JPH06288806A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は振動センサから出力される検出信号
のノイズ（高調波成分）を除去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】 質量流量計は加振器１３により振動するセン
サチューブ７，８に流体を通過させ、振動センサ１４，
１５により流量に応じた大きさのコリオリ力、即ち時間
差を検出する。振動センサ１４，１５のセンサコイルを
貫通する磁束に他の高次の高調波成分が含まれていたと
しても、センサチューブ７，８の振動数の偶数倍の高調
波成分は第１のピックアップ１４ａと第２のピックアッ
プ１４ｂとの位相差によりキャンセルされる。演算装置
は振動ノイズとして基本波に重畳された奇数倍の高調波
成分をキャンセルして信号成分としての時間差だけを取
り出して流量を演算する。

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、
特に振動センサから出力される検出信号のノイズ（高調
波成分）を除去でき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】流量を計測する場合、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
ず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
の一例としては、特開昭６３−３０７２１号公報により
開示された流量計がある。この公報の質量流量計は、被
測流体が通過する際の圧力損失を低減するため直線状に
延在するセンサチューブを加振器（駆動コイルと磁石と
よりなる）により半径方向に振動させ、流量に比例した
コリオリ力によるセンサチューブの変位を振動センサ
（センサコイルと磁石とよりなる）により検出するよう
構成されている。

【０００５】又、振動式密度計の場合、上記コリオリ式
質量流量計と同様な構成とされ、センサチューブの固有
振動数より流体の密度を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記振動式測定装置で
は、センサコイルと磁石とよりなる振動センサにより上
記センサチューブの変位を検出する際、振動センサのセ
ンサコイルからの検出信号に含まれるノイズ成分を充分
に除去することができず、流体の温度あるいは流体の圧
力によって器差がばらつくことあった。これは、振動セ
ンサに使用されるセンサのリニアリティ（直線性）が悪
く、センサチューブに設けられた振動センサのセンサコ
イルと磁石との相対的な位置関係によりセンサチューブ
の振動数の偶数倍の高調波成分が検出されてしまうから
である。そのため、従来はこの高調波成分ができるだけ
小さくなるようにセンサコイルと磁石との位置を調整す
る必要があり、その調整作業が面倒であった。

【０００７】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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
被測流体が流入する流入口と被測流体が流出する流出口
との間に延在するセンサチューブを有する一対の管路
と、該一対のセンサチューブを振動させる加振器と、該
一対のセンサチューブの振動に伴うセンサチューブの変
位を検出する一対の振動センサと、該一対の振動センサ
からの検出信号に基づいて流量を演算する演算手段と、
とよりなる振動式測定装置において、前記振動センサ
は、前記一方のセンサチューブに設けられた第１のコイ
ルと前記他方のセンサチューブに設けられた第１の磁石
とよりなる第１のピックアップと、前記他方のセンサチ
ューブに設けられた第２のコイルと前記一方のセンサチ
ューブに設けられ第２の磁石とよりなる第２のピックア
ップと、よりなり、前記第１のコイルと前記第１の磁石
とが互いに近接する方向に変位するとき、前記第２のコ
イルと前記第２の磁石とが互いに離間する方向に変位す
るように前記第１のピックアップと前記第２のピックア
ップとを配設してなることを特徴とする。

【０００９】又、請求項２の発明は、前記一対の振動セ
ンサが、前記一対のセンサチューブの流入側管路に設け
られた第１の振動センサと、前記一対のセンサチューブ
の流出側管路に設けられた第２の振動センサとよりな
り、前記演算手段は、前記第１の振動センサの検出信号
（ｅ₁ ）の所定の基準値（Ｖ₁ ）に対する信号（ｅ₃ ）
を求め、且つ前記第２の振動センサの検出信号（ｅ ₂ ）
の所定の基準電圧（Ｖ₂ ）に対する信号（ｅ₄ ）を求
め、前記信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）の立ち上がり側の時間差
（ｔ₁ ）と前記信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）の立ち下がり側の時
間差（ｔ₂ ）との差（ｔ₂ −ｔ₁ ）を求めることを特徴
とする。

【００１０】

【作用】上記請求項１によれば、第１のコイルと第１の
磁石とが互いに近接する方向に変位するとき、第２のコ
イルと第２の磁石とが互いに離間する方向に変位するよ
うに第１のピックアップと第２のピックアップとを配設
することにより、第１のコイルと第２のコイルとにより
検出されたセンサチューブ振動数の偶数倍の高調波成分
をキャンセルすることができる。

【００１１】又、請求項２によれば、センサチューブ振
動数の偶数倍の高調波成分をキャンセルすることができ
るとともに、演算手段が基準値（Ｖ₁ ，Ｖ₂ ）に対する
信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）を求め、信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）の立ち
上がり側の時間差（ｔ₁ ）と信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）の立ち
下がり側の時間差（ｔ₂ ）との差（ｔ₂ −ｔ₁ ）を求め
ることによりセンサチューブ振動数の奇数倍の高調波成
分をキャンセルすることができる。

【００１２】

【実施例】図１及び図２に本発明になる振動式測定装置
の第１実施例としてのコリオリ式質量流量計を示す。

【００１３】尚、振動式測定装置としてはコリオリ式質
量流量計と振動式密度計がある。コリオリ式質量流量計
は振動式流量計と実質同様な構成であるので、本実施例
では質量流量計について詳細に説明する。

