JPH03189519A - 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 本発明は質量流量計に係り、特に被測流体の質量流量を
直接Ｊ１測する構成とされた質量流ｆｆ１ｉｌに関する
。

従来の技術 被測流体の流量は流体の種類、物性（密度、粘度など）
、プロセス条件（温度、圧力）によって影響を受けない
質量で表わされることが望ましい。

従来、被測流体の質量流量を計測する質量流量計として
は、例えば被測流体の体積流量を計測しこの計測値を質
量に換算するいわゆる間接型質量流吊計と、間接型質量
流量計よりも誤差が小さく被測流体の質量流量を直接計
測するいわゆる直接型質量流量計とがある。この種の質
量流量削では特に流量をより高精度に４測できる直接型
質量流量計として各々異なった原理に基づいた種々の流
量計が提案されつつある。また、その中の一つとして振
動するセンケチ１−ブ内に流体を流したときに生ずるコ
リオリの力を利用して質ｍ流量を直接ｊ１測する流量計
がある。

また、このコリオリカを利用する質量？ｉＥ　ｆｆｉ　
Ｋｌとしては、例えばＵ字状に形成された一対のセンサ
チューブを流入口、流出口を有する１〔１本体に接続し
、一対のセンサチューブを互いに近接、ｌ！Ｉｌ１間す
る方向に振動させ質量流ｍに比例するコリオリカの発生
に伴うセンサチューブの変位を検出して質量流量を得る
構成のものがある。

発明が解決しようとする課題 しかるに、上記コリオリの力を利用する質量流量計では
、一対のセンサナ１−ブが配管延在方向と直角方向に延
出するように設けられているため、配管の設置スペース
よりセンサチューブが大きく突出する格好で配設される
ことになり、従ってより大きな設置スペースを要すると
いった課題を有する。

又、従来の質量流量計では、流量計本体及びセンサチュ
ーブを含む流量計自体が大型化してしまうばかりか、他
の機器が密集して設置されているような狭い場所には容
易に設置することができず、他の機器を避けて設置する
ことになるので設置作業が面倒であるといった課題があ
る。

さらに、従来は質量流量計の取付方向にもよるが、セン
サチューブ内に被測流体中の気体が滞溜してしまうこと
がある。上記コリオリ式の質量流量計ではセンサチュー
ブを共振状態に振動させて振幅を大きくするようにして
いるが、気体がセンケチ１−ブ内で滞溜するとセンサチ
ューブの固有振動数がずれてしまう。その結果、センサ
チューブは共振状態で振動できなくなり、振幅が小さく
なってコリオリカが充分得られなくなる。よって、セン
サチューブの変位を検出するピックアップの出力信号も
乱れ流量計測を安定に行なうことが難しくなるといった
課題が生じる。

そこで、本発明は上記課題を解決した質量流量計を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、被測流体が流れる主配管の途中に設けられ、
主配管の外周の一方に開口する流入路と流出路とを有す
るマニホールドと、Ｕ字状に形成され、一端が７二ホー
ルドの流入路に接続されるとともに、他端が流出路に接
続されており、Ｕ字状の直・管部が主配管とほぼ平行に
延在する第１のセンサチューブと、第１のセンサチュー
ブと同一形状に形成され、一端がマニホールドの流入路
に接続されるとともに、他端が流出路に接続されており
、第１のセンサチューブに重なり合うように対向した第
２のセンサチューブと、第１．第２のセンサチューブの
直管部を近接又は離間する方向に振動させる加振器と、
第１．第２のセンサチューブの振動に伴う前記直管部の
相対変位を検出するピックアップとからなる。

又、前記主配管は水平方向に延在するように取付けられ
、第１．第２のセンサチューブは、前記主配管の下方で
主配管と平行となるように設けられている。

作用 一対のセンサチューブが０字に形成され、且つ主配管の
外周の一方で主配管と平行となるように延在するため、
主配管からの突出量が小さくなり、その分」ンパクトな
構成にでき、狭いスペースにも容易に取付けることがで
きる。

