JP3767120B2 - Vibration measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定流体の密度または質量流量を計測する振動式測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の振動式測定装置は、ケーシング内に、被測定流体が流通するセンサチューブが設けられ、センサチューブには、センサチューブを同期振動させるための加振器と、センサチューブの変位を検出する上流側ピックアップと下流側ピックアップとが設けられている。センサチューブを振動させることによって、被測定流体の流量に応じたコリオリ力が発生し、センサチューブの流入側と流出側とでコリオリ力の作用方向が逆向きになることを利用し、この位相差から流量を測定する。
加振器は、励磁コイルとマグネットとから構成されている。そして、これらの加振器はケーシングに励磁コイルが固定され、センサチューブにマグネットが励磁コイルに対向するように設けられており、励磁コイルに電流が供給されることにより、マグネットが変位してセンサチューブを振動させる。
【0003】
上流側ピックアップ及び下流側ピックアップは、それぞれセンサコイルとマグネットとから構成されており、センサチューブが変位すると、センサコイルとマグネットとが相対変位してセンサコイルに電流が発生する。この電流を検出することでセンサチューブの変位を測定している。
【0004】
上記従来の振動式測定装置では、振動式測定装置は爆発危険雰囲気において使用されることが多い。このため、振動式測定装置は、加振器の励磁コイルやピックアップのセンサコイルに流れる電流値を制限した本質安全防爆構造をとっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の振動式測定装置では、上述のように励磁コイルには所定の電流値以下の電流を供給し、また、ピックアップのセンサコイルに流れる電流も所定値以下に抑えることが好ましい。しかし、このように電流値を制限した場合には、振動式測定装置の口径が大きかったり、被測定流体の圧力や密度が大きかったりするなどして加振器に大きな励振力が求められるときに、励振力が不足したり、また、ピックアップよりの出力が小さくなるなど、測定が正確に行えないといった問題が生じる虞がある。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、加振器やピックアップに流れる電流値の制限を不要とした振動式測定装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、被測定流体が流通するセンサチューブと、前記センサチューブを支持する支持部材と、前記ケーシング側に取り付けられた励磁コイルと前記センサチューブに取り付けられたマグネットとからなり、前記センサチューブを振動させる加振器と、前記センサチューブの前記支持部材と前記加振器との間に取り付けられ、前記センサチューブの変位を検出するピックアップと、前記加振器を加振駆動させて前記センサチューブを振動させるとともに、前記ピックアップにより検出されたセンサチューブの変位に基づいて、前記センサチューブ内を流通する流体の密度または質量流量を求める制御手段と、からなる振動式測定装置において、前記制御手段が収納される密閉空間を有する制御手段収納容器と、前記ケーシングに取り付けられ、前記加振器の励磁コイルが収納される密閉空間を有する加振器ホルダと、を設けたことを特徴とする。
【0008】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の振動式測定装置において、前記制御手段収納容器の密閉空間と前記加振器ホルダの密閉空間とが連通して一つの密閉空間を形成することを特徴とする。
【0009】
従って、請求項1または2記載の発明は、加振器の励磁コイルを加振器ホルダの密閉空間内に収納することで、爆発危険雰囲気と加振器の導通部分である励磁コイルとを隔離することができる。
【0010】
また、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の振動式測定装置において、前記加振器ホルダは、前記マグネットに直接対峙する部分が非磁性体で形成され、前記励磁コイルを挟んでマグネットに対峙する部分が磁性体で形成されていることを特徴とする。
【0011】
従って、請求項3記載の発明は、マグネットの磁力線が加振器ホルダの磁性体部分に沿うように磁界が形成されて閉磁界に近い状態となるため、磁性体部分とマグネットとの間のある励磁コイルをより多くの磁力線が横切ることとなる。
【0012】
また、請求項4記載の発明は、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、被測定流体が流通するセンサチューブと、前記センサチューブを支持する支持部材と、前記センサチューブを振動させる加振器と、前記ケーシング側に取り付けられた検出部と前記センサチューブに取り付けられた被検出部とからなり、前記センサチューブの前記支持部材と前記加振器との間に取り付けられて前記センサチューブの変位を検出するピックアップと、前記加振器を加振駆動させて前記センサチューブを振動させるとともに、前記ピックアップにより検出されたセンサチューブの変位に基づいて、前記センサチューブ内を流通する流体の密度または質量流量を求める制御手段と、からなる振動式測定装置において、前記制御手段が収納される密閉空間を有する制御手段収納容器と、前記ケーシングに取り付けられ、前記ピックアップの検出部が収納される密閉空間を有するピックアップホルダと、を設けたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の振動式測定装置において、前記制御手段収納容器の密閉空間と前記ピックアップホルダの密閉空間とが連通して一つの密閉空間を形成することを特徴とする。
