JPH0625686B2 - 質量流量計 - Google Patents

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、特に被側流体の質量流量を
直接計測する構成とされた質量流量計に関する。

従来の技術 被側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。従来、被側流体
の質量流量を計測する質量流量計としては、例えば被側
流体の体積流量を計測しこの計測値を質量に換算するい
わゆる間接型質量流量計と、間接型質量流量計よりも誤
差が小さく被側流体の質量流量を直接計測するいわゆる
直接型質量流量計とがある。この種の質量流量計では特
に流量をより高精度に計測できる直接型質量流量計とし
て各々異なった原理に基づいた種々の流量計が提案され
つつある。また、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ずるコリオリの力を利
用して質量流量を直接計測する流量計がある。

また、このコリオリ力を利用する質量流量計としては、
例えば第１０図に示すものが考えられている。

第１０図中、質量流量計１は流量計本体１ａに一対のセ
ンサチューブ２，３が組付けられている。一方のセンサ
チューブ２は、図示しない流入口に連通する直管部２ａ
と、流出口５に連通する直管部２ｂと、直管部２ａ，２
ｂの先端で折り返すように曲げられた曲部２ｃ，２ｄ
と、曲部２ｃ，２ｄとを接続するＵ字状の接続部２ｅと
よりなる。

又、他のセンサチューブ３は上記センサチューブ２と同
一形状に形成され、各直管部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂが
平行となる向きでセンサチューブ２と上，下対称に配設
されている。

直管部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの一端は固定板６を貫通
し、所定間隔とされて本体１ａに接続固定されている。
又、センサチューブ２，３の接続部２ｅ，３ｅは両者間
に介在する支持部材７により所定離間位置に支持され
る。

流入側の直管部２ａと３ａとの間及び流出側の直管部２
ｂと３ｂとの間にはピックアップ９，１０が配設されて
いる。ピックアップ９，１０は、コイル部が下側の直管
部３ａ，３ｂに固定され、コイル部の上，下面に対向す
るマグネット部が上側の直管部２ａ，２ｂに固定されて
いる。１１，１２は加振器で、直管部２ａと２ｂとの先
端間，直管部３ａと３ｂとの先端間に設けられている。

流量計測時、センサチューブ２，３は加振器１１，１２
により加振され、センサチューブ２，３のばね定数とセ
ンサチューブ２，３内を流れる流量によって決まる固有
振動数で振動する。

従って、振動するセンサチューブ２，３内を流体が通過
すると、コリオリの力が発生し直管部２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂにコリオリ力により変位が生ずる。一対のセン
サチューブ２，３は夫々 180゜の位相差でもって加振さ
れており、例えば上側のセンサチューブ２の直管部２
ａ，２ｂ間が離間するとき、下側のセンサチューブ３の
直管部３ａ，３ｂ間が近接する。

ピックアップ９，１０は夫々振動するセンサチューブ
２，３の相対的な変位を検出する。そして、ピックアッ
プ９，１０の出力信号に基づき、センサチューブ２，３
内を流れる流体の質量流量が求まる。

発明が解決しようとする課題 上記質量流量計では、例えば気体が混入している液体の
流量を計測する場合、液体中の気体がセンサチューブ
２，３内に滞留することがある。この場合、気体の滞留
によりセンサチューブ２，３の管内を流れる流体の質量
が変化するため、センサチューブ２，３の固有振動数が
変化してしまう。特に微少流量を計測するとき液体の流
速が小さいので、気体が滞留しやすい。さらに具体的に
説明すると、第１０図に示す如くセンサチューブ２，３
を上下対称に配設してなる質量流量計１では、上側のセ
ンサチューブ２においては曲部２ｃ，２ｄ及び曲部２
ｃ，２ｄを接続する円弧状の接続部２ｅに液体中の気体
が滞留しやすく、下側のセンサチューブ３においては直
管部３ａ，３ｂに気体が滞留しやすい。このように、上
側のセンサチューブ２と下側のセンサチューブ３とで
は、気体の滞留位置が異なり例え滞留する気体が少量で
あってもセンサチューブ２と３との固有振動数がずれて
しまう。しかも、第１０図に示す質量流量計１では一対
のセンサチューブ２，３を夫々共振状態に振動させて大
きな振幅で振動させているが、固有振動数が気体の滞留
によりずれてしまうと、センサチューブ２，３を共振状
態で振動させることができなくなる。そのため、センサ
チューブ２，３は振幅が小さくなり、コリオリ力が充分
得られなくなる。

