JPH0688740A

JPH0688740A - コリオリ質量流量計

Info

Publication number: JPH0688740A
Application number: JP26540092A
Authority: JP
Inventors: Shingo Gomi; 信吾五味; Kimihiro Ichinose; 公宏一瀬
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】測定流体の圧力変動影響がなく低圧力損失で
コンパクトな質量流量計とする。【構成】配管と同径な直管で構成された流管２内の両
端部に整流作用を有する支持整流板５を固着し、この支
持整流板５により流管２を軸方向に２分する振動板４の
両端を支持する。振動板４の中央に固着された磁性体７
を電磁オツシレータ６で振動板４と直角な方向に単振駆
動する。この振動板４により駆動された測定流体により
振動板４に作用するコリオリの力を電磁オツシレータ６
の上下流側に配設された位置検出器８と９の信号の位相
差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、コリオリ質量流量計に関し、よ
り詳細には、測定流体の圧力影響を受けない小形の直管
式コリオリ質量流量計に関する。

【０００２】

【従来技術】質量流量を直接求める質量流量計としてコ
リオリ質量流量計がある。コリオリ質量流量計は流管内
を流れる測定流体に振動を与えた場合に振動した測定流
体に作用するコリオリの力が質量流量に比例することを
利用した直接質量流量計である。しかし、コリオリの力
は加振力に対し微小な力であるから、コリオリ質量流量
計には高感度で安定した力計測手段が要求される。通
常、コリオリの力はコリオリの力による流管の弾性変形
として検知するため、従来、流管は変形量が大きくとれ
る湾曲した形状にしていた。湾曲形状の流管を有するコ
リオリ質量流量計は一般に形状が大きくなるので、流管
を直管形状とした直管式のコリオリ質量流量計が試みら
れている。

【０００３】直管式のコリオリ質量計量計は、加振する
流管を単一流管を使用したものと、複数の直管を並列に
配設した方式のものがある。いずれの場合も、直管の両
端部を支持し、中間部で流管を加振する駆動手段と、駆
動手段と支持部との間でコリオリの力による小形な流管
変位を検出する変位検出器を有している。変位検出器と
して電磁手段による速度検出方法もあるが、このときは
積分され変位検出される。

【０００４】このような構成からなる直管式のコリオリ
質量流量計は、通常、駆動手段により支持部を節部とし
た単振振動として駆動される。この振動周波数をω、流
速をｖ、単位体積当りの質量をｍとすると、コリオリの
力Ｆｃは振動周波数ωと流速ｖのベクトル積に比例して
−２ｍ〔ω〕×〔ｖ〕（〔ω〕,〔ｖ〕はベクトル）で
あらわされる。

【０００５】しかし、直管式のコリオリ質量計量計は両
端固定されており曲げ剛性が高いため振動振幅を大きく
するためには大きい駆動力を必要とする。当然ながら、
コリオリの力による弾性変位も小さくなるのでＳＮ比を
向上させる手段として流管を薄肉パイプとし、更に、小
径のパイプとして流速を増加させることがなされる。こ
の結果、例えば流管を薄肉パイプとした場合、流管は測
定流体の圧力影響を受けて内径が変化し、固有振動数が
変化し、上式に基いて質量流量も変化する。このため駆
動効率のよい固有振動数で駆動することができなくな
る。また、流速をあげることは圧力損失を増大する結果
となり、流量計の形状を大きくする。

【０００６】また、流管の両端を支持固定するため一体
の外筐を必要とするが、流管と外筐との材質が異なると
温度変化により両者に熱膨張差が生じ、同質の材料でも
外気温度と測定流体温度が異なるときは、同様に熱膨張
差が生じ、流管に不要な応力が作用するので特性に温度
影響が生ずる。

【０００７】

【目的】本発明は、上述の実情に鑑みてなされたもの
で、流管を外部配管に直接介装可能な大口径の直管とし
て軸方向に振動板を配設して流管内で測定流体に振動を
与えることによって圧力変動影響がなく圧力損失の小さ
い小形な間接形のコリオリ質量流量計を提供することを
目的とする。

