JPH0396818A - 流量測定方法とその装置 - Google Patents
流量測定方法とその装置Info
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- JPH0396818A JPH0396818A JP23047790A JP23047790A JPH0396818A JP H0396818 A JPH0396818 A JP H0396818A JP 23047790 A JP23047790 A JP 23047790A JP 23047790 A JP23047790 A JP 23047790A JP H0396818 A JPH0396818 A JP H0396818A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
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- G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
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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。
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、外部からの駆動によって反復揺動される管体
内を貫流ずる流体の流量を測定する際、そこで生じるコ
リオリ効果が振動特性の変動に作用することを利用する
流量測定方法とその装置に関する。
内を貫流ずる流体の流量を測定する際、そこで生じるコ
リオリ効果が振動特性の変動に作用することを利用する
流量測定方法とその装置に関する。
コリオリ効果を利用した流量測定は種々の形態のものが
知られている。ここで示されるものは、ドイツ公開特許
公報２４０４３５６号に示されている先行技術に基づく
ものである。
知られている。ここで示されるものは、ドイツ公開特許
公報２４０４３５６号に示されている先行技術に基づく
ものである。
これまでに知られているコリオリ効果の原理を利用した
流体流量測定装置の全てが、共通して、測定管、本発明
では管体と呼んでいるか、これか揺動又は変形し、それ
により流量を算定するためにコリオリの力を利用してい
る。高い密度をもった流体では満足すべき結果が得られ
ている。これに対して、低い密度の媒体、特にガス体の
場合、コリオリ効果がほとんと使用できず、その測定精
度は大幅に低下する。
流体流量測定装置の全てが、共通して、測定管、本発明
では管体と呼んでいるか、これか揺動又は変形し、それ
により流量を算定するためにコリオリの力を利用してい
る。高い密度をもった流体では満足すべき結果が得られ
ている。これに対して、低い密度の媒体、特にガス体の
場合、コリオリ効果がほとんと使用できず、その測定精
度は大幅に低下する。
本発明の課題は、従来のシステムに較べて大幅に感度が
高く、測定精度に優れた流量測定システムを開発するこ
とである。更に、このシステムを簡単で、経済的て信頼
性の高い構造で提供することである。又、測定中高圧状
態である媒体にも適したシステムを提供することも課題
である。
高く、測定精度に優れた流量測定システムを開発するこ
とである。更に、このシステムを簡単で、経済的て信頼
性の高い構造で提供することである。又、測定中高圧状
態である媒体にも適したシステムを提供することも課題
である。
上記課題は、本発明によれば、方法に関しては、コリオ
リ効果が外部から駆動された揺動に重なり合う管体の回
転振動の発生のために利用され、且つこの回転振動の軸
が管体の長さに関してその中心を外れたところに配置さ
れていることよって解決される。
リ効果が外部から駆動された揺動に重なり合う管体の回
転振動の発生のために利用され、且つこの回転振動の軸
が管体の長さに関してその中心を外れたところに配置さ
れていることよって解決される。
この発明では、従来行なわれていた、いわば管体の平行
移動に代えて、回転振動が生み出される。
移動に代えて、回転振動が生み出される。
このシステムでは従来に較べ、はるかに正確なコリオリ
効果の検出が可能である。特に、本発明による１つの実
施形態において採用されているように、励起振動つまり
