JPH11166845A

JPH11166845A - コリオリ質量流量計

Info

Publication number: JPH11166845A
Application number: JP33271297A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Osawa; 紀和大沢
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度で、安定性、耐振性が向上されるコリ
オリ質量流量計を実現する。【解決手段】振動チューブ内に測定流体が流れ、該測
定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じ
るコリオリ力により、該振動チューブを変形振動させる
コリオリ質量流量計において、上流側固定端と下流側固
定端との中点を点対称として偶数個の曲部を有し全体が
含まれる一平面内においてほぼ両端固定の一次モード共
振形状で振動する振動チューブを具備したことを特徴と
するコリオリ質量流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ質量流量
計において、内部振動の絶縁性を向上させることによっ
て、高精度で、安定性、耐振性が向上されるコリオリ質
量流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、特開平６−１０９５１
２号の従来例に示されている。図において、振動チュー
ブ１はフランジ２に、両端が取付けられている。フラン
ジ２は管路Ａへ振動チューブ１を取付けるためのもので
ある。

【０００３】励振器３は振動チューブ１の中央部に設け
られている。振動検出センサ４，５は振動チューブ１の
両側にそれぞれ設けられている。ハウジング６には、振
動チューブ１の両端７，８が固定されている。

【０００４】以上の構成において、振動チューブ１に測
定流体が流され、励振器３が駆動される。励振器３の振
動方向の角速度『ω』、測定流体の流速『Ｖ』（以
下『』で囲まれた記号はベクトル量を表す。）とする
と、

【０００５】Ｆｃ＝―２ｍ『ω』×『Ｖ』のコリオリ力が働く。コリオリ力に比例した振動の振幅
を測定すれば、質量流量が測定出来る。

【０００６】図９は、従来より一般に使用されている他
の従来例の構成説明図である。本従来例では、振動チュ
ーブ１を２管式にしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８のような一般的な
１本直管式コリオリ質量流量計では、振動チューブを両
端で固定しているが、限られた大きさの流量計では端点
を完全固定にすることは出来ず、わずかに振動してしま
う。

【０００８】振動が発生する理由として、以下の原因が
考えられる。内部を流体が流れる振動チューブ１を図１
０のように変形（近似的に１次モード共振状態）させる
と、変形によりチューブの長さが長くなるので、振動チ
ューブの軸方向に引っ張り応力が発生する。

【０００９】例えば、ステンレスのφ９.６×０.９１
t、４００Ｌの振動チューブ１の、中央部分を１ｍｍ変
形させると、図１０のように、軸方向に７.５kgfの大き
さの引っ張り力が発生する。

【００１０】振動チューブ１を１次の共振モードで励振
させた場合、図１１に示す如く、プラスとマイナスの変
形最大の時に、引っ張り力も最大になり、変形のない基
本形状の時は、引っ張り力は最小でゼロである。

【００１１】すなわち、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏどの変形でも
常にＸ方向（軸方向）にΔ₃縮むことになるので、最大
変形時には軸方向に大きな引っ張りの力が発生してしま
う。

【００１２】励振振動の１周期中に、引っ張り力は最
大、最小を２回繰り返す。すなわち、振動チューブ１の
軸方向の引っ張り力は、励振周波数の２倍の周波数で発
生する。この引っ張り力による振動があると、以下のよ
うな問題が発生する。

【００１３】振動絶縁が不十分であると、（１）Ｑ値が低くなるので、内部の振動が不安定にな
り、励振振動以外の余計な振動ノイズの影響を受けやす
くなる。（２）励振に大きなエネルギーが必要になり、消費電力
が増加する。

【００１４】（３）設置方法や、配管応力、温度等の環
境変化や外的要因により、振動の漏れ程度も大きく変わ
り、振動チューブの振動状況も変化し、零点やスパンが
変化しやすくなる。すなわち、これらの環境変化や外的要因に対し、不安定
で、耐振性、精度が悪いコリオリ流量計になりがちであ
る。

