JPH03134521A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般に質量流量計に関し、特に２重ループを
有する螺旋状に巻いた流体管中に測定すべき流体を流す
ようにしたコリオリ型メータに関するもので、その２重
ループは音叉として働き。

その音叉の歯は質量流量の関数としてねじり振動をする
ように、自由に逆位相で振動可能となっている。

［従来の技術］ 従来、質量流量メータは、単位時間当たりに導管に流れ
る液体の質量を測るための計器である。

この目的のための大抵の計器は、直接に質量を測定して
いるのではなくてむしろその質量を推定し得る量を測定
している。即ち、圧力、温度及び他のパラメータを考慮
し、容積流量計を用いて質量流量を測定することができ
る。

コリオリ型質量流量メータは、質量流量に直接比例した
出力を提供し、それによって圧力、温度。

密度及び他のパラメータを測定する必要性を省いている
。このような型のメータでは、流れる流路に障害物はな
く、その計器の精度は、流量センサ内に作られる腐食、
浸蝕、又は垢による影響を受けない。

ロス氏の米国特許番号３１３２５１２号には。

共振周波数で振動している１つの流れループが。

そのループ内の液体流と共に変化するトルク軸の周りに
振動させられるようなコリオリ型質量流量メータが開示
されている。コイルトランスジューサを動かすことによ
ってこのねじり振動を感知している。

コックス氏等の米国特許番号４１２７８２８号及び４１
９２１８４号は、音叉の歯の如く振動するように配列し
た２つのＵ形状の流れループを有するコリオリ型メータ
を開示している。これらのループを通過する流体の質量
に応じたこれらのループのねじれ振動を、光検知器で検
知している。

スミス氏の米国特許番号４２２２３３８号においては、
複数の電磁センサがＵ形状の管の振動する動作を現す線
形アナログ信号を出力している。

電磁センサは、スミス氏等の米国特許番号４，４９２０
２５号においても、使用されており、質量を測定すべき
流体に、音叉の歯として作用する２つの平行Ｕ形状の管
中を直列に流されるようになっている。

２重ループコリオリ型メータは音叉として作用するから
、これらの２つのループを振動させるのに必要な最小の
力は、これらの固有周波数のときである。２つのループ
がこれらのループがこれらのループの接合部の固定具に
関して音叉として振動する時、２つのループは、最小の
間隔と最大の間隔を交互に持つように、引き合いまた分
離する。

従って、一方のループに対する角速度ベクトルは、他方
のループに対する角速度ベクトルと常に逆向きになる。

そして、２つのループを通る流れは同じであるから、そ
れらのループは、逆向きの角速度ベクトルにより逆向き
のトルクを受ける。

この結果、２つのループは、接近と離間が交互に起るよ
うにねじられる。

２重ループの音叉形状はまた。並列関係にある２つの単
ループよりも安定に動作する。その理由としては、質量
流量が２つのループに共通しており、２つのループの流
れを均一に分けることに依存していないからである。こ
の結果として、動的にバランスの取れた一対のループと
なり、実質的には外部振動力に対して感度を減少できる
。

しかしながら、この音叉のループは、入力部及び出力部
ばかりでなく２重ループの接合部である中心で固定され
ているため、ループの変形が強く制御される。その結果
、従来の速度センサは１質量流量計器用の正確な信号を
提供するのに十分には感度が良くない。

この欠点に鑑みて、ヘルツル氏の米国特許４゜７４７．
３１２には、測定されるべき流体を、２重ループを形成
するように巻かれているバイブを通じて導くようにした
コリオリ型質量流量計を示している。そのバイブは、静
止フレームにその入力端及び出力端とその中央部で固定
される。その中央部は、２重ループの接続部であって、
固定された中央部の両側にある同一ループがねじればか
りでなく自由に振動する歯として、動作する音叉を構成
している。

２重ループの頂点に据え付けられた電磁駆動器は、ルー
プを音叉の固有振動数で逆位相に振動させるために電気
的に付勢される。２重ループを通過する流体は、コリオ
リ力を受け、それによって振動ループを流体の質量流量
に従ってねじり振動させる。容量センサは、左右対称に
各ループに取り付けられていて、ねじり振動の振幅に依
存する大きさ及び位相の相違する信号を与える。これら
の信号は差動増幅器に印加され、そこから流体の質量流
量に比較する出力が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ ヘルツルの２重ループ計は、メーターの性能において重
大な欠点を呈する。ヘルツルのメーターにおいて２２重
ループは、これが３点、即ち、その入力端及び出力端と
、２重ループを形成する２つのループの接合部で静止フ
レームに支持される。

