JP3336927B2 - コリオリ質量流量計 - Google Patents

コリオリ質量流量計

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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、高精度で、安定
性、耐振性が向上される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、例えば、特開平6−10951
2号の従来例に示されている。図において、1はフラン
ジ2に、両端が取付けられた振動チューブである。フラ
ンジ2は管路Aへ振動チューブ1を取付けるためのもの
である。
【0003】3は振動チューブ1の中央部に設けられた
励振器である。4,5は振動チューブ1の両側にそれぞ
れ設けられた振動検出センサである。6は、振動チュー
ブ1の両端が固定されるハウジングである。
【0004】以上の構成において、振動チューブ1に測
定流体が流され、励振器3が駆動される。励振器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、
【0005】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。
【0006】図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、振動チュー
ブ1を2管式にしたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図のような一般的な
1本直管式コリオリ質量流量計では、振動チューブを両
端で固定しているが、限られた大きさの流量計では端点
を完全固定にすることはできず、わずかに振動してしま
う。
【0008】振動が発生する理由として、以下の原因が
考えられる。内部を流体が流れる振動チューブ1を図
のように変形(近似的に1次モード共振状態)させる
と、変形によりチューブの長さが長くなるので、振動チ
ューブの軸方向に引っ張り応力が発生する。
【0009】例えば、ステンレスのφ9.6×0.91
t、400Lの振動チューブ1の、中央部分を1mm変
形させると、図9のように軸方向に7.5kgfの大きさの
引っ張り力が発生する。
【0010】振動チューブ1を1次の共振モードで励振
させた場合、プラスとマイナスの変形最大の時に、引っ
張り力も最大になり、変形のない基本形状の時は、引っ
張り力は最小でゼロである。
【0011】励振振動の1周期中に、引っ張り力は最
大、最小を2回繰り返す。すなわち、振動チューブ1の
軸方向の引っ張り力は、励振周波数の2倍の周波数で発
生する。この引っ張り力による振動があると、以下のよ
うな問題が発生する。
【0012】振動絶縁が不十分であると、 (1)Q値が低くなるので、内部の振動が不安定にな
り、励振振動以外の余計な振動ノイズの影響を受けやす
くなる。 (2)励振に大きなエネルギーが必要になり、消費電力
が増加する。
【0013】(3)設置方法や、配管応力、温度等の環
境変化や外的要因により、振動の漏れ程度も大きく変わ
り、振動チューブの振動状況も変化し、零点やスパンが
変化しやすくなる。すなわち、これらの環境変化や外的
要因に対し、不安定で、耐振性、精度が悪いコリオリ流
量計になりがちである。
【0014】一方、図従来例では、2本の振動チュー
ブ1が互いに反対方向に振動することで、分岐部で力が
打ち消しあって、図10,11に示す如く、音叉の原理
により振動が外に漏れにくい構造となつている。
【0015】しかし、分岐点の無い振動チューブ1本の
構造は取れなくなる。
【0016】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、高精度で、安定性、耐振性が向上
されるコリオリ質量流量計を提供するにある。
【0017】
【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、 (1)上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準
軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周
線上で単振動あるいは円運動をする振動チューブ内に測
定流体が流れ、該測定流体の流れと前記振動チューブの
角振動によって生じるコリオリ力により、該振動チュー
ブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、前記
振動チューブが非励振状態で直管状であり励振状態で前
記基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上にある
ように振動チューブに励振時に励振成分と所定のバイア
ス成分とを印加する励振装置を具備したことを特徴とす
るコリオリ質量流量計。 (2)上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準
軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周
線上で単振動あるいは円運動をする振動チューブ内に測
定流体が流れ、該測定流体の流れと前記振動チューブの
角振動によって生じるコリオリ力により、該振動チュー
ブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、 前記
振動チューブの振動に伴ってこの振動チューブの両固定
端近傍に前記基準軸を中心に発生する回転成分を打ち消
