JPH0953969A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は被測流体に混入した気泡が一方のセ
ンサチューブに多く流入して計測精度が低下するといっ
た課題を解決するものである。 【解決手段】 質量流量計１は、加振器ユニット１９に
より振動するセンサチューブ７，８に流体を通過させ、
ピックアップユニット２０，２１により流量に応じたセ
ンサチューブ７，８の流入側と流出側との変位を検出す
る。流入側マニホールド６の流路６ｄには、気泡細分化
手段としての羽根車２７が回転自在に設けられている。
被測流体中の気泡は、流量に応じて回転する羽根車２７
の羽根２７ｂの剪断力により拡散されて小さな気泡に細
分化される。このように細分化された気泡は、均一な分
布量となるように流出口６ｂ，６ｃへ分流され、センサ
チューブ７，８を通過する気泡の混入量が均一になる。
その結果、一対のセンサチューブ７，８の質量が均一と
なり、流量計測精度を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動式測定装置に係
り、特に一対のセンサチューブに流れる被測流体に混入
した気泡が均等に分散されるよう構成した振動式測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測流体が流れる管路を振動させて流体
の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリ
オリ式質量流量計又は振動式密度計がある。このコリオ
リ式質量流量計では、振動するセンサチューブの流入側
と流出側との流量に比例した変位をピックアップにより
検出し、その位相差から質量流量を求めようになってい
る。

【０００３】また、振動式密度計では、センサチューブ
の固有振動数より流体の密度を測定するようになってい
る。このコリオリ式質量流量計と振動式密度計は、同一
構成であるので、以下コリオリ式質量流量計について説
明することにする。この種の従来の質量流量計の一例と
しては、特開昭６３−３０７２１号公報により開示され
た流量計がある。この公報の質量流量計は、被測流体が
通過する際の圧力損失を低減するため直線状に延在する
一対のセンサチューブを加振器により半径方向に振動さ
せ、流量に比例したコリオリ力による一対のセンサチュ
ーブの相対変位をピックアップにより検出するよう構成
されている。

【０００４】そして、一対のセンサチューブは互いに平
行に延在するように両端をマニホールドの取付孔に嵌合
させてろう付け等により固定され、且つマニホールドの
近傍で支持板に支持される。そのため、被測流体は流入
側マニホールドで一対のセンサチューブに分流され、セ
ンサチューブを通過した後流出側マニホールドで合流し
て下流へ流れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように一対のセンサチューブの相対変位をピックアップ
により検出する構成とされた振動式測定装置では、一対
のセンサチューブが同じ条件で振動することにより相対
変位が変動せず、外部振動の影響が少ないといった利点
がある反面、被測流体に気泡が混入していた場合に様々
な大きさの気泡が一対のセンサチューブを流れることに
なり、一方のセンサチューブに大きい気泡が流れ、他方
のセンサチューブに小さい気泡が流れた場合には、一対
のセンサチューブを流れる被測流体の流量が均等でなく
なる。

【０００６】このように、従来の振動式測定装置は、一
方のセンサチューブに多くの気泡が流入することがある
ため、一対のセンサチューブの質量が不均一になり、こ
れにより一対のセンサチューブの流入側と流出側で生ず
るコリオリ力が流量に比例しなくなって計測精度が低下
するといった問題がある。

【０００７】そこで、本発明は上記問題を解決した振動
式測定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
の発明は、被測流体が流れる一対のセンサチューブをハ
ウジング内に収納し、加振器により加振された該一対の
センサチューブの相対変位をピックアップにより検出す
る振動式測定装置において、前記一対のセンサチューブ
に流入する被測流体に混入した気泡を細分化する気泡細
分化手段を前記ハウジング内に設けたことを特徴とする
ものである。

【０００９】従って、請求項１によれば、ハウジング内
に設けられた気泡細分化手段が被測流体に混入した気泡
を細分化して小さな気泡が一対のセンサチューブに流入
することになり、一対のセンサチューブに流入する気泡
の流入量を均一化することができる。

