JPH07239261A - 質量流量測定装置 - Google Patents

質量流量測定装置

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JPH07239261A
JPH07239261A JP6140427A JP14042794A JPH07239261A JP H07239261 A JPH07239261 A JP H07239261A JP 6140427 A JP6140427 A JP 6140427A JP 14042794 A JP14042794 A JP 14042794A JP H07239261 A JPH07239261 A JP H07239261A
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tube
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mass flow
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ザシェル ヨルゴ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動の影響を受け難いように改良した質量流
量測定装置を提供する。 【構成】 流体が流れる工程管に接続される少なくとも
一本の測定管３２と、この測定管３２を振動させる振動
発生器と、測定管３２のコリオリ力による変位を測定す
るセンサと、このセンサの出力信号から質量流量を演算
する評価装置とを備えるコリオリ原理を用いる質量流量
測定装置において、先の工程管と測定管３２との間に振
動の伝達を遮断する遮断手段３１、３９、４０、４１を
設けるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、コリオリ(Coriolis)
の原理を用いて質量流量を測定する質量流量測定装置に
係り、特に振動の影響を受け難いように改良した質量流
量測定装置に関する。
【０００２】このような装置は、化学および製薬工業、
或いはプラスチック工業、飲料業、食品業、飼料業、製
紙工業などの生産および検査設備として用いられる。他
の応用分野は、工業界や大学などにおいて検討されてい
る。
【０００３】
【従来の技術】このようなコリオリの原理を用いたタイ
プの質量流量測定装置は公知であり、例えば米国特許第
2,624,198 号および3,355,944 号において古くから知ら
れている。また、これを実用化した装置として、特公昭
６０−３４６８３号に記載されたような構造の質量流量
計が広く使用されている。このような従来公知のコリオ
リ質量流量計が図２に示される。
【０００４】図２において、流量計装置は数字１０で示
してある。流量計１０には固定の支持部片１２とこれに
片持レバー式ビーム状に取り付けたＵ字形導管１４とを
備えている。Ｕ字形導管１４はベリリュウム或いは鋼の
ような材料に通常みられる弾性を持つ管状材料で作られ
ている。
【０００５】このＵ字形導管１４は入口１５と出口１６
とを備え、それらを入口脚１８、ベース脚１９および出
口脚２０によって互いに連結してある。入口脚１８と出
口脚２０とは互いに平行であり、ベース脚１９はそれら
に垂直である。
【０００６】Ｕ字形導管１４の周波数特性は捩れを許す
ものであって、軸線Ｗ−Ｗの回りの共振周波数が軸線Ｏ
−Ｏの回りのそれとは異なることが臨界的であり、軸線
Ｗ−Ｗの回りの共振周波数の方が低い共振周波数であ
る。
【０００７】ばね腕部片２２が入口脚１８と出口脚２０
とに取り付けてあってフオースコイルとセンスコイル２
３とをベース脚１９に隣接する端部に支承している。磁
石２５はフオースコイルとセンスコイル２３との中には
まり込んでいて本体脚１９によって支承されている。振
動発生器２６は磁石２５、フオースコイル、センスコイ
ルなどにより構成されている。
【０００８】駆動回路２７がセンスコイル２３に応答し
てＵ字形導管１４を軸線Ｗ−Ｗの回りに固有振動数で揺
動的に駆動する増幅した力を生じるように設けてある。
Ｕ字形導管１４は支持部片１２にビーム状に取り付けて
あるけれども、事実上それが共振振動数で揺動するの
で、軸線Ｗ−Ｗのまわりのビーム状揺動には大きな振幅
を生じさせる。
【０００９】第１の感知器２８と第２の感知器２９とが
それぞれベース脚１９と入口脚１８および出口脚２０と
の交点に支えてある。感知器２８と感知器２９は、ビー
ム揺動のほぼ中点にあるいわゆる基準平面をＵ字形導管
１４が通過するときに作動させられる。読取り回路３０
は流量計測値を感知器２８および２９によって生じた信
号の時間差の関数として指示するように設けてある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図２に示す
