JPH0634414A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はセンサチューブを振動させて計測さ
れた質量流量又は密度を補正して正確な計測ができるよ
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】 振動式測定装置としての質量流量計１はケー
シング２内に一対のセンサチューブ７，８を設け、セン
サチューブ７と８との間に加振器１３、ピックアップ１
４，１５を設けてなる。流入管５と流入側マニホールド
６との間、及び流出側マニホールド９と流出管１０との
間にベローズ４Ａ，４Ｂが介在する。センサチューブ７
の端部には圧力センサ１６が取付けられている。被測流
体の圧力が変動してベローズ４Ａ，４Ｂが伸縮しても、
圧力センサ１６で検出された圧力に応じた器差補正が行
なわれ、ピックアップ１４，１５により測定された質量
流量を圧力の影響を受けない数値に補正する。

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、
特に直線状の管路の軸方向の変位をベローズにより吸収
す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検出
するよう構成されている。

【０００５】このように、直線状のセンサチューブを使
用した場合、流量計測時の圧力損失が低減する反面、高
温流体を計測する際センサチューブが軸方向に膨張して
センサチューブに圧縮荷重が作用して正確な流量計測が
行なえなくなる。そのため、流入口、流出口を有するフ
ランジ近傍の途中には高温流体の流量計測時センサチュ
ーブの軸方向の熱膨張を許容する蛇腹状のベローズが設
けられている。

【０００６】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、センサチューブの共振
周波数より流体の密度を測定する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記振動式測定装置で
は、センサチューブの軸方向の変位を吸収するため、ベ
ローズを設けた場合、ベローズの谷部の内径（最小内
径）とセンサチューブの内径をほぼ同一径とするため、
ベローズの有効断面積（特願平3-115058号参照のこと）
がセンサチューブの流路総断面積より大きくなる。その
ため、管路を流れる流体の圧力によりベローズが管路方
向に伸びることになり、センサチューブに圧縮応力が作
用して、センサチューブの振動特性が変動してしまう。

【０００８】即ち、振動するチューブの運動方程式よ
り、センサチューブの共振周波数ｆは次の式（１）によ
り表すことができる。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで、Ｌ：チューブの振動部分の長さ Ｅ：チューブのヤング率 Ｉ：チューブの断面２次モーメント Ｍ：チューブの質量 ｍ：チューブ内の流体の質量 Ｔ：チューブにかかる張力 Ｐ：チューブ内の圧力 Ａ：チューブの断面積 λ：チューブの振動モードによって定まる係数 α：チューブの形状によって定まる係数 この式（１）から分かるように、センサチューブ内の圧
力Ｐが増加すると、共振周波数ｆは低下する。又、セン
サチューブの圧縮応力が作用すると、センサチューブに
かかる張力Ｔが負となり、同様に共振周波数ｆは低下す
る。

【００１１】このように共振周波数ｆが低下すると、共
振周波数ｆにより流体の密度を測定している振動式密度
計にあってはその測定値に測定誤差を生じ、正確な密度
測定ができないという課題がある。

【００１２】又、コリオリ式質量流量計の場合、センサ
チューブに圧縮応力が作用しても、センサチューブの振
動モードにおいて、センサチューブの流入側及び流出側
にある一対の振動検出センサで検出される振幅は、理論
的には同程度の位相の変化であるので、センサチューブ
の位相の変化分が相殺されて、センシングには影響がで
ない筈であるが、実際には極わずかなずれの影響などに
より、センサチューブが圧縮応力をうけた場合に、その
位相変化分が一対のセンサの検出位置において異なって
しまうことがある。

【００１３】その結果、コリオリ力によってセンサチュ
ーブに生じる位相差と全く同じ減少がセンサチューブに
生じてしまい、正確な流量計測ができななくなってしま
うという課題がある。

【００１４】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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】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
間で直線状に延在する直管部を有する管路と、該直管部
を半径方向に振動させる加振器と、該直管部の振動に伴
う直管部の半径方向の変位を検出するピックアップと、
該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に
設けられたベローズと、を有し、該ピックアップからの
出力により質量流量を計測する振動式測定装置におい
て、前記管路内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧
力検出手段からの出力信号に基づいて器差の補正係数を
求め、該補正係数により前記質量流量を補正する補正手
段と、を備えてなることを特徴とする。

