JPH11230805A - カウンタバランスチューブ式コリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、特に小さなフローチューブに対し
て、振動バランスをとることを可能にすると共に、測定
流体に温度変動があっても、フローチューブに非対称な
応力が加わることがないようにすることを目的としてい
る。 【解決手段】 カウンタバランスチューブ式コリオリ流
量計は、被測定流体が流れる直管状のフローチューブ４
と、該フローチューブ４と平行に配置された中空筒状の
カウンタチューブ９と、駆動装置７と、一対のセンサ８
とから構成されて、フローチューブ４をカウンタチュー
ブ９とは逆位相で駆動装置７によって共振振動させ、該
フローチューブ４に作用する位相差を一対のセンサ８で
検知することにより質量流量を測定する。本発明は、こ
のようなカウンタバランスチューブ式コリオリ流量計に
おいて、フローチューブ４と同軸の支持シリンダ５を備
え、該支持シリンダ５を、軸方向両側において、フロー
チューブ４に一体に結合プレート６で固定したものであ
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、フローチューブと
平行に配置されたカウンタバランスチューブを備えるカ
ウンタバランスチューブ式のコリオリ流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】コリオリ流量計は、測定媒体が流れる両
端支持された測定管を振動させたとき、測定管に作用す
るコリオリ力の力が測定媒体の質量流量に比例すること
を利用して質量流量の測定を行うものである。

【０００３】振動させる測定管としての形状は湾曲管と
直管とに大別されるが、直管単管式のコリオリ流量計
は、両端を支持された単管の中央部単管軸に垂直な方向
に振動したとき、単管の支持部と中央部との間でコリオ
リの力による単管の変位差、即ち位相差信号として質量
流量を検知する。単管式のコリオリ流量計は、単管の中
央部に配設された加振器により、両端支持点を節として
１次の振動モードにより駆動されると共に、その中央加
振器と、両端支持点のそれぞれとの間に対称に位相検出
器が配設され、測定流体の流通によりコリオリの力に基
づき単管に作用する位相差が検出される。

【０００４】このような単管式のコリオリ流量計は、コ
ンパクトで液溜まりが無いなどの特徴で注目されている
が、しかし、単管を振動させるには、エネルギーが外に
漏れることがないように流量計そのものの重量を重くす
るか流量計の取付を強固にする必要があり、実際には所
期の精度を得ることができない。このため、計測チュー
ブに同軸若しくは平行のカウンタバランスチューブ（以
下カウンタチューブという）を逆位相で振動させ、振動
バランスを保つことが知られている。

【０００５】図５は、同軸カウンタチューブを備えた従
来技術のコリオリ流量計の概念図を示している。このコ
リオリ流量計は、同軸のカウンタチューブ９をフローチ
ューブ４の外周側に備えた二重直管形のものである。直
管状のフローチューブ４には被測定流体が流れる。フロ
ーチューブ４とカウンタチューブ９は、その両側で剛体
である連結ブロック１２により同軸に固着されている。
カウンタチューブ９に取り付けた図示しないバランスウ
エイトの重量により、両側の連結ブロック１２を支持部
としたフローチューブ４の固有振動数と、カウンタチュ
ーブ５の固有振動数が等しくなるよう調整されている。
更に、カウンタチューブ９の中央部には、フローチュー
ブ４をカウンタチューブ９と互いに反対位相で共振駆動
するための駆動装置７が取り付けられ、そして駆動装置
７の両側の対称位置に一対のセンサ８が設置されて、コ
リオリの力によるフローチューブ４の位相差を検知して
いる。

【０００６】このような二重直管式のコリオリ流量計
は、測定流体の温度が変わると、フローチューブ４は直
ちに追随して温度が変わるのに対して、同軸のカウンタ
チューブ９の温度変動には遅れが生じる。このため、フ
ローチューブ４とカウンタチューブ９は伸びに差を生じ
て、長手方向に連結ブロック１２に対して応力が発生す
る。この応力に基づく測定値への影響は補正する必要が
あるものの、この応力自体は、同軸二重管の中心に対し
て対称に発生するため、二重管を撓ませ、湾曲変形させ
ることがないという点で優れている。

