JPH05215584A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は温度変化によるセンサチューブの膨
張又は収縮を効果的に吸収できるよう構成した振動式測
定装置を提供することを目的とする。 【構成】 質量流量計１は一対のセンサチューブ６，７
を加振器１４により振動させ、ピックアップ１５，１６
が流量に比例した位相差の信号を出力して流量計測を行
う。センサチューブ６，７の上流側端部には温度変化に
伴うセンサチューブ６，７の膨張又は収縮を吸収するよ
うに温度変化に応じて変形する熱変形部材２２，２３が
介在する。高温流体計測時熱変形部材２２，２３に配管
方向に収縮してセンサチューブ６，７の膨張量を吸収す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動式測定装置に係り、
特に直線状のセンサチューブ内に被測流体を通過させる
よう構成した振動式測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体が供給された管路を振動させて流体
の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリ
オリ式質量流量計又は振動式密度計がある。

【０００３】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。

【０００４】そのため、被測流体の質量流量を計測する
種々の質量流量計が開発されつつあり、その中の一つと
して振動するセンサチューブ内に流体を流したときに生
じるコリオリの力を利用して質量流量を直接計測するコ
リオリ式質量流量計がある。この種の従来の質量流量計
には上記センサチューブが直線状であるタイプと、Ｊ字
形状，Ｓ字形状，Ｕ字形状等の曲線状であるタイプはと
の２通りがある。一般には曲線状のものは流体の圧力損
失が大きく、又曲部分に気泡がたまりやすいばかりか清
掃しにくい等の問題点を有する。また、直線状のものは
流体の圧力損失は低く押さえられ、上記曲線状の問題点
を解決することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、直線状のセ
ンサチューブを有する質量流量計では、被測流体が高温
流体の場合にはセンサチューブが熱膨張によって伸び、
流量計内で変形してしまい、計測精度に影響を与えると
いった課題を有していた。

【０００６】このような問題点を解決するため、流入
口，流出口を有するフランジ近傍にセンサチューブの軸
方向の熱膨張を吸収するように弾性変形する蛇腹状のベ
ローズを設けた構成の質量流量計が提案されている。

【０００７】しかるに、ベローズはセンサチューブの熱
膨張による押圧力を受けて圧縮されることにより変形す
るため、比較的肉薄材料により形成されており、ベロー
スの肉厚を厚くして耐圧強度，耐食性を高めようとする
とベローズの剛性が大となり、センサチューブの熱膨張
を十分に吸収できなくなってしまうおそれがある。

【０００８】又、振動式の密度計においても上記質量流
量計と同様な課題がある。

【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決した振動
式測定装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上流側配管に
接続される上流側接続部と下流側配管に接続される下流
側接続部との間に、配管方向に直線状に延在するよう設
けられた管路を有し、該管路の直管部を振動させ該振動
により質量流量又は密度を測定する振動式測定装置にお
いて、温度変化に伴う前記直管部の管路延在方向の膨張
又は収縮を吸収するように温度変化に応じて変形する熱
変形部材を前記管路に設けてなる。

【００１１】

【作用】高温流体を計測する場合、熱変形部材自体が温
度上昇により収縮することにより、直管部の熱膨張を積
極的に吸収する。熱変形部材自体が管路の熱膨張を妨げ
ることがないので、計測精度を高められる。

【００１２】

【実施例】図１及び図２に本発明になる振動式測定装置
の一実施例としての質量流量計を示す。

【００１３】各図中、質量流量計１は密閉された箱状の
ケーシング２内に被測流体が通過する管路３を設けてな
る。管路３は流入口５ａを有する流入管５と、直管状に
形成された一対のセンサチューブ（直管部）６，７と、
流出口８ａを有する流出管８とより形成されている。
尚、センサチューブ６，７は例えば耐食性を有するステ
ンレス（ＳＵＳ ３１６Ｌ）又はハステロイ等により形
成されており、流体温度又は周囲の環境温度の変化によ
り配管延在方向に膨張又は収縮する。

【００１４】流入管５は流入側端部に上流側配管（図示
せず）に連結されるフランジ５ｂを有し、流入管５の他
端はケーシング２の側壁２ａを貫通してケーシング２内
部に形成された室２ｂに延出している。

