JP5489599B2 - 質量流量計 - Google Patents

Description

本発明は、コリオリ原理により作動する質量流量計（マスフローメータ）であって、振動励起可能、つまり励振可能であってかつ媒体によって通流可能もしくは貫流可能な少なくとも１つの測定管と、該測定管の振動を励起させるための少なくとも１つの振動発生器と、測定管の励起された振動を検出するための少なくとも１つの振動検出器もしくは振動ピックアップとが設けられている形式のものに関する。

コリオリ原理により作動する質量流量計は、基本的には数年前から知られており、このような質量流量計は測定管を通って流れる媒体の質量通過量を高い精度で測定することを可能にする。質量通過量を求めるためには、コリオリ式の測定管が１つの振動発生器、あるいはまた複数の振動発生器を用いて振動励起されて、特に振動の特定の固有形状の固有周波数を有する振動を生ぜしめる。実際に生じた振動は振動ピックアップによって検出されかつ評価される。評価は、たとえば２つの振動ピックアップによりそれぞれ検出された振動の間の位相シフトもしくは位相ずれを求めることにある。この場合、この位相シフトは質量通過量のための直接的な尺度となる。唯一つの測定管しか有しないコリオリ式の質量流量計ならびに正確に２つの測定管を有するコリオリ式の質量流量計が知られている。この場合、測定管はほぼ真っ直ぐに延びているか、または湾曲させられている。２つの測定管を備えた質量流量計には次のような利点がある。すなわち、隣接して配置された両測定管の互いに逆向きの励振を前提条件として、励振された系の重心が全体的に維持され、これによって質量流量計が外部に対して機械的にニュートラルとなる。

質量流量計の測定管は搬送したい質量の量に関連して、種々異なる肉厚さを有する種々様々な公称径を有している。測定管は全体的に以下のように設計されなければならない。すなわち、該測定管は所要の圧力および発生した機械的な応力に耐え得ると共に、許容可能なエネルギを費やすだけで、良好に検出可能となる振動を生ぜしめるように励振可能となり、貫流された測定管の固有周波数が所望の範囲に位置し、さらに該測定管が質量流に不都合な抵抗を加えないように設計されなければならない。より大きな質量流を検出し得るようにするために、公知の質量流量計の測定管の公称径を安易に拡大させることはできない。なぜならば、これにより自動的に測定管の振動特性が変えられてしまうからである。したがって、測定管の公称径の拡大はしばしば測定管の延長を伴い、ひいては質量流量計全体の寸法の拡大を招いてしまう。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、コリオリ原理により作動する質量流量計を改良して、大きな質量通過量を可能にすると同時に当該質量流量計のコンパクトな寸法を可能にし、しかも比較的少ないエネルギで振動の励起、つまり励振を可能にするために適しているような質量流量計を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、２つよりも多い測定管が設けられており、特に偶数個の測定管が設けられているようにした。

本発明によれば、流過横断面の拡大化、ひいてはコリオリ式の質量流量計の、より大きな質量流のために適した構成は、単管式または２管式の質量流量計の測定管の公称径を増大させることによってのみ達成され得るわけではなく、別の測定管を設けることによっても達成され得ることが判った。これらの別の測定管により、個々の測定管の振動特性が維持され、かつ測定管が引き続き、以前は実際に小型の質量流量計、つまり小さな質量通過量しか処理することのできなかった質量流量計のためにしか適していなかった振動発生器を用いて励振され得ることを生ぜしめることができるので有利である。これにより、公知の単管式または２管式の質量流量計に比べて比較的短い構造を有する質量流量計をも実現することができる。なぜならば、測定管の総和流過横断面の拡大を測定管の延長によって補償しなくて済むからである。なぜならば、使用される個々の測定管の横断面を必ずしも変える必要がないからである。

測定管が、貫流方向に対して直角に見て密に配置されていると、つまり測定管により占められた流過横断面ができるだけ小さなスペースに実現されていると、特に有利である。本発明による質量流量計は標準の測定管、つまり円形の横断面を有する測定管の使用下にできるだけ良好なスペース利用を可能にし、いかなる場合でも、唯一つの測定管または２つの測定管しか使用しない質量流量計の場合よりも著しく良好なスペース利用を可能にする。

本発明による質量流量計の特に有利な構成では、測定管が、複数の測定管グループにグループ分けされており、この場合、同一の測定管グループの測定管が機械的に互いに連結されている。この機械的な連結とは、測定管が流入側および流出側で接続部材において互いに離れる方向に延びるか、もしくは互いに合流する方向に延びることにより強制的に生ぜしめられる、測定管の流入側および流出側の連結を意味するものではない。この場合、フランジを備えた接続部材は、測定管を全体的に１つの管路システムに接続することができるようにするために働く。機械的な連結とは、測定管の振動範囲内に設けられている機械的な連結を意味している。同一の測定管グループの測定管の機械的な連結により、測定管は機能的にも互いに対応させられ、そして測定管装置の振動特性は単純化される。

