JPH04157328A - 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、特にコリオリカをを利用し
て流体の質量流量計を計測する質量流量計に関する。

従来の技術 流量は流体種類、物性（密度、粘度など）プロセス条件
が（温度、圧力）なと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。そのため、さまざまな質量流
量計が開発されている。

従来の質量流量計としては、被測流体の体積流量を計測
しこの計測値を質量流量に換算する間接形質量流量計と
、被測流体の質量流量を直接計測する直接形質量流量計
があり、特に流量をより高精度に計測できる直接形質量
流量計の１つとしコリオリカの力を利用したコリオリ式
質量流量計が知られている。

このコリオリカを利用する質量流量計としては、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、
流出口を有する流量計本体に接続し、一対のセンサチュ
ーブをお互いに近接、離間する方向に振動させ質量流量
に比例するコリオす力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、上記の如くコリオリカを利用して流量計測を
行う質量流量計では、液体、気体だけでなく液中に泥状
物質が混入したスラリー等さまざまな流体の流量を計測
することができるため、種類の異なる流体を１台で計測
する場合がある。そのような場合、前回の流体がセンサ
チューブ等の管路に残っていると、今回の流体とが混合
していて化学反応を起こしたりあるいは食品等では前回
の残留流体により汚染されて衛生上使用負荷となってし
まうことがある。そのため、上記質量流量計においては
、前回の流体と次に流す流体が反応することや混合する
ことにより使用不可となることを防ぐため、流体切替時
センサチューブ内にスチームあるいは洗浄液を流してセ
ンサチューブ等の残留している前回の流体を除去しセン
サチューブ内を洗浄する作業を行っている。

ところが、コリオリカの質量流量計の場合、センサチュ
ーブの振動を一旦止めてしまうと、計測再開時センサチ
ューブを所定の振動数で振動させるまでの次の流体の流
量計測ができないため、センサチューブを振動させたま
まで洗浄作業を行うことが多い、その場合、センサチュ
ーブ内を流れるスチームあるいは洗浄液の流量が計測さ
れてしまい、そのまま流量として積算されてしまうとい
った課題が生ずる。

そこで、本発明は洗浄時の流体を判別し、被測流体の流
量のみを計測するよう構成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、流体が通過するセンサチューブを振動させ、
該センサチューブの振動に伴って発生するコリオリ力に
よる該センサチューブの変位を検出する質量流量計にお
いて、 前記センサチューブを流れる流体の特性を検出する検出
手段と、 該流体の特性に関する閾値を設定する閾値設定手段と、 前記検出手段からの検出値と前記閾値設定手段からの閾
値とを比較し、前記センサチューブを流れる流体を判別
する比較手段と、 を具備してなる。

作用 センサチューブ内を洗浄するスチームあるいは洗浄液の
特性（体積流量、密度又は温度）を検出して被測流体か
否かを判別することにより、スチームあるいは洗浄液の
流量を積算しないようにして洗浄工程による計測誤差発
生を防止しうる。

実施例 第１図及び第２図に本発明になる質量流量計の第１実施
例を示す。

両図中、質量流量計１は流体が流れるセンサチューブ２
，３を振動させ、振動に伴うコリオリ力によるセンサチ
ューブ２，３の変位を検出して流量計測を行う流量計測
回路４を有する。流量計測回路４は、センサチューブ２
，３の振動を検出する検出コイル５，６と、検出コイル
５，６からの検出信号より速度を検出する速度検出回路
７゜８と、速度検出回路７，８から出力された出力信号
の時間差（位相差）を検出する時間差検出回路９と、こ
の時間差検出回路９により検出された時間差にある係数
を掛けて質量流量を算出する流量演算回路１０とを有す
る。さらに流量計測回路４は、センサチューブ２．３を
励振する励振コイル１１．１２と、速度検出回路２から
の速度信号に応じた励振コイル１１．１２に駆動電流を
流し、センサチューブ２，３を所定の周波数で振動させ
るドライブ回路１３と、を有する。

１４はセンサチューブ２．３を流れる流体の体積流量を
算出する体積流量演算回路で、１５は通常計測される被
測流体の体積流量に対する閾値を設定する閾値設定回路
である。比較回路１６は体積流量演算回路１４からの体
積流量値と閾値設定回路１５からの閾値とを比較し、そ
の結果よりセンサチューブ２，３を流れる流体か被測流
体であるか、洗浄用の流体であるのかを判別する。