【００１４】両図中、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と、管路３
の両端部に管路３を軸方向に変位可能に保持する保持機
構４Ａ，４Ｂとを設けてなる。管路３は流入口５ａを有
する流入管５と、流入側マニホールド６と、一対のセン
サチューブ７，８と、流出側マニホールド９と、流出口
１０ａを有する流出管１０とより形成されている。

【００１５】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。

【００１６】流入側マニホールド６は、上流側の保持機
構４Ａが接続固定される上流側接続口６ａと、センサチ
ューブ７，８の上流側端部が接続固定される下流側接続
口６ｂ，６ｃとを有する。上流側接続口６ａと下流側接
続口６ｂ，６ｃとは分流路６ｄ，６ｅを介して連通され
ている。

【００１７】流出側マニホールド９は、センサチューブ
７，８の下流側端部が接続固定される一対の接続口９
ａ，９ｂと、下流側の保持機構４Ｂの上流側端部が接続
される接続口９ｃとを有する。又、流出側マニホールド
９内には一対の接続口９ａ，９ｂと接続口９ｃとを連通
する流路９ｄ，９ｅが穿設されている。

【００１８】一対のセンサチューブ７，８は流体の流れ
方向（Ｘ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６と流出側マニホールド９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
７，８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。

【００１９】流出管１０は上流側端部が流出側マニホー
ルド９の接続口９ｃ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（Ｘ方向）へ突出
している。尚、流出管１０の下流側端部には流出口１０
ａ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１０ｂが設けられている。

【００２０】上流側の保持機構４Ａは流入管５と流入側
マニホールド６との間に介在するよう管路３途中に設け
られている。即ち、、保持機構４Ａは小径な内周ベロー
ズ１１と大径な外周ベローズ１２とを有し、両ベローズ
１１，１２の上流側端部１１ａ，１２ａは流入管５の取
付部５ｃの内外周に溶接等により固着され、下流側端部
１１ｂ，１２ｂは流入側マニホールド６の接続口６ａの
内外周に溶接等により固着されている。

【００２１】このように、保持機構４Ａでは径の異なる
内周ベローズ１１と外周ベローズ１２とが同心状に配設
された２重構造となっており、流入管５より流入した流
体は内周ベローズ１１の内部を通過して流入側マニホー
ルド６へ流れる。よって、外周ベローズ１２は接液せ
ず、センサチューブ７，８が熱膨張したとき、内周ベロ
ーズ１１とともに収縮してセンサチューブ７，８の管路
延在方向の伸び変位を吸収する。

【００２２】尚、下流側の保持機構４Ｂは上記保持機構
４Ａと同様な構成であるので、その説明は省略する。

【００２３】１３は加振器で、実質電磁ソレノイドと同
様な構成であり、一対のセンサチューブ７，８の略中間
部の間に設けられている。

【００２４】１４は上流側の振動センサで、加振器１３
より上流側のセンサチューブ７，８間に設けられてい
る。

【００２５】１５は下流側の振動センサで、加振器１３
より下流側の振動センサで、加振器１３より下流側のセ
ンサチューブ７，８間に設けられている。振動センサ１
４，１５は夫々後述するように電磁ソレノイドと同様な
構成とされた２組のピックアップを組み合わせた構成で
あり、加振器１３により加振されたセンサチューブ７，
８の変位を検出する。

【００２６】流量計測時、一対のセンサチューブ７，８
は加振器１３により近接、離間する方向（Ｙ方向）に加
振される。上流側配管（図示せず）から供給された被測
流体は流入口５ａより内周ベローズ１１を通ってマニホ
ールド６に至り、さらにマニホールド６の流路６ｄ，６
ｅを通過して振動するセンサチューブ７，８内に流入す
る。そして、センサチューブ７，８を通過した流体はマ
ニホールド９の流路９ａ，９ｂより下流側の保持機構４
Ｂに設けられた内周ベローズ１１を通って流出口１０ａ
より下流側配管（図示せず）に流出する。

【００２７】このように、振動するセンサチューブ７，
８に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオ
リ力が発生する。そのため、直管状のセンサチューブ
７，８の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより
振動センサ１４と１５との出力信号に位相差があらわれ
る。

【００２８】演算装置１６は、この位相差が流量に比例
するため、振動センサ１４，１５からの出力信号の位相
差に基づいて流量を演算する。

【００２９】ここで、上記振動センサ１４の構成につい
て、図２を併せ参照して説明する。

【００３０】振動センサ１４は、センサチューブ７，８
の夫々に設けられ上下方向に延在するブラケット１７，
１８に支持された第１のピックアップ１４ａと第２のピ
ックアップ１４ｂとよりなる。図２中、左側のブラケッ
ト１７には第１のセンサコイル１９，第２の磁石２０が
支持され、右側のブラケット１８には第１の磁石２１，
第２のセンサコイル２２が支持されている。従って、互
いに対向する位置に設けられた第１のセンサコイル１９
と第１の磁石２１とにより第１のピックアップ１４ａが
構成され、第２の磁石２０と第２のセンサコイル２２と
により第２のピックアップ１４ｂが構成されている。

【００３１】第１のセンサコイル１９及び第２のセンサ
コイル２２は夫々銅線が環状に巻回されており、棒状に
形成された第１の磁石２１及び第２の磁石２０は夫々上
記第１のセンサコイル１９及び第２のセンサコイル２２
の中空部に挿通される。そのため、センサチューブ７，
８が上記加振器１３により近接、離間方向に振動する
と、第１の磁石２１，第２の磁石２０は第１のセンサコ
イル１９，第２のセンサコイル２２に対して相対的に逆
方向に変位する。

