JPH0886679A - 質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定管の２ピーク共振の発生を防止して安定
に振動させ、測定精度をあげられようにする。 【構成】 測定管に直交する２つの振動モードを持た
せ、測定管の加振方向をその振動モードのいずれかの方
向に合わせることで、測定管の２ピークの共振の発生を
抑制し安定に振動させ、高精度な計測を可能とする。測
定管に直交する２つの振動モードを持たせる方法として
種々提案しているが、例えば図示のように接合材１０
を、測定管２と固定部３の全周にわたって使用せずに、
測定管２の加振方向Ｆと直交する方向にのみ盛りつけて
両者を接合することで実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、測定管と、この測定
管に振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を
検出するセンサなどを備え、コリオリの原理にもとづき
質量流量を測定する質量流量計、特に高精度の測定が可
能な質量流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来例を示す平面図、図１２は
その側面図を示す。これらの図において、１は検出部で
あり、直管型の測定管２、この測定管２を振動の節部で
固定する固定部３ａ，３ｂ、これら固定部３ａ，３ｂを
連結する形でこれらと一体に形成される支持部４、振動
発生器５、センサ６ａ，６ｂ、駆動回路７および信号処
理回路８などから構成される。

【０００３】振動発生器５は、測定管２の中央部に測定
管２の共振周波数の振動を加える（加振する）もので、
主にコイルと磁石からなり支持部４の中央部に取り付け
られている。２つのセンサ６ａ，６ｂも主にコイルと磁
石からなり、支持部４の振動発生器５の設置位置を中心
とする対称な位置に固定され、測定管２の振動の速度検
出を行なう。なお、センサ６ａ，６ｂは振動の変位検出
または加速度検出を行なうタイプのものでも良いが、こ
れらを用いたとき駆動回路７や信号処理回路８におい
て、それぞれの検出方式に応じた処理を施すものとす
る。

【０００４】駆動回路７はセンサ６ａ（６ｂでも良い）
からの出力を受け、これらの振幅が一定となるような駆
動信号を、振動発生器５へ出力する。信号処理回路８は
各センサ６ａ，６ｂ信号の位相差（時間差）にもとづ
き、測定管２を流れる流体の質量流量信号Ｑｍを出力す
る。測定管２は駆動回路７および振動発生器５により、
共振周波数で加振される。そして、測定管２に流体が流
れないときには各センサ６ａ，６ｂの出力信号は同じ
で、その間に位相差はない。

【０００５】測定管２に流体が流れたときの、その軸線
方向に沿った各場所での振動方向の速度成分を図１３
に、また、そのときの反力による変位量を図１４に示
す。これらの図において、矢印は流体の流れの方向を示
し、ａ，ｂは図１１に示す測定管２の振動の節部と同じ
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、測定管２と固
定部３ａ，３ｂとは、両者の接合面の全域にわたって溶
接またはろう付けによって接合される。測定管２の振動
モードは、測定管２自身の断面２次モーメントと、固定
部３ａ，３ｂとの接合状態で決定される。しかしなが
ら、このような接合方法では、接合面の隙間や接合材の
肉厚の不均一等の影響で測定管を一定のモードにするこ
とは困難であり、そのため、周波数の近接する２つの振
動モードが出現することになる。

【０００７】このことを示すのが図８であり、これは、
測定管２が偏平等の理由により、予め有している径方向
に直交する２つの振動モードの方向ｘ，ｙと、振動発生
器の加振方向Ｆとが一致していない場合の例を示すもの
で、測定管２の径方向の周波数特性には図８（ロ）に示
すようにｆｘ，ｆｙの２つの近接した共振ピークが出現
する。このような場合に、図１１に示す駆動回路７によ
って振動発生器５で測定管２を振動させると、発振周波
数はｆｘ，ｆｙ間で安定せず、各センサ６ａ，６ｂから
検出される位相差も不安定となり、正確な質量流量を測
定することが困難となるわけである。この発明はかかる
観点にもとづきなされたもので、その課題は寸法精度や
組立精度等の影響によらず、測定管を安定に振動させる
ようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、測定管と、この測定管に
振動を印加する振動発生器と、前記測定管の振動を検出
するセンサと、前記測定管を振動に係わる節で固定する
固定部と、前記振動発生器，前記センサおよび前記固定
部を支持する支持体とからなり、コリオリの原理に基づ
き流体の質量流量を測定する質量流量計において、前記
測定管にその径方向に直交する２つの振動モードを持た
せ、前記振動発生器による振動方向を前記測定管の振動
モードの一方の方向に一致させたことを特徴としてい
る。

