JP5922293B1 - コリオリ式質量流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量の測定管を使用し、小型化が可能で安価なコリオリ式質量流量計を提供する。【解決手段】測定管１１の曲管部１１ａには、係止部１１ｄが付設され、この係止部１１ｄの先端には孔部１１ｅが穿けられ、孔部１１ｅの外側の内壁面には円錐凹部が設けられている。この孔部１１ｅには保持部１２の環状の引寄部材１２ａが係合されており、円錐凹部に対向する引寄部材１２ａの内壁面には円錐凹部に当接するピボット針１２ｂが当接されている。引寄部材１２ａの他端は、弾性部材１２ｃにより固定部１３側に引き寄せられている。【選択図】図２

Description

本発明は、測定管の形状を保持するコリオリ式質量流量計に関するものである。

コリオリ式質量流量計とは、速度Ｖで回転振動系の回転中心に向かう、又は回転中心から離れる質量ｍの質点に働くコリオリ力が、質量ｍと速度Ｖの積に比例することから、コリオリ力を測定して質量流量を求める方式の流量計である。

コリオリ式質量流量計は差圧式、電磁式、容積式などの流量計と比較すると、直接的に質量流量が得られること、摩耗などを起こす機械的可動部分がないこと、保守性に優れていること、そして原理上、測定管の振動数の計測から密度が計測できることなどの数々の優れた特長を有している。

例えば、特許文献１には図６に示すように、Ｕ字形測定管を用いたコリオリ式質量流量計が開示されている。測定管は１本のＵ字形測定管１で構成され、取付フランジ２ａ、２ｂを介して固定された点を中心にして、片持ち梁状のＵ字形測定管１は加振した共振周波数で上下に振動を繰り返す。

この測定管１内に流入した測定流体は、入口からＵ字の曲がり部に向かって流れる際に、測定管１に対する速度によりコリオリ力が生じ、測定管１に歪を与え、曲管部から出口に向かって流れる際は、コリオリ力により逆方向の歪を与え振動となる。

測定管１のＵ字形を成す先端には振動子３が設けられ、曲がり部の両側の測定管１には変位検出センサ４ａ、４ｂがそれぞれ取り付けられている。

測定管１に測定流体を流し、振動子３を駆動し測定管１を加振する。振動子３の振動方向の角速度ω、測定流体の流速νとすると、Ｆｃ＝−２ｍω×νのコリオリ力が働き、このコリオリ力Ｆｃに比例した振動の振幅を変位検出センサ４ａ、４ｂで検出し、演算を行えば質量流量が測定できる。

特開平３−４１３１９号公報

しかし、この従来例のコリオリ式質量流量計では、測定管１内に測定流体が充満しても、例えばＵ字状部分が自重などで垂れ下がるなどの変形による測定誤差が介入しないように、測定管１には通常は金属管が使用されている。しかし、金属管の加工は難しく、加工により同一特性の金属管を揃えることは困難であり、使用に際してはその支持構造が大型となり重量も大となり、価格も高価となる。

また、例えば半導体製造装置等で使用する腐蝕性液体を測定する場合には、耐蝕性が大きなフッ素樹脂管等を使用せざるを得ないが、合成樹脂管の使用により測定管の加工性が有利で軽量化ができる反面で、変形を少なくし振動に対する剛性を大きくした支持構造が必要となる。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、測定管を１点において保持し、小型化が可能で安価なコリオリ式質量流量計を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るコリオリ式質量流量計は、測定流体を一方向に流通する測定管と、該測定管に対し所定の位置に配置した固定部と、弾性部材を有し該弾性部材により前記固定部に連結した保持部と、前記測定管に振動を与える加振駆動部と、前記測定管の往き管と戻り管の２個所において前記測定管の変位を検出する変位検出部とを有するコリオリ式質量流量計であって、前記保持部は、前記測定管を一点で前記固定部に弾性的に引き寄せることにより前記測定管を保持するようにしたことを特徴とする。

本発明に係るコリオリ式質量流量計によれば、測定管を１点において弾性的に引き寄せて保持することにより、測定管が自重などで変形することなく、発生したコリオリ力を基に安定して流量を測定できる。

実施例１のコリオリ式質量流量計の斜視図である。 側面図である。 要部の拡大断面図である。 温度測定部の構成図である。 実施例２の要部の拡大斜視図である。 従来例のコリオリ式質量流量計の斜視図である。

本発明を図１〜図５に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施例１のコリオリ式質量流量計の斜視図、図２は側面図である。このコリオリ式質量流量計は主として、測定流体を一方向に流通する測定管１１と、測定管１１の１点を保持するために、測定管１１を保持する保持部１２と、保持部１２に引き寄せる固定部１３と、測定管１１を加振する加振駆動部１４と、測定管１１の変位を検出する変位検出部１５と、測定流体の温度を測定する温度測定部１６とから成り、これらの機構に対し検出信号、制御信号を入出力し、測定流体の流量を演算する図示しない演算制御部とから成っている。