又、一対のセンサチューブが共に水平方向に延在する主
配管の下方に位置するように設けられているので、セン
サチューブ内に気体が滞溜しにくくなり、センサチュー
ブが共振状態で安定的に振動しつる。

実施例 第１図乃至第３図に本発明になる質１１流量計の一実施
例を示す。

各図中、質量流量計１は上流側の流入管（主配管）２と
下流側の流出管（主配管）３との間に、一対のセンサチ
ューブ４．４′を接続固定されたマニホールド５を有す
る。流入管２は上流側端部に上流側配管（図示せず）に
接続されるフランジ２ａを有し、又、流入管２の下流側
端部はマニホールド５内の流入路５ａ（第２図中、破線
で示す）に接続されている。

流出管３の上流側端部は下流側配管（図示ゼず）に接続
される７ランジ３ａを有しており、又流出管３の上流側
端部はマニホールド５内の流出路５ｂ（第３図に示す）
に接続されている。

上記流入路５ａ、流出路５ｂを有するマニホールド５に
接続された上方のセンケチ１−ブ４は、０字状に形成さ
れており、流出管３の配管方向に平行に延在する第１の
直管部４ａと、この第１の直管部４ａと平行に配された
第２の直管部４ｂと、第１の直管部４ａと第２の直管部
４ｂとを接続する円弧状の曲部４ｃとよりなる。

尚、下方のセンサチューブ４′は上記センサチューブ４
と同一形状に形成されており、センサナ１−ブ４，４′
は上、下方向で重なり合うように対向して配設されてい
る。又、第４図に示すように、上記一対のセンサチュー
ブ４．４′は夫々主配管としての流入管２．流出管３の
下方に位置するように取付けられている。そのため、質
量流量計１はセンサチューブ４，４′内には被測流体中
の気体が滞溜しにくい構成になっている。

第２図、第３図に示すように、第１の直管部４ａはマニ
ホールド５の流入路５ａに連通しており、第２の直管部
４ｂはマニホールド５の流出路５ｂに連通している。従
って、上流側配管からの被測流体は、流入管２、流入路
５ａを介して第１の直管部４ａ、４ａ’　に流入し、曲
部４Ｃ，４Ｃ’を通過して第２の直管部４ｂ、４ｂ’　
に至る。さらに、直管部４ｂ、４ｂ’を通過した流体は
、マニホールド５の流出路５ｂを介して流出管３を通り
、下流側配管へ流出する。

又、竹述の如く、平行に配された直管部４ａ。

４ｂ、４ａｌ　、４ｂ’は流出管３の下方に位置し、流
出管３と平行となるようにマニホールド５に固着されて
いる。

従って、質量流量計１ではセンサチューブ４が配管設置
スペースより大きく突出しない構成であるので、流量計
全体がより小型化されている。そのため、他の機器が密
集しているような場所でも、配管を配設できるスペース
があれば、質邸流吊３１１を容易に取付けることが可能
である。

又、直管部４ａ、４ｂ、４ａ’　、４ｂ’　は支持板６
△、６Ｂの孔を貫通し支持板６△、６Ｂに溶接固定され
ている。よって、後述するように、センサチューブ４．
４′が加振されたとき、直管部４ａ、４ｂ、４ａ’　、
４ｂ’　は支持板６Ａ、６Ｂに固定された部分を支点と
して振動することになる。さらに、質量流量計１はセン
サチューブ４゜４′が流出管３の近傍で配管方向に延在
しているため、配管振動の影響が小さくて済み、流出を
より精度良く計測しうる。

尚、センサチューブ４，４′は直管部４ａ。

４ｂ、４ａ’　、４ａ’　、４ｂ’の両端が支持板６Ａ
、６Ｂに固定されているが、直管部４ａ。

４ｂ、４ａ’　、４ｂ’の中間部では互いに近接。

離間する方向（矢印Ｘ方向）に変位可能な構成となって
いる。

７は加振器〈実質電磁ソレノイドと同様な構成とされて
いる）で、平行に延在する直管部４ａ。

４ｂの中間位置に取付けられている。第５図に示す如く
、加振器７は流入側の直管部４ａに取付けられたコイル
部７ａと、流出側の直管部４ｂに取付けられ、コイル部
りａ内に嵌入するマグネット部７ｂとよりなる。従って
、加振器７は後述するようにコイル部７ａに通電される
と、直管部４ａ。

