量測定値を補正することによって精度向
上を図った質量流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術として特公昭６０−３４６８３
号に記載の発明がある。図７はこの従来例の斜視図であ
る。ハウジング19に片持ち支持の形でＵ字形の測定管２
が取り付けられている。Ｕ字形測定管２の両端部31 ,32
の間の位置に、片持ち梁状の共振体120 が取り付けられ
ている。測定管２と共振体120 の共振周波数は揃えられ
ており、互いに共鳴するように構成されている。Ｕ字形
測定管２の先端部と共振体120 の先端部間に、例えばコ
イルと磁石で構成されるようなドライバー５が取り付け
られている。このドライバー５と駆動回路８によりＵ字
形測定管２と共振体120 はその共振周波数で駆動され
る。また、このＵ字形測定管２の両側のストレート部分
の先端には、コイルと磁石で構成される速度センサ6a,6
b が測定管２の振動を検出する手段として取り付けられ
ており、それぞれの出力は信号処理回路９に入力されて
流量信号に変換される。なお、この測定管２の振動を検
出する手段であるセンサ6a,6b は前記のような速度セン
サに限られるわけではなく、変位センサや加速度センサ
等、測定管の振動を検出できるセンサなら基本的に何で
もよい。
号に記載の発明がある。図７はこの従来例の斜視図であ
る。ハウジング19に片持ち支持の形でＵ字形の測定管２
が取り付けられている。Ｕ字形測定管２の両端部31 ,32
の間の位置に、片持ち梁状の共振体120 が取り付けられ
ている。測定管２と共振体120 の共振周波数は揃えられ
ており、互いに共鳴するように構成されている。Ｕ字形
測定管２の先端部と共振体120 の先端部間に、例えばコ
イルと磁石で構成されるようなドライバー５が取り付け
られている。このドライバー５と駆動回路８によりＵ字
形測定管２と共振体120 はその共振周波数で駆動され
る。また、このＵ字形測定管２の両側のストレート部分
の先端には、コイルと磁石で構成される速度センサ6a,6
b が測定管２の振動を検出する手段として取り付けられ
ており、それぞれの出力は信号処理回路９に入力されて
流量信号に変換される。なお、この測定管２の振動を検
出する手段であるセンサ6a,6b は前記のような速度セン
サに限られるわけではなく、変位センサや加速度センサ
等、測定管の振動を検出できるセンサなら基本的に何で
もよい。
【０００３】片持ち支持されたＵ字形の測定管２の内部
には、測定流体が図示されていない流通管から矢印Ｕの
方向に流入し、測定管２を流通した後に矢印Ｄ部の方向
に図示されていない流通管へ流出するように構成されて
いる。このように構成された流量計において、流体の流
量がゼロの場合について考える。いま、Ｕ字形測定管２
と共振体120 は、ドライバー５と駆動回路８によりその
共振周波数で加振されている。左右の速度センサ6a,6b
が取り付けられている位置はそれぞれ同じ運動をしてい
るため、左右の速度センサ6a,6b からは位相差のない出
力信号が得られる。
には、測定流体が図示されていない流通管から矢印Ｕの
方向に流入し、測定管２を流通した後に矢印Ｄ部の方向
に図示されていない流通管へ流出するように構成されて
いる。このように構成された流量計において、流体の流
量がゼロの場合について考える。いま、Ｕ字形測定管２
と共振体120 は、ドライバー５と駆動回路８によりその
共振周波数で加振されている。左右の速度センサ6a,6b
が取り付けられている位置はそれぞれ同じ運動をしてい
るため、左右の速度センサ6a,6b からは位相差のない出
力信号が得られる。
【０００４】次に、流れが生じた場合について考える。
振動する測定管２の内部を流体が流れると、流体速度の
直角方向にコリオリ力が発生するが、Ｕ字形測定管２の
両側では流体の流れ方向が逆になるためコリオリ力の発
生方向も逆になる。したがって、Ｕ字形測定管２には、
Ｕ字の中心軸であるＯ軸に関するモーメントが発生す
る。したがって、各端部31,32 を結んだＷ−Ｗ軸に関す
る撓み振動に、Ｏ軸に関する捩じり振動が重畳する。こ
のため、前記左右の速度センサ6a,6b の出力は互いに位
相差を持った信号として検出される。コリオリ力は、質
量流量に比例しているため、前記左右の速度センサ6a,6
b から検出される信号の位相差 (時間差)が質量流量に
比例した量になる。したがって、前記信号の位相差 (時
間差) を測定することにより、流体の質量流量を測定で
きる。
振動する測定管２の内部を流体が流れると、流体速度の
直角方向にコリオリ力が発生するが、Ｕ字形測定管２の
両側では流体の流れ方向が逆になるためコリオリ力の発
生方向も逆になる。したがって、Ｕ字形測定管２には、
Ｕ字の中心軸であるＯ軸に関するモーメントが発生す
る。したがって、各端部31,32 を結んだＷ−Ｗ軸に関す
る撓み振動に、Ｏ軸に関する捩じり振動が重畳する。こ
のため、前記左右の速度センサ6a,6b の出力は互いに位
相差を持った信号として検出される。コリオリ力は、質
量流量に比例しているため、前記左右の速度センサ6a,6
b から検出される信号の位相差 (時間差)が質量流量に
比例した量になる。したがって、前記信号の位相差 (時
間差) を測定することにより、流体の質量流量を測定で
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図７のようなＵ字形、
または他の形状の曲管を測定管に用いると形状が複雑な
ために、圧力損失が大きい、測定管の洗浄が困難、
セルフ・ドレインでない、外形が大きくなる、とい
った欠点が生じる。これらの欠点を改善するために、例
えば直線状の測定管を用いることが考えられる。しか
し、その際に発生する別の問題点として、測定管が直線
状のため、例えば測定流体の温度や外気温の変化によ