従って、２重ループは、フレームを振動させたり、ねじ
りや曲げモーメントを生じさせるような外力に敏感に感
応してしまう。

このような欠点に鑑みて１本発明の第１の目的は、効率
よく、信頼性があり、正確に作用する２重ループ型のコ
リオリ型質量流量計を提供することにある。

本発明の特別の目的は、２重ループが音叉して。

固有共振周波数で振動を起し、しかも流量計のサポート
構造に対して、浮動する剛体バーに３点で接続され、こ
れによって外部力から２重ループを有効的に絶縁するこ
とができる質量流量計を提供することにある。

本発明の他の目的は、螺旋形状に巻いた流体管が２重ル
ープばかりでなく、その２重ループの両側に剛体バーと
２重ループを外部力から絶縁するバネとして作用するア
イソレーションループを備えている上述の型の質量流量
計を提供することにある。

本発明は、また、２重ループ及びアイソレーションルー
プが、接合部のない単一長管によって構成される上述の
型の質量流量計を提供することを目的とする。

さらに１本発明は、２重ループとこの２重ループの両側
にあるアイソレーションループを構成する螺旋体が、こ
の螺旋体の長さ方行の軸に沿って伸びるアイソレーショ
ンループの人力及びアイソレーションループの出力部を
有し、それによってこの質量流量計の校正における外部
力の影響を減少させるとともに、垂直に伸びるバイブラ
インに設置される時に自動排水のできるようにしたコリ
オリ型の質量流量計を提供することを目的とする。

Ｃ課題を解決するための手段コ 手短に言うと、これらの目的は、　１ｌｌｊ定すべき流
体を流す管を、２重ループを構成する同一測定ループ対
と、その両側のアイソレーションループを有する螺旋体
を作るように巻回して構成したフリオリ型の質量流量計
によって達成される。流体はアイソレーションループの
一つの入力部に流入され、他のアイソレーションループ
の一つの出力部から流出される。螺旋体は、一端にアイ
ソレーションループの入力部が固定された流入口と、他
端にアイソレーションループの出力部が固定された流出
口とを有するサポート構造と同心的に配される。

ヘリックスの軸に平行に、剛体バーが、各測定ループの
接合部及び測定ループとアイソレーションループとのそ
れぞれの接合部に接続されており。

それにより、アイソレーションループが、剛体バー及び
２３１ループを外部力から有効的に絶縁するためのバネ
として作用する。測定ループは音叉の歯として作用して
、逆位相で振動するように励起される。２重ループを通
過する流体は、コリオリ力を受け、それによって、流体
の質量流量に応じて測定ループをねじり振動させる。測
定ループ上に搭載されたセンサから、ねじれ振動の関数
の振幅と位相への差を有する信号が出力される。この信
号は差動アンプに入力され流体の質量流量に比例する出
力が得られる。

即ち２本発明によれば、アイソレーションループを両側
に配して、それらの間に２重ループを形成する一対の隣
接した同一の測定ループを有する螺旋体を構成するため
の螺旋形状に巻かれた流路管と、測定される流体を流入
させる前記アイソレーションループの一方への入力部を
接続した流入口を一端に有し、前記流体が流出される他
方のアイソレーションループの出力部を接続した流出口
を他端に有し、前記螺旋体と同軸に支持されるサポート
構造と、各測定ループの接合部及びそれと連結されたア
イソレーションループとのそれぞれの接合部に結合され
、これによって前記アイソレーションループを前記２重
ループと伴に外部力から有効的に絶縁するためのデカッ
プリングバネとして作用させるための剛体バーと、音叉
の歯として、逆位相で振動するように前記測定ループを
励起させて、これらの測定ループを介して流れる流体に
、このループをねじれ振動させるコイオリ力を加えるた
めの手段と、前記ねじり振動を感知して質量流量の表示
信号を出力する手段とを有することを特徴とするコリオ
リ型質量流量計が得られる。

［実施例］ 第１図を参照すると１本発明に係る実施例のコリオリ型
の質量流量計が示されている。この質量流量計は、参照
番号１０で一般的に示されている流路管を含んでいる。

