JPH109925A - コリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コリオリ流量計における電磁検出器の検出感
度を低下させることなく、外部雑音を打ち消す。 【解決手段】 非磁性材の外筒１内に、流体が流れるイ
ンナーチューブ２を接続フランジ１ａ部分で両端接続
し、更にインナーチューブ２の外側に、アウターチュー
ブ３を連結ブロック４を介して同軸に接続して、加振器
５で共振駆動する。インナーチューブ２に作用するコリ
オリの力による位相差信号を同一構成の検出器６，６の
差信号として検出する。検出器６を、同軸に積み重ねて
逆接続した２つのコイル９，１０と磁石１１とで構成す
る。このとき、磁石１１の磁束がコイル１０側のみに通
り抜けるように配置して信号出力が低下することなく、
外部雑音のみ打ち消すようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリの力を利
用して直接質量流量を計測するコリオリ流量計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、コリオリ流量計は、質量
流量ｍの流体が流れる測定管を離間した２点、例えば両
端を支持し、測定管の軸直角方向に角速度ωで交番振動
を与えたとき、測定管に質量流量ｍと角速度ωのベクト
ル積に比例したコリオリの力Ｆが作用することを利用し
たもので、すなわち、測定管は、２点支持された各々の
側で互いに反対向きのコリオリの力Ｆにより変形され、
支持位置間でコリオリの力Ｆに比例した位相差が生じ、
この位相差を検出して直接的に質量流量ｍを求める直接
形のコリオリ流量計である。

【０００３】コリオリ流量計においては、交番振動にコ
リオリの力による振動が重畳しているので、測定管を支
持点まわりに交番駆動したときに、駆動振動に重畳した
同一周波数のコリオリの力による位相差を伴った振動が
生ずるが、コリオリの力による振動振幅は駆動振幅に比
ベて極めて小さく、従って、検出される位相差信号も小
さい。この位相差信号を長期安定して広い流量範囲に亘
って高精度に測定するためには、支持点まわりの回転モ
ーメントの小さい測定管の形状、および、高感度の検出
器の選択が重要である。

【０００４】測定管として支持点まわりの回転モーメン
トが小さく、コリオリの力により生ずる捩り変形が大き
い形状として湾曲管形状のものが優れているが、形状が
大きくなる欠点をもっている。これに対し、直管形状の
ものは形状をコンパクトにすることができる反面、回転
モーメントが大きく、位相差信号も湾曲管形状に対し更
に小さくなる。これを補うために、安定した位相差信号
を検出することが可能な高感度の検出器が要求される。

【０００５】高感度の検出器としては、コイルと、該コ
イルに対向して磁場を形成する永久磁石とからなる電磁
検出器が多用されている。しかし、電磁検出器は、高感
度で検出することが可能であるが、コイルから検出され
る検出信号にノイズが含まれると、このノイズが位相差
信号検出の誤差要因となり、正確な位相差信号、すなわ
ち質量流量を計測できないという問題がある。この問題
を解決するために、特開平６−２８８８０６号公報に記
載された振動式測定装置が提案された。

【０００６】特開平６−２８８８０６号公報に記載され
た振動式測定装置は、同一方向に流体が流れる２本の平
行したセンサチューブを共振周波数で加振したとき、該
センサチューブに作用するコリオリの力による位相差信
号を検出する一対の振動センサ（電磁検出器）に関する
もので、振動センサから出力される高調波成分のノイズ
を除去することを目的としたものである。

【０００７】上記一対の振動センサは、各々２組の電磁
ピックアップから構成されている。２組の電磁ピックア
ップのコイルと磁石は、各々のセンサチューブに同一位
置で溶着されたセンサチューブと直角な面を有するブラ
ケットに取り付けられており、２本のセンサチューブが
共振状態で近接，離間する運動に対応して、一方側の電
磁ピックアップがコイルから磁石が離間する運動をする
とき、他方側の電磁ピックアップではコイルに磁石が挿
入される。すなわち、一対の電磁ピックアップは、互い
に逆作動するように構成され、逆作動して生じた２組の
電磁ピックアップの出力は、振動数の偶数倍の高調波が
取り除かれるというものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術では、一対の振動センサは各々２組の電磁ピックア
ップからなっているので、４個の電磁ピックアップが必
要であり、各々の電磁ピックアップのコイルと磁石とを
センサチューブに溶着したブラケットに取り付けるの
で、取付けスペースが大きくなる。更には、振動センサ
のコストが２倍となり、取付工数も２倍となり、しかも
外部への引出し線の数も２倍となる等、構造が複雑にな
り経済的にコスト高を招く。