【００１５】一方、図９従来例では、２本の振動チュー
ブ１が互いに反対方向に振動することで、分岐部で力が
打ち消しあって、図１２，１３に示す如く、音叉の原理
により振動が外に漏れにくい構造となつている。しか
し、分岐点の無い振動チューブ１本の構造は取れなくな
る。

【００１６】本発明は、この問題点を解決するものであ
る。本発明の目的は、高精度で、安定性、耐振性が向上
されるコリオリ質量流量計を提供するにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、（１）振動チューブ内に測定流体が流れ、該測定流体の
流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオ
リ力により、該振動チューブを変形振動させるコリオリ
質量流量計において、上流側固定端と下流側固定端との
中点を点対称として偶数個の曲部を有し全体が含まれる
一平面内においてほぼ両端固定の一次モード共振形状で
振動する振動チューブを具備したことを特徴とするコリ
オリ質量流量計。（２）緩やかな曲線よりなる曲部を具備したことを特徴
とする（１）記載のコリオリ質量流量計。（３）互いに連続した曲線よりなる２個の曲部を具備し
たことを特徴とする（１）又は（２）記載のコリオリ質
量流量計。（４）折れ曲がり曲線よりなる曲部を具備したことを特
徴とする（１）記載のコリオリ質量流量計。（５）同一形状で平行な位置関係に配置された複数の振
動チューブを具備したことを特徴とする（１）又は
（２）又は（３）又は（４）記載のコリオリ質量流量
計。（６）同一形状で対称な位置関係に配置された複数の振
動チューブを具備したことを特徴とする（１）又は
（２）又は（３）又は（４）又は（５）記載のコリオリ
質量流量計。を構成したものである。

【００１８】

【作用】以上の構成において、振動チューブに測定流体
が流され、励振器が駆動されると、コリオリ力が働く、
このコリオリ力に比例した振動の振幅を測定すれば、質
量流量が測定出来る。

【００１９】而して、振動チューブ全体が存在する１個
の平面から外れることなく、両端固定の１次モード共振
形状（両端は固定、中央部振幅が最大になるようにゆる
やかに変形する形状）で、振動チューブは振動する。以
下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例の要部
構成説明図である。図において、図８と同一記号の構成
は同一機能を表わす。以下、図８と相違部分のみ説明す
る。

【００２１】振動チューブ１１は、上流側固定端７と下
流側固定端８との中点１２を点対称として、偶数個の曲
部１３を有し、全体が含まれる一平面内において、ほぼ
両端固定の一次モード共振形状で振動する。この場合
は、緩やかな曲線よりなる曲部１３を２個有している。

【００２２】以上の構成において、図２に示す如く、振
動チューブ１１全体が存在する１個の平面から外れるこ
となく、両端固定の１次モード共振形状（両端は固定、
中央部振幅が最大になるようにゆるやかに変形する形
状）で、振動チューブ１１は振動する。

【００２３】図において、Ａは、非励振時の基本形状、
Ｂ、Ｃは、それぞれ最大振幅時のチューブ形状を示す。
励振器３で励振されることにより、振動チューブ１１
は、Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→Ａ→(繰り返し)のように振動をす
る。

【００２４】ここで、振動チューブ１１の変形を図の左
右に分けて考えると、図３に示す如くなる。ＤとＦの変
形、ＥとＧの変形は、中点１２を中心に全く対称な変形
である。Ｄの変形時にはＸ方向にΔ₁縮み、Ｅの変形時
にはΔ₂伸びる。Δ₁≒Δ₂なので、Ｘ方向（軸方向）に
ついての伸縮はキャンセルされる。Ｆの変形時はΔ₂伸
び、Ｇの変形時はΔ₁縮むので、同様である。

【００２５】なお、振動検出と信号処理に関しては、通
常のコリオリ質量流量計と同様な処理をすれば良い。例
えば、振動検出センサ４、５で、振動成分を検出し、２
つのセンサ出力の位相差を求め、周波数補正、温度補正
等を加えて、振動チューブ１１内部を流れる質量流量を
求めれば良い。

