JPH09126851A - 振動型測定器 - Google Patents
振動型測定器Info
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- JPH09126851A JPH09126851A JP33383795A JP33383795A JPH09126851A JP H09126851 A JPH09126851 A JP H09126851A JP 33383795 A JP33383795 A JP 33383795A JP 33383795 A JP33383795 A JP 33383795A JP H09126851 A JPH09126851 A JP H09126851A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造を特に複雑化することなく、質量流量ま
たは密度を高精度に測定可能とする。 【解決手段】 振動検出器としてのセンサ６ａ，６ｂの
各出力信号の位相差または時間差が測定管２の温度と軸
力の関数である事、また軸力は測定管２の第１振動モー
ドの共振周波数と第２振動モードの共振周波数との比の
関数である事に着目し、位相差演算部９２で求められる
位相差を、周波数比演算部９１および温度演算部９３か
らの出力でそれぞれ補正すると共に、測定管２の第２の
振動モードの腹（第１の振動モードの節にする例等もあ
る）に相当する位置に、第２の振動モードの検出器６ｄ
（ここでは６ａで兼用）を設け、検出感度を向上させ
る。
たは密度を高精度に測定可能とする。 【解決手段】 振動検出器としてのセンサ６ａ，６ｂの
各出力信号の位相差または時間差が測定管２の温度と軸
力の関数である事、また軸力は測定管２の第１振動モー
ドの共振周波数と第２振動モードの共振周波数との比の
関数である事に着目し、位相差演算部９２で求められる
位相差を、周波数比演算部９１および温度演算部９３か
らの出力でそれぞれ補正すると共に、測定管２の第２の
振動モードの腹（第１の振動モードの節にする例等もあ
る）に相当する位置に、第２の振動モードの検出器６ｄ
（ここでは６ａで兼用）を設け、検出感度を向上させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、加振される少な
くとも１本の直管状測定管を有し、この測定管内を流れ
る流体の質量流量にもとづき発生するコリオリ力を利用
して質量流量を測定する質量流量計、または上記測定管
内の流体の密度変化に応じて変化する測定管の共振周波
数の変化により流体密度を測定する振動式の密度計、も
しくは両方の機能を持つ振動型測定器、特に流体温度，
周囲温度や軸力（応力）によって変化する測定値を補正
することが可能な振動型測定器に関する。
くとも１本の直管状測定管を有し、この測定管内を流れ
る流体の質量流量にもとづき発生するコリオリ力を利用
して質量流量を測定する質量流量計、または上記測定管
内の流体の密度変化に応じて変化する測定管の共振周波
数の変化により流体密度を測定する振動式の密度計、も
しくは両方の機能を持つ振動型測定器、特に流体温度，
周囲温度や軸力（応力）によって変化する測定値を補正
することが可能な振動型測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は直管式質量流量計の従来例を示
す構成図である。検出部１は１本の直管状測定管２と、
この測定管２の振動の節部ａ，ｂを固定する左右の固定
材３ａ，３ｂと、固定材３ａ，３ｂの振動を互いにキャ
ンセルするよう、ネジ止めまたは溶接等の手段により固
定材３ａ，３ｂに固定されたり、または固定材３ａ，３
ｂと一体的に成形された支持部４ａおよび４ｂ（４ａの
み図示）と、アダプタ７ａによりそれぞれ支持部４ａ，
４ｂに固定されたコイルと測定管２の中央部に固定され
たマグネットにより構成され、測定管２をその共振周波
数で振動させる（加振する）振動発生器５とを有してい
る。
す構成図である。検出部１は１本の直管状測定管２と、
この測定管２の振動の節部ａ，ｂを固定する左右の固定
材３ａ，３ｂと、固定材３ａ，３ｂの振動を互いにキャ
ンセルするよう、ネジ止めまたは溶接等の手段により固
定材３ａ，３ｂに固定されたり、または固定材３ａ，３
ｂと一体的に成形された支持部４ａおよび４ｂ（４ａの
み図示）と、アダプタ７ａによりそれぞれ支持部４ａ，
４ｂに固定されたコイルと測定管２の中央部に固定され
たマグネットにより構成され、測定管２をその共振周波
数で振動させる（加振する）振動発生器５とを有してい
る。
【０００３】検出部１はさらに、振動発生器５と同じく
アダプタ７ｂ，７ｃにより支持部４ａ，４ｂに固定され
たコイルと、測定管２上の振動発生器５を中心とするほ
ぼ対称な位置にそれぞれ固定されたマグネットにより構
成され、測定管２の振動を検出する速度検出センサ（ま
たは変位センサ，加速度センサでも良い）６ａ，６ｂ
と、速度検出センサ６ａからの出力を受けてその信号振
幅が一定となるよう、振動発生器５に対して駆動信号を
出力する駆動回路８と、速度検出センサ６ａ，６ｂから
の信号の位相差（時間差）にもとづき質量流量信号Ｑｍ
を出力する信号処理回路９とから構成されている。
アダプタ７ｂ，７ｃにより支持部４ａ，４ｂに固定され
たコイルと、測定管２上の振動発生器５を中心とするほ
ぼ対称な位置にそれぞれ固定されたマグネットにより構
成され、測定管２の振動を検出する速度検出センサ（ま
たは変位センサ，加速度センサでも良い）６ａ，６ｂ
と、速度検出センサ６ａからの出力を受けてその信号振
幅が一定となるよう、振動発生器５に対して駆動信号を
出力する駆動回路８と、速度検出センサ６ａ，６ｂから
の信号の位相差（時間差）にもとづき質量流量信号Ｑｍ
を出力する信号処理回路９とから構成されている。
【０００４】ここで、以上の如く構成された検出部１に
おいて、流体の流量がゼロの場合について考える。すな
わち、測定管２は速度検出センサ６ａ、振動発生器５お
よび駆動回路８により、その共振周波数で加振されてい
る。また、速度検出センサ６ａ，６ｂは測定管２の中央
部に対して対称な位置に取り付けられているため、これ
らのセンサ６ａ，６ｂからは互いに位相差のない同じ振
幅の信号が得られることになる。
おいて、流体の流量がゼロの場合について考える。すな
わち、測定管２は速度検出センサ６ａ、振動発生器５お
よび駆動回路８により、その共振周波数で加振されてい
る。また、速度検出センサ６ａ，６ｂは測定管２の中央
部に対して対称な位置に取り付けられているため、これ
らのセンサ６ａ，６ｂからは互いに位相差のない同じ振
幅の信号が得られることになる。
【０００５】これに対し、流れが生じて振動する測定管
２内を流体が流れると、測定管２の節ａから測定管２の
中央部に向かうに従い、図１５に示されるように振動方
向の速度成分が増加するため、測定管２内を流れる流体
には振動方向に測定管２から正の加速度が作用する。し
たがって、その反作用として測定管２には流体から反力
が作用するため、図１６に示されるように測定管２の節
ａから測定管２の中央部では、振動の位相が遅れる方向
に変形する。また、測定管２の中央部から節ｂに向かう
に従い、振動方向の速度成分は減少するため、測定管２
内を流れる流体には振動方向に測定管２から負の加速度
が作用する。したがって、その反作用として測定管２に
は流体からの反力が作用し、図１６のように測定管２の
中央部から節ｂでは振動の位相が進む方向の変形力を受
ける。
２内を流体が流れると、測定管２の節ａから測定管２の
中央部に向かうに従い、図１５に示されるように振動方
向の速度成分が増加するため、測定管２内を流れる流体
には振動方向に測定管２から正の加速度が作用する。し
たがって、その反作用として測定管２には流体から反力
が作用するため、図１６に示されるように測定管２の節
ａから測定管２の中央部では、振動の位相が遅れる方向
に変形する。また、測定管２の中央部から節ｂに向かう
に従い、振動方向の速度成分は減少するため、測定管２
内を流れる流体には振動方向に測定管２から負の加速度
が作用する。したがって、その反作用として測定管２に
は流体からの反力が作用し、図１６のように測定管２の
中央部から節ｂでは振動の位相が進む方向の変形力を受
ける。
【０００６】以下、その変形を数式を用いて説明する。
いま、変位センサ６ａにおける測定管２の変位は、共振
による測定管２の横振動の変位から、 Ｙａ＝η（ａ）ｓｉｎωn ｔ …（１） と表わされる。 η（ａ）：測定管の長手方向の位置ａにおける振幅を表
わす関数 ωn ：測定管の共振周波数
いま、変位センサ６ａにおける測定管２の変位は、共振
による測定管２の横振動の変位から、 Ｙａ＝η（ａ）ｓｉｎωn ｔ …（１） と表わされる。 η（ａ）：測定管の長手方向の位置ａにおける振幅を表
わす関数 ωn ：測定管の共振周波数
【０００７】また、変位センサ６ａにおける流体からの
反力による測定管のたわみ形状は、下記（２）式とな
る。 ｙａ＝｛−２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）ｃｏｓωn ｔ｝／ＥＩ …（２） Ｌ ：測定管の長さ Ｅ ：測定管のヤング率 Ｉ ：測定管の断面２次モーメント Ｑｍ ：測定管内を流れる流体の質量流量 ηｃ（ａ）：測定管の長手方向の位置ａにおける流体か
らの反力による測定管の変形振幅を与える関数
反力による測定管のたわみ形状は、下記（２）式とな
る。 ｙａ＝｛−２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）ｃｏｓωn ｔ｝／ＥＩ …（２） Ｌ ：測定管の長さ Ｅ ：測定管のヤング率 Ｉ ：測定管の断面２次モーメント Ｑｍ ：測定管内を流れる流体の質量流量 ηｃ（ａ）：測定管の長手方向の位置ａにおける流体か
らの反力による測定管の変形振幅を与える関数
【０００８】実際の測定管のたわみ形状は（１）式の共
振による測定管のたわみに、（２）式の測定管の変形が
重畳して振動する。つまり、測定管のたわみ形状は
（１），（２）式を合成して（３）式のようになる。 ξａ＝Ｙａ＋ｙａ＝Ａｓｉｎ（ωn ｔ−α） …（３） ここに、 Ａ＝［η（ａ）2 ＋｛２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）／ＥＩ｝2 ］1/2 …（４） α＝２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）／ＥＩη（ａ） …（５）
振による測定管のたわみに、（２）式の測定管の変形が
重畳して振動する。つまり、測定管のたわみ形状は
（１），（２）式を合成して（３）式のようになる。 ξａ＝Ｙａ＋ｙａ＝Ａｓｉｎ（ωn ｔ−α） …（３） ここに、 Ａ＝［η（ａ）2 ＋｛２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）／ＥＩ｝2 ］1/2 …（４） α＝２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）／ＥＩη（ａ） …（５）
【０００９】変位センサ６ｂにおける測定管の横振動の
変位は、これが測定管の中央部に関し変位センサ６ａと
対称な位置に取り付けられているため、変位センサ６ａ
における測定管の変位と同じになる。すなわち、 Ｙｂ＝Ｙａ＝η（ａ）ｓｉｎωn ｔ …（６） また、変位センサ６ｂにおける流体からの測定管への反
力は、変位センサ６ａにおける流体からの反力と大きさ
は同じで方向は反対であるから、 ｙｂ＝−ｙａ＝｛２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）ｃｏｓωn ｔ｝／ＥＩ…（７） となる。
変位は、これが測定管の中央部に関し変位センサ６ａと
対称な位置に取り付けられているため、変位センサ６ａ
における測定管の変位と同じになる。すなわち、 Ｙｂ＝Ｙａ＝η（ａ）ｓｉｎωn ｔ …（６） また、変位センサ６ｂにおける流体からの測定管への反
力は、変位センサ６ａにおける流体からの反力と大きさ