【００３２】第１の磁石２１はその先端部分が第１のセ
ンサコイル１９の右側から左側へ挿入されている。第２
の磁石２０は支柱２３の先端に一体に保持されており、
第１の磁石２１とは逆に第２のセンサコイル２２の左側
から右側に貫通している。

【００３３】従って、一対のセンサチューブ７，８の振
動に伴い２組のピックアップ１４ａ，１４ｂは逆方向に
動作する。即ち、一対のセンサチューブ７，８が近接方
向に変位すると、第１のセンサコイル１９と第１の磁石
２１とが近接方向に変位するとともに、第２の磁石２０
と第２のセンサコイル２２とが離間方向に変位する。
又、一対のセンサチューブ７，８が離間方向に変位する
と、第１のセンサコイル１９と第１の磁石２１とが離間
方向に変位するとともに、第２の磁石２０と第２のセン
サコイル２２とが近接方向に変位する。

【００３４】これにより、第１のセンサコイル１９，第
２のセンサコイル２２からは、第１の磁石２１，第２の
磁石２０との相対位置に応じた電圧値の検出信号が逆位
相で出力される。この２組のコイル１９，２２から得ら
れる１８０°の位相差の検出信号の合成により、検出信
号にノイズとして生ずる高調波をキャンセルして振動セ
ンサ１４のリニアリティ（直線性）を改善することがで
きる。

【００３５】尚、振動センサ１５の構成は、上記振動セ
ンサ１４と同一構成であるので、その説明を省略する。

【００３６】図３に示すように、演算装置１６は、セン
サユニット２５と接続された本質安全防爆バリア回路２
６と、励振・時間差検出回路２７と、ヤング率・Ｖ／Ｆ
変換回路２８と、出力回路２９と、電源回路３０と、よ
りなる。

【００３７】本質安全防爆バリア回路２６は、センサユ
ニット２５の各センサ、即ち振動センサ１４，１５のセ
ンサコイル１９，２２、加振器１３の駆動コイル１３
ａ、温度センサ３１の各信号を本質安全防爆化する電圧
電流制限素子（ツェナーダイオード，抵抗等よりなる）
を有する。

【００３８】励振・時間差検出回路２７は、流量計測
時、センサチューブ７，８を共振状態で振動させる励振
回路３２と、後述するように振動するセンサチューブ
７，８の変位を検出し、振動ノイズとして基本波に重畳
された奇数倍の高調波成分をキャンセルして信号成分と
しての時間差だけを取り出す時間差検出回路３３と、さ
らにセンサチューブ７，８の振動のアンバランスなど振
動系の異常を検出し、励振停止や警報出力などを行う安
全回路３４と、時定数を設定する時定数設定回路３５と
よりなる。

【００３９】上記安全回路３４は、センサチューブ７，
８の過大振動や２本のセンサチューブ７，８の振動のア
ンバランスを検出し、センサチューブ７，８の振動の異
常を励振系（励振回路３３）とセンサチューブ７，８の
振動検出系（時間差検出回路３４）との両方から監視し
ている。

【００４０】ヤング率・Ｖ／Ｆ変換回路２８は、センサ
チューブ７，８に取り付けた温度センサ３１の信号を増
幅して、流体温度により変化するセンサチューブ７，８
の温度を検出し、センサチューブ７，８の温度によりヤ
ング率と連動するバネ定数（ヤング率）を補正する温度
検出回路３６と、ヤング率で補正された時間差信号（電
圧値）を周波数信号に変換するＶ／Ｆ変換回路３７と、
零点の校正（ゲイン調整）を押し釦スイッチのオンによ
り行うゲイン調整リモートゼロアジャスト回路３８と、
流れの状態や零点のドリフトなどをＬＥＤ（発光ダイオ
ード）によりモニタする表示回路３９とよりなる。

【００４１】出力回路２９は、上記Ｖ／Ｆ変換回路３７
によりパルス化された時間差信号を時間差に比例した単
位質量パルス信号に変換する係数補正回路４０と、係数
補正回路４０から出力された単位質量パルス信号をある
約数の周波数に変換する分周回路４１と、分周回路４１
から出力された信号を増幅するパルス出力回路４２と、
上記Ｖ／Ｆ変換回路３７によりパルス化された時間差信
号をアナログ信号（定電圧又は定電流信号）に変換する
Ｆ／Ｖ変換回路４３と、このＦ／Ｖ変換回路４３から出
力された定電圧又は定電流信号を増幅して出力する定電
流出力回路４４とよりなる。

【００４２】通常の流量計測動作は、上記励振回路３２
から加振器１３に一定周期のパルスが出力され、センサ
チューブ７，８が共振状態で振動する。このように、振
動しているセンサチューブ７，８内を流体が流れるとき
コリオリの力が生じ、センサチューブ７，８の流入側と
流出側とでは逆方向のコリオリ力が作用する。これによ
り、センサチューブ７，８の流入側と流出側とで振動に
位相差を生じる。

【００４３】このセンサチューブ７，８の位相差は上記
振動センサ１４，１５により検出され、後述するように
上記時間差検出回路３３により時間差の信号に変換さ
れ、さらに上記Ｖ／Ｆ変換回路３７，係数補正回路４
０，分周回路４１，パルス出力回路４２を介して流量パ
ルスとなる。