【０００７】しかし、二重直管形は、フローチューブ４
とカウンタチューブ９の口径比を、あまりに大きくする
ことはできない。その結果として、フローチューブ４の
口径を一定限度以下に小さく構成することができない。

【０００８】フローチューブ４とカウンタチューブ９の
口径比を大きくすることができないのは、両者の剛性比
が大きくなると、フローチューブ４のカウンタチューブ
９に対する振動数が大きくなり、振動バランスがとりに
くくなるからである。他方、フローチューブ４とカウン
タチューブ９の間隔は、駆動装置及び検出センサの取付
等の機械加工上の観点より、絶対値として、最低３mm程
度が必要になるため、小さなフローチューブ４に対して
は、必然的に口径比が大きくなる。例えば、５mmの口径
のフローチューブ４に対しても、３mmの間隔が必要にな
り、カウンタチューブ９の口径を１１mmにすることが必
要になる。この５mmと１１mmの口径比は、振動バランス
をとりにくくする程に大きなものである。

【０００９】このように、二重直管形は、小さなフロー
チューブ４に対しては、カウンタチューブ９との口径比
が大きくなるため、上記のように、振動バランスをとる
ことが困難になる。

【００１０】図６は、平行カウンタチューブを備えた従
来のコリオリ流量計の概念図を示している。このコリオ
リ流量計は、フローチューブ４と、図示の下方に平行に
備えられたカウンタチューブ９とから成る平行直管形で
ある。直管状のフローチューブ４には被測定流体が流れ
る。フローチューブ４とカウンタチューブ９は、その両
側で剛体である連結ブロック１２により振動方向（上下
方向）において平行に固着されている。二重直管形と同
様に、カウンタチューブ９に取り付けた図示しないバラ
ンスウエイトの重量により、両側の連結ブロック１２を
支持部としたフローチューブ４の固有振動数と、カウン
タチューブ９の固有振動数が等しくなるよう調整されて
いる。更に、カウンタチューブ９の中央部には、フロー
チューブ４をカウンタチューブ９と互いに反対位相で共
振駆動するための駆動装置７が取り付けられ、そして駆
動装置７の両側の対称位置に、コリオリの力によるフロ
ーチューブ４の位相差を検知するための一対のセンサ８
が設置されている点でも、上述の同軸の二重直管形と異
なるものではない。

【００１１】このような平行直管式のコリオリ流量計に
おいて、測定流体の温度が変わり、フローチューブとカ
ウンタチューブに温度差ができた場合には、二重直管形
同様に、両チューブ間に伸びの差を生じ、これが、長手
方向に連結ブロック１２に対して応力を発生することに
なるが、この応力は、二重直管形とは異なり、フローチ
ューブ４の中心に対して非対称に発生する。このため、
フローチューブを撓ませ、湾曲変形させるような応力が
加わることになる。例えば、測定流体の温度が上昇した
とき、連結ブロック１２間で、カウンタチューブ９より
もフローチューブ４の長さが長くなって、フローチュー
ブ４の中央部を上方に湾曲変形させることになる。ま
た、非常に細いチューブ上の３個のコイルへの配線を施
さなければならず、これは、振動の安定性を阻害し、流
量計の精度を悪化させることになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に口径の
小さな細いフローチューブに対して、振動バランスをと
ることが困難になるという同軸の二重直管形の問題点を
解決することを目的としている。

【００１３】また、本発明はかかる二重直管形の問題点
を解決するためにカウンタチューブをフローチューブと
平行に備えるものであるが、上記平行直管形の問題点を
も解決して、測定流体に温度変動があっても、フローチ
ューブに非対称な応力が加わることがないようにした新
規なカウンタバランスチューブ式コリオリ流量計を提供
することを目的としている。