は同じで方向は反対であるから、 ｙｂ＝−ｙａ＝｛２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ）ｃｏｓωn ｔ｝／ＥＩ…（７） となる。
【００１０】したがって、変位センサ６ｂにおける測定
管のたわみ形状は、 ξｂ＝Ｙａ−ｙａ＝Ａｓｉｎ（ωn ｔ＋α） …（８） となる。上記（３），（８）式より、変位センサ６ａ，
６ｂの信号間には２αの位相差があることが分かり、こ
の位相差２αは（５）式より質量流量Ｑｍに比例するこ
とが分かる。よって、変位センサ６ａ，６ｂの信号間の
時間差は、 Δｔ＝２α／ωn ＝４Ｌ3 Ｑｍηｃ（ａ）／ＥＩη（ａ） …（９） となる。
管のたわみ形状は、 ξｂ＝Ｙａ−ｙａ＝Ａｓｉｎ（ωn ｔ＋α） …（８） となる。上記（３），（８）式より、変位センサ６ａ，
６ｂの信号間には２αの位相差があることが分かり、こ
の位相差２αは（５）式より質量流量Ｑｍに比例するこ
とが分かる。よって、変位センサ６ａ，６ｂの信号間の
時間差は、 Δｔ＝２α／ωn ＝４Ｌ3 Ｑｍηｃ（ａ）／ＥＩη（ａ） …（９） となる。
【００１１】また、測定管の共振周波数は次の（１０）
式で与えられる。 ωn ＝λ2 ／Ｌ2 ・（ＥＩ／ρ）1/2 …（１０） λ：測定管の境界条件と振動モードで決定される定数 ρ：測定管と測定管内の流体を含めた線密度 ところで、測定管の温度が変化すると、（５）または
（９）式より、ヤング率Ｅの温度依存性から、質量流量
Ｑｍが一定でもセンサ出力信号の位相差や時間差が変化
することが分かる。同様にして、測定流体に密度変化が
ない場合でも、（１０）式の共振周波数ωn も変化する
ことが分かる。
式で与えられる。 ωn ＝λ2 ／Ｌ2 ・（ＥＩ／ρ）1/2 …（１０） λ：測定管の境界条件と振動モードで決定される定数 ρ：測定管と測定管内の流体を含めた線密度 ところで、測定管の温度が変化すると、（５）または
（９）式より、ヤング率Ｅの温度依存性から、質量流量
Ｑｍが一定でもセンサ出力信号の位相差や時間差が変化
することが分かる。同様にして、測定流体に密度変化が
ない場合でも、（１０）式の共振周波数ωn も変化する
ことが分かる。
【００１２】これまでは、測定管に作用する軸力（応
力）の影響を無視したが、軸力の影響を考慮すると、測
定管の振幅を示す関数ηは測定管の位置だけでなく軸力
Ｔの関数ともなることから、先の（１）式は次の（１
１）式のようになる。 Ｙａ＝η（ａ，Ｔ）ｓｉｎωn ｔ …（１１） したがって、先の（５）式，（９）式は下記の（１
２），（１３）式のようになる。 α＝２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ，Ｔ）／ＥＩη（ａ，Ｔ） …（１２） Δｔ＝２α／ωn ＝４Ｌ3 Ｑｍηｃ（ａ，Ｔ）／ＥＩη（ａ，Ｔ） …（１３）
力）の影響を無視したが、軸力の影響を考慮すると、測
定管の振幅を示す関数ηは測定管の位置だけでなく軸力
Ｔの関数ともなることから、先の（１）式は次の（１
１）式のようになる。 Ｙａ＝η（ａ，Ｔ）ｓｉｎωn ｔ …（１１） したがって、先の（５）式，（９）式は下記の（１
２），（１３）式のようになる。 α＝２Ｌ3 Ｑｍωn ηｃ（ａ，Ｔ）／ＥＩη（ａ，Ｔ） …（１２） Δｔ＝２α／ωn ＝４Ｌ3 Ｑｍηｃ（ａ，Ｔ）／ＥＩη（ａ，Ｔ） …（１３）
【００１３】すなわち、質量流量に比例して発生する位
相差や時間差は、測定管に作用する軸力によっても変化
することが分かる。このときの測定管の共振周波数ωn
は、 ωn ＝λn （Ｔ）2 ／Ｌ2 ・（ＥＩ／ρ）1/2 …（１４） となり、測定管の共振周波数ωn も測定管に作用してい
る軸力の関数となっている。
相差や時間差は、測定管に作用する軸力によっても変化
することが分かる。このときの測定管の共振周波数ωn
は、 ωn ＝λn （Ｔ）2 ／Ｌ2 ・（ＥＩ／ρ）1/2 …（１４） となり、測定管の共振周波数ωn も測定管に作用してい
る軸力の関数となっている。
【００１４】一般的に、測定管を振動させ、測定管内を
流れる流体の質量流量にもとづいて発生するコリオリ力
を利用して質量流量を測定する質量流量計では、測定流
体の温度変化や周囲温度の変化によって測定管の温度が
変化した場合、測定管のヤング率の温度依存性により測
定管の剛性が変化し、コリオリ力に対する感度が変化し
て流量測定値が変化する。また、直管状の測定管を有す
るコリオリ式の質量流量計の場合、上述のように温度な
どの変化による測定管や支持部の膨張，収縮によって測
定管に作用する軸力（応力）が変化し、この軸力の変化
にて質量流量の感度が変化することになる。
流れる流体の質量流量にもとづいて発生するコリオリ力
を利用して質量流量を測定する質量流量計では、測定流
体の温度変化や周囲温度の変化によって測定管の温度が
変化した場合、測定管のヤング率の温度依存性により測
定管の剛性が変化し、コリオリ力に対する感度が変化し
て流量測定値が変化する。また、直管状の測定管を有す
るコリオリ式の質量流量計の場合、上述のように温度な
どの変化による測定管や支持部の膨張，収縮によって測
定管に作用する軸力（応力）が変化し、この軸力の変化
にて質量流量の感度が変化することになる。
【００１５】また、振動式の密度計においても同様に、
測定流体の温度変化や周囲温度の変化によって測定管の
温度が変化すると、測定管のヤング率の温度依存性によ
り共振周波数が変化し、測定誤差が発生する。特に、直
管状の測定管を有するものでは、測定管に作用する軸力
の変化に伴って共振周波数が変化するため、測定値に誤
差が生じるわけである。
測定流体の温度変化や周囲温度の変化によって測定管の
温度が変化すると、測定管のヤング率の温度依存性によ
り共振周波数が変化し、測定誤差が発生する。特に、直
管状の測定管を有するものでは、測定管に作用する軸力
の変化に伴って共振周波数が変化するため、測定値に誤
差が生じるわけである。
【００１６】以上のように、温度環境の変化に伴って質
量流量計の感度や測定値に変動が生じた場合の補正方式
としては、例えば特公平５−６９４５２号公報や特開平
６−９４５０１号公報に示すものなどがある。前者によ
れば、２つの温度センサを支持管と、実質的に測定管の
温度に等しい位置に、それぞれ取り付け、この２つの温
度センサからの信号を補正回路に導くとともに、２つの
振動センサから導かれた流量信号も同様に補正回路に入
力して、補正を実施するようにしている。
量流量計の感度や測定値に変動が生じた場合の補正方式
としては、例えば特公平５−６９４５２号公報や特開平
６−９４５０１号公報に示すものなどがある。前者によ
れば、２つの温度センサを支持管と、実質的に測定管の
温度に等しい位置に、それぞれ取り付け、この２つの温
度センサからの信号を補正回路に導くとともに、２つの
振動センサから導かれた流量信号も同様に補正回路に入
力して、補正を実施するようにしている。
【００１７】一方、後者では、流量測定値を測定管の温
度に対応して補正するため、測定管の温度を検出する温
度センサと、測定値を測定管の長さおよび応力に依存し
て補正するための長さ変化センサ（例えばストレインゲ
ージなどのひずみゲージ）とを設け、それぞれの信号を
補正回路に導いて補正するようにしている。
度に対応して補正するため、測定管の温度を検出する温
度センサと、測定値を測定管の長さおよび応力に依存し
て補正するための長さ変化センサ（例えばストレインゲ
ージなどのひずみゲージ）とを設け、それぞれの信号を
補正回路に導いて補正するようにしている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】前者のように、測定管
と支持部の温度測定を行ない、ヤング率の変化に伴う変
化と、間接的に測定管の軸力を推定する場合、温度安定
時でも流体の温度と環境温度の差により、各部での温度
勾配が異なる場合がある。また、流体温度や環境温度が
変化する過渡的な状態においては、各部の温度勾配は当
然安定しない。したがって、上記のような各状態におい
ては測定管や支持部の平均温度を評価できる温度の測定
位置が常に変化するため、或る特定位置の温度測定では
正確な測定値の補正ができない場合が生じる。
と支持部の温度測定を行ない、ヤング率の変化に伴う変
化と、間接的に測定管の軸力を推定する場合、温度安定
時でも流体の温度と環境温度の差により、各部での温度
勾配が異なる場合がある。また、流体温度や環境温度が
変化する過渡的な状態においては、各部の温度勾配は当
然安定しない。したがって、上記のような各状態におい
ては測定管や支持部の平均温度を評価できる温度の測定
位置が常に変化するため、或る特定位置の温度測定では
正確な測定値の補正ができない場合が生じる。
【００１９】一方、後者のように直接測定管の歪みを測
定するものでは、前者の方式に比べ歪みを直接測定して
いることから、正確な補正が可能となる点で優れている
が、測定管に直接ストレインゲージ等を取り付ける必要
があるため、測定管の振動特性に悪影響を及ぼし、測定
の安定性に問題が生じる。このような影響を避けるた
め、後者では質量体を測定管の両側に取り付け、その外
側にストレインゲージを貼り付ける構成を提案してい
る。このとき、測定管の振動を安定化するため、質量体
の質量を測定管に対して充分に大きくする必要があり、
流量計が大型化し重くなるという別の問題が発生する。
定するものでは、前者の方式に比べ歪みを直接測定して
いることから、正確な補正が可能となる点で優れている
が、測定管に直接ストレインゲージ等を取り付ける必要
があるため、測定管の振動特性に悪影響を及ぼし、測定
の安定性に問題が生じる。このような影響を避けるた
め、後者では質量体を測定管の両側に取り付け、その外
側にストレインゲージを貼り付ける構成を提案してい
る。このとき、測定管の振動を安定化するため、質量体
の質量を測定管に対して充分に大きくする必要があり、
流量計が大型化し重くなるという別の問題が発生する。
【００２０】また、支持部にストレインゲージを貼り付
ける別の構成も提案されているが、測定管を安定に振動
させるには、支持部の剛性を充分に大きくする必要があ
るため、測定管の断面積は支持部の断面積に比較してか
なり小さく、支持部に発生する歪みは測定管の歪みに比
べてかなり小さくなるため、支持部の歪みから測定管の
歪みを推定する方式は、誤差が大きくなるという問題が
生じる。さらに長さ変化ロットを設け、測定管の長さを
測定する実施例も開示されているが、構造が複雑でコス
トアップになるという問題もある。
ける別の構成も提案されているが、測定管を安定に振動
させるには、支持部の剛性を充分に大きくする必要があ
るため、測定管の断面積は支持部の断面積に比較してか
なり小さく、支持部に発生する歪みは測定管の歪みに比
べてかなり小さくなるため、支持部の歪みから測定管の
歪みを推定する方式は、誤差が大きくなるという問題が
生じる。さらに長さ変化ロットを設け、測定管の長さを
測定する実施例も開示されているが、構造が複雑でコス
トアップになるという問題もある。
【００２１】ところで、先の（１４）式からも明らかな
ように、測定管の共振周波数は軸力（応力）Ｔの変化に
伴って変化する。境界条件と振動モードによって定まる
λn（Ｔ）の軸力変化に伴う変化量は、各振動モード毎
に異なるため、各振動モードの共振周波数比は作用する
軸力の変化に伴って変化する。測定管に作用する軸力が
変化した場合の基本モード共振周波数と２次モード共振
周波数との比、または基本モード共振周波数と３次モー
ド共振周波数との比について、図１３（イ），（ロ）に
示す。これらの図からも明らかなように、各モード間の
共振周波数比はほぼ直線的に変化し、これは任意のモー
ド間の共振周波数比についても成立する。
ように、測定管の共振周波数は軸力（応力）Ｔの変化に
伴って変化する。境界条件と振動モードによって定まる
λn（Ｔ）の軸力変化に伴う変化量は、各振動モード毎
に異なるため、各振動モードの共振周波数比は作用する
軸力の変化に伴って変化する。測定管に作用する軸力が
