JPH0624761Y2

JPH0624761Y2 - 振動式密度計

Info

Publication number: JPH0624761Y2
Application number: JP1986109516U
Authority: JP
Inventors: 裕康会田
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2001-07-17
Also published as: JPS6317442U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、２点間で支持された管体の固有振動数が、こ
の管体を流れる流体の密度により変化することを利用し
た振動式密度計に関する。

［従来の技術］一般に、この種の振動式密度計は、次のような原理によ
り流体の密度を計測する。

一様な断面形をもつ管体の固有振動数ｆは、であらわされる。ここで、Ｊは振動モードによりきまる
数値、Ｅはヤング率、Ｉは管体の断面二次モーメント、
Ｍは管体の振動部分の質量、ｌは管体の支持部材間の長
さである。この管体の中に質量ｍの被測定流体が流入し
ている場合の周波数ｘは、（１）式から、で表される。この式で、管体の内外径および密度と、管
体内の被測定流体の体積が既知で、ｆ，ｆｘの測定結果
から被測定流体の密度を求めることができる。さらに、
密度と体積とから、質量も求めることができる。

上記原理に基づく密度計として、従来、第２図に示すも
のがある。

同図に示す密度計は、密度検出部に、ステンレス等の強
磁性体からなる管体１と、この管体１を長さｌを隔てた
２点で固定支持する固定部材２および３と、上記管体１
を固定部材２、３と共に気密状態で覆う外筒４と、上記
管体１を励振する駆動コイル６と、該管体１の振動を検
出する検出コイル５とを備えて構成される。

上記駆動コイル６と検出コイル５とは、管体１の長手方
向中間部に配置され、かつ、該管体１の直径の延長線上
に該管体１を挟んで対向配置される。

検出コイル５には、図示しない磁石が挿入されており、
管体１の固有振動による微振動を検出する。この検出コ
イル５で検出される管体１の固有振動は、電圧信号とし
て、図示しない駆動部に入力される。該駆動部は、帰還
ループを形成し、この信号に基づいて、上記駆動コイル
６の励振電圧を変化させ、管体１の振動振幅が一定にな
るよう制御する。

このように構成された振動形密度計は、図示しない弁装
置および真空装置により管体１を真空にして、（１）式
の固有振動数ｆを測定する。その後、管体１内に被測定
流体を流通し、（２）式に示すｆｘを測定する。これら
ｆ、ｆｘか周期を求めて、被測定流体の密度を求める。

［考案が解決しようとする問題点］このような従来の密度計においては、流通する被測定流
体の温度、および、管体１の周囲温度により、管体１が
膨張収縮するので、管体長さｌが変化し、これに伴って
周波数、ｘも変化する。これらの温度変化が緩慢に
行われて、管体が単純に一様な熱膨張をする場合には、
膨張変化に伴って変化する密度の測定結果に対する補正
も正確にできる。しかし、一般には、管体１、固定部材
２、３および外筒４が受ける熱的影響は不均一なので、
管体１に、この応力変化が生じ、これに伴って固有振動
数の不均一な変化をもたらし、正確な密度測定ができな
いという問題点があった。

また、温度変化に対する変形が、複雑で、非線形となる
ので、補正値を解析的に求めることが容易でなく、その
ため、補正が困難であった。本考案の目的は、管体が温
度変化を受けても、熱応力による複雑な変形を起こさな
いようにして、密度を求めるための原理式に含まれる、
管体の固有振動数および被測定流体が流れている場合の
管体の振動数とについて、当該原理式の値として、正確
に測定できる振動式密度計を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本考案は、上記問題点を解決するため、この管体を、そ
の長手方向の２点で各々固定部材にて固定した状態で、
該２点を節として強制的に振動させ、このときの固有振
動数が管体内を流れる流体の密度によって変化すること
を用いて流体の密度を計測する振動式密度計において、上記管体を固定支持する固定部材の少なくとも一方を、
管体に固着した管体固定部と、該管体固定部を管体の長
手方向に変移自在に保持する支持部とで構成したことを
特徴とする。

