JP3565585B2

JP3565585B2 - 質量流量計

Info

Publication number: JP3565585B2
Application number: JP22070094A
Authority: JP
Inventors: 進村田; 幸裕高野; 博信矢尾; 正人高橋
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH0886679A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、測定管と、この測定管に振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を検出するセンサなどを備え、コリオリの原理にもとづき質量流量を測定する質量流量計、特に高精度の測定が可能な質量流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来例を示す平面図、図１２はその側面図を示す。
これらの図において、１は検出部であり、直管型の測定管２、この測定管２を振動の節部で固定する固定部３ａ，３ｂ、これら固定部３ａ，３ｂを連結する形でこれらと一体に形成される支持部４、振動発生器５、センサ６ａ，６ｂ、駆動回路７および信号処理回路８などから構成される。
【０００３】
振動発生器５は、測定管２の中央部に測定管２の共振周波数の振動を加える（加振する）もので、主にコイルと磁石からなり支持部４の中央部に取り付けられている。２つのセンサ６ａ，６ｂも主にコイルと磁石からなり、支持部４の振動発生器５の設置位置を中心とする対称な位置に固定され、測定管２の振動の速度検出を行なう。なお、センサ６ａ，６ｂは振動の変位検出または加速度検出を行なうタイプのものでも良いが、これらを用いたとき駆動回路７や信号処理回路８において、それぞれの検出方式に応じた処理を施すものとする。
【０００４】
駆動回路７はセンサ６ａ（６ｂでも良い）からの出力を受け、これらの振幅が一定となるような駆動信号を、振動発生器５へ出力する。信号処理回路８は各センサ６ａ，６ｂ信号の位相差（時間差）にもとづき、測定管２を流れる流体の質量流量信号Ｑｍを出力する。測定管２は駆動回路７および振動発生器５により、共振周波数で加振される。そして、測定管２に流体が流れないときには各センサ６ａ，６ｂの出力信号は同じで、その間に位相差はない。
【０００５】
測定管２に流体が流れたときの、その軸線方向に沿った各場所での振動方向の速度成分を図１３に、また、そのときの反力による変位量を図１４に示す。これらの図において、矢印は流体の流れの方向を示し、ａ，ｂは図１１に示す測定管２の振動の節部と同じである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、測定管２と固定部３ａ，３ｂとは、両者の接合面の全域にわたって溶接またはろう付けによって接合される。測定管２の振動モードは、測定管２自身の断面２次モーメントと、固定部３ａ，３ｂとの接合状態で決定される。しかしながら、このような接合方法では、接合面の隙間や接合材の肉厚の不均一等の影響で測定管を一定のモードにすることは困難であり、そのため、周波数の近接する２つの振動モードが出現することになる。
【０００７】
このことを示すのが図８であり、これは、測定管２が偏平等の理由により、予め有している径方向に直交する２つの振動モードの方向ｘ，ｙと、振動発生器の加振方向Ｆとが一致していない場合の例を示すもので、測定管２の径方向の周波数特性には図８（ロ）に示すようにｆｘ，ｆｙの２つの近接した共振ピークが出現する。このような場合に、図１１に示す駆動回路７によって振動発生器５で測定管２を振動させると、発振周波数はｆｘ，ｆｙ間で安定せず、各センサ６ａ，６ｂから検出される位相差も不安定となり、正確な質量流量を測定することが困難となるわけである。
この発明はかかる観点にもとづきなされたもので、その課題は寸法精度や組立精度等の影響によらず、測定管を安定に振動させるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明は、測定管と、この測定管に振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を検出するセンサと、前記測定管を振動に係わる節で固定する固定部と、前記振動発生器、前記センサおよび前記固定部を支持する支持体とからなり、コリオリの原理に基づき流体の質量流量を測定する質量流量計において、前記測定管と前記固定部とを接合するとき、前記測定管の振動方向または振動直交方向にのみ、前記測定管と前記固定部との接合面に接合材を用いることで、前記測定管にその径方向に直交する２つの振動モードを持たせ、前記振動発生器による振動方向を前記測定管の振動モードの一方の方向に一致させたことを特徴としている。
また、請求項２の発明は、測定管と、この測定管に振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を検出するセンサと、前記測定管を振動に係わる節で固定する固定部と、前記振動発生器、前記センサおよび前記固定部を支持する支持体とからなり、コリオリの原理に基づき流体の質量流量を測定する質量流量計において、前記固定部の前記測定管の振動方向または振動直交方向相当位置に、部分的な切欠きまたは窪みを設けることで、前記測定管にその径方向に直交する２つの振動モードを持たせ、前記振動発生器による振動方向を前記測定管の振動モードの一方の方向に一致させたことを特徴としている。
【００１１】
【作用】
上記のように、測定管が有している振動モードの方向と、振動発生器の加振方向とが一致していないと、測定管の振動が不安定となる。つまり、測定管の振動を安定化するには、２つの周波数を十分に離し、かつ一方の共振ピークのゲインを十分小さくする必要がある。図９，図１０はこのようにした場合を説明するための説明図である。
【００１２】
すなわち、図９，図１０は測定管２の振動モードの一方に、振動発生器５の加振方向Ｆを一致させた場合で、図９は測定管２のｘ方向の振動モードに、振動発生器５の加振方向Ｆを一致させた場合、図１０は測定管２のｙ方向の振動モードに、振動発生器５の加振方向Ｆを一致させた場合である。これにより、測定管２の軸方向の周波数特性は、図９（ロ）に示すようにｆｘの１つだけ、図１０（ロ）に示すようにｆｙの１つだけの共振ピークとなる。そして、測定管２に予め直交する２つの振動モードを持たせる方法として、測定管自身または測定管を固定する固定部や支持部に、剛性または質量に方向性を持たせるため種々の手法を用いることにより、実現する。こうすることで安定な振動が可能となり、測定精度も向上させることができる。