【0014】
従って、請求項4または5記載の発明は、ピックアップの検出部をピックアップホルダの密閉空間内に収納することで、爆発危険雰囲気とピックアップの導通部分である検出部とを隔離することができる。
【0015】
また、請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の振動式測定装置において、前記ピックアップは、前記ケーシング側に取り付けられたセンサコイルと前記センサチューブに取り付けられたマグネットとからなり、前記センサコイルを収納する前記ピックアップホルダは、前記マグネットに直接対峙する部分が非磁性体で形成され、前記センサコイルを挟んでマグネットに対峙する部分が磁性体で形成されていることを特徴とする。
【0016】
従って、請求項6記載の発明は、マグネットの磁力線がピックアップホルダの磁性体部分に沿うように磁界が形成されて閉磁界に近い状態となるため、磁性体部分とマグネットとの間のあるセンサコイルをより多くの磁力線が横切ることとなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態の振動式測定装置を質量流量計として用いたものを図1乃至図4に基づいて説明する。
振動式測定装置は密閉されたケーシング1内に被測定流体が流通する流路2を挿通してなる。流路2は、流入路3と、一対のセンサチューブ4、5と、流出路6とより構成されている。
【0018】
ケーシング1は、円筒状に形成された本体7と、その両端開口を閉塞するふた部材8、9とから構成されている。蓋部材8は、内部に流入路3が設けられるとともに、流入側端部に上流側配管(図示せず)に連結されるフランジ8aを有し、他端側はセンサチューブ4、5を支持する支持部材であるサポート10を介して一対のセンサチューブ4、5に接続されている。また、蓋部材9は、内部に流出路6が設けられるとともに、流出側端部に下流側配管(図示せず)に連結されるフランジ9aを有し、他端側はセンサチューブ4、5を支持する支持部材であるサポート11を介して一対のセンサチューブ4、5に接続されている。
【0019】
サポート10は、弾性部材とシール材を兼ねたOリング12を介して蓋部材8に固定されており、流路2を流入路3から一対のセンサチューブ4、5に分岐させるように、蓋部材8とともにマニホールド14を形成している。また、サポート11は、Oリング15を介して蓋部材9に固定されており、流路2を一対のセンサチューブ4、5から流出路6に合流させるように、蓋部材9とともにマニホールド17を形成している。
【0020】
Oリング12、15は、ケーシング1の振動がサポート10、11を介してセンサチューブ4、5に伝播しないように作用する。
【0021】
一対のセンサチューブ4、5は、流体の流れ方向に直線上に延在するステンレス製の直管よりなり、互いに平行になるように両端側がサポート10、11に貫通して接続されており、流入路3と流出路6とを連通している。また、一対のセンサチューブ4、5の両端近傍にはセンサチューブ4、5が貫通することによってセンサチューブ4、5に固定される連節板18が設けられており、流量測定時には連節板18を振動の節としてセンサチューブ4、5が振動する。
【0022】
センサチューブ4、5には、後述の上流側ピックアップ23、24、下流側ピックアップ31、32、加振器38、39が設けられている。加振器38、39はセンサチューブ4、5を振動させ、上流側ピックアップ23、24または下流側ピックアップ31、32では、センサチューブ4、5の振動が上流側または下流側の振動の位相を検出する。
【0023】
以下に、上記構成になる振動式測定装置の動作を説明する。
流量測定時、変換器26(制御手段収納容器)に収納された制御回路20(制御手段)は、加振器38、39に電流を供給することにより、一対のセンサチューブ4、5を図中、y方向に共振周波数で振動させる。上流側配管から供給された被測定流体は流入路3よりセンサチューブ4、5内に流入し、流出路6より下流側配管に流出する。
【0024】
上述のように振動するセンサチューブ4、5に流体が流れるとその流量に応じた大きさのコリオリ力が発生する。これにより、上流側ピックアップ23、24の出力信号と下流側ピックアップ31、32の出力信号から検出される変位量との間には位相差が現れる。
【0025】
この流入側と流出側との位相差が流量に比例するため、制御回路20は上流側ピックアップ23、24からの出力信号と下流側ピックアップ31、32からの出力信号の位相差に基づいて流量を演算する。
【0026】
以下に、上流側ピックアップ23、24、下流側ピックアップ31、32について説明する。
図3、図4に示すように、上流側ピックアップ23、24は、センサコイル23aとマグネット23bとからなるピックアップ23と、センサコイル24aとマグネット24bとからなるピックアップ24とから大略構成されている。
【0027】
ピックアップ23、24はそれぞれセンサコイル23a、24aがケーシングに、マグネット23b、24bがセンサチューブ4、5に固定されているので、後述の加振器38、39によってセンサチューブ4、5が加振方向(図中、y方向)に相対変位させられると、センサコイル23a、24aとマグネット23b、24bとが相対変位してセンサコイル23a、24aに電流が発生する。ピックアップ23、24は、この電流の電圧値を検出して制御回路20に出力する。制御回路20では、ピックアップ23、24の出力する電圧値の平均から上流側ピックアップ23、24が設けられた位置のセンサチューブ4、5の変位量を求める。
【0028】
センサコイル23aは、ピックアップホルダ25に収納されており、ピックアップホルダ25は円筒形の磁性体部25aと、磁性体部25aに設けられた有底円筒形の非磁性体部25bとから構成されている。非磁性体部25bの開口部に設けられたつば部と磁性体部25aの一方の開口部とが接続されることにより、非磁性体部25bと磁性体部25aとの間にセンサコイル23aを収納するための空間(密閉空間)が形成されている。