上記問題点の解決手段において、固定部材は、例えば、
支持部をシリンダ状に形成し、かつ、上記管体固定部を
上記シリンダに嵌合するピストン状に形成して構成され
る。

［作用］本考案によれば、管体の少なくとも一端が、その長手方
向に伸縮自在に保持される構造となっているので、被測
定流体の温度および環境温度により生ずる熱応力変化の
影響を、管体と、他の固定部材および外筒とに分離でき
る。従って、管体が温度変化を受けても、その長手方向
に自由に伸縮できるので、複雑な変形を起こさない。そ
のため、管体が熱応力の影響を受けないので、上記
（１）式の固有振動数ｆおよび（２）式の振動数ｆｘを
測定する際、これらがそれぞれの式の値として正確に測
定できる。したがって、（２）式に示す振動数ｆｘの測
定値と、（１）式に示す固有振動数ｆの測定値と、既知
の質量Ｍとを用いて、（２）式により、被測定流体の密
度ｍが求まる。

なお、固有振動数ｆおよび振動数ｆｘは、それぞれ管体
の温度によって振動数が異なる。しかし、本考案の場
合、管体が大きな応力を受けず、複雑な変形を受けてい
ないので、温度変化の範囲が数十度の範囲では、高々数
パーセントの範囲に収まる。従って、実用的には、振動
数のずれについて、特別に補正を要しない。

一方、管体の温度変化が大きい場合、または、特に精密
に測定する必要がある場合には、振動数のずれが大きく
なる。このため、なんらかの補正が必要となる。しか
し、従来の装置では、応力のため、振動数のずれは、温
度の変化に対して、非線形で、かつ、大きく変化するた
め、補正することは容易ではなかった。本考案の場合、
振動数のずれは、管体が複雑な変形を受けていないの
で、振動数のずれは、実験的に求められた、温度ｔにつ
いての、比較的簡単な多項式（例えば、一次多項式）で
表わされる係数で補正することができる。

本考案は、このように、温度変化によって、管体が複雑
な変形を起こさないようにして、振動数の測定自体が正
確に行なえるようにすると共に、温度による振動数のず
れが生じた場合でも、補正を要しないか、または、補正
が必要であっても、簡単な補正で対応できるようになっ
ている。

なお、温度の測定は、この種の密度計で一般的に行なわ
れている方法で実現できる。例えば、管体の振動の節部
分になるべく近いところに、測温抵抗体を取り付けて、
測定すればよい。この他に、被測定流体の温度を計る方
法、管体の伸縮長さを計る方法等がある。

［実施例］本考案の実施例について、図面を参照して説明する。

〈実施例の構成〉第１図に本考案振動式密度計の一実施例の構成を示す。

同図に示す密度計は、固定部材の一方を二つのブロック
にて構成したもので、他の構成要素は上記従来のものと
同じである。従来のものと同じ構成要素については、同
一符号を付すこととし、説明は繰返さない。

本実施例の固定部材は、管体１に外嵌固着されて管体１
を固定する管体固定部３１と、該管体固定部３１を、管
体１の長手方向には変移自在に、一方、半径方向には拘
束して保持する支持部３２とから構成される。上記支持
部３２の端部には貫通孔３４が設けてあり、管体１の端
部が挿通してある。また、この貫通孔３４の内周壁には
凹溝７１が設けてあり、この凹溝７１には、Ｏ−リング
７が嵌着してあり、気密シール構造を構成している。

上記管体固定部３１は、その内部を貫通する管体１と溶
接等により固着されている。また、管体固定部３１は、
有底円筒状に形成された支持部３２の凹部３３に嵌合さ
れ、かつ、外周部３１１が凹部３３の内周壁３３１と滑
らかに接して、滑動自在に保持される。従って、支持部
３２と管体固定部３１とは、恰もシリンダとピストンの
ような構造となっている。

管体１は、固定部材２と管体固定部材３１とにより長手
方向の２点が固定支持され、駆動コイル６の励振によ
り、この２点を節として単振動する構造となっている。
なお、支持部３２の貫通孔３４に挿通されている端部は
自由端１１となっている。

