JPH06235652A - 質量流量計 - Google Patents

質量流量計

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JPH06235652A
JPH06235652A JP4592293A JP4592293A JPH06235652A JP H06235652 A JPH06235652 A JP H06235652A JP 4592293 A JP4592293 A JP 4592293A JP 4592293 A JP4592293 A JP 4592293A JP H06235652 A JPH06235652 A JP H06235652A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78Direct mass flowmeters
    • G01F1/80Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/845Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
    • G01F1/8463Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits the measuring conduits' cross-section being deformed during measurement, e.g. by periodically deflecting a portion of the conduits' surface

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力損失が小さく、小形簡易な質量流量計に
する。 【構成】 測定管1は、計測室7内のX軸上に流管5,
6と接続される断面積が一定の流管である。断面形状
は、中央位置でY軸方向に偏平な非円形のCの断面で、
両端AD,AUに向けて順次円断面に左右対称に変化す
る。図示の断面では、測定流体の流れは、上流側では中
心に向けての速度成分があり、下流側では外に向ける速
度成分が生じ、コリオリの力は、上流側で外向き、下流
側では中心軸向きに作用する。これに伴って、測定管1
の管壁が変位し、変位センサ3,4で検知し、差信号か
ら質量流量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、質量流量計に関し、より詳細に
は、断面積一定で流れ方向に断面形状が異なる測定管に
作用するコリオリ力に基づく質量流量を計測する質量流
量計に関する。
【0002】
【従来技術】最近、直接質量流量計としてコリオリ力を
利用したコリオリ流量計が多用されている。コリオリ流
量計は単位質量mで流速Vで流れる流体に角速度ωの振
動を与えたとき角速度ωと速度Vのベクトル積に比例し
たコリオリ力が発生することを利用した質量流量計であ
る。従来、多用されているコリオリ流量計は、所定の区
間を挟んで2点で支持する測定管と、該測定管の中央部
で、測定管軸と直角方向に加振する駆動部と、該加振部
を挟んだ測定管の対称位置で、コリオリ力に基づく測定
管の変位量の差を求める一対の変位センサと、該変位セ
ンサ出力の差信号から質量流量を検知する質量流量変換
器とから構成されている。
【0003】このような、従来形式の質量流量計は、発
生するコリオリ力は非常に小さく、これに基づく測定管
の変位量も小さいので外部振動影響を受け易かった。こ
のため、コリオリ力に基づく変位量が大きくなるような
測定管の形状や測定管の支持方式あるいは検出回路等に
関し、従来多くの提案がなされた。
【0004】また、測定管の形状を高感度でコリオリ力
を検出できるようにすると管路長が長くなり圧損が大き
くなるだけでなく大形になるという点があり、更には、
測定管の振動は測定管自体の重心移動を伴ない、これが
測定管から外部流量に及ぼす振動発生源になる等の欠点
があった。
【0005】
【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもの
で、圧損が小さく、小形で簡易な質量流量計を提供する
ことを目的とするものである。
【0006】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
両端固定された流管の両端が円形で軸方向中央部に向け
て順次非円形となる連続して変化する断面形状を有し、
軸方向に断面積一定で中央部が剛体である弾性変形可能
な測定管と、該測定管の軸方向中央部の対称位置に配設
され、コリオリ力に基づいた前記測定管の管壁が変位す
る一対の変位センサと、該変位センサの差信号を出力す
る差信号出力手段とを有し、該差信号に比例した質量流
量を求めること、或いは、(2)両端固定された流管の
両端が円形で軸方向中央部に向けて順次非円形となる連
続して変化する断面積形状を有し、軸方向に断面一定で
中央部が剛体である弾性変形可能な測定管と、該測定管
を流管に軸方向移動可能に接続する可撓管と、前記測定
管を軸方向に交番駆動する加振器と、前記測定管の軸方
向中央部の対称位置に配設され、該測定管に作用するコ
