JPH0238819A - コリオリ式質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、コリオリの力を利用して流体の質量１ｆｆｉ
を測定するコリオリ式質僅流爪計に関するものである。

（従来の技術） 特開昭５９−９２３１４号公報に示されるように、コリ
オリの力を利用した質ｆｆｉ　ｉ　ｆｆｉ　：ｉが知ら
れている。

このコリオリ式質Ｉ流１計の測定原理は、流体を回転ま
たは回転振動する曲管を通して流す゛と、この曲管内を
運動する流体質量の速度ベクトルと、曲管の回転または
回転振動の角速度ベクトルとの双方に対して垂直なコリ
オリの力（曲管にねじれを起す力）が生成され、また、
このコリオリの力に基づくたわみの同または力は前記曲
管内の′ＩＩ量流市と一定の関係にあるので、前記コリ
オリの力を何等かの手段によって検出することにより前
記質ｆｆ１ＦＥｆｆｉを測定することができる。

このコリオリ式質量流は計は、回転羽根等の流体に対す
る障害物がないため、高粘度材の流速測定等に対応でき
るなどの利点を有する。

そして、前記公報に記載の質量流量計は、平行に配設さ
れた一側Ｕ形曲管および他ＩＩＩ　Ｕ形曲管の自由や工
間に設けた電磁駆動機構によりコリオリの力の発生に必
要な回転振動を両側のＵ形曲管の自由端に与えながら、
この各曲管の一端から他端に流体を通すと、発生するコ
リオリの力によって両側の曲管が逆方向にねじれるので
、その間の変位量を検出することにより質予流量を測定
するようにしている。

このＵ形曲管のほかにも、コリオリ式質量流量計には、
こま回転に相当する流体回転を得るために、曲管形状と
して、円形、Ｓ字形等の各種形状が工夫されている。

いずれにしても、従来の曲管はステンレス管等の硬材管
を彎曲成形して形成しているので、その曲管自体が振動
系のばね材を構成している。

（発明が解決しようとする課題） 今日、半導体産業等で扱われる化学液に対して用いられ
る管は、フッ素樹脂（商品名テフロン）等の不活性材料
を利用する場合が多いが、この種の管材料は、高速振動
に不利な内部ＩＩＪ擦の大きな軟材であり、管自身のダ
ンピング（減衰率）が大きく、弾性体ではないので、コ
リオリ式質量流量計の曲管としては適さない。

したがって、フッ素樹脂（商品名テフロン）の軟材を使
用せざるを得ない場合は、！１管の内面をフッ素樹脂で
コーティングすることが考えられるが、８Ｉ造的に限界
がある。また、フッ素樹脂等の軟材管を用いて、この軟
材管より１ｑられた振動からコリオリの力による変位成
分を重子回路で分離することも考えられるが、前記ダン
ピングが大きいこともあって技術的に容易でない。

本発明は、樹［の軟材によって形成された曲管の欠点を
カバーし、軟材曲管が有する内部摩擦等のフリクション
を、優切って曲管自身のダンピングを打ち消し得る選択
率の高いメカニカルなフィルタを用いて、コリオリの力
に基づく回転振動成分を明確に検出できるＮ吊流伝計を
提供することを目的とする。

（発明の構成） （′３題を解決するための手回） 請求項１の発明は、第１袖１２を中心にループ状に形成
された曲管１３が、第１＠１２に直角の第２軸２２登中
心に回転振動されているときに、曲管１３に被測定流体
が流された場合に前記第１軸１２および第２軸２２に直
角の第３軸２５を中心に生ずるコリオリの力に基づく回
転振動を検出して前記流体の質量流ｌを測定するコリオ
リ式質量流量計において、曲管１３を支持する部材とし
て、第２軸２２となり得る運動方向性をもったばね部材
２３と、第３＠２５となり得る運動方向性をもったばね
部材２６とによって楕成さ机たメカニカルなフィルタ２
１がａ２　【−ｊられ、曲管１３に対し第２軸２２を中
心とする回転振動を与える加振器３１が設けられ、第３
軸２５を中心とする回転振動を検出する位置にセンサ５
１が設けられたコリオリ式ｆｆｆｆ１流悉計である。

請求項２の発明は、請求項１のコリオリ式質量流量計に
おいて、曲管１３として、外巻チューブコイル１３０お
よび内部チューブコイル１３ｉが連続的に構成され、そ
の一方のチューブコイルの基端部に形成された流体導入
部１４と他方のチューブコイルの基端部に形成された流
体導出部１５とがベース１１に固定され、各チューブコ
イル１３ｏ　、　１３ｉの固定された流体導入部１４お
よび流体導出部１５の近傍が粗巻され、この粗巻部分１
３ｒに対して各チューブコイルの先端側の複数巻部分が
密接巻かつ一体化され、この茫接浮部分１３ｃに対し加
振器３１が設けられたものである。