４ｂを矢印Ｘ方向に加振する。

又、下側のセンサチューブ４′の直管部４ａ’と４ｂ’
　との間にも上記加振器７と同一構成の加振器７′が配
設されている。但し、加振器７′はコイル部７ａ’が流
出側の直管部４ｂ’　に取付けられ、マグネット部７ｂ
’が流入側の直管部４ａ’に取付けられている。

８．９はピックアップで、一対のセンサチューブ４．４
′が加振器７．７′により加振されたとき、直管部４ａ
と４ａ’　、４ｂと４ｂ’（７）相対変位を検出する。

なお、ピックアップ８．９は夫々同一構成であるので一
方のピックアップ８につき、第６図を併せ参照して説明
する。

第６図中、ピックアップ８はセンサチューブ４′の直管
部４ａ’より側方に突出する保持部材１０に保持された
コイル部８ａと、コイル部８ａに上、下方向で対向する
ように口字状のブラケット１１に設けられたマグネット
８ｂ、　８ｃとよりなる。なお、ブラケット１１はセン
サチューブ４の直管部４ａに固定されている。

従って、センサチューブ４．４′が加振器７゜７′によ
り加振されて振動すると、直管部４ａ’に設けられたコ
イル部８ａがマグネット８ｂ。

８ｃ間で矢印Ｘ方向に相対変位する。そのため、コイル
部８ａには直管部４ａ、４ａ’の相対変位に応じた起電
力が発生し、ピックアップ８はコイル部８ａの電圧より
直管部４ａ、４ａ’の変位を検出する。

なお、配管方向に延在する直管部４ａ、４ｂは金属パイ
プ製であり、金属パイプは加工精度が高く均一な形状に
製造される。従って、ピックアップ８．９は曲げ加工に
伴う寸法、形状のバラツヤによる影響を受けずに精度良
く検出できる。

ここで、上記構成になる質量流量π１の流量計測動作に
つき、第７図及び第８図を併せ参照して説明する。

流量を計測するに際し、被測流体は、前述の如く流入路
５ａよりセンサチューブ４．４′に流入し、センサチュ
ーブ４．４′の第１の直管部４ａ。

４８′、曲部４Ｃ，４Ｇ’　、第２の直管部４ｂ。

４ｂ’　を通ってマニホールド５に帰還し流出管３より
流出する。

本実施例では第１図に示すように水平方向に延在する流
入管２．流出管３の下方に単純なＵ字状に形状された一
対のセンサチューブ４．４′が流出管３と平行に延在す
るように設けられているので、例えば被測流体中に気体
が含まれていても、気体は水平方向のみに延在するセン
サチューブ４゜４′内に滞溜することなく、下流側へ流
される。

そのため、上記質量流量計１ではセンサチューブ４と４
′内に気体が滞溜してしまい、気体の吊のバラツキによ
りセンサチューブ４と４′内の流体の質問が変化してし
まって正確な流Ｍｉ測ができなくなるといった不都合が
無い。又センサナ１−１４，４′内の気体滞溜が無いた
め、センサチューブ４．４′はその固有振動数で安定に
共振でき、振幅が大きくとれるので充分なコリオリカが
得られる。従って、ピックアップ８．９の出力信号も安
定し、流量み１測を安定且つ精度良く行なえる。

上記流体の通過と共に、センサチューブ４゜４′が加振
器７，７′により加振されると、直管部４ａ、４ｂ、４
ａ’　、４ｂ’　はセンサチューブ４．４′のバネ定数
とセンサチューブ４，４′内を流れる質量流量によって
定まる固有振動数で振動する。即ち、センサチューブ４
．４′は被測流体が流れている状態で加振されると、そ
のときの流量に応じた固有振動数で振動することになる
。