【００１４】さらに、本発明は、駆動装置及びセンサの
取り付け及び配線構成を改良して、特に細いフローチュ
ーブに対して振動の安定性を確保し流量計精度の悪化を
防いだ新規なカウンタバランスチューブ式コリオリ流量
計を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】カウンタバランスチュー
ブ式コリオリ流量計は、被測定流体が流れる直管状のフ
ローチューブ４と、該フローチューブ４と平行に配置さ
れてカウンタバランサとして機能するように両端が該フ
ローチューブ４に固定された中空筒状のカウンタチュー
ブ９と、駆動装置７と、一対のセンサ８とから構成され
て、フローチューブ４をカウンタチューブ９とは逆位相
で駆動装置７によって共振振動させ、該振動によりフロ
ーチューブ４の両側において該フローチューブ４に作用
するコリオリの力に比例した位相差を一対のセンサ８に
より検知することにより質量流量を測定する。本発明
は、このようなカウンタバランスチューブ式コリオリ流
量計において、フローチューブ４の外周側に間隔をあけ
て同軸に支持シリンダ５を備え、該支持シリンダ５を、
フローチューブ４とカウンタチューブ９との軸方向両側
固定位置において、フローチューブ４に一体に固定する
ことを特徴としている（請求項１）。このように、フロ
ーチューブ４と同軸に固定されている支持シリンダ５に
より、測定流体温度に変動があっても、フローチューブ
４がその中心に対して非対称にひずんで、変形するよう
なことはなくなる。

【００１６】また、本発明のカウンタバランスチューブ
式コリオリ流量計は、支持シリンダ５をフローチューブ
４に固定する手段として、カウンタチューブ９をも一体
に結合する板部材（結合プレート６）から構成し、かつ
この板部材は、前記フローチューブの半径方向両外方向
に伸びて板バネ１４として機能する延長部を有し、この
延長部を外筐１に固定することを特徴としている（請求
項２）。この板部材の弾性により、流体温度の変動に基
づく各チューブの温度差による熱応力を吸収することが
できると共に、一体に形成した板バネ１４によりフロー
チューブ４、カウンタチューブ９、チューブアッセンブ
リー全体の支持点が同一平面上にあり、支持部の特性変
化の影響を受けにくく、安定した振動を得ることができ
る。

【００１７】また、本発明のカウンタバランスチューブ
式コリオリ流量計は、前記一対のセンサ８のピックアッ
プコイルを支持シリンダ５に設置したことを特徴として
いる（請求項３）。これによって、配線は剛性の高い振
動しない支持シリンダ５に施行でき、ＳＮ比の高い計測
が可能になる。

【００１８】また、本発明のカウンタバランスチューブ
式コリオリ流量計は、センサ８を、支持シリンダ５に設
置したピックアップコイル１７と、フローチューブ４と
カウンタチューブ９の各々に設置したマグネット１８と
で構成したことを特徴としている（請求項４）。これに
よって、フローチューブ４とカウンタチューブ９の相対
出力を検出するようにして、外乱影響による誤差をなく
すことができる。

【００１９】さらに、本発明のカウンタバランスチュー
ブ式コリオリ流量計は、駆動装置７を、支持シリンダ５
に設置した駆動コイル１５と、フローチューブ４とカウ
ンタチューブ９の各々に設置したマグネット１６とで構
成したことを特徴としている（請求項５）。この構成に
したことにより、非常に細いチューブに大きなコイルを
設置することなく、かつ駆動コイル１５及び駆動コイル
の配線は剛性の高い振動しない支持シリンダ５に施行で
きるので、フローチューブ４及びカウンタチューブ９の
振動を阻害せずに、安定した振動を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、その実施の形態
に基づき、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明を適用するカウンタバランス方式コリオリ流量計の
一例を示している。図２は、図１に示した結合プレート
６による結合部分を拡大して詳細に示す図である。図に
おいて、１は外筐、２は配管との接続フランジ、４は測
定流体が流れるフローチューブ、５は該フローチューブ
４を同軸に支持する支持シリンダ、６はフローチューブ
４と支持シリンダ５及びカウンタチューブ９とを一体に
結合する結合プレート、７はフローチューブ４を共振振
動させる駆動装置、８はセンサ、１０はバランスウエイ
ト、１４は板バネである。