（作用） 請求項１の発明は、加振器３１により駆動される方向の
回転振動と、センサ５１により検出されるコリオリの力
に基づく回転振動とを、ばね部材２３゜２６によって分
離するメカニカルなフィルタ２１を用いることで、セン
サ５１により検出される情報が上質化され、コリオリの
力に基づく信号が明確化される。さらに、曲管１３自身
が高速振動に不利な内部１１擦大の軟材であっても、そ
の曲管１３をばね部材２３．２６によって支持した振動
系は、共振点を超える定常周波数でおいて、振動学にて
知られているように、曲管自身の内部摩擦等のフリクシ
ョンを振切って、曲管自身のダンピングを打消す。

請求項２の発明は、外巻チューブコイル１３゜および内
部チューブコイル１３ｉの粗巻部分１３ｒが３自由度を
持つので、一体止された密接巻部分１３ｃは、ベース１
１に固定された流体導入部１４および流体導出部１５に
対し、あらゆる方向に動き得る。

そして、前記密接巻部分１３ｃが加振器３１により第２
軸２２を中心に回転撮動された状態で、連続的に構成さ
れた外巻および内部チューブコイル１３０゜１３＋に流
体が導入されると、前記密接巻部分１３ｃは第３軸２５
を中心とする回転振動を開始するので、この回転振動を
センサ５１で検出して、曲管１３内の質量流量を計測す
る。

（実施例） 以下、本発明を図面に示される実施例を参照して詳細に
説明する。

第１図および第２図に示されるように、ベース１１に第
１軸（２軸）１２を中心にループ状に形成された曲管１
３が取付られている。この曲管１３は、フッ素樹脂（商
品名テフロン）等の軟材チューブによって成形された外
巻チューブコイル１３０と内部チューブコイル１３ｉ　
とが連続的に構成され、その一方のチューブコイル１３
ｏの基端部に形成された流体導入部１４と他方のチュー
ブコイル１３ｉの基端部に形成された流体導出部１５と
が前記ベース１１に固定されている。この流体導入部１
４および流体導出部１５は逆にしてもよい。さらに、各
チューブコイル１３ｏ　、　１３ｉの固定された流体導
入部１４および流体導出部１５の近傍が粗巻され、粗巻
部分１３ｒが形成され、また、各チューブコイル１３ｏ
　、　１３ｉの先＃ｉｉ側の複数巻部分が密接巻され、
かつろう付けによって一体化され、そのろう付は部１６
によって一体化された密接巻部分１３ｃに対しディスク
ブレーｊ・１７が嵌合されている。前記外巻チューブコ
イル１３ｏおよび内部チューブコイル１３ｉは、別個に
形成された大径チューブコイルおよび小径チュ−ブコイ
ルを管継手によって接続してもよいし、１本のチューブ
を大径コイルから小径コイルに連続形成してもよい。

前記チューブコイル１３ｏ　、　１３ｉからなる曲管１
３を支持する部材としてメカニカルなフィルタ２１が設
けられている。このメカニカルなフィルタ２１は、前記
第１軸（Ｚ＠）１２に直角の第２軸（Ｙ軸）２２となり
得る運動方向性をもった逆Ｕ形板ばね部材２３の一側部
が前記ディスクプレー１−１７に溶接付けされ、この板
ばね部材２３の他側部が振動板２４に溶接付けされ、こ
の振動板２４と前記ベース１１との間に、舶記第１軸１
２および第２軸２２に直角のＭ３軸（ＸＩ）２５となり
得る運動方向性をもった平板ばね部材２６が溶接付けさ
れたものである。

さらに、第１図に示されるように、曲管の密接巻部分１
３ｃに対し第２軸２２を中心とする回転振動を与える加
振器３１が設けられている。この加振器３１は、前記ベ
ース１１に一体に被嵌されたカバー３２に電動モータ３
３が取付けられ、このモーフ３３の回転軸３４に円板３
５が一体に設けられ、この円板３５の偏心位回に偏心ビ
ン３６が一体に形成され、一方、前記カバー３２に一対
のスラスト軸受３７が取付けられ、この軸受３７によっ
て一本のロッド３８が上下動自在に嵌合保持され、この
ロッド３８の中央部に一体に横設された凹形レール３９
に前記偏心ビン３６が摺動自在に嵌合され、さらに、前
記ディスクプレート１７の中央部に溶接付けされた板ば
ね４０の先端がビン４１によってロンド３８の取付板４
２に軸着されている。