【０００８】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
内径一様な直管と、該直管を軸方向に２分する振動板
と、前記直管内の両端近傍に配設され前記振動板の両端
を支持し、測定流体の流れを整流する整流支持手段と、
前記振動板の中央部を該振動板の面に垂角な方向に単振
駆動する駆動手段と、該駆動手段と前記整流支持手段と
の間に配設され振動板の変位を検出する位置検出器とか
らなり前記位置検出器の出力差に基いて質量流量を求め
ること、更には、（１）直管断面を軸方向平行に区分す
る複数の振動板と、該複数の振動板の両端部を前記直管
内の両端部近傍で支持し測定流体の流れを整流する整流
支持手段と、前記振動板の中央部と隣接する振動板が互
いに反対向きに振動するように駆動する駆動手段と、該
駆動手段と前記整流支持手段との間に配設され前記振動
板の変位を検出する位置検出器とからなり、前記位置検
出器の出力差に基いて質量流量を求めることを特徴とす
るものである。以下、本発明の実施例に基づいて説明す
る。

【０００９】図１（ａ）,（ｂ）は、本発明におけるコ
リオリ質量流量計を説明するための図で、図（ａ）は流
れ方向からみた正面図、図（ｂ）は、図（ａ）の矢印Ｙ
−Ｙ線図であり、図中、１はコリオリ質量流量計、２は
流管、３はフランジ、４は振動板、５は支持整流板、６
は電磁オツシレータ、７は磁性体、８，９は位置検出器
である。

【００１０】図において、コリオリ質量流量計１は、両
端にフランジ３，３を有する直管からなる流管３と、こ
の流管３の両端部近傍に固着された整流片５ａを有する
支持整流板５と、この支持整流板５で両端を支持される
帯状体で流管３の軸方向に２分する振動板４と、この振
動板４の中央に固着された磁性体７と、流管２の中央壁
面２ａに対向して配設され、磁性体７を電磁力で駆動す
る電磁オツシレータ６，６と、電磁オツシレータ６と支
持整流板５との間の流管２の軸方向管壁に配設された位
置検出器８と９からなっている。位置検出器８と９とは
同一のもので、光学的に測定する、例えば、モアレ縞の
数として検出するか、超音波の伝播時間差による方法
等、マイクロメータ以下の微小変位を測定できる手段で
あればよい。

【００１１】支持整流板５は、整流片５ａと振動板取付
部５ｂとからなる２組の同形の台形状体からなり、振動
板４は振動板４の両端部上下面を振動板取付部５ｂに固
着される。また、整流片５ｂの端部は流管２の内壁面２
ａに固定される。このようにして振動板４は、流管２を
軸方向に２分して両端部で支持される。振動板４の中央
に磁性体７が固定され、この振動板４は両端を節部とし
て発振器（図示せず）により駆動される電磁オツシレー
タ６，６により矢印Ｐ方向に一定振幅で単振駆動され
る。

【００１２】図２（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、図１におけ
るコリオリ質量流量計の動作を説明するための図で、
（ａ）図は、振動板４が矢印(＋Ｐ)方向に駆動されたと
きに振動部４に作用するコリオリの力によって生ずる振
動板４の変形、（ｂ）図は、矢印(−Ｐ)方向に駆動され
たときに振動板４に作用するコリオリの力によって生ず
る振動板４の変形を図示したもので、（ｃ）図は、
（ａ）,（ｂ）図からコリオリの力を検出する方法を図
示したものであり、図中、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。

【００１３】（ａ）,（ｂ）図のように、測定流体は、
支持整流板５により整流されて、流入する測定流体の旋
回成分が取り除かれ、矢印Ｆｌｏｗ方向に流れている。
振動板４が矢印(±Ｐ)方向に支持整流板５を節部を単振
駆動されると、振動板４は節部まわりに(±ω)で回転さ
れ、この回転振動に伴って測定流体に流体振動を与える
ので、振動板５には、この回転と質量流量に従ったコリ
オリの力Ｆｃが作用する。（ａ）図の(＋Ｐ)方向に振動
しているときは、上流側の変位検出位置Ａでは。振動方
向と逆向きのマイナス方向のコリオリの力が作用し、下
流側の変位検出位置Ｂでは、振動方向と同じプラス向き
のコリオリの力が作用する。次に、（ｂ）図の(−Ｐ)方
向に振動しているときは、（ａ）図と反対向きのコリオ
リの力が作用する。すなわち、上流側の変位検出位置Ｂ
では同じ向きのマイナス方向に作用し、振動板５は、図
示のようにコリオリの力に従って変化する。