【００２１】このカウンタバランス方式コリオリ流量計
は、両端に接続フランジ２を有する中空円筒状の外筐１
を有し、外筐１内には、被測定流体が流れる直管状の、
例えばステンレス、ハステロイ、チタン合金等から構成
されるフローチューブ４が配設されている。このフロー
チューブ４の図示下方には、その長さ方向両端部を除き
平行に、中空筒状カウンタチューブ９が、結合プレート
６を介して、その両側において固定されている。そし
て、この位置が振動支点となる。カウンタチューブ９
は、弾性を有する、例えばステンレス、ハステロイ、チ
タン合金等によって構成すると共に、その中央部にバラ
ンスウエイト１０を取り付けていて、全体としてカウン
タバランサとして機能する。

【００２２】本発明を適用するカウンタバランス方式コ
リオリ流量計は、さらに、前記フローチューブ４の外周
側に間隔をあけて同軸に支持シリンダ５を備えている。
支持シリンダ５は、その両端が、前記結合プレート６に
よりフローチューブ４に、そしてそれ故、カウンタチュ
ーブ９に一体に結合されている。この結合プレート６は
また、例えばステンレス、ハステロイ、チタン合金等に
よって構成することができる。

【００２３】駆動コイルとマグネット等からなる駆動装
置７は、フローチューブ４とカウンタチューブ９を逆位
相で共振振動させるために、一方にコイル、他方にマグ
ネットを取り付けている。このようにして、フローチュ
ーブ４をその固有振動の一次モードで振動させる。そし
て、流体が流れたとき、振動のスピードが最大となる中
央部を境に、流入側と流出側ではコリオリ力が反対方向
となりフローチューブはうねるようにたわむことにな
る。これを二次モード成分と称しているが、フローチュ
ーブは、駆動装置による加振に基づく一次モードの振動
と、コリオリ力に基づく二次モードの振動が重畳される
形で変位する。一対のセンサ８は、駆動装置７の両側で
二次モード成分が最大となる位置で、支持シリンダ５に
設置されて、コリオリの力によるフローチューブ４の位
相差を検知し、これによって質量流量を知ることができ
る。

【００２４】また、ピックアップコイルとマグネット等
により構成することのできる一対のセンサ８は、図示し
たように、フローチューブ４と支持シリンダ５間の相対
出力を検出するよう構成する。計測すべきは、フローチ
ューブ４の二次モード振動であるから、駆動装置７が設
置されて振動しているカウンタチューブ９ではなく、振
動していない支持シリンダ５にセンサ８のピックアップ
コイルを設置することにより、ＳＮ比の高い計測が可能
になる。さらに、一般的に、この種のコリオリ流量計
は、センサにより検出される振幅値が一定になるよう
に、駆動装置７を制御しているが、振幅値を、フローチ
ューブ４と支持シリンダ５の間で検出することにより、
流体密度に変動が生じても、振幅変化が生じることはな
く、このため、器差（測定値と実際の質量流量値との間
の誤差）変化が生じない。

【００２５】本発明を適用するカウンタバランス方式コ
リオリ流量計は、支持シリンダ５を設けたことにより、
測定流体温度に変動があっても、フローチューブが撓
み、変形することはない。例えば、仮に流体温度が上昇
したとすると、結合プレート６により相互に両端で結合
されているフローチューブ４は、カウンタチューブ９よ
りも伸びて、フローチューブを撓ませ、変形させる応力
を生じることになるが、フローチューブ４と同軸に結合
プレート６により固定されている支持シリンダが備えら
れているため、フローチューブ４がその中心に対して非
対称にひずんで、変形するようなことはなくなる。

【００２６】支持シリンダ５は、このようにフローチュ
ーブ４を機械的に同軸に支持し、そして必要に応じて、
センサ８を設置するためのものであって、カウンタバラ
ンサとして機能させることを意図していないから、フロ
ーチューブに対して大きな口径比のものも使用可能であ
る。そして、例えばステンレス、ハステロイ、チタン合
金等によって構成することができる。

