JP4562497B2 - ノイズ対策形直管式コリオリ流量計 - Google Patents

Description

本発明は、流管に作用するコリオリの力に比例した位相差及び／又は振動周波数を検出することにより被測定流体の質量流量及び／又は密度を得る直管式のコリオリ流量計に関し、詳しくはノイズ対策形の直管式コリオリ流量計に関する。

直管式コリオリ流量計は、両端が支持された直管（フローチューブ）の中央部直管軸に垂直な方向の振動を加えたとき、直管の支持部と中央部との間でコリオリの力による直管の変位差、すなわち位相差信号が得られ、その位相差信号に基づいて質量流量を検知するように構成されている。このような直管式コリオリ流量計は、シンプル、コンパクトで堅牢な構造を有している（例えば特許文献１参照）。

図３において、従来の直管式コリオリ流量計１は、図中引用符号２の外筒、３のフローチューブ、４のカウンタバランス、５の連結ブロック、６の板バネ、７の駆動装置、８の検出器（検出手段）、図示しない重錘等とを備えて構成されている。フローチューブ３は、その両端部にラッパ状に形成された拡大開口部９を有している。また、フローチューブ３は、両端部の拡大開口部９の間に真っ直ぐな直管部１０を有している。

フローチューブ３の直管部１０には、その外側にカウンタバランス４が設けられている。フローチューブ３の直管部１０とカウンタバランス４は、カウンタバランス４の両端部で連結ブロック５により同軸に接合されている。直管部１０とカウンタバランス４によって、二重管構造が形成されている。外筒２は、その内部に二重管構造を収容することができるように形成されている。外筒２の両端部は、フローチューブ３の拡大開口部９に向けて窄まるように形成されている。外筒２の両端部は、拡大開口部９に対して溶接されている。外筒２の両端部と拡大開口部９は、液密に固着されている。拡大開口部９の開口端部には、接続フランジ１１が溶接されている。

板バネ６は、フローチューブ３の直管部１０に直交する面を有しており、一端が連結ブロック５に、他端が外筒２の内壁に固着されている。また、板バネ６は、共振振動方向に対して直交方向に配置されている。駆動装置７は、フローチューブ３とカウンタバランス４の中央位置に取り付けられている。検出器８は、駆動装置７の左右対称位置に取り付けられている。図示しない重錘は、駆動装置７の反対側の位置に取り付けられている。より具体的に、図示しない重錘は、駆動装置７の駆動方向に取り付けられている。図示しない重錘は、連結ブロック５まわりのフローチューブ３の固有振動数とカウンタバランス４の固有振動数とが等しく調整することができるように設けられている。

上記構成において、フローチューブ３とカウンタバランス４とからなる共振系は、板バネ６により支持されている。また、共振系から延長される直管部１０の端部における拡大開口部９は、接続フランジ１１の位置で支持されている。従って、フローチューブ３は合計四点で支持されている。このような構成の直管式コリオリ流量計１は、図示しない被測定流体をフローチューブ３に流した状態で駆動装置７を共振駆動させて、検出器８によりコリオリの力に比例した位相差信号を検出することで質量流量を測定することができるようになっている。直管式コリオリ流量計１において、駆動装置７の共振駆動により、共振系には定在波が形成されるようになっている。上記の各支持点は、振動の節部となっている。尚、熱膨張、或いは配管ストレスによるフローチューブ３に生じる応力は、拡大開口部９のバネ作用、及び板バネ６のバネ作用により除去されるようになっている。
特許第２７８６８２９号公報 （第４頁、第１図）

フローチューブ３は、接続フランジ１１の位置まで延長され、そして、拡大開口部９を介して接続フランジ１１に溶接されることから、駆動装置７の共振駆動によって、フローチューブ３は一対の接続フランジ１１の間で振動するようになっている。従って、接続フランジ１１の条件で振動条件も変化してしまうこととなり、精度、安定性への影響が無視できない状態になっている。

フローチューブ３は、接続フランジ１１に接続される際に薄肉でラッパ状の拡大開口部９を介して接続されることから、拡大開口部９によってフローチューブ３の振動が阻害されることはなく、そのため自由な曲げ振動が容易になっている（図４参照）。ところで、図４に示される如く、拡大開口部９における薄肉部１２の肉厚を薄くすれば、より自由度のある振動が可能であるが、耐圧の関係により、ある程度の肉厚が必要となっている。それ故に、自由度には制限が付くことが必然で、接続フランジ１１に接続される条件から完全に切り離して考えることはできないものとなっている。

図５は振動時におけるフローチューブ３の振動状態を示している。ここで、図５中のＦ１〜Ｆ４は、図３中のＦ１〜Ｆ４、すなわち拡大開口部９と接続フランジ１１との接続部分、及び板バネ６の接続部分に対応するようになっている。図５において、Ｆ１とＦ２（Ｆ４とＦ３）は、振動の支点となっており、また、Ｆ２（Ｆ３）は板バネ６を適用していることから、Ｆ１とＦ２との間（Ｆ４とＦ３との間）には、駆動周波数に応じた定在波が生じるようになっている。