【００１０】また、請求項２の発明は、前記気泡細分化
手段が、被測流体の流れにより回転しながら前記気泡を
剪断して細分化する回転体であることを特徴とするもの
である。従って、請求項１によれば、ハウジング内に設
けられた回転体が被測流体の流れにより回転して被測流
体に混入した気泡を剪断して細分化するため、小さな気
泡となって一対のセンサチューブに流入することにな
り、一対のセンサチューブに流入する気泡の流入量を均
一化することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例について説明する。尚、図１は振動式測定装置として
のコリオリ式質量流量計を示す縦断面図である。質量流
量計１は密閉されたハウジング２内に被測流体が通過す
る管路３を挿通してなる。管路３は、軸方向に変位可能
なベローズ４Ａ，４Ｂと、流入管５と、流入側マニホー
ルド６と、一対のセンサチューブ７，８と、流出側マニ
ホールド９と、流出管１０とより構成されている。

【００１２】一対のセンサチューブ７，８は流体の流れ
方向（Ｘ方向）に直線状に延在するステンレス製の直管
よりなり、上記流入側マニホールド６と流出側マニホー
ルド９との間で平行に設けられている。また、センサチ
ューブ７，８の両端近傍には、センサチューブ７，８が
貫通して固定されるサポート板１１，１２が横架されて
いる。従って、センサチューブ７，８は、サポート板１
１，１２により平行となるように支持されており、計測
時にはサポート板１１，１２を支点として振動すること
になる。

【００１３】ハウジング２は円筒状のハウジング本体１
３の両端開口を蓋部材１４，１５により閉蓋した密閉構
造になっており、ハウジング２内の収納室１６に挿入さ
れた上記管路３表面に結露が発生することが防止され
る。さらに、密閉された収納室１６には、乾燥した保護
気体（例えば、アルゴンガス等）が所定圧力に充填され
ている。

【００１４】上記流入管５は、流入側端部に上流側配管
（図示せず）に連結されるフランジ５ａを有し、流入管
５の他端はハウジング２の蓋部材１４を貫通してハウジ
ング２の内部に延出している。流入側マニホールド６
は、上流側がベローズ４Ａに接続固定され、下流側がセ
ンサチューブ７，８の上流側端部に接続固定されてい
る。

【００１５】流出側マニホールド９は、上流側がセンサ
チューブ７，８の下流側端部に接続され、下流側がベロ
ーズ４Ｂの上流側端部に接続されている。流出管１０
は、上流側端部が流出側マニホールド９に接続固定さ
れ、下流側端部がハウジング２の蓋部材１５を貫通して
下流側（Ｘ方向）へ突出している。尚、流出管１０の下
流側端部には下流側配管（図示せず）に連結されるフラ
ンジ１０ａが設けられている。

【００１６】上流側のベローズ４Ａは、軸方向に伸縮自
在な構造でセンサチューブ７，８が熱膨張あるいは収縮
した場合、センサチューブ７，８の長手方向の伸縮のみ
を吸収する。そのため、ハウジング２の蓋部材１４と流
入側マニホールド６との間には、流入側マニホールド６
が振動しないように保持する防振機構１７が設けられて
いる。

【００１７】この防振機構１７は、一端が蓋部材１４に
固定され他端がハウジング２内に延在する複数の支柱１
７ａと、複数の支柱１７ａの他端間に横架されて流入側
マニホールド６に結合された金属ダイヤフラム１７ｂと
よりなる。従って、流入側マニホールド６は、防振機構
１７により軸方向に移動可能に支持されるとともに、横
方向への移動を規制される。

【００１８】また、下流側のベローズ４Ｂも上記上流側
のベローズ４Ａと同様に伸縮自在な構造でセンサチュー
ブ７，８が熱膨張あるいは収縮した場合、センサチュー
ブ７，８の長手方向の伸縮を吸収する。そのため、ハウ
ジング２の側壁２ｃと流出側マニホールド９との間に
は、流入側マニホールド９が振動しないように保持する
防振機構１８が設けられている。