この加振器３１は、前記電動モータ３３によってビン３
６が偏心回転すると、このビン３６と凹形レール３９と
の間で摺動をともないながらロンド３８が上下旬し、そ
してビン４１を介して板ばね４０の先端を上下方向に高
速で往復動する。この作動によって、ディスクプレート
１７および密接巻部分１３ｃは、逆Ｕ形板ばね部材２３
の上端部に位置する第２軸２２を中心に回転振動する。

なお、前記板ばね４０は、定位置で上下動されるロンド
３８に対してディスクプレー１〜１７の第３軸２５を中
心とする回転振動を可能にづ゛るものである。

第２図に示されるように、第３軸２５を中心とする回転
振動を検出する位置にセンサー５１が設けられている。

すなわち、Ｍｊ記ベース１１に一対の近接センサ５１が
取付けられ、この近接センサ５１の検出端が間隙５２を
介して前記振動１ｆｉ２４に対向されている。この近接
センサ５１としてはインダクタンスの変化を利用して前
記間隙５２を測定するもの、渦電流の変化を利用して前
記間隙５２を測定するものなどが良く知られている。

次に、第１図および第２図に示された実施例の作用を説
明する。

第１軸（Ｚ軸）１２を中心にコイリングされた曲管１３
の粗巻部分１３ｒが３自由度を持つので、体止された密
接巻部分１３ｃは、ベース１１に固定された流体導入部
１４および流体導出部１５に対し、あらゆる方向に動き
得る。そして、前記密接巻部分１３ｃが加振３３１によ
り第２軸（Ｙ軸）２２を中心に回転振動されているとき
に、連続的に構成された外巻および内容デユープコイル
１３ｏ　、　１３ｉに被側定流体が導入されると、前記
密接巻部分１３ｃは第３軸（Ｘ軸）２５を中心にコリオ
リの力（Ｔｘ＝Ωｙ・Ωｚ−１ｚ）に基づく回転振動を
開始するので、この回転振ａｔセンサ５１で検出して、
デユープコイル１３ｏ　、　１３ｉ内流体の質量流量を
シ（測する。ΩｙはＹ＠回りに駆動される回転振動の角
速度、ΩＺはＺ軸回りに旋回する流体の角速度、Ｉ′１
はＺ＠回りに旋回する流体の慣性モーメン１−である。

センサ５１で検出されるＸ軸回りの回転振動の振幅のＸ
と１曲管１３内流体の質量流ｆｆ１Ｇとの間には次の式
であられされる関係が知られているので、センサ５１か
ら得られるＸ軸回りの回転振動に関する情報によって前
記質量流量Ｇが（′１られる。

Φｘ−２，ｙｒＲ・ΩＶ−Ｇ（Φｙ、’ｋｘ＜１−Ｑｙ
／Ωｘ　　＞）ｅｘａ（ｊ・ΩＶ　−Ｔ）Ｒは曲管１３
のループ半径（外きおよび内存チューブコイル４３０　
、１３ｉの平均１ａ）、ｋｘｔＪ板ばね部＋４２６がＸ
軸回りに変形する曳合のばね定数、Ωｘｉ、ｔＸ軸回り
に検出される回転振動の角速度、ΦｙはＹ軸回りに駆動
される回転振動の振幅、ｊ−ヤ・−１、王は時間である
。

このような質量流ｆの計測において、曲管１３が高速振
動に不利な内？！＞１！凛大の軟材（フッ素樹脂）ぐあ
っても、その曲管１３が選択率（運動方向性）の高い板
ばり部材２３．２６によって支持された振動系は、共振
点を超える定常周波数において、曲管１３（持に粗巻部
分１３ｒ）の内部７膿等のフリクシコンを振切って（軟
祠管の内部抵抗をほぼＯにして）１曲管１３自身のグン
ビング（減衰゛ｖ）を打消し得るメリットがあるので、
そのような点を１’；　ｐｌ　シて加振器３１を駆動す
る。このように共振点以上の定常周波数によって振動系
のノイズを振切ることかできることは、ソフトタイプ（
柔構造）のボイルバランサにおいて実証されている。な
Ｊ３、密接巻部分＋３ｃは、ろう付は部１６によって一
体化されているので、その部分だけを見れば前記内部摩
擦の問題はない。