なお、上方のセンサチューブ４の直管部４ａ。

４ｂは振動する際、互いに離間する方向に弾性変形した
後、直管部４ａ、４ｂ自体の弾性復元力で互いに近接す
る方向に変形する。

これに対し、加振器７′は下方のセンサチューブ４′が
上方のセンサチューブ４と１８０度の位相差でもって振
動するように加振する。従って、直管部４ａ、４ｂが外
側へ変位するとき直管部４ａ’４ｂ’は逆に内側へ変位
する。

第８図に示す如く、直管部４ａ、４ｂ、４ａ’４ｂ’は
両端が支持板６Ａ、６Ｂにより固定されているため、支
持板６Ａ、６Ｂの貫通部分を支点として中間部が矢印Ｘ
方向に大きく振動する。従って、直管部４ａ、４ｂ、４
ａ’　、４ｂ’　ｒＬｔ上記振動に伴って角速度ωの変
形が生ずる。

上記の如く、振動するセンサチューブ４．４′内に流体
が流れると、流入側の直管部４ａ、４ａ’においてはそ
の先端へいくほど振幅が大きくなるため、流体の矢印Ｘ
方向の速度が大となる。よって、流体には振動方向の加
速度が与えられる。また、流出側の直管部４ｂ、４ｂ’
においては、マボールド５側へ戻るほど矢印Ｘ方向の速
度が徐々に減少するため、流体には負の加速度がつく。

このように、センサチューブ４．４′の振動に伴って流
体に加速度がつくと、加速度の方向と逆の方向のコリオ
リカ（Ｆｃ　）が生ずる。

第７図（Ａ）に示す如く、流入側の直管部４ａが角速度
−ωで矢印×１方向に変位し、流出側の直管部４ｂが角
速度」ωで矢印×２方向に変位したとする。このように
、直管部４ａ、４ｂ／ｊＮいにｍ間する方向に変位する
１行稈においては、第８図（Ａ）に示すように直管部４
ａ、４ｂで矢印×２方向の］リオリカＦＣが発生する。

よって、直管部４ａ、４ｂは２点鎖線で示す本来の変位
位置よりも夫々実線で示す位置に一δ、十δずれる。

このとき、下方のセンサチューブ４′は、第７図（Ｂ）
に示す如く、流入側の直管部４ａ’が角速度４ωで矢印
×２方向に変位し、流出側の直管部４ｂ’が角速度ωで
矢印×１方向に変位したとする。このように、直管部４
ａ′、４ｂ′がＵいに近接する方向に変位する１行程に
おいては、第８図（Ｂ）に示す如く直管部４ａ’　、４
ｂ’で矢印Ｘ＋力方向］リオリカＦＣが発生する。従っ
て、直管部４ａ’、４ｂ’　は２点鎖線（本来の変位位
置）より実線で示す位置に一δ、＋δずれる。

上記コリオリカＦｃは、ピックアップ８．９により直管
部４ａと４ａ’　、４ｂと４ｂ’の相対変位−δ、十δ
の大きさ、あるいは直管部４ａ。

４ｂの位相角度差を検出することにより求まる。

またコリオリカＦｃはＦＣ＝２ωｍｖで表わされ、質量
流ｆｆｉ（ｍｖ）は角速度ω及びコリオリカＦｃを求め
ることにより得られる。

尚、上記の如く、ピックアップ８．９は直管部４ａと４
ａ’、４ｂと４ｂ’　との相対変位を検出するため、変
位量が＋２６．−２６として検出でき、流量を粘度良り
翳！測できる。また、上記コリオリカの発生に伴うセン
サチューブ４．４′の位相差を検出する際、外部振動（
振動ノイズ）が入力されても相殺され外部信号の影響を
受けることなく安定に流量をｉｌ測できる。