【００４４】電源回路３０は、防爆性能を保証する構成
とされた電源トランス（図示せず）と、３端子レギュレ
ータ（図示せず）よりなり、上記各回路に定電圧を供給
する。以下、高調波をキャンセルする方法についての説
明を行う。

【００４５】まず、センサチューブ７，８の振動数の偶
数倍の高調波成分をキャンセルする方法について説明
し、続いてセンサチューブ７，８の振動数の奇数倍の高
調波成分をキャンセルする方法について説明する。

【００４６】一対のセンサチューブ７，８の振動する方
向をＹ方向とすると、コイル１９，２２を貫通する磁束
Φは高次成分を含んでいるので、次式のようになる。

【００４７】 Φ＝Ｃ₂ ｘ² ＋Ｃ₁ ｘ＋Ｃ_O … （１） このときのコイル１９と磁石２１との位置関係は、次式
のように表せる。

【００４８】 ｘ＝ｘ₁ ＋Ａsin ωt … （２） 又、コイル２２と磁石２０との位置関係は、次式のよう
に表せる。

【００４９】 ｘ＝ｘ₁ −Ａsin ωt … （３） 但し、Ｃ_O ，Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ａは定数、ωは周期、ｔは時
間である。

【００５０】又、コイル１９，２２で得られる速度信号
Ｖは、次式のように表せる。

【００５１】 Ｖ＝−ｄΦ／ｄｔ ＝−ｄΦ／ｄｘ・ｄｘ／ｄｔ … （４） 従って、コイル１９の速度信号Ｖａは次式のようにな
る。

【００５２】 Ｖａ＝−（２Ｃ₂ ｘ＋Ｃ₁ ）・Ａωcos ωt ＝−（２Ｃ₂ （ｘ₁ ＋Ａsin ωt ）＋Ｃ₁ ）・Ａωcos ωt ＝−２Ａ² ωＣ₂ ・sin ωt ・cos ωt −Ａω（２Ｃ₂ ｘ₁ ＋Ｃ₁ ） ・cos ωt ＝−Ａ² ωＣ₂ ・sin ２ωt −Ａω（２Ｃ₂ ｘ₁ ＋Ｃ₁ ） ・cos ωt … （５） 同様にコイル２２の速度信号Ｖｂは次式のようになる。

【００５３】 Ｖｂ＝−Ａ² ωＣ₂ ・sin ２ωt ＋Ａω（２Ｃ₂ ｘ₁ ＋Ｃ₁ ） ・cos ωt … （６） 従って、上記（５）（６）式の差をとると、 Ｖｂ−Ｖａ＝２Ａω（２Ｃ₂ ｘ₁ ＋Ｃ₁ ）・cos ωt … （７） となり、２倍の高調波成分（Ａ² ωＣ₂ ・sin ２ωt ）
をキャンセルすることができる。

【００５４】従って、センサコイル１９，２２を貫通す
る磁束に他の高次の高調波成分が含まれていたとして
も、センサチューブ７，８の振動数の偶数倍の高調波成
分は第１のピックアップ１４ａと第２のピックアップ１
４ｂとの位相差により上記と同様にキャンセルされる。
従って、各ピックアップ１４ａ，１４ｂの取り付け位置
を調整して偶数倍の高調波成分によるノイズを除去する
調整作業が不要になり、組立工程の作業がより簡略化で
き、ひいては生産能率を高めることが可能になる。

【００５５】又、ピックアップ１５も上記ピックアップ
１４と同様の構成及び動作となるので、その説明は省略
する。

【００５６】次に、センサチューブ７，８の振動数の奇
数倍の高調波成分及びその他の周波数成分を除去する方
法について説明する。本実施例では、演算装置１６の演
算処理により奇数倍の高調波成分を除去する。

【００５７】図４において、振動センサ１４，１５の基
本波形は検出信号ｅ₁ ，ｅ₂ （図４（Ａ）（Ｂ）中実線
で示す正弦波）に示す波形となり、この検出信号ｅ₁ ，
ｅ₂の３倍の高調波成分を含んだ場合の振動センサ１
４，１５の検出信号ｅ₁', ｅ₂'は図４（Ａ）（Ｂ）中破
線で示す波形のようになる。

【００５８】上記基本波形の検出信号ｅ₁ ，ｅ₂ は夫々
予め設定された基準値Ｖ₁ ，Ｖ₂ の中間値である（Ｖ₁
＋Ｖ₂ ）／２を中心に周期的に変化する信号である。
又、検出信号ｅ₁ を基準値Ｖ₁ でコンパレートして基準
値Ｖ₁ 以上となる検出信号ｅ₃（図４（Ｃ）に示す）を
得るとともに、検出信号ｅ₂ を基準値Ｖ₂ でコンパレー
トして検出信号ｅ₄ （図４（Ｄ）に示す）を得る。この
検出信号ｅ₃ ，ｅ₄ の立ち上がり側の時間差をｔ₁ と
し、立ち下がり側の時間差をｔ₂ とすると、ｔ₂ −ｔ₁
が１周期で得られる流量信号となる。このとき、３倍の
高調波成分が含まれていると、振動センサ１４，１５の
検出信号はｅ₁', ｅ₂'のようになり、基準値Ｖ₁ ，Ｖ₂
の点において、基本波形の検出信号ｅ₁ ，ｅ₂ の立ち上
がり側及び立ち下がり側よりΔｔずつずれる。この場
合、時間差ｔ₁ に対しては−２Δｔずれ、時間差ｔ₂ に
対しても−２Δｔずれることになる。