【0029】
磁性体部25aには、強磁性体である鉄などの磁性体を用い、非磁性体部25bにはオーステナイト系ステンレスなどの非磁性体を用いている。マグネット23bにより発生する磁界に対して、非磁性体部25bはほとんど影響を及ぼさないが、磁性体部25aはヨークとして作用し、マグネット23aの磁力線が磁性体部25aに沿うようにゆがめられ、図4に矢印で示したような磁界を形成する。これによって閉磁界に近い状態となり、多くの磁力線がセンサコイル23aを横切るようになる。つまり、センサコイル23aの移動範囲においては磁界が強められることになり、センサコイル23aで発生する電流値が大きくなる。
【0030】
ピックアップホルダ25のセンサコイル23aの密閉空間と制御回路20が収納されている変換器26内の密閉空間とは、センサコイル24aと制御回路20とを結ぶ導線が収納される金属管27によって連通している。センサコイル24aもセンサコイル23aと同様に磁性体部28aと非磁性体部28bとからなるピックアップホルダ25と同様なピックアップホルダ28の密閉空間に収納されており、ピックアップホルダ28のセンサコイル24aの密閉空間と制御回路20が収納されている変換器26内の空間とは、センサコイル24aと制御回路20を結ぶ導線が収納されている金属管29によって連通している。
【0031】
また、下流側ピックアップ31、32についても、上流側ピックアップ23、24と同様の構成であり、センサコイル31aとマグネット31bとからなるピックアップ31と、センサコイル32aとマグネット32bとからなるピックアップ32とから大略構成されている。そして、センサチューブ4、5のy方向の変位をピックアップ31、32により加振器38、39の下流側で検出し、センサコイル31a、32aに発生する電流を制御回路20に出力する。
【0032】
センサコイル31aは、ピックアップホルダ25と同様なピックアップホルダ33の密閉空間に収納されており、ピックアップホルダ33は円筒形の磁性体部33aと、磁性体部33aに設けられた有底円筒形の非磁性体部33bとから構成されている。非磁性体部33bの開口部に設けられたつば部と磁性体部33aの一方の開口部とが接続されることにより、非磁性体部33bと磁性体部33aとの間にセンサコイル31aを収納するための空間(密閉空間)が形成されている。
【0033】
ピックアップホルダ33のセンサコイル31aの密閉空間と制御回路20が収納されている変換器26内の密閉空間とは、センサコイル31aと制御回路20とを結ぶ導線が収納される金属管34によって連通している。センサコイル32aもセンサコイル31aと同様に磁性体部35aと非磁性体部35bとからなるピックアップホルダ35の密閉空間に収納されており、ピックアップホルダ35のセンサコイル32aの密閉空間と変換器26内の空間とは、センサコイル32aと制御回路20を結ぶ導線が収納されている金属管36によって連通している。
【0034】
次に、加振器38、39について説明する。
加振器38、39は、図5に示すように、励磁コイル38aとマグネット38bとからなる加振器38と、励磁コイル39aとマグネット39bとからなる加振器39とから構成されており、励磁コイル38a、39aはケーシングに、マグネット38b、39bはそれぞれセンサチューブ4、5に固定されている。励磁コイル38a、39aには制御手段収納容器である変換器26内に収納された制御回路20から電流を供給するための導線が接続されており、励磁コイル38a、39aに励振電流を供給することにより、励磁コイル38aとマグネット38bと、励磁コイル39aとマグネット39bとを図中、y方向に相対変位させてセンサチューブ4、5を振動させる。
【0035】
励磁コイル38aは、加振器ホルダ40に収納されており、加振器ホルダ40は円筒形の磁性体部40aと、磁性体部40aに設けられた有底円筒形の非磁性体部25bとから構成されている。非磁性体部40bの開口部に設けられたつば部と磁性体部40bの一方の開口部とが接続されることにより、非磁性体部40bと磁性体部40aとの間に励磁コイル38aを収納するための空間(密閉空間)が形成されている。
【0036】
加振器ホルダ40の励磁コイル38aの密閉空間と制御回路20が収納されている変換器26内の密閉空間とは、励磁コイル38aと制御回路20とを結ぶ導線が収納される金属管41によって連通している。励磁コイル39aも励磁コイル38aと同様に磁性体部42aと非磁性体部42bとからなる加振器ホルダ42の密閉空間に収納されており、加振器ホルダ42の励磁コイル39aの密閉空間と変換器26内の空間とは、励磁コイル39aと制御回路20を結ぶ導線が収納されている金属管43によって連通している。
【0037】
従って、変換器26と、上流側ピックアップ23、24のセンサコイル23a、24aが収納されるピックアップホルダ25、28内の空間と、下流側ピックアップ31、32のセンサコイル31a、32aの収納されるピックアップホルダ33、35内の空間と、加振器38、39の加振器38、39の励磁コイル38a、39aが収納されるピックアップホルダ40、42内の空間と、のそれぞれは、金属管27、29、34、36、41、43によって連通しており、金属管27、29、34、36、41、43と変換器26の接続部分は樹脂モールド等により機密に保持されている。これによって、変換器26と、ピックアップホルダ25、28、33、35と、加振器ホルダ40、42と、金属管27、29、34、36、41、43とから一つの密閉容器44が形成されてることになり、これにより、密閉容器44内には一つの密閉空間が形成されることになる。
【0038】
密閉容器44は、内部を流れる電気によって火花が発生したり、爆発が起きたときでも、密閉容器44の外側の爆発危険雰囲気であるケーシング1外部及びケーシング1内部に影響を及ぼさないように、耐圧防爆容器となっている。