図６はフローチューブ３に流れる被測定流体（図示省略）の温度が変化した場合の振動状態を示す図である。また、図７は接続フランジ１１にストレスが生じた場合の振動状態を示す図である。図６の場合では、被測定流体の温度が変化してＦ２がＦ２′に移動すると、振動の腹部となるピーク値は、Ｑ０からＱａに変化する。この時、Ｆ１への曲げモーメントは、増加の方向に働くこととなり、その結果、Ｆ２とＦ３の間の定在波に影響を与えてしまうようになる。一方、図７の場合では、接続フランジ１１の取り付けに関し、Ｆ１がＦ１ａやＦ１ｂに変化すると、腹部となるＱ０は、ＱａやＱｂへシフトしてその結果、Ｆ２とＦ３の間の定在波に影響を与えてしまうようになる。

このことは、常にＦ１（Ｆ４）が振動の支点となるように駆動ドライブエネルギーが伝達されることに起因するものである。Ｆ２とＦ３の間の定在波を形成させるための駆動ドライブエネルギーは、Ｆ１〜Ｆ２、Ｆ３〜Ｆ４へエネルギー伝搬してしまう。また、その伝搬した漏洩エネルギーは、Ｆ１（Ｆ４）の位置状況に左右されてしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、漏洩エネルギーを保持して共振系の振動を安定させることが可能な直管式コリオリ流量計、すなわちノイズ対策形直管式コリオリ流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明のノイズ対策形直管式コリオリ流量計は、流出入口を有する両端部側で支持される直管状のフローチューブと、連結ブロックを介し前記フローチューブと固着し該フローチューブと共に二重管構造を形成するカウンタバランスと、前記フローチューブを中心位置で交番駆動する駆動装置と、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検出する一対の検出手段とを備え、前記フローチューブは前記両端部に拡大開口部を有するとともに、前記連結ブロックの位置に前記フローチューブの軸に直交方向の板バネを有する直管式コリオリ流量計であって、前記フローチューブの前記拡大開口部と前記板バネ接続位置との中間、且つ前記フローチューブの周方向に吊錘部材を設けることを特徴としている。

請求項２記載の本発明のノイズ対策形直管式コリオリ流量計は、請求項１に記載のノイズ対策形直管式コリオリ流量計において、前記吊錘部材は質量部と該質量部を前記フローチューブに対して連結する連結部とを有し、該連結部は前記質量部の中央で該質量部を連結することを特徴としている。

請求項３記載の本発明のノイズ対策形直管式コリオリ流量計は、請求項１に記載のノイズ対策形直管式コリオリ流量計において、前記吊錘部材は質量部と該質量部を前記フローチューブに対して連結する連結部とを有し、該連結部は前記質量部の前記板バネ側で該質量部を連結することを特徴としている。

本発明によれば、駆動装置を共振駆動させると、二重管構造の共振系に定在波が生じる。また、拡大開口部と板バネ接続位置との間も駆動周波数に応じた定在波が発生する。これにより、拡大開口部と板バネ接続位置との間の吊錘部材が振動し、漏洩エネルギーはその吊錘部材の振動によって保持される。漏洩エネルギーが保持されると、拡大開口部と板バネ接続位置との間の振動が安定する。そして、拡大開口部と板バネ接続位置との間の振動が安定すると、共振系の振動も安定する。吊錘部材は、漏洩エネルギーを保持する機能を有する。言い換えれば、バッファとしての機能を有する。

請求項１に記載された本発明によれば、漏洩エネルギーを保持して共振系の振動を安定させることができるという効果を奏する。従って、直管式コリオリ流量計の精度及び安定性を従来よりも向上させることができるという効果を素する。本発明は、配管条件や外因的影響の少ない直管式コリオリ流量計を提供することができるという効果を奏する。

請求項２、３に記載された本発明によれば、連結部に対する質量部の配置によって、より良い形態の吊錘部材を提供することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のノイズ対策形直管式コリオリ流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）は吊錘部材の斜視図である。尚、従来例と同一の構成部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１において、本発明のノイズ対策形直管式コリオリ流量計２１は、従来構造に対して吊錘部材２２が追加されていることが特徴となっている。吊錘部材２２は、フローチューブ３の拡大開口部９と板バネ６の接続位置との中間（ここでは中央）、且つフローチューブ３の周方向に設けられている。

図１（ａ）中においては、被測定流体（図示省略）の流入側の断面状態が図示されているが、流出側にも同じ吊錘部材２２が同位置に設けられているものとする。

吊錘部材２２は、定在波の発生によってその吊錘部材２２自体がＳ及びＳ′方向に振動し、そして、漏洩エネルギーが吊錘部材２２の振動によって保持される（蓄えられる）構造を有している。吊錘部材２２の具体的な構造としては、質量部２３と、その質量部２３をフローチューブ３に対して連結する連結部２４とを有する構造が挙げられる。