【００５９】このとき、得られる時間差は、 （ｔ₂ −２Δｔ）−（ｔ₁ −２Δｔ）＝ｔ₂ −ｔ₁ … （８） となり、３倍の高調波成分が含んでいない場合と同じに
なる。即ち、演算装置１６は上記（８）式を演算するこ
とにより、３倍の高調波成分をキャンセルすることがで
きる。他の奇数倍の高調波成分についても演算装置１６
の演算処理により、同様にキャンセルされる。

【００６０】尚、偶数倍の高調波成分をキャンセルする
方法として、上記（８）式と同様な演算を行うことも考
えられるが、次のような理由により演算装置１６の演算
処理により偶数倍の高調波成分をキャンセルすることが
できない。

【００６１】偶数倍の高調波成分を含む場合、振動セン
サ１４，１５の検出信号は図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す波
形のようになる。

【００６２】図５において、振動センサ１４，１５の基
本波形は検出信号ｅ₁ ，ｅ₂ （図５（Ａ）（Ｂ）中実線
で示す正弦波）に示す波形となり、この検出信号ｅ₁ ，
ｅ₂の２倍の高調波成分を含んだ場合の振動センサ１
４，１５の検出信号ｅ₁", ｅ₂"は図５（Ａ）（Ｂ）中破
線で示す波形のようになる。

【００６３】検出信号ｅ₃ ，ｅ₄ の立ち上がり側の時間
差をｔ₁ とし、立ち下がり側の時間差をｔ₂ とすると、
ｔ₂ −ｔ₁ が１周期で得られる流量信号となる。又、検
出信号ｅ₁ を基準値Ｖ₁ でコンパレートして基準値Ｖ₁
以上となる検出信号ｅ₃ （図５（Ｃ）に示す）を得ると
ともに、検出信号ｅ₂ を基準値Ｖ₂ でコンパレートして
検出信号ｅ₄ （図５（Ｄ）に示す）を得る。この検出信
号ｅ₃ ，ｅ₄ の立ち上がり側の時間差をｔ₁ とし、立ち
下がり側の時間差をｔ₂ とすると、ｔ₂ −ｔ₁が１周期
で得られる流量信号となる。

【００６４】このとき、２倍の高調波成分が含まれてい
ると、振動センサ１４，１５の検出信号はｅ₁", ｅ₂"の
ようになり、基準値Ｖ₁ ，Ｖ₂ の点において、基本波形
の検出信号ｅ₁ ，ｅ₂ よりΔｔずつずれる。この場合、
時間差ｔ₁ に対しては−２Δｔずれるが、時間差ｔ₂ に
対しては＋２Δｔずれることになる。

【００６５】このとき、得られる時間差は、 （ｔ₂ ＋２Δｔ）−（ｔ₁ −２Δｔ）＝ｔ₂ −ｔ₁ ＋４Δｔ … （９） となり、高調波成分を含まない場合より大きくなる。従
って、偶数倍の高調波成分については演算装置１６によ
りキャンセルすることができない。そのため、本実施例
では、前述したように、第１の磁石２１，第２の磁石２
０は第１のセンサコイル１９，第２のセンサコイル２２
に対して相対的に逆方向に変位するように第１，第２の
ピックアップ１４ａ，１４ｂが配設されており、これに
より偶数倍の高調波成分がキャンセルされるように構成
されている。

【００６６】又、この演算装置１６では、１周期で得ら
れる時間差を数周期分取り込み、平均化処理を行ってい
るので、その他の周波数成分についてはキャンセルされ
る。

【００６７】従って、偶数倍の高調波成分はピックアッ
プ１４ａ，１４ｂでキャンセルし、それ以外の周波数成
分のキャンセルは演算装置１６で行う。よって、各振動
センサ１４，１５の取り付け位置を調整して高調波成分
によるノイズを除去する調整作業が不要になり、組立工
程の作業がより簡略化でき、ひいては生産能率を高める
ことが可能になる。

【００６８】図６及び図７に本発明の第２実施例を示
す。

【００６９】両図中、質量流量計５０の本体５１は両端
部にフランジ５１ａ，５１ｂを有し、一方のフランジ５
１ａは上流側配管（図示せず）に接続され、他方のフラ
ンジ５１ｂは下流側配管（図示せず）に接続されてい
る。

【００７０】又、本体５１の両端部には、流入口（図６
では隠れて見えない）と流出口５２とが穿設されてお
り、本体５１の内部は仕切板５１ｃ，５１ｄにより仕切
られている。センサチューブ５３，５４は夫々Ｕ字状に
形成され、一端が流入口に連通し、他端が流出口５２に
連通するように本体５１の外周に接続されている。

【００７１】センサチューブ５３，５４間のＵ字状湾曲
部の中央位置には、センサチューブ５３，５４をＹ方向
に加振するための磁石５５及び駆動コイル５６よりなる
加振器６５が取り付けられている。又、センサチューブ
５３，５４間のＵ字状湾曲部の両端位置、即ちセンサチ
ューブ５３，５４の直管部先端には振動センサ５７，５
８が設けられている。