変化した場合の基本モード共振周波数と２次モード共振
周波数との比、または基本モード共振周波数と３次モー
ド共振周波数との比について、図１３（イ），（ロ）に
示す。これらの図からも明らかなように、各モード間の
共振周波数比はほぼ直線的に変化し、これは任意のモー
ド間の共振周波数比についても成立する。
【００２２】このことは、各モード間の共振周波数比を
測定することにより、測定管に作用する軸力を知ること
ができることを示している。そこで、出願人はこの点に
着目し、測定管に作用する軸力の変化に伴う流量測定感
度および密度測定値の変化を、共振周波数比に応じて補
正する方法について、既に出願している（例えば特願平
６−２１５６６３号参照）。
測定することにより、測定管に作用する軸力を知ること
ができることを示している。そこで、出願人はこの点に
着目し、測定管に作用する軸力の変化に伴う流量測定感
度および密度測定値の変化を、共振周波数比に応じて補
正する方法について、既に出願している（例えば特願平
６−２１５６６３号参照）。
【００２３】しかしながら、上記出願は原理的な提案に
過ぎず、具体的な構成等について種々の改良の余地が残
されている。したがって、この発明の課題は測定管に作
用する軸力の変化に伴う流量測定感度および密度測定値
の変化を、共振周波数比に応じて補正することで測定精
度を向上させるとともに、構造を複雑化することなく測
定感度を向上させることにある。
過ぎず、具体的な構成等について種々の改良の余地が残
されている。したがって、この発明の課題は測定管に作
用する軸力の変化に伴う流量測定感度および密度測定値
の変化を、共振周波数比に応じて補正することで測定精
度を向上させるとともに、構造を複雑化することなく測
定感度を向上させることにある。
【００２４】
【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、加振される少なくとも１
本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または密度
の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管の第
１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの共振
周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもとづき
測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記質量
流量により測定管に発生するたわみ振動、または測定管
の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれらの双
方を検出する単数または複数の第１振動検出器と、測定
管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数また
は複数の第２振動検出器とを備え、この第２振動検出器
の設置位置を第２の振動モードの腹付近とすることを特
徴としている。
るため、請求項１の発明では、加振される少なくとも１
本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または密度
の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管の第
１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの共振
周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもとづき
測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記質量
流量により測定管に発生するたわみ振動、または測定管
の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれらの双
方を検出する単数または複数の第１振動検出器と、測定
管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数また
は複数の第２振動検出器とを備え、この第２振動検出器
の設置位置を第２の振動モードの腹付近とすることを特
徴としている。
【００２５】請求項２の発明では、加振される少なくと
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
質量流量により測定管に発生するたわみ振動、または測
定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれら
の双方を検出する単数または複数の第１振動検出器と、
測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数
または複数の第２振動検出器とを備え、この第２振動検
出器の設置位置を第１の振動モードの節付近とすること
を特徴としている。
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
質量流量により測定管に発生するたわみ振動、または測
定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれら
の双方を検出する単数または複数の第１振動検出器と、
測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数
または複数の第２振動検出器とを備え、この第２振動検
出器の設置位置を第１の振動モードの節付近とすること
を特徴としている。
【００２６】請求項３の発明では、加振される少なくと
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
質量流量により測定管に発生するたわみ振動、または測
定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれら
の双方を検出する単数または複数の第１振動検出器と、
測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数
または複数の第２振動検出器とを備え、前記第１振動検
出器の設置位置を第２の振動モードの節付近とすること
を特徴としている。
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
質量流量により測定管に発生するたわみ振動、または測
定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれら
の双方を検出する単数または複数の第１振動検出器と、
測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数
または複数の第２振動検出器とを備え、前記第１振動検
出器の設置位置を第２の振動モードの節付近とすること
を特徴としている。
【００２７】請求項４の発明では、加振される少なくと
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
質量流量により測定管に発生するたわみ振動、または測
定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれら
の双方を検出する単数または複数の第１振動検出器、測
定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数ま
たは複数の第２振動検出器のいずれか一方の種別の振動
検出器を設け、これにより他方の種別の振動検出器を兼
用することを特徴としている。
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
質量流量により測定管に発生するたわみ振動、または測
定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこれら
の双方を検出する単数または複数の第１振動検出器、測
定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する単数ま
たは複数の第２振動検出器のいずれか一方の種別の振動
検出器を設け、これにより他方の種別の振動検出器を兼
用することを特徴としている。
【００２８】請求項４の発明では、前記いずれか一方の
種別の振動検出器の設置位置を第２の振動モードの腹付
近とすることができ（請求項５の発明）、これら請求項
１ないし５の発明では、前記第１振動検出器または第２
振動検出器の個数が複数のときは、それぞれ前記測定管
の長さ方向の中心に対して対称の位置に取り付けること
ができる（請求項６の発明）。また、請求項１ないし６
の発明では、前記第１振動検出器または第２振動検出器
の個数が単数のときは、第１振動検出器または第２振動
検出器に対し、前記測定管の長さ方向の中心に対して対
称の位置に、第１振動検出器または第２振動検出器とほ
ぼ同一質量のバランス・ウエイトを取り付けることがで
きる（請求項７の発明）。
種別の振動検出器の設置位置を第２の振動モードの腹付
近とすることができ（請求項５の発明）、これら請求項
１ないし５の発明では、前記第１振動検出器または第２
振動検出器の個数が複数のときは、それぞれ前記測定管
の長さ方向の中心に対して対称の位置に取り付けること
ができる（請求項６の発明）。また、請求項１ないし６
の発明では、前記第１振動検出器または第２振動検出器
の個数が単数のときは、第１振動検出器または第２振動
検出器に対し、前記測定管の長さ方向の中心に対して対
称の位置に、第１振動検出器または第２振動検出器とほ
ぼ同一質量のバランス・ウエイトを取り付けることがで
きる（請求項７の発明）。
【００２９】請求項８の発明では、加振される少なくと
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
測定管を、その第１の振動モード周波数による励振と、
第２の振動モード周波数付近の励振とを重畳して励振す
ることを特徴としている。この請求項８の発明では、前
記第２の振動モード周波数付近での励振周波数に対応し
て、その中心周波数の制御が可能な帯域通過フィルタを
含むことができ（請求項９の発明）、または、前記第２
の振動モード周波数付近の励振が、第２の振動モード周
波数を含む周波数の範囲で時間的に掃引されることがで
きる（請求項１１の発明）。さらに、請求項９の発明の
帯域通過フィルタは、スイッチドキャパシタフィルタで
あることができる（請求項１０の発明）。また、請求項
９の発明では、前記第１，第２励振信号の少なくとも一
方の周波数を監視し、これが予め定められた前記第１，
第２励振信号の最大周波数を逸脱した場合は、前記帯域
通過フィルタの中心周波数を強制的に予め定められた初
期周波数に設定すること（請求項１２）、または前記帯
域通過フィルタの中心周波数を強制的に最小周波数から
掃引することができる（請求項１３）。
も１本の直管状測定管内を流れる流体の質量流量または
密度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定管
の第１の振動モードの共振周波数と第２の振動モードの
共振周波数との比を求め、これらの共振周波数比にもと
づき測定値の補正を行なう振動型測定器であって、前記
測定管を、その第１の振動モード周波数による励振と、
第２の振動モード周波数付近の励振とを重畳して励振す
ることを特徴としている。この請求項８の発明では、前
記第２の振動モード周波数付近での励振周波数に対応し
て、その中心周波数の制御が可能な帯域通過フィルタを
含むことができ（請求項９の発明）、または、前記第２
の振動モード周波数付近の励振が、第２の振動モード周
波数を含む周波数の範囲で時間的に掃引されることがで
きる（請求項１１の発明）。さらに、請求項９の発明の
帯域通過フィルタは、スイッチドキャパシタフィルタで
あることができる（請求項１０の発明）。また、請求項