【００１６】請求項２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で直線状に延在
する直管部を有する管路と、該直管部を半径方向に振動
させる加振器と、該直管部の振動に伴う直管部の半径方
向の変位を検出するピックアップと、該直管部の管路延
在方向の変位を吸収するように管路に設けられたベロー
ズと、を有し、該ピックアップからの出力により質量流
量を計測する振動式測定装置において、前記被測流体の
圧力に応じた前記直管部の周方向の歪を検出する歪ゲー
ジと、該歪ゲージからの出力信号に基づいて器差の補正
係数を求め、該補正係数により前記質量流量を補正する
補正手段と、を備えてなることを特徴とする。

【００１７】請求項３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で直線状に延在
する直管部を有する管路と、該直管部を半径方向に振動
させる加振器と、該直管部の振動に伴う直管部の半径方
向の変位を検出するピックアップと、該直管部の管路延
在方向の変位を吸収するように管路に設けられたベロー
ズと、を有し、該ピックアップからの出力により質量流
量を計測する振動式測定装置において、前記被測流体の
圧力に応じた前記直管部の軸方向の歪を検出する歪ゲー
ジと、該歪ゲージからの出力信号に基づいて器差の補正
係数を求め、該補正係数により前記質量流量を補正する
補正手段と、を備えてなることを特徴とする。

【００１８】請求項４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で直線状に延在
する直管部を有する管路と、該直管部を半径方向に振動
させる加振器と、該直管部の振動を検出するピックアッ
プと、該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように
管路に設けられたベローズと、を有し、該直管部の振動
数より該被測流体の密度を測定する振動式測定装置にお
いて、前記被測流体の圧力に応じた前記直管部の周方向
の歪を検出する歪ゲージと、該歪ゲージからの出力信号
に基づいて振動周波数の補正係数を求め、該補正係数に
より前記密度を補正する補正手段と、を備えてなること
を特徴とする。

【００１９】請求項５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で直線状に延在
する直管部を有する管路と、該直管部を半径方向に振動
させる加振器と、該直管部の振動を検出するピックアッ
プと、該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように
管路に設けられたベローズと、を有し、該直管部の振動
数より該被測流体の密度を測定する振動式測定装置にお
いて、前記被測流体の圧力に応じた前記直管部の軸方向
の歪を検出する歪ゲージと、該歪ゲージからの出力信号
に基づいて振動周波数の補正係数を求め、該補正係数に
より前記密度を補正する補正手段と、を備えてなること
を特徴とする。

【００２０】

【作用】センサチューブに作用する圧力やこの圧力に基
づく圧縮応力等によってセンサチューブの振動特性が変
化し、計測される質量流量又は密度が変動しても、この
変動分を圧力検出手段又は歪ゲージによる出力信号に基
づいて補正することができる。これにより、正確な質量
流量又は密度の計測を行いうる。

【００２１】

【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。

【００２２】尚、振動式測定装置としてコリオリ式質量
流量計と振動式密度計とがある。コリオリ式質量流量計
と振動式流量計とは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。

【００２３】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が設けら
れ、管路３の途中には後述の一対のセンサチューブ７，
８を軸方向に変位可能に保持するベローズ４Ａ，４Ｂを
設けている。管路３は流入口５ａを有する流入管５と、
前記ベローズ４Ａと、流入側マニホールド６と、一対の
センサチューブ（直管部）７，８と、流出側マニホール
ド９と、前記ベローズ４Ｂと、流出口１０ａを有する流
出管１０とより形成されている。

【００２４】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
側の他端５ｃ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。

【００２５】流入側マニホールド６は、上流側のベロー
ズ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。

【００２６】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、下流側のベローズ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。

【００２７】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。

【００２８】又、センサチューブ７，８は支持板１１
Ａ，１１Ｂを貫通し、且つ溶接されており、平行となる
ように支持されている。そして、センサチューブ７，８
の両端部は夫々円筒状のスリーブ１２を介して流入側、
流出側マニホールド６，９に接続されている。

【００２９】流出管１０は上流側端部が上流側のベロー
ズ４Ｂ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１０ａ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。

【００３０】上流側のベローズ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、図２に示す如く、ベローズ４Ａの上
流側端部が流入管５の端部５ｃの内周に溶接等により固
着され、下流側端部が流入側マニホールド６の接続口６
ａの内周に溶接等により固着されている。

【００３１】ベローズ４Ａは例えばステンレス製パイプ
を蛇腹状に形成したものであり、円弧状の複数の谷部と
山部とが交互に連続形成されてなる。この谷部及び山部
は例えばセンサチューブ７，８の熱膨張による軸方向の
力が作用すると軸方向に伸縮して、熱膨張による応力を
吸収し、軸方向の配管振動が伝達された場合もこれを吸
収する。