ようなコリオリの原理を用いた質量流量測定装置は、振
動梁を使用しているため、計測原理が非常に鋭敏であ
り、外部から振動を取り込み、この外部から取り込まれ
た振動を測定系内に伝達してしまうという欠点があっ
た。
【００１１】このように、外部からの振動の取込みやそ
れに伴う測定系内への外部振動の伝達が起こると、結果
として、これらは測定値の誤差を増加させる原因とな
る。これは、装置のセンサである第１、第２の感知器２
８、２９が、測定管に内部の振動発生器２６から伝えら
れる振動と外部からの振動とを区別することができない
ということに起因している。これに加えて、振動発生器
２６による振動の装置内部から外部への漏洩ないし減損
を、センサで検出することができないという問題もあ
る。
【００１２】この発明は、以上のような課題に鑑みてな
されたものであり、その目的はコリオリの原理を用いた
ものであって、高精度でかつ正確な質量流量調節装置を
得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る質量流量測
定装置においては、請求項１などに記載された構成によ
って上記の目的が達せられるようになっており、この発
明による有利な展開は従属請求項によって達せられるよ
うになっている。
【００１４】この発明の要点は、系外の管と測定系内の
測定管との振動の相互伝達を遮断する点にある。これに
より、質量流量測定装置を外部振動の悪影響から隔離す
ることができる。
【００１５】公知のコリオリ原理によって動作する測定
装置においては、測定管と工程管との間は固定連結であ
ったのに対し、本発明においては、本発明に特徴的な遮
断手段を有する連結手段を用いている。これにより、本
発明においては、従来装置とは異なる有為な効果が得ら
れる。
【００１６】本発明に係る遮断手段は、測定管から工程
管への振動の漏洩を防ぐ内部振動補償と、工程管から単
一測定管または並列測定管への振動の侵入を防止して選
択的に内部振動補償を補助する外部振動補償の二つのグ
ループにおおまかに分割することができる。
【００１７】このうちの内部振動補償の最適変形例によ
れば、測定管が固定され、測定管と測定管支持部とが振
動の見地から相互に調和させられるので、測定管と測定
管支持部との接続点の支持振動と測定管とが補償される
測定管支持がもたらされる。
【００１８】言葉を変えれば、測定管の限界接続点から
工程管へ、内部振動システムの振動成分が通過せず、そ
の結果、振動漏洩は効率良く阻止される。
【００１９】なお、好ましくは、測定管を支持する測定
管支持部は、測定管が固定される二つの対向板を有する
中空形の枠構造体とされている。この枠構造体は後述す
る振動吸収管素子よりも堅いことが好ましく、測定管を
支持する支持要素は全体として振動できるように配置す
ると良い。
【００２０】一方、外部振動補償は、この発明によれ
ば、測定管を工程管に連結している遮断手段を振動吸収
管素子で形成することによって有利に目的を達すること
ができる。
【００２１】振動吸収管素子は、測定管よりも硬くな
く、工程管から内部振動システムへの振動の伝達を阻止
し、内部システムから工程管への如何なる振動エネルギ
の存在をも阻止する。なお、振動吸収管素子は全体を測
定管で形成すると有利である。
【００２２】特に有利な変形例によれば、振動吸収管素
子はこの振動吸収管素子よりも硬度の硬い支持構造体に
接続される。その結果、工程管からの外部振動エネルギ
は振動吸収管素子を伝わることなく支持構造体に導かれ
る。換言すれば、このことは、外部振動は測定管支持部
に伝達されないということを意味する。
【００２３】この発明による質量流量測定装置は、高度
の振動遮断性能を持つので、特に質量調合に用いて好適
である。
【００２４】測定管と質量流量調節装置との組合せは、
他の質量流量と調合するための調合装置として用いると
有利である。質量流量調節装置は、測定管出口に連結し
た制御素子が設けられ、この制御素子としては好ましく
は制御弁もしくはポンプが用いられる。
【００２５】そして、自動制御および質量流量調節装置
の操作のために電気制御回路が設けられており、調合す
べき質量流量を設定すると、制御量形成回路に実流量と
調合量が供給されて制御素子へこの設定値に見合う制御
信号が供給される。
【００２６】
【作用】この発明によれば、コリオリの原理によって動
作する質量流量測定装置において、測定系を構成する測
定管と工程系を構成する管路の間の振動の伝達が遮断さ
れ、振動に基づく誤差が計測値に入らず正確な測定が可
能になる。したがって、この発明による高精度の質量流
量測定装置を実現することができる。
【００２７】
【実施例】図１は本発明の質量流量測定装置の一実施例
を示す構成図である。ただし、測定管を振動させるため
の振動発生器、測定管の捩じれを測定するセンサについ
ては従来装置と同様であるので、図示していない。
