JPH11108724A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は加振方向と直交する方向の外部振動
がピックアップの計測動作に影響しないようにすること
を課題とする。 【解決手段】 質量流量計１は、ケーシング２内に一対
のセンサチューブ７，８を有する。センサチューブ７，
８の両端近傍には、支持板１１，１２が横架されてい
る。支持板１１，１２には連結部材１３，１４が一体的
に設けられている。支持板１１，１２は、Ｘ方向と直交
するＹ方向に延在する連結部材１３，１４に結合されて
いるので、Ｘ方向への強度に対しＹ方向への強度が大き
くなるように流出側マニホールド６，９の端面に固着さ
れている。よって、支持板１１，１２は加振方向である
Ｘ方向への変形が可能となるように支持され、Ｘ方向と
直交するＹ方向に対しては連結部材１３，１４の延在方
向であるので変形が規制される。そのため、支持板１
１，１２とマニホールド６，９の端面との間の距離を小
さくできる。

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、特にセンサチューブを加振してコリオリ力によるセ
ンサチューブの変位を検出して流量または密度を計測す
るよう構成した振動式測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体が供給された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、被測流体が通過するセンサチュー
ブを加振器により半径方向に振動させ、流量に比例した
コリオリ力によるセンサチューブの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。また、振動式密度
計も上記コリオリ式質量流量計と同様な構成になってお
り、センサチューブが被測流体の密度に応じた周波数で
振動する。

【０００３】従来の振動式測定装置としては、例えば特
開平６−３４４１４号により開示されたものがある。こ
の装置では、一対のセンサチューブが平行に配され、且
つセンサチューブの両端が上下流側のマニホールドの流
路に連通されるように結合される。そして、マニホール
ドから所定距離の位置には、センサチューブ間に横架さ
れた支持板（「サポート板」とも呼ばれている）がセン
サチューブの外周にろう付けされている。この支持板
は、センサチューブの長手方向に中間部分が加振器によ
り加振されたとき、支持板による固定部分がセンサチュ
ーブの振動の節となる。

【０００４】一方、センサチューブは振動しやすい性質
であることが望まれているため、配管振動等の外乱の影
響を受けても振動してしまう。こうした外乱による振動
のうち加振方向の成分は加振器による振動の制御によっ
て吸収されるが、センサチューブの加振方向と直交する
方向の成分は、センサチューブに加振方向と直交する方
向の振動として残ってしまい、ピックアップの出力波形
にノイズが重畳されてしまう。そのため、従来は、加振
方向の振動が支持板による規制の影響で振動の節となる
のに対し、加振方向と直交する方向の振動は支持板の影
響を受けずマニホールドの端面付近が振動の節となるこ
とを利用してマニホールドの端面から支持板の取付位置
までの距離を十分にとることにより加振方向と直交する
方向の振動の周波数が加振方向の振動周波数からずれる
ようにしており、フィルタにより加振方向と直交する方
向の振動周波数をカットしてノイズを除去していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動式測定装置では、加振方向と直交する方向の振動周
波数と加振方向の振動の周波数をずらすためにマニホー
ルドの端面から支持板の取付位置までの距離を比較的長
く設定する必要があるので、センサチューブの全長が長
くなり、ひいては装置全体の全長が大きくなっていた。
一方、振動式測定装置のコンパクト化が要望されてお
り、センサチューブの全長をできるだけ短くすることが
検討されている。そのため、マニホールドの端面から支
持板の取付位置までの距離も従来のものよりも短くする
必要がある。

【０００６】ところが、支持板がマニホールドに近接し
て設けられると、前述したようにセンサチューブの加振
方向の振動の節となる位置が加振方向と直交する方向の
振動の節となるマニホールドの端面に近づくため、加振
方向の振動の周波数と加振方向と直交する方向の振動の
周波数とが接近してしまうので、ピックアップの出力波
形から加振方向と直交する方向の振動の信号を除去して
加振方向の振動の信号のみを抽出することが困難となっ
てしまい、計測誤差の原因となるおそれがあった。