【００３２】ベローズ４Ａは有効径Ｄ_a の有効断面積が
センサチューブ７，８の内径の断面積の合計（流路総断
面積）よりも大きくなるように谷部、山部が形成されて
いる。つまり、ベローズ４Ａは流量計測時の圧力損失を
低減するため谷部の内径が充分に大きい寸法に設定され
ている。

【００３３】尚、下流側のベローズ４Ｂは上記ベローズ
４Ａと同様な構成であるので、その説明は省略する。

【００３４】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の略中央
部の間に設けられている。

【００３５】１４は上流側のピックアップで、加振器１
３より上流側のセンサチューブ７，８間に設けられてい
る。

【００３６】１５は下流側のピックアップで、加振器１
３より下流側のセンサチューブ７，８間に設けられてい
る。ピックアップ１４，１５は夫々電磁ソレノイドと同
様な構成であり、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。

【００３７】１６は圧力センサ（圧力検出手段）であ
り、センサチューブ７の上流側端部が接続されるスリー
ブ１２の上方に設けられている。この圧力センサ１６
は、図２に示す如く、スリーブ１２及びセンサチューブ
７の上壁を貫通し、センサチューブ７内を流れる流体の
圧力を検出する。尚、圧力センサ１６の取付位置はスリ
ーブ１２以外の管路３途中に設けるようにしても良い。

【００３８】加振器１３、ピックアップ１４，１５及圧
力センサ１６は、図３に示す如く、流量計測制御装置１
７に接続され、この流量計測制御装置１７は、センサチ
ューブ７，８を共振周波数で振動するように加振器１３
を駆動するとともに、ピックアップ１４，１５の検出信
号に基づいて質量流量を演算する。又、流量計測制御装
置１７には予め圧力変動による器差特性データが記憶さ
れており、後述するように圧力に応じて質量流量を補正
する。

【００３９】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よりベローズ４Ａ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，６ｅ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９ｄ，９ｅより下流側のベローズ４Ｂを
通って流出口１０ａより下流側配管（図示せず）に流出
する。

【００４０】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、これによりピックアッ
プ１４と１５との出力信号に位相差があらわれる。この
位相差が質量流量に比例するため、ピックアップ１４，
１５からの出力信号の位相差に基づいて質量流量が求ま
る。

【００４１】ここで、高温流体の流量計測をする場合の
動作について説明する。上記流量計測時と同様流入口５
ａより高温流体が供給されると、Ｘ方向に延在するセン
サチューブ７，８による熱膨張が発生する。上、下流側
のフランジ５ｂ，１０ｂは夫々上、下流側配管に接続固
定されているので、センサチューブ７，８の熱膨張によ
る軸方向の歪応力は上，下流側の各ベローズ４Ａ，４Ｂ
の収縮により吸収される。

【００４２】これにより、センサチューブ７，８の熱膨
張による器差の変動が防止され、正確な流量計測が行え
る。

【００４３】次に、流量計測時流体圧力が変動した場合
の動作について説明する。

【００４４】例えば、流量計測中に流体の圧力が上昇し
た場合、ベローズ４Ａ，４Ｂの内壁に高圧流体の圧力が
作用する。

【００４５】ベローズ４Ａ，４Ｂの内壁に内圧が作用す
るとベローズ４Ａ，４Ｂの山部はわずかにふくらみ、そ
して、センサチューブ７，８の流路総断面積からベロー
ズ４Ａ（または４Ｂ）の有効断面積を引いた受圧面積差
に圧力を掛けた力が軸方向に発生する。

【００４６】２つのピックアップ１４，１５の検出位置
の振幅は、理論的には同程度の位相の変化であるので、
センサチューブ７，８の流入側と流出側での位相の変化
分が相殺されて、センシングには影響が出ないはずだ
が、実際には極わずかな溶接の条件の違いや、各種部品
の取り付け位置の極わずかなずれの影響などにより、セ
ンサチューブ７，８が圧縮応力を受けた場合にその位相
の変化分が一対のピックアップ１４及び１５の検出位置
において異なってしまう。

【００４７】この結果、コリオリ力によってセンサチュ
ーブ７，８に生じるの位相差と全く同じ現象がセンサチ
ューブ７，８に生じてしまい、正確な流量が測定できな
くなってしまう。