従って、上記質量流量計においては、センサチューブ
２，３の気体滞留箇所の相違によりセンサチューブ２，
３のバランスが相対的にくずれ、固有振動数もバラツク
ため、センサチューブ２，３の変位を検出するピックア
ップ９，１０の出力信号も乱れ安定な流量計測を行なう
ことが難しいといった課題が生ずる。

そこで、本発明は上記課題を解決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 本発明は上記質量流量計において、一対のセンサチュー
ブの各直管部が水平方向に延在し、且つ一対のセンサチ
ューブの第１，第２の曲部及び接続部が垂直方向に起立
する垂直面を介して対称となるように一対のセンサチュ
ーブを配設してなる。

作用 気体が混入す液体の流量を計測する際に気体が一対のセ
ンサチューブ内に滞留する場合、垂直面を介して対称に
配設された一対のセンサチューブの略同じ箇所に気体が
滞留することになり一対のセンサチューブの相互のバラ
ンスが保持され、夫々の固有振動数にバラツキが生じな
い。

実施例 第１図乃至第５図に本発明になる質量流量計の一実施例
を示す。

各図中、質量流量計２１は流入口２１ａ_１がその中心部
に開口する流入側フランズ２１ａと、流出口（図示せ
ず）が開口する流出側フランジ２１ｂとの間に、一対の
センサチューブ２２，２３（第２図に示す）が接続され
るマニホールド２４と、センサチューブ２２，２３を収
納し、これを保護する箱状のカバー２１ｃとが配設され
てなる。なお、カバー２１ｃの機能としては外力からセ
ンサチューブ２２，２３を保護するとともに、振動する
センサチューブ２２，２３に塵埃及び異物等が付着して
センサチューブ２，３の質量が変化することを防止し、
且つ、風圧，気温等の変化が直接センサチューブ２，３
に影響しないようにする役目を有する。

上記カバー２１ｃの上面２１ｃ_１及び下面２１ｃ_２（第
１図中隠れて見えない）には被側流体の流れ方向を示す
矢印２１ｄ，２１ｅが設けられている。尚、この矢印２
１ｄ，２１ｅは粘着テープ等により貼着して形成しても
良いし、あるいは印刷，プレス加工等により形成しても
良い。

従って、質量流量計２１を取付ける際は、矢印２１ｄ又
は２１ｅを上にして、流入側フランジ２１ａを上流側配
転（図示せず）に接続し、流出側フランジ２１ｂを下流
側配管（図示せず）に接続する。

質量流量計２１のセンサチューブ２２，２３はカバー２
１ｃに覆われて見えないが、カバー２１ｃの矢印２１ｄ
又は２１ｅを目印にして取付けることによりセンサチュ
ーブ２２，２３が所定の向きとなるように取付けること
ができる。

第４図に示す如く、一対のセンサチューブ２２，２３は
マニホールド２４に組付けられており、マニホールド２
４は流入管２５と流出管２６との間に設けられ、流入管
２５に接続された流入路２４ａと、流出管２６に接続さ
れた流出路２４ｂとを有する。又、流入路２４ａは左，
右に分岐する接続口２４ａ_１，２４ａ_２に連通してい
る。

なお、流出路２４ｂも流入路２４ａと同様に分岐した接
続口２４ｂ_１，２４ｂ_２と連通している。又、マニホー
ルド２４の上面には質量流量計２１の出力信号を取り出
すためのコネクタ２４ｃが設けられている。

第２図に示す如く、一対のセンサチューブ２２，２３は
上記マニホールド２４により水平方向に延在し、且つ上
下方向に起立する垂直面を介して横方向に対称となるよ
うに配設される。

一方のセンサチューブ２２は、その基端を流入路２４ａ
の接続口２４ａ_１にろう付け等により接続固定され、配
管方向に延在する第１の直管部２２ａと、基端を流出路
２４ｂの接続口２４ｂ_１に接続固定され、第１の直管部
２２ａと平行に延在する第２の直管部２２ｂと、第１，
第２の直管部２２ａ，２２ｂの先端より基端側へ折り返
すように曲げられた曲部２２ｃ，２２ｄと、この曲部２
２ｃと２２ｄとを接続するＵ字状の接続部２２ｅとより
なる。