９の発明では、前記第１，第２励振信号の少なくとも一
方の周波数を監視し、これが予め定められた前記第１，
第２励振信号の最大周波数を逸脱した場合は、前記帯域
通過フィルタの中心周波数を強制的に予め定められた初
期周波数に設定すること（請求項１２）、または前記帯
域通過フィルタの中心周波数を強制的に最小周波数から
掃引することができる（請求項１３）。
【００３０】
【作用】いま、従来から質量流量や密度を測定するため
に用いられている振動モードを第１の振動モード、これ
を測定するためのセンサを第１振動検出器と呼ぶ。これ
に対し、新たに周波数比を測定するために用いられる振
動モードを第２の振動モード、これを測定するためのセ
ンサを第２振動検出器と呼ぶ。第１振動検出器と第２振
動検出器は別々であっても良いし、同じセンサで両方を
兼ねても良い。同じセンサで両方を兼ねれば部品が減
り、コストダウンが図れる（請求項４）。
に用いられている振動モードを第１の振動モード、これ
を測定するためのセンサを第１振動検出器と呼ぶ。これ
に対し、新たに周波数比を測定するために用いられる振
動モードを第２の振動モード、これを測定するためのセ
ンサを第２振動検出器と呼ぶ。第１振動検出器と第２振
動検出器は別々であっても良いし、同じセンサで両方を
兼ねても良い。同じセンサで両方を兼ねれば部品が減
り、コストダウンが図れる（請求項４）。
【００３１】上記第２の振動モードの共振周波数を測定
する場合、第２振動検出器を第２の振動モードの腹に当
たる位置付近に取り付けると、振動振幅が他の位置より
大きいので、より大きな出力を得ることができ、精度の
良い周波数測定ができる。特に、質量流量計として振動
型測定器を用いるときには、第１振動検出器（図１４の
例では６ａ，６ｂ）で得られる質量流量に対する時間差
（位相差）の信号に対し、第２の振動モードの振動が外
乱として作用するため、第２の振動モードの振動を小さ
く抑えた方が良い。そのために、検出感度の良い位置に
第２振動検出器を取り付けると、感度が良くなる分第２
の振動モードの振動を小さく抑えることができる（請求
項１，５）。また、第１の振動モードの影響が非常に小
さい位置に第２振動検出器を取り付けると、その影響が
少なくなるので第２の振動モードの振動を小さく抑える
ことができる（請求項２）。
する場合、第２振動検出器を第２の振動モードの腹に当
たる位置付近に取り付けると、振動振幅が他の位置より
大きいので、より大きな出力を得ることができ、精度の
良い周波数測定ができる。特に、質量流量計として振動
型測定器を用いるときには、第１振動検出器（図１４の
例では６ａ，６ｂ）で得られる質量流量に対する時間差
（位相差）の信号に対し、第２の振動モードの振動が外
乱として作用するため、第２の振動モードの振動を小さ
く抑えた方が良い。そのために、検出感度の良い位置に
第２振動検出器を取り付けると、感度が良くなる分第２
の振動モードの振動を小さく抑えることができる（請求
項１，５）。また、第１の振動モードの影響が非常に小
さい位置に第２振動検出器を取り付けると、その影響が
少なくなるので第２の振動モードの振動を小さく抑える
ことができる（請求項２）。
【００３２】また、第１振動検出器を第２の振動モード
の節に当たる位置付近に取り付けると、第２の振動モー
ドの影響が非常に小さい状態で、第１の振動モードの測
定ができる。特に、前述のように、質量流量計として振
動型測定器を用いるときに有効である（請求項３）。さ
らに、特に質量流量計として振動型測定器を用いる際
は、測定管の振動が、測定管の長さ方向の中心に対し、
左右で対称になっていることが望ましい。これは、左右
に対称に取り付けられた第１振動検出器の間の時間差
（位相差）にもとづき、質量流量を測定するからであ
る。もし、測定管の振動が左右でアンバランスになる
と、左右の第１振動検出器の間で発生する時間差（位相
差）がアンバランスになり、温度変化，軸力変化，流体
の密度変化等に対する特性が悪化するというわけであ
る。
の節に当たる位置付近に取り付けると、第２の振動モー
ドの影響が非常に小さい状態で、第１の振動モードの測
定ができる。特に、前述のように、質量流量計として振
動型測定器を用いるときに有効である（請求項３）。さ
らに、特に質量流量計として振動型測定器を用いる際
は、測定管の振動が、測定管の長さ方向の中心に対し、
左右で対称になっていることが望ましい。これは、左右
に対称に取り付けられた第１振動検出器の間の時間差
（位相差）にもとづき、質量流量を測定するからであ
る。もし、測定管の振動が左右でアンバランスになる
と、左右の第１振動検出器の間で発生する時間差（位相
差）がアンバランスになり、温度変化，軸力変化，流体
の密度変化等に対する特性が悪化するというわけであ
る。
【００３３】そのため、第１振動検出器および第２振動
検出器はそれぞれ、測定管の長さ方向の中心に対し、左
右に対称に取り付けられることが望ましい（請求項
６）。第１振動検出器または第２振動検出器が単数の場
合は、測定管の長さ方向の中心に対し対称の位置に、ほ
ぼ同一質量のバランス・ウエイトを取り付けて、測定管
の左右の対称を保つようにすることが望ましい（請求項
７）。
検出器はそれぞれ、測定管の長さ方向の中心に対し、左
右に対称に取り付けられることが望ましい（請求項
６）。第１振動検出器または第２振動検出器が単数の場
合は、測定管の長さ方向の中心に対し対称の位置に、ほ
ぼ同一質量のバランス・ウエイトを取り付けて、測定管
の左右の対称を保つようにすることが望ましい（請求項
７）。
【００３４】図１４の従来例では、振動発生器５と駆動
回路８により、測定管２を第１の振動モード共振周波数
で励振していた。この発明では、新たに第２の振動モー
ド共振周波数を測らねばならず、そのためには、測定管
が第２の振動モードで或る程度振動している必要があ
る。そこで、第１の振動モードと同様に、振動発生器や
駆動回路等により、第２の振動モード共振周波数で測定
管を励振してやると、第２の振動モード共振周波数を安
定して測定することができる。これを行なわず、自然に
発生した第２の振動モードの振動から第２の振動モード
共振周波数を測ろうとしても、振動が十分でなく安定し
た測定はできない。
回路８により、測定管２を第１の振動モード共振周波数
で励振していた。この発明では、新たに第２の振動モー
ド共振周波数を測らねばならず、そのためには、測定管
が第２の振動モードで或る程度振動している必要があ
る。そこで、第１の振動モードと同様に、振動発生器や
駆動回路等により、第２の振動モード共振周波数で測定
管を励振してやると、第２の振動モード共振周波数を安
定して測定することができる。これを行なわず、自然に
発生した第２の振動モードの振動から第２の振動モード
共振周波数を測ろうとしても、振動が十分でなく安定し
た測定はできない。
【００３５】そこで、この発明では測定管２の第１の振
動モード共振周波数の励振と、第２の振動モード共振周
波数付近の励振を重畳させた励振を行ない、第１の振動
モードの測定と第２の振動モードの測定を安定して行な
えるようにしている（請求項８）。この際の第２の振動
モード共振周波数付近の励振としては、第２の振動モー
ド共振周波数の単一の周波数の励振としても良い。ま
た、中心周波数の制御が可能な帯域通過フィルタを用い
ること、この種の帯域通過フィルタとしてスイッチドキ
ャパシタフィルタを用いること等により、安定かつ安価
に第２の振動モード共振周波数の測定を可能にする（請
求項９，１０）。さらに、第２の振動モード共振周波数
を含んだ周波数範囲において時間的に掃引する構成にし
ても良い（請求項１１）。また、上記通過帯域フィルタ
（ＢＰＦ）の中心周波数が、外的要因等により検出部の
励振周波数からずれることで発振が停止しても、第１，
第２励振信号の周波数を監視して、ＢＰＦ制御回路によ
りＢＰＦの中心周波数を自然掃引または強制掃引するよ
うにすれば発振を復帰させられるので、第１，第２の振
動モードの共振周波数の測定が、安定かつ継続的に可能
となる（請求項１２，１３）。
動モード共振周波数の励振と、第２の振動モード共振周
波数付近の励振を重畳させた励振を行ない、第１の振動
モードの測定と第２の振動モードの測定を安定して行な
えるようにしている（請求項８）。この際の第２の振動
モード共振周波数付近の励振としては、第２の振動モー
ド共振周波数の単一の周波数の励振としても良い。ま
た、中心周波数の制御が可能な帯域通過フィルタを用い
ること、この種の帯域通過フィルタとしてスイッチドキ
ャパシタフィルタを用いること等により、安定かつ安価
に第２の振動モード共振周波数の測定を可能にする（請
求項９，１０）。さらに、第２の振動モード共振周波数
を含んだ周波数範囲において時間的に掃引する構成にし
ても良い（請求項１１）。また、上記通過帯域フィルタ
（ＢＰＦ）の中心周波数が、外的要因等により検出部の
励振周波数からずれることで発振が停止しても、第１，
第２励振信号の周波数を監視して、ＢＰＦ制御回路によ
りＢＰＦの中心周波数を自然掃引または強制掃引するよ
うにすれば発振を復帰させられるので、第１，第２の振
動モードの共振周波数の測定が、安定かつ継続的に可能
となる（請求項１２，１３）。
【００３６】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
す構成図である。同図からも明らかなように、この実施
形態の特徴は例えば第１の振動検出器としての速度検出
センサ（変位センサまたは加速度センサでも良い）６ａ
が、第２の振動検出器６ｄを兼ねている点、温度センサ
１０を付加した点、また、信号処理回路９を周波数比演
算部９１，位相差演算部９２，温度演算部９３および補
正演算部９４などから構成した点にあり、その他は図１
４に示すものと同様である。したがって、ここではこれ
らの相違点を中心に説明する。
す構成図である。同図からも明らかなように、この実施
形態の特徴は例えば第１の振動検出器としての速度検出
センサ（変位センサまたは加速度センサでも良い）６ａ
が、第２の振動検出器６ｄを兼ねている点、温度センサ
１０を付加した点、また、信号処理回路９を周波数比演
算部９１，位相差演算部９２，温度演算部９３および補
正演算部９４などから構成した点にあり、その他は図１
４に示すものと同様である。したがって、ここではこれ
らの相違点を中心に説明する。
【００３７】ここでは、駆動回路８より振動発生器５と
速度センサ６ａによって測定管２をその第１の振動モー
ド共振周波数、または第２の振動モード共振周波数付
近、もしくはその双方の周波数で振動させ、速度センサ
６ａの出力のうち特に第１の振動モードの信号振幅が一
定値となるように、駆動回路８から出力され振動発生器
（ドライバ）５に供給されるドライブ信号の制御が行な
われる。
速度センサ６ａによって測定管２をその第１の振動モー
ド共振周波数、または第２の振動モード共振周波数付
近、もしくはその双方の周波数で振動させ、速度センサ
６ａの出力のうち特に第１の振動モードの信号振幅が一
定値となるように、駆動回路８から出力され振動発生器
（ドライバ）５に供給されるドライブ信号の制御が行な
われる。
【００３８】速度センサ６ａ，６ｂからの信号は位相差
演算部９２に入力され、ここで信号の位相差に比例した
信号が得られ、補正演算部９４に与えられる。速度セン
サ６ａからの信号は周波数比演算部９１に入力され、こ
こで第１の振動モード共振周波数と第２の振動モード共
振周波数の比に比例した信号を求め、その結果が補正演
算部９４に入力される。また、温度センサ１０からの信
号は温度演算部９３で温度信号に変換された後、補正演
算部９４に入力される。補正演算部９４には、他に速度
センサ６ａの信号が直接入力される。
演算部９２に入力され、ここで信号の位相差に比例した
信号が得られ、補正演算部９４に与えられる。速度セン
サ６ａからの信号は周波数比演算部９１に入力され、こ
こで第１の振動モード共振周波数と第２の振動モード共
振周波数の比に比例した信号を求め、その結果が補正演
算部９４に入力される。また、温度センサ１０からの信