【００２７】また、本発明は、フローチューブ４と、カ
ウンタチューブ９及び支持シリンダ５を結合するに際し
て、結合プレート６として例示したような板部材を用い
たが、これらを一体に結合するものであれば、板部材に
限らず、ブロック状の剛体を用いても結合できる。しか
し、例えばステンレス、ハステロイ、チタン合金等によ
って構成した図示したような板部材を用いるならば、そ
の弾性により、流体温度の変動に基づく各チューブの温
度差による熱応力を吸収することができる。そして、こ
のような一体結合は、例えば、ロー付けにより行うこと
ができる。

【００２８】さらに、振動支点を外筐１に板バネ１４に
よって支持することにより、支持部の特性変化の影響を
受けにくく、安定した振動を得ることができることが従
来より知られているが、この図示した例においては、結
合プレート６を支持シリンダ５の半径方向外側にまで左
右対称に延長して両側に板バネ１４を一体に構成し、こ
れを外筐１にロー付け等の適宜の手段によって固定して
いる。言い換えると、板バネ１４と結合プレート６を一
体にして、一枚の板で共用するものである。このような
共用により、構成簡単にして、結合プレート６の機能
と、板バネ１４の機能を併せ持たせることが可能にな
る。なお、図示した例においては、図の上下方向に振動
駆動することを想定して、それに対して直角の横断方向
に板バネ１４を延長しているが、板バネ１４の延長方向
は、図示した例とは直角の上下方向にして、振動駆動の
方向と同一にすること、或いは、半径方向四方に延長さ
せることもできる。

【００２９】図３は、本発明を適用するカウンタバラン
ス方式コリオリ流量計の他の例を示している。図におい
て、１５は駆動コイル、１６はマグネットである。これ
は駆動装置７の駆動コイル１５を支持シリンダ５に、２
つのマグネット１６を駆動コイル１５に対応するように
フローチューブ４とカウンタチューブ９の各々に異極が
向かい合うようにして設置するようにしている。駆動装
置７をこのような構成にしたことにより、非常に細いカ
ウンタチューブ９に大きな駆動コイルを設置することな
く、かつ駆動コイル１５及び駆動コイルの配線（図示せ
ず）は剛性の高い支持シリンダ５に施行できる。よって
フローチューブ４及びカウンタチューブ９の振動を阻害
せずに、安定した振動を得ることができる。

【００３０】図４は、本発明を適用するカウンタバラン
ス方式コリオリ流量計の更に他の例を示している。図に
おいて、１７はピックアップコイル、１８はマグネット
である。

【００３１】これはセンサ８のピックアップコイル１７
を支持シリンダ５に、２つのマグネット１８をピックア
ップコイル１７に対応するようにフローチューブ４とカ
ウンタチューブ９の各々に異極が向かい合うようにして
設置するようにしている。センサ８をこのような構成に
したことにより、外乱影響を受けたときでも、フローチ
ューブ４とカウンタチューブ９の相対出力を検出するた
め、外乱影響による誤差をなくすことができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のカウンタバランスチューブ式コ
リオリ流量計は、フローチューブの外周側に間隔をあけ
て同軸に支持シリンダを備え、該支持シリンダを、フロ
ーチューブに同軸に固定したことにより、測定流体温度
に変動があっても、フローチューブがその中心に対して
非対称にひずんで、変形するようなことはなくなるとい
う効果を生じる。

【００３３】また、板部材を用いてフローチューブと、
支持シリンダ及びカウンタチューブを結合したことによ
り、その弾性によって、流体温度の変動に基づく各チュ
ーブの温度差による熱応力を吸収することが可能にな
る。そして、一体に形成した板バネによりフローチュー
ブ、カウンタチューブ、チューブアッセンブリー全体の
支持点が同一平面上にあり、支持部の特性変化の影響を
受けにくく、安定した振動を得ることができる。