流路管１０は、　ＤＩ定される流体と反応することなく
、かつ流体圧力に耐えることが可能なステンレス鋼又は
その他の材料からなる単一長の管から形成されている。

流路管１０は、一連のループによって構成される螺旋体
に巻かれている。この螺旋体は、一対の隣接した同一の
測定ループＩＯＡ及びＩＯＢで２重ループを形成し１両
側にアイソレーションループＩＯＣ及び１０Ｄを形成し
ている。

この螺旋体は、一端が流入口１２と他端が流出こう１３
とを有する円筒状の、サポート構造１１と同心に配置さ
れている。測定される流体を流入させる流路管のアイソ
レーション環１０Ｃへの人力部は、流入口１２に溶接又
は他の手段によって接続される一方、その流体を流出さ
せるアイソレーション環１０Ｄの出力部は、流出口１３
に接続される。従って、螺旋体の入力部及び出力部は。

同一線上にあり、それらの長さ方向の中心線である軸Ｘ
に沿って伸張している。これにより、質量流計を図示の
水平よりむしろ垂直にしてパイプライン１４に挿入取り
付けた時、螺旋形状の流路管は自己排水可能となる。

質量流量を流体をどちらかの方向に流しながら測定され
る間１図示の例では流路管１０の左端部は、パイプライ
ン１４の上流側に連結された流入口として作用する一方
、流路管１０の右端部は。

パイプライン１４の下流側に連結された流出口として作
用する。

２重ループを形成するｎ１定ループＩＯＡ及び１０Ｂの
接合部Ｊ１は、ヘリックスの長平方向の軸Ｘに平行にあ
る剛体バー１５の中点に接続されている。ＩＩｌ定ルー
プＩＯＡ及びアイソレーションループＩＯＣを連結して
いる接合部Ｊ２は、剛体バー１５の一端に接続されてい
る一方、測定ループ１０Ｂと連結したアイソレーション
ループＩＯＤの接合部Ｊ、は、この剛体バー１５の他端
に接続されている。従って、２重ループは、剛体バー１
５に３つの接合部の点で接続されており、剛体バー１５
は、アイソレーションループによってばね性を持って支
持されており、サポート構造１１に対して相対的に浮動
するようになっている。

３つの接合部の点で剛体バーへ接続されている２重ルー
プｌ０Ａ−１０Ｂ構成は、同一の測定ループによって構
成される歯を持つ音叉として有効的に作用する。これら
の歯は、音叉の個有共振周波数で逆位相で振動させられ
る。流体がこの振動ｎ１定ループを介して流れるとき、
ループＩＯＡ及びＩＯＢは、この時、逆向きのコリオリ
のトルクを受けており、それと同時に互に交互に接近離
間するようにねじられる。これにより、これらのループ
ＩＯＡ及び１０Ｂは、逆位相で振動させるばかりでなく
１反対方向にねじり振動させられる。

ループ１０Ａの頂点に接続されている永久磁石１６及び
ループＩＯＢの頂点に接続されている協働コイル１７に
よって形成される電磁駆動装置によって、測定ループは
音叉の歯として振動するように駆動される。協働コイル
１７は、駆動電源１８によって励起され、永久磁石１６
を音叉の個有共振周波数に一致する割合で、交互に引っ
ばり反発させる。それによって、ループＩＯＡ及び１０
Ｂが逆位相で振動させられる。

２つの容量センサＳ１及びＳ２は、２ｆｒループの測定
ループＩＯＡ及びＩＯＢに据え付けられている。これら
の容量センサＳ１及びＳ２の構造及び機能と２重環の上
に置く位置は、ヘルツル氏の米国特許４，７４７，３１
２号におけるセンサの配置と一致してもよい。しかしな
がら１本発明は。

そのようなセンサに限定されているのではなく。

コリオリ型質量流量系におけるチューニングフォーク環
の配置と組み合わせて使用した他の公知のセンサで、２
重ループの振動のねじれ振動を感知するためのストレイ
ンゲージを含むものでも良い。

各ループが前後に振動してねじるように振動するので、
容量センサＳ、及びＳ２のプレート間の間隔は、振動と
ねじれによる動作の結果としてのベクトルに・よって、
定められた範囲で変化する。