【００２８】図１において、支持構造体３１の内部に配
置される測定管３２は、直線状の入口３３と出口３４
と、湾曲した湾曲管部とから構成されており、入口３３
と出口３４とは共通の軸Ｘ−Ｘ´上に配置されている。
【００２９】この測定管３２は、軸Ｘ−Ｘ´を含む紙面
に垂直な面に配置され、入口３３から軸Ｘ−Ｘ´に沿っ
て直線状に延長された後、第１の湾曲部３２Ａで外方に
湾曲され、次に変曲点３２Ｂを経由して内方に湾曲され
て頂点３２Ｃに達し、さらに内方に湾曲されて変曲点３
２Ｄを経由して第２の湾曲部３２Ｅで外方に湾曲され直
線状の出口３４に至る形状をしている。
【００３０】また、第１・第２の湾曲部３２Ａ、３２Ｅ
の近傍で測定管３２は軸Ｘ−Ｘ´に対して垂直方向に配
置された板３５と３６に固定され、この板３５と３６の
上下の各端面は軸Ｘ−Ｘ´と同方向に軸Ｘ−Ｘ´を挟ん
で互いに配置された板状の支柱３７と３８に堅く結合さ
れている。これらの板３５、板３６、板３７、板３８に
より測定管支持部３９が形成されている。
【００３１】測定管支持部３９の他に支持構造体３１が
設けられ、これらの間には振動吸収管素子４０と４１が
固定されている。振動吸収管素子４０と４１は、堅い管
区間４０ａと４１ａ、および柔らかい管区間４０ｂと４
１ｂとから構成されている。
【００３２】測定管支持部３９と支持構造体３１との間
は、それぞれ柔らかい管区間４０ｂと４１ｂで接続さ
れ、さらにこれらは堅い管区間４０ａと４１ａに接続さ
れ、さらにこれらの堅い管区間４０ａと４１ａは支持構
造体３１に固定されている。支持構造体３１に固定され
た管区間４０ａと４１ａは、図１で示した測定管３２の
入口３３と出口３４に固定されている。
【００３３】ここで、「柔らかい」という語は、管区間
４０ｂと４１ｂが屈曲しまたは捩じれる場合の、あるい
は長さ方向に伸縮する場合の堅さであることを意味し、
その堅さは支持構造体３１に比較して柔らかい。すなわ
ち管区間４０ｂと４１ｂの堅さは支持構造体３１に比較
して柔らかければ良い。
【００３４】この結果、工程管からの外部振動は堅い支
持構造体３１によりその大部分が減衰され、さらに柔ら
かい管区間４０ｂと４１ｂとにより測定管３２への伝達
が完全に阻止される。これは、工程管から見た支持構造
体３１の固有振動数が測定管３２のそれと異なることに
起因している。
【００３５】一方、測定管３２の内部振動が工程管に伝
達されないことを保証するするため、振動の見地から、
測定管３２と測定管支持部３９とが相互にマッチングさ
れるようになっており、測定管３２と測定管支持部３９
との振動が測定管支持結合点４４、４５において補償さ
れるようになっている。
【００３６】この結果として、適合された内部振動装置
は、測定管３２と測定管支持部３９から形成されること
になる。このような振動のマッチングを生じさせるため
の方法は、当業者において良く知られている有限要素法
（finite element methods）により解析できる。
【００３７】測定管３２の変曲点３２Ｂと変曲点３２Ｄ
の近傍には、図２に示される感知器２８と感知器２９に
対応する一対のセンサが取り付けられ、これにより測定
管３２の変位を検出する。これらのセンサとは、例えば
電気作動センサ、圧電センサ、光センサ、或いは磁気作
動センサなど適当に選定することができる。
【００３８】測定管３２は、振動発生器により加振され
るが、この振動発生器は公知の構造であるので図示され
ていない。第１の励起素子は、測定管支持部３９から測
定管３２の頂点３２Ｃの方向に延長された固定部材に固
定されている。また、測定管３２の頂点３２Ｃにも対応
して第２の励起素子が固定され、振動発生器はこれらの
第１・第２の励起素子により構成されている。
【００３９】振動発生器の動作としては、具体的には第
１の励起素子に対して第２の励起素子を吸引或いは開放
を繰り返すことにより、測定管３２が紙面に平行に往復
運動させられ、結果として、軸Ｘ−Ｘ´を中心として所
定の角速度で繰り返す振動が行われる。
【００４０】測定管３２が軸Ｘ−Ｘ´を中心として所定
の角速度で繰り返し運動が行われるときに、測定管３２
に測定流体が流れると、これにより測定管３２の変曲点
３２Ｂ、３２Ｄにコリオリ力が発生する。
【００４１】測定流体は頂点３２Ｃに対して測定管３２
の入口３３側と出口３４側では軸Ｘ−Ｘ´に対して互い
に逆方向に流れるので、測定管３２の入口３３側と出口
３４側に作用するコリオリ力は図１に示される構成にお
いて紙面に平行でかつ互いに頂点３２Ｃに対して逆方向
（上下方向）である。従って、測定管３２の変曲点３２
Ｂと３２Ｄとは振動中互いに逆方向に変位する。これを
測定管３２に取り付けられた一対のセンサで検出し電気
信号として回路に供給する。
【００４２】本実施例においては、結局、工程管からの
振動を支持構造体３１に導いて減衰させるので、測定管
支持部３９によって形成されるシステム及び内部振動シ