測定管１１は合成樹脂管の例えばフッ素樹脂管から成り、直径が例えば３．２ｍｍで、中央部にＵ字状の曲管部１１ａを有している。なお、測定流体が腐蝕性を有していなければ、測定管１１はフッ素樹脂管でなくとも通常の合成樹脂管であってもよい。しかし、測定管１１は振動を十分に伝達可能とする硬度の弾性係数を有し、柔軟でない材質が必要である。測定管１１の径は１例であり、任意の径の測定管１１を使用できることは勿論である。

測定管１１の曲管部１１ａを境界とする往き管１１ｂと戻り管１１ｃの平行な２個所は、基板１７上に配置されたハウジング１８に挟着されることにより、測定管１１は固定されている。

図３に示す要部の拡大断面図のように、測定管１１の曲管部１１ａには、係止部１１ｄが付設され、この係止部１１ｄの先端には角孔状の孔部１１ｅが穿けられ、孔部１１ｅの外側の内壁面には円錐凹部１１ｆが設けられている。

この孔部１１ｅには保持部１２の角環状の引寄部材１２ａが係合されており、円錐凹部１１ｆを向く内壁面には円錐凹部１１ｆに先端が当接する針状部材であるピボット針１２ｂが設けられている。そして、引寄部材１２ａの他端は、コイルばね等から成る弾性部材１２ｃにより固定部１３側に弾性的に引き寄せられている。なお、係止部１１ｄ、引寄部材１２ａは金属製でも合成樹脂製でもよいが、耐久性を考慮すると、少なくとも円錐凹部１１ｆ、ピボット針１２ｂは金属製であることが好ましい。

引寄部材１２ａは図示しない２つ以上の部品から成り、孔部１１ｅに引寄部材１２ａの部品を挿入した後に、溶接、接着、ボルト等を介して１つの部品としている。

そして、ピボット針１２ｂの先端が円錐凹部１１ｆの底部に当接することにより、ピボット針１２ｂの先端の１点で係止部１１ｄを引き寄せることができる。なお、この保持位置は測定管１１の往き管１１ｂ、戻り管１１ｃに作用するコリオリ力の中心位置であり、しかも１点保持であるので、コリオリ力に大きな影響を与えることはない。

また、係止部１１ｄの下側には、加振駆動部１４の一部として機能する加振体１４ａとして、永久磁石が磁極面を下方向に向けて取り付けられている。加振体１４ａの下方の基板１７上には電磁石である電磁コイル１４ｂが設けられ、加振体１４ａと磁気的に共働して加振駆動部１４とされている。

電磁コイル１４ｂの鉄心１４ｃに巻回したコイル１４ｄに、電流の方向を切換えながら通電し、鉄心１４ｃの端部から発生する磁束の方向を切換えることにより、加振体１４ａに対し磁気吸引力、磁気反発力を繰り返して作用し、加振体１４ａ、係止部１１ｄを介して測定管１１に非接触で所定の振動を加振する。

なお、この振動は測定管１１の左右対称の中心位置に加えることが好ましい。また、振動数は測定管１１中に測定流体を充満した状態における測定管１の共振周波数、或いはその整数倍とされ、通常はオートチューニングより求められた数１０〜数１００Ｈｚであり、測定管１１の弾性係数、形状、測定流体の種類によって異なる。

なお、加振駆動部１４による加振量は微少であるので、測定管１１が保持部１２により保持されていても、測定管１１を加振することができる。また、加振体１４ａは永久磁石以外にも鉄、コバルト、ニッケル、これらの合金から成る強磁性体であってもよい。なお、加振駆動部１４には電磁コイル１４ｂ以外の他の加振駆動機構を使用することも可能である。

流量測定中の測定管１１の加振による変位の大きさを測定するために、測定管１１の平行部分の往き管１１ｂ、戻り管１１ｃの２個所には、光センサによる変位検出部１５が配置されている。測定管１１には光反射部１５ａがそれぞれ取り付けられ、光反射部１５ａの下方の基板１７上には、送受光部１５ｂがそれぞれ配置されている。

この変位検出部１５では、送受光部１５ｂからの光ビームを光反射部１５ａに向けて送光し、その反射光を送受光部１５ｂで受光して、反射光の位置ずれを検出する。この位置ずれにより送受光部１５ｂから光反射部１５ａまでの距離、つまり送受光部１５ｂからの往き管１１ｂと戻り管１１ｃへの距離をそれぞれ測定し、往き管１１ｂと戻り管１１ｃにおけるねじれ量に相当する量を演算制御部で時間差検出により求める。そして、これらの検出量を基に流量を求めるが、その演算方式等は公知なのでその説明は省略する。