号は温度演算部９３で温度信号に変換された後、補正演
算部９４に入力される。補正演算部９４には、他に速度
センサ６ａの信号が直接入力される。
【００３９】補正演算部９４は周波数比演算部９１，位
相差演算部９２，温度演算部９３および速度センサ６ａ
からの出力を受け、位相差演算部９２からの位相差信号
を、ここでは速度センサ６ａから得られる測定管の第１
の振動モードの共振周波数により周波数補正し、時間差
信号に変換する。この時間差信号は、補正演算部９４で
温度演算部９３からの温度信号により補正されるととも
に、周波数比演算部９１からの共振周波数比信号による
測定管の軸力変化にともなう感度補正が行なわれた後、
流量信号に変換されて出力される。
相差演算部９２，温度演算部９３および速度センサ６ａ
からの出力を受け、位相差演算部９２からの位相差信号
を、ここでは速度センサ６ａから得られる測定管の第１
の振動モードの共振周波数により周波数補正し、時間差
信号に変換する。この時間差信号は、補正演算部９４で
温度演算部９３からの温度信号により補正されるととも
に、周波数比演算部９１からの共振周波数比信号による
測定管の軸力変化にともなう感度補正が行なわれた後、
流量信号に変換されて出力される。
【００４０】図２（ａ），（ｃ）は図１の検出部のみを
図示したもので、図２（ｂ）は測定管２が３次モードの
横振動をしているときのたわみ形状の模式図で、曲線２
１は測定管２の３次モードの横振動のたわみ形状を示し
ている。図２（ａ）では速度センサ６ａ，６ｂが第１振
動検出器に当たり、速度センサ６ａが第２振動検出器６
ｄを兼ねている。この例では、第１の振動モードとして
基本モード、第２の振動モードとして３次モードを用い
ている。速度センサ６ａ，６ｂは測定管２の３次モード
の腹（曲線２１の左右の極大点付近）の位置に、測定管
２の中心に対し対称に取り付けられている。このことに
より、測定管２の振動の左右のバランスをとり、かつ、
第２の振動モードの検出感度を高めることになる。
図示したもので、図２（ｂ）は測定管２が３次モードの
横振動をしているときのたわみ形状の模式図で、曲線２
１は測定管２の３次モードの横振動のたわみ形状を示し
ている。図２（ａ）では速度センサ６ａ，６ｂが第１振
動検出器に当たり、速度センサ６ａが第２振動検出器６
ｄを兼ねている。この例では、第１の振動モードとして
基本モード、第２の振動モードとして３次モードを用い
ている。速度センサ６ａ，６ｂは測定管２の３次モード
の腹（曲線２１の左右の極大点付近）の位置に、測定管
２の中心に対し対称に取り付けられている。このことに
より、測定管２の振動の左右のバランスをとり、かつ、
第２の振動モードの検出感度を高めることになる。
【００４１】図２（ｃ）では、第１振動検出器６ａ，６
ｂが測定管２の３次モードの節に取り付けられており、
第１の振動モードの測定に対する第２の振動モードの影
響を小さくしている。さらに、第２振動検出器として、
アダプタ７ｄにより支持部４ａ，４ｂに固定されたコイ
ルと測定管２に固定されたマグネットとから構成され測
定管２の振動を検出する速度検出センサ６ｄ（変位セン
サまたは加速度センサでも良い）が、別に取り付けられ
ている。このセンサ６ｄは、測定管２の３次モードの腹
の位置に取り付けられており、第２の振動モードの検出
感度を高めている。また、センサ６ｄのマグネットとほ
ぼ同一質量のバランス・ウエイト１１が、測定管２の中
心に対しセンサ６ｄと対称に取り付けられていて、測定
管２の振動の左右のバランスをとっている。
ｂが測定管２の３次モードの節に取り付けられており、
第１の振動モードの測定に対する第２の振動モードの影
響を小さくしている。さらに、第２振動検出器として、
アダプタ７ｄにより支持部４ａ，４ｂに固定されたコイ
ルと測定管２に固定されたマグネットとから構成され測
定管２の振動を検出する速度検出センサ６ｄ（変位セン
サまたは加速度センサでも良い）が、別に取り付けられ
ている。このセンサ６ｄは、測定管２の３次モードの腹
の位置に取り付けられており、第２の振動モードの検出
感度を高めている。また、センサ６ｄのマグネットとほ
ぼ同一質量のバランス・ウエイト１１が、測定管２の中
心に対しセンサ６ｄと対称に取り付けられていて、測定
管２の振動の左右のバランスをとっている。
【００４２】図３にこの発明の別の実施の形態を示す。
この例では、第１の振動モードとして３次モード、第２
の振動モードとして基本モードを用いている。同図
（ａ）は測定管２が３次モードの横振動をしているとき
のたわみ形状の模式図で、曲線２１は測定管２の３次モ
ードの横振動のたわみ形状を示している。同図（ｂ）は
検出部の構成を示し、ここでは第２振動検出器として、
アダプタ７ｄにより支持部４ａ，４ｂに固定されたコイ
ルと測定管２に固定されたマグネットとから構成され測
定管２の振動を検出する速度検出センサ６ｄ（変位セン
サまたは加速度センサでも良い）が、別に取り付けられ
ている。このセンサ６ｄは、測定管２の３次モード（第
１の振動モード）の節の位置に取り付けられており、第
２の振動モードの検出に対する第１の振動モードの悪影
響を回避するようにしている。また、センサ６ｄのマグ
ネットとほぼ同一質量のバランス・ウエイト１１が、測
定管２の中心に対しセンサ６ｄと対称に取り付けられて
いて、測定管２の振動の左右のバランスをとっている。
この例では、第１の振動モードとして３次モード、第２
の振動モードとして基本モードを用いている。同図
（ａ）は測定管２が３次モードの横振動をしているとき
のたわみ形状の模式図で、曲線２１は測定管２の３次モ
ードの横振動のたわみ形状を示している。同図（ｂ）は
検出部の構成を示し、ここでは第２振動検出器として、
アダプタ７ｄにより支持部４ａ，４ｂに固定されたコイ
ルと測定管２に固定されたマグネットとから構成され測
定管２の振動を検出する速度検出センサ６ｄ（変位セン
サまたは加速度センサでも良い）が、別に取り付けられ
ている。このセンサ６ｄは、測定管２の３次モード（第
１の振動モード）の節の位置に取り付けられており、第
２の振動モードの検出に対する第１の振動モードの悪影
響を回避するようにしている。また、センサ６ｄのマグ
ネットとほぼ同一質量のバランス・ウエイト１１が、測
定管２の中心に対しセンサ６ｄと対称に取り付けられて
いて、測定管２の振動の左右のバランスをとっている。
【００４３】図４は測定管２の第１の振動モード共振周
波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励振
とを重畳させた励振を行なうための、駆動回路の構成例
を示すブロック図である。なお、ここでは第２の振動モ
ード共振周波数付近の励振を、単一の第２の振動モード
共振周波数で行なっている。なお、同図の８１１，８１
６はアンプ、８１２，８１３は帯域通過（バンドパス）
フィルタ（ＢＰＦ）、８２は第１の振動モード発振回
路、８３は第２の振動モード発振回路、８４は加算器、
８５は電流ブースターである。
波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励振
とを重畳させた励振を行なうための、駆動回路の構成例
を示すブロック図である。なお、ここでは第２の振動モ
ード共振周波数付近の励振を、単一の第２の振動モード
共振周波数で行なっている。なお、同図の８１１，８１
６はアンプ、８１２，８１３は帯域通過（バンドパス）
フィルタ（ＢＰＦ）、８２は第１の振動モード発振回
路、８３は第２の振動モード発振回路、８４は加算器、
８５は電流ブースターである。
【００４４】同図において、アンプ８１１はセンサ６ａ
から出力された信号を増幅し、インピーダンス変換を行
なう。図に点線で示す経路８１５，アンプ８１６および
経路８１７は、第２振動検出器としてのセンサ６ｄが第
１振動検出器とは別に設けられているときのみ、用いら
れる。そのときは、ＢＰＦ８１３には経路８１７から信
号が入力され、経路８１４は使われない。また、アンプ
８１６はアンプ８１１と同じ働きをする。これに対し、
センサ６ａが第１振動検出器と第２振動検出器を兼ねて
いる、図１に示すようなときは８１５〜８１７は使われ
ず、経路８１４からＢＰＦ８１３に信号が入力される。
から出力された信号を増幅し、インピーダンス変換を行
なう。図に点線で示す経路８１５，アンプ８１６および
経路８１７は、第２振動検出器としてのセンサ６ｄが第
１振動検出器とは別に設けられているときのみ、用いら
れる。そのときは、ＢＰＦ８１３には経路８１７から信
号が入力され、経路８１４は使われない。また、アンプ
８１６はアンプ８１１と同じ働きをする。これに対し、
センサ６ａが第１振動検出器と第２振動検出器を兼ねて
いる、図１に示すようなときは８１５〜８１７は使われ
ず、経路８１４からＢＰＦ８１３に信号が入力される。
【００４５】ＢＰＦ８１２は、第２の振動モード周波数
の信号を除去し、第１の振動モード周波数の信号のみ
を、第１の振動モード発振回路８２に出力する。これに
対し、ＢＰＦ８１３は第１の振動モード周波数の信号を
除去し、第２の振動モード周波数の信号のみを、第２の
振動モード発振回路８３に出力する。この第１の振動モ
ード発振回路８２，第２の振動モード発振回路８３は、
発振周波数の違いにより回路定数が異なるだけで、基本
構成は同じである。
の信号を除去し、第１の振動モード周波数の信号のみ
を、第１の振動モード発振回路８２に出力する。これに
対し、ＢＰＦ８１３は第１の振動モード周波数の信号を
除去し、第２の振動モード周波数の信号のみを、第２の
振動モード発振回路８３に出力する。この第１の振動モ
ード発振回路８２，第２の振動モード発振回路８３は、
発振周波数の違いにより回路定数が異なるだけで、基本
構成は同じである。
【００４６】その構成例を図５に示す。なお、同図にお
いて、８２１はアンプ、８２２は検波回路、８２３は比
較増幅器、８２４は位相調整回路である。アンプ８２１
は信号を増幅しインピーダンス変換するもので、その出
力は検波回路８２２と比較増幅器８２３に与えられる。
検波回路８２２では信号の振幅が検出され、比較増幅器
８２３に送られる。比較増幅器８２３では、検波回路８
２２から送られてくる信号の振幅が一定となるよう、ア
ンプ８２１から送られてくる信号（正弦波）の振幅を調
節して出力する。比較増幅器８２３の出力は位相調整回
路８２４に送られ、ここで位相シフトされた後、図４の
加算器８４へと送られる。
いて、８２１はアンプ、８２２は検波回路、８２３は比
較増幅器、８２４は位相調整回路である。アンプ８２１
は信号を増幅しインピーダンス変換するもので、その出
力は検波回路８２２と比較増幅器８２３に与えられる。
検波回路８２２では信号の振幅が検出され、比較増幅器
８２３に送られる。比較増幅器８２３では、検波回路８
２２から送られてくる信号の振幅が一定となるよう、ア
ンプ８２１から送られてくる信号（正弦波）の振幅を調
節して出力する。比較増幅器８２３の出力は位相調整回
路８２４に送られ、ここで位相シフトされた後、図４の
加算器８４へと送られる。
【００４７】加算器８４では、第１の振動モード発振回
路８２と第２の振動モード発振回路８３の各出力を加算
し、第１の振動モード周波数に第２の振動モード周波数
を重畳した信号を電流ブースター８５に送る。電流ブー
スター８５では、入力信号に比例する電流をドライバ５
に流す。測定管２はこの電流に応じて加振されることに
なり、その振動はセンサ６ａ，６ｄにて検出され、駆動
回路８へ送られる。
路８２と第２の振動モード発振回路８３の各出力を加算
し、第１の振動モード周波数に第２の振動モード周波数
を重畳した信号を電流ブースター８５に送る。電流ブー
スター８５では、入力信号に比例する電流をドライバ５
に流す。測定管２はこの電流に応じて加振されることに
なり、その振動はセンサ６ａ，６ｄにて検出され、駆動
回路８へ送られる。
【００４８】以上のように、検出部１と駆動回路８とで
閉ループの発振系を形成している。発振回路８２，８３
では、ＢＰＦ８１２，ＢＰＦ８１３との組み合わせでル
ープの周波数帯域を設定し、位相調整回路８２４で位相