【００１９】この防振機構１８は、上記防振機構１７と
同様に一端が蓋部材１５に固定され他端がハウジング２
内に延在する複数の支柱１８ａと、複数の支柱１８ａの
他端間に横架されて流出側マニホールド９に結合された
金属ダイヤフラム１８ｂとよりなる。従って、流出側マ
ニホールド９は、防振機構１８により軸方向に移動可能
に支持されるとともに、横方向への移動を規制される。

【００２０】１９は加振器ユニットで、励振信号が入力
される励振コイル１９ａと磁石１９ｂとを対向させた実
質電磁ソレノイドと同様な加振器を有する構成であり、
一対のセンサチューブ７，８の略中間部間に設けられて
いる。２０は上流側ピックアップユニットで、センサチ
ューブ７，８の振幅に応じた検出信号を出力するセンサ
コイル２０ａと磁石２０ｂとを対向させたピックアップ
を有する構成であり、上記加振器ユニット１９より上流
側に位置するように配設されている。

【００２１】２１は下流側ピックアップユニットで、セ
ンサチューブ７，８の振幅に応じた検出信号を出力する
センサコイル２１ａと磁石２１ｂとを対向させたピック
アップを有する構成であり、上記加振器ユニット１９よ
り下流側に位置するように配設されている。即ち、上記
各ピックアップユニット２０，２１は、夫々電磁ソレノ
イドと同様な構成であり、加振器ユニット１９により加
振されたセンサチューブ７，８の変位に応じたセンサコ
イル２０ａ，２１ａと磁石２０ｂ，２１ｂとの相対変位
により発生する電圧値を出力する。

【００２２】また、加振器ユニット１９，ピックアップ
ユニット２０，２１は、後述するように環状に形成され
たコイル１９ａ，２０ａ，２１ａと、コイル１９ａ，２
０ａ，２１ａ内に挿入された棒状の磁石１９ｂ，２０
ｂ，２１ｂとを有する構成であり、センサチューブ７，
８の振動によりコイル１９ａ，２０ａ，２１ａと磁石１
９ｂ，２０ｂ，２１ｂとの相対位置が変化するようにな
っている。そして、加振器ユニット１９，ピックアップ
ユニット２０，２１は、夫々センサチューブ７，８に固
定された支持板２３，２４に支持されている。

【００２３】流量計測時、上記構成になる質量流量計１
において、一対のセンサチューブ７，８は加振器１９に
より近接、離間する方向（Ｙ方向）に加振される。上流
側配管（図示せず）から供給された被測流体は流入管５
より上流側のベローズ４Ａを通ってマニホールド６に至
り、さらにマニホールド６の流路を通過して振動するセ
ンサチューブ７，８内に流入する。そして、センサチュ
ーブ７，８を通過した流体はマニホールド９の流路より
下流側のベローズ４Ｂを通って流出管１０より下流側配
管（図示せず）に流出する。

【００２４】このように、振動するセンサチューブ７，
８に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオ
リ力が発生する。そのため、直管状のセンサチューブ
７，８の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより
上流側のピックアップユニット２０の出力信号と下流側
のピックアップユニット２１の出力信号とでは位相差が
あらわれる。

【００２５】このように流入側と流出側との位相差が流
量に比例するため、流量計測制御回路（図示せず）は、
ピックアップユニット２０からの出力信号とピックアッ
プユニット２１からの出力信号の位相差に基づいて流量
を演算する。図２は流入側マニホールド６の内部を拡大
して示す縦断面図である。

【００２６】流入側マニホールド６の内部には、ベロー
ズ４Ａの端部が嵌合固定される流入口６ａと、センサチ
ューブ７，８の上流側端部が筒状のスリーブ２５，２６
を介して嵌合固定される流出口６ｂ，６ｃと、流入口６
ａと流出口６ｂ，６ｃとを連通する流路６ｄとが設けら
れている。