【００１４】これらの変位は微小な量であり、実際は単
振駆動される振動板５の振部に重畳されている。（ｃ）
図は振動板５の振動に重畳したコリオリの力を時間位相
差として検出する方法を示したもので、上流側及び下流
側の変位検出位置Ａ及びＢにおいて、上述の反対方向作
用するコリオリの力による位相差が生じ、この位相差を
振動板５が静止面を通過する時間差Δｔから求める。こ
の時間差Δｔは質量流量に比例した量である。

【００１５】なお、振動板４を固有振動数で駆動するよ
うに電磁オツシレータを制御すると、固有振動数は測定
流体の密度に応じて変化するので、固有周波数から測定
流体の密度を求めることができる。

【００１６】図３は、本発明における他の実施例を説明
するための図で、図中、１０はコリオリ質量流量計、１
１，１２は振動板、１３，１４，１５は支持整流板、１
６，１７は上流側の変位検出器、１８，１９は下流側の
位置検出器で、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】振動板１１と１２とは流管２を軸方向に平
行に区分する帯状体で、振動板１１と１２とは断面台形
状の支持整流板１３，１４と支持整流板１３，１４間に
挟まれた断面Ｉ字形の支持整流板１５との間に固定され
る。また、振動板１１と１２とは支持整流板１５を節と
して電磁オツシレータ６により互いに反対方向に単振駆
動される。すなわち、振動板１１が(＋Ｐ)の方向の振動
のとき、振動板１２は(−Ｐ)の方向の振動となる。そし
て、上流側において振動板１１の振動を上流側の変位検
出器１６で、振動板１２の振動を上流側の変位検出器１
７でそれぞれ検出し、また、下流側においては振動板１
１の振動を下流側の変位検出器１８で、振動板１２の振
動を下流側の変位検出器１９でそれぞれ検出する。

【００１８】上述のコリオリ質量流量計１０は、図１に
説明したコリオリ質量流量計１と同様に振動板１１と１
２との振動によって生ずるコリオリの力により上流側と
下流側とでは位相差が生ずるが、振動板１１と１２とは
互いに逆向きに駆動されるので作用するコリオリの力も
反対となり、この位相差は倍加される。すなわち、感度
は、２倍となり、単葉の振動板４のコリオリ質量流量計
１と比べてＳＮ比が改善される。なお、図３においては
振動板を２枚としたが、より多い場合にも適用される。

【００１９】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と以下のような効果がある。（１）流管は配管にフランジ接合されるが、コリオリの
力を得るために流管を振動させることはなく、流管内で
振動板を振動させるので圧力影響を受けることはなく、
耐圧容器としての制限もない。（２）振動板を選定することにより流管に加わる外部振
動と関係なく優れたＳＮ比が得られる。（３）流管は配管口径と同じでフランジ接合されるので
極めて圧損の少ない質量流量計とすることができる。（４）流管が直管なので、洗浄し易く、また、自己洗浄
されるので保守費用が低減される。（５）密度計としても使用でき、しかも温度変化に対し
て安定した計測ができる。（６）非常にコンパクトな質量流量計が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるコリオリ質量流量計を説明す
るための図である。

【図２】図１におけるコリオリ質量流量計の動作を説
明するための図である。

【図３】本発明における他の実施例を説明するための
図である。

【符号の説明】

１…コリオリ質量流量計、２…流管、３…フランジ、４
…振動板、５…支持整流板、６…電磁オツシレータ、７
…磁性体、８，９…位置検出器、、１０…コリオリ質量
流量計、１１，１２…振動板、１３，１４，１５…支持
整流板、１６，１７…上流側の変位検出器、１８，１９
…下流側の位置検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内径一様な直管と、該直管を軸方向に２
分する振動板と、前記直管内の両端近傍に配設され前記
振動板の両端を支持し、測定流体の流れを整流する整流
支持手段と、前記振動板の中央部を該振動板の面に垂角
な方向に単振駆動する駆動手段と、該駆動手段と前記整
流支持手段との間に配設され振動板の変位を検出する位
置検出器とからなり前記位置検出器の出力差に基いて質
量流量を求めることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】直管断面を軸方向平行に区分する複数の
振動板と、該複数の振動板の両端部を前記直管内の両端
部近傍で支持し測定流体の流れを整流する整流支持手段
と、前記振動板の中央部と隣接する振動板が互いに反対
向きに振動するように駆動する駆動手段と、該駆動手段
と前記整流支持手段との間に配設され前記振動板の変位
を検出する位置検出器とからなり、前記位置検出器の出
力差に基いて質量流量を求めることを特徴としたコリオ
リ質量流量計。