なお、この変位検出部１５は位置ずれ検出方式により距離を測定しているが、ぼけ検出方式、光干渉方式等により距離を検出してもよい。また、光検出方式の代りに、例えば電磁式の変位検出器等に代えることもできる。しかし、光検出方式は測定管１１に対して力を作用することがないので、微小なコリオリ力に影響を与えることがなく、精度の良い流量測定ができる。

測定管１１の下方の基板１７上には、測定管１１の温度を測定する温度測定部１６が配置されている。測定管１１は測定流体の温度によって、温められたり冷やされると弾性係数が変化して、測定管１１の共振振動数やねじれ面が微妙に変化するので、これらを補正するために測定管１１の温度を測定する。なお、この測定流体の温度はこのコリオリ式質量流量計以外の他の個所において測定していれば、この温度測定部１６を用いて温度を測定する必要はない。

図４は温度測定部１６で使用される赤外線放射温度計の構成図を示し、温度測定部１６はレンズ光学系１６ａと温度検知素子１６ｂとを有している。レンズ光学系１６ａは赤外光を測定管１１の表面と温度検知素子１６ｂとを共役としている。温度検知素子１６ｂは図示しない光学フィルタを介して測定管１１の表面温度に依存する赤外線を検知して表面温度を求める。なお、実施例においては、このコリオリ式質量流量計をカバーで覆って内部を暗室としているので、周囲の外光が温度測定における外乱となることはない。

なお、本実施例１においては、測定管１１は水平に配置しているが、垂直方向に配置してコリオリ力を検出し易いようにすることもできる。

図5は実施例２の要部拡大斜視図であり、実施例1と同一の符号は同一の部材を示している。測定管１１に付設した係止部１１ｄの先端には、金属製の半円弧状のリング部材１１ｇが突出されている。リング部材１１ｇの最先端には、コイルばねなどから成る弾性部材１２ｄを１点において接続することにより、固定部１３に連結されている。

このような構成の実施例２においても、測定管１１はリング部材１１ｇ、弾性部材１２ｄにより、１点において固定部１３側に弾性的に引き寄せられて保持される。

なお更に簡便には、係止部１１ｄを使用せずに、測定管１１の曲管部１１ａに針金等を結んで弾性的に引き寄せることもできる。この場合には、測定管１１に対する加振は、実施例１以外の手段により行えばよい。

本発明は実施例以外の直管方式を含む種々の形状の測定管を使用するコリオリ式質量流量計に適用することができる。また、測定管が金属製であっても、測定管を１点において引き寄せることにより保持できるので、剛性の大きな支持構造を使用せずに済み、価格的に有利である。

１１ 測定管
１１ａ 曲管部
１１ｂ 往き管
１１ｃ 戻り管
１１ｄ 係止部
１１ｅ 孔部
１１ｆ 円錐凹部
１１ｇ リング部材
１２ 保持部
１２ｂ ピボット針
１２ｃ、１２ｄ 弾性部材
１３ 固定部
１４ 加振駆動部
１４ａ 加振体
１５ 変位検出部
１５ａ 光反射部
１５ｂ 送受光部
１６ 温度測定部
１６ａ レンズ光学系
１６ｂ 温度検知素子
１７ 基板
１８ ハウジング

Claims (7)

1. 測定流体を一方向に流通する測定管と、該測定管に対し所定の位置に配置した固定部と、弾性部材を有し該弾性部材により前記固定部に連結した保持部と、前記測定管に振動を与える加振駆動部と、前記測定管の往き管と戻り管の２個所において前記測定管の変位を検出する変位検出部とを有するコリオリ式質量流量計であって、前記保持部は、前記測定管を一点で前記固定部に弾性的に引き寄せることにより前記測定管を保持するようにしたことを特徴とするコリオリ式質量流量計。
2. 前記測定管には前記弾性部材を係止するための係止部を付設したことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ式質量流量計。
3. 前記保持部は前記係止部の前記１点を針状部材により引き寄せるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のコリオリ式質量流量計。
4. 前記係止部には前記針状部材の先端が当接する円錐凹部を設けたことを特徴とする請求項３に記載のコリオリ式質量流量計。
5. 前記測定管の保持は前記往き管と前記戻り管との境界に設けた曲管部に対して行うようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコリオリ式質量流量計。
6. 前記係止部は前記測定管の曲管部に付設したことを特徴とする請求項５に記載のコリオリ式質量流量計。
7. 前記係止部に永久磁石又は強磁性体から成る加振体を付設し、前記加振駆動部の電磁コイルにより前記加振体を介して前記測定管を所定の周波数で加振するようにしたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のコリオリ式質量流量計。

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