【0039】
ここで、センサチューブ4、5をy方向に相対変位させるための励振力は、励磁コイル38a、39aに供給する励振電流の大きさ及びマグネット38b、39bの磁束密度によって決定され、励振電力または磁束密度を大きくすると励振力が大きくなることは、f(励振力)=I(電流)×B(磁束密度)の式からも明らかである。ところが、振動式測定装置は防爆構造が必要な雰囲気において使用されることが多く、このため、使用する電流値を制限した本質安全防爆構造をとっており、加振器38、39の励磁コイル38a、39aに流す電流値に上限がある。
【0040】
加振器31の励振力は励磁コイル31aに流す電流値に比例するため、センサチューブ4、5を振動させるのに大きな励振力が必要なときには、励磁コイル31a、32aに上限値の電流を供給しても必要な励振力に達っしないことがある。つまり、従来の振動式測定装置では、被測定流体の状態(流体密度、流速、圧力など)や、センサチューブ4、5の状態(材質・肉厚等による強度、口径、長さなど)によっては、加振器38、39の励振力が不足し、測定が正確に行えないといった問題が起こりえた。
【0041】
しかし、本実施の形態の振動式測定装置では、電流の流れる導通部分である制御回路20と、センサコイル23a、24a、31a、32aと、励磁コイル38a、39aと、それぞれのコイルと制御回路20とを結ぶ導線とが、耐圧防爆容器である密閉容器44内に全て収納されているため、流れる電流値に制限を設ける本質安全防爆構造をとる必要がない。
【0042】
これによって、励磁コイル38a、39aに大きな電流を供給できるようになり、加振器38、39の励振力を大きくすることができる。また、加振器38、39の励振力が大きくなることによってセンサチューブ4、5の変位量が大きくなり、これによって上流側ピックアップ23、24、下流側ピックアップ31、32のセンサコイル23a、24a、31a、32aに流れる電流値も大きくなるが、これについても密閉容器44内のみで電流が流れるため、電流値の大きさが問題となることがない。
【0043】
また、センサコイル23a、24a、31a、32aの出力する電流値も大きくすることができるため、センサチューブ4、5の変位量の検出感度が向上し、振動式測定装置の流量測定精度を向上させることができる。
【0044】
以上述べたように、本実施の形態の振動式測定装置では、電気の流れる導通部分が耐圧防爆容器である密閉容器44内に収納されているため、本質安全防爆構造をとっていた従来の振動式測定装置の加振器に比べてより大きな励振力を発生でき、また、ピックアップ23、24、31、32の出力を大きくすることができる。このため、センサチューブ4、5のy方向の変位量が大きくなり、上流側ピックアップ23、24、下流側ピックアップ31、32でセンサチューブ4、5の変位を正確に且つ大きく出力することができるので、流量測定精度が向上する。また、加振器38、39の励振力が大きいため、センサチューブ4、5の口径を大きくして、流量が大の配管部分にも用いることができるようになる。
【0045】
また、従来の本質安全防爆構造の振動式測定装置と異なり、電流値制限のためのバリア回路を設ける必要がないため、バリア回路を設けるためのコスト及びスペースを削減することができ、振動式測定装置の低価格化と、小型化を図ることができる。
【0046】
また、ピックアップ23、24、31、32、加振器38、39は、センサコイル23a、24a、31a、32a、励磁コイル38a、39aのそれぞれを収納しているピックアップホルダ25、28、33、35、加振器ホルダ40、42の磁性体部25a、28a、33a、35a、40a、42aによって、マグネット23b、24b、31b、32b、38b、39bによって発生する磁力線がゆがめられて閉磁界に近い磁界が形成され、センサコイル23a、24a、31a、32a、励磁コイル38a、39aの移動範囲の磁界が強められることによって、ピックアップ23、24、31、32は出力する電流値が大きくなるため、検出感度が向上し、加振器38、39は励振力が大きくなる。
【0047】
なお、本実施の形態では、制御手段収納容器である変換器26内の空間と、ピックアップホルダ25、28、33、35内の空間と、加振器ホルダ40、42内の空間と、を金属管27、29、34、36、41、43によって連通させて一つの密閉容器44を形成することにより、密閉容器44内の一つの密閉空間と形成させているが、変換器26内の空間と、ピックアップホルダ25、28、33、35内の空間と、加振器ホルダ40、42内の空間と、のそれぞれが独立した密閉空間となっていてもよい。この場合、空間の密閉性が保たれることで制御回路20、センサコイル23a、24a、31a、32a、励磁コイル38a、39aが周囲の爆発危険雰囲気と隔離されるこのになるので上述の実施の形態と同様の効果を生じる。また、上述のように独立した密閉空間とした場合においては、上記金属管に代えて絶縁体で被覆された電線により、上記独立した各空間を電気的に接続してもよい。
【0048】
また、本実施の形態では、一対の直管状のセンサチューブ7、8が平行に配設された構成を一例として説明したが、これに限らず、例えば単管のセンサチューブや、J字状のセンサチューブを有する構成にも本発明が適用できる。
【0049】
また、本実施の形態では、上流側ピックアップ23、24と下流側ピックアップ31、32とから検出されるセンサチューブ4、5の変位量の位相差に基づいて流量を検出する構成を一例として説明したが、加振器38、39と上流側ピックアップ23、24との位相差、または、加振器38、39と下流側ピックアップ31、32との位相差から流量を求める構成にも本発明が適用できる。
【0050】
また、本実施の形態では、振動式測定装置を質量流量計として用いた場合を例に説明したが、センサチューブ4、5の共振周波数に基づいて被測定流体の密度を測定する密度計として用いる場合でも同様の効果を有する。
