JPH08122120A - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 質量流量が精度良く測定でき、外部振動の影
響を受け難いコリオリ質量流量計を実現する。 【構成】 被測定流体が流れる両端が固定された管を振
動させ、この際に生じるコリオリ力を検出して被測定流
体の質量流量を測定するコリオリ質量流量計において、
管は固定端の間に第１、第２及び第３の湾曲部を有し、
第１及び第３の湾曲部が固定端を結ぶ直線に対して一方
の側に設けられて第２の湾曲部が固定端を結ぶ直線に対
して他方の側に設けられると共に、管の形状が固定端を
結ぶ直線の中心を通る垂線に対して対称とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コリオリ質量流量計に
関し、特に測定精度及び安定性を向上させたコリオリ質
量流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】コリオリ質量流量計とは、被測定流体が
流れる管を振動させ、この際に生じるコリオリ力を検出
して被測定流体の質量流量を測定する装置である。

【０００３】図５はこのような従来のコリオリ質量流量
計のセンサ部の一例を示す平面図である。図５において
１はチューブ、２及び３はチューブ１の固定端、４及び
５は加振器、６は振動検出器である。

【０００４】チューブ１は固定端２及び３の部分で固定
され、図５中”Ａ−Ａ’”に示すチューブ１の中心軸に
対称な位置に加振器４及び５が設けられる。また、チュ
ーブ１の中心軸近傍には振動検出器６が設けられる。

【０００５】ここで、図５に示す従来例の動作を説明す
る。チューブ１の内部に図５中”イ”及び”ロ”に示す
ように被測定流体を流し、加振器４及び５によりチュー
ブ１に振動を印加する。

【０００６】振動の印加方向に関してはチューブ１が中
心軸に対して対称に振動するように印加される。即ち、
加振器４がチューブ１を紙面に対して手前側に加振した
時点で、加振器５はチューブ１を紙面に対して反対側に
加振することなる。

【０００７】このため、チューブ１には捻じれ振動が生
じることになり、中心軸より上流側では加振方向とは逆
方向のコリオリ力が、中心軸より下流側では加振方向と
同方向のコリオリ力がそれぞれ発生する。このコリオリ
力によりチューブ１には固定端２及び３を中心として紙
面に対して前後方向の曲げ振動が発生する。

【０００８】この曲げ振動による角速度を”ω”、被測
定流体の質量流量を”Ｑ”とすると、コリオリ力は角速
度”ω”と質量流量”Ｑ”の積に比例するので、コリオ
リ力に起因する振動振幅を振動検出器６で検出すること
により質量流量”Ｑ”を得ることができる。

【０００９】ここで、コリオリ力によるチューブ１の振
動振幅に基づき質量流量を求める信号処理方法として
は、例えば、同期整流及び積分による処理がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す従
来例では質量流量を精度良く測定するために、チューブ
１のうち固定端２及び３間の長さを十分長くして、チュ
ーブ１の振動振幅が十分大きくなるようにしている。

【００１１】但し、チューブ１のうち固定端２及び３間
の長さを長くすることにより、チューブ１等が構成する
系の基本共振周波数が低くなってしまう。

【００１２】そして、この基本共振周波数が”１００Ｈ
ｚ”程度まで低下してしまうと、コリオリ質量流量計が
取り付けられる配管等からの外部振動の影響を受けてし
まう場合があり、この場合には指示誤差が生じたり、若
しくは、正常に動作しない可能性がある。従って本発明
の目的は、質量流量が精度良く測定でき、外部振動の影
響を受け難いコリオリ質量流量計を実現することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、被測定流体が流れる両端が固定
された管を振動させ、この際に生じるコリオリ力を検出
して前記被測定流体の質量流量を測定するコリオリ質量
流量計において、前記管は固定端の間に第１、第２及び
第３の湾曲部を有し、前記第１及び第３の湾曲部が前記
固定端を結ぶ直線に対して一方の側に設けられて前記第
２の湾曲部が前記固定端を結ぶ直線に対して他方の側に
設けられると共に、前記管の形状が前記固定端を結ぶ直
線の中心を通る垂線に対して対称であることを特徴とす
るものである。

【００１４】

【作用】チューブに３つの湾曲部を設けることにより、
両固定端間に納まるチューブ長が長くなってチューブの
振動振幅が十分大きくなり、また、基本共振周波数の低
下を抑えることができる。