ステムを代表する部分である測定管３２にシステム外か
らの振動が導かれることはない。
【００４３】また、内部振動システムは、図１で既に示
されたようにマッチングされた結果、内部振動が工程管
に漏洩することを阻止するように構成されている。
【００４４】
【発明の効果】この発明は、以上説明した通り、測定管
と工程管との振動の伝達を遮断する構造としたために、
振動に起因する誤差を拾うことなく、コリオリ原理を生
かして高精度に質量流量を測定することが可能となる効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による質量流量測定装置を示
す構成図である。
【図２】従来公知の質量流量測定装置を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
１０ 流量計 １２ 支持部片 １４ Ｕ字形導管 １５、３３ 入口 １６、３４ 出口 １８ 入口脚 １９ ベース脚 ２０ 出口脚 ２２ ばね腕部片 ２３ センスコイル ２５ 磁石 ２７ 駆動回路 ２８、２９ 感知器 ３０ 読取り回路 ３１ 支持構造体 ３２ 測定管 ３９ 測定管支持部 ４０、４１ 振動吸収管素子

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体が流れる工程管に接続される少なく
    とも一本の測定管と、この測定管を振動させる振動発生
    器と、前記測定管のコリオリ力による変位を測定するセ
    ンサと、このセンサの出力信号から質量流量を演算する
    評価装置とを備えるコリオリ原理を用いる質量流量測定
    装置において、 前記工程管と測定管（３２）との間に振動の伝達を遮断
    する遮断手段（３１、３９、４０、４１）が設けられて
    いることを特徴とする質量流量測定装置。
  2. 【請求項２】 前記遮断手段は、測定管（３２）が固定
    される測定管支持部（３９）を有し、測定管（３２）と
    測定管支持部（３９）とは相互に振動マッチングせしめ
    られて、測定管（３２）の測定管支持部（３９）への接
    続点において測定管（３２）と測定管支持部（３９）と
    の振動が補償される請求項１に記載の質量流量測定装
    置。
  3. 【請求項３】 測定管支持部（３９）は、測定管（３
    ２）が固定される一対の二枚の対向板（３５、３６、３
    ７、３８）を有するフレーム構造である請求項１に記載
    の質量流量測定装置。
  4. 【請求項４】 測定管（３２）と測定管支持部（３９）
    よりなる合成体が振動可能なように支持構造体（３１）
    内に設けられている請求項２又は３に記載の質量流量測
    定装置。
  5. 【請求項５】 流体が流れる工程管に接続される少なく
    とも一本の測定管と、この測定管を振動させる振動発生
    器と、前記測定管のコリオリ力による変位を測定するセ
    ンサと、このセンサの出力信号から質量流量を演算する
    評価装置とを備えるコリオリ原理を用いる質量流量測定
    装置において、 前記測定管（３２）と前記測定管（３２）が固定される
    測定管支持部（３９）よりなる合成体（３２、３９）
    と、この合成体（３２、３９）を覆って配置された支持
    構造体（３１）とを有し、この合成体（３２、３９）と
    支持構造体（３１）とは前記測定管（３２）を介して振
    動可能なように固定され、前記工程管と測定管（３２）
    との間の振動の伝達を遮断するようにしたことを特徴と
    する質量流量測定装置。
  6. 【請求項６】 前記遮断手段は振動吸収管素子（４０、
    ４１）を含み、この振動吸収管素子（４０、４１）を介
    して測定管支持構造体（３１）が測定管支持部（３９）
    に接続されることを特徴とする請求項１に記載の質量流
    量測定装置。
  7. 【請求項７】 前記合成体（３２、３９）と前記支持構
    造体（３１）との間には振動吸収管素子（４０、４１）
    が接続されることを特徴とする請求項５に記載の質量流
    量測定装置。
  8. 【請求項８】 前記振動吸収管素子（４０、４１）は測
    定管（３２）により形成されたことを特徴とする請求項
    ６に記載の質量流量測定装置。
  9. 【請求項９】 前記振動吸収管素子（４０、４１）はそ
    の堅さがこの振動吸収管素子（４０、４１）の堅さより
    大きい支持構造体（３１）に取り付けられたことを特徴
    とする請求項６又は７に記載の質量流量測定装置。
JP6140427A 1990-09-04 1994-06-22 質量流量測定装置 Pending JPH07239261A (ja)

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