遅れを調節することにより、それぞれ第１の振動モード
と第２の振動モードで並行して、同時に発振させること
ができる。これにより、第１の振動モード共振周波数と
第２の振動モード共振周波数（単一）の重畳した励振を
行なうことができる。また、比較増幅器８２３により出
力信号振幅を調節することにより、ドライバ５の加振力
を、第１の振動モードと第２の振動モードの信号振幅が
それぞれ一定となるように、調節できる。周波数比は、
ＢＰＦ８１２，ＢＰＦ８１３の出力がそれぞれ、図１に
示す周波数比演算部９１に送られ、それぞれがカウント
されることにより求められる。
閉ループの発振系を形成している。発振回路８２，８３
では、ＢＰＦ８１２，ＢＰＦ８１３との組み合わせでル
ープの周波数帯域を設定し、位相調整回路８２４で位相
遅れを調節することにより、それぞれ第１の振動モード
と第２の振動モードで並行して、同時に発振させること
ができる。これにより、第１の振動モード共振周波数と
第２の振動モード共振周波数（単一）の重畳した励振を
行なうことができる。また、比較増幅器８２３により出
力信号振幅を調節することにより、ドライバ５の加振力
を、第１の振動モードと第２の振動モードの信号振幅が
それぞれ一定となるように、調節できる。周波数比は、
ＢＰＦ８１２，ＢＰＦ８１３の出力がそれぞれ、図１に
示す周波数比演算部９１に送られ、それぞれがカウント
されることにより求められる。
【００４９】図６に駆動回路の別の例を示す。これは、
図４に示すものに対しＢＰＦ制御回路８６，８７を付加
して構成される。ＢＰＦ８１２の中心周波数はＢＰＦ制
御回路８６により、また、ＢＰＦ８１３の中心周波数は
ＢＰＦ制御回路８７によりそれぞれ設定されている。た
だし、第１の振動モード信号に対して第２の振動モード
信号を十分小さくする場合は、ＢＰＦ８１２を省略で
き、第２の振動モード信号に対して第１の振動モード信
号を十分小さくする場合は、ＢＰＦ８１３を省略するこ
とができる。
図４に示すものに対しＢＰＦ制御回路８６，８７を付加
して構成される。ＢＰＦ８１２の中心周波数はＢＰＦ制
御回路８６により、また、ＢＰＦ８１３の中心周波数は
ＢＰＦ制御回路８７によりそれぞれ設定されている。た
だし、第１の振動モード信号に対して第２の振動モード
信号を十分小さくする場合は、ＢＰＦ８１２を省略で
き、第２の振動モード信号に対して第１の振動モード信
号を十分小さくする場合は、ＢＰＦ８１３を省略するこ
とができる。
【００５０】ＢＰＦ制御回路の構成例を図７に示す。同
図に示すように、コンパレータ８６１、ＰＬＬ（フェー
ズ・ロックド・ループ回路）８６２および分周器８６３
等より構成される。すなわち、第２の振動モード周波数
の信号（正弦波）が入力されるコンパレータ８６１で
は、この入力信号を同一周波数の方形波に変換しＰＬＬ
８６２に出力する。ＰＬＬ８６２は分周器８６３ととも
に、周波数逓倍回路を形成する。
図に示すように、コンパレータ８６１、ＰＬＬ（フェー
ズ・ロックド・ループ回路）８６２および分周器８６３
等より構成される。すなわち、第２の振動モード周波数
の信号（正弦波）が入力されるコンパレータ８６１で
は、この入力信号を同一周波数の方形波に変換しＰＬＬ
８６２に出力する。ＰＬＬ８６２は分周器８６３ととも
に、周波数逓倍回路を形成する。
【００５１】ここで、ＢＰＦ８１２，８１３を、例えば
スイッチドキャパシタフィルタにより構成する。このス
イッチドキャパシタフィルタの原理は図８に示すよう
に、クロック周波数（φ）と内蔵のコンデンサにより抵
抗を模擬する手法にもとづくフィルタであることは、良
く知られているところである。したがって、クロック周
波数を変化させることにより、中心周波数を変化させる
ことが可能である。そして、クロック周波数と中心周波
数との比がｍ１の場合、分周器８６３の分周率をｍ１と
すると、図７のＰＬＬ８６２の出力は入力のｍ１倍の周
波数となる。そこで、この出力をＢＰＦ８１２，８１３
のクロックとして入力することにより、ＢＰＦ８１２，
８１３の周波数を第１，第２の振動モード周波数と等し
くすることができる。
スイッチドキャパシタフィルタにより構成する。このス
イッチドキャパシタフィルタの原理は図８に示すよう
に、クロック周波数（φ）と内蔵のコンデンサにより抵
抗を模擬する手法にもとづくフィルタであることは、良
く知られているところである。したがって、クロック周
波数を変化させることにより、中心周波数を変化させる
ことが可能である。そして、クロック周波数と中心周波
数との比がｍ１の場合、分周器８６３の分周率をｍ１と
すると、図７のＰＬＬ８６２の出力は入力のｍ１倍の周
波数となる。そこで、この出力をＢＰＦ８１２，８１３
のクロックとして入力することにより、ＢＰＦ８１２，
８１３の周波数を第１，第２の振動モード周波数と等し
くすることができる。
【００５２】図９は測定管２の第１の振動モード共振周
波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励振
とを重畳させた励振を行なう駆動回路８、および周波数
比演算部９１の例を示すブロック図である。なお、駆動
回路８は図４に示すものに対し、コンパレータ８６１，
ＰＬＬ８６２，分周器８６３，８６４、ＬＰＦ（低域フ
ィルタ）８６７およびアンプ８６８を付加して構成され
る。また、周波数比演算部９１の符号９１１はアナログ
／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、９１２はディスクリー
トフーリエ変換演算器（ＤＦＴ演算器）、９１３はマイ
クロプロセッサユニット（ＭＰＵ）、９１４はＰＬＬ、
９１５は分周器である。
波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励振
とを重畳させた励振を行なう駆動回路８、および周波数
比演算部９１の例を示すブロック図である。なお、駆動
回路８は図４に示すものに対し、コンパレータ８６１，
ＰＬＬ８６２，分周器８６３，８６４、ＬＰＦ（低域フ
ィルタ）８６７およびアンプ８６８を付加して構成され
る。また、周波数比演算部９１の符号９１１はアナログ
／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、９１２はディスクリー
トフーリエ変換演算器（ＤＦＴ演算器）、９１３はマイ
クロプロセッサユニット（ＭＰＵ）、９１４はＰＬＬ、
９１５は分周器である。
【００５３】この実施例では、第２の振動モード共振周
波数付近の励振を、第２の振動モード共振周波数を含む
周波数範囲において時間的に掃引して行なっている。ま
ず、センサ６ａの出力がアンプ８１１に送られる。この
例では、センサ６ａが第１振動検出器と第２振動検出器
を兼ねている。アンプ８１１の役目は前述と同様であ
り、その出力はＢＰＦ８１２と周波数比演算部９１に与
えられる。
波数付近の励振を、第２の振動モード共振周波数を含む
周波数範囲において時間的に掃引して行なっている。ま
ず、センサ６ａの出力がアンプ８１１に送られる。この
例では、センサ６ａが第１振動検出器と第２振動検出器
を兼ねている。アンプ８１１の役目は前述と同様であ
り、その出力はＢＰＦ８１２と周波数比演算部９１に与
えられる。
【００５４】ＢＰＦ８１２の働きは上述と同様で、第２
の振動モード周波数付近の信号を除去し、第１の振動モ
ード周波数の信号のみを出力する。この出力は、コンパ
レータ８６１，第１の振動モード発振回路８２に送られ
る。この第１の振動モード発振回路８２の働きは図４の
場合と同じで、測定管２を第１の振動モードで安定して
発振させるものである。
の振動モード周波数付近の信号を除去し、第１の振動モ
ード周波数の信号のみを出力する。この出力は、コンパ
レータ８６１，第１の振動モード発振回路８２に送られ
る。この第１の振動モード発振回路８２の働きは図４の
場合と同じで、測定管２を第１の振動モードで安定して
発振させるものである。
【００５５】コンパレータ８６１では、入力される第１
の振動モード周波数の信号（正弦波）を同一周波数の方
形波に変換し、ＰＬＬ８６２に出力する。ＰＬＬ８６２
は分周器８６３とともに周波数逓倍回路を形成してお
り、分周器８６３の分周率がｍ１のとき、出力はｍ１倍
の周波数となる。分周器８６３の分周率ｍ１は、周波数
比演算部９１内のＭＰＵ９１３により設定できるように
なっている。
の振動モード周波数の信号（正弦波）を同一周波数の方
形波に変換し、ＰＬＬ８６２に出力する。ＰＬＬ８６２
は分周器８６３とともに周波数逓倍回路を形成してお
り、分周器８６３の分周率がｍ１のとき、出力はｍ１倍
の周波数となる。分周器８６３の分周率ｍ１は、周波数
比演算部９１内のＭＰＵ９１３により設定できるように
なっている。
【００５６】周波数がｍ１倍された信号は、さらに分周
器８６４で周波数を１／ｍ２倍される。分周器８６４の
出力は一般に方形波なので、ＬＰＦ８６７で高調波を取
り去り、基本周波数の正弦波に変換する。さらに、アン
プ８６８にて増幅，インピーダンス変換され、第２の振
動モードの励振信号として、加算器８４に入力される。
加算器８４や電流ブースター８５の働きは図４の場合と
同様である。
器８６４で周波数を１／ｍ２倍される。分周器８６４の
出力は一般に方形波なので、ＬＰＦ８６７で高調波を取
り去り、基本周波数の正弦波に変換する。さらに、アン
プ８６８にて増幅，インピーダンス変換され、第２の振
動モードの励振信号として、加算器８４に入力される。
加算器８４や電流ブースター８５の働きは図４の場合と
同様である。
【００５７】いま、第１の振動モード周波数をｆ１とす
ると、第２の振動モードの励振信号周波数ｆ２は、ｆ１
＊ｍ１／ｍ２ となる。ここで、ＭＰＵ９１３によりｍ
１を時間的に掃引すれば、ｆ２が時間的に掃引される。
ｆ２の掃引範囲は、第２の振動モードの共振周波数を含
むよう十分広く、かつ、他の振動モードの共振周波数を
含まぬよう、また、掃引に要する時間が長くなりすぎな
いように設定する。掃引の周波数分解能は、ｆ１＊１／
ｍ２となる。このように、第２の振動モードの励振周波
数の時間的な掃引が行なわれる。
ると、第２の振動モードの励振信号周波数ｆ２は、ｆ１
＊ｍ１／ｍ２ となる。ここで、ＭＰＵ９１３によりｍ
１を時間的に掃引すれば、ｆ２が時間的に掃引される。
ｆ２の掃引範囲は、第２の振動モードの共振周波数を含
むよう十分広く、かつ、他の振動モードの共振周波数を
含まぬよう、また、掃引に要する時間が長くなりすぎな
いように設定する。掃引の周波数分解能は、ｆ１＊１／
ｍ２となる。このように、第２の振動モードの励振周波
数の時間的な掃引が行なわれる。
【００５８】次に、周波数比演算部９１について説明す
る。周波数比演算部９１には、アンプ８１１で増幅，イ
ンピーダンス変換されたセンサ６ａからの出力と、第２
の振動モードの励振信号周波数ｆ２である分周器８６４
からの出力が入力される。周波数ｆ２である分周器８６
４からの出力は、ＰＬＬ９１４と分周器９１５からなる
周波数逓倍回路に入力され、周波数をｎ倍される。
る。周波数比演算部９１には、アンプ８１１で増幅，イ
ンピーダンス変換されたセンサ６ａからの出力と、第２
の振動モードの励振信号周波数ｆ２である分周器８６４
からの出力が入力される。周波数ｆ２である分周器８６
４からの出力は、ＰＬＬ９１４と分周器９１５からなる
周波数逓倍回路に入力され、周波数をｎ倍される。
【００５９】Ａ／Ｄ変換器９１１では、このｎ倍の周波
数ｎ・ｆ２をサンプリング・クロックとして、アンプ８
１１からの出力をディジタル値に変換し、ＤＦＴ演算部
９１２に送る。ＤＦＴ演算部９１２では、サンプリング
周波数の１／ｎの周波数成分の、信号振幅を求めるよう
に設定されている。したがって、第２の振動モードの励
振信号の周波数ｆ２と同じ周波数の信号成分の振幅が、
求められる。求められた信号振幅値は、ＭＰＵ９１３に
与えられる。
数ｎ・ｆ２をサンプリング・クロックとして、アンプ８
１１からの出力をディジタル値に変換し、ＤＦＴ演算部
９１２に送る。ＤＦＴ演算部９１２では、サンプリング