各容量センサがもたらす容量の変化は、このセンサを後
述するように電流制限抵抗と直列に直流電流電圧源に接
続することによって、相当するで圧電信号に変換される
。

容量センサＳ１からの信号電圧は、プリアンプ２１に、
容量センサＳ２からの信号電圧はプリアンプ２０に人力
される。プリアンプ２１の出力端子は、可変ゲインコン
トロール抵抗器２４と直列に接続される固定抵抗器２３
を介して差動アンプの反転入力端子に接続される。プリ
アンプ２０の出力端子は、固定抵抗器２５を介して差動
アンプ２２の非反転入力端子に接続される。容量センサ
Ｓ１及びＳ２からの電圧信号間の差を表わす差動アンプ
２２の出力端子は、マイクロプロセッサ２６の一方の入
力端子に接続されている。

プリアンプ２１の出力端子は、また、固定抵抗器２７を
介して加算アンプ２８の入力端子に接続されており、プ
リアンプ２０の出力端子も、固定抵抗器２９を介して加
算アンプ２８の入力端子に接続される。これにより、加
算アンプ２８の出力端子は、容量センサＳＩ及びＳ２か
らの電圧信号の総和を出力し、マイクロプロセッサ２６
の入力端子の他方の入力端子に接続されている。

マイクロプロセッサ２６は、入力された信号データの総
和と差に基づいて、質量流量率を表わすデジタル値３０
を与えるために流路ループ１０を介して流れる流体の質
量流量を計算する。

第２図、第３図及び第４図に示されているように１本発
明の実際の実施例において、剛体バー１５にねじ止めさ
れる締め付はストライブ１５Ｂによって３つの接合部Ｊ
１．Ｊ２．Ｊ３の点で剛体バー１５に接合され、流路ル
ープ１０を収容するための４個のノツチを有している。

第２図において１円筒サポート構造１１の両端が１箱形
状ケース１９の対向する側壁にしっかりと取り付けられ
１箱形状ケース１９内に螺旋体を収容している。箱形状
ケース１９は、好ましくは。

軽重量のものが良い。その理由は、その主要目的が厳し
い環境条件から流量計を保護することであるからである
。箱形状ケース１９の下半分のみが図示されている。

２重ループｌ０Ａ−１０Ｂの接合部の点Ｊ＋。

Ｊ２１及びＪｓ　　＜中点にある接合部Ｊ　Ｉ　＋上流
点にある接合部Ｊ２及び下流点にある接合部Ｊ３）に接
合される剛体バー１５は１円筒状サポート構造１１の両
端にアイソレージタンループＩＯＣと１０Ｄによって弾
性的に取り付けられている。このアイソレーションルー
プは測定ループ１０Ａ。

１０Ｂと一体の延長部でデカップリング・バネとして動
作し、剛体バー１５及び測定ループ１０Ａ。

１０Ｂを外部力から絶縁する。

アイソレーションループＩＯＣ，ＩＯＤは、流量計構造
又はユーザーのパイプライン構造から何等のエネルギー
をも吸収しないようになっている。

そして、アイソレーションループＩＯＣ，１０Ｄは、浮
動組立体の重量と内外の振動によって加えられる周波数
及び加速度の関数であるスティフネスを有するように設
計されている。これらのアイソレーションループＩＯＣ
，ＩＯＤは、測定ループＩＯＡ及びＩＯＢの両端から取
り付は金具にまでの位置変移を提供している。

剛体バー１５によって互にしっかり接続されている３つ
の接合部の点（Ｊｌ、Ｊ２．Ｊｌ）は。

サポート構造１１に関して摩擦のないように自由に浮動
するようになっている。このような条件は。

ループのセンターラインと一致する取り付はセンターラ
インの位置決めとともに、この流量計を。

サポート構造１１に作用するねじれ、振動および曲げ力
に不感応とする。

［発明の効果］ 本発明の２重ループ型のコリオリ型質量流量計によれば
、第１に、効率よく、信頼性があり、正確に作用する２
重ループ型のコリオリ型質量流量計を提供できる。

第２に音叉として作動して固有共振周波数で振動を起こ
る２重ループを使用する型の質量流量計であって、２重
ループがサポート構造に相対的に自由に浮動する剛体バ
ー１；３点で接続され、これによって外部力から２重ル
ープを有効的に絶縁することができる質量流量計を提供
できる。