【００１３】
【実施例】
図１はこの発明の実施例を示す断面図で、測定管２に予め直交する２つの振動モードを持たせる方法の具体例を示すものである。
同図からも明らかなように、この実施例の特徴は測定管２と固定部３ａ，３ｂ（以下、符号３で表現する）との接合方法にある。つまり、側面図は図１１と同様なので、以下はこの特徴となる接合方法を中心に説明する。
【００１４】
すなわち、測定管２と固定部３とは溶接またはろう付けにより接合されるが、その接合時に接合材１０を両者の全域にわたって使用せずに、測定管２の加振方向Ｆと直交する方向にのみ、盛りつけて接合した例である。これにより、測定管２の振動モードは、接合材１０を盛りつけた方向と、盛りつけない方向とに分離できることになる。
【００１５】
図２は、固定部３において、測定管２の接合部に加振方向Ｆに切欠部１１を設け、これを介在させて測定管２を接合材で結合した例である。この場合も、図１と同じく、測定管２の振動モードを切欠部１１のある方向と、ない方向とに分離できることになる。
図３は固定部３において、測定管２の接合部付近の加振方向Ｆに、例えば断面が円形の溝部１２を設けた例である。これは、固定部３自身の剛性に方向性を持たせ、測定管２の振動モードの方向を固定部３の振動モードの方向に合わせたものである。なお、溝１２の形状は円形でなくても良く、また溝の代わりに穴を明けるようにしても良いものである。
【００１６】
図４は、固定部３および支持部４の断面形状を楕円形とし、短円方向に測定管２を加振するように、測定管２を接合した例である。この例では、固定部３および支持部４の両者の剛性に直交する方向性を持たせ、測定管２の振動モードの方向をこれに合わせたものである。
図５は、振動発生器５とセンサ６ａ，６ｂにおいて、加振力の発生または振動量の検出のための磁石１５、およびこの磁石１５を測定管２に固定するためのアダプタ１４を、振動方向Ｆに接合したものである。その結果、測定管２の剛性または質量が振動方向に方向性を持つので、測定管２に２つの振動モードを持たせることができる。
【００１７】
図６および図７は同じ実施例について、平面図（図６）と断面図（図７）をもって示すもので、支持部４の表面に、測定管２の振動方向に一致した付加質量１３を設置して支持部４の質量に方向性を持たせ、測定管２に２つの振動モードを持たせたものである。
なお、２つの振動モードのうち、いずれのモードを測定管の振動方向に一致させても、共振ピークを単一にすることができる。しかし、図１〜図７の実施例に示すように、周波数の低い振動モードの方向に、測定管の振動方向を一致させた方がより剛性が低いので、安定な振動を行なうことができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、測定管に予め直交する２つの振動モードを持たせ、その一方の振動モードの方向に振動発生器の加振方向を一致させるようにしたので、測定管の周波数特性には単一の共振ピークのみ発生し、安定して発振させることが可能となる。その結果、寸法精度や製造時のパラツキ等によらず、各センサから検出される位相差も安定化でき、高精度に質量流量を測定することができる。なお、測定管に予め直交する２つの振動モードを持たせる方法として、測定管自身または測定管を固定する固定部や支持部の剛性または質量に方向性を持たせることにより、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す断面図である。
【図２】図１の第１の変形例を示す断面図である。
【図３】図１の第２の変形例を示す断面図である。
【図４】図１の第３の変形例を示す断面図である。
【図５】図１の第４の変形例を示す断面図である。
【図６】図１の第５の変形例を示す平面図である。
【図７】図１の第５の変形例を示す断面図である。
【図８】測定管の振動モードと周波数特性との１例を説明する説明図である。
【図９】測定管の振動モードと周波数特性との別の例を説明する説明図である。
【図１０】測定管の振動モードと周波数特性との他の例を説明する説明図である。
【図１１】従来例を示す平面図である。
【図１２】図１１の断面図である。
【図１３】測定管の各場所の速度成分を説明するための説明図である。
【図１４】測定管の各場所の変位量を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…検出部、２…測定管、３，３ａ，３ｂ…固定部、４…支持部、５…振動発生器、６ａ，６ｂ…速度検出センサ、７…駆動回路、８…信号処理回路、１０…接合材、１１…切欠部、１２…溝部、１３…付加質量、１４…アダプタ、１５…磁石。

Claims

測定管と、この測定管に振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を検出するセンサと、前記測定管を振動に係わる節で固定する固定部と、前記振動発生器、前記センサおよび前記固定部を支持する支持体とからなり、コリオリの原理に基づき流体の質量流量を測定する質量流量計において、
前記測定管と前記固定部とを接合するとき、前記測定管の振動方向または振動直交方向にのみ、前記測定管と前記固定部との接合面に接合材を用いることで、前記測定管にその径方向に直交する２つの振動モードを持たせ、前記振動発生器による振動方向を前記測定管の振動モードの一方の方向に一致させたことを特徴とする質量流量計。
測定管と、この測定管に振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を検出するセンサと、前記測定管を振動に係わる節で固定する固定部と、前記振動発生器、前記センサおよび前記固定部を支持する支持体とからなり、コリオリの原理に基づき流体の質量流量を測定する質量流量計において、
前記固定部の前記測定管の振動方向または振動直交方向相当位置に、部分的な切欠きまたは窪みを設けることで、前記測定管にその径方向に直交する２つの振動モードを持たせ、前記振動発生器による振動方向を前記測定管の振動モードの一方の方向に一致させたことを特徴とする質量流量計。