又、他方のセンサチューブ２３は上記センサチューブ２
２と同一形状に形成され、直管部２３ａ，２３ｂが流出
管２６及び直管部２２ａ，２２ｂと平行となるようにセ
ンサチューブ２２と対称に配設されている。なお、セン
サチューブ２２，２３の接続部２２ｅ，２３ｅ間は保持
部材２８により接続され相互に保持されている。

尚、この保持部材２８は流出管２６と非接触であり、流
出管６の配管振動はセンサチューブ２２，２３に直接伝
達されないようになっている。

一対のセンサチューブ２２，２３は上下方向に起立する
垂直面を介して対称な向きとなるように水平方向に延在
しているため、流量計測時例えば気体が混入している液
体の流量を計測する場合、一対のセンサチューブ２２，
２３の上方の直管部２２ｂ，２３ｂに夫々滞留しやすく
なる。従って、一対のセンサチューブ２２，２３は気体
の滞留位置が略同一位置となるため気体滞留によりバラ
ンスがくずれることがなく、その結果夫々の固有振動数
がずれてしまうことも無い。

上記一対のセンサチューブ２２，２３においては、流入
側の直管部２２ａと２３ａとの間、及び流出側の直管部
２２ｂと２３ｂとの間にはピックアップ２９，３０が配
設されている。

なお、ピックアップ２９，３０は夫々同一構成であるの
で一方のピックアップ２９につき説明する。

第６図及び第７図中、ピックアップ２９はセンサチュー
ブ２２の直管部２２ａの途中より突出するブラケット３
１に保持されたコイル部２９ａと、コイル部２９ａに
左，右方向で対向するようにコ字状のブラケット３２に
設けられたマグネット２９ｂ，２９ｃとよりなる。な
お、ブラケット３２は横方向に延在し、センサチューブ
２３の直管部２３ａに接続されている。

従って、センサチューブ２２，２３が振動すると、直管
部２３ａに設けられたコイル部２９ａがマグネット２９
ｂ，２９ｃ間で矢印Ｘ方向に相対的に変位する。そのた
め、コイル部２９ａには直管部２２ａ，２３ａの相対変
位に応じた起電力が発生し、ピックアップ２９はコイル
部２９ａの電圧より直管部２３ａの変位を検出する。

３３，３４は加振器で、直管部２２ａと２２ｂとの先端
間，直管部２３ａと２３ｂとの先端間に設けられてい
る。

加振器３３は実質電磁ソレノイドと同様な構成であり、
流入側の直管部２２ａに取付けられたコイル部３３ａ
と、流出側の直管部２２ｂに取付けられ、コイル部３３
ａ内に嵌入するマグネット部３３ｂとよりなる。従っ
て、加振器３３はコイル部３３ａに通電されると、直管
部２２ａ，２２ｂを矢印Ｘ方向（上，下方向）に加振す
る。

尚、加振器３４は上記加振器３３と同一構成であるの
で、その説明は省略する。

上記質量流量計２１においては、一対のセンサチューブ
２２，２３がカバー２１ｃ内に収納されているので外観
上一対のセンサチューブ２２，２３の取付方向を確認で
きない。しかしながら、カバー２１ｃの上面２１ｃ_１，
下面２１ｃ_２には流体の流れ方向を示す矢印２１ｄ，２
１ｅが設けられており、この矢印２１ｄ又は２１ｅが上
となるように質量流量計２１を配管途中に取付ける。こ
れにより、カバー２１ｃ内の一対のセンサチューブ２
２，２３は第２図に示す如く垂直面を介して対称となる
ように位置決めされる。

次に、上記構成になる質量流量計２１の計測動作につき
説明する。

流量計測時、一対のセンサチューブ２２，２３は上記加
振器３３，３４の動作により内部に流体が流れている状
態で加振される。流入管２５よりマニホールド２４の流
入路２４ａに流入した被側流体は、分流してセンサチュ
ーブ２２，２３の下方の直管部２２ａ，２３ａに流入
し、曲部２２ｃ，２３ｃ、接続部２２ｅ，２３ｅ、曲部
２２ｄ，２３ｄを通過して上方の直管部２２ｂ，２３ｂ
に至り、マニホールド２４の流出路２４ｂで合流して流
出管２６より流出する。又、センサチューブ２２，２３
は加振器３３，３４により加振されているので、センサ
チューブ２２，２３のばね定数とセンサチューブ２２，
２３内を流れる流量によって決まる固有振動数で矢印Ｘ
方向（上下方向）に振動する。