【0051】
【発明の効果】
請求項1記載の発明の振動式測定装置は、制御手段を制御手段収納容器内の密閉空間内に収納し、加振器の励磁コイルを加振器ホルダ内の密閉空間内に収納することで、励磁コイルと励磁コイルに電流を供給する制御手段とが爆発危険雰囲気と隔離される。これにより、加振器に供給する電流の制限を緩和することができるので、加振器の励振力を大きくすることができる。従って、振動式測定装置の口径を大きくしたり、圧力や密度の大きな被測定流体の測定に用いることができるなど、振動式測定装置の使用範囲を広げることができる。
【0052】
また、請求項2の振動式測定装置は、加振器ホルダ内の密閉空間と制御手段を収納する制御手段収納容器内の密閉空間とを一つの密閉空間とすることで、該密閉空間の外側の爆発危険雰囲気と隔離することができる。これにより、加振器に供給する電流の制限を緩和することができるので、加振器の励振力を大きくすることができる。従って、振動式測定装置の口径を大きくしたり、圧力や密度の大きな被測定流体の測定に用いることができるなど、振動式測定装置の使用範囲を広げることができる。
【0053】
また、請求項3の振動式測定装置は、加振器がマグネットと励磁コイルとから構成されるとき、導通部分の励磁コイルが収納される加振器ホルダの、励磁コイルを挟んでマグネットと対峙する部分が磁性体、直接マグネットと対峙する部分が非磁性体で形成されるので、ホルダの磁性体部分がヨークとなって、マグネットの磁力線がホルダの磁性体部分に沿うように磁界が形成されて閉磁界に近い状態となるため、磁性体部分とマグネットとの間のある励磁コイルをより多くの磁力線が横切ることとなり、励磁コイルに作用する磁界の強さが大きくなるので、加振器の励振力を大きくすることができる。従って、振動式測定装置の口径を大きくしたり、圧力や密度の大きな被測定流体の測定に用いることができるなど、振動式測定装置の使用範囲を広げることができる。
【0054】
また、請求項4の振動式測定装置は、制御手段を制御手段収納容器内の密閉空間内に収納し、ピックアップの検出部をピックアップホルダ内の密閉空間内に収納することで、検出部と検出部から電流による信号が入力される制御手段とが爆発危険雰囲気と隔離される。これにより、ピックアップに流れる電流の制限を緩和することができ、ピックアップの出力を大きくすることができるので、センサチューブの変位の検出感度を向上させ、振動式測定装置の測定精度を向上させることができる。
【0055】
また、請求項5の振動式測定装置は、ピックアップホルダ内の密閉空間と制御手段を収納する制御手段収納容器内の密閉空間とを一つの密閉空間とすることで、該密閉空間の外側の爆発危険雰囲気と隔離することができる。これにより、ピックアップに流れる電流の制限を緩和することができ、ピックアップの出力を大きくすることができるので、センサチューブの変位の検出感度を向上させ、振動式測定装置の測定精度を向上させることができる。
【0056】
また、請求項6の振動式測定装置は、ピックアップがマグネットとセンサコイルとから構成されるとき、導通部分のセンサコイルが収納されるピックアップホルダの、センサコイルを挟んでマグネットと対峙する部分が磁性体、直接マグネットと対峙する部分が非磁性体で形成されるので、ホルダの磁性体部分がヨークとなって、マグネットの磁力線がホルダの磁性体部分に沿うように磁界が形成されて閉磁界に近い状態となるため、磁性体部分とマグネットとの間のある励磁コイルをより多くの磁力線が横切ることとなり、センサコイルに作用する磁界の強さが大きくなるので、センサコイルの検出感度を向上することができ、振動式測定装置の測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の振動式測定装置を示す断面図である。
【図2】同振動式測定装置のA−A断面図である。
【図3】同振動式測定装置のB−B断面図(D−D断面図)である。
【図4】同振動式測定装置のピックアップ23(31)を示すB−B断面(D−D断面)の部分拡大図である。
【図5】同振動式測定装置のC−C断面図である。
【符号の説明】
1 ケーシング
2 流路
3 流入路
4 センサチューブ
5 センサチューブ
6 流出路
7 本体
8 蓋部材(支持部材)
8a フランジ
9 蓋部材(支持部材)
9a フランジ
10 サポート(支持部材)
11 サポート(支持部材)
12 Oリング
14 マニホールド
15 Oリング
17 マニホールド
18 連節板
20 制御回路(制御手段)
23 ピックアップ
23a センサコイル(検出部)
23b マグネット(被検出部)
24 ピックアップ
24a センサコイル(検出部)
24b マグネット(被検出部)
25 ピックアップホルダ
25a 磁性体部
25b 非磁性体部
26 変換器(制御手段収納容器)
27 金属管
28 ピックアップホルダ
28a 磁性体部
28b 非磁性体部
29 金属管
31 ピックアップ
31a センサコイル(検出部)
31b マグネット(被検出部)
32 ピックアップ
32a センサコイル(検出部)
32b マグネット(被検出部)
33 ピックアップホルダ
33a 磁性体部
33b 非磁性体部
34 金属管
35 ピックアップホルダ
35a 磁性体部
35b 非磁性体部
36 金属管
38 加振器
38a 励磁コイル
38b マグネット
39 加振器
39a 励磁コイル
39b マグネット
40 加振器ホルダ
40a 磁性体部
40b 非磁性体部
41 金属管
42 加振器ホルダ
42a 磁性体部
42b 非磁性体部
43 金属管
44 密閉容器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration type measuring apparatus that measures the density or mass flow rate of a fluid to be measured.