【０００７】よって、従来は、センサチューブの全長を
短くするのに限界があった。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ものである。上
記本発明は、被測流体が流れるセンサチューブと、該セ
ンサチューブの端部が嵌合固定される嵌合孔を有するマ
ニホールドと、前記センサチューブを加振する加振器
と、前記センサチューブの変位を検出するピックアップ
と、前記センサチューブの端部近傍を支持する支持部材
と、前記加振器による加振方向への変位を許容すると共
に、該加振方向と直交する方向への変位を規制するよう
に前記支持部材を前記マニホールドに連結する連結部材
と、からなることを特徴とするものである。

【０００９】従って、本発明によれば、マニホールドと
支持部材との間に連結部材を設け、加振器による加振方
向への変位を許容すると共に、加振方向と直交する方向
への変位を規制するため、センサチューブに加振方向と
直交する方向に振動しにくくなり、ノイズとなる加振方
向と直交する方向の振動そのものが発生することを抑制
でき、且つマニホールドと支持部材との間の距離を短く
してセンサチューブの全長を短くすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面と共に本発明になる振動
式測定装置について説明する。図１は本発明になる振動
式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質量流量計の
横断面図である。尚、振動式測定装置は被測流体の密度
及び密度を利用して質量流量を求めることができるた
め、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用い
られる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同
様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用
いた場合について詳細に説明する。

【００１１】質量流量計１は密閉されたケーシング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、ケーシング２に対し長手方向に移動可能な流入管５
と、流入管５に一体的に固定された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、流出側マニホールド９と一体的に固定されケ
ーシング２に対し長手方向に移動可能な流出管１０とよ
り形成されている。

【００１２】また、センサチューブ７，８の両端近傍に
は、支持部材としての支持板１１，１２が横架されてい
る。支持板１１，１２には、センサチューブ７，８が貫
通しており、センサチューブ７，８の外周にろう付けに
より固定される。従って、センサチューブ７，８は支持
板１１，１２により平行となるように支持されている。

【００１３】支持板１１，１２には、連結部材１３，１
４がマニホールド６，９の端面との間に装架されるよう
に一体的に設けられている。連結部材１３，１４の端部
は、マニホールド６，９の端面に固着される。また、連
結部材１３，１４は、センサチューブ７，８に沿って延
在されるように形成されており、且つ加振方向（Ｘ方
向）と直交する方向にも延在するように形成されてい
る。つまり、連結部材１３，１４の断面は、加振方向の
長さに対して加振方向と直交する方向の長さが長くなっ
ている。

【００１４】センサチューブ７，８の上流側端部は、流
入側マニホールド６の流路６ａ，６ｂに連通されるよう
に嵌合固定されている。また、センサチューブ７，８の
下流側端部は、流出側マニホールド９の流路９ａ，９ｂ
に連通されるように嵌合固定されている。そして、流入
側マニホールド６は、流入管５と取付ボルト１５により
締結されている。また、流出側マニホールド９は、流出
管１０とろう付け等により固着されている。

【００１５】従って、マニホールド６，９と一体的に結
合された流入管５及び流出管１０は、センサチューブ
７，８の熱変化による伸縮が吸収されるようにケーシン
グ２の流入路１６，流出路１７に対して長手方向に移動
可能に嵌合している。そのため、例えばセンサチューブ
７，８に高温又は低温の被測流体が流れて伸縮した場
合、その伸縮量がマニホールド６，９の摺動動作により
吸収されるようになっている。そして、流入路１６，流
出路１７の内部には、流入管５及び流出管１０の外周と
の間をシールするシール部材１８，１９が設けられてい
る。

【００１６】２０は加振器で、コイルとマグネットとを
対向させた実質電磁ソレノイドと同様な構成であり、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。２１は流入側のピックアップで、上記加振器２０よ
り上流側に位置するように配設されている。２２は流出
側のピックアップで、上記加振器２０より下流側に位置
するように配設されている。上記各ピックアップ２１，
２２は夫々電磁ソレノイドと同様な構成であり、加振器
２０により加振されたセンサチューブ７，８の変位を検
出する。