上記のように振動するセンサチューブ２２，２３内を流
れる液体中に気体が混入しているとき、特に流速の遅い
微少流量を計測する場合、センサチューブ２２，２３内
に気体が滞留しやすくなる。しかるに、一対のセンサチ
ューブ２２と２３とは第２図に示す如く上下方向に起立
する垂直面を間に介して対称となるように水平方向に延
在して設けられているので、液体中に気体が混入してい
ても上方の直管部２２ｂ，２３ｂに気体が滞留しやすく
なる。従って、一対のセンサチューブ２２，２３は気体
滞留位置が略同一となるため、気体の滞留位置の相違に
より固有振動数がずれてしまうことが防止され、結果的
に気体滞留位置のずれにより出力信号が乱れてしまうこ
とが防止される。

まず、一対のセンサチューブ２２，２３のうち一方のセ
ンサチューブ２の動作について説明する。

なお、直管部２２ａ，２２ｂ及び２３ａ，２３ｂは振動
する際、互いに離間する方向に弾性変形した後、直管部
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ自体の弾性復元力で互
いに近接する方向に変形する。

第８図に示す如く、直管部２２ａ，２２ｂは支持板７に
ろう付等により固定されているため、支持板２７の貫通
部分を支点として先端にいくほど矢印Ｘ方向に大きく振
動する。従って、直管部２２ａ，２２ｂでは上記振動に
伴って角速度ωの変形が生ずる。また、曲部２２ｃ，２
２ｄ及び接続部２２ｅはＵ字状に曲げられているため、
加振器３３が矢印Ｘ方向の加振動作をしても曲部２２
ｄ，２２ｅが加振方向に撓み、直管部２２ａ，２２ｂの
先端側の変位を許容する。

上記の如く、振動するセンサチューブ２２内に流体が流
れると、流入側の直管部２２ａにおいてはその先端へい
くほど振幅が大きくなるため、流体の矢印Ｘ方向の速度
が大となる。よって、流体には振動方向の加速度が与え
られる。また、流出側の直管部２２ｂにおいては、マニ
ホールド２４側へ戻るほど矢印Ｘ方向の速度が除々に減
少するため、流体には負の加速度がつく。このように、
センサチューブ２２の振動に伴って流体に加速度がつく
と、加速度の方向と逆の方向のコリオリ力（Ｆｃ）が生
ずる。

第８図（Ａ），（Ｂ）に示す如く、流入側の直管部２２
ａが角速度−ωで矢印Ｘ_１方向に変位し、流出側の直管
部２２ｂが角速度＋ωで矢印Ｘ_２方向に変位したとす
る。このように、直管部２２ａ，２２ｂが互いに離間す
る方向に変位する１行程においては、第９図（Ａ），
（Ｂ）に示すように直管部２２ａ，２２ｂで矢印Ｘ_２方
向のコリオリ力Ｆｃが発生する。よって、直管部２２
ａ，２２ｂは２点鎖線で示す本来の変位位置よりも夫々
実線で示す位置に−δ，＋δずれる。

次に、第８図（Ｃ），（Ｄ）に示す如く、流入側の直管
部２２ａが角速度＋ωで矢印Ｘ_２方向に変位し、流出側
の直管部２２ｂが角速度ωで矢印Ｘ_１方向に変位したと
する。このように、直管部２２ａ，２２ｂが互いに近接
する方向に変位する１行程においては、第９図（Ｃ），
（Ｄ）に示す如く直管部２２ａ，２２ｂで矢印Ｘ_１方向
のコリオリ力Ｆｃが発生する。従って、直管部２２ａ，
２２ｂは２点鎖線（本来の変位位置）より実線で示す位
置に−δ，＋δずれる。

尚、一対のセンサチューブ２２，２３は夫々 180゜の位
相差でもって加振されており、例えば一方のセンサチュ
ーブ２２の直管部２２ａ，２２ｂ間が離間するとき、他
方のセンサチューブ２３の直管部２３ａ，２３ｂ間が近
接する。