【００１５】９は流入側マニホールドで、流入管５が接
続固定される上流側接続口９ａと、センサチューブ６，
７の上流側端部が接続固定される下流側接続口９ｂ，９
ｃとを有する。上流側接続口９ａと下流側接続口９ｂ，
９ｃとは分流路９ｄ，９ｅを介して連通されている。

【００１６】１０は流出側マニホールドで、センサチュ
ーブ６，７の下流側端部が接続固定される一対の接続口
１０ａ，１０ｂと、流出管８の上流側端部が接続される
接続口１０ｃとを有する。又、流出側マニホールド１０
内には一対の接続口１０ａ，１０ｂと接続口１０ｃとを
連通する流路１０ｄ，１０ｅが穿設されている。

【００１７】一対のセンサチューブ６，７は流体の流れ
方向（Ａ方向）に直線状に延在する直管よりなり、上記
流入側マニホールド９と流出側マニホールド１０との間
で平行に設けられている。直管よりなるセンサチューブ
６，７は被測流体が通過する際の圧力損失が少ないばか
りか複雑な形状に加工する必要もないので製作が容易で
ある。

【００１８】流出管８は上流側端部が流出側マニホール
ド１０の接続口１０ｃに接続固定され、下流側端部がケ
ーシング２の側壁２ｃを貫通して下流側（Ａ方向）へ突
出している。尚、流出管８の下流側端部には流出口８ａ
が開口し、その外周には下流側配管（図示せず）に連結
されるフランジ８ｂが設けられている。

【００１９】ケーシング２は流入管５及び流出管８を保
持して管路３を室２ｂ内に保持した構成であり、外部振
動が管路３に伝達しないように十分な剛性を有してい
る。

【００２０】流入側マニホールド９と流出側マニホール
ド１０との間に装架された一対のセンサチューブ６，７
間には一対のセンサチューブ６，７の中央部を半径方向
（Ｘ方向）に振動させる加振器１４と、加振器１４の
上、下流側に設けられセンサチューブ６，７の振動に伴
う変位を検出するピックアップ１５，１６とが配設され
ている。

【００２１】加振器１４は実質電磁ソレノイドと同様な
構成であり、センサチューブ６側に設けられたコイル１
４ａと、センサチューブ７側に設けられたマグネット部
１４ｂとよりなり、コイル部１４ａに通電するとセンサ
チューブ６，７を夫々近接あるいは離間するＸ方向に駆
動する。

【００２２】ピックアップ１５，１６は上記加振器１４
と同様コイル部１５ａ，１６ａと、マグネット部１５
ｂ，１６ｂとよりなり、センサチューブ６，７の振動に
伴うセンサチューブ６，７の相対変位に応じた出力信号
を得る。

【００２３】流量計測時、一対のセンサチューブ６，７
は加振器１４により内部に流体が流れている状態で加振
される。尚、流入口５ａより管路３に流入した流体は流
入側マニホールド９の分流路９ｄ，９ｅで２分されセン
サチューブ６，７を等しい流量となって流れ、さらに流
出側マニホールド１０の流路１０ｄ，１０ｅで合流して
流出管８より下流側配管へ流出する。

【００２４】このように、振動するセンサチューブ６，
７に流体が流れると、その流量に応じたコリオリ力が発
生する。そのため、直管状のセンサチューブ６，７の流
入側と流出側で動作遅れが生じ、これによりピックアッ
プ１５と１６との出力信号に位相差があらわれる。この
位相差が流量に比例するため、ピックアップ１５，１６
からの出力信号の位相差に基づいて流量が求まる。

【００２５】尚、振動するセンサチューブ１５，１６を
通過する流量に応じてコリオリ力による変位をピックア
ップ１５，１６で検出する流量計測の原理はすでに出願
された質量流量計と同様であるので、ここでは詳しい流
量計測動作の説明は省略する。

【００２６】このように質量流量計１においては加振器
１４によるＸ方向の加振に対して、ピックアップ１５，
１６が上記加振に応じた同じくＸ方向の変位を検出する
構成である。