駆動振動とコリオリ効果により影響された実際の管路振
動との間の位相偏差が流量測定に用いられるなら、この
位相差は測定工学的に非常に正確に検出することができ
るのて、効果的である。このことから本発明による方法
では、管体の端部のところでミリメータの領域の振動振
幅を用いることもてきる。従って、回転振動の最大の振
れ角度は微小角度、例えば１度未満でよい。
効果の検出が可能である。特に、本発明による１つの実
施形態において採用されているように、励起振動つまり
駆動振動とコリオリ効果により影響された実際の管路振
動との間の位相偏差が流量測定に用いられるなら、この
位相差は測定工学的に非常に正確に検出することができ
るのて、効果的である。このことから本発明による方法
では、管体の端部のところでミリメータの領域の振動振
幅を用いることもてきる。従って、回転振動の最大の振
れ角度は微小角度、例えば１度未満でよい。
上記課題の装置に関する解決は、管体は支持構造体内に
回転支持され、管軸に対して直角に反復操作されるよう
に連結され、管体の両端が流出入管につながっており、
コリオリ効果によって生じるその振動特性の変動が流量
測定のために用いられ、管体の揺動軸がその中心から外
れた外端近くに配置されていることにより可能である。
回転支持され、管軸に対して直角に反復操作されるよう
に連結され、管体の両端が流出入管につながっており、
コリオリ効果によって生じるその振動特性の変動が流量
測定のために用いられ、管体の揺動軸がその中心から外
れた外端近くに配置されていることにより可能である。
この構成によれば、揺動軸の両端に働くコリオリの力は
種々の大きさのアームでもって管体に作用し、ここに所
望の回転トルクが生じ、これによりコリオリに基づく回
転振動が生じ、これが外部から励起、つまり駆動された
振動に重なり合う。
種々の大きさのアームでもって管体に作用し、ここに所
望の回転トルクが生じ、これによりコリオリに基づく回
転振動が生じ、これが外部から励起、つまり駆動された
振動に重なり合う。
又、管体を薄板又はその種のもので弾性的に支持構造体
に取り付けることも可能である。その際管体が所定の現
実の揺動軸に沿って回転可能に支持構造体に支持される
と特に好都合である。
に取り付けることも可能である。その際管体が所定の現
実の揺動軸に沿って回転可能に支持構造体に支持される
と特に好都合である。
揺動軸は、管軸と直交させて管体が対称的に振動するよ
うに位置することが好ましい。管体は飛ぶような状態に
軸受けされることも可能である。小さい振幅を考慮して
、揺動軸を管体の両側に備え、これを支持構造体の玉軸
受けに支持させたり、あるいは管体と支持構造体に固定
連結されたねじり管をもちいたりすることが提案される
。ねじり管を用いたりすることが提案される。ねじり管
を用いることは、完全に遊びなしという利点がある。
うに位置することが好ましい。管体は飛ぶような状態に
軸受けされることも可能である。小さい振幅を考慮して
、揺動軸を管体の両側に備え、これを支持構造体の玉軸
受けに支持させたり、あるいは管体と支持構造体に固定
連結されたねじり管をもちいたりすることが提案される
。ねじり管を用いたりすることが提案される。ねじり管
を用いることは、完全に遊びなしという利点がある。
外部から管体の基本振動を励起させるために非接触によ
る方法、特に支持構造体に設けられた磁気コイルが用い
られる。反力が支持構造体に伝達されないように、これ
をダンパー手段を介装して支持構造体に取り付けられる
。
る方法、特に支持構造体に設けられた磁気コイルが用い
られる。反力が支持構造体に伝達されないように、これ
をダンパー手段を介装して支持構造体に取り付けられる
。
流量のための測定基体として働く管体の結果的に生じる
回転振動を検出するために非接触センサが用いられる。
回転振動を検出するために非接触センサが用いられる。
従って、コリオリ効果によって生じる振動特性の変動か
、振幅変化、あるいは測定技術的により好ましい位相変
位として簡単で正確に検出される。
、振幅変化、あるいは測定技術的により好ましい位相変
位として簡単で正確に検出される。
本発明の更に別な特徴と利点は、以下に図面を用いた実
施例の説明とともに明かにされるたろう。
施例の説明とともに明かにされるたろう。
第１図〜第３図に示された流量測定装置は、液体、ガス