【００２７】流路６ｄは流出口６ｂ，６ｃ間に設けられ
た隔壁６ｅにより仕切られており、流入口６ａから流入
した被測流体は隔壁６ｅに沿って分流されて流出口６
ｂ，６ｃからセンサチューブ７，８に吐出される。２７
は気泡細分化手段としての羽根車（回転体）で、流入側
マニホールド６の流路６ｄで回転自在に取り付けられて
いる。この羽根車２７はハブ２７ａの外周に複数の羽根
２７ｂを有する。この複数の羽根２７ｂは、回転しなが
ら被測流体に混入した気泡を剪断して細分化するための
ものである。

【００２８】羽根車２７のハブ２７ａには、筒状の軸受
２８が挿通されており、軸受２８には軸２９が挿通され
ている。軸２９は流路６ｄの中央で流体の流れ方向に延
在するように軸承されている。従って、軸２９の上流側
端部は、流入口６ａに嵌合する軸受け部材３０に挿通さ
れて軸承され、軸２９の下流側端部は、隔壁６ｅの先端
に設けられた凹部３１に嵌合されて軸承されている。

【００２９】従って、羽根車２７は軸受２８により回転
抵抗が軽減されており、低負荷で回転することができ、
被測流体の損失をできるだけ小さく抑えるように軸承さ
れている。また、軸２９の上流側には、被測流体が流れ
る際の損失を軽減するため、円錐状のコーン３２が設け
られている。そして、軸２９の下流側には、軸受２８を
押さえるブッシュ３３が設けられている。

【００３０】また、上記軸２９は上流側端部に軸受け部
材３０に当接して軸方向の位置を規制する大径なストッ
パ部２９ａを有し、軸受け部材３０より上流側に突出す
る端部にはナット３４が螺合されている。そして、この
ナット３４が軸２９の上流側端部に螺合することによ
り、軸２９は軸受け部材３０に固定されると共に羽根車
２７が所定の取付位置に保持される。

【００３１】図３は上流側からみた羽根車２７の取り付
け状態を示す図である。上記軸受け部材３０は、流入側
マニホールド６の流入口６ａに嵌合するリング部３０ａ
と、軸２９が挿通される中央部３０ｂと、中央部３０ｂ
から半径方向に延在してリング部３０ａに接続された４
本の支柱３０ｃとからなる。そのため、被測流体は、各
支柱３０ｃ間に形成された通路３０ｄを通過して羽根車
２７に至る。

【００３２】また、羽根車２７は複数の羽根２７ｂが放
射状に突出し、各羽根２７ｂの先端が流路６ｄの内壁に
近接する位置まで延在している。各羽根２７ｂは被測流
体の流れ方向に対して所定角度傾斜しているため、被測
流体が各羽根２７ｂ間を通過するとき各羽根２７ｂに回
転力が付与される。そのため、羽根車２７は流路６ｄ内
を流れる被測流体の流量に応じた回転数で回転すること
ができる。

【００３３】このように流量に応じた回転数で回転する
羽根車２７が流入側マニホールド６の流路６ｄに設けら
れているので、被測流体に気泡が混入されている場合に
は、気泡が回転する羽根車２７の各羽根２７ｂ間を通過
することになる。そのため、被測流体中の気泡は、不規
則な大きさのまま流路６ｄに流入するが、回転する羽根
車２７の羽根２７ｂの剪断力により拡散されて小さな気
泡に細分化される。従って、気泡が混入された被測流体
の流量を計測する場合でも、羽根車２７の回転により細
分化された微小な気泡が隔壁６ｅに沿って分流されてセ
ンサチューブ７，８に流入する。

【００３４】このように細分化された気泡は、流入側マ
ニホールド６の流路６ｄ全体に拡散されるため、隔壁６
ｅにより均一な分布量となるように流出口６ｂ，６ｃへ
分流され、センサチューブ７，８を通過する気泡の混入
量が均一になる。その結果、一対のセンサチューブ７，
８の質量が均一となり、一方のセンサチューブにだけ気
泡が多量に流入することが防止されるため、気泡の大き
さのバラツキによるセンサチューブ７，８のコリオリ力
の変動が抑えられ、流量計測精度を確保することができ
る。