【００２７】１７，１８は、センサチューブ６，７間の
Ｘ方向以外の相対変位を規制するための変位規制部材で
あり、センサチューブ６，７の延在方向と直交する方向
（図中Ｘ方向）に延在する向きで平行なセンサチューブ
６，７間に装架されている。一方の変位規制部材１７は
加振器１４と上流側のピックアップ１５との間に設けら
れ、他方の変位規制部材１８は加振器１４と下流側のピ
ックアップ１６との間に設けられている。

【００２８】変位規制部材１７，１８は薄い金属板で形
成され、両端部にセンサチューブ６，７が挿通され、且
つ溶接され、その中間にはＶ字状の収縮部が設けられて
いる。

【００２９】この変位規制部材１７は、センサチューブ
６，７のＸ方向に対しては収縮部が夫々その傾斜角度を
変更するように変位して伸縮できるため、センサチュー
ブ６，７のＸ方向の変位を妨げることがない。しかしな
がら、例えばＹ方向の変位に対しては変位規制部材１７
が回動不可能状態に強固に固定されていることから、一
対のセンサチューブ６，７はＹ方向への変位が規制され
る。

【００３０】１９は流入側の支持板で、一対のセンサチ
ューブ６，７の上流側部分が貫通固定されている。２０
は流出側の支持板で、一対のセンサチューブ６，７の下
流側部分が貫通固定されている。従って、センサチュー
ブ６，７は支持板１９，２０の固定部分を支点として振
動する。

【００３１】２２，２３は断面がＵ字状に形成された環
状の熱変形部材で、センサチューブ６，７の流入側端部
と流出側マニホールド９の下流側接続口９ｂ，９ｃに接
続された接続チューブ２９，３０との間に設けられてい
る。熱変形部材２２と２３とは同一構成であるので、以
下熱変形部材２２について図２，図３を併せ参照して説
明する。

【００３２】両図中、熱変形部材２２は、接続チューブ
２９、センサチューブ６の半径方向に突出する鍔部２
４，２５の外周にバイメタル構造の伸縮部２６を有す
る。この伸縮部２６は鍔部２４と２５との外周を接続す
るように円弧状に湾曲している。伸縮部２６は熱膨張係
数の異なる２枚の内周板２７と外周板２８とを重ね合わ
せバイメタル構造となっている。又、内周板２７，外周
板２８は夫々耐食性を有する金属板よりなり、センサチ
ューブ６と同程度の耐圧強度を有する肉厚で形成されて
いる。

【００３３】円弧状に湾曲した常温における伸縮部２６
は同一半径ではなく楕円状に両端部と中央部との曲率半
径が異なる形状とされ、中央部が弛やかな円弧で両端部
が曲率半径の小さい円弧形状となっている。これは、高
温流体計測時に伸縮部２６がセンサチューブ６，７の熱
膨張量を吸収できるように半円形状（図３に示す）に変
形しやすくするためである。

【００３４】本実施例では、内周板２７がチタン（線膨
張係数８×１０^-6／deg ），外周板２８がハステロイ
（線膨張係数１１×１０^-6／deg ）により形成されてい
る。従って、外周板２８は内周板２７よりも温度変化に
対する膨張量又は収縮量が大きくなるように組み合わさ
せてある。

【００３５】又、内周板２７，外周板２８は端部が鍔部
２４，２５に溶接されている。

【００３６】一方の鍔部２４は上流側の接続チューブ２
９，３０に溶接され、他方の鍔部２５は下流側のセンサ
チューブ６，７に溶接されている。

【００３７】そのため、高温流体を計測する場合、ある
いは周囲温度が上昇した場合、センサチューブ６，７は
流体の温度上昇により配管方向に膨張する。しかし、上
記構成の熱変形部材２２，２３では伸縮部２６の外周板
２８が内周板２７より大きく膨張するため、センサチュ
ーブ６，７及びチューブ接続部２９，３０に接続された
伸縮部２６の端部が図３に示すように管路延在方向（Ａ
方向）に収縮する。その際、伸縮部２６の収縮量Ｌ（＝
２ａ）の合計がセンサチューブ６，７の膨張量と略等し
くなるように内周板２７及び外周板２８の厚さ，直径寸
法が決められている。