り、測定管の軸方向に応力つまり歪みが発生，変化し、
これが得られる質量流量の測定値に影響を与え、測定誤
差を生じるということがある。
または他の形状の曲管を測定管に用いると形状が複雑な
ために、圧力損失が大きい、測定管の洗浄が困難、
セルフ・ドレインでない、外形が大きくなる、とい
った欠点が生じる。これらの欠点を改善するために、例
えば直線状の測定管を用いることが考えられる。しか
し、その際に発生する別の問題点として、測定管が直線
状のため、例えば測定流体の温度や外気温の変化によ
り、測定管の軸方向に応力つまり歪みが発生，変化し、
これが得られる質量流量の測定値に影響を与え、測定誤
差を生じるということがある。
【０００６】この発明が解決すべき課題は、直管形測定
管を流れる流体に加速度を加えたときの反力に基づいて
流体の質量流量を測定するとき、流量測定値を補正する
ことによって流量測定の精度向上を図った質量流量計を
提供することにある。
管を流れる流体に加速度を加えたときの反力に基づいて
流体の質量流量を測定するとき、流量測定値を補正する
ことによって流量測定の精度向上を図った質量流量計を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明（請求項１の発明）は、測定管の状態を検出
する状態検出用のセンサと、零点オフセットに対応する
測定値の一部に対して補正を行なう零点補正部と、実質
的な質量流量に対応する測定値の一部に対して補正を行
なう流量補正部とからなる演算部を備え、前記状態検出
用センサの出力に基づき零点オフセットと測定管の状態
との既知の関係から現在の状態における零点オフセット
の値（Ｑ zc ）を演算し、ついで質量流量の測定値
（Ｑ m ）から前記零点オフセットの値（Ｑ zc ）を差し引
いたものを実質的な質量流量値（Ｑ s ）として求め、さ
らにこの質量流量値（Ｑ s ）を前記状態検出用センサの
出力に基づき補正することにより質量流量（Ｑ mc ）を得
るようにしたことを特徴とする。
め、本発明（請求項１の発明）は、測定管の状態を検出
する状態検出用のセンサと、零点オフセットに対応する
測定値の一部に対して補正を行なう零点補正部と、実質
的な質量流量に対応する測定値の一部に対して補正を行
なう流量補正部とからなる演算部を備え、前記状態検出
用センサの出力に基づき零点オフセットと測定管の状態
との既知の関係から現在の状態における零点オフセット
の値（Ｑ zc ）を演算し、ついで質量流量の測定値
（Ｑ m ）から前記零点オフセットの値（Ｑ zc ）を差し引
いたものを実質的な質量流量値（Ｑ s ）として求め、さ
らにこの質量流量値（Ｑ s ）を前記状態検出用センサの
出力に基づき補正することにより質量流量（Ｑ mc ）を得
るようにしたことを特徴とする。
【０００８】ここで、請求項１の発明において、測定管
の状態検出用センサは、場合によって測定管の軸方向歪
みを検出する歪みセンサ（請求項２の発明）、測定管の
温度を検出する温度センサ（請求項３の発明）、また
は、測定管の軸方向歪みを検出する歪みセンサと測定管
の温度を検出する温度センサ（請求項４の発明）の形式
をとるのが好ましい。また、測定管をその振動に係る節
になる箇所で固定した枠体を備え、状態検出用センサ
は、測定管および枠体の各温度を検出する第１，第２の
各温度センサの形式をとるようにすることも出来る（請
求項５の発明）。
の状態検出用センサは、場合によって測定管の軸方向歪
みを検出する歪みセンサ（請求項２の発明）、測定管の
温度を検出する温度センサ（請求項３の発明）、また
は、測定管の軸方向歪みを検出する歪みセンサと測定管
の温度を検出する温度センサ（請求項４の発明）の形式
をとるのが好ましい。また、測定管をその振動に係る節
になる箇所で固定した枠体を備え、状態検出用センサ
は、測定管および枠体の各温度を検出する第１，第２の
各温度センサの形式をとるようにすることも出来る（請
求項５の発明）。
【０００９】さらに、請求項１の発明では、測定管と、
これをその振動に係る節になる箇所で固定する枠体と、
測定管に振動を加えるドライバーおよび振動センサとを
備えた検出部が、その測定管の延長部分でハウジングに
よって浮動状態に保持され、また、前記状態検出用のセ
ンサとして、検出部の枠体による固定箇所とハウジング
による保持箇所との中間箇所に設けられた測定管の温度
を検出する温度センサを用い、この温度センサの出力に
基づき質量流量の測定値を補正する構成としても良い
（請求項６の発明）。
これをその振動に係る節になる箇所で固定する枠体と、
測定管に振動を加えるドライバーおよび振動センサとを
備えた検出部が、その測定管の延長部分でハウジングに
よって浮動状態に保持され、また、前記状態検出用のセ
ンサとして、検出部の枠体による固定箇所とハウジング
による保持箇所との中間箇所に設けられた測定管の温度
を検出する温度センサを用い、この温度センサの出力に
基づき質量流量の測定値を補正する構成としても良い
（請求項６の発明）。
【００１０】
【作用】この一発明では、測定管の状態検出用センサの
出力に基づき、演算部の流量補正部によって、そのとき
の質量流量の測定値に対する補正が、また、零点補正部
によって、零点オフセット部分に対応する補正がそれぞ
れなされ、結果として総合的に質量流量の測定値が補正
される。この補正は次の原理に基づく。つまり、質量流
量の測定値は、測定管のヤング率や断面２次モーメン
ト、長さ、軸力などのパラメータによって変化し、この
パラメータは測定管の軸方向歪みや温度などの状態値に
よって変化する。そこで、歪みセンサや温度センサを測
定管に設け、その検出値に基づき流量測定値を補正す
る。しかも、質量流量の測定値は、質量流量に対応する
部分と流量零でも存在する零点オフセット部分とに分け
たとき、各部分に対する歪みや温度の影響の仕方が異な
るから、各部分ごとに各センサの検出値で補正すること