【０００９】上記請求項１の発明では、前記測定管にそ
の径方向に直交する２つの振動モードを持たせるため、
下記（１）〜（７）のようにすることができる。 （１）前記固定部または前記支持体の剛性に、前記測定
管の径方向の方向性を持たせる（請求項２の発明）。
（２）前記測定管または前記支持体の質量に、前記測定
管の径方向の方向性を持たせる（請求項３の発明）。
（３）前記測定管と前記固定部とを接合するとき、前記
測定管の振動方向または振動直交方向にのみ、前記測定
管と前記固定部との接合面に接合材を用いる（請求項４
の発明）。（４）前記固定部の前記測定管の振動方向ま
たは振動直交方向相当位置に、部分的な切欠きまたは窪
みを設ける（請求項５の発明）。

【００１０】（５）前記支持体の断面形状を、前記測定
管の振動方向に長円または短円の楕円形とする（請求項
６の発明）。（６）測定管の外表面の振動方向または振
動直交方向相当位置に、質量を付加する（請求項７の発
明）。（７）前記支持体の前記測定管による振動方向ま
たは振動直交方向相当位置に、質量を付加する（請求項
８の発明）。また、（８）上記請求項１〜８の発明にお
いて、前記前記振動発生器の振動方向を、前記測定管が
持つ径方向に直交する２つの振動モードのうち、固有振
動数の低い振動モードの方向に一致させることができる
（請求項９の発明）。

【００１１】

【作用】上記のように、測定管が有している振動モード
の方向と、振動発生器の加振方向とが一致していない
と、測定管の振動が不安定となる。つまり、測定管の振
動を安定化するには、２つの周波数を十分に離し、かつ
一方の共振ピークのゲインを十分小さくする必要があ
る。図９，図１０はこのようにした場合を説明するため
の説明図である。

【００１２】すなわち、図９，図１０は測定管２の振動
モードの一方に、振動発生器５の加振方向Ｆを一致させ
た場合で、図９は測定管２のｘ方向の振動モードに、振
動発生器５の加振方向Ｆを一致させた場合、図１０は測
定管２のｙ方向の振動モードに、振動発生器５の加振方
向Ｆを一致させた場合である。これにより、測定管２の
軸方向の周波数特性は、図９（ロ）に示すようにｆｘの
１つだけ、図１０（ロ）に示すようにｆｙの１つだけの
共振ピークとなる。そして、測定管２に予め直交する２
つの振動モードを持たせる方法として、測定管自身また
は測定管を固定する固定部や支持部に、剛性または質量
に方向性を持たせるため種々の手法を用いることによ
り、実現する。こうすることで安定な振動が可能とな
り、測定精度も向上させることができる。

【００１３】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示す断面図で、測
定管２に予め直交する２つの振動モードを持たせる方法
の具体例を示すものである。同図からも明らかなよう
に、この実施例の特徴は測定管２と固定部３ａ，３ｂ
（以下、符号３で表現する）との接合方法にある。つま
り、側面図は図１１と同様なので、以下はこの特徴とな
る接合方法を中心に説明する。

【００１４】すなわち、測定管２と固定部３とは溶接ま
たはろう付けにより接合されるが、その接合時に接合材
１０を両者の全域にわたって使用せずに、測定管２の加
振方向Ｆと直交する方向にのみ、盛りつけて接合した例
である。これにより、測定管２の振動モードは、接合材
１０を盛りつけた方向と、盛りつけない方向とに分離で
きることになる。

【００１５】図２は、固定部３において、測定管２の接
合部に加振方向Ｆに切欠部１１を設け、これを介在させ
て測定管２を接合材で結合した例である。この場合も、
図１と同じく、測定管２の振動モードを切欠部１１のあ
る方向と、ない方向とに分離できることになる。図３は
固定部３において、測定管２の接合部付近の加振方向Ｆ
に、例えば断面が円形の溝部１２を設けた例である。こ
れは、固定部３自身の剛性に方向性を持たせ、測定管２
の振動モードの方向を固定部３の振動モードの方向に合
わせたものである。なお、溝１２の形状は円形でなくて
も良く、また溝の代わりに穴を明けるようにしても良い
ものである。

【００１６】図４は、固定部３および支持部４の断面形
状を楕円形とし、短円方向に測定管２を加振するよう
に、測定管２を接合した例である。この例では、固定部
３および支持部４の両者の剛性に直交する方向性を持た
せ、測定管２の振動モードの方向をこれに合わせたもの
である。図５は、振動発生器５とセンサ６ａ，６ｂにお
いて、加振力の発生または振動量の検出のための磁石１
５、およびこの磁石１５を測定管２に固定するためのア
ダプタ１４を、振動方向Ｆに接合したものである。その
結果、測定管２の剛性または質量が振動方向に方向性を
持つので、測定管２に２つの振動モードを持たせること
ができる。