【００３８】従って、センサチューブ６，７の熱膨張が
熱変形部材２２，２３の上記内周板２７，外周板２８の
動作により吸収され、これによりセンサチューブ６，７
が変形したりセンサチューブ６，７の振動動作が妨げら
れることが防止され、計測精度を高められる。

【００３９】又、熱変形部材２２，２３はセンサチュー
ブ６，７の熱膨張による押圧力を受けて変形するのでは
なく、温度変化に応じて内周板２７，外周板２８が伸縮
するため、ベローズよりも肉厚にして耐圧強度及び耐食
性を高めることができる。

【００４０】又、低温流体又は周囲温度が低下した場
合、センサチューブ６，７は配管方向に収縮する。その
場合，熱変形部材２２，２３は上記とは逆に内周板２
７，外周板２８の端部が配管方向に膨張するように変形
し、センサチューブ６，７の収縮を吸収する。

【００４１】図２中１点鎖線で示すように上流側の接続
部２９，３０の内周からセンサチューブ６，７の内周に
ガイド用のチューブ３１を挿入するようにしても良い。
このチューブ３１は熱変形部材２２（２３）を股ぐよう
に挿入され、いずれか一方の端部が接続部２９，３０又
はセンサチューブ６，７の内周に固着されている。

【００４２】従って、このガイドチューブ３１は上記の
ように熱変形部材２２（２３）が伸縮してもセンサチュ
ーブ６，７内又は接続部２９，３０内を摺動して、伸縮
動作をガイドする。そして、センサチューブ６，７に半
径方向の力が作用しても熱変形部材２２，２３に応力が
集中して変形することを防止できる。

【００４３】尚、上記実施例では熱変形部材をセンサチ
ューブ６，７に設けたが、これに限らず、例えば流入管
５又は流出管８に設けるようにしても良いのは勿論であ
る。又、上記バイメタル構造の伸縮部２６の代わりに、
温度に応じた形状を記憶する形状記憶合金を使用するよ
うにしても良い。

【００４４】尚、振動式密度計は上記実施例の質量流量
計と同様な構成であるので、その説明は省略する。振動
式密度計の場合、センサチューブ６，７の固有振動数が
流体の密度によって変化することを利用して密度を測定
するようになっており、図２に示す熱変形部材２２，２
３を設けることによりセンサチューブ６，７の熱膨張が
吸収され、密度測定がより正確に行なえる。

【００４５】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる振動式測定装
置は、温度変化に応じた直管部の膨張又は収縮を吸収す
るように変形する熱変形部材を設けたため、直管部が温
度変化による圧縮応力又は引張応力を受けて変形するこ
とを良好に防止でき、しかも熱変形部材自体が温度変化
に応じて収縮又は膨張するように変形するため、直管部
の伸縮を積極的に吸収することができ、直管部の負荷が
小さくて済むので計測時直管部の振動動作を妨げず計測
精度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】

【図１】本発明になる振動測定装置の一実施例としての
質量流量計を説明するための縦断面図である。

【図２】本発明の要部である熱変形部材を拡大して示す
縦断面図である。

【図３】熱変形部材の伸縮動作を説明するための部分拡
大図である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ケーシング ３ 管路 ５ 流入管 ６，７ センサチューブ ８ 流出管 ９ 流入側マニホールド １０ 流出側マニホールド １４ 加振器 １５，１６ ピックアップ ２２，２３ 熱変形部材 ２６ 伸縮部 ２７ 内周板 ２８ 外周板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上流側配管に接続される上流側接続部と
   下流側配管に接続される下流側接続部との間に、配管方
   向に直線状に延在するよう設けられた管路を有し、該管
   路の直管部を振動させ該振動により質量流量又は密度を
   測定する振動式測定装置において、 温度変化に伴う前記直管部の管路延在方向の膨張又は収
   縮を吸収するように温度変化に応じて変形する熱変形部
   材を前記管路に設けてなることを特徴とする振動式測定
   装置。