によって、測定精度を向上させることができる。
出力に基づき、演算部の流量補正部によって、そのとき
の質量流量の測定値に対する補正が、また、零点補正部
によって、零点オフセット部分に対応する補正がそれぞ
れなされ、結果として総合的に質量流量の測定値が補正
される。この補正は次の原理に基づく。つまり、質量流
量の測定値は、測定管のヤング率や断面２次モーメン
ト、長さ、軸力などのパラメータによって変化し、この
パラメータは測定管の軸方向歪みや温度などの状態値に
よって変化する。そこで、歪みセンサや温度センサを測
定管に設け、その検出値に基づき流量測定値を補正す
る。しかも、質量流量の測定値は、質量流量に対応する
部分と流量零でも存在する零点オフセット部分とに分け
たとき、各部分に対する歪みや温度の影響の仕方が異な
るから、各部分ごとに各センサの検出値で補正すること
によって、測定精度を向上させることができる。
【００１１】また、この発明では、測定管および枠体の
熱膨張係数と、それぞれの各温度を検出する第１，第２
の各温度センサの出力とに基づき、測定管の軸方向歪み
が求まり、この歪みと第１温度センサの出力とに基づ
き、演算部によって前記と同様にして質量流量の測定値
が補正される。別の発明では、質量流量補正用の温度セ
ンサが、測定管の、検出部の枠体による固定箇所とハウ
ジングによる保持箇所との中間箇所に設けられるから、
枠体内の振動箇所に取り付けるのに比べて、温度センサ
取付けによる測定管の振動状態に与える影響が抑制され
る。
熱膨張係数と、それぞれの各温度を検出する第１，第２
の各温度センサの出力とに基づき、測定管の軸方向歪み
が求まり、この歪みと第１温度センサの出力とに基づ
き、演算部によって前記と同様にして質量流量の測定値
が補正される。別の発明では、質量流量補正用の温度セ
ンサが、測定管の、検出部の枠体による固定箇所とハウ
ジングによる保持箇所との中間箇所に設けられるから、
枠体内の振動箇所に取り付けるのに比べて、温度センサ
取付けによる測定管の振動状態に与える影響が抑制され
る。
【００１２】
【実施例】この発明に係る質量流量計の実施例につい
て、以下に図を参照しながら説明する。図１はこの発明
に係る第１実施例の検出部の平面図、図２は同じくその
側断面図である。第１実施例の検出部１は、直管状の測
定管２を持ち、この測定管２は振動の節部で各固定材3
a,3b で固定され、さらにこの各固定材3a,3b を連結す
る形でこれらと方形状に一体形成される各補強材4a,4b
を持つ。測定流体は、測定管２内をＵ側からＤ側に向っ
て流れる。図２に示すように、測定管２の振動部分の中
央にドライバー５が、またドライバー５に対して上流，
下流の各側の対称な位置に測定管２の振動を検出するセ
ンサ6a,6b が、それぞれ補強材4a,4b 間に設けられた各
アダプタ7a,7b,7cに取付けられている。直管状の測定管
２は、その振動を検出するセンサ6aと、駆動回路８と、
ドライバー５とによって、図２のａ，ｂを節に共振周波
数で加振される。測定管２の振動を検出する各センサ6
a,6bにより検出された信号は、マイコンを含む信号処理
回路９により流体の質量流量信号Ｑm に変換される。
て、以下に図を参照しながら説明する。図１はこの発明
に係る第１実施例の検出部の平面図、図２は同じくその
側断面図である。第１実施例の検出部１は、直管状の測
定管２を持ち、この測定管２は振動の節部で各固定材3
a,3b で固定され、さらにこの各固定材3a,3b を連結す
る形でこれらと方形状に一体形成される各補強材4a,4b
を持つ。測定流体は、測定管２内をＵ側からＤ側に向っ
て流れる。図２に示すように、測定管２の振動部分の中
央にドライバー５が、またドライバー５に対して上流，
下流の各側の対称な位置に測定管２の振動を検出するセ
ンサ6a,6b が、それぞれ補強材4a,4b 間に設けられた各
アダプタ7a,7b,7cに取付けられている。直管状の測定管
２は、その振動を検出するセンサ6aと、駆動回路８と、
ドライバー５とによって、図２のａ，ｂを節に共振周波
数で加振される。測定管２の振動を検出する各センサ6
a,6bにより検出された信号は、マイコンを含む信号処理
回路９により流体の質量流量信号Ｑm に変換される。
【００１３】このような構造の検出部１において、振動
する測定管２内を流体が流れると流体速度の直角方向に
コリオリ力が発生するが、ドライバー５を境に上流側と
下流側では発生するコリオリ力が逆向きとなる。そのた
め、上流, 下流の各側に付けられているセンサ6a,6b に
より検出される信号間に、質量流量に比例した位相差
（時間差）が発生する。
する測定管２内を流体が流れると流体速度の直角方向に
コリオリ力が発生するが、ドライバー５を境に上流側と
下流側では発生するコリオリ力が逆向きとなる。そのた
め、上流, 下流の各側に付けられているセンサ6a,6b に
より検出される信号間に、質量流量に比例した位相差
（時間差）が発生する。
【００１４】この第１実施例のような直管状の測定管を
持つ質量流量計は、図７の従来例のような曲管の測定管
を持つ質量流量計に比べて、圧力損失が小さい、測
定管の洗浄が容易、セルフ・ドレインである、外形
がコンパクトにできる、といった長所を持つ。しかし、
測定管２が固定材3a,3b と補強材4a,4b により振動部の
両端を固定されているため、流体の温度や外気温等が変
化して測定管２と固定材3a,3b や補強材4a,4b との間に
温度差ができたり、または、測定管２と固定材3a,3b や
補強材4a,4b とが違う熱膨張係数の材質からなり、検出
部１の温度が一様に変化する等の場合に、測定管２に軸
方向の応力つまり歪みが発生する。
持つ質量流量計は、図７の従来例のような曲管の測定管
を持つ質量流量計に比べて、圧力損失が小さい、測
定管の洗浄が容易、セルフ・ドレインである、外形
がコンパクトにできる、といった長所を持つ。しかし、