【００２６】従って、軸方向の引っ張りの力が常に一定
である。すなわち、軸方向の力が変化することによる、
振動の漏れを無くすことができる。振動絶縁が高まるこ
とにより、流量計内部の振動が安定になり、高精度で安
定したコリオリ質量流量計を実現出来る。

【００２７】具体的には、内部振動のＱ値が高くなるの
で、振動ノイズの影響を受けにくくなり、低消費電力を
実現し、振動の漏れ量の変化によるゼロ点やスパン変化
を低減できるコリオリ質量流量計が得られる。

【００２８】なお、曲部１３は、励振器３の励振に対し
て、互いに打ち消し合い、軸方向の引っ張りの力が常に
一定になれば良く、たとえば、励振器３の励振振幅値に
対して、曲がりの程度は数倍から１００倍程度あれば良
い。

【００２９】実験では、例えば、内径７ｍｍ、管厚１ｍ
ｍ、長さ５００ｍｍの振動チューブ１１を用いて、励振
振幅は１ｍｍ、曲部１３の直線からの高さが２５ｍｍと
５０ｍｍが使用された。

【００３０】この結果、（１）内部振動系は高Ｑ値を実現でき、外部ノイズが加
わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なの
で、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られ
る。

【００３１】（２）少ないエネルギで安定した励振を実
現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得ら
れる。

【００３２】（３）外部への振動エネルギの散逸量が変
化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部
の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしま
う。本発明では、常に内部に振動が閉じこもっているの
で、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得
られる。

【００３３】（４）緩やかな曲線よりなる曲部１３が構
成されれば、測定流体ＦＬ_oは、滑らかに流れるので、
圧力損失が少なく、詰まりにくく、ほぼ直管と同等の流
れやすさが得られる。また、圧力集中も少なく、フラン
ジ２に接続される配管に無理がかからなく、耐久性にも
優れたコリオリ質量流量計が得られる。

【００３４】図４は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において、振動チューブ２１は、互いに連
続した曲線よりなる曲部２２を有する。この結果、曲部
２１を１個所に集約出来、製造が容易で、コストが安価
な、コリオリ質量流量計が得られる。

【００３５】図５は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において振動チューブ３１は、折れ曲がり
曲線よりなる曲部３２を有する。この結果、直管を、例
えば、溶接等により接合することにより、種々の振動チ
ューブ３１を容易に形成出来、設計の自由度が増加する
コリオリ質量流量計が得られる。

【００３６】図６は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において、同一形状で、平行な位置関係に
配置された、複数の振動チューブ１１が、ハウジング６
に配置されたコリオリ質量流量計である。

【００３７】この結果、２本の振動チューブ１１の測定
信号の差を演算することにより、外部振動ノイズが加わ
っても、外部振動ノイズをキャンセルすることができる
コリオリ質量流量計が得られる。更に、平行に配置する
ことにより、コンパクトに出来るコリオリ質量流量計が
得られる。

【００３８】なお、２本の振動チューブ１１の間に、振
動検出センサ４，５を配置すれば、ハウジングの変形や
振動に、影響されずに測定信号を検知出来る、コリオリ
質量流量計が得られる。

【００３９】図７は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において、同一形状で、対称な位置関係に
配置された、複数の振動チューブ１１が、ハウジング６
に配置されたコリオリ質量流量計である。

【００４０】この結果、２本の振動チューブ１１の測定
信号をそのまま演算することにより、外部振動ノイズが
加わっても、外部振動ノイズをキャンセルすることがで
きるコリオリ質量流量計が得られる。対称な位置関係に
配置されるので、加わるノイズも対称となるので、キャ
ンセルしやすく、より耐振性が向上されたコリオリ質量
流量計が得られる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、（１）内部振動系は高Ｑ値を実現でき、外部ノイズが加
わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なの
で、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られ
る。

【００４２】（２）少ないエネルギで安定した励振を実
現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得ら
れる。