【００４８】上記質量流量計１において、被測流体の圧
力と器差の関係は、実験によれば、図４，図５に示すよ
うになる。尚、図４は、ベローズ４Ａ，４Ｂの有効断面
積（特願平３−１１５０５８号参照のこと）がセンサチ
ューブ７，８の流路総断面積よりも大きい場合の圧力と
器差との関係を示す線図である。又、図５はベローズ４
Ａ，４Ｂの有効断面積がセンサチューブ７，８の流路総
断面積よりも小さい場合の圧力と器差との関係を示す線
図である。

【００４９】本実施例ではベローズ４Ａ，４Ｂにおける
圧力損失を低減するためベローズ４Ａ，４Ｂの有効断面
積がセンサチューブ７，８の総断面積より大きく設定し
てある。よって、流量計測制御装置１７には図４の示す
圧力−器差データが入力されている。

【００５０】従って、流量計測時、ピックアップ１４，
１５から出力された出力信号の位相差より質量流量を算
出するとともに、圧力センサ１６からの出力信号により
被測流体の圧力値を求め、この圧力値より図４に示す線
図に基づいて器差（％）を求め、次式（２）により器差
の補正係数を算出する。

【００５１】 器差の補正係数＝１−（器差／１００） … （２） そして、上記位相差より算出した質量流量に上記（２）
式で算出した器差の補正係数を除算することにより、器
差分の圧力補正を行って正確な質量流量を算出する。こ
れにより、ベローズ４Ａ，４Ｂに圧力が作用してセンサ
チューブ７，８に圧縮力が加えられてもセンサチューブ
７内の圧力に基づいて器差補正を行うことにより圧力に
よる計測誤差を無くしてより精度良く質量流量を計測で
きる。

【００５２】図６及び図７に本発明の第２実施例を示
す。

【００５３】図６に示す如く、スリーブ１２及びセンサ
チューブ７の外周には圧力に応じた周方向の歪を検出す
る圧力検出手段としての歪ゲージ１８が貼着されてい
る。この歪ゲージ１８は被測流体の圧力によりスリーブ
１２及びセンサチューブ７が径方向に膨らむと、その周
方向の歪の大きさに比例した抵抗値に変化する。歪ゲー
ジ１８は貼着するだけなので、スリーブ１３、センサチ
ューブ７に圧力検出用の孔等を加工する必要がなく、流
量計測によるセンサチューブの振動への影響もない。

【００５４】図７に示す如く、歪ゲージ１８，１９は温
度影響を防止するためアクティブダミー法を使用してセ
ンサチューブ７の周方向の歪を測定する。即ち、歪ゲー
ジ１８は歪がかからず且つ温度条件や張り付け面の条件
が同一なダミーゲージ１９と接続され抵抗２０，２１と
ともにホイートストンブリッジ回路２２を形成する。

【００５５】尚、ダミーゲージ１９はスリーブ１２の外
周に歪ゲージ１８と同一方向に貼着される。また、流量
計測制御装置１７には準静的な歪成分を得るためにロー
パスフィルタ（図示せず）が設けられており、このロー
パスフィルタにより歪ゲージ１８からの出力信号に含ま
れるセンサチューブ７，８の振動による高周波成分が除
去される。

【００５６】歪ゲージ１８は、センサチューブ７の圧力
に応じた周方向の歪により、抵抗値が変化するため、ホ
イートストンブリッジ回路２２では圧力がゼロのとき歪
ゲージ１８及びダミーゲージ１９の抵抗値が等しくなっ
て平衡状態となり出力がゼロとなる。

【００５７】しかし、センサチューブ７，８が被測流体
の圧力により膨張すると、歪ゲージ１８は周方向の歪に
より抵抗線が引張られて抵抗値が大となる。このよう
に、歪ゲージ１８，１９の抵抗値が圧力に比例して変化
するとホイーストブリッジ回路２２は平衡がくずれて圧
力に比例した電位差を流量計測制御装置１７に出力す
る。

【００５８】流量計測制御装置１７ではホイートストン
ブリッジ回路２２からの出力信号に基づいて圧力を算出
する。即ち、センサチューブ７の周方向の歪とこのセン
サチューブ７内の圧力との関係は、次式に示すとおりで
ある。