測定管２が固定材3a,3b と補強材4a,4b により振動部の
両端を固定されているため、流体の温度や外気温等が変
化して測定管２と固定材3a,3b や補強材4a,4b との間に
温度差ができたり、または、測定管２と固定材3a,3b や
補強材4a,4b とが違う熱膨張係数の材質からなり、検出
部１の温度が一様に変化する等の場合に、測定管２に軸
方向の応力つまり歪みが発生する。
【００１５】一般に、第１実施例のような直管状の測定
管を持つ質量流量計においては、質量流量の測定値は、
測定管のヤング率や断面２次モーメント、長さ、軸力等
により変化する。測定管に生じる軸方向の応力つまり歪
みはこれらのパラメータを変化させるため、質量流量の
測定値も変化し、測定誤差を生じることになる。そこ
で、測定管２の軸方向の歪みの変化を検出する手段とし
て、歪みセンサ（圧電素子やストレイン・ゲージ等を利
用したもの）を測定管２に取付け、その検出量に基づき
質量流量の測定値を補正することにより、測定誤差を低
減して測定精度を高めることができる。
管を持つ質量流量計においては、質量流量の測定値は、
測定管のヤング率や断面２次モーメント、長さ、軸力等
により変化する。測定管に生じる軸方向の応力つまり歪
みはこれらのパラメータを変化させるため、質量流量の
測定値も変化し、測定誤差を生じることになる。そこ
で、測定管２の軸方向の歪みの変化を検出する手段とし
て、歪みセンサ（圧電素子やストレイン・ゲージ等を利
用したもの）を測定管２に取付け、その検出量に基づき
質量流量の測定値を補正することにより、測定誤差を低
減して測定精度を高めることができる。
【００１６】この補正は以下のように行うことが望まし
い。質量流量の測定値（この場合は位相差つまり時間
差）は、質量流量に対応する部分と質量流量が零でも存
在する部分（零点オフセット）に分けられる。この各部
分に対する、測定管の軸方向の歪み変化の影響の仕方は
一般に異なっているため、その影響の仕方により各部分
を別々に、測定管の軸方向の歪みの検出量で補正してや
れば、より測定精度を高めることができる。
い。質量流量の測定値（この場合は位相差つまり時間
差）は、質量流量に対応する部分と質量流量が零でも存
在する部分（零点オフセット）に分けられる。この各部
分に対する、測定管の軸方向の歪み変化の影響の仕方は
一般に異なっているため、その影響の仕方により各部分
を別々に、測定管の軸方向の歪みの検出量で補正してや
れば、より測定精度を高めることができる。
【００１７】補正の一例を具体的に数式で示す。質量流
量の測定値Ｑm のうち、まず質量流量が零でも存在する
部分（零点オフセット）Ｑz が、軸方向の歪みの検出値
Ｓに対し一次関数的に変化すると見なせる場合には、
量の測定値Ｑm のうち、まず質量流量が零でも存在する
部分（零点オフセット）Ｑz が、軸方向の歪みの検出値
Ｓに対し一次関数的に変化すると見なせる場合には、
【００１８】
【数１】 Ｑzc＝ Ｑz ・ (１＋αsz・Ｓ） (1) ただし、Ｑzc：補正後の零点オフセット αsz：単位歪み当たりの零点オフセットの補正係数 と補正される。そこで、質量流量の測定値Ｑm のうち、
質量流量に対応する部分Ｑs は、
質量流量に対応する部分Ｑs は、
【００１９】
【数２】 Ｑs ＝ Ｑm −Ｑzc (2) と表される。このＱs が、軸方向の歪みの検出値Ｓに対
し一次関数的に変化すると見なせる場合には、
し一次関数的に変化すると見なせる場合には、
【００２０】
【数３】 Ｑmc＝ Ｑs ・ (１＋αss・Ｓ） ＝｛Ｑm −Ｑz ・ (１＋αsz・Ｓ）｝・ (１＋αss・Ｓ） (3) ただし、Ｑmc：補正後の質量流量の測定値 αss：単位歪み当たりの質量流量に対応する部分の補正
係数 として行う。この例では一次関数で補正したが、流量計
の特性によっては、より高次の補正を行うことが考えら
れる。
係数 として行う。この例では一次関数で補正したが、流量計
の特性によっては、より高次の補正を行うことが考えら
れる。
【００２１】ところで、質量流量の測定値を変化させる
パラメータ（測定管のヤング率や断面２次モーメント、
長さ等）は、測定管２の温度によっても変化する。その
影響の仕方は、測定管の軸方向の歪みと複合される。例
えば、測定管の断面２次モーメントは、測定管の温度と
熱膨張係数による変化、および、測定管の軸方向の歪み
と横弾性係数による変化、によって複合的に変化する。
測定管の長さは、測定管の温度と熱膨張係数による変
化、および、測定管の軸方向の歪みと縦弾性係数による
変化、によって複合的に変化する。
パラメータ（測定管のヤング率や断面２次モーメント、
長さ等）は、測定管２の温度によっても変化する。その
影響の仕方は、測定管の軸方向の歪みと複合される。例
えば、測定管の断面２次モーメントは、測定管の温度と
熱膨張係数による変化、および、測定管の軸方向の歪み
と横弾性係数による変化、によって複合的に変化する。
測定管の長さは、測定管の温度と熱膨張係数による変
化、および、測定管の軸方向の歪みと縦弾性係数による
変化、によって複合的に変化する。
【００２２】図３は第２実施例の検出部の側断面図であ
る。図３が図１と異なる点は、測定管２の温度を検出す
る手段として、温度センサ11が測定管２に取り付けてあ
る点である。したがって、温度センサ11により検出され
る測定管２の温度と、歪みセンサ10により検出される測
定管２の軸方向の歪みを併せる形で、質量流量の測定値
を補正すれば、さらに測定精度を高めることができる。
このとき、質量流量の測定値を、質量流量に対応する部
分と質量流量が零でも存在する部分（零点オフセット）
に分けて、この各部分を別々に、測定管の温度と測定管
の軸方向の歪みで補正してやることが望ましい。
る。図３が図１と異なる点は、測定管２の温度を検出す
る手段として、温度センサ11が測定管２に取り付けてあ