本発明の特に有利な構成では、同一の測定管グループの測定管が、貫流方向でその延在長さに沿って点状に、つまり個々の個所において、機械的に連結されていて、特に振動発生器の支持装置および/または振動ピックアップの支持装置によって互いに連結されている。これにより、測定管グループが、機能的にユニットとして励振可能となり、振動が機能的にユニットである測定管グループから検出可能となることが達成される。測定管振動の励起された固有形状に関連して、測定管グループの個数に応じて、測定管グループ内の測定管の長手方向延在長さにわたって、振動を励起させるための１つまたは複数の振動発生器および/または励起された振動を検出するための１つまたは複数の振動ピックアップを設けることが考えられる。

本発明の別の有利な構成では、同一の測定管グループの測定管が、貫流方向で見てほぼその全延在長さにわたって互い結合されており、つまり特に互いにろう接されているか、または溶接されている。このような機械的な連結により、同一の測定管グループの測定管が、個別の運動のための残留自由度なしに互いに結合されることが達成される。それにもかかわらず、このような配置形式を用いても、コリオリ原理により作動する質量流量計の、短管式または２管式の質量流量計よりも全体的にコンパクトな構造を実現することができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、測定管、あるいはまた測定管グループが、互いにペアになって対応配置されており、各ペアが、それぞれ専用の振動発生器および/または専用の振動ピックアップを備えていることによりすぐれている。これにより、２つの互いに異なる測定管ペアまたは測定管グループペアを互いに独立して別個に励振させ、かつ評価し、特に互いに独立して別個に種々の固有形状で励振させ、かつ励起された振動が相互に重畳することなしに固有形状の振動を互いに別個に評価することが可能となる。

詳細には、コリオリ原理により作動する本発明による質量流量計を形成しかつ改良するための多数の可能性が存在する。これに関しては、特許請求の範囲ならびに以下に説明する本発明の有利な実施例において説明する。

本発明による質量流量計の斜視図である。 図１に示した質量流量計を貫流方向で見た側面図である。 機械的な位置固定部を備えた本発明による質量流量計を示す斜視図である。 同一の測定管グループの測定管同士の間の点状の機械的な位置固定部を備えた本発明による質量流量計を示す正面図である。 図４ａに示した質量流量計の側面図である。 同一の測定管グループの測定管同士の間の一貫して延びる機械的な位置固定部を備えた本発明による質量流量計を示す正面図である。 図５ａに示した質量流量計の側面図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１、図２、図３、図４ａ、図４ｂ、図５ａおよび図５ｂには、コリオリ原理により作動するマスフローメータもしくは質量流量計１の全体またはその一部が図示されている。図面から判るように、それぞれ媒体によって貫流可能である測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられている。これらの測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは１つの振動発生器３によって励振可能であり、この場合、励起された振動は振動ピックアップ４ａ，４ｂによって検出可能である（図３）。図示の質量流量計１は、公知先行技術に基づき知られているように１つの測定管２または２つの測定管２が設けられているだけでなく、２つよりも多い測定管２が設けられていることによりすぐれている。すなわち、本実施例の場合には合計４つの測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられている。

多数の測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにより、質量流量計１を極めてコンパクトに形成することが可能となる。なぜならば、複数の小型の測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを使用することにより全体的には、個々の測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの機械的な特性に不都合な影響を与えることなしに、提供される流れ横断面もしくは流過横断面の増大が得られるので、得られた大きな流過横断面にもかかわらず、質量流量計１の短尺構造が実現可能となる。

２つよりも多い測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを使用することにはさらに、次のような有利な効果がある。すなわち、測定管が、流れ方向に対して直角に見て「密に」配置可能であり、かつ図１〜図３から判るように密に配置されている。「密に」とは、測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの流過横断面が、質量流量計１全体の構造に基づき形成された横断面の大部分を占めることを意味する。たとえば２つの測定管しか使用されない場合には、このようなコンパクトな構造は得られない。