【０００９】また、一般に、電磁検出器の出力は、正弦
振動に伴った正弦波信号に高調波が重畳された波形とな
っている速度信号であるが、この信号は積分され位置信
号に変換されるので、高次の高調波成分の多くは取り除
かれる。しかも、位置信号から位相差信号を検出するに
は、正弦波状の位置信号を増幅してクリップし、台形又
は矩形波信号に変換して演算するので、高調波成分が含
まれていても、一定形状のものであれば殆ど精度に影響
はない。むしろ、正弦波信号のゼロクロス近傍に生ずる
外部電磁ノイズが含まれている場合には、大きい検出誤
差要因となる。

【００１０】本発明は、上述した実情に鑑みなされたも
ので、外部から受ける電磁ノイズを打ち消し、高感度に
コリオリの力による位相差信号を検出する検出器を備え
たコリオリ流量計を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、離間
した２点で支持される１又は複数同形の測定管と、該測
定管の中央に取り付けられ、２点支持された該測定管を
軸直角方向に正弦駆動する加振器と、前記測定管の前記
加振器に関し対称な位置に設置され、該測定管を流れる
流体に作用するコリオリの力を求めるための一対の検出
器を有するコリオリ流量計において、前記検出器をコイ
ルと該コイルに同軸に挿入される磁石とからなる電磁検
出器とし、前記コイルは２つのコイルを同軸に積み重ね
て逆接続してなり、前記磁石は、前記２つのコイルの一
方側のコイルのみに挿入されていることを特徴とするも
のである。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載のコリ
オリ流量計において、前記２つのコイルは巻数が等しい
ことを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるコリオリ流
量計の実施形態の一例を説明するための断面図で、図１
（Ａ）は図１（Ｂ）の矢視Ａ−Ａ線断面図、図１（Ｂ）
は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図中、１は
外筒（１ａは接続フランジ）、２はインナーチューブ、
３はアウターチューブ、４は連結ブロック、５は加振
器、６は検出器、７は加振器５のコイル、８は加振器５
のコア、９，１０は検出器６のコイル、１１は棒磁石
（以後、磁石と記す）である。

【００１４】図１に示す流量計は、測定管が直管形状の
コリオリ流量計の例であり、外側が両端に接続フランジ
１ａを有する非磁性材、例えば、ステンレス鋼の外筒１
を有する。外筒１内には、同軸なインナーチューブ２が
挿通しており、両端が接続フランジ１ａの端面で固定さ
れている。外筒１内のインナーチューブ２の外側には、
該インナーチューブ２と同軸に両端が連結ブロック４で
支持されるアウターチューブ３が取り付けられている。

【００１５】同軸なインナーチューブ２とアウターチュ
ーブ３の中央部分にはコイル７と強磁性体のコア８とか
らなる電磁形の加振器５が設けられ、インナーチューブ
２にはコア８が、アウターチューブ３にはコイル７が設
けられている。そして、コア８がコイル７内に同軸にな
るよう一端側で固定されている。また、加振器５から両
側の連結ブロック４に向けて等間隔な位置に同一構造の
検出器６，６が設けられている。検出器６は、後述する
ように、２つのコイル９，１０を同軸に積み重ねて逆接
続したコイルと磁石１１とからなり、コイル９，１０が
アウターチューブ３側に、磁石１１がインナーチューブ
２側に設けられている。そして、磁石１１がコイル９，
１０内に同軸になるように各々一端側で固定されてい
る。なお、磁石１１はコイル１０側のみに位置するよう
にした。

【００１６】図１に示したコリオリ流量計は、両端の接
続フランジ１ａで流管（図示せず）に同軸に接続され、
被測定流体はインナーチューブ２内を流れる。加振器５
のコイル７と、検出器６のコイル１０とは、増幅器（図
示せず）を含む正帰還ループの一部を形成して、インナ
ーチューブ２とアウターチューブ３とを一定振幅の共振
周波数で駆動して、検出器６の検出信号の位相差から質
量流量を求めることができる。

【００１７】図２は、図１に示した検出器の詳細を説明
するための図で、図２（Ａ）は検出器６の軸方向の構造
を示す断面図、図２（Ｂ）はコイル９と１０の接続方法
と磁石１１との位置関係を示す図で、図中、１２はボビ
ンで、図１と同様の作用をする部分には図１と同じ参照
番号を付してある。

【００１８】図２（Ａ）において、ボビン１２は、例え
ば、合成樹脂等の非磁性，非導電性の材料からなり中空
軸１２ａを有する糸巻状で、中間に仕切１２ｂを設けて
おり、該仕切１２ｂの上部にコイル９が、下部にコイル
１０が、各々同一の巻き方向に巻回して逆接続され、接
続端子９ａ，１０ａを設けている。また、コイル９と１
０は、各々逆向きに巻かれてもよく、要は、外部磁束に
より発生する電圧が逆向きとなればよい。