る点である。したがって、温度センサ11により検出され
る測定管２の温度と、歪みセンサ10により検出される測
定管２の軸方向の歪みを併せる形で、質量流量の測定値
を補正すれば、さらに測定精度を高めることができる。
このとき、質量流量の測定値を、質量流量に対応する部
分と質量流量が零でも存在する部分（零点オフセット）
に分けて、この各部分を別々に、測定管の温度と測定管
の軸方向の歪みで補正してやることが望ましい。
【００２３】補正の一例を具体的に数式で示す。質量流
量の測定値Ｑm のうち、まず質量流量が零でも存在する
部分（零点オフセット）Ｑz が、軸方向の歪みの検出値
Ｓと測定管の温度Ｔt に対し、一次関数的に変化すると
近似できる場合には、
量の測定値Ｑm のうち、まず質量流量が零でも存在する
部分（零点オフセット）Ｑz が、軸方向の歪みの検出値
Ｓと測定管の温度Ｔt に対し、一次関数的に変化すると
近似できる場合には、
【００２４】
【数４】 Ｑzc＝ Ｑz ・ (１＋αsz・Ｓ）・｛１＋αtz・（Ｔt −Ｔs ）｝ (4) ただし、Ｔs ：基準温度 αtz：単位温度当たりの零点オフセットの補正係数 と補正される。そこで、質量流量の測定値Ｑm のうち、
質量流量に対応する部分Ｑs は、
質量流量に対応する部分Ｑs は、
【００２５】
【数５】Ｑs ＝ Ｑm −Ｑzc と表される。このＱs が、軸方向の歪みの検出値Ｓと測
定管の温度Ｔt に対し一次関数的に変化すると近似でき
る場合には、
定管の温度Ｔt に対し一次関数的に変化すると近似でき
る場合には、
【００２６】
【数６】 Ｑmc＝Ｑs (１＋αss・Ｓ）｛１＋αts（Ｔt −Ｔs ）｝ ＝［Ｑm −Ｑz (１＋αsz・Ｓ）｛１＋αtz（Ｔt −Ｔs ）｝］ (１＋αss・Ｓ）｛１＋αts（Ｔt −Ｔs ）｝ (5) ただし、αts：単位温度当たりの質量流量に対応する部
分の補正係数 として行う。この例では一次関数で近似して補正した
が、流量計の特性によっては、より高次の補正を行うこ
とが考えられる。
分の補正係数 として行う。この例では一次関数で近似して補正した
が、流量計の特性によっては、より高次の補正を行うこ
とが考えられる。
【００２７】図４は第３実施例の検出部の平面図であ
る。図４が図１〜図３の異なる点は、固定材3a,3b と補
強材4a,4b からなる枠体の温度を検出する手段として温
度センサ12が、補強材4bのほぼ中央内側に、また測定管
２の温度を検出する手段として温度センサ11が、測定管
２の右端寄りに、それぞれ取り付けてある点である。図
４では、外部から加わる応力は、全て固定材3a,3b と補
強材4a,4b とからなる枠体に加わり、直接に測定管２に
は加わらないので、測定管２に発生する軸方向の歪みに
対する影響は無視できる程度に低減される。この場合に
測定管２に発生する軸方向の歪みは、測定管２と枠体の
温度と温度差と熱膨張係数によってのみ決定されると見
なせる。熱膨張係数は材質により決まるので、測定管２
と枠体の温度が判れば軸方向の歪みを知ることができ
る。
る。図４が図１〜図３の異なる点は、固定材3a,3b と補
強材4a,4b からなる枠体の温度を検出する手段として温
度センサ12が、補強材4bのほぼ中央内側に、また測定管
２の温度を検出する手段として温度センサ11が、測定管
２の右端寄りに、それぞれ取り付けてある点である。図
４では、外部から加わる応力は、全て固定材3a,3b と補
強材4a,4b とからなる枠体に加わり、直接に測定管２に
は加わらないので、測定管２に発生する軸方向の歪みに
対する影響は無視できる程度に低減される。この場合に
測定管２に発生する軸方向の歪みは、測定管２と枠体の
温度と温度差と熱膨張係数によってのみ決定されると見
なせる。熱膨張係数は材質により決まるので、測定管２
と枠体の温度が判れば軸方向の歪みを知ることができ
る。
【００２８】そこで、前記のような温度を検出する素子
により、測定管と枠体の温度を検出すれば、測定管に発
生する軸方向の歪みとともに測定管の温度も知ることが
できる。これらの検出量を併せ用いて、質量流量の測定
値を補正することにより、測定精度を高めることができ
る。その際に、質量流量の測定値を質量流量に対応する
部分と質量流量が零でも存在する部分（零点オフセッ
ト）に分けて、各々を別々に補正することが望ましい。
により、測定管と枠体の温度を検出すれば、測定管に発
生する軸方向の歪みとともに測定管の温度も知ることが
できる。これらの検出量を併せ用いて、質量流量の測定
値を補正することにより、測定精度を高めることができ
る。その際に、質量流量の測定値を質量流量に対応する
部分と質量流量が零でも存在する部分（零点オフセッ
ト）に分けて、各々を別々に補正することが望ましい。
【００２９】第３実施例の場合には、第１，第２の各実
施例と異って、歪みセンサ10が測定管２に取付けられて
いないので、振動している測定管２に歪みセンサ10を取
り付ける場合に比べて、歪みセンサ10が測定管２の振動
に与える悪影響を抑えることができる。補正例を具体的
に数式で示す。枠体の温度をＴb とすると、枠体と測定
管２の温度差Ｔd は、
施例と異って、歪みセンサ10が測定管２に取付けられて
いないので、振動している測定管２に歪みセンサ10を取
り付ける場合に比べて、歪みセンサ10が測定管２の振動
に与える悪影響を抑えることができる。補正例を具体的
に数式で示す。枠体の温度をＴb とすると、枠体と測定
管２の温度差Ｔd は、
【００３０】
【数７】 Ｔd ＝Ｔt −Ｔb (6) で表される。枠体（正確には、図４で枠体のうちの補強
材4a,4b)と測定管２の熱膨張係数が同じの場合には、測
定管２に発生する軸方向の歪みの検出値ＳとＴdはほぼ
比例すると見なせるので、先と同様に考えて、
材4a,4b)と測定管２の熱膨張係数が同じの場合には、測
定管２に発生する軸方向の歪みの検出値ＳとＴdはほぼ