第４に、サポート構造に加えられた外部力からのねじれ
、振動及び屈折の力に対しては、無感応であって、不利
な動作条件でも正確な質量流量の表示度数を出せるメー
ターを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係るコリオリ型の質量流量計の実施
例で、質量流量のセンサに結合して連動する電磁石の２
次側を示す概略図。 第２図は、第１図の質量流量計の実際の実施例で、容量
センサ及び電磁駆動装置を省いた斜現図。 第３図は、第１図の質量流量計の螺旋形状の流路管１０
を示す正面図。 第４図は、第３図の流路管１０の端部を示す側面図であ
る。 ５・・・剛体バー、１０・・・流路管、ＩＯＡ、１０Ｂ
・・・測定ループ、ＩＯＣ，１０Ｄ・・・アイソレーシ
ョンループ、１１・・・円筒状サポート構造、１２・・
・流入口、１３・・・流出口、１５・・・剛体バー　１
５Ｂ・・・締め付はストライブ、１６・・・永久磁石、
１７川協働コイル、１８・・・駆動電源、１９・・・箱
形状ケース。 ２０．２１・・・プリアンプ、２２・・・差動アンプ、
２３・・・抵抗器、２４・・・可変ゲインコントロール
抵抗器、２５・・・固定抵抗器、２６・・・マイクロプ
ロセッサ、２７・・・固定抵抗器、２８・・・総和アン
プ、２つ・・・固定抵抗器、３０・・・デジタル値、Ｓ
ｌ、Ｓ２・・・８瓜センサ＊　　Ｊｌ　＋　　Ｊ２　＊
　　Ｊｌ・・・接合部、Ｘ・・・軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）アイソレーションループを両側に配して、そ
   れらの間に２重ループを形成する一対の隣接した同一の
   測定ループを有する螺旋体を構成するための螺旋形状に
   巻かれた流路管と、 （ｂ）測定される流体を流入させる前記アイソレーショ
   ンループの一方への入力部を接続した流入口を一端に有
   し、前記流体が流出される他方のアイソレーションルー
   プの出力部を接続した流出口を他端に有し、前記螺旋体
   と同軸に支持されるサポート構造と、 （ｃ）各測定ループの接合部及びそれと連結されたアイ
   ソレーションループとのそれぞれの接合部に結合され、
   これによって前記アイソレーションループを前記２重ル
   ープと伴に外部力から有効的に絶縁するためのデカップ
   リングバネとして作用させるための剛体バーと、 （ｄ）音叉の歯として、逆位相で振動するように前記測
   定ループを励起させて、これらの測定ループを介して流
   れる流体に、このループをねじれ振動させるコリオリ力
   を加えるための手段と、 （ｅ）前記ねじり振動を感知して質量流量の表示信号を
   出力する手段とを有することを特徴とするコリオリ型質
   量流量計。 ２、請求項１記載の質量流量計において、前記螺旋体は
   単一長の金属管から形成されていることを特徴とする質
   量流量計。 ３、請求項２記載の質量流量計において、前記金属管は
   、ステンレス鋼から成ることを特徴とする質量流量計。 ４、請求項１記載の質量流量計において、前記剛体バー
   は、前記測定ループの接合部には中点で、前記それぞれ
   の接合部には両端で固定されていることを特徴とする質
   量流量計。５、請求項１記載の質量流量計において、前
   記サポート構造は、円筒であることを特徴とする質量流
   量計。 ６、請求項５記載の質量流量計において、前記シリンダ
   ーは、その両端で、流量計を収音するための箱形状ケー
   ス体の対向の側壁に接続されていることを特徴とする質
   量流量計。７、請求項１記載の質量流量計において、前
   記音叉を励起する前記手段は、前記測定ループの一方の
   頂点に接続された永久磁石、及び前記測定ループの他方
   に接続された協働コイルを有する電磁駆動装置で形成さ
   れていることを特徴とする質量流量計。 ８、請求項７記載の質量流量計において、前記音叉をそ
   の固有共振周波数で振動するように、前記協働コイルを
   周期的に励起する駆動電源を更に含むことを特徴とする
   質量流量計。 ９、請求項１記載の質量流量計において、前記ねじれ振
   動を感知する手段は、そのねじれ振動の関数の振動及び
   位相における差を有する信号を与える容量センサである
   ことを特徴とする質量流量計。 １０、請求項９記載の質量流量計において、前記信号は
   、前記流体の質量流量に比例する出力の差動増幅器に入
   力されることを特徴とする質量流量計。 １１、請求項１記載の質量流量計において、前記アイソ
   レーションループの入口と前記アイソレーションループ
   の出口とは、前記螺旋体の前記軸と供に直線上にあるこ
   とを特徴とする質量流量計。