【００７２】図７に示すように、振動センサ５７はセン
サチューブ５３，５４の夫々に設けられ横方向に延在す
るブラケット５９，６０に支持された第１のピックアッ
プ５７ａと第２のピックアップ５７ｂとよりなる。図７
中、上側のブラケット５９には第１のセンサコイル６
１，第２の磁石６２が支持され、下側のブラケット６０
には第１の磁石６３，第２のセンサコイル６４が支持さ
れている。従って、互いに対向する位置に設けられた第
１のセンサコイル６１と第１の磁石６３とにより第１の
ピックアップ５７ａが構成され、第２の磁石６２と第２
のセンサコイル６４とにより第２のピックアップ５７ｂ
が構成されている。

【００７３】第１のセンサコイル６１及び第２のセンサ
コイル６４は夫々銅線が環状に巻回されており、棒状に
形成された第１の磁石６３，第２の磁石６２は夫々上記
第１のセンサコイル６１，第２のセンサコイル６４の中
空部に挿通される。そのため、センサチューブ５３，５
４が上記加振器６５により近接、離間方向に振動する
と、第１の磁石６３，第２の磁石６２は第１のセンサコ
イル６１，第２のセンサコイル６４に対して相対的に逆
方向に変位する。

【００７４】第１の磁石６３はその先端部分が第１のセ
ンサコイル６１の下側から上側へ挿入されている。第２
の磁石６２は支柱６６の先端に一体に保持されており、
第１の磁石６３とは逆に第２のセンサコイル６４の上側
から下側に貫通している。

【００７５】従って、一対のセンサチューブ５３，５４
の振動に伴い２組のピックアップ５７ａ，５７ｂは逆方
向に動作する。即ち、一対のセンサチューブ５３，５４
が近接方向に変位すると、第１のセンサコイル６１と第
１の磁石６３とが近接方向に変位するとともに、第２の
磁石６２と第２のセンサコイル６４とが離間方向に変位
する。又、一対のセンサチューブ５３，５４が離間方向
に変位すると、第１のセンサコイル６１と第１の磁石６
３とが離間方向に変位するとともに、第２の磁石６２と
第２のセンサコイル６４とが近接方向に変位する。

【００７６】これにより、第１のセンサコイル６１，第
２のセンサコイル６４からは、第１の磁石６３，第２の
磁石６２との相対位置に応じた電圧値の検出信号が逆位
相で出力される。この２組のコイル６１，６４から得ら
れる１８０°の位相差の検出信号の合成により、検出信
号にノイズとして生ずる高調波をキャンセルして振動セ
ンサ５７のリニアリティ（直線性）を改善することがで
きる。

【００７７】従って、第１の磁石６３及び第２の磁石６
２は第１のセンサコイル６１及び第２のセンサコイル６
４に対して相対的に逆方向に変位するように第１，第２
のピックアップ５７ａ，５７ｂが配設されており、これ
により偶数倍の高調波成分がキャンセルされるように構
成されている。

【００７８】尚、振動センサ５８の構成は、上記振動セ
ンサ５７と同一構成であるので、その説明を省略する。

【００７９】又、演算装置６７は振動センサ５７，５
８、加振器６５と接続されており、上記第１実施例と同
様に（８）式を演算することにより、奇数倍の高調波成
分をキャンセルすることができ、１周期で得られる時間
差を数周期分取り込み、平均化処理を行っているので、
その他の周波数成分についてもキャンセルされる。

【００８０】従って、偶数倍の高調波成分はピックアッ
プ５７ａ，５７ｂでキャンセルし、それ以外の周波数成
分のキャンセルは演算装置６７で行う。

【００８１】図８及び図９に本発明の第３実施例を示
す。

【００８２】両図中、質量流量計７１は、箱状の密閉構
造とされた収納ケース（筺体）７１Ａ内に被測流体が流
れる一対のセンサチューブ７２，７３を収納してなる。

【００８３】この質量流量計７１は共振状態で振動する
一対のセンサチューブ７２，７３に流体を流したときに
生ずるコリオリ力によるセンサチューブ７２，７３の変
位を検出して流量を計測するコリオリ式の流量計であ
る。そのため、センサチューブ７２，７３は収納ケース
７１Ａにより結露、塵埃あるいは外力等から保護されて
いる。

【００８４】センサチューブ７２，７３は、側面図上は
Ｕ字状に、平面図上はＪ字状に屈曲されて、流出管７４
に対して対称に取り付けてある。

【００８５】７５，７６は加振器であり、夫々センサチ
ューブ７２，７３の流入側、流出側の直管部分間に介在
し、夫々センサチューブ７２，７３をＹ方向に振動させ
る。加振器７５，７６は実質電磁ソレノイドと同様な構
成であり、駆動コイルと磁石とを組み合わせたものであ
る。即ち、駆動コイルが励磁されると駆動コイルと磁石
との反発力によりセンサチューブ７２，７３が離間方向
に変位し、駆動コイルが消磁されるとセンサチューブ７
２，７３が近接方向に復帰する。

【００８６】尚、加振器７５と７６とは夫々１８０度の
位相差で交互に励磁され、例えば一方のセンサチューブ
７２の流入側、流出側の直管７２ａ，７２ｂが離間方向
に変位したとき、他方のセンサチューブ７３の流入側、
流出側の直管７３ａ，７３ｂが近接方向に変位する。