リオリ力により変位を検知する一対の変位センサと、該
変位センサの差信号を出力する差信号出力手段とを有
し、該差信号に比例した質量流量を求めること、更に
は、(3)前記(1)又は(2)において、測定流体の
静圧を検知する圧力検知手段と、該圧力検知手段の信号
に基づいて前記測定管外部の圧力を制御する手段とを有
し、前記測定管の外部圧力を測定流体の静圧と等しくす
る調圧手段を配設したことを特徴とするものである。以
下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【0007】図1(a),(b)は、本発明における質
量流量計の一例を説明するための構造図で、(a)図は
縦断面図、(b)図は測定管の断面図であり、図中、1
は測定管、2は基体、3,4は変位センサ、5,6は流
管、7は計測室である。
【0008】測定管1は、円形断面の流管5,6と同一
軸線X−X上に接続され、測定流体が矢印 Flow 方向に
流れる断面積一定な管体で、断面形状は中心位置Cに関
して上下流側対称である。すなわち、流管5,6と接続
する上流端側断面AUおよび下流端側断面ADは、(b)
図:AU,AD断面に示すように共に円形で、(d)図:
C断面に示すように中央位置CではY軸方向に短軸な非
円形断面であり、中間位置では上流側中間位置BU断面
と下流側中間位置BD断面とは等しい断面形状の非円形
断面となっている。これらの非円形断面形状は、(b)
図の円形AU,ADから(d)図の中央位置Cの非円形断
面Cに進むに従ってY軸方向が短かく、Z軸方向が長く
なるように、順次移行して連続した曲面となっている。
しかし、Y軸方向の短軸の変化幅は、測定流体が流れた
とき、剥離を生じないように選ばれ、圧力損失は極めて
小さい。
【0009】測定管1は、流管5,6とX軸上で同軸に
計測室7内に配設され、測定管1の中央位置Cに関した
対称位置BU,BD位置には、測定管1の管壁の変位量を
計測するための変位検出器3,4が、基体2との間に取
り付けられている。変位検出器3,4は同一のもので、
例えば、高感度の差動変圧器が用いられる。また、静電
方式や光学的変位検出器、またはひずみゲージ等、測定
管管壁の変位を検出できるものであればよい。
【0010】図2は、図1の質量流量計の原理を説明す
るための図で、測定管1の断面AU,AD,およびCにお
けるコリオリ力のベクトルを示し、コリオリ力の作用し
ない断面ではベクトル表示はない。以下、図に基づいて
説明する。測定流体は断面積一定な測定流管1の壁面か
ら剥離することなく、矢印 Flow 方向に連続して流れ
る。円形断面の流管5での均一な流れが、中心位置Cの
非円形断面Cに向けて流れるとき、Y軸方向では中心軸
であるX軸方向内向きの速度ベクトルを有し、Z軸方向
では外向きの速度ベクトルを有している。この結果、
(b)図に示すように上流側では測定流体にはY軸方向
に外向きのコリオリ力(+FY)が働き、Z軸方向には
内向きのコリオリ力(−FZ)が作用する。Y軸,Z軸
方向に速度成分を有しない(c)図のC断面位置ではコ
リオリ力は発生しない。
【0011】下流側では、測定流体は、上流側と反対に
非円形断面での流れから円形断面の均一流れに移行する
ので、Y軸方向では外向きの速度ベクトルを有してお
り、Z軸方向では内向きのベクトルを有している。この
結果、測定流体には、(d)図に示すようにY軸方向で
は、内向きのコリオリ力(−FY)、Z軸方向では外向
きのコリオリ力(+Fz)が作用する。
【0012】この結果、測定管1の上流側中間位置BU
では外向きに変位し、下流側中間位置BDでは中心軸向
きに変位する。コリオリ力は、質量流量に比例するの
で、変位検出器3と4との出力差信号を算出する変換器
(図示せず)出力により質量流量が計測できる。
【0013】図3(a),(b)は、本発明における質
量流量計の他の実施例の原理を説明するための図で、測
定流体が矢印 Flow 方向に流れる状態で、図1における
測定管1を白抜き矢印±P方向に移動した場合のコリオ
リの力を示したものである。
【0014】(a)図において、測定管1を Flow 方向
と同じ矢印(+P)方向に移動すると、移動したことに
より生ずるコリオリ力は、流入側中間位置では、Y軸方
向に中心軸向きの力(−CY)、Z軸方向には外向きの
力(+CZ)が作用する。また、流出側中間位置では、
Y軸方向及びZ軸方向の流れ変化が反対になるので、Y
軸方向には外向きの力(+CY)、Z軸方向には中心軸
向きの力(−CZ)が作用する。
【0015】(b)図において、測定管1を Flow 方向
と逆の矢印(−P)方向に移動したときは、移動したこ
とによるコリオリ力は、すべて(a)図の場合と反対向
きとなる。これらのコリオリ力は、図1のコリオリ力に
加算されるので、移動方向を交番に行うことにより、交
流の差信号を得ることができる。
【0016】図4(a),(b)は、図3の原理に基づ
く質量流量計の構成の一例を説明するための図で、
(a)図は縦断面図、(b)図は平面図であり、図中、
8は加振器、9は磁性体、10,11は変位センサ、1
2は固定ビーム、13は可撓管、14は調圧器、15,
18は導管、16はベローズ、17は圧媒体室であり、