【００１７】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２０に
より近接、離間する方向（Ｘ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ケーシン
グ２の流入路１６から流入管５及び流入側マニホールド
６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及び流出管１０を通過してケーシング２の
流出路１７より下流側配管（図示せず）に流出する。

【００１８】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
流入側のピックアップ２１の出力信号と流出側のピック
アップ２２の出力信号とでは位相差があらわれる。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２３は、ピックアップ２１からの
出力信号とピックアップ２２からの出力信号の位相差に
基づいて流量を演算する。

【００１９】図２は図１中II−II矢視方向からの縦断面
図である。図２に示されるように、流入側の支持板１１
は円盤よりなり、その中心を横切るように連結部材１３
が一体的に設けられている。連結部材１３は、加振方向
（Ｘ方向）と直交するＹ方向に延在する向きで流入側マ
ニホールド６の端面にろう付け等により固着されてい
る。

【００２０】このため、支持板１１は、Ｙ方向に延在す
る連結部材１３に結合されているので、Ｘ方向への強度
に対しＹ方向への強度が大きくなるように流出側マニホ
ールド９の端面に固着されている。よって、支持板１１
は加振方向であるＸ方向には、従来の振動式測定装置と
同様に変形が可能となるように支持され、Ｘ方向と直交
するＹ方向に対しては連結部材１３の延在方向であるの
で変形が規制される。そのため、センサチューブ７，８
はＸ方向には、支持板１１付近を節として振動するが、
Ｙ方向には振動しにくくなっている。

【００２１】尚、流出側の支持板１２も上記支持板１１
と同様な構成で流出側マニホールド９に固定されてい
る。図３は支持板１１及び連結部材１３の取付状態を示
す図である。図３（Ａ）に示されるように、支持板１１
はＹ方向に延在する連結部材１３により流入側マニホー
ルド６に固定されているため、Ｙ方向に対して剛体であ
る。そのため、支持板１１はＹ方向に振動しないように
センサチューブ７，８を保持している。また、支持板１
１によってセンサチューブ７，８は、Ｘ方向に対してＹ
方向に振動しにくくなっているためにセンサチューブ
７，８がＹ方向に振動した場合でもＹ方向の振動の周波
数がＸ方向の振動の周波数よりも高くなる。

【００２２】また、図３（Ｂ）に示されるように、計測
時はセンサチューブ７，８には、Ｘ方向の振動が加えら
れる。その際、センサチューブ７，８は、加振器２０が
設けれた長手方向の中間位置が振動の腹となり、センサ
チューブ７，８の両端近傍に固着された支持板１１，１
２が振動の節となる。図４は計測動作によるセンサチュ
ーブ７，８及び支持板１１の振動状態を示す図である。

【００２３】図４（Ａ）に示されるように、加振器２０
による加振によりセンサチューブ７，８が互いに近接す
る方向に変形した場合、連結部材１３がＹ方向に延在し
ているため、支持板１１はセンサチューブ７，８の振動
方向に撓むことができる。また、図４（Ｂ）に示される
ように、加振器２０による加振によりセンサチューブ
７，８が互いに離間する方向に変形した場合も、連結部
材１３がＹ方向に延在しているため、支持板１１はセン
サチューブ７，８の振動方向に撓むことができる。

【００２４】尚、流出側の支持板１２も上記支持板１１
と同様にセンサチューブ７，８の振動方向に応じて変形
する。このようにセンサチューブ７，８の長手方向の中
間部分を加振して振動させる場合、支持板１１及び１２
は変形することができるので、センサチューブ７，８を
流れる被測流体の流量を正確に計測することができる。
また、図３（Ａ）に示されるように、センサチューブ
７，８がＹ方向に振動した場合でも、Ｙ方向の固有周波
数がセンサチューブ７，８の加振方向であるＸ方向への
固有周波数と異なる値になっているので、ピックアップ
２１，２２から出力される波形にＹ方向の振動による信
号は、フィルタ等によって除去することができ、Ｘ方向
への振動による信号のみを抽出することができる。