【００４３】（３）外部への振動エネルギの散逸量が変
化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部
の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしま
う。本発明では、常に内部に振動が閉じこもっているの
で、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得
られる。

【００４４】本発明の請求項２によれば、緩やかな曲線
よりなる曲部が構成されたので、測定流体は、滑らかに
流れるので、圧力損失が少なく、詰まりにくく、ほぼ直
管と同等の流れ易さが得られる。また、圧力集中も少な
く、フランジに接続される配管に無理がかからなく、耐
久性にも優れたコリオリ質量流量計が得られる。

【００４５】本発明の請求項３によれば、振動チューブ
は、互いに連続した曲線よりなる曲部を有する。この結
果、曲部を１個所に集約出来、製造が容易で、コストが
安価な、コリオリ質量流量計が得られる。

【００４６】本発明の請求項４によれば、振動チューブ
は、折れ曲がり曲線よりなる曲部を有する。この結果、
直管を、例えば、溶接等により接合することにより、折
れ曲がり曲線よりなる曲部を有する、種々の振動チュー
ブが容易に形成出来、設計の自由度が増加するコリオリ
質量流量計が得られる。

【００４７】本発明の請求項５によれば、同一形状で、
平行な位置関係に配置された、複数の振動チューブが、
ハウジングに配置されたコリオリ質量流量計を構成し
た。

【００４８】この結果、２本の振動チューブの測定信号
の差を演算することにより、外部振動ノイズが加わって
も、外部振動ノイズをキャンセルすることができるコリ
オリ質量流量計が得られる。

【００４９】更に、平行に配置することにより、コンパ
クトに出来るコリオリ質量流量計が得られる。なお、２
本の振動チューブの間に、振動検出センサを配置すれ
ば、ハウジングの変形や振動に、影響されずに測定信号
を検知出来る、コリオリ質量流量計が得られる。

【００５０】本発明の請求項６によれば、同一形状で、
対称な位置関係に配置された、複数の振動チューブが、
ハウジングに配置されたコリオリ質量流量計が構成され
た。

【００５１】この結果、２本の振動チューブの測定信号
をそのまま演算することにより、外部振動ノイズが加わ
っても、外部振動ノイズをキャンセルすることができる
コリオリ質量流量計が得られる。対称な位置関係に配置
されるので、加わるノイズも対称となるので、キャンセ
ルしやすく、より耐振性が向上されたコリオリ質量流量
計が得られる。

【００５２】従って、本発明によれば、高精度で、安定
性、耐振性が向上されるコリオリ質量流量計を実現する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の動作説明図である。

【図３】図１の動作説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例の要部斜視図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図８】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【図９】従来より一般に使用されている他の従来例の構
成説明図である。

【図１０】図８動作説明図である。

【図１１】図８動作説明図である。

【図１２】図９の動作説明図である。

【図１３】図９の動作説明図である。

【符号の説明】

２フランジ３励振器４振動検出センサ５振動検出センサ６ハウジング７固定端８固定端１１振動チューブ１２対称中心１３曲部２１振動チューブ２２曲部３１振動チューブ３２曲部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動チューブ内に測定流体が流れ、該測定
流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じる
コリオリ力により、該振動チューブを変形振動させるコ
リオリ質量流量計において、上流側固定端と下流側固定端との中点を点対称として偶
数個の曲部を有し全体が含まれる一平面内においてほぼ
両端固定の一次モード共振形状で振動する振動チューブ
を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】緩やかな曲線よりなる曲部を具備したこと
を特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。
【請求項３】互いに連続した曲線よりなる２個の曲部を
具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
コリオリ質量流量計。
【請求項４】折れ曲がり曲線よりなる曲部を具備したこ
とを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。
【請求項５】同一形状で平行な位置関係に配置された複
数の振動チューブを具備したことを特徴とする請求項１
又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載のコリオリ
質量流量計。
【請求項６】同一形状で対称な位置関係に配置された複
数の振動チューブを具備したことを特徴とする請求項１
又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５記
載のコリオリ質量流量計。