JPH0587528U - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 温度変化や振動ノイズなどの外部環境に左右
され難い、安定して高分解能なコリオリ質量流量計を実
現する。 【構成】 被測定流体が振動するパイプ１内を通過する
ときに発生するコリオリ力を検出して質量流量を測定す
るコリオリ質量流量計において、被測定流体が流れる振
動パイプ１の断面形状を楕円形状としたことを特徴とす
るものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、コリオリ質量流量計に関し、特に流体温度や密度変化によって発生 するゼロ点変化・スパン変化を減少させ、外部から加わる振動ノイズの影響を減 少させるものである。

【０００２】

【従来の技術】

図４は従来の直管式のコリオリ質量流量計の構成斜視図である。図４において 、１０は内部に測定流体Ｆを流すことができるパイプであり、このパイプ１０の 両端は、固定部１１，１２で固定されている。１４は固定部１１と１２の間のパ イプ１０の中央部１３に設置された加振機であり、パイプ１０をパイプ１０の中 心軸に対して直角方向に加振して上下に変位させる。１５，１６はパイプ１０の 中央部１３と固定部１１，１２の間に設置された振動検出手段であり、パイプ１ ０の変位を測定する。

【０００３】 このような構成において、図５に示す振動説明図を用いて、その動作を説明す る。図４および図５において、パイプ１０の中に測定流体Ｆを流した状態で中央 部１３に設置された加振機１４から振動を与えると、図５に示すような中央部１ ３が振動の腹となる１次モード形状でパイプ１０が振動する。この振動は、パイ プ１０の上流側と下流側の微小区間について考えると、各々固定部１１，１２付 近を中心とする回転振動をしていると見做すことができる。その角速度をω、測 定流体Ｆの質量流量をＱとすると、角速度ωと質量流量Ｑの積に比例したコリオ リ力が各微小区間に発生し、これにより、パイプ１０の中央部１３に対して、上 流部分と下流部分では、その撓み振動が逆になる変形が発生する。この変形を振 動検出手段１５，１６で測定することにより、質量流量Ｑを知ることができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来技術に示すコリオリ質量流量計では、発生するコリオ リ力によるパイプの変形は小さく、流体ノイズや配管振動の影響を受け易く、出 力の安定性や分解能の低下という点で課題を生じていた。

【０００５】 特に、直管単管式のコリオリ質量流量計では、図中のＸ軸に対して軸対称であ るので、図５に示すＺ方向１次モード共振周波数と、Ｙ方向１次モード共振周波 数は等しいか、非常に近いものとなる。このため、本来必要でないＹ方向振動成 分も共振状態で大きくなる可能性があるため、振動検出手段などに悪影響を及ぼ し、出力の安定性や分解能の低下を引き起こしていた。

【０００６】 なお、一般的には、流体ノイズや配管振動は、５０Ｈｚ程度の低周波数域で発 生しがちで、高周波数になるほど大きさは小さくなる。パイプの共振周波数を高 くすれば、振幅一定の時、ノイズの影響は小さくなる。また、加振力一定では、 高周波数にすると、振幅が小さくなり、結局、Ｓ／Ｎはあまり変わらない。

【０００７】 本考案は、上記従来技術の課題を踏まえて成されたものであり、不必要な振動 モードの影響を低減させ、かつ外部ノイズの影響を受け難い高周波数振動でも大 振幅を得られるようにすることにより、温度変化や振動ノイズなどの外部環境に 左右され難い、安定して高分解能なコリオリ質量流量計を提供することを目的と したものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための本考案の構成は、 被測定流体が振動するパイプ内を通過するときに発生するコリオリ力を検出し て質量流量を測定するコリオリ質量流量計において、 前記被測定流体が流れる振動パイプの断面形状を楕円形状としたことを特徴と するものである。

【０００９】

【作用】

本考案によれば、振動パイプの断面形状を楕円形状としている。この場合、振 動方向によって断面２次モーメントが異なるため共振周波数が異なり、不必要な 振動モードの影響が低減できる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案を図面に基づいて説明する。 図１は本考案のコリオリ質量流量計の一実施例を示す構成図である。図１にお いて、１は内部に測定流体を流すことができるパイプであり、このパイプ１は、 図２（イ）に示すように、断面形状が楕円形状とされている。なお、図２（イ） の場合は、（ロ）図に示す円形状のものと肉厚部の断面積が等しい場合の一例を 示している。パイプ１の両端は、固定部２，３で固定されている。４は固定部２ と３の間のパイプ１の中央に設置された励振手段である。５，６はパイプ１の振 動を検出する振動検出手段である。