質量部２３は、所望の質量を有するとともに長方形状の断面を有する環状の部分であって、フローチューブ３の外周面から所定の距離を開けて配置されている。連結部２４は、フローチューブ３の直管部１０に直交する面を有しており、弾性変形可能な薄肉円盤状に形成されている。連結部２４の一端は、質量部２３の内周面中央に連結されている。また、連結部２４の他端は、フローチューブ３の外周面に溶接によって連結されている。

質量部２３及び連結部２４で構成される吊錘部材２２の材質としては、弾性物質で例えばステンレスが用いられている。ちなみに、フローチューブ３の材質は、ステンレス、ハステロイ、チタン合金等のこの技術分野において通常のものが用いられている。

上記構成において、駆動装置７（図３参照）を共振駆動させると、二重管構造の共振系に定在波が発生する。また、拡大開口部９と板バネ６の接続位置との間も駆動周波数に応じた定在波が発生する。これにより、吊錘部材２２が振動し、漏洩エネルギーはその吊錘部材２２の振動によって保持される。漏洩エネルギーが保持されると、拡大開口部９と板バネ６の接続位置との間の振動が安定し、そして、共振系の振動も安定する。

次に、図２を参照しながら吊錘部材２２の他の例を説明する。図２は他の例を示すノイズ対策形直管式コリオリ流量計の要部拡大断面図である。

図２において、フローチューブ３の拡大開口部９と板バネ６の接続位置との中間、且つフローチューブ３の周方向に設けられる吊錘部材２２′は、上述の吊錘部材２２と同様の構成及び機能を有している。質量部２３′は、所望の質量を有するとともに図示のような三角形状の断面を有する環状の部分であって、フローチューブ３の外周方向に所定の距離を開けて配置されている。

質量部２３′は、連結部２４′よりも拡大開口部９側に配置されている。連結部２４′は、フローチューブ３の直管部１０に直交する面を有しており、弾性変形可能な薄肉円盤状に形成されている。連結部２４′の一端は、質量部２３′の板バネ６側の端部に連結されている。また、連結部２４′の他端は、フローチューブ３の外周面に溶接によって連結されている。

吊錘部材２２′は、拡大開口部９と接続フランジ１１との接続部分（Ｆ１）に掛かるエネルギーを軽減するもので、上述の吊錘部材２２と同様の効果を奏する。

以上、図１及び図２を参照しながら説明してきたように、本発明によれば、漏洩エネルギーを保持することから、共振系の振動を従来よりも安定させることができる。従って、本発明によれば、従来よりも精度及び安定性を向上させた直管式コリオリ流量計、すなわちノイズ対策形直管式コリオリ流量計２１を提供することができる。本発明によれば、配管条件や外因的影響の少ない直管式コリオリ流量計（ノイズ対策形直管式コリオリ流量計２１）を提供することができる。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

本発明のノイズ対策形直管式コリオリ流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）は吊錘部材の斜視図である。 吊錘部材の他の例を示すノイズ対策形直管式コリオリ流量計の要部拡大断面図である。 従来例の直管式コリオリ流量計の断面図である。 拡大開口部とその周囲の拡大断面図である。 振動時におけるフローチューブの振動状態を示す図である。 フローチューブに流れる被測定流体の温度が変化した場合の振動状態を示す図である。 接続フランジにストレスが生じた場合の振動状態を示す図である。

符号の説明

１、２１ ノイズ対策形直管式コリオリ流量計
２ 外筒
３ フローチューブ
４ カウンタバランス
５ 連結ブロック
６ 板バネ
７ 駆動装置
８ 検出器（検出手段）
９ 拡大開口部
１０ 直管部
１１ 接続フランジ
１２ 薄肉部
２２、２２′ 吊錘部材
２３、２３′ 質量部
２４、２４′ 連結部

Claims (3)

1. 流出入口を有する両端部側で支持される直管状のフローチューブと、連結ブロックを介し前記フローチューブと固着し該フローチューブと共に二重管構造を形成するカウンタバランスと、前記フローチューブを中心位置で交番駆動する駆動装置と、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検出する一対の検出手段とを備え、前記フローチューブは前記両端部に拡大開口部を有するとともに、前記連結ブロックの位置に前記フローチューブの軸に直交方向の板バネを有する直管式コリオリ流量計であって、
   前記フローチューブの前記拡大開口部と前記板バネ接続位置との中間、且つ前記フローチューブの周方向に吊錘部材を設ける
   ことを特徴とするノイズ対策形直管式コリオリ流量計。
2. 請求項１に記載のノイズ対策形直管式コリオリ流量計において、
   前記吊錘部材は質量部と該質量部を前記フローチューブに対して連結する連結部とを有し、該連結部は前記質量部の中央で該質量部を連結する
   ことを特徴とするノイズ対策形直管式コリオリ流量計。
3. 請求項１に記載のノイズ対策形直管式コリオリ流量計において、
   前記吊錘部材は質量部と該質量部を前記フローチューブに対して連結する連結部とを有し、該連結部は前記質量部の前記板バネ側で該質量部を連結する
   ことを特徴とするノイズ対策形直管式コリオリ流量計。

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