【００３５】すなわち、従来の振動式測定装置のよう
に、一方のセンサチューブに多くの気泡が流入すること
を防止して、一対のセンサチューブ７，８の質量が不均
一になり、これにより一対のセンサチューブ７，８の流
入側と流出側で生ずるコリオリ力が流量に比例して計測
精度の低下が防止される。

【００３６】尚、上記実施例では、被測流体の流速に応
じた回転数で回転する構成とされた羽根車２７が気泡細
分化手段として設けられた構成を一例として説明した
が、これに限らず、例えば羽根車２７の代わりに多数の
細管を平行に延在させて気泡を細分化するもの、あるい
は目の細かい金網を複数枚重ね合わせたもの等を気泡細
分化手段として設けるようにすることも考えられる。

【００３７】また、上記実施例では、気泡細分化手段と
しての羽根車２７を流入側マニホールド６の流路６ｄに
設けた構成としたが、これに限らず、羽根車２７がハウ
ジング２内に設けられていれば、センサチューブ７，８
に流入する気泡を細分化することができるので、流入側
マニホールド６より上流の流入管５等に羽根車２７を設
けた構成としても良い。

【００３８】また、振動式密度計の場合は上記実施例の
質量流量計と同様な構成であるので、その説明は省略す
る。振動式密度計の場合、センサチューブの固有振動数
が流体の密度によって変化することを利用して密度を測
定するようになっており、上記ノイズを除去することに
より密度測定がより正確に行える。

【００３９】

【発明の効果】上述の如く、上記請求項１によれば、ハ
ウジング内に設けられた気泡細分化手段が被測流体に混
入した気泡を細分化して小さな気泡が一対のセンサチュ
ーブに流入することになり、一対のセンサチューブに流
入する気泡の流入量を均一化することができる。そのた
め、大きな気泡が一方のセンサチューブにのみに流入す
ることを防止でき、気泡の大きさのバラツキによるセン
サチューブのコリオリ力の変動が抑えられ、流量計測精
度を確保することができる。

【００４０】また、請求項２によれば、ハウジング内に
設けられた回転体が被測流体の流れにより回転して被測
流体に混入した気泡を剪断して細分化するため、小さな
気泡となって一対のセンサチューブに流入することにな
り、一対のセンサチューブに流入する気泡の流入量を均
一化することができる。すなわち、回転体が被測流体の
流れにより回転して被測流体に混入した気泡を細分化す
ることにより、大きな気泡が一方のセンサチューブにの
みに流入することを防止でき、気泡の大きさのバラツキ
によるセンサチューブのコリオリ力の変動が抑えられ、
流量計測精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる振動式測定装置の一実施例のコリ
オリ式質量流量計を示す縦断面図である。

【図２】流入側マニホールドの内部を拡大して示す縦断
面図である。

【図３】上流側からみた羽根車の取り付け状態を示す図
である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ハウジング ５ 流入管 ６ 流入側マニホールド ６ｄ 流路 ６ｅ 隔壁 ７，８ センサチューブ １９ 加振器ユニット ２０，２１ ピックアップユニット ２７ 羽根車 ２７ａ ハブ ２７ｂ 羽根 ２８ 軸受 ２９ 軸 ３０ 軸受け部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測流体が流れる一対のセンサチューブ
   をハウジング内に収納し、加振器により加振された該一
   対のセンサチューブの相対変位をピックアップにより検
   出する振動式測定装置において、 前記一対のセンサチューブに流入する被測流体に混入し
   た気泡を細分化する気泡細分化手段を前記ハウジング内
   に設けたことを特徴とする振動式測定装置。
2. 【請求項２】 前記気泡細分化手段は、被測流体の流れ
   により回転しながら前記気泡を剪断して細分化する回転
   体であることを特徴とする請求項１の振動式測定装置。