周波数の１／ｎの周波数成分の、信号振幅を求めるよう
に設定されている。したがって、第２の振動モードの励
振信号の周波数ｆ２と同じ周波数の信号成分の振幅が、
求められる。求められた信号振幅値は、ＭＰＵ９１３に
与えられる。
【００６０】ＭＰＵ９１３に送られる信号振幅は、ｆ２
の掃引範囲が第２の振動モードの共振周波数を含み、か
つ、他の振動モードの共振周波数を含まぬよう設定され
ているので、ｆ２が第２の振動モードの共振周波数に１
番近いときに最大となる。したがって、ＭＰＵ９１３は
ｆ２の掃引範囲でＤＦＴ演算部９１２の出力が最大とな
るときのｍ１の値を検出し、ｍ１／ｍ２の演算をするこ
とで、周波数比ｆ２／ｆ１を求めることができる。この
とき、周波数比の分解能１／ｍ２は周波数比により補正
を行なうのに十分な値に設定する必要がある。
の掃引範囲が第２の振動モードの共振周波数を含み、か
つ、他の振動モードの共振周波数を含まぬよう設定され
ているので、ｆ２が第２の振動モードの共振周波数に１
番近いときに最大となる。したがって、ＭＰＵ９１３は
ｆ２の掃引範囲でＤＦＴ演算部９１２の出力が最大とな
るときのｍ１の値を検出し、ｍ１／ｍ２の演算をするこ
とで、周波数比ｆ２／ｆ１を求めることができる。この
とき、周波数比の分解能１／ｍ２は周波数比により補正
を行なうのに十分な値に設定する必要がある。
【００６１】図６は、さらに図１０のように変形するこ
とができる。これも、測定管２の第１の振動モード共振
周波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励
振とを重畳させた励振を行なう駆動回路８の例であり、
ここでは、第２の振動モード共振周波数付近の励振を、
単一の第２の振動モード共振周波数で行なっており、図
６に示すものに対しリセット信号発生回路８８，８９を
付加した点、およびＢＰＦ制御回路８６，８７の出力を
図１の周波数比較部９１へ導入するようにした点が特徴
である。また、ＢＰＦ制御回路８６，８７は図７と同じ
であるが、ここで用いるＰＬＬ回路８６２を、例えば図
１１の如く、位相比較器８６５，ループフィルタ８６６
およびＶＣＯ（ボルテージ・コントロールド・オッシレ
ータ：電圧制御発振器）８６７等より構成する。
とができる。これも、測定管２の第１の振動モード共振
周波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励
振とを重畳させた励振を行なう駆動回路８の例であり、
ここでは、第２の振動モード共振周波数付近の励振を、
単一の第２の振動モード共振周波数で行なっており、図
６に示すものに対しリセット信号発生回路８８，８９を
付加した点、およびＢＰＦ制御回路８６，８７の出力を
図１の周波数比較部９１へ導入するようにした点が特徴
である。また、ＢＰＦ制御回路８６，８７は図７と同じ
であるが、ここで用いるＰＬＬ回路８６２を、例えば図
１１の如く、位相比較器８６５，ループフィルタ８６６
およびＶＣＯ（ボルテージ・コントロールド・オッシレ
ータ：電圧制御発振器）８６７等より構成する。
【００６２】すなわち、位相比較器８６５からの交流成
分を持つ出力をループフィルタ８６６により積分し、直
流電圧に変換する。ＶＣＯ８６７は直流電圧に比例する
周波数で発振するので、位相比較器８６５の入力信号と
分周器８６３の出力信号の位相差が一定になるように、
ＶＣＯ８６７を制御する。ここで、ループフィルタ８６
６をコンデンサ８６８，スイッチ（ＳＷ）８６９などか
ら構成し、ＳＷ８６９をオンにしてコンデンサ８６８に
蓄積された電荷を放電させることにより、ＶＣＯ８６７
は任意に設定された最小周波数から最大周波数まで、自
然掃引を行なうことになる。
分を持つ出力をループフィルタ８６６により積分し、直
流電圧に変換する。ＶＣＯ８６７は直流電圧に比例する
周波数で発振するので、位相比較器８６５の入力信号と
分周器８６３の出力信号の位相差が一定になるように、
ＶＣＯ８６７を制御する。ここで、ループフィルタ８６
６をコンデンサ８６８，スイッチ（ＳＷ）８６９などか
ら構成し、ＳＷ８６９をオンにしてコンデンサ８６８に
蓄積された電荷を放電させることにより、ＶＣＯ８６７
は任意に設定された最小周波数から最大周波数まで、自
然掃引を行なうことになる。
【００６３】上記ＳＷ８６９を制御するのがリセット信
号発生回路８８，８９である。すなわち、リセット信号
発生回路８８，８９により振動モード周波数を測定し、
それが最大周波数になったらＳＷ８６９をオンするよう
な信号を発生するよう構成しておけば、発振停止等によ
りＰＬＬ８６２の発振周波数が最大周波数になった場合
に、発振が復帰するまでＰＬＬ８６２を掃引できること
になる。なお、リセット信号発生回路８８，８９は、例
えばマイクロコンピュータ等のコンピュータにより簡単
に実現することができる。
号発生回路８８，８９である。すなわち、リセット信号
発生回路８８，８９により振動モード周波数を測定し、
それが最大周波数になったらＳＷ８６９をオンするよう
な信号を発生するよう構成しておけば、発振停止等によ
りＰＬＬ８６２の発振周波数が最大周波数になった場合
に、発振が復帰するまでＰＬＬ８６２を掃引できること
になる。なお、リセット信号発生回路８８，８９は、例
えばマイクロコンピュータ等のコンピュータにより簡単
に実現することができる。
【００６４】図１２にＢＰＦの中心周波数を最小周波数
から強制的に掃引する場合の、ＢＰＦ制御回路８６，８
７の構成例を示す。これは、図７に示すものと同じくコ
ンパレータ８６１，ＰＬＬ８６２および分周器８６３等
から構成するが、分周器８６３に図１の周波数比演算部
９１からの制御信号を導入するようにした点で、図７と
異なっている。すなわち、分周器８６３には周波数比演
算部９１の制御信号により分周比が設定されるようにな
っており、この分周比を変えることによりＢＰＦの中心
周波数を最小周波数から最大周波数まで強制的に掃引を
行なう。なお、強制掃引を行なっている間は、ＢＰＦの
出力を周波数比演算部９１により監視し、その出力が或
る設定レベル以上の場合には強制掃引を停止させ、自己
トラッキングに切り換えるようにする。
から強制的に掃引する場合の、ＢＰＦ制御回路８６，８
７の構成例を示す。これは、図７に示すものと同じくコ
ンパレータ８６１，ＰＬＬ８６２および分周器８６３等
から構成するが、分周器８６３に図１の周波数比演算部
９１からの制御信号を導入するようにした点で、図７と
異なっている。すなわち、分周器８６３には周波数比演
算部９１の制御信号により分周比が設定されるようにな
っており、この分周比を変えることによりＢＰＦの中心
周波数を最小周波数から最大周波数まで強制的に掃引を
行なう。なお、強制掃引を行なっている間は、ＢＰＦの
出力を周波数比演算部９１により監視し、その出力が或
る設定レベル以上の場合には強制掃引を停止させ、自己
トラッキングに切り換えるようにする。
【００６５】
【発明の効果】この発明によれば、測定管の横振動の第
１の振動モード共振周波数と第２の振動モード共振周波
数との比を求め、測定管に作用する軸力変化にともなう
感度変化の補正を、温度補正に加えて行なうとともに、
第２振動検出器を第２の振動モードの腹付近または第１
の振動モードの節付近に取り付けるようにしたので、検
出部の構成を特に複雑化せず、かつ振動型測定器の安定
性を損なうこともなく、さらには過渡的な温度変化時に
も正確な測定が可能になるだけでなく、第２の振動モー
ドの検出感度を高めることができるなどの利点がもたら
される。その際、第２振動検出器を第１振動検出器にて
兼用すれば、構造が簡単になる。
１の振動モード共振周波数と第２の振動モード共振周波
数との比を求め、測定管に作用する軸力変化にともなう
感度変化の補正を、温度補正に加えて行なうとともに、
第２振動検出器を第２の振動モードの腹付近または第１
の振動モードの節付近に取り付けるようにしたので、検
出部の構成を特に複雑化せず、かつ振動型測定器の安定
性を損なうこともなく、さらには過渡的な温度変化時に
も正確な測定が可能になるだけでなく、第２の振動モー
ドの検出感度を高めることができるなどの利点がもたら
される。その際、第２振動検出器を第１振動検出器にて
兼用すれば、構造が簡単になる。
【００６６】また、第１振動検出器を第２の振動モード
の節付近に取り付けることにより、第２の振動モードの
第１の振動モード計測に及ぼす影響を小さくすることが
できる。第１振動検出器および第２振動検出器を、測定
管の軸方向の中心に対して対称に取り付けること、さら
には、第１振動検出器または第２振動検出器が単数のと
きは、測定管の長さ方向の中心に対して対称な位置にバ
ランス・ウエイトを取り付けることなどにより、測定管
の振動を長さ方向の中心に対して左右で対称に保つこと
が可能となる。加えて、測定管の第１の振動モード共振
周波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励
振とを重畳させた励振を行なうと、安定に第２の振動モ
ード共振周波数の測定を行なうことができる。このと
き、第１，第２の振動モードの周波数付近での励振周波
数に対応して、中心周波数が変化する通過帯域フィルタ
（ＢＰＦ）を用いているが、外的要因等により、このフ
ィルタの中心周波数が検出部の励振周波数からずれるこ
とで発振が停止しても、第１，第２励振信号の周波数を
監視して、ＢＰＦ制御回路によりＢＰＦの中心周波数を
自然掃引または強制掃引させることにより、発振を復帰
させるようにしたので、継続的に安定して第１，第２の
振動モードの共振周波数の測定が可能となる。
の節付近に取り付けることにより、第２の振動モードの
第１の振動モード計測に及ぼす影響を小さくすることが
できる。第１振動検出器および第２振動検出器を、測定
管の軸方向の中心に対して対称に取り付けること、さら
には、第１振動検出器または第２振動検出器が単数のと
きは、測定管の長さ方向の中心に対して対称な位置にバ
ランス・ウエイトを取り付けることなどにより、測定管
の振動を長さ方向の中心に対して左右で対称に保つこと
が可能となる。加えて、測定管の第１の振動モード共振
周波数の励振と、第２の振動モード共振周波数付近の励
振とを重畳させた励振を行なうと、安定に第２の振動モ
ード共振周波数の測定を行なうことができる。このと
き、第１，第２の振動モードの周波数付近での励振周波
数に対応して、中心周波数が変化する通過帯域フィルタ
（ＢＰＦ）を用いているが、外的要因等により、このフ
ィルタの中心周波数が検出部の励振周波数からずれるこ
とで発振が停止しても、第１，第２励振信号の周波数を
監視して、ＢＰＦ制御回路によりＢＰＦの中心周波数を
自然掃引または強制掃引させることにより、発振を復帰
させるようにしたので、継続的に安定して第１，第２の
振動モードの共振周波数の測定が可能となる。
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】検出部の構成と測定管のたわみ形状との関係を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図３】この発明の他の実施の形態説明図である。
【図４】駆動回路の具体例を示すブロック図である。
【図５】振動モード発振回路の具体例を示すブロック図
である。
である。
【図６】図４に示す駆動回路の変形例を示すブロック図
である。
である。
【図７】ＢＰＦ制御回路の具体例を示すブロック図であ
る。
る。
【図８】スイッチドキャパシタフィルタの原理説明図で
ある。
ある。
【図９】駆動回路，周波数比演算部の具体例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図１０】図６の変形例を示すブロック図である。
【図１１】ＢＰＦ制御回路で用いられるＰＬＬ回路の具
体例を示すブロック図である。
体例を示すブロック図である。
【図１２】ＢＰＦ制御回路の変形例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図１３】測定管の軸力と共振周波数比との関係例を説