図３〜図５には、測定管２ａ，２ｂならびに測定管２ｃ，２ｄが、それぞれ１つの測定管グループに対応していることが示されている。この場合、それぞれ同一の測定管グループに属する２つの測定管２ａ，２ｂおよび測定管２ｃ，２ｄは互いに機械的に連結されている。上で述べた機械的な連結とは、それぞれ質量流量計１の測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの振動範囲内での機械的な連結を意味する。すなわち、測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの流入側および流出側の移行部材５ａ，５ｂにおける連結を意味するものではない。測定管の振動範囲はほぼ、図１および図３に示した振動節点プレート（Schwingungsknotenplatte）６ａ，６ｂの間に位置している。これらの振動節点プレート６ａ，６ｂは図示の実施例では４つの全ての測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを同様に互いに対して相対的に位置固定している。

機械的な連結は、図３および図４に示した質量流量計１では、同一の測定管グループの測定管２ａ，２ｂおよび測定管２ｃ，２ｄが貫流方向で点状にのみ機械的に連結されるように形成されている。すなわち、本実施例の場合には、同一の測定管グループの測定管２ａ，２ｂおよび測定管２ｃ，２ｄが、振動発生器３の支持装置７と、振動ピックアップ４ａ，４ｂの支持装置８ａ，８ｂとによって機械的に連結されている。支持装置７，８ａ，８ｂはそれぞれ２つの部分に分割されており、この場合、各部分がそれぞれ１つの測定管グループを固定する。すなわち、支持装置７，８ａ，８ｂの一方の半部により、測定管２ａと測定管２ｂとから成る一方の測定管グループがグループ化されており、支持装置７，８ａ，８ｂの他方の半部により、測定管２ｃと測定管２ｄとから成る他方の測定管グループがグループ化されている。支持装置７，８ａ，８ｂのそれぞれ対応する半部は、振動発生器３もしくは振動ピックアップ４ａ，４ｂを介してしか互いに結合されていない。図４ａおよび図４ｂには、それぞれ振動発生器３もしくは振動ピックアップ４ａ，４ｂの支持装置７，８を介して行われる測定管２ａ，２ｂの点状の結合部が正面図および側面図で図示されている。

図５ａおよび図５ｂには、別の有利な実施例が示されている。この実施例では、同一の測定管グループの測定管２ａおよび測定管２ｂが、貫流方向で見てほぼその全延在長さにわたって互いに結合されており、すなわち本実施例では１つのろう接ウェブ９を介して互いにろう接されている。このような構成では、同一の測定管グループの互いにろう接された両測定管２ａ，２ｂが、その全延在長さにわたって互いに位置固定されるので、両測定管２ａ，２ｂは単一ユニットとしてしか運動し得なくなる。

とりわけ図２から良く判るように、４つの測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは貫流方向で見て、その中心点がそれぞれ１つの正方形の各頂点を形成するように配置されている。このことは、質量流量計１の全体的に対称的な構造をもたらし、この場合、測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの長さに関しても、質量流量計１全体の構造により占められた横断面に関しても、構造は極めてコンパクトとなる。この場合、測定管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが互いにほぼ平行に延びていて、真っ直ぐに形成されていることが有利である。

１ 質量流量計
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 測定管
３ 振動発生器
４ａ，４ｂ 振動ピックアップ
５ａ，５ｂ 移行部材
６ａ，６ｂ 振動節点プレート
７ 支持装置
８ａ，８ｂ 支持装置
９ ろう接ウェブ

Claims (5)

1. コリオリ原理により作動する質量流量計であって、励振可能であってかつ媒体によって通流可能もしくは貫流可能な少なくとも１つの測定管（２）と、該測定管（２）の振動を励起させるための少なくとも１つの振動発生器（３）と、測定管（２）の励起された振動を検出するための少なくとも１つの振動ピックアップ（４ａ，４ｂ）とが設けられている形式のものにおいて、少なくとも４つの測定管（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が設けられており、該測定管（２ａ，２ｂ；２ｃ，２ｄ）が、複数の測定管グループ（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）にグループ分けされており、同一の測定管グループの測定管（２ａ，２ｂ；２ｃ，２ｄ）が機械的に互いに連結されており、同一の測定管グループの測定管（２ａ，２ｂ；２ｃ，２ｄ）が、貫流方向で見てほぼその全延在長さにわたって互いに結合されていることを特徴とする質量流量計。
2. 測定管（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が、貫流方向に対して直角に見て密に配置されている、請求項１記載の質量流量計。
3. 測定管（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）または測定管グループ（２ａ，２ｂ；２ｃ，２ｄ）が、互いにペアになって対応配置されており、各ペアが、それぞれ専用の振動発生器および/または専用の振動ピックアップを備えている、請求項１または２記載の質量流量計。
4. ４つの測定管（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が設けられており、貫流方向で見て該測定管（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）の中心点が、１つの方形、正方形または菱形の各頂点を形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載の質量流量計。
5. 測定管（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が、ほぼ互いに平行に延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載の質量流量計。

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