図1と同じ作用をする部分には、図1と同一の参照番号
を付している。
【0017】計測室7は、流管5と6との間の基体2内
に配設され、測定管1,加振器8,変位センサ10,1
1等の流量計の要部を収容する密閉空間である。測定管
1は、軸方向に移動できるようにベローズ等の可撓管1
3,13を介して接続される。測定管1の流入口と流出
口との近傍の壁面には、コの字形の固定ビーム12端部
が固着され、該固定ビーム12には測定管1の壁面がコ
リオリ力により変位する変位量を計測する変位センサ1
0,11が、中間位置に関し対称位置に配設されてい
る。
【0018】加振器8は、測定管1の中央位置で基体2
に脚部が固着されたH形の継鉄8aにコイル8bを巻回
した電磁駆動部8aと、一端が測定管1の中央位置に固
着され、前記継鉄8a間に配置された磁性体9とからな
り、コイル8bに交流電流を印加することにより、継鉄
8aは磁性体9を測定管1とともに一定振幅でX軸矢印
±P方向に往復駆動する。
【0019】次に、以上の如く構成された図4の質量流
量計の動作を説明する。前記の如く、加振器8を駆動す
ることにより、測定管1は可撓管13を介してX軸方向
に中心位置に対し一定振幅で往復移動し、図2と図3に
示したコリオリ力の和(+FY)+(±CY)と(−
Y)+(±CY)の信号が変位センサ10と11とに出
力する。従って、変位センサ10と11との差信号をと
ると、2FYの質量流量信号が得られる。
【0020】測定流管1は、前述の如く、中間位置の非
円形部分は厚肉に形成して高剛性にして他の中間位置部
分の管壁を弾性材としているので、測定流体の圧力が計
量室7内の圧力よりも高い場合でも低い場合でも、圧力
による変形をもたらす。調圧器14は、測定流体と計量
室7の圧力を等しくして、上述の不具合をなくすための
ものである。
【0021】調圧器14は、測定流体に開口する導管1
5に連通するベローズ16を圧媒体室17内に収容し、
圧媒体室17は、導管18を通って計測室7内に連通し
ている。以上の如く構成された調圧器14は、例えば測
定流体の圧力が計測室7の圧力よりも高い場合は、ベロ
ーズ16の体積が膨張して圧媒体室17の空間を圧縮し
て圧力を高め、計測室7の圧力を測定流体の圧力と等し
くする。この条件を充たすために、調圧器14の体積や
計測室7内の流体を液体にする等の選択をしなければな
らない。調圧器14は、図1にも適用される。
【0022】
【効果】以上に説明した如く、本発明によると、測定管
の断面積を流管と等しくしたので、圧力損失が少なく、
小形で簡単な質量流量計とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における質量流量計の一例を説明する
ための構造図である。
【図2】 図1の質量流量計の原理を説明するための図
である。
【図3】 本発明における質量流量計の他の実施例の原
理を説明するための図である。
【図4】 図3の原理に基づく質量流量計の構成の一例
を説明するための図である。
【符号の説明】
1…測定管、2…基体、3,4…変位センサ、5,6…流
管、7…計測室、8…加振器、9…磁性体、10,11
…変位センサ、12…固定ビーム、13…可撓管、14
…調圧器、15,18…導管、16…ベローズ、17…
圧媒体室。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端固定された流管の両端が円形で軸方
    向中央部に向けて順次非円形となる連続して変化する断
    面形状を有し、軸方向に断面積一定で中央部が剛体であ
    る弾性変形可能な測定管と、該測定管の軸方向中央部の
    対称位置に配設され、コリオリ力に基づいた前記測定管
    の管壁の変位を検出する一対の変位センサと、該変位セ
    ンサの差信号を出力する差信号出力手段とを有し、該差
    信号に比例した質量流量を求めることを特徴とした質量
    流量計。
  2. 【請求項2】 両端固定された流管の両端が円形で軸方
    向中央部に向けて順次非円形となる連続して変化する断
    面積形状を有し、軸方向に断面一定で中央部が剛体であ
    る弾性変形可能な測定管と、該測定管を流管に軸方向移
    動可能に接続する可撓管と、前記測定管を軸方向に交番
    駆動する加振器と、前記測定管の軸方向中央部の対称位
    置に配設され、該測定管に作用するコリオリ力により変
    位を検知する一対の変位センサと、該変位センサの差信
    号を出力する差信号出力手段とを有し、該差信号に比例
    した質量流量を求めることを特徴とした質量流量計。
  3. 【請求項3】 測定流体の静圧を検知する圧力検知手段
    と、該圧力検知手段の信号に基づいて前記測定管外部の
    圧力を制御する手段とを有し、前記測定管の外部圧力を
    測定流体の静圧と等しくする調圧手段を配設したことを
    特徴とする請求項1又は2に記載の質量流量計。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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