し振動の節を構成する振動補償体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。
【0018】
【作用】以上の構成において、振動チューブに測定流体
が流され、励振器が駆動されると、コリオリ力が働く、
この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。
【0019】而して、振動チューブは、上流側固定端と
下流側固定端とを結ぶ直線を基準軸として、この基準軸
の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で、単振動ある
いは円運動をすることで、外部との振動絶縁が高められ
る。以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例の要部
構成説明図、図2は図1の動作説明図、図3は振動チュ
ーブ11の振動の様子を示す斜視図である。図におい
て、図と同一記号の構成は同一機能を表わす。以下、
と相違部分のみ説明する。
【0021】22は、振動チューブ11が非励振状態で
直管状であり、励振状態で基準軸14の各点からそれぞ
れ所定距離の円周線上にあるように、振動チューブ11
に励振時に励振成分と所定のバイアス成分とを印加する
励振装置である。
【0022】以上の構成において、非励振時の初期状態
では、振動チューブ11は基準軸14上に、完全な直管
として存在する。初期状態では、図2のAの位置に振動
チューブ11は存在する。
【0023】励振器22が作動することにより、引っ張
りのバイアス成分が加わり、基準軸14から半径Rの位
置に移動する。励振中の振動チューブ11は、B→C→
D→C→B→C→ のように位置を変えていく。
【0024】この結果、基準軸14を中心に、振動チュ
ーブ11をY方向、Z方向で、完全に対称な形状にする
ことができる。非励振時の初期形状が非対称な振動チュ
ーブ11であると、Y方向の振動とZ方向の振動の共振
周波数等が微妙に異なるので、高いQ値で安定した円周
面内振動を実現するのが難しい。
【0025】本実施例においては、各方向の振動成分に
分けて考えても完全な対称なので、理想的な円周面内振
が可能で、振動絶縁性を高めたコリオリ質量流量計が
得られる。振動絶縁が高まることにより、流量計内部の
振動が安定になり、高精度で安定したコリオリ質量流量
計を実現出来る。
【0026】具体的には、内部振動のQ値が高くなるの
で、振動ノイズの影響を受けにくくなり、低消費電力を
実現し、振動の漏れ量の変化によるゼロ点やスパン変化
を低減できるコリオリ質量流量計が得られる。軸対称な
ので、振動量を大きくすれば、単振動ではなく、基準軸
回りの回転運動も容易に実現できるコリオリ質量流量計
が得られる。
【0027】図4は本発明の他の実施例の要部斜視図、
は図の動作説明図である。41は、振動チューブ
11の振動に伴って、この振動チューブ11の両固定端
近傍に、基準軸を中心に発生する回転成分を打ち消し振
動の節を構成する補償振動体である。
【0028】この場合は、補償振動体41は円板状をな
し、振動チューブ11の両端近傍で、振動チューブ11
に結合される。振動チューブ11は、固定端12,13
近傍では、基準軸14を中心とするねじれ振動が主体的
な振動である。
【0029】以上の構成において、このねじれ回転と逆
回転をする補償振動体41を取り付けることによって、
振動がキャンセルしあい、固定端12,13付近での振
動チューブ11の振動を無くし、外部への振動の漏れが
無くなり、振動系の外部からの絶縁を図っている。
【0030】この結果、補償振動体41が設けられたの
で、基準軸14のまわりのねじれ成分について、振動を
キャンセル出来、コリオリ質量流量計の外部に、余計な
振動を漏らすことがなくなり、振動の絶縁がより高めら
れる。
【0031】振動絶縁をより高度に実現することによ
り、コリオリ質量流量計内部の振動が一層安定になり、
高精度で安定したコリオリ質量流量計が得られる。
【0032】図は本発明の他の実施例の要部構成説明
図で、上流側固定端12近傍の拡大図である。本実施例
においては、アーム状の補償振動体42を使用した例で
ある。図に示したように、補償振動体42には、必要に
応じて、振動チューブ11のねじれと逆の振動を強制的
に発生させる加振器43を設置しても良い。
【0033】以上の構成において、図の矢印Eの長さ
は、振幅の大きさを示している。補償振動体42と振動
チューブ11の連結部分が振動の節となるように補償振
動体42を設計すれば、補償振動体42から固定端12
にかけての振動チューブ11にも振動は伝わらないコリ
オリ質量流量計が得られる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
によれば、振動チューブは、基準軸から等距離にある円
周面内のみでの振動なので、振動チューブの位置がどこ
であっても、振動チューブの長さが変わることはない。
【0035】従って、軸方向の引っ張りの力が常に一定
である。すなわち、軸方向の力が変化することによる、
振動の漏れを無くすことができる。振動絶縁が高まるこ
とにより、流量計内部の振動が安定になり、高精度で安
定したコリオリ質量流量計を実現出来る。
【0036】具体的には、内部振動のQ値が高くなるの
で、振動ノイズの影響を受けにくくなり、低消費電力を
実現し、振動の漏れ量の変化によるゼロ点やスパン変化
を低減できるコリオリ質量流量計が得られる。
【0037】即ち、 (1)内部振動系は高Q値を実現でき、外部ノイズが加
わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なの