【００５９】δ＝εＥ≒Ｐｒ／ｔ … （３） ここで、δ：センサチューブの周方向の応力 ε：センサチューブの周方向の歪 Ｅ：センサチューブのヤング率 Ｐ：センサチューブ内の圧力 ｒ：センサチューブの半径（肉厚の中間位置までの距
離） ｔ：センサチューブの肉厚 この（３）式より、センサチューブ７内の圧力は、 Ｐ≒（Ｅｔ／ｒ）×ε … （４） となり、センサチューブ７の周方向の歪からセンサチュ
ーブ７内の圧力を求めることができる。そして、この圧
力換算値に応じて上記第１実施例と同様質量流量値の器
差補正（図４参照）を行う。

【００６０】図８及び図９に本発明の第３実施例を示
す。

【００６１】図１に示すベローズ４Ａ，４Ｂの有効断面
積がセンサチューブ７，８の総断面積よりも大きく設定
されている場合、被測流体の圧力によりベローズ４Ａ，
４Ｂがセンサチューブ７，８を軸方向（圧縮方向）に押
圧するため、センサチューブ７，８には軸方向の歪が生
ずる。

【００６２】質量流量計１ではセンサチューブ７，８に
おける流入側のピックアップ１４からの出力信号と流出
側のピックアップ１５からの出力信号との位相差により
質量流量を算出するため、本来軸方向の歪の影響が出な
いはずであるが、前述したように実際には溶接の条件の
違いや、各種部品の取り付け位置のずれなどによりセン
サチューブ７，８に軸方向の歪があるとピックアップ１
４と１５の出力にコリオリ力により生じると同様な位相
差が生じてしまう。

【００６３】本実施例では、図８に示す如く、歪ゲージ
１８’はセンサチューブ７の軸方向の歪を検出できるよ
うに軸方向に沿ってセンサチューブ７の外周に貼着され
ている。又、ダミーゲージ１９’も同様の向きでスリー
ブ１２の外周に貼着されている。

【００６４】そして、各ゲージ１８’，１９’はゲージ
１８，１９に代わって図７に示すようなホイートストン
ブリッジ回路２２を形成して流量計測制御装置１７と接
続されている。

【００６５】従って、センサチューブ７，８に軸方向の
歪が生ずると、歪ゲージ１８’の抵抗線が引っ張られて
抵抗値が増大するため、ホイートストンブリッジ回路２
２は軸方向の歪に比例した電位差を流量計測制御装置１
７に出力する。

【００６６】図９は、実験に基づいてセンサチューブ
７，８の軸方向の歪みと器差の関係を示した線図であ
る。尚、図９においてベローズ４Ａ，４Ｂの有効断面積
がセンサチューブ７，８の総断面積よりも大きい場合は
センサチューブ７，８の軸方向の歪が圧縮状態となり、
逆にベローズ４Ａ，４Ｂの有効断面積がセンサチューブ
７，８の軸方向の歪が引っ張り状態となる。

【００６７】従って、流量計測制御装置１７はピックア
ップ１４，１５からの出力信号の位相差より質量流量を
算出するとともに、軸方向の歪に応じたホイートストン
ブリッジ回路２２からの出力信号が入力されると図９に
示す器差特性に基づいて質量流量値の器差補正を行う。

【００６８】次に、本発明の第４実施例として振動式測
定装置を振動式密度計として用いた場合について説明す
る。

【００６９】尚、密度計の構成は図１、図６及び図７に
示す質量流量計１と同一構成であるので、その説明は省
略する。

【００７０】密度計の場合、センサチューブ７，８の振
動数、即ち共振周波数が被測流体の密度に比例すること
を利用して密度を計測している。

【００７１】例えば、ベローズ４Ａ，４Ｂの有効断面積
とセンサチューブ７，８の総断面積が等しいときでも、
前述したように、センサチューブ７，８内の内圧の上昇
に伴ない共振周波数が低下してしまう現象が起こる。密
度計においてはセンサチューブ７，８の共振周波数から
密度が換算されるため、密度計測時の共振周波数低下は
大きな問題である。

【００７２】ところが、被測流体の圧力とセンサチュー
ブ７，８の共振周波数の変化率の関係は図１０に示すよ
うな線形となる。同図中、共振周波数の変化率とは｛ｆ
₁ −ｆ₀ ）／ｆ₁ ｝×１００（％）で表わされる。尚、
ｆ₀ は変化前の共振周波数で、ｆ₁ は変化後の共振周波
数である。

【００７３】従って、流量計測制御装置１７ではピック
アップ１４，１５からの出力信号の周波数より密度を算
出するとともに、歪ゲージ１８の周方向の歪に応じたホ
イートストンブリッジ回路２２からの出力信号により前
述の（４）式に基づいて圧力を算出する。さらに、流量
計測制御装置１７はこの圧力値から図１０に基づいて共
振周波数の変化率（％）を求め、次式（５）により振動
周波数の補正係数を算出する。