体、固体を含んだ流体、単体又は複合体の流動媒体のた
めのものである。実質的には厚内で直線状の管体ｌとし
て形成された測定管路から構成され、この管体ｌはその
両端を２つのフレキシブルな接続部材２でつながれてお
り、この接続部材２が測定管路の揺動軸３回りのわずか
な回転振動を可能にする。
体、固体を含んだ流体、単体又は複合体の流動媒体のた
めのものである。実質的には厚内で直線状の管体ｌとし
て形成された測定管路から構成され、この管体ｌはその
両端を２つのフレキシブルな接続部材２でつながれてお
り、この接続部材２が測定管路の揺動軸３回りのわずか
な回転振動を可能にする。
この弾性接続部材２としては、公知の筒体や波ホース等
がある。振幅がわずかである、ことから、薄肉の平滑な
管も対象とされ、適切な自由長さを選択することで所望
の弾性を得ることができる。
がある。振幅がわずかである、ことから、薄肉の平滑な
管も対象とされ、適切な自由長さを選択することで所望
の弾性を得ることができる。
揺動軸３は管体ｌに直交した管から構成され、この管は
２つの薄肉のねじり管４によって（第１図）、あるいは
２つの玉軸受５（第３図）によって外側の支持構造体６
に軸受けされている。
２つの薄肉のねじり管４によって（第１図）、あるいは
２つの玉軸受５（第３図）によって外側の支持構造体６
に軸受けされている。
その際、揺動軸３が弾性接続部材２の一方の方向に外側
へずれて配置されていることが重要である。
へずれて配置されていることが重要である。
その他、この装置は流体を流す２本の厚内管路７を備え
ており、この管路はそれぞれ弾性接続部材２と接続され
支持構造体６の２つの円板１０ ８に固定されており、更に適当な接続手段を形成してい
る流入口９と流出口ｌＯを設けている。
ており、この管路はそれぞれ弾性接続部材２と接続され
支持構造体６の２つの円板１０ ８に固定されており、更に適当な接続手段を形成してい
る流入口９と流出口ｌＯを設けている。
基本振動を発生させるために、磁気コイル１１の形態を
した振動発生器か支持構造体６に組み付けられており、
対向して管体１に設けられた永久磁石と相互作用する。
した振動発生器か支持構造体６に組み付けられており、
対向して管体１に設けられた永久磁石と相互作用する。
類似する方法で、結果的に生じている回転振動の検出が
支持構造体６に組み付けられるとともに対向して管体１
に設けられた永久磁石と相互作用する振動センサ１２に
よって行なわれる。
支持構造体６に組み付けられるとともに対向して管体１
に設けられた永久磁石と相互作用する振動センサ１２に
よって行なわれる。
支持構造体６は、複数の軸方向に延びるとともにその端
部を円板８で連結されている形材料から構成されている
。その構造体６全体は、第４図に示すように、密封閉鎖
されたパイプであるケースｌ３によって閉じ込められて
いる。
部を円板８で連結されている形材料から構成されている
。その構造体６全体は、第４図に示すように、密封閉鎖
されたパイプであるケースｌ３によって閉じ込められて
いる。
測定原理は次のとおりである
振動発生器１１によって管体ｌにＺ一軸回りに正弦波振
動が励起される。一次的な駆動モーメントをＭ０、最大
回転モーメントをＭ。１１回転角をα。、回転速度をｗ
０とすると、 ？． 一 Ｄａ。ｓｉｎ （ ２ πｆｔ）
（１）Ｍ． ＝ Ｍ．． ｓｉｎ （ ２ πｆｔ）
（ｌａ）α。＝ａ．． ｓｉｎ（２πｆｔ
） ｗ． ＝ ｄ （α。） ／ｄｔ＝２πｆα。．ｓｉｎ
（２πｆｔ＋π／２）ここで、Ｄは振動系のバネ定数
、ｆは冷気周波数、ｔは時間である。
動が励起される。一次的な駆動モーメントをＭ０、最大
回転モーメントをＭ。１１回転角をα。、回転速度をｗ
０とすると、 ？． 一 Ｄａ。ｓｉｎ （ ２ πｆｔ）
（１）Ｍ． ＝ Ｍ．． ｓｉｎ （ ２ πｆｔ）
（ｌａ）α。＝ａ．． ｓｉｎ（２πｆｔ
） ｗ． ＝ ｄ （α。） ／ｄｔ＝２πｆα。．ｓｉｎ
（２πｆｔ＋π／２）ここで、Ｄは振動系のバネ定数
、ｆは冷気周波数、ｔは時間である。
媒体が装置を流速■で貫流する場合、管体１内にコリオ
リカＦｃｌとＦｃ２が生じ、これは流れ速度に対して直
角である。長さ１，と１２が異なることから、その長さ
に関して積分したコリ才リ力は管長さｌ１の方か管長さ
１■の方より大きい。これにより、コリオリ回転振動を
発生させるコリオリ回転モーメントか生じる；Ｍｃ＝ｒ