で、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られ
る。
【0038】(2)少ないエネルギで安定した励振を実
現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得ら
れる。
【0039】(3)外部への振動エネルギの散逸量が変
化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部
の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしま
う。本発明では、常に内部に振動が閉じこもっているの
で、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得
られる。
【0040】(4)振動チューブが、非励振状態で予め
所定形状に湾曲されていれば、周囲温度変化に対して、
湾曲部分で吸収出来、温度特性が良好なコリオリ質量流
量計が得られる。なお、湾曲部分のわずかな変化は、出
力特性には影響しない。
【0041】(5)基準軸を中心に、振動チューブをY
方向、Z方向で、完全に対称な形状にすることができ
る。非励振時の初期形状が非対称な振動チューブである
と、Y方向の振動とZ方向の振動の共振周波数等が微妙
に異なるので、高いQ値で安定した円周面内振動を実現
するのが難しい。
【0042】本発明においては、各方向の振動成分に分
けて考えても完全な対称なので、理想的な円周面内振動
を高いQ値で実現できるコリオリ質量流量計が得られ
る。軸対称なので、振動量を大きくすれば、単振動では
なく、基準軸回りの回転運動も容易に実現できるコリオ
リ質量流量計が得られる。
【0043】本発明の請求項によれば、補償振動体が
設けられたので、基準軸のまわりのねじれ成分につい
て、振動をキャンセル出来、コリオリ質量流量計の外部
に、余計な振動を漏らすことがなくなり、振動の絶縁が
より高められる。
【0044】振動絶縁をより高度に実現することによ
り、コリオリ質量流量計内部の振動が一層安定になり、
高精度で安定したコリオリ質量流量計が得られる。
【0045】従って、本発明によれば、高精度で、安定
性、耐振性が向上される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】図の動作説明図である。
【図3】図の動作説明図である。
【図4】本発明の他の実施例の要部斜視図である。
【図5】図の動作説明図である。
【図6】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図7】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8】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。
【図9】図の動作説明図である。
【図10】図の動作説明図である。
【図11】図の動作説明図である。
【符号の説明】
2 フランジ 6 ハウジング 11 振動チューブ 12 上流側固定端 13 下流側固定端 14 基準軸 22 励振器 41 補償振動体 42 補償振動体 43 加振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−239261(JP,A) 特開 平5−196488(JP,A) 特開 平5−248911(JP,A) 特開 平2−136715(JP,A) 特開 平8−304138(JP,A) 特開 平1−259221(JP,A) 特開 平8−122120(JP,A) 特開 昭64−25011(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/84

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線
    を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離
    の円周線上で単振動あるいは円運動をする振動チューブ
    内に測定流体が流れ、該測定流体の流れと前記振動チュ
    ーブの角振動によって生じるコリオリ力により、該振動
    チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計におい
    て、前記 振動チューブが非励振状態で直管状であり励振状態
    で前記基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上に
    あるように振動チューブに励振時に励振成分と所定のバ
    イアス成分とを印加する励振装置を具備したことを特徴
    とするコリオリ質量流量計。
  2. 【請求項2】上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線
    を基準軸としてこの基準軸の各点からそれぞれ所定距離
    の円周線上で単振動あるいは円運動をする振動チューブ
    内に測定流体が流れ、該測定流体の流れと前記振動チュ
    ーブの角振動によって生じるコリオリ力により、該振動
    チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計におい
    て、 前記振動チューブの振動に伴ってこの振動チューブの両
    固定端近傍に前記基準軸を中心に発生する回転成分を打
    ち消し振動の節を構成する振動補償体を具備したことを
    特徴とするコリオリ質量流量計。
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