【００８７】７７，７８は振動センサであり、夫々セン
サチューブ７２，７３の流入側、流出側の直管７２ａ，
７３ａ間及び、７２ｂ，７３ｂ間に介在し、センサチュ
ーブ７２，７３のＸ方向の振動を検出する。振動センサ
７７，７８はセンサチューブ７２，７３の流入側、流出
側の直管部分の相対変位（位相差）を検出し易い位置、
即ち上記加振器７５，７６とセンサチューブ７２，７３
が接続されたマニホールド７９との間に設けられ、且つ
一方の振動センサ７７がセンサチューブ７２，７３の流
入側直管７２ａ，７３ａ間に介在し、他方の振動センサ
７８がセンサチューブ７２，７３の流出側直管７２ｂ，
７３ｂ間に介在している。

【００８８】振動センサ７７，７８は、後述するように
２組のセンサコイルと磁石とが対向するようにセンサチ
ューブ７２，７３の流入側、流出側の直管７２ａ，７２
ｂ，７３ａ，７３ｂに取り付けられている。即ち、一対
のセンサチューブ７２，７３が加振器７５，７６により
Ｙ方向に交互に加振されると、一方の振動センサ７７は
センサチューブ７２，７３の流入側直管７２ａ，７３ａ
間の相対変位量を検出し、他方の振動センサ７８はセン
サチューブ７２，７３の流出側直管７２ｂ，７３ｂ間の
相対変位量を検出する。

【００８９】上流側配管（図示せず）を通って供給され
た流体は、流入管８０よりマニホールド７９に流入し、
マニホールド７９内で分岐して夫々センサチューブ７
２，７３の流入側直管部７２ａ，７３ａ内を流れ、そし
て流出側直管７２ｂ，７３ｂ内を流れてマニホールド７
９内で合流されて流出管７４内に入り、流出管７４内を
流れて下流側配管（図示せず）に到る。

【００９０】流量計測時、上記加振器７５，７６により
振動しているセンサチューブ７２，７３内を流体が流れ
るときコリオリの力が生じ、これにより、センサチュー
ブ７２，７３の振動に位相差を生じる。

【００９１】演算装置８１はマニホールド７９のコネク
タ８２を介して加振器７５，７６、振動センサ７７，７
８と接続されている。従って、センサチューブ７２，７
３の振動が上記のように振動センサ７７，７８により検
出され、上記センサチューブ７２，７３の振動の位相差
が演算装置８１により質量流量に変換される。

【００９２】図９に示すように、振動センサ７７はセン
サチューブ７２，７３の流入側直管部７２ａ，７３ａに
設けられ上下方向に延在するブラケット８３，８４の上
部に支持された第１のピックアップ７７ａと、ブラケッ
ト８３，８４の下部に支持された第２のピックアップ７
７ｂとよりなる。図９中、左側のブラケット８３より右
方に延出する第１の支持部８３ａ，第２の支持部８３ｂ
には第１の磁石８５，第２のセンサコイル８６が支持さ
れ、右側のブラケット８４より左方に延出する第１の支
持部８４ａ，第２の支持部８４ｂには第１のセンサコイ
ル８７，第２の磁石８８が支持されている。従って、互
いに対向する位置に設けられた第１の磁石８５と第１の
センサコイル８７とにより第１のピックアップ７７ａが
構成され、第２のセンサコイル８６と第２の磁石８８と
により第２のピックアップ７７ｂが構成されている。

【００９３】第１のセンサコイル８７，第２のセンサコ
イル８６は夫々銅線が環状に巻回されており、棒状に形
成された第１の磁石８５，第２の磁石８８は夫々上記第
１のセンサコイル８７，第２のセンサコイル８６の中空
部に挿通される。そのため、センサチューブ７２，７３
が上記加振器７５，７６により近接、離間方向に振動す
ると、第１の磁石８５，第２の磁石８８は第１のセンサ
コイル８７，第２のセンサコイル８６に対して相対的に
逆方向に変位する。

【００９４】第１の磁石８５は支柱８９の先端に一体に
保持されており、その先端部分が第１のセンサコイル８
７の上側から下側へ貫通されている。第２の磁石８８は
第１の磁石８５とは逆に第２のセンサコイル８６の下側
から上側に挿入している。

【００９５】従って、一対のセンサチューブ７２，７３
の振動に伴い２組のピックアップ７７ａ，７７ｂは逆方
向に動作する。即ち、一対のセンサチューブ７２，７３
が近接方向に変位すると、第１のセンサコイル８７と第
１の磁石８５とが近接方向に変位するとともに、第２の
磁石８８と第２のセンサコイル８６とが離間方向に変位
する。又、一対のセンサチューブ７２，７３が離間方向
に変位すると、第１のセンサコイル８７と第１の磁石８
５とが離間方向に変位するとともに、第２の磁石８８と
第２のセンサコイル８６とが近接方向に変位する。

【００９６】これにより、第１のセンサコイル８７，第
２のセンサコイル８６からは、第１の磁石８５，第２の
磁石８８との相対位置に応じた電圧値の検出信号が逆位
相で出力される。この２組のコイル８７，８６から得ら
れる１８０°の位相差の検出信号の合成により、検出信
号にノイズとして生ずる高調波をキャンセルして振動セ
ンサ７７のリニアリティ（直線性）を改善することがで
きる。

【００９７】従って、第１の磁石８５，第２の磁石８８
は第１のセンサコイル８７，第２のセンサコイル８６に
対して相対的に逆方向に変位するように第１，第２のピ
ックアップ７７ａ，７７ｂが配設されており、これによ
り偶数倍の高調波成分がキャンセルされるように構成さ
れている。