【００１７】図６および図７は同じ実施例について、平
面図（図６）と断面図（図７）をもって示すもので、支
持部４の表面に、測定管２の振動方向に一致した付加質
量１３を設置して支持部４の質量に方向性を持たせ、測
定管２に２つの振動モードを持たせたものである。な
お、２つの振動モードのうち、いずれのモードを測定管
の振動方向に一致させても、共振ピークを単一にするこ
とができる。しかし、図１〜図７の実施例に示すよう
に、周波数の低い振動モードの方向に、測定管の振動方
向を一致させた方がより剛性が低いので、安定な振動を
行なうことができる。

【００１８】

【発明の効果】この発明によれば、測定管に予め直交す
る２つの振動モードを持たせ、その一方の振動モードの
方向に振動発生器の加振方向を一致させるようにしたの
で、測定管の周波数特性には単一の共振ピークのみ発生
し、安定して発振させることが可能となる。その結果、
寸法精度や製造時のパラツキ等によらず、各センサから
検出される位相差も安定化でき、高精度に質量流量を測
定することができる。なお、測定管に予め直交する２つ
の振動モードを持たせる方法として、測定管自身または
測定管を固定する固定部や支持部の剛性または質量に方
向性を持たせることにより、実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す断面図である。

【図２】図１の第１の変形例を示す断面図である。

【図３】図１の第２の変形例を示す断面図である。

【図４】図１の第３の変形例を示す断面図である。

【図５】図１の第４の変形例を示す断面図である。

【図６】図１の第５の変形例を示す平面図である。

【図７】図１の第５の変形例を示す断面図である。

【図８】測定管の振動モードと周波数特性との１例を説
明する説明図である。

【図９】測定管の振動モードと周波数特性との別の例を
説明する説明図である。

【図１０】測定管の振動モードと周波数特性との他の例
を説明する説明図である。

【図１１】従来例を示す平面図である。

【図１２】図１１の断面図である。

【図１３】測定管の各場所の速度成分を説明するための
説明図である。

【図１４】測定管の各場所の変位量を説明するための説
明図である。

【符号の説明】

１…検出部、２…測定管、３，３ａ，３ｂ…固定部、４
…支持部、５…振動発生器、６ａ，６ｂ…速度検出セン
サ、７…駆動回路、８…信号処理回路、１０…接合材、
１１…切欠部、１２…溝部、１３…付加質量、１４…ア
ダプタ、１５…磁石。

フロントページの続き (72)発明者 高橋 正人 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定管と、この測定管に振動を印加する
   振動発生器と、前記測定管の振動を検出するセンサと、
   前記測定管を振動に係わる節で固定する固定部と、前記
   振動発生器，前記センサおよび前記固定部を支持する支
   持体とからなり、コリオリの原理に基づき流体の質量流
   量を測定する質量流量計において、 前記測定管にその径方向に直交する２つの振動モードを
   持たせ、前記振動発生器による振動方向を前記測定管の
   振動モードの一方の方向に一致させたことを特徴とする
   質量流量計。
2. 【請求項２】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、前記固定部または前記支
   持体の剛性に、前記測定管の径方向の方向性を持たせた
   ことを特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
3. 【請求項３】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、前記測定管または前記支
   持体の質量に、前記測定管の径方向の方向性を持たせた
   ことを特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
4. 【請求項４】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、前記測定管と前記固定部
   とを接合するとき、前記測定管の振動方向または振動直
   交方向にのみ、前記測定管と前記固定部との接合面に接
   合材を用いることを特徴とする請求項１に記載の質量流
   量計。
5. 【請求項５】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、前記固定部の前記測定管
   の振動方向または振動直交方向相当位置に、部分的な切
   欠きまたは窪みを設けたことを特徴とする請求項１に記
   載の質量流量計。
6. 【請求項６】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、前記支持体の断面形状
   を、前記測定管の振動方向に長円または短円の楕円形と
   することを特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
7. 【請求項７】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、測定管の外表面の振動方
   向または振動直交方向相当位置に、質量を付加したこと
   を特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
8. 【請求項８】 前記測定管にその径方向に直交する２つ
   の振動モードを持たせるため、前記支持体の前記測定管
   による振動方向または振動直交方向相当位置に、質量を
   付加したことを特徴とする請求項１に記載の質量流量
   計。
9. 【請求項９】 前記前記振動発生器の振動方向を、前記
   測定管が持つ径方向に直交する２つの振動モードのう
   ち、固有振動数の低い振動モードの方向に一致させるこ
   とを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の質
   量流量計。