【００２５】そのため、流入側マニホールド６の端面と
支持板１１との離間距離Ｌを小さくしても外部振動等に
よるＹ方向への振動による影響が小さくて済む。また、
これと同様に流出側マニホールド９の端面と支持板１２
との離間距離Ｌを小さくしても外部振動等によるＹ方向
への振動による影響が小さくて済む。よって、本発明に
よれば、配管振動になどによる影響を受けることなく従
来のものよりもセンサチューブ７，８の両端部分を短く
することが可能となり、センサチューブ７，８の全長を
短くして質量流量計１の全体をコンパクトな構成とする
ことができる。

【００２６】図５は本発明の変形例１としてのコリオリ
式質量流量計の横断面図である。図５に示されるよう
に、流入側マニホールド６の端面には、連結部材１３に
対応する溝６ｃが設けられている。連結部材１３は、流
入側マニホールド６の溝６ｃに嵌合された状態でろう付
けで固着される。そのため、ろう付けを行う前に連結部
材１３の取付位置を溝６ｃにより位置決めすることがで
きる。よって、連結部材１３は流入側マニホールド６の
端面に対し所定の取付位置に正確に固着されるため、ろ
う付け中に連結部材１３の固着位置がずれてセンサチュ
ーブ７，８に不要な応力が作用することを防止できる。

【００２７】図６は本発明の変形例２としてのコリオリ
式質量流量計の横断面図である。図６に示されるよう
に、支持板１１，１２は夫々マニホールド６，９の端面
に２本の取付ボルト（連結部材）２５により固定され
る。取付ボルト２５は、支持板１１，１２に設けられた
孔２６に挿通された後、マニホールド６，９の端面に設
けられたネジ孔２７に螺入される。従って、スパナ等の
工具を使用して取付ボルト２５を締めつけることにより
支持板１１，１２をマニホールド６，９の端面に固着す
ることができる。

【００２８】このように変形例２では、取付ボルト２５
により支持板１１，１２をマニホールド６，９の端面に
固着できるので、既に設置されている質量流量計１の支
持板１１，１２を固定する構造に改装する場合にも適用
することができる。図７は図６中ＶII−ＶII矢視方向か
らの縦断面図である。図７に示されるように、取付ボル
ト２５は、円形の支持板１１に対し、加振方向（Ｘ方
向）と直交するＹ方向上の両端位置で挿通されてマニホ
ールド６，９のネジ孔２７に締結される。そのため、支
持板１１はＹ方向の振動に対しては２本の取付ボルト２
５が柱となって支持される。しかし、支持板１１はＹ方
向と直交するＸ方向上２本の取付ボルト２５が重なる位
置にあるため、Ｘ方向の振動に対してはあたかも１本の
取付ボルト２５で支持された状態となる。

【００２９】図８は変形例２の支持板１１及び連結部材
１３の取付状態を示す図である。図８（Ａ）に示される
ように、支持板１１はＹ方向上の両端位置に締め付けら
れた２本の取付ボルト２５により流入側マニホールド６
に固定されているため、Ｙ方向に対して剛体である。そ
のため、支持板１１はＹ方向に振動しないようにセンサ
チューブ７，８を保持している。また、支持板１１によ
ってセンサチューブ７，８は、Ｘ方向に対してＹ方向に
振動しにくくなっているためにセンサチューブ７，８が
Ｙ方向に振動した場合でもＹ方向の振動の周波数がＸ方
向の振動の周波数よりも高くなる。

【００３０】また、図８（Ｂ）に示されるように、計測
時はセンサチューブ７，８には、Ｘ方向の振動が加えら
れる。その際、センサチューブ７，８は、加振器２０が
設けれた長手方向の中間位置が振動の腹となり、センサ
チューブ７，８の両端近傍に固着された支持板１１，１
２付近が振動の節となる。しかし、Ｘ方向の振動を考え
る場合、２本の取付ボルト２５は、重なる位置となる。
そのため、センサチューブ７，８がＸ方向の振動する
際、支持板１１，１２はセンサチューブ７，８の振動方
向に応じて変形することができる。