流量演算回路１０からの流量信号はＡＮＤ回路１７に入
力され比較回路１６からの信号に応じて流量積算回路１
８へ出力される。

ここで、質量流量計１の構成について説明する。

第２図乃至第６図に示す如く、質量流量計１は一対のセ
ンサチューブ２，３がマニホールド２１に取付けられて
いる。マニホールド２１は流入管２２と流出管２３との
間に設けられ、流入管２２に接続された流入路２１ａと
流出路２３に接続された流出路２１ｂとを有する。

なお、第３図及び第４図に示すように、流入路２１ａは
左右に分岐するマニホールド２１の接続口２１ａ＋　と
２１ａ２に連通している。流出路２１ｂも流入路２１ａ
と同様に、マニホールド２１の分岐した接続口２　ｌ　
ｂ　＋　と２１ｂｇに連通している。

一方のセンサチューブ２は、流入路２１ａの接続口２１
ａ１に接続され、配管方向に延在する直管部２ａと、流
出路２１ｂの接続口２１ｂ＋に接続され配管方向に延在
する直管部２ｂと直管部２ａ、２ｂの先端でおり返すよ
うに曲げられた曲部２ｃ、２ｄと、曲部２Ｃと２ｄとを
接続するＵ字状の接続部２ｅとからなる。

他方のセンサチューブ３は上記センサチューブ２と同一
形状に形成され、直管部３ａ、３ｂか直管部２ａ、２ｂ
と平行となるようにセンサチューブ２と左右対称に設置
されている。なお、センサチューブ２，３の接続部２ｅ
、３ｅは流出管２３の周囲に遊嵌するリング２４ｃに固
定されたブラケット２４ａ、２４ｂに支持されている。

一対のセンサチューブ２．３の直管部２ａ。

２ｂ、３ａ、３ｂは支持板２５を貫通し、支持板２５に
溶接で固定されるとともに、その端部にマニホールド２
１の各接続口２１ａ＋、２１ａ２゜２１ｂ＋、２１ｂｔ
に接続固定されている。支持板２５の中央には穴２５ａ
が穿設されており、流出管２３はこの穴２５ａを貫通す
る。

第２図および第６図に示すように、流入側の直管部２ａ
と３ａとの間、および流出側の直管部２ｂと３ｂとの間
には、ピックアップ２６．２７が設けられている。ピッ
クアップ２６．２７は前述した検出コイル５，６か直管
部３ａ、３ｂに固定され、検出コイル５，６の両側に対
向するマグネット５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂが直管部２ａ
、２ｂに固定されている。２８．２９は加振器で、直管
部２ａと２ｂとの先端間、直間部３ａと３ｂとの先端間
に設けられている。

ここで、加振器２８，２９による加振の方法にいて説明
する。加振器２８，２９は電磁ソレノイドと同じ構造な
ので、励振コイル１１．１２に通電されると、励振コイ
ル１１．１２とマグネット部２８ａ、２９ｂの間には吸
引または反発力が発生する。センサチューブ２の固有振
動数て励振コイル１１への電流を変化させれば、センサ
チューブ２の直管部２ａと２ｂは音叉のように対向して
振動し、支持板２５とセンサチューブ２との接続された
部分が振動の節となる。また、センサチューブ３の固有
振動数で励振コイル１２の電流を変化させれば、センサ
チューブ３の直管部３ａと３ｂとは音叉のように対向し
て振動し、支持板２５とセンサチューブ３との接血され
た部分が振動の節となる。

ピックアップ２６と２７は、直管部２ａ、２ｂ。

３ａ、３ｂの振動を磁界中に置かれた検出コイル５．６
の速度変化として測定している。そこで、このピックア
ップ２６と２７の信号から直管部２ａ、２ｂ、３ａ、３
ｂの振幅が一定となるように、励振コイル１２への電流
を求めて供給すれば、センサチューブ２，３を最小電流
で振動させることができる。センサチューブ２．３内を
流体が流れると、流体の流れと振動の作用によりコリオ
リカが発生する。このコリオリカの方向は、流体の運動
方向とセンサチューブ２，３を励振する振動方向（角速
度）のベクトル積の方向で、コリオリカの大きさは、セ
ンサチューブ２．３を流れる流体の質量とその速度に比
例する。流入側の直管部２ａ、３ａでは、その先端にい
くほど振幅が大きくなるので流体には振動方向の加速度
か与えられ、流出側の直管部２ｂ、３ｂでは、マニホー
ルド１４側に戻るほど振幅が減るので負の加速度か与え
られる。