【００７４】 振動周波数の補正係数＝１−（変化率／１００） … （５） そして、上記周波数より算出した密度に上記（５）式で
算出した振動周波数の補正係数を乗算することにより、
振動周波数の変化分の圧力補正を行って正確な密度を算
出する。尚、ピックアップ１４，１５からの出力信号の
周波数に上記補正係数を乗算し、その後この乗算値に基
づいて補正密度を算出するようにしても良い。

【００７５】次に、本発明の第５実施例の密度計につい
て図１０乃至図１３に基づいて説明する。

【００７６】被測流体の圧力が変動し、且つベローズ４
Ａ，４Ｂの有効断面積がセンサチューブ７，８の総断面
積と異なる場合、上記第４実施例で述べた圧力により
センサチューブ７，８の共振周波数が低下してしまう現
象とともに、第１〜第３実施例で説明したようにベロ
ーズ４Ａ，４Ｂの伸縮動作によりセンサチューブ７，８
が軸方向に圧縮又は引っ張り応力を受けると、これによ
り、センサチューブ７，８の共振周波数が変動してしま
うといった現象が起こる。この場合も共振周波数の変動
により計測した密度に誤差が生じてしまう。

【００７７】上記による共振周波数の低下は上記第４
実施例と同様な方法で計測した密度を補正できる。又、
上記による共振周波数の低下はセンサチューブ７，８
の軸方向の歪と共振周波数の変化率との関係（図１１に
示す）により補正できる。

【００７８】そのため、本実施例では、図１２に示す如
く、一方の歪ゲージ１８が周方向の歪を検出できるよう
センサチューブ７の外周に貼着され、他方の歪ゲージ１
８’が軸方向の歪を検出できるようセンサチューブ８の
外周に貼着される。

【００７９】又、一方のダミーゲージ１９は歪ゲージ１
８と同様に周方向に沿ってスリーブ１２に貼着され、他
方のダミーゲージ１９’は歪ゲージ１８’と同様に軸方
向に沿ってスリーブ１２に貼着される。そして、各ゲー
ジ１８，１９，１８’，１９’は図１３に示すように各
別のホイートストンブリッジ回路２２，２２’を形成し
て流量計測制御装置１７に接続される。

【００８０】従って、流量計測制御装置１７ではピック
アップ１４，１５からの出力信号の周波数より密度を算
出するとともに、歪ゲージ１８による周方向の歪に応じ
た出力信号が入力されると、前述の（４）式に基づいて
圧力を算出した後、図１０に基づいて圧力による共振周
波数の変化率を求め、上記（５）式から振動周波数の補
正係数を算出する。そして、流量計測制御装置１７は上
記算出した密度にこの補正係数を乗算して正確な密度に
補正する。

【００８１】又、これと共に、流量計測制御装置１７は
歪ゲージ１９による軸方向の歪に応じた出力信号が入力
されると、図１１に基づいて共振周波数の変化率を求
め、上記（５）式から振動周波数の補正係数を算出し、
この補正係数を上記補正した密度にさらに乗算して正確
な密度に補正する。これで、上記，による共振周波
数の低下による密度の誤差を正確な値に補正できる。

【００８２】尚、上記補正演算において、図１０及び図
１１に基づく補正係数同士を先に乗算した後、この乗算
した補正係数を上記算出密度に乗算して密度補正を行う
ようにしてもよく、また、ピックアップ１４，１５から
の出力信号の周波数に先に補正係数を乗算した後、この
乗算値に基づいて補正密度を算出するようにしてもよ
い。

【００８３】次に本発明の第６実施例の密度計について
説明する。

【００８４】被測流体の圧力が変動し、且つベローズ４
Ａ，４Ｂの有効断面積がセンサチューブ７，８の総断面
積と異なる場合、上記第５実施例で説明した，の現
象により共振周波数が変動することになる。

【００８５】この場合、例えば、ベローズ４Ａ，４Ｂの
有効断面積がセンサチューブ７，８の総断面積より大き
いときの圧力と共振周波数の変化率（上記の軸方向歪
による変化分も含んだ値）の関係は図１４に示すような
線形となる。