[0002]
[Prior art]
In a conventional vibration type measuring device, a sensor tube through which a fluid to be measured flows is provided in a casing. The sensor tube includes an exciter for synchronously vibrating the sensor tube and an upstream for detecting displacement of the sensor tube. A side pickup and a downstream pickup are provided. By oscillating the sensor tube, Coriolis force is generated according to the flow rate of the fluid to be measured, and this phase difference is utilized by the fact that the direction of action of Coriolis force is reversed between the inflow side and the outflow side of the sensor tube. Measure the flow rate from
The vibrator is composed of an exciting coil and a magnet. These exciters have an exciting coil fixed to the casing, and the sensor tube is provided so that the magnet faces the exciting coil. When current is supplied to the exciting coil, the magnet is displaced and the sensor is Vibrate the tube.
[0003]
The upstream pickup and the downstream pickup are each composed of a sensor coil and a magnet. When the sensor tube is displaced, the sensor coil and the magnet are relatively displaced, and a current is generated in the sensor coil. The displacement of the sensor tube is measured by detecting this current.
[0004]
In the conventional vibration type measuring apparatus, the vibration type measuring apparatus is often used in an explosion-hazardous atmosphere. For this reason, the vibration type measuring apparatus has an intrinsically safe explosion-proof structure in which the current value flowing through the excitation coil of the vibrator and the sensor coil of the pickup is limited.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional vibration type measuring apparatus, it is preferable to supply a current equal to or smaller than a predetermined current value to the exciting coil as described above, and to suppress a current flowing through the sensor coil of the pickup to a predetermined value or less. However, when the current value is limited in this way, when a large excitation force is required for the vibrator due to the large diameter of the vibration measuring device or the pressure or density of the fluid to be measured being large. There is a possibility that problems such as insufficient excitation force and a decrease in output from the pickup may cause problems such as inaccurate measurement.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vibration type measurement apparatus that does not require a restriction on the value of a current flowing through a vibrator or a pickup.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a casing, a sensor tube provided in the casing and through which a fluid to be measured flows, a support member that supports the sensor tube, and the casing side An excitation coil attached to the magnet and a magnet attached to the sensor tube, and attached between the vibrator for vibrating the sensor tube, the support member of the sensor tube and the vibrator, A pickup that detects displacement of the sensor tube, and a fluid that vibrates the sensor tube by driving the vibrator to vibrate, and that circulates in the sensor tube based on the displacement of the sensor tube detected by the pickup. And a control means for obtaining the density or mass flow rate of A control means storage container having a sealed space in which the control means is stored; and a vibrator holder attached to the casing and having a sealed space in which the exciting coil of the vibrator is stored. To do.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the vibration type measuring apparatus according to the first aspect, the sealed space of the control means storage container and the sealed space of the vibrator holder form a single sealed space. It is characterized by that.
[0009]
Therefore, according to the first or second aspect of the present invention, the exciting coil of the vibration exciter is housed in the sealed space of the vibration exciter holder, thereby isolating the explosion dangerous atmosphere from the exciting coil that is the conduction part of the vibration exciter. can do.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the vibration type measuring apparatus according to the first or second aspect, the portion of the vibrator holder that is directly opposed to the magnet is formed of a non-magnetic material, and the excitation coil is sandwiched therebetween. And the part which opposes a magnet is formed with the magnetic body, It is characterized by the above-mentioned.
[0011]
Therefore, in the invention according to claim 3, since the magnetic field is formed so that the magnetic lines of force of the magnet are along the magnetic part of the vibrator holder and the magnetic field part is close to the closed magnetic field, there is a gap between the magnetic part and the magnet. More magnetic field lines will cross the exciting coil.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a casing, a sensor tube through which the fluid to be measured flows, a support member that supports the sensor tube, and a vibrator that vibrates the sensor tube. And a detection portion attached to the casing side and a detected portion attached to the sensor tube, and is attached between the support member of the sensor tube and the vibration exciter to displace the sensor tube. The density or mass flow rate of the fluid flowing in the sensor tube based on the displacement of the sensor tube detected by the pickup and the vibration to drive the vibrator to vibrate the sensor tube And a control unit for obtaining a sealed space in which the control unit is housed. And control means receiving container having, attached to the casing, characterized in that the detector of the pickup is provided, the pick-up holder having a sealed space to be accommodated.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration type measuring apparatus according to the fourth aspect, the closed space of the control means storage container and the closed space of the pickup holder communicate with each other to form one closed space. Features.
[0014]
Therefore, the invention according to
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the vibration type measuring apparatus according to the fourth or fifth aspect, the pickup includes a sensor coil attached to the casing side and a magnet attached to the sensor tube, The pickup holder that houses the sensor coil is characterized in that a portion that directly faces the magnet is formed of a non-magnetic material, and a portion that faces the magnet across the sensor coil is formed of a magnetic material.
[0016]
Therefore, in the invention according to claim 6, since the magnetic field is formed so that the magnetic lines of force of the magnet are along the magnetic part of the pickup holder and the state becomes close to the closed magnetic field, a sensor coil between the magnetic part and the magnet is provided. More magnetic field lines will cross.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, what used the vibration type measuring apparatus of one embodiment of this invention as a mass flowmeter is demonstrated based on FIG. 1 thru | or FIG.
The vibration type measuring apparatus is formed by inserting a flow path 2 through which a fluid to be measured flows into a sealed casing 1. The flow path 2 includes an inflow path 3, a pair of
[0018]
The casing 1 includes a
[0019]
The
[0020]
The O-rings 12 and 15 act so that the vibration of the casing 1 does not propagate to the
[0021]
The pair of
[0022]
The
[0023]
Below, operation | movement of the vibration type measuring apparatus which becomes the said structure is demonstrated.