比例すると見なせるので、先と同様に考えて、
【００３１】
【数８】 Ｑmc＝［Ｑm −Ｑz (１＋αdz・Ｔd ）｛１＋αtz（Ｔt −Ｔs ）｝］ (１＋αds・Ｔd ）｛１＋αts（Ｔt −Ｔs ）｝ (7) ただし、αdz：単位温度差当たりの零点オフセットの補
正係数 αds：単位温度差当たりの質量流量に対応する部分の補
正係数 として行う。
正係数 αds：単位温度差当たりの質量流量に対応する部分の補
正係数 として行う。
【００３２】枠体（正確には、図４で枠体のうちの補強
材4a,4b)と測定管２の熱膨張係数が違う場合には、枠体
の熱膨張係数をαtb、測定管の熱膨張係数をαttとする
と、測定管２に発生する軸方向の歪みの検出値Ｓは、
材4a,4b)と測定管２の熱膨張係数が違う場合には、枠体
の熱膨張係数をαtb、測定管の熱膨張係数をαttとする
と、測定管２に発生する軸方向の歪みの検出値Ｓは、
【００３３】
【数９】Ｓ＝αtb（Ｔb −Ｔs ）−αtt（Ｔt −Ｔs ） で表される。したがって、このＳを使い、先と同様に考
えて、
えて、
【００３４】
【数１０】 Ｑmc＝［Ｑm −Ｑz (１＋αsz・Ｓ）｛１＋αtz（Ｔt −Ｔs ）｝］ (１＋αss・Ｓ）・｛１＋αts（Ｔt −Ｔs ）｝ (8) として行う。これらの例では一次関数で近似して補正し
たが、先と同様に流量計の特性によっては、より高次の
補正を行うことが考えられる。
たが、先と同様に流量計の特性によっては、より高次の
補正を行うことが考えられる。
【００３５】図５は第４実施例の検出ユニット20の平面
図、図６は同じくその側断面図である。この第４実施例
の場合、検出部20がその測定管２の延長部分14a,14b の
所定箇所で、ハウジング15によって浮動状態で保持され
る構成になっている。このような構造の質量流量計にお
いては、前記測定管２の延長部分14a に、測定管の温度
を検出する手段として温度センサ11を付けることによ
り、振動している測定管２に温度センサを取り付ける場
合に比べて、温度センサ11が測定管２の振動に与える悪
影響を抑えることができる。
図、図６は同じくその側断面図である。この第４実施例
の場合、検出部20がその測定管２の延長部分14a,14b の
所定箇所で、ハウジング15によって浮動状態で保持され
る構成になっている。このような構造の質量流量計にお
いては、前記測定管２の延長部分14a に、測定管の温度
を検出する手段として温度センサ11を付けることによ
り、振動している測定管２に温度センサを取り付ける場
合に比べて、温度センサ11が測定管２の振動に与える悪
影響を抑えることができる。
【００３６】
【発明の効果】この一発明によれば、演算部によって、
測定管の状態検出用センサ、たとえば軸方向歪みセンサ
や温度センサの出力に基づいて質量流量の測定値が、質
量流量に対応する部分と、流量零でも存在する零点オフ
セット部分とに分けてそれぞれ補正され、結果的に測定
精度の向上が図れる。
測定管の状態検出用センサ、たとえば軸方向歪みセンサ
や温度センサの出力に基づいて質量流量の測定値が、質
量流量に対応する部分と、流量零でも存在する零点オフ
セット部分とに分けてそれぞれ補正され、結果的に測定
精度の向上が図れる。
【００３７】また、この一発明によれば、第１，第２の
各温度センサの出力とに基づき、軸方向歪みと温度とに
よると同じ補正がおこなわれるから、同程度の測定精度
の向上を、より容易にかつコスト低減された形で実現す
ることができる。さらに、別の発明によれば、温度セン
サ取付けによる測定管の振動状態に与える影響が抑えら
れ、ひいては質量流量の測定精度の向上が支援される。
各温度センサの出力とに基づき、軸方向歪みと温度とに
よると同じ補正がおこなわれるから、同程度の測定精度
の向上を、より容易にかつコスト低減された形で実現す
ることができる。さらに、別の発明によれば、温度セン
サ取付けによる測定管の振動状態に与える影響が抑えら
れ、ひいては質量流量の測定精度の向上が支援される。
【００３８】しかも、前述のような補正に基づく測定精
度の向上効果の他に、直管形測定管を用いたことによっ
て、曲管の測定管に比べて、圧力損失が少なく、測
定管の洗浄が容易であり、セルフ・ドレイン形式にな
り、寸法的にコンパクトになる──などの利点が挙げ
られる。
度の向上効果の他に、直管形測定管を用いたことによっ
て、曲管の測定管に比べて、圧力損失が少なく、測
定管の洗浄が容易であり、セルフ・ドレイン形式にな
り、寸法的にコンパクトになる──などの利点が挙げ
られる。
【図１】この発明に係る第１実施例の検出部の平面図
【図２】同じくその第１実施例の検出部の側断面図
【図３】同じくその第２実施例の検出部の側断面図
【図４】同じくその第３実施例の検出部の平面図
【図５】同じくその第４実施例の検出ユニットの平面図
【図６】同じくその第４実施例の検出ユニットの側断面
図
図
【図７】従来例の斜視図
１ 検出部 ２ 測定管 ３ａ，３ｂ 固定材 ４ａ，４ｂ 補強材 ５ ドライバー ６ａ，６ｂ センサ（振動検出用） ７ａ，７ｂ，７ｃ アダプタ ８ 駆動回路 ９ 信号処理回路 １０ 歪みセンサ １１，１２ 温度センサ １４ａ，１４ｂ 延長部分 １５ ハウジング ２０ 検出ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 巌 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−94501（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158420（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281485（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/84