【００９８】尚、振動センサ７８の構成は、上記振動セ
ンサ７７と同一構成であるので、その説明を省略する。

【００９９】又、演算装置８１は上記第１実施例と同様
に（８）式を演算することにより、奇数倍の高調波成分
をキャンセルすることができ、１周期で得られる時間差
を数周期分取り込み、平均化処理を行っているので、そ
の他の周波数成分についてもキャンセルされる。

【０１００】従って、偶数倍の高調波成分はピックアッ
プ７７ａ，７７ｂでキャンセルし、それ以外の周波数成
分のキャンセルは演算装置８１で行う。

【０１０１】尚、振動式密度計は上記第１乃至第３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、上記高調波成分のノイズ
を除去することにより密度測定がより正確に行える。

【０１０２】

【発明の効果】上述の如く、上記請求項１の発明によれ
ば、第１のコイルと第１の磁石とが互いに近接する方向
に変位するとき、第２のコイルと第２の磁石とが互いに
離間する方向に変位するように第１のピックアップと第
２のピックアップとを配設することにより、第１のコイ
ルと第２のコイルとにより検出されたセンサチューブ振
動数の偶数倍の高調波成分をキャンセルすることができ
る。従って、ピックアップの取り付け位置を調整して高
調波成分によるノイズを除去する調整作業が不要にな
り、組立工程の作業がより簡略化することができる。

【０１０３】又、請求項２の発明によれば、センサチュ
ーブ振動数の偶数倍の高調波成分をキャンセルすること
ができるとともに、演算手段が基準値（Ｖ₁ ，Ｖ₂ ）に
対する信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）を求め、信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）
の立ち上がり側の時間差（ｔ ₁ ）と信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）
の立ち下がり側の時間差（ｔ₂ ）との差（ｔ₂ −ｔ₁）
を求めることによりセンサチューブ振動数の奇数倍の高
調波成分をキャンセルすることができる。従って、偶数
倍の高調波成分は第１のピックアップと第２のピックア
ップでキャンセルし、それ以外の周波数成分は演算手段
によってキャンセルでき、各振動センサの取り付け位置
を調整して高調波成分によるノイズを除去する調整作業
が不要になり、組立工程の作業がより簡略化でき、ひい
ては生産能率を高めるができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる振動式測定装置の第１実施例のコ
リオリ式質量流量計を示す縦断面図である。

【図２】図１に示す質量流量計に適用された振動センサ
横断面図である。

【図３】演算装置のブロック図である。

【図４】偶数倍の高調波成分をキャンセルするため演算
装置で行う演算処理を説明するための波形図である。

【図５】奇数倍の高調波成分をキャンセルするため演算
装置で行う演算処理を説明するための波形図である。

【図６】本発明になる振動式測定装置の第２実施例のコ
リオリ式質量流量計を示す斜視図である。

【図７】図６に示す質量流量計に適用された振動センサ
横断面図である。

【図８】本発明になる振動式測定装置の第３実施例のコ
リオリ式質量流量計を示す斜視図である。

【図９】図８に示す質量流量計に適用された振動センサ
横断面図である。

【符号の説明】

１，５０，７１ 質量流量計 ７，８，５３，５４，７２，７３ センサチューブ １３，６５，７５，７６ 加振器 １４，１５，５７，５８，７７，７８ 振動センサ １４ａ，５７ａ，７７ａ 第１のピックアップ １４ｂ，５７ｂ，７７ｂ 第２のピックアップ １６，６７，８１ 演算装置 １７，１８，６９，６０，８３，８４ ブラケット ３３ 時間差検出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測流体が流入する流入口と被測流体が
   流出する流出口との間に延在するセンサチューブを有す
   る一対の管路と、 該一対のセンサチューブを振動させる加振器と、 該一対のセンサチューブの振動に伴うセンサチューブの
   変位を検出する一対の振動センサと、 該一対の振動センサからの検出信号に基づいて流量を演
   算する演算手段と、とよりなる振動式測定装置におい
   て、 前記振動センサは、前記一方のセンサチューブに設けら
   れた第１のコイルと前記他方のセンサチューブに設けら
   れた第１の磁石とよりなる第１のピックアップと、 前記他方のセンサチューブに設けられた第２のコイルと
   前記一方のセンサチューブに設けられ第２の磁石とより
   なる第２のピックアップと、よりなり、 前記第１のコイルと前記第１の磁石とが互いに近接する
   方向に変位するとき、前記第２のコイルと前記第２の磁
   石とが互いに離間する方向に変位するように前記第１の
   ピックアップと前記第２のピックアップとを配設してな
   ることを特徴とする振動式測定装置。
2. 【請求項２】 前記一対の振動センサは、前記一対のセ
   ンサチューブの流入側管路に設けられた第１の振動セン
   サと、前記一対のセンサチューブの流出側管路に設けら
   れた第２の振動センサとよりなり、 前記演算手段は、前記第１の振動センサの検出信号（ｅ
   ₁ ）の所定の基準値（Ｖ₁ ）に対する信号（ｅ₃ ）を求
   め、且つ前記第２の振動センサの検出信号（ｅ ₂ ）の所
   定の基準電圧（Ｖ₂ ）に対する信号（ｅ₄ ）を求め、前
   記信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）の立ち上がり側の時間差（ｔ₁ ）
   と前記信号（ｅ₃ ，ｅ₄ ）の立ち下がり側の時間差（ｔ
   ₂ ）との差（ｔ₂ −ｔ₁ ）を求めることを特徴とする請
   求項１の振動式測定装置。