上記の如く、センサチューブ４．４′では第７図（Ａ＞
、（８）に示す振動が交互に繰返され、センサチューブ
４．４′を流れる流量は連続的に胴側される。

ピックアップ８，９は直管部４ａと４ａ′４ｂと４ｂ’
　の相対変位−δ、＋δを時間差の信号として検出する
。よって、ピックアップ８．９の」イル部で得られる電
圧がある基準電圧から異なるある電圧に変化するまでの
時間を計測し、この時間が流出に比例する。

なお、ピックアップ８．９の信号は整形、増幅されたの
ち、時間積分により質問流量に比例した電圧信号となる
。さらに、この電圧信号は周波数信号に変換され、出力
回路（図示せず）より電圧パルス信号及びアブログ信号
として出力される。

又、上記実施例以外にも一対のセンサチューブ４．４′
の曲部４Ｃと４ｃ’　との間に加振器を設けて、曲部４
ｃ、４ｃ’を互いに近接・離間する方向に＠動させるよ
うにしても良い。その場合、一対のセンサチューブ４，
４′を固定する支持板６Ｂは不要になる。

発明の効果 上）ホの如く、本発明になる質量流量計は、一対のセン
サチューブを主配管近傍にコンパクトに配設することが
でき、ＰＥ　ｆｆｉ　ｉｔ全全体小型化することができ
る。そのため、他の機器が密集しているような狭いスペ
ースでも配管を設置するスペースがあれば、比較的容易
に設置することができ、他の機器を避けるためのυ１約
′を受けにくいので、取付作業がＳ＊である。

さらに、Ｕ字状に形成された一対のセンサチューブを主
配管の下方に主配管と平行な水平方向に延在させること
により、センサチューブ内に気体が滞溜することを防止
でき、よってセンサチューブを安定的に共振させること
により充分な振幅を確保してより大きな」リオリカが得
られるので、気体が混入した流体であっても流ｍ＝を測
を安定且つ精度良く行なうことができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる質量流量計の一実施例の斜視図、
第２図及び第３図は第１図に示す質量流置針の側面図及
び底面図、第４図は第２図中■ｔＶ線に沿う縦断面図、
第５図は第２図中Ｖ　−Ｖ線に沿う縦断面図、第６図は
ピックアップを説明するだめの正面図、第７図は流量δ
１測時、直管部の加振方向を示す平面図、第８図はｉ　
Ｍ　Ｈ１測時に生ｆる」リオリの力による直管部の変位
を示す平面図である。 １・・・質量流量計、２・・・流入管、３・・・流出管
、４゜４′・・・センサチューブ、４ａ、４ａ’　・・
・第１の直管部、４　ｂ、　４　ｂ’−・・第２の直管
部、４ｃ、４ｃ’・・・曲部、５・・・マニホールド、
５ａ・・・流入路、５ｂ・・・流出路、６Δ、６Ｂ・・
・支持板、７．７′・・・加振器、８．９・・・ピック
アップ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測流体が流れる主配管の途中に設けられ、該主
   配管の外周の一方に開口する流入路と流出路とを有する
   マニホールドと、 Ｕ字状に形成され、一端が前記マニホールドの流入路に
   接続されるとともに、他端が前記流出路に接続されてお
   り、Ｕ字状の直管部が前記主配管とほぼ平行に延在する
   第１のセンサチューブと、 前記第１のセンサチューブと同一形状に形成され、一端
   が前記マニホールドの流入路に接続されるとともに、他
   端が前記流出路に接続されており、前記第１のセンサチ
   ューブに重なり合うように対向した第２のセンサチュー
   ブと、前記第１、第２のセンサチューブの直管部を近接
   又は離間する方向に振動させる加振器と、前記第１、第
   ２のセンサチューブの振動に伴う前記直管部の相対変位
   を検出するピックアップと、 からなることを特徴とする質量流量計。
2. （２）前記主配管は水平方向に延在するように取付けら
   れ、前記第１、第２のセンサチューブは、前記主配管の
   下方で前記主配管と平行となるように設けられたことを
   特徴とする請求項（１）記載の質量流量計。