【００１１】 このような構成において、パイプ１は、図２（イ）に示すように、楕円の短軸 方向に励振させる。励振手段４は、長軸方向の振動が共振状態になるように常に 制御される。ここで、図３はパイプ１の振動パターンを示している。図３におい て、ａ，ｂは励振手段４により励振された時に、パイプ１が各瞬間に表す振動パ ターンであり、ｃ，ｄはパイプ１中を流れる流体に働くコリオリ力により表れる 非対称たわみ振動のパターンである。なお、実際には、この２種類の振動パター ンが重畳された形でパイプ１は振動する。この振動は、振動検出手段５，６で検 出され、その位相差を測定する等の方法により、コリオリ力による振動成分を求 め、質量流量に換算される。その際、温度、振動周波数、励振振幅なども測定し 、誤差補正や密度計算に用いる。

【００１２】 このような上記実施例によれば、円形状パイプを用いた時に比べて、 (1)振動方向によって、断面２次モーメントが異なるので、方向により共振周波 数が異なり、円形状パイプの際に問題となった不必要な振動モードの影響を低減 できる。 (2)楕円の短軸方向に共振させた場合、同一の共振周波数になるように、パイプ 長さを調節すれば、同一加振力でも大振幅が得られる。また、同一加振力かつ同 一振幅となるパイプ長の場合、高い共振周波数が得られる。

【００１３】 この振動振幅については、例えば、パイプをはり要素と見做して計算すると、 基本となる式は、 共振周波数：ｆ_res＝（λ_n ²／２πＬ²）・√（ＥＩ／Ａγ） ─ たわみ量：ｙ＝（１／α）・ＷＬ³／ＥＩ ─ ただし、λ_n：振動モードにより決定される α：はり構造により決定される Ｌ：パイプ長 Ｅ：ヤング率 Ｉ：断面２次モーメント Ａ：断面積 Ｗ：荷重力 γ：密度 である。円と楕円の断面２次モーメントをそれぞれＩ₀，Ｉ₁とする。断面２次モ ーメントの違いによる共振周波数の変化をパイプ長Ｌを変えて同じ共振周波数に すると仮定すると、上記式より、 （λ_n ²／２πＬ₀ ²）・√（ＥＩ₀／Ａγ） ＝（λ_n ²／２πＬ₁ ²）・√（ＥＩ₁／Ａγ） ∴Ｉ₁／Ｉ₀＝（Ｌ₁／Ｌ₀）⁴ （＝ｋとする） この時のたわみ量の比は、 ｙ₁／ｙ₀ ＝｛（１／α）・ＷＬ₁ ³／ＥＩ₁｝／｛（１／α）・ＷＬ₀ ³／ＥＩ₀｝ ＝ （Ｉ₀／Ｉ₁）・（Ｌ₁／Ｌ₀）³ ＝（１／ｋ）・ｋ^3/4＝ｋ^-1/4 ─ となる。ここで、図２（イ）に示す断面形状のパイプの場合、 Ｉ₁／Ｉ₀≒０．４８１ であり、たわみ量の比は、式より、 ｙ₁／ｙ₀≒１．２ となる。同様に共振周波数でも、１．２倍大きな振動振幅が得られる。 したがって、Ｓ／Ｎを向上させ、信号処理回路の負担を減らし、外部からの振動 ノイズの影響を低減できる。

【００１４】 (3)方向により共振周波数が異なる構造の中でも楕円は優れており、円形状パイ プを押し潰すだけで楕円形状になるため、使用時の信頼性や耐久性や製造時の加 工性に有利である。

【００１５】 なお、上記実施例においては、パイプが一本の場合について説明したが、平行 管などの多重管や曲管形状のものでも良い。ただし、何れの場合においても、断 面２次モーメントの小さい方向（共振周波数の低い方向）に振動させる必要があ る。また、振動方向により、共振周波数が異なれば良いため、例えば、方向によ り肉厚の異なるパイプや長方形形状をしたパイプでも同様な効果が期待できる。 さらに、質量流量への変換の信号処理は、位相差検出方式の他、同期積分方式な どでも良い。

【００１６】

【考案の効果】

以上、実施例と共に具体的に説明したように、本考案によれば、不必要な振動 モードの影響を低減させると共に、外部ノイズの影響を受け難い高周波数振動で も大振幅を得られるようにすることにより、温度変化や振動ノイズなどの外部環 境に左右され難い、安定して高分解能なコリオリ質量流量計を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のコリオリ質量流量計の一実施例を示す
構成図である。

【図２】図１装置に用いるパイプの断面形状を示す図で
ある。

【図３】図１装置の振動説明図である。

【図４】従来のコリオリ質量流量計の一例を示す構成図
である。

【図５】図４装置の振動説明図である。

【符号の説明】

１ パイプ ２，３ 固定部 ４ 励振手段 ５，６ 振動検出手段

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定流体が振動するパイプ内を通過す
   るときに発生するコリオリ力を検出して質量流量を測定
   するコリオリ質量流量計において、 前記被測定流体が流れる振動パイプの断面形状を楕円形
   状としたことを特徴とするコリオリ質量流量計。