ｉ１（Ｉ！Ｙ −１！：） ２πｆｄ．ｍ ｓｉｎ （
２πｆｔ＋π／２） （２）Ｍｅ＝ Ｍｅ． ｓｉｎ
（２πｆｔ＋π／２） （２ａ）ここでホは流量
である。
リカＦｃｌとＦｃ２が生じ、これは流れ速度に対して直
角である。長さ１，と１２が異なることから、その長さ
に関して積分したコリ才リ力は管長さｌ１の方か管長さ
１■の方より大きい。これにより、コリオリ回転振動を
発生させるコリオリ回転モーメントか生じる；Ｍｃ＝ｒ
ｉ１（Ｉ！Ｙ −１！：） ２πｆｄ．ｍ ｓｉｎ （
２πｆｔ＋π／２） （２）Ｍｅ＝ Ｍｅ． ｓｉｎ
（２πｆｔ＋π／２） （２ａ）ここでホは流量
である。
このコリオリ回転振動が基本振動に重なり合い、回転モ
ーメントＭ，をもつ結果的なものとしての回転振動が生
じる。
ーメントＭ，をもつ結果的なものとしての回転振動が生
じる。
Ｍ、＝ Ｍ．＋Ｍｅ（３）
１１
１２
加法定理により結果的に生じるモーメントＭトは周波数
ｆであるが、励起振動に較べて、第５図に示すような位
相ずれ△φを示す。
ｆであるが、励起振動に較べて、第５図に示すような位
相ずれ△φを示す。
つまり、
Ｍｒ ＝Ｍｒｍ Ｓｌｎ （２πｆｔ＋Δφ）ここで
ｔｇ （Δφ）＝ Ｍｃ．／Ｍ．ｆｆｉｔｇ （Δφ）
”” （２πｆＣｊ’ ？ Ｉ！ Ｍ）／Ｄ） ｍ
（４）式（４）は位相差の正接と求める流量との間
の線形関係を示している。この位相差は、振動発生器１
１の信号から検出される励起回転振動とセンサ１２によ
って検出する結果的に生じる回転振動との間の差である
。
”” （２πｆＣｊ’ ？ Ｉ！ Ｍ）／Ｄ） ｍ
（４）式（４）は位相差の正接と求める流量との間
の線形関係を示している。この位相差は、振動発生器１
１の信号から検出される励起回転振動とセンサ１２によ
って検出する結果的に生じる回転振動との間の差である
。
位相差は電気的に高精度に測定され、これは求める流量
に直接比例する。比例定数は、測定すべき媒体の流速に
独立している装置の定数である。これは単に媒体の密度
に関係する。異なった密度の媒体を測定する場合、振動
系の共振周波数は密度に比例するので、これは簡単に考
慮することができる。
に直接比例する。比例定数は、測定すべき媒体の流速に
独立している装置の定数である。これは単に媒体の密度
に関係する。異なった密度の媒体を測定する場合、振動
系の共振周波数は密度に比例するので、これは簡単に考
慮することができる。
以上をまとめてみると、本発明の利点は、装置感度が従
来のように測定管路の変形や変位に関係するのではなく
、励起振動と結果的に生じる振動との間の位相差に関係
し、最小の振動振幅で動作することができ、しかも大き
な測定効果が得られる点にある。更には、測定管路が所
定の回転軸を備えており、正確に再現可能な回転振動が
生じ、安定した零点が得られる。そして、この装置は簡
単で信頼できる部品から構成されるので、経済的に制作
することができ、しかも動作安定性も高い。
来のように測定管路の変形や変位に関係するのではなく
、励起振動と結果的に生じる振動との間の位相差に関係
し、最小の振動振幅で動作することができ、しかも大き
な測定効果が得られる点にある。更には、測定管路が所
定の回転軸を備えており、正確に再現可能な回転振動が
生じ、安定した零点が得られる。そして、この装置は簡
単で信頼できる部品から構成されるので、経済的に制作
することができ、しかも動作安定性も高い。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。
第１図は本発明による流量測定装置の縦断面図、
第２図は第１図による装置の平面図、
第３図は第１図に対応する別実施例の縦断面１４
図、
第４図は第１図による装置の横断面図、第５図は励起回
転振動とコリオリ回転振動のベクトル表示図である。 （１）・・・・・管体、（３）・・・・・・軸、（４）
・・・・・・ねじり管、（５）・・・・・・玉軸受、（
６）・・・・・支持構造体、（７）・・・・・・流出入
管。
転振動とコリオリ回転振動のベクトル表示図である。 （１）・・・・・管体、（３）・・・・・・軸、（４）
・・・・・・ねじり管、（５）・・・・・・玉軸受、（
６）・・・・・支持構造体、（７）・・・・・・流出入
管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、外部からの駆動によって反復揺動される管体内を貫