このことにより、流入側の直管部２ａ、３ａでは振動を
押さえるようにコリオリカが働き、流出側の直管部２ｂ
、３ｂでは振動を加速するようにコリオリカが働く。そ
のため、流体がセンサチ・ユーブ２，３を流れると、セ
ンサチューブ２．３をねじる方向にコリオリカが働く。

この変形はセンサチューブ２．３に流れた流体の質量流
量に比例するから、流入側に取付けた検出コイル１１（
ピックアップ２６）と流出側に取付けた検出コイル（ピ
ックアップ２７）の出力信号は質量流量に比例しである
時間差τ（位相差ンを生じる。この時間差を測定すれば
、質量流量を求めることかできろ、１ 第１図において、時間差から質量流量を求める回路部分
が、時間差検出回路９と流量演算回路１０である。時間
差検出回路９は、速度検出回路７と速度検出回路８の出
力の時間差に比例した電圧を出力する、この電圧差か質
量流量に比例しているので、センサチューブ２，３の形
状に応じた係数（メータ定数に相当する）を掛け、瞬間
質量流量を求めるのが、流量演算回路ＩＯである。

また、センサチューブ２，３の励振は次のように行われ
る。加振器２８，２９の励振コイル１１゜１２は直列に
接続され、ドライブ回路１３より、電流が供給される。

速度検出回路７と８はセンサチューブ２，３の速度を検
出し積分により、その最大振幅が一定の値となるような
電流をドライブ回路１３を通じて励振コイル１１．１２
に供給して共振状態を持続する。

ここで、体積流量演算回路１４が密度を計算し、その後
体積流量を計算する方法について述べる。

センサチューブ２．３の振動周波数をｆとしたとき、こ
の周波数ｆはセンサチューブ２，３のバネ定数にと質量
Ｍから関係から次式で求められる。

ω＝　（Ｋ／Ｍ）−０５・・・（１） 角周波数ωは周波数ｆに２πを掛けたものである。この
質量Ｍはセンサチューブ２，３の質量Ｍ、とセンサチュ
ーブ２，３の内部に充填された流体の質量Ｍ０を加えた
ものに等しい。従って、センサチューブ２．３の質量Ｍ
、とセンサチューブ２．３の内部に充填された流体の質
量Ｍ０とから上記（１）式を書直すと、次式であられさ
れる。

ω’　＝に／　（Ｍｐ　＋Ｍｏ　）　・・・（２）この
式（２）からセンサチューブ２．３の内部に充填された
流体の質量Ｍ０を角周波数ωとバネ定数にとセンサチュ
ーブ２．３の質量Ｍ、から表わせば、 Ｍ、＝に／ω２　Ｍｐ　　・・・（３）となり、センサ
チューブ２，３の内容積Ｖ、が既知であるので、流体の
密度ρが求められる。

流体の密度ρは上記の式から、次のように表わされる。

ρ＝（Ｋ／ω’−Ｍ、）　十Ｖ。

＝　（Ｋ’　　Ｔ’−Ｍ、）＋Ｖ、　　−（４）である
。ここでＴは振動周期で、Ｋ′はバネ定数Ｋを４π２で
割ったものである。すなわち、振動周波数ｆまたは角周
波数ωまたは振動周期Ｔを測定すれば密度を求めること
ができる。体積流量演算回路１４は速度検出回路８の出
力側に接続され、振動周期Ｔを測定している。

次に体積流量を求めるには流量演算回路ＩＯからの信号
を利用する。体積流量演算回路１４はいま計算した密度
ρと流量演算回路１０の信号Ｑから体積流量を計算する
。体積流量Ｖは、Ｖ＝Ｑ÷ρ　・・・（５） なので、簡単に割算回路で構成出来る。

ここで、スチーム等の洗浄液を流入した場合を考える。

通常の流体を計測しているよりも体積流量が大きいので
、体積流量演算回路１４の出力か大きくなる。体積流量
演算回路１４の出力すなわち体積流量そのものは、比較
回路１６に入力されている。閾値設定回路１５の出力は
比較回路１６の閾値を決定する端子に接続されている。