また、この加振３３１により駆動されるＹ＠回りの回転
振動と、センサー５１により検出されるＸ　ｌｌ（１１
回りのコリオリの力に基づく回転振動とを、選択率（運
動方向性）の高い板ばね部材２３．２６等からなるメカ
ニカルなフィルタ２１によって分離することにより、セ
ンサ５１によって検出されるコリオリの力に関する情報
が上質化され、コリオリの力に基づく信号区分が明確化
される。したがって、機械的に良いＳＮ比が得られる。

次に、第３図に示された加振器６１は前記加振器３１の
変形例であり、前記ディスクプレート１７に取付けられ
た板ばね４０の先端部に可動鉄芯６２が一体に設けられ
、この可動鉄芯６２の上側および下側に、それぞれ励磁
コイル６３および固定鉄芯６４が設けられている。そう
して、上下の励磁コイル６３に通電を行ない、上下の固
定鉄芯６４で可動鉄芯６２を交互に引合い、板ばね４０
の先端部を・上下方向に振動さけ、第２軸２２を中心と
する回転振動を発生させる。

第４図に示されたばね部材７１は、萌記板ばね部材２６
の変形例であり、このばね部材１１は、円盤本体７２の
両側部に複数の切込溝７３を設けたものであり、その両
側の切込溝１３の間に形成された薄肉部７４が板ばねと
して機能する。

（発明の効果） 請求項１の発明によれば１曲管自身では高速Ｎ＆初に不
利な内部摩擦の大きな軟材であっても、そのダンピング
を打消し青る選択率の高い２方向のばね部材からなるメ
カニカルなフィル・りによって曲管を支持したから、こ
の曲管が化学液等の取板いで使用されるフッ素樹脂等の
軟材であっても、振動系における共振点より高い定常周
波数を使用して内部ｆ！！擦等のフリクシ３ンを振切っ
て（はぼ０とする効果を利用して）、コリオリの力に関
する信号を取出すことができる。また、メカニカルなフ
ィルタを通して纏械的にコリオリの力に関する情報を上
質化でき、良いＳＮ比が１７られるので、コリオリの力
に関する情報を電子回路で分離する必要がない。

請求項２の発明によれば、外巻チューブコイルおよび内
存チューブコイルに形成された！比容部分で大きな慣性
モーメントを得ることができ、この密接巻部分を粗巻部
分によって自由に彷かぜるようにすることによって、前
記メカニカルなフィルタを通してコリオリの力にもとづ
く回転振動を顕著に取出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコリオリ式買吊流量計の一実施例を示
す断面図、第２図はそのばね部材の取付構造を示す斜視
図、第３図は加Ｉ辰器の変形例を示す断面図、第４図は
ばね部材の変形例を示づ斜視図である。 １１・・ベース、１２・・第１軸、１３・・曲管、１３
０　・・外巻チューブコイル、１３ｉ　　・・内巻゛Ｌ
ユーブコイル、１３ｃ　・・密接−巻部分、１３ｒ　・
・粗巻部分、１４・・流体導入部、１５・・流体導出部
、２１・・メカニカルなフィルり、２２・・第２軸、２
３゜２６・・ばね部材、２５・・第３軸、３１・・加振
器、５１・・センサ。 ｎＲ和６３年７月２８日 発　　明　　名 伊 藤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１軸を中心にループ状に形成された曲管が、第
   １軸に直角の第２軸を中心に回転振動されているときに
   、曲管に被測定流体が流された場合に前記第１軸および
   第２軸に直角の第３軸を中心に生ずるコリオリの力に基
   づく回転振動を検出して前記流体の質量流量を測定する
   コリオリ式質量流量計において、曲管を支持する部材と
   して、第２軸となり得る運動方向性をもったばね部材と
   、第３軸となり得る運動方向性をもったばね部材とによ
   って構成されたメカニカルなフィルタが設けられ、曲管
   に対し第２軸を中心とする回転振動を与える加振器が設
   けられ、第３軸を中心とする回転振動を検出する位置に
   センサが設けられたことを特徴とするコリオリ式質量流
   量計。
2. （２）曲管として、外巻チューブコイルおよび内巻チュ
   ーブコイルが連続的に構成され、その一方のチューブコ
   イルの基端部に形成された流体導入部と他方のチューブ
   コイルの基端部に形成された流体導出部とがベースに固
   定され、各チューブコイルの固定された流体導入部およ
   び流体導出部の近傍が粗巻され、この粗巻部分に対して
   各チューブコイルの先端側の複数巻部分が密接巻かつ一
   体化され、この密接巻部分に対し加振器が設けられたこ
   とを特徴とする請求項１記載のコリオリ式質量流量計。