【００８６】従って、圧力変化に応じたセンサチューブ
７，８の歪を検出することにより密度を補正できること
がわかる。

【００８７】つまり、図６に示す如く、歪ゲージ１８が
圧力の変動によるセンサチューブ７の周方向の歪を検出
できるようにセンサチューブ７の外周に貼着される。
又、ダミーゲージ１９もスリーブ１２の外周に周方向に
貼着される。そして、図７に示す如くダミーゲージ１９
は歪ゲージ１８と共にホイートストンブリッジ回路２２
を形成する。

【００８８】従って、流量計測制御装置１７ではピック
アップ１４，１５からの出力信号の周波数より密度を算
出するとともに、歪ゲージ１８からの圧力に応じた出力
信号が入力されると前述の（４）式及び図１４に基づい
て圧力による共振周波数の変化率を求め、上記（５）式
から振動周波数の補正係数を算出する。そして、流量計
測制御装置１７は上記算出された密度に上記補正係数を
乗算して正確な密度に補正する。

【００８９】尚、上記第６実施例においては、圧力と共
振周波数の変化率の関係を示す図１４に基づいて密度補
正を行ったが、これに限らず、センサチューブ７，８に
作用する軸方向歪と共振周波数の変化率（上記の圧力
による変化分も含んだ値）との関係を示す線図を予め用
意し、図８に示すように配置した歪ゲージ１８’からの
出力信号に基づき、上記予め用意した線図より共振周波
数の変化率を求め、上記第６実施例と同様に圧力補正を
行うようにしてもよい。

【００９０】また、上記各実施例において、圧力または
軸方向歪から図４、図５、図９乃至図１１及び図１４の
線図により器差または共振周波数の変化率を求め、前述
の（２）式または（５）式により器差の補正係数または
振動周波数の補正係数を算出するようにしたが、これに
限らず、圧力または軸方向歪と、器差の補正係数または
振動周波数の補正係数との関係を示す線図を用意して、
圧力または軸方向歪から直接補正係数を求めるようにし
てもよい。

【００９１】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる請求項１の振
動式測定装置は、管路内の圧力を検出し、この検出され
た圧力値に基づいて質量流量を補正することができるの
で、直管状のセンサチューブを使用して圧力損失を低減
し、且つベローズを用いて直管状の熱膨張を吸収できる
とともに、ベローズの圧力による伸縮動作があっても、
計測された質量流量を圧力補正し、圧力変動に拘わらず
正確な質量流量を得ることができる。また、ベローズの
有効断面積を大きくしてベローズによる圧力損失を充分
低減することもできる。

【００９２】又、請求項２の発明によれば、歪ゲージを
用いて圧力に応じた直管部の周方向の歪を検出し、この
周方向の歪に基づいて質量流量を圧力補正でき、圧力変
動によるベローズの伸縮動作の影響を除去して正確な質
量流量を計測することができる。しかも、歪ゲージによ
り非接触で圧力を検出できるので、取付作業が容易に行
える。

【００９３】又、請求項３の発明によれば、歪ゲーシに
より圧力に応じた直管部の軸方向の歪を検出し、この軸
方向の歪に基づいて質量流量を補正することにより、圧
力変動によるベローズの伸縮動作の影響を除去して正確
な質量流量を計測することができる。

【００９４】又、請求項４の発明によれば、圧力に応じ
た周方向の歪を歪ゲージで測定し、この歪に対応する振
動周波数の変化率を算出して密度を補正できるので、被
測流体の圧力あるいはベローズの圧縮応力等により直管
部の振動周波数が低下しても、正確な密度を測定でき
る。しかも、歪ゲージにより非接触で圧力を検出できる
ので、取付作業が容易に行える。

【００９５】又、請求項５の発明によれば、圧力に応じ
た軸方向の歪を測定し、軸方向の歪による直管部の振動
周波数の変化率を算出して密度を補正できるので、軸方
向の歪により直管部の振動周波数が低下しても正確な密
度を測定できる。しかも、歪ゲージにより非接触で圧力
を検出できるので、取付作業が容易に行える等の特長を
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実施例とし
ての質量流量計の縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施例の圧力センサの取付位置を
示す拡大図である。