比較回路１６は入力端子の電圧が閾値端子よりも高い場
合、Ｌレベルの信号を出力し、低い場合にはＨレベルの
信号を出力する（通常の比較回路と反対の出力かでるが
、反転出力と考えればよい。）ここで、閾値設定回路１
５の出力は洗浄液の体積流量よりも小さい値に設定され
ている。このため、流体が洗浄液である場合、比較回路
１６の出力はＬレベルであり、流体が実際に測定したい
被測流体の場合はＨレベルとなる。即ち、センサチュー
ブ２．３内を流れる流体の特性として体積流量を計測す
ることにより、流体が洗浄液であるか実際の計測したい
被測流体であるか、比較回路１６は判別できる。比較回
路１６の出力は、センサチューブ２．３の内部に計測す
べき被測流体が入っているかを出力するので、質量流量
が測定すべきものであるか正常であるかを外部への警告
に使用できる。

本実施例では比較回路１６の出力はＡＮＤ回路１７に供
給される。従って、流量演算回路１０から出力された流
量信号がＡＮＤ回路１７に供給されたとき、センサチュ
ーブ２．３内に洗浄液か流れていると比較回路１６の出
力がＬレベルとなるため、流量信号はＡＮＤ回路１７か
ら出力されない、しかし、センサチューブ２，３内に計
測すべき被測流体が流れるときは比較回路１６の出力か
Ｈレベルになるため、流量演算回路ｌＯから出力された
流量信号はＡＮＤ回路１７より流量積算回路１８に供給
され、積算される。

このように、体積流量により流体が洗浄液か測定すべき
流体かを判別できるので、センサチューブ２．３内を洗
浄する際は、洗浄液の流量か積算されてしまうことを防
止できる。そのため、質量流量計１を停止させずにセン
サチューブ２，３内を洗浄することができ、洗浄終了後
次の流体の計測を直ちに行うことがてき、洗浄作業によ
るロスタイムをできるだけ短縮することかできる。

第７図に本発明の第２実施例を示す。第７図において、
流量計測回路３１には上記第１実施例の体積流量演算回
路１４の代わりに流体の密度を算出する密度演算回路３
２か設けられている。

ここで、スチーム等の洗浄液をセンサチューブ２．３に
流入させた場合を考える。通常の流体を計測している場
合よりもスチームは質量か小さいので、測定流体Ｍ０と
センサチューブ２，３の質量Ｍ、を加えたチューブ全体
の質量は軽くなる。

しかし、センサチューブ２．３のバネ定数には変化しな
いから振動周波数ｆは上がる。従って、振動周期Ｔは短
くなり、密度演算回路３２は密度に比例した信号を出力
する。

密度演算回路３２の出力は比較回路１６に入力されてい
る。閾値設定回路１５の出力端子は比較回路１６の閾値
を決定する端子に接続されている。

比較回路１６は入力端子の電圧が閾値端子よりも高い場
合、Ｈレベルの信号を出力し、低い場合にはＬレベルの
信号を出力する。閾値設定回路１５の出力は洗浄液の密
度より大きく実際の測定したい流体の密度よりも小さい
値に設定されている。

このため、流体が洗浄液である場合、比較回路１６の出
力Ｌレベルであり、流体が実際に測定したい流体の場合
はＨレベルとなる。即ち、センサチューブ２．３内を流
れる流体の特性として密度を測定することにより流して
いる流体か洗浄液であるか実際の測定したい流体である
のか比較回路１６は判別できる。比較回路１６はセンサ
チューブ２．３の内部を流れる流体の種類を密度により
検出できるので、質量流量が測定すべきものであるか否
かを外部へ警告できる。

ここで洗浄液がスチームのように測定流体よりも密度が
小さいものを考えたが、測定流体が軽くて、洗浄液体が
重い場合もあるが、これは、比較回路１６の出力の意味
を逆として、即ち、比較回路１６の入力端子の電圧が閾
値端子よりも低い場合、Ｈレベルの信号を出力し、高い
場合、Ｌレベルの信号を出力するようにすれば良い。

このように、流体の密度を計測することにより流体が洗
浄液か測定すべき流体かを判別することができるので、
洗浄液の流量が積算されてしまうことを防止でき、質量
流量計１を停止させずにセンサチューブ２．３内を洗浄
することができる。