【００３１】図９は変形例２の計測動作によるセンサチ
ューブ７，８及び支持板１１の振動状態を示す図であ
る。図９（Ａ）に示されるように、加振器２０による加
振によりセンサチューブ７，８が互いに近接する方向に
変形した場合、２本の取付ボルト２５を支点として支持
板１１はセンサチューブ７，８の振動方向に撓むことが
できる。

【００３２】また、図９（Ｂ）に示されるように、加振
器２０による加振によりセンサチューブ７，８が互いに
離間する方向に変形した場合も、２本の取付ボルト２５
を支点として支持板１１はセンサチューブ７，８の振動
方向に撓むことができる。尚、流出側の支持板１２も上
記支持板１１と同様にセンサチューブ７，８の振動方向
に応じて変形する。

【００３３】このようにセンサチューブ７，８の長手方
向の中間部分を加振して振動させる場合、支持板１１及
び１２は変形することができるので、連結部材１３，１
４を用いた場合と同様に、センサチューブ７，８を流れ
る被測流体の流量を正確に計測することができる。ま
た、図８（Ａ）に示されるように、センサチューブ７，
８がＹ方向に振動した場合でも、Ｙ方向の固有周波数が
センサチューブ７，８の加振方向であるＸ方向への固有
周波数と異なる値になっているので、ピックアップ２
１，２２から出力される波形にＹ方向の振動による信号
は、フィルタ等によって除去することができ、Ｘ方向へ
の振動による信号のみを抽出することができる。

【００３４】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、マニホー
ルドと支持部材との間に連結部材を設け、加振器による
加振方向への変位を許容すると共に、加振方向と直交す
る方向への変位を規制するため、センサチューブが加振
方向と直交する方向に振動することを抑制でき、また、
加振方向と直交する方向に振動した場合でも、加振方向
の振動の周波数に対し加振方向と直交する方向の振動の
周波数が高くなるため、ピックアップの出力波形から加
振方向と直交する方向の振動の信号を除去して加振方向
の振動の信号のみを抽出することができる。この結果、
配管振動等による影響を受けることなく、マニホールド
と支持部材との間の距離を短くしてセンサチューブの全
長を短くすることができ、センサチューブの全長を短く
して装置全体をコンパクトな構成とすることができる。

【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として
のコリオリ式質量流量計の横断面図である。

【図２】図１中II−II矢視方向からの縦断面図である。

【図３】支持板及び連結部材の取付状態を示す図であ
る。

【図４】計測動作によるセンサチューブ及び支持板の振
動状態を示す図である。

【図５】本発明の変形例１としてのコリオリ式質量流量
計の横断面図である。

【図６】本発明の変形例２としてのコリオリ式質量流量
計の横断面図である。

【図７】図６中ＶII−ＶII矢視方向からの縦断面図であ
る。

【図８】変形例２の支持板及び連結部材の取付状態を示
す図である。

【図９】変形例２の計測動作によるセンサチューブ及び
支持板の振動状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ケーシング ５ 流入管 ６ 流入側マニホールド ７，８ センサチューブ ９ 流出側マニホールド １０ 流出管 １１，１２ 支持板 １３，１４ 連結部材 １５ 取付ボルト １６ 流入路 １７ 流出路 ２０ 加振器 ２１ 流入側ピックアップ ２２ 流出側ピックアップ ２３ 流量計測制御回路 ２５ 取付ボルト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測流体が流れるセンサチューブと、 該センサチューブの端部が嵌合固定される嵌合孔を有す
   るマニホールドと、 前記センサチューブを加振する加振器と、 前記センサチューブの変位を検出するピックアップと、 前記センサチューブの端部近傍を支持する支持部材と、 前記加振器による加振方向への変位を許容すると共に、
   該加振方向と直交する方向への変位を規制するように前
   記支持部材を前記マニホールドに連結する連結部材と、 からなることを特徴とする振動式測定装置。