明するための特性図である。
明するための特性図である。
【図１４】従来例を示す構成図である。
【図１５】流体に作用する加速度を説明するための説明
図である。
図である。
【図１６】測定管に作用する流体反力の影響を説明する
ための説明図である。
ための説明図である。
１…検出部、２…測定管、３ａ，３ｂ…固定材、４ａ，
４ｂ…支持部、５…振動発生器（ドライバ）、６ａ，６
ｂ，６ｄ…速度検出センサ、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…
アダプタ、８…駆動回路、９…信号処理回路、１０…温
度センサ、１１…バランス・ウエイト、８２…第１の振
動モード発振回路、８３…第２の振動モード発振回路、
８４…加算器、８５…電流ブースター、８６，８７…Ｂ
ＰＦ制御回路、８８，８９…リセット信号発生回路、９
１…周波数比演算部、９２…位相差演算部、９３…温度
演算部、９４…補正演算部、８１１，８１６，８２１，
８６８…アンプ、８１２，８１３…ＢＰＦ、８２２…検
波回路、８２３…比較増幅器、８２４…位相調整回路、
８６１…コンパレータ、８６２，９１４…ＰＬＬ、８６
３，８６４，９１５…分周器、８６５…位相比較器、８
６６…ループフィルタ、８６７…ＶＣＯ、８６８…コン
デンサ、８６９…スイッチ（ＳＷ）、９１１…Ａ／Ｄ変
換器、９１２…ＤＦＴ演算器、９１３…ＭＰＵ。
４ｂ…支持部、５…振動発生器（ドライバ）、６ａ，６
ｂ，６ｄ…速度検出センサ、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…
アダプタ、８…駆動回路、９…信号処理回路、１０…温
度センサ、１１…バランス・ウエイト、８２…第１の振
動モード発振回路、８３…第２の振動モード発振回路、
８４…加算器、８５…電流ブースター、８６，８７…Ｂ
ＰＦ制御回路、８８，８９…リセット信号発生回路、９
１…周波数比演算部、９２…位相差演算部、９３…温度
演算部、９４…補正演算部、８１１，８１６，８２１，
８６８…アンプ、８１２，８１３…ＢＰＦ、８２２…検
波回路、８２３…比較増幅器、８２４…位相調整回路、
８６１…コンパレータ、８６２，９１４…ＰＬＬ、８６
３，８６４，９１５…分周器、８６５…位相比較器、８
６６…ループフィルタ、８６７…ＶＣＯ、８６８…コン
デンサ、８６９…スイッチ（ＳＷ）、９１１…Ａ／Ｄ変
換器、９１２…ＤＦＴ演算器、９１３…ＭＰＵ。
Claims (13)
- 【請求項１】 加振される少なくとも１本の直管状測定
管内を流れる流体の質量流量または密度の少なくとも一
方を測定するとともに、前記測定管の第１の振動モード
の共振周波数と第２の振動モードの共振周波数との比を
求め、これらの共振周波数比にもとづき測定値の補正を
行なう振動型測定器であって、 前記質量流量により測定管に発生するたわみ振動、また
は測定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこ
れらの双方を検出する単数または複数の第１振動検出器
と、測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する
単数または複数の第２振動検出器とを備え、この第２振
動検出器の設置位置を第２の振動モードの腹付近とする
ことを特徴とする振動型測定器。 - 【請求項２】 加振される少なくとも１本の直管状測定
管内を流れる流体の質量流量または密度の少なくとも一
方を測定するとともに、前記測定管の第１の振動モード
の共振周波数と第２の振動モードの共振周波数との比を
求め、これらの共振周波数比にもとづき測定値の補正を
行なう振動型測定器であって、 前記質量流量により測定管に発生するたわみ振動、また
は測定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこ
れらの双方を検出する単数または複数の第１振動検出器
と、測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する
単数または複数の第２振動検出器とを備え、この第２振
動検出器の設置位置を第１の振動モードの節付近とする
ことを特徴とする振動型測定器。 - 【請求項３】 加振される少なくとも１本の直管状測定
管内を流れる流体の質量流量または密度の少なくとも一
方を測定するとともに、前記測定管の第１の振動モード
の共振周波数と第２の振動モードの共振周波数との比を
求め、これらの共振周波数比にもとづき測定値の補正を
行なう振動型測定器であって、 前記質量流量により測定管に発生するたわみ振動、また
は測定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこ
れらの双方を検出する単数または複数の第１振動検出器
と、測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する
単数または複数の第２振動検出器とを備え、前記第１振
動検出器の設置位置を第２の振動モードの節付近とする
ことを特徴とする振動型測定器。 - 【請求項４】 加振される少なくとも１本の直管状測定
管内を流れる流体の質量流量または密度の少なくとも一
方を測定するとともに、前記測定管の第１の振動モード
の共振周波数と第２の振動モードの共振周波数との比を
求め、これらの共振周波数比にもとづき測定値の補正を
行なう振動型測定器であって、 前記質量流量により測定管に発生するたわみ振動、また
は測定管の第１の振動モードの共振周波数、若しくはこ
れらの双方を検出する単数または複数の第１振動検出
器、測定管の第２の振動モードの共振周波数を検出する
単数または複数の第２振動検出器のいずれか一方の種別
の振動検出器を設け、これにより他方の種別の振動検出
器を兼用することを特徴とする振動型測定器。 - 【請求項５】 前記いずれか一方の種別の振動検出器の
設置位置を第２の振動モードの腹の付近とすることを特
徴とする請求項４に記載の振動型測定器。 - 【請求項６】 前記第１振動検出器または第２振動検出
器の個数が複数のときは、それぞれ前記測定管の長さ方
向の中心に対して対称の位置に取り付けることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載の振動型測定
器。 - 【請求項７】 前記第１振動検出器または第２振動検出
器の個数が単数のときは、第１振動検出器または第２振
動検出器に対し、前記測定管の長さ方向の中心に対して
対称の位置に、第１振動検出器または第２振動検出器と
ほぼ同一質量のバランス・ウエイトを取り付けることを
特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の振動型
測定器。 - 【請求項８】 加振される少なくとも１本の直管状測定
管内を流れる流体の質量流量または密度の少なくとも一
方を測定するとともに、前記測定管の第１の振動モード
の共振周波数と第２の振動モードの共振周波数との比を
求め、これらの共振周波数比にもとづき測定値の補正を
行なう振動型測定器であって、 前記測定管を、その第１の振動モード周波数による励振
と、第２の振動モード周波数付近の励振とを重畳して励
振することを特徴とする振動型測定器。 - 【請求項９】 前記第２の振動モード周波数付近での励
振周波数に対応して、その中心周波数の制御が可能な帯
域通過フィルタを含むことを特徴とする請求項８に記載
の振動型測定器。 - 【請求項１０】 前記帯域通過フィルタがスイッチドキ
ャパシタフィルタであることを特徴とする請求項９に記
載の振動型測定器。 - 【請求項１１】 前記第２の振動モード周波数付近の励
振が、第２の振動モード周波数を含む周波数の範囲で時
間的に掃引されることを特徴とする請求項８に記載の振
動型測定器。 - 【請求項１２】 前記第１，第２励振信号の少なくとも
一方の周波数を監視し、これが予め定められた前記第
１，第２励振信号の最大周波数を逸脱した場合は、前記
帯域通過フィルタの中心周波数を強制的に予め定められ
た初期周波数に設定することを特徴とする請求項９に記
載の振動型測定器。 - 【請求項１３】 前記第１，第２励振信号の少なくとも
一方の周波数を監視し、これが予め定められた前記第
１，第２励振信号の最大周波数を逸脱した場合は、前記
帯域通過フィルタの中心周波数を強制的に最小周波数か
ら掃引することを特徴とする請求項９に記載の振動型測
定器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333837A JP3058074B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-12-22 | 振動型測定器 |
| DE19634663A DE19634663B4 (de) | 1995-08-29 | 1996-08-28 | Schwingungs-Meßgerät |
| AU64345/96A AU717965B2 (en) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | Vibration type measuring instrument |
| US08/705,343 US5831178A (en) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | Vibration type measuring instrument |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-220128 | 1995-08-29 | ||
| JP22012895 | 1995-08-29 | ||
| JP7333837A JP3058074B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-12-22 | 振動型測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09126851A true JPH09126851A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3058074B2 JP3058074B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=26523552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7333837A Expired - Fee Related JP3058074B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-12-22 | 振動型測定器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3058074B2 (ja) |
| AU (1) | AU717965B2 (ja) |
| DE (1) | DE19634663B4 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6895826B1 (en) | 1998-05-29 | 2005-05-24 | Oval Corporation | Coriolis mass flowmeter |
| JPWO2005111563A1 (ja) * | 2004-05-14 | 2008-03-27 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 位相同期回路を用いた高感度力・質量検出方法および装置 |
| JP2008536111A (ja) * | 2005-03-29 | 2008-09-04 | マイクロ・モーション・インコーポレーテッド | コリオリ流量計、及び、流れ特性を決定するための方法 |
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