【図３】本発明の第１実施例の加振器、ピックアップ、
圧力センサ、流量計測制御装置の接続を示す回路図であ
る。

【図４】ベローズの有効断面積がセンサチューブの流路
総断面積より大きい場合の圧力と器差との関係を示す線
図である。

【図５】ベローズの有効断面積がセンサチューブの流路
総断面積より小さい場合の圧力と器差との関係を示す線
図である。

【図６】本発明の第２実施例の質量流量計の要部を示す
拡大図である。

【図７】本発明の第２実施例の加振器、ピックアップ、
歪ゲージ、ホイートストンブリッジ回路、流量計測制御
装置の接続を示す回路図である。

【図８】本発明の第３実施例の質量流量計の要部を示す
拡大図である。

【図９】センサチューブの軸方向の歪と器差との関係を
示す線図である。

【図１０】本発明の第４実施例で引用された密度計の圧
力と共振周波数変化率との関係を示す線図である。

【図１１】本発明の第５実施例で引用された密度計の歪
と共振周波数変化率との関係を示す線図である。

【図１２】本発明の第５実施例の要部を示す拡大図であ
る。

【図１３】本発明の第５実施例の加振器、ピックアッ
プ、歪ゲージ、ホイートストンブリッジ回路、流量計測
制御装置の接続を示す回路図である。

【図１４】本発明の第６実施例で引用された密度計の圧
力と共振周波数との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ケーシング ３ 管路 ４Ａ，４Ｂ ベローズ ６ 流入側マニホールド ７，８ センサチューブ（直管部） ９ 流出側マニホールド １２ スリーブ １３ 加振器 １４，１５ ピックアップ １６ 圧力センサ １７ 流量計測制御装置 １８，１９ 歪ゲージ １８’，１９’ ダミーゲージ ２２ ホイートストンブリッジ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 昭次 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 長谷川 広明 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内

Claims (5)

【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で直線状に延在する直管部を有す
   る管路と、 該直管部を半径方向に振動させる加振器と、 該直管部の振動に伴う直管部の半径方向の変位を検出す
   るピックアップと、 該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に
   設けられたベローズと、を有し、該ピックアップからの
   出力により質量流量を計測する振動式測定装置におい
   て、 前記管路内の圧力を検出する圧力検出手段と、 該圧力検出手段からの出力信号に基づいて器差の補正係
   数を求め、該補正係数により前記質量流量を補正する補
   正手段と、 を備えてなることを特徴とする振動式測定装置。
2. 【請求項２】 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で直線状に延在する直管部を有す
   る管路と、 該直管部を半径方向に振動させる加振器と、 該直管部の振動に伴う直管部の半径方向の変位を検出す
   るピックアップと、 該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に
   設けられたベローズと、を有し、該ピックアップからの
   出力により質量流量を計測する振動式測定装置におい
   て、 前記被測流体の圧力に応じた前記直管部の周方向の歪を
   検出する歪ゲージと、 該歪ゲージからの出力信号に基づいて器差の補正係数を
   求め、該補正係数により前記質量流量を補正する補正手
   段と、 を備えてなることを特徴とする振動式測定装置。
3. 【請求項３】 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で直線状に延在する直管部を有す
   る管路と、 該直管部を半径方向に振動させる加振器と、 該直管部の振動に伴う直管部の半径方向の変位を検出す
   るピックアップと、 該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に
   設けられたベローズと、を有し、該ピックアップからの
   出力により質量流量を計測する振動式測定装置におい
   て、 前記被測流体の圧力に応じた前記直管部の軸方向の歪を
   検出する歪ゲージと、 該歪ゲージからの出力信号に基づいて器差の補正係数を
   求め、該補正係数により前記質量流量を補正する補正手
   段と、 を備えてなることを特徴とする振動式測定装置。
4. 【請求項４】 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で直線状に延在する直管部を有す
   る管路と、 該直管部を半径方向に振動させる加振器と、 該直管部の振動を検出するピックアップと、 該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に
   設けられたベローズと、を有し、該直管部の振動数より
   該被測流体の密度を測定する振動式測定装置において、 前記被測流体の圧力に応じた前記直管部の周方向の歪を
   検出する歪ゲージと、 該歪ゲージからの出力信号に基づいて振動周波数の補正
   係数を求め、該補正係数により前記密度を補正する補正
   手段と、 を備えてなることを特徴とする振動式測定装置。
5. 【請求項５】 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で直線状に延在する直管部を有す
   る管路と、 該直管部を半径方向に振動させる加振器と、 該直管部の振動を検出するピックアップと、 該直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に
   設けられたベローズと、を有し、該直管部の振動数より
   該被測流体の密度を測定する振動式測定装置において、 前記被測流体の圧力に応じた前記直管部の軸方向の歪を
   検出する歪ゲージと、 該歪ゲージからの出力信号に基づいて振動周波数の補正
   係数を求め、該補正係数により前記密度を補正する補正
   手段と、 を備えてなることを特徴とする振動式測定装置。