When measuring the flow rate, the control circuit 20 (control means) housed in the converter 26 (control means storage container) supplies a current to the
[0024]
When fluid flows through the
[0025]
Since the phase difference between the inflow side and the outflow side is proportional to the flow rate, the
[0026]
The
As shown in FIGS. 3 and 4, the
[0027]
In the
[0028]
The sensor coil 23a is housed in a
[0029]
A magnetic body such as iron which is a ferromagnetic body is used for the
[0030]
The sealed space of the sensor coil 23a of the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The sealed space of the
[0034]
Next, the
As shown in FIG. 5, the
[0035]
The exciting coil 38a is accommodated in the
[0036]
The sealed space of the exciting coil 38a of the
[0037]
Therefore, the
[0038]
The sealed
[0039]
Here, the excitation force for relatively displacing the
[0040]
Since the excitation force of the
[0041]
However, in the vibration type measuring apparatus according to the present embodiment, the
[0042]
Accordingly, a large current can be supplied to the
[0043]
In addition, since the current value output from the
[0044]
As described above, in the vibration type measuring apparatus according to the present embodiment, since the conductive portion through which electricity flows is housed in the sealed
[0045]
Also, unlike conventional vibration measuring devices with intrinsically safe explosion-proof structure, it is not necessary to provide a barrier circuit for limiting the current value, so the cost and space for providing a barrier circuit can be reduced, and vibration measurement is possible. The price of the device can be reduced and the size can be reduced.
[0046]
The
[0047]
In the present embodiment, the space in the
[0048]
In the present embodiment, the configuration in which the pair of straight
[0049]
Further, in the present embodiment, the configuration for detecting the flow rate based on the phase difference between the displacement amounts of the
[0050]
Further, in the present embodiment, the case where the vibration measuring device is used as a mass flow meter has been described as an example. However, the vibration measuring device is used as a density meter that measures the density of the fluid to be measured based on the resonance frequency of the
[0051]
【The invention's effect】
In the vibration type measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the control means is housed in the sealed space in the control means storage container, and the excitation coil of the vibrator is housed in the sealed space in the vibrator holder. The excitation coil and the control means for supplying current to the excitation coil are isolated from the explosion danger atmosphere. Thereby, since the restriction | limiting of the electric current supplied to a vibration exciter can be eased, the excitation force of a vibration exciter can be enlarged. Therefore, the range of use of the vibration type measuring device can be expanded, for example, the diameter of the vibration type measuring device can be increased, or the fluid type measuring device can be used for measuring a fluid to be measured having a large pressure or density.
[0052]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vibration measuring apparatus, wherein the sealed space in the exciter holder and the sealed space in the control means storage container for storing the control means are formed as a single sealed space. Can be isolated from explosion hazardous atmosphere. Thereby, since the restriction | limiting of the electric current supplied to a vibration exciter can be eased, the excitation force of a vibration exciter can be enlarged. Therefore, the range of use of the vibration type measuring device can be expanded, for example, the diameter of the vibration type measuring device can be increased, or the fluid type measuring device can be used for measuring a fluid to be measured having a large pressure or density.
[0053]
According to a third aspect of the present invention, when the vibration exciter is composed of a magnet and an excitation coil, the vibration measurement apparatus of the vibration exciter holder in which the excitation coil of the conductive portion is accommodated is opposed to the magnet. The magnetic part is made of a magnetic material and the part directly facing the magnet is made of a non-magnetic material. Therefore, the magnetic part of the holder is a yoke, and a magnetic field is formed so that the magnetic lines of force of the magnet are along the magnetic part of the holder. Since the magnetic field is close to the closed magnetic field, more lines of magnetic force cross the exciting coil between the magnetic part and the magnet, and the strength of the magnetic field acting on the exciting coil increases. The excitation force can be increased. Therefore, the range of use of the vibration type measuring device can be expanded, for example, the diameter of the vibration type measuring device can be increased, or the fluid type measuring device can be used for measuring a fluid to be measured having a large pressure or density.
[0054]
According to a fourth aspect of the present invention, the control unit is housed in a sealed space in the control unit storage container, and the pickup detection unit is housed in the sealed space in the pickup holder, thereby detecting the detection unit and the detection unit. The control means to which a signal by current is input from the section is isolated from the explosion danger atmosphere. As a result, the restriction on the current flowing through the pickup can be relaxed and the output of the pickup can be increased, so that the detection sensitivity of the displacement of the sensor tube can be improved and the measurement accuracy of the vibration type measuring device can be improved. it can.
[0055]
According to another aspect of the vibration measuring apparatus of the present invention, the sealed space in the pickup holder and the sealed space in the control means storage container for storing the control means are formed as a single sealed space, so that the explosion outside the sealed space is performed. Can be isolated from hazardous atmosphere. As a result, the restriction on the current flowing through the pickup can be relaxed and the output of the pickup can be increased, so that the detection sensitivity of the displacement of the sensor tube can be improved and the measurement accuracy of the vibration type measuring device can be improved. it can.