Claims (6)
- 【請求項１】 直管形測定管を流れる流体に加速度を加
えたときの反力に基づいて流体の質量流量を測定する流
量計であって、少なくとも歪みあるいは温度のいずれか１つに関して 測
定管の状態を検出する状態検出用のセンサと、零点オフセットに対応する測定値の一部に対して補正を
行なう零点補正部と、実質的な質量流量に対応する測定
値の一部に対して補正を行なう流量補正部とからなる演
算部を備え、 前記状態検出用センサの出力に基づき零点オフセットと
測定管の状態との既知の関係から現在の状態における零
点オフセットの値（Ｑ zc ）を演算し、ついで質量流量の
測定値（Ｑ m ）から前記零点オフセットの値（Ｑ zc ）を
差し引いたものを実質的な質量流量値（Ｑ s ）として求
め、さらにこの質量流量値（Ｑ s ）を前記状態検出用セ
ンサの出力に基づき補正することにより質量流量
（Ｑ mc ）を得るようにした、 ことを特徴とする質量流量計。 - 【請求項２】 請求項１に記載の流量計において、セン
サは、測定管の軸方向歪みを検出する歪みセンサである
ことを特徴とする質量流量計。 - 【請求項３】 請求項１に記載の流量計において、セン
サは、測定管の温度を検出する温度センサであることを
特徴とする質量流量計。 - 【請求項４】 請求項１に記載の流量計において、セン
サは、測定管の軸方向歪みを検出する歪みセンサ、およ
び、測定管の温度を検出する温度センサであることを特
徴とする質量流量計。 - 【請求項５】 請求項１に記載の流量計において、測定
管をその振動に係る節になる箇所で固定した枠体を備
え、センサは、測定管および枠体の各温度を検出する第
１，第２の各温度センサであることを特徴とする質量流
量計。 - 【請求項６】 測定管と、これをその振動に係る節にな
る箇所で固定する枠体と、測定管に振動を加えるドライ
バーおよび振動センサとを備えた検出部が、その測定管
の延長部分でハウジングによって浮動状態に保持されて
おり、 また、前記状態検出用のセンサが、 検出部の枠体による
固定箇所とハウジングによる保持箇所との中間箇所に設
けられ、測定管の温度を検出する温度センサであり、 この温度センサの出力に基づき質量流量の測定値を補正
するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の質量
流量計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25175994A JP3265859B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | 質量流量計 |
| DE19537880A DE19537880A1 (de) | 1994-10-18 | 1995-10-11 | Massendurchfluß-Meßgerät |
| US08/544,367 US5773727A (en) | 1994-10-18 | 1995-10-17 | Mass flow meter |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25175994A JP3265859B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | 質量流量計 |
| US08/544,367 US5773727A (en) | 1994-10-18 | 1995-10-17 | Mass flow meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08114476A JPH08114476A (ja) | 1996-05-07 |
| JP3265859B2 true JP3265859B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=26540340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25175994A Expired - Fee Related JP3265859B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | 質量流量計 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5773727A (ja) |
| JP (1) | JP3265859B2 (ja) |
| DE (1) | DE19537880A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6748813B1 (en) | 1998-12-08 | 2004-06-15 | Emerson Electric Company | Coriolis mass flow controller |
| US6513392B1 (en) * | 1998-12-08 | 2003-02-04 | Emerson Electric Co. | Coriolis mass flow controller |
| US6314820B1 (en) * | 1999-02-10 | 2001-11-13 | Micro Motion, Inc. | Lateral mode stabilizer for Coriolis flowmeter |
| US6651493B2 (en) * | 2000-05-04 | 2003-11-25 | Hicklin Engineering, L.C. | Torque converter dynamometer and method of using same |