そのため、洗浄終了後次の流体の計測を直ちに行うこと
ができ、洗浄作業によるロスタイムをできるだけ短縮す
ることができる。

第８図に本発明の第３実施例を示す。

第８図において流量計測回路３３には上記体積演算回路
１４の代わりに流体の温度を検出する温度センサ３４と
、温度センサ３４からの信号に基づき温度に比例した温
度信号を出力する温度検出回路３５とが設けられている
。

ここで、スチームによりセンサチューブ２，３内を洗浄
する場合を考える。スチームを洗浄液として使用する場
合、例えば、１８０度に加熱された蒸気が使用される。

そのため、スチームは通常の被測流体よりも高温であり
、センサチューブ２゜３を流れる流体の特性として温度
を温度センサ３４により測定することにより、流体が洗
浄液かあるいは測定すべき被測流体であるかを判別する
ことができる。

温度検出回路３５の出力は比較回路１６に入力されてい
る。閾値設定回路１５の出力は比較回路１６の閾値を決
定する端子に接続されている。比較回路１Ｇは入力端子
の電圧が閾値端子よりも高い場合Ｌレベルの信号を出力
し、低い場合はＨレベルの信号を出力する。閾値設定回
路１５の出力はスチームの温度より低く、測定すべき被
測流体の温度より高い値に設定されている。

そのため、スチームをセンサチューブ２，３に流す場合
、比較回路１６の出力Ｌレベルであり、被測流体の場合
はＨレベルとなる。即ち、センサチューブ２，３内を流
れる流体の密度を測定することにより、スチームか被測
流体なのかを比較回路１６は判別できる。このように、
センサチューブ２，３内を流れる流体の温度により洗浄
液か否かを判別することができるので、洗浄液の流量が
積算されてしまうことを防止でき、質量流量計】を停止
させずにセンサチューブ２，３内を洗浄することができ
る。

尚、上記実施例では管路が第２図に示すような形状に曲
げられたセンサチューブを例に挙げて説明したが、セン
サチューブの形状はこれに限らず、例えば直管状あるい
はＵ字状に形成されたセンサチューブにも適用できるの
は勿論である。

発明の効果 上述の如く、本発明になる質量流量計は、センサチュー
ブ内を洗浄するスチームあるいは洗浄液の特性（体積流
量、密度又は温度）を検出して測定すべき被測流体であ
るか否かを判別することができるので、センサチューブ
を振動させたまま洗浄作業を行っても洗浄液の流量を被
測流体の流量として積算することを防止できる。従って
、洗浄作業による計測誤差発生を防止できるとともに、
センサチューブを振動させながら洗浄できるので洗浄作
業終了後衣の流体の計測を直ちに行うことかでき、洗浄
作業によるロスタイムをできるだけ短縮して流量計測効
率を高める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第１実施例に適用さ
れた流量計測回路の構成図、第２図は質量流量計の斜視
図、第３図、第４図は質量流量計の平面図、側面図、第
５図、第６図は第３図中、ｖ−ｖ線、ＶＩ−ＶＩ線に沿
う断面図、第７図は本発明の第２実施例の構成図、第８
図は本発明の第３実施例の構成図である。 ｌ・・・質量流量計、２．３・・・センサチューブ、４
゜３１．３３・・・流量計測回路、５，６・・・検出コ
イル、７．８・・・速度検出回路、９・・・時間差検出
回路、１０・・・流量演算回路、１１．１２・・・励振
コイル、１３・・・ドライブ回路、】４・・・体積流量
演算回路、Ｉ５・・・閾値設定回路、１６・・−比較回
路、１７・・・ＡＮＤ回路、■８・・・流量積算回路、
２６．２７・・・ピックアップ、２８．２９・・・加振
器、３２・・・密度演算回路、３４・・・温度センサ、
３５・・・温度検出回路。 特許出願人　　ト　キ　コ　株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　流体が通過するセンサチューブを振動させ、該センサ
   チューブの振動に伴って発生するコリオリ力による該セ
   ンサチューブの変位を検出する質量流量計において、 前記センサチューブを流れる流体の特性を検出する検出
   手段と、 該流体の特性に関する閾値を設定する閾値設定手段と、 前記検出手段からの検出値と前記閾値設定手段からの閾
   値とを比較し、前記センサチューブを流れる流体を判別
   する比較手段と、 を具備してなることを特徴とする質量流量計。