流する流体の流量を測定する際、そこで生じるコリオリ
効果が振動特性の変動に作用することを利用する流量測
定方法において、前記コリオリ効果が外部から駆動され
た揺動に重なり合う管体（１）の回転振動の発生のため
に利用され、且つこの回転振動の軸（３）が管体（１）
の長さに関してその中心を外れたところに配置されてい
ることを特徴とする流量測定方法。 ２、前記管体（１）のコリオリ効果によって生じる振動
と外部から駆動された振動が同じ軸（３）回りに行なわ
れることを特徴とする請求項１に記載の流量測定方法。 ３、前記管体（１）のコリオリ効果によって影響された
実際の振動と外部から駆動された振動との間の位相差が
流量測定のために用いられることを特徴とする請求項１
又は２に記載の流量測定方法。 ４、前記管体（１）の最大揺動角がわずかな角度である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量
測定方法。 ５、前記最大揺動角が１度未満であることを特徴とする
請求項４に記載の流量測定方法。 ６、請求項１〜５に記載の流量測定方法を実施する流量
測定装置であって、前記管体（１）は支持構造体（６）
内に回転支持され、前記管軸（３）に対して直角に反復
操作されるように連結され、前記管体（１）の両端が流
出入管（７）につながっており、コリオリ効果によって
生じるその振動特性の変動が流量測定のために用いられ
るものにおいて、 前記管体（１）の揺動軸（３）がその中心から外れた外
端近くに配置されていることを特徴とする流量測定装置
。 ７、前記管体（１）が所定の現実の揺動軸（３）に沿っ
て回転可能に支持構造体（６）内に支持されていること
を特徴とする請求項６に記載の流量測定装置。 ８、前記揺動軸（３）が管体（１）の軸と直交している
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の流量測定装置
。 ９、前記揺動軸（３）が支持構造体（６）内で管体（１
）の両側に配置されていることを特徴とする請求項６〜
８のいずれかに記載の流量測定装置。 １０、前記揺動軸（３）が支持構造体（６）の玉軸受（
５）に支持されていることを特徴とする請求項６〜９の
いずれかに記載の流量測定装置。 １１、前記揺動軸（３）が管体（１）の両側から突き出
ている２つのねじり管（４）によって構成され、このね
じり管（４）が管体（１）と支持構造体（６）に固定連
結されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか
に記載の流量測定装置。 １２、前記管体（１）の振動が磁力などを利用した非接
触駆動法で行なわれることを特徴とする請求項６〜１１
のいずれかに記載の流量測定装置。 １３、前記管体（１）の振動が支持構造体（６）に設け
られた磁気コイル（１１）等の駆動源により行なわれる
ことを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の流
量測定装置。 １４、前記駆動源（１１）がダンパー手段を介在させて
支持構造体（６）に組み付けられていることを特徴とす
る請求項１３に記載の流量測定装置。 １５、引き起こされた管体（１）の回転振動がセンサ（
１２）によって非接触で検出されることを特徴とする請
求項６〜１４のいずれかに記載の流量測定装置。 １６、前記駆動源（１１）とセンサ（１２）が駆動振動
と結果的な振動との間の位相差を算定する評価回路に接
続さていることを特徴とする請求項６〜１５のいずれか
に記載の流量測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19893928839 DE3928839A1 (de) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | Verfahren und vorrichtung zur messung des massendurchsatzes |
| DE3928839.0 | 1989-08-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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