【００１５】また、重量的に無視できない加振器あるい
は振動検出器をチューブの両固定端を結ぶ直線上に設け
ることにより、基本共振周波数の低下を抑えることがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係るコリオリ質量流量計のセンサ部の一
実施例を示す平面図である。図１において１ａは３つの
湾曲部を有する２本の平行曲管で構成されるチューブ、
２ａ，３ａ，７及び８はチューブ１ａの固定端、４ａ及
び５ａは加振器、６ａ及び６ｂは振動検出器、９及び１
０はフレームである。

【００１７】ここで、チューブ１ａは図１中”Ａ−
Ａ’”軸に対して対称な形状であり、図１中”イ”、”
ロ”及び”ハ”に示す３つの湾曲部は交互に９０°以上
その向きを反転するものである。

【００１８】チューブ１ａは固定端２ａ及び３ａで剛性
の高いフレーム９に固定され、さらに、固定端７及び８
でフレーム９の外側の剛性の高いフレーム１０に固定さ
れる。但し、固定端２ａ，３ａ，７及び８以外の点で
は、チューブ１ａはフレーム９及び１０には接触しない
構造である。

【００１９】加振器４ａ及び５ａはチューブ１ａの中心
部と固定端２ａ及び３ａとの間であって、固定端２ａと
固定端３ａとを結ぶ直線上にそれぞれ配置される。ま
た、振動検出器６ａ及び６ｂは図１中”Ａ−Ａ’”に示
すチューブ１ａの中心軸の近傍であって、中心軸から等
距離の地点に設けられる。

【００２０】ここで、図１に示す実施例の動作を図２を
用いて説明する。図２はチューブ１ａの振動モードを説
明する説明図であり、図１中”ニ”の方向からチューブ
１ａを見た図である。ここで、図２中の２ａ，３ａ，４
ａ及び５ａに関しては図１と同一符号を付してある。

【００２１】また、チューブ１ａは「特公平４−２２２
０９号公報」に記載されているように、２本の平行曲管
を音叉状の駆動するものである。

【００２２】チューブ１ａには被測定流体が流され、ま
た、チューブ１ａは加振器４ａ及び５ａにより中心軸”
Ａ−Ａ’”を中心とした捻じれ振動、即ち、図２（Ａ）
に示すような振動が印加される。図２（Ａ）中”ｆ_e ”
は加振力を示すベクトルである。

【００２３】この時、チューブ１ａに生じるコリオリ力
は、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように固定端２ａ及び
３ａを結ぶ軸に対して曲げモードを発生させる方向に生
じる。但し、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）中”イ”の方向か
らチューブ１ａを見た時のコリオリ力の加わる方向を示
す図であり、図２（Ｂ）及び（Ｃ）中”ｆ_c ”は発生す
るコリオリ力を示すベクトルである。

【００２４】実際には、図２（Ａ）及び（Ｂ）の振動が
重畳されて発生することになり、この振動を振動検出器
６ａ及び６ｂで検出し、振動検出器６ａ及び６ｂの出力
信号の位相差等に基づき質量流量を求める。

【００２５】具体的な信号処理方法に関しては本願出願
人の出願に係る特願平６−２００３９６号等に記載され
ており、本願出願の目的・構成等には直接関係がないの
で詳細な説明は省略する。

【００２６】チューブ１ａは３つの湾曲部を有すること
から、固定端２ａと固定端３ａの間に納まるチューブ長
を長くすることが可能になり、チューブ１ａの振動振幅
が十分大きくなる。即ち、Ｓ／Ｎの良い信号を得て質量
流量が精度良く測定できる。

【００２７】また、３つの湾曲部を設けることにより、
チューブ１ａの中心軸”Ａ−Ａ’”方向の長さを抑える
ことができるので、チューブ１ａ等が構成する系の基本
共振周波数の低下を抑えることができる。

【００２８】また、重量的に無視できない加振器４ａ及
び５ａをチューブ１ａの固定端２ａ及び３ａを結ぶ直線
上に設けているため、さらに基本共振周波数の低下を抑
えることができる。即ち、基本共振周波数の低下を抑え
ることにより、外部振動の影響を受け難くなる。