| US6535826B2 (en) | 2001-02-16 | 2003-03-18 | Micro Motion, Inc. | Mass flowmeter methods, apparatus, and computer program products using correlation-measure-based status determination |
| US6694279B2 (en) | 2001-02-16 | 2004-02-17 | Micro Motion, Inc. | Methods, apparatus, and computer program products for determining structural motion using mode selective filtering |
| US6466880B2 (en) | 2001-02-16 | 2002-10-15 | Micro Motion, Inc. | Mass flow measurement methods, apparatus, and computer program products using mode selective filtering |
| US7040179B2 (en) | 2002-12-06 | 2006-05-09 | Endress+ Hauser Flowtec Ag | Process meter |
| DE10257322A1 (de) * | 2002-12-06 | 2004-06-24 | Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach | Prozeß-Meßgerät |
| DE10258962B4 (de) * | 2002-12-16 | 2005-09-22 | Krohne Ag | Massendurchflußmeßgerät und Verfahren zur Korrektur des Meßsingals eines Massendurchflußmeßgeräts |
| US6997032B2 (en) | 2003-04-08 | 2006-02-14 | Invensys Systems, Inc. | Flowmeter zeroing techniques |
| BRPI0722146B1 (pt) * | 2007-10-15 | 2018-07-17 | Micro Motion Inc | medidor de fluxo vibratório, e, método para determinar uma temperatura de fluido derivada tf-deriv de um material fluido em um medidor de fluxo vibratório |
| DE102008003353A1 (de) * | 2008-01-08 | 2009-07-09 | Krohne Ag | Verfahren zum Betreiben eines Massendurchflußmeßgeräts und Massendurchflußmeßgerät |
| DE102009030903B4 (de) * | 2009-06-26 | 2013-06-27 | Krohne Ag | Verfahren zum Betreiben eines Massedurchflussmessgeräts und Massedurchflussmessgerät |
| BR112012002328B1 (pt) | 2009-08-12 | 2019-07-16 | Micro Motion, Inc. | Método para operar um sistema de medidor de fluxo vibratório, e, eletrônica de medidor |
| WO2015143613A1 (zh) * | 2014-03-24 | 2015-10-01 | 西安东风机电有限公司 | 一种科里奥利质量流量计的测量状态监测方法及装置 |
| DE102016100951A1 (de) * | 2016-01-20 | 2017-07-20 | Krohne Messtechnik Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massedurchflussmessgeräts und diesbezügliches Coriolis-Massedurchflussmessgerät |
| EP3601963B1 (en) * | 2017-03-20 | 2023-04-26 | Micro Motion, Inc. | Determining a zero offset of a vibratory meter at a process condition |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3632800A1 (de) * | 1986-09-26 | 1988-04-07 | Flowtec Ag | Nach dem coriolisprinzip arbeitendes massendurchflussmessgeraet |
| JPH0291513A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ジャイロの零点補正方法及びその装置 |
| US5497665A (en) * | 1991-02-05 | 1996-03-12 | Direct Measurement Corporation | Coriolis mass flow rate meter having adjustable pressure and density sensitivity |
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