【００３４】さらに、検出用の一対のセンサのピックア
ップコイルを支持シリンダに設置したことにより、配線
は剛性の高い振動しない支持シリンダ上で施行でき、Ｓ
Ｎ比の高い計測が可能になると共に、流体密度の変動が
あっても器差変化が無いという効果がある。

【００３５】また、駆動装置の駆動コイルを支持シリン
ダに設置したことにより、非常に細いチューブに大きな
コイルを設置することなく、かつ駆動コイル及び駆動コ
イルの配線は剛性の高い振動しない支持シリンダに施行
できるので、フローチューブ及びカウンタチューブの振
動を阻害せずに、安定した振動を得ることができる。

【００３６】さらに、センサのマグネットをフローチュ
ーブとカウンタチューブの各々に設置したことにより、
フローチューブとカウンタチューブの相対出力を検出す
るようにして、外乱影響による誤差をなくすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するカウンタバランス方式コリオ
リ流量計の一例を示している。

【図２】図１に示した結合プレート６による結合部分を
拡大して詳細に示す図である。

【図３】本発明を適用するカウンタバランス方式コリオ
リ流量計の他の一例を示している。

【図４】本発明を適用するカウンタバランス方式コリオ
リ流量計の更に他の一例を示している。

【図５】同軸カウンタチューブを備えた従来技術のコリ
オリ流量計の概念図を示している。

【図６】平行カウンタチューブを備えた従来技術のコリ
オリ流量計の概念図を示している。

【符号の説明】

１ 外筐 ２ 接続フランジ ４ フローチューブ ５ 支持シリンダ ６ 結合プレート ７ 駆動装置 ８ センサ １０ バランスウエイト １４ 板バネ １５ 駆動コイル １６ マグネット １７ ピックアップコイル １８ マグネット

フロントページの続き (72)発明者 小林 誠司 東京都新宿区上落合３丁目10番８号 株式 会社オーバル内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定流体が流れる直管状のフローチュ
   ーブと、該フローチューブと平行に配置されてカウンタ
   バランサとして機能するように両端が該フローチューブ
   に固定された中空筒状のカウンタバランスチューブと、
   前記フローチューブをカウンタバランスチューブと逆位
   相で共振振動させる駆動装置と、該振動により該フロー
   チューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検
   知することにより質量流量を測定する一対のセンサとか
   ら成るカウンタバランスチューブ式コリオリ流量計にお
   いて、 前記フローチューブの外周側に間隔をあけて同軸に備え
   られる支持シリンダと、 前記フローチューブと前記カウンタバランスチューブと
   の軸方向両側の固定位置において、前記支持シリンダを
   前記フローチューブに固定する手段と、をさらに備える
   ことを特徴とするカウンタバランスチューブ式コリオリ
   流量計。
2. 【請求項２】 前記支持シリンダを前記フローチューブ
   に固定する手段は、前記カウンタバランスチューブをも
   一体に結合する板部材からなり、かつこの板部材は、前
   記フローチューブの半径方向両外方向に伸びて板バネと
   して機能する延長部を有し、この延長部を外筐に固定す
   ることを特徴とする請求項１に記載のカウンタバランス
   チューブ式コリオリ流量計。
3. 【請求項３】 前記一対のセンサのピックアップコイル
   を、前記支持シリンダに設置したことを特徴とする請求
   項１又は２に記載のカウンタバランスチューブ式コリオ
   リ流量計。
4. 【請求項４】 前記一対のセンサを、前記ピックアップ
   コイルと、前記フローチューブと前記カウンタチューブ
   の各々に設置したマグネットとで構成したことを特徴と
   する請求項３に記載のカウンタバランスチューブ式コリ
   オリ流量計。
5. 【請求項５】 前記駆動装置を、前記支持シリンダに設
   置した駆動コイルと、前記フローチューブと前記カウン
   タチューブの各々に設置したマグネットとで構成したこ
   とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   カウンタバランスチューブ式コリオリ流量計。