【００２９】さらに、質量流量計が取り付けられた配管
等を伝播してきた外部振動は、剛性の高い外側フレーム
を通過してもう一方の取付配管に伝播するため、外部振
動がフレーム９に固定されたチューブ１ａの測定部に伝
播して測定に悪影響を及ぼす可能性が少ない。

【００３０】この結果、質量流量が精度良く測定でき、
尚且つ、外部振動の影響を受け難くなる。

【００３１】なお、図３は本発明に係るコリオリ質量流
量計のセンサ部の他の実施例を示す平面図である。図３
において１ｂは３つの湾曲部を有する２本の平行曲管で
構成されるチューブ、２ｂ，３ｂ，７ａ及び８ａはチュ
ーブ１ｂの固定端、４ｂ及び５ｂは加振器、６ｃ及び６
ｄは振動検出器、９ａ及び１０ａはフレームである。

【００３２】基本的な接続関係に関しては図１に示す実
施例と同一であり、異なる点は固定端２ｂ及び３ｂの位
置であり、図１中の固定端２ａ及び３ａの部分に相当す
る図３中”イ”及び”ロ”の部分はフレーム９ａには接
していない点である。

【００３３】このため、図３中”ハ”及び”ニ”の部分
に熱応力が加わっても歪が逃げやすくチューブ１ｂの測
定に寄与する部分に過大な応力が加わるのを避けること
が可能となる。

【００３４】また、チューブ１ａ及び１ｂの３つの湾曲
部の曲率の相対関係は任意で良い。

【００３５】また、図１及び図３に示す実施例ではチュ
ーブの加振方向は中心軸に対して対称であった。即ち、
チューブに捻じれ振動が印加される実施例について説明
してきたが、図４に示すような加振方法も可能である。

【００３６】図４において１ｃはチューブ、２ｃ及び３
ｃはチューブ１ｃの固定端、４ｃは加振器、６ｅ及び６
ｆは振動検出器である。加振器４ｃはチューブ１ｃの中
心部に設けられ、振動検出器６ｅ及び６ｆは固定端２ｃ
及び３ｃを結ぶ直線上にそれぞれ設けられる。

【００３７】この場合、加振器４ｃは固定端２ｃ及び３
ｃを中心として曲げ振動をチューブ１ｃに印加する。こ
の時、コリオリ力により捻じれ振動が発生するので、こ
の振動を振動検出器６ｅ及び６ｆで検出することにより
質量流量を得ることになる。

【００３８】図４に示す構成においてもチューブ１ｃ等
により構成される系の共振周波数の低下を抑えつつ、チ
ューブ１ｃの捻じれ方向の振動振幅も大きくでき、図１
及び図３に示す実施例と同様の効果を得ることが可能で
ある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。チューブに３つ
の湾曲部を設けることにより、質量流量が精度良く測定
でき、外部振動の影響を受け難いコリオリ質量流量計が
実現できる。また、２つの固定端を結ぶ直線上に加振器
を設けることにより、外部振動の影響を受け難いコリオ
リ質量流量計が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコリオリ質量流量計のセンサ部の
一実施例を示す平面図である。

【図２】チューブの振動モードを説明する説明図であ
る。

【図３】コリオリ質量流量計のセンサ部の他の実施例を
示す平面図である。

【図４】コリオリ質量流量計のセンサ部の他の実施例を
示す平面図である。

【図５】従来のコリオリ質量流量計のセンサ部の一例を
示す平面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ チューブ ２，２ａ，２ｂ，２ｃ，３，３ａ，３ｂ，３ｃ，７，７
ａ，８，８ａ 固定端 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ，５，５ａ，５ｂ 加振器 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ 振動検出器 ９，９ａ，１０，１０ａ フレーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定流体が流れる両端が固定された管を
   振動させ、この際に生じるコリオリ力を検出して前記被
   測定流体の質量流量を測定するコリオリ質量流量計にお
   いて、 前記管は固定端の間に第１、第２及び第３の湾曲部を有
   し、前記第１及び第３の湾曲部が前記固定端を結ぶ直線
   に対して一方の側に設けられて前記第２の湾曲部が前記
   固定端を結ぶ直線に対して他方の側に設けられると共
   に、前記管の形状が前記固定端を結ぶ直線の中心を通る
   垂線に対して対称であることを特徴とするコリオリ質量
   流量計。