即ち、センサチューブ２２が第８図（Ａ），（Ｂ）に示
すように変位するとき、センサチューブ２３は第８図
（Ｃ），（Ｄ）に示すように変位する。よって、一方の
センサチューブ２２の直管部２２ａ，２２ｂでは第９図
（Ａ），（Ｂ）に示すようにコリオリ力が発生し、他方
のセンサチューブ２３の直管部２３ａ，２３ｂでは第９
図（Ｃ），（Ｄ）に示すようなコリオリ力が生ずる。

上記コリオリ力Ｆｃは、ピックアップ２９，３０により
直管部２２ａ，２２ｂの変位−δ，＋δの大きさ、ある
いは直管部２２ａ，２２ｂの位相角度差を検出すること
により求まる。またコリオリ力ＦｃはＦｃ＝２ωｍｖで
表わされ、質量流量（ｍｖ）は角速度ω及びコリオリ力
Ｆｃを求めることにより得られる。

ピックアップ２９，３０は直管部２２ａ，２２ｂの変位
−δ，＋δを時間差の信号として検出する。よって、ピ
ックアップ２９，３０のコイル部で得られる電圧がある
基準電圧から異なるある電圧に変化するまでの時間を計
測し、この時間が流量に比例する。

なお、ピックアップ２９，３０の出力信号は整形，増幅
されたのち、時間積分により質量流量に比例した電圧信
号となる。さらに、この電圧信号は周波数信号に変換さ
れ、出力回路（図示せず）より電圧パルス信号及びアナ
ログ信号として出力される。質量流量計２１ではセンサ
チューブ２２，２３に生ずるコリオリ力による直管部２
２ａ，２３ａ及び２２ｂ，２３ｂの変位が２倍となって
検出でき、流量を精度良く計測できる。また、上記コリ
オリ力の発生に伴うセンサチューブ２２，２３の位相差
を検出する際、外部振動（振動ノイズ）が入力されても
相殺され外部振動の影響を受けることなく安定に流量を
計測できる。

発明の効果 上述の如く、本発明になる質量流量計は、一対のセンサ
チューブの曲部及び接続部が夫々垂直方向に起立する垂
直面を介して対称となるように一対のセンサチューブを
配設してなるため、例え気体が混入した液体の流量を計
測する場合、センサチューブ内に気体が滞留してもその
滞留位置が一対のセンサチューブの同一箇所で発生する
ことになり、一対のセンサチューブの固有振動数がずれ
てしまうことを防止でき、これにより安定したコリオリ
力が得られ、流量計測時の気体滞留位置の相違による出
力信号の乱れを無くし安定した流量計測を行なうことが
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一実施例の外観斜視
図、第２図は本発明の要部を示すようカバーを外した状
態の斜視図、第３図は一部切截底面図、第４図は質量流
量計の正面図、第５図は第３図中Ｖ−Ｖ線に沿う縦断面
図、第６図は第４図中VI−VI線に沿う縦断面図、第７図
はピックアップの拡大図、第８図，第９図は流量計測時
のセンサチューブの動作を説明するための側面図、第１
０図は従来の質量流量計を説明するための斜視図であ
る。 ２１……質量流量計、２１ｃ……カバー、２１ｄ，２１
ｅ……矢印、２２，２３……センサチューブ、２４……
マニホールド、２５……流入管、２６……流出管、２７
……支持板、２８……保持部材、２９，３０……ピック
アップ、３３，３４……加振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を被側流体が流入する流入口に連通し
   直線状に延在する第１の直管部と、一端が流出口に連通
   し前記第１の直管部と平行に延在する第２の直管部と、
   該第１の直管部の他端より第１の直管部の一端側へ曲げ
   られた第１の曲部と、該第２の直管部の他端より第２の
   直管部の一端側へ曲げられた第２の曲部と、第１，第２
   の曲部の両端を接続する接続部とより形成された一対の
   センサチューブを同方向に延在し、該一対のセンサチュ
   ーブの第１の直管部と第２の直管部とを近接離間方向に
   振動させ、該一対のセンサチューブの第１の直管部間及
   び第２の直管部間の相対変位を検出して該一対のセンサ
   チューブ内を流れる流量を計測する質量流量計におい
   て、 前記一対のセンサチューブの各直管部が水平方向に延在
   し、且つ一対のセンサチューブの第１，第２の曲部及び
   接続部が垂直方向に起立する垂直面を介して対称となる
   ように一対のセンサチューブを配設してなることを特徴
   とする質量流量計。