〈実施例の作用〉本実施例の密度計による密度の測定は、上述した原理に
より、従来の密度計と同様に行なわれる。即ち、駆動コ
イル６の強制振動による管体１の固有振動数が、該管体
１内を流れる流体の密度により変化することを検出コイ
ル５により検出することにより計測する。

ここで、管体１内に高温または低温の流体が流れて、管
体１に熱膨張または熱収縮が生ずると、一端が固定部材
２で固定されているため、膨張・収縮による応力によ
り、管体固定部３１に管体１の長手方向に向く力が作用
する。そのため、管体固定部３１は、支持部３２の凹部
３３内を滑動し、また、管体１は、Ｏ−リングによりシ
ールされた状態で長手方向に伸縮する。

このとき、管体１の長手方向の変移は、固定部材２、外
筒４および支持部３２の熱応力による変化とは、分離さ
れており、管体１の膨張・収縮はほとんど規制されな
い。従って、管体１に温度変化があれば、管体１は、そ
の長手方向に伸縮する。このため、管体１の熱応力が生
じることが避けられる。その結果、上記（１）式および
（２）式の振動数ｆ、ｆｘの測定が、熱応力による複雑
な変形の影響を受けることなく、それぞれの式の値の測
定として、正確に行なえる。

従って、固有振動数ｆと振動数ｆｘの測定が、振動数の
ずれが無視できる程度であれば、温度の測定は行なう必
要がない。単に、振動数の測定を行なうだけでよい。

一方、固有振動数ｆおよび振動数ｆｘの測定時の管体の
温度が、無視できない程度の振動数のずれを生じるほど
異なる場合には、振動数のずれについて補正を行なう必
要がある。この場合には、測温抵抗体等を用いて、管体
の温度を測定すればよい。

また、予め、温度変化を与えて試験することにより、振
動数変化分を実験的に求めて、補正を行なうことができ
る。この場合には、実際の測定段階では、実験と同じ条
件で測定するのであれば、温度測定を行なう必要はな
い。

補正は、実験的に求まる（Ａ＋Ｂｔ）の係数を用いるこ
とにより行なうことができる。従って、密度ｍは、次の
式により求めることができる。

ここで、ＡとＢとは、実験で決まる係数このような補正式としたのは、上記（１）式の各構成要
素の個別的な変化を求めることをせず、全体としての温
度変化によるｆの変化を実験的に求めることによれば、
補正が簡単に行なえるからである。

〈実施例の変形〉上記実施例では、管体の自由端が挿通される支持部貫通
孔におけるシールを、Ｏ−リングにより行なっている
が、ベローズ、板ばね等の弾性材にて管体外周を支持す
ることにより、非摺動的に気密シールする構成にしても
よい。

［考案の効果］以上説明したように本考案によれば、管体長が熱変形に
より変化したとしても、管体の固有振動による基本周波
数に対する、外筒等の熱変形による相対歪によって生
じ、しかも不規則に変化する雑音性周波数の影響がなく
なるため、固有振動数ｆおよび振動数ｆｘが、上記
（１）式および（２）式にそれぞれ従う値として、正確
に測定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案密度計の一実施例の構成を示す断面図、
第２図は従来の密度計の構成を示す断面図である。１……管体、２、３……固定部材４……外筒、５……検出コイル６……駆動コイル、３１……管体固定部３２……支持部、３３……凹部３４……貫通孔

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】管体を、その長手方向の２点を各々固定部
材にて固定支持した状態で、該２点を節として強制的に
振動させ、このときの固有振動数が管体内を流れる流体
の密度によって変化することを用いて流体の密度を計測
する振動式密度計において、上記管体を固定支持する固定部材の少なくとも一方を、
管体に固着した管体固定部と、該管体固定部を管体の長
手方向に変移自在に保持する支持部とで構成したことを
特徴とする振動式密度計。
【請求項２】上記支持部をシリンダ状に形成し、かつ、
上記管体固定部を上記シリンダに嵌合するピストン状に
形成した実用新案登録請求の範囲第１項記載の振動式密
度計。