【００１９】図２（Ｂ）は、同一方向に巻回されたコイ
ル９とコイル１０において、コイル９の巻き始めを接続
端子９ａ、巻き終りを９ｂとして、コイル９の巻き終り
９ｂとコイル１０の巻き終り１０ｂを接続し、コイル１
０の巻き始めを接続端子１０ａとしたものである。ここ
では、磁石１１は、コイル１０側にのみ挿通されてお
り、磁石１１の磁束はコイル９には僅かしか入り込まな
いようにしている。

【００２０】図２（Ａ）,（Ｂ）のように構成された検
出器６は、インナーチューブ２とアウターチューブ３の
共振振動において、コイル１０で振動を検出して、コイ
ル９の出力を含めた振動出力は殆ど減衰することなく、
端子９ａ，１０ａから得られる。ここでコイル９と１０
との巻回数を等しくしておくと、非磁性材の外筒１を透
過して入り込んだ雑音性の外部磁束は、コイル９と１０
を均等に通り抜けし、これにより出力された反対位相の
雑音電圧は、互いに打ち消される。

【００２１】検出器６で検出された振動信号は、ゼロレ
ベルを等振幅できる共振周波数の近似正弦波で、高調波
成分を含むが、この信号を積分して位置信号に変換した
あと、増幅してクリップして台形波に変換した後、ゼロ
レベルを通過したときの一対の台形波信号の位相差から
コリオリの力を求めるので、位相検出する時間のゼロク
ロス近傍に雑音信号が入力すると、質量流量の測定結果
に誤差が生ずるが、図２に示した検出器６はコイル９と
１０を等しい巻回数で逆接続してあるので、雑音は打ち
消され、外部雑音による誤差のない高精度のコリオリ力
信号を検出することができる。

【００２２】以上、図１に示したコリオリ流量計は、直
管形のコリオリ流量計の例を示したが、本発明は、湾曲
管形、その他の測定管形状のコリオリ流量計にも同様に
適用される。また、共振周波数から密度を求める密度計
にも適用できる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に対応する効果：離間した２点
で支持される１又は複数同形の測定管と、該測定管の中
央に取り付けられ、２点支持された該測定管を軸直角方
向に正弦駆動する加振器と、前記測定管の前記加振器に
関し対称な位置に設置され、該測定管を流れる流体に作
用するコリオリの力を求めるための一対の検出器を有す
る質量流量計において、前記検出器をコイルと該コイル
に同軸に挿入される磁石とからなる電磁検出器とし、前
記コイルは２つのコイルを同軸に積み重ねて逆接続して
あり、前記磁石は、前記２つのコイルの一方側のコイル
のみに挿入したので、殆どの検出信号は磁石が挿入され
た側のコイルから出力され、検出信号出力の減衰は少な
く、外部雑音のみが打ち消される。この結果、雑音影響
の少ない位相差信号を高感度で検出することができる。

【００２４】請求項２に対応する効果：請求項１に記載
の質量流量計において、前記逆接続された２つのコイル
の巻数は等しいことを特徴としたので、外部雑音は略完
全に打ち消すことができ、請求項１の効果をより高める
ことができ、特に、検出感度の小さい直管形のコリオリ
流量計に適用して効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるコリオリ流量計の実施形態の一
例を説明するための断面図である。

【図２】 図１に示した検出器の詳細を説明するための
図である。

【符号の説明】

１…外筒（１ａ…接続フランジ）、２…インナーチュー
ブ、３…アウターチューブ、４…連結ブロック、５…加
振器、６…検出器、７…加振器５のコイル、８…加振器
５のコア、９，１０…検出器６のコイル、１１…棒磁石
（磁石）、１２…ボビン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 離間した２点で支持される１又は複数同
   形の測定管と、該測定管の中央に取り付けられ、２点支
   持された該測定管を軸直角方向に正弦駆動する加振器
   と、前記測定管の前記加振器に関し対称な位置に設置さ
   れ、該測定管を流れる流体に作用するコリオリの力を求
   めるための一対の検出器を有するコリオリ流量計におい
   て、前記検出器をコイルと該コイルに同軸に挿入される
   磁石とからなる電磁検出器とし、前記コイルは２つのコ
   イルを同軸に積み重ねて逆接続してなり、前記磁石は、
   前記２つのコイルの一方側のコイルのみに挿入されてい
   ることを特徴とするコリオリ流量計。
2. 【請求項２】 前記２つのコイルは巻数が等しいことを
   特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。