[0056]
According to another aspect of the vibration type measuring apparatus of the present invention, when the pickup is composed of a magnet and a sensor coil, the portion of the pickup holder in which the sensor coil of the conducting portion is accommodated that faces the magnet across the sensor coil is magnetic. The part directly facing the magnet is made of a non-magnetic material, so that the magnetic material part of the holder serves as a yoke, and a magnetic field is formed so that the magnetic field lines of the magnet follow the magnetic material part of the holder. Because it is in a close state, more lines of magnetic force cross the exciting coil between the magnetic part and the magnet, and the strength of the magnetic field acting on the sensor coil increases, so the detection sensitivity of the sensor coil is improved. It is possible to improve the measurement accuracy of the vibration type measuring apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a vibration type measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the vibration measurement apparatus.
FIG. 3 is a BB sectional view (DD sectional view) of the vibration type measuring apparatus.
FIG. 4 is a partially enlarged view of a BB cross section (DD cross section) showing a pickup 23 (31) of the vibration type measuring apparatus.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line C-C of the vibration measurement device.
[Explanation of symbols]
1 casing
2 Channel
3 Inflow channel
4 Sensor tube
5 Sensor tube
6 Outflow channel
7 Body
8 Lid member (support member)
8a Flange
9 Lid member (support member)
9a Flange
10 Support (support member)
11 Support (support member)
12 O-ring
14 Manifold
15 O-ring
17 Manifold
18 articulated plates
20 Control circuit (control means)
23 Pickup
23a Sensor coil (detector)
23b Magnet (detected part)
24 Pickup
24a Sensor coil (detector)
24b Magnet (detected part)
25 Pickup holder
25a Magnetic part
25b Non-magnetic part
26 Converter (Control means storage container)
27 Metal tube
28 Pickup holder
28a Magnetic part
28b Non-magnetic part
29 Metal tube
31 Pickup
31a Sensor coil (detector)
31b Magnet (detected part)
32 pickup
32a Sensor coil (detector)
32b Magnet (detected part)
33 Pickup holder
33a Magnetic part
33b Non-magnetic part
34 Metal tube
35 Pickup holder
35a Magnetic part
35b Non-magnetic part
36 metal tubes
38 Exciter
38a Excitation coil
38b magnet
39 Exciter
39a Excitation coil
39b Magnet
40 Exciter holder
40a Magnetic part
40b Non-magnetic part
41 Metal tube
42 Exciter holder
42a Magnetic part
42b Non-magnetic part
43 Metal tube
44 Airtight container
Claims (6)
前記ケーシング内に設けられ、被測定流体が流通するセンサチューブと、
前記センサチューブを支持する支持部材と、
前記ケーシング側に取り付けられた励磁コイルと前記センサチューブに取り付けられたマグネットとからなり、前記センサチューブを振動させる加振器と、
前記センサチューブの前記支持部材と前記加振器との間に取り付けられ、前記センサチューブの変位を検出するピックアップと、
前記加振器を加振駆動させて前記センサチューブを振動させるとともに、前記ピックアップにより検出されたセンサチューブの変位に基づいて、前記センサチューブ内を流通する流体の密度または質量流量を求める制御手段と、
からなる振動式測定装置において、
前記制御手段が収納される密閉空間を有する制御手段収納容器と、
前記ケーシングに取り付けられ、前記加振器の励磁コイルが収納される密閉空間を有する加振器ホルダと、を設けたことを特徴とする振動式測定装置。A casing,
A sensor tube provided in the casing and through which a fluid to be measured flows;
A support member for supporting the sensor tube;
An excitation coil attached to the casing side and a magnet attached to the sensor tube, and a vibrator for vibrating the sensor tube;
A pickup attached between the support member of the sensor tube and the vibrator, and detecting a displacement of the sensor tube;
Control means for oscillating and driving the vibrator to vibrate the sensor tube and obtaining a density or mass flow rate of the fluid flowing through the sensor tube based on the displacement of the sensor tube detected by the pickup; ,
In the vibration type measuring device consisting of
A control means storage container having a sealed space in which the control means is stored;
A vibratory measurement apparatus, comprising: a vibrator holder attached to the casing and having a sealed space in which an exciting coil of the vibrator is accommodated.
前記ケーシング内に設けられ、被測定流体が流通するセンサチューブと、
前記センサチューブを支持する支持部材と、
前記センサチューブを振動させる加振器と、
前記ケーシング側に取り付けられた検出部と前記センサチューブに取り付けられた被検出部とからなり、前記センサチューブの前記支持部材と前記加振器との間に取り付けられて前記センサチューブの変位を検出するピックアップと、
前記加振器を加振駆動させて前記センサチューブを振動させるとともに、前記ピックアップにより検出されたセンサチューブの変位に基づいて、前記センサチューブ内を流通する流体の密度または質量流量を求める制御手段と、
からなる振動式測定装置において、
前記制御手段が収納される密閉空間を有する制御手段収納容器と、
前記ケーシングに取り付けられ、前記ピックアップの検出部が収納される密閉空間を有するピックアップホルダと、を設けたことを特徴とする振動式測定装置。A casing,
A sensor tube provided in the casing and through which a fluid to be measured flows;
A support member for supporting the sensor tube;
A vibrator for vibrating the sensor tube;
It consists of a detection part attached to the casing side and a detected part attached to the sensor tube, and is attached between the support member of the sensor tube and the vibrator to detect displacement of the sensor tube. Pick up and
Control means for oscillating and driving the vibrator to vibrate the sensor tube and obtaining a density or mass flow rate of the fluid flowing through the sensor tube based on the displacement of the sensor tube detected by the pickup; ,
In the vibration type measuring device consisting of
A control means storage container having a sealed space in which the control means is stored;
A vibration measuring apparatus, comprising: a pickup holder attached to the casing and having a sealed space in which the pickup detection unit is housed.
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