JPH1130543A - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐ノイズ特性が良好で、消費電力が少なく、
高精度な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、前記測定流体が流れる振
動チューブと、該振動チューブの軸方向と同方向に設け
られた少なくとも１個の補償振動体と、前記振動チュー
ブと前記補償振動体とを連結する結合体と、前記振動チ
ューブと前記補償振動体とが互いに逆位相に振動するよ
うに励振する励振器と、前記振動チューブの振動を検出
する振動検出センサと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、耐ノイズ特性が良
好で、消費電力が少なく、高精度な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１５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６−１０９５
１２号の従来例に示されている。図において、１はフラ
ンジ２に、両端が取付けられた振動チューブである。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】３は振動チューブ１の中央部に設けられた
励振器である。４，５は振動チューブ１の両側にそれぞ
れ設けられた振動検出センサである。６は、振動チュー
ブ１の両端が固定されるハウジングである。

【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１６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、更に、ノ
イズを低減し、信号を大きくとるために、振動チューブ
１を２管式にし、ノイズを打消すようにしたものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、図１５従来例では、振動チューブ１
は近似的に両端固定条件で振動するが、限られた大きさ
の流量計では、どうしても固定部は完全な固定端になら
ず、わずかに振動してしまう。

【０００８】これでは、振動が管路Ａに伝わり、上下流
端のわずかな固定条件の相違、例えば溶接強度等、によ
り、対象性が崩れ、零点やスパンが変動し易い。更に、
励振に大きなエネルギーを必要とする。

【０００９】検出器ハウジング６のセンサ取付位置と、
振動チューブ１の相対距離(運動)を測定することになる
ので、振動ノイズ、応力、温度変化等で、ハウジング６
や振動チューブ１が振動したり、変形した場合に、振動
測定データに誤差が生じてしまう。すなわち、これらの
環境変化や外的要因に対し、弱く、精度の悪いコリオリ
流量計になりがちである。

【００１０】一方、図１６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１７，１８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。

【００１１】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。また、振動チューブ１の振動の検
出は、検出器ハウジング６のセンサ取付位置と、振動チ
ューブ１の相対距離を測定することになる。

【００１２】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、耐ノイズ特性が良好で、消費電力
が少なく、高精度なコリオリ質量流量計を提供するにあ
る。

【００１３】

【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、前記測定流体が流れる振動チュー
ブと、該振動チューブの軸方向と同方向に設けられた少
なくとも１個の補償振動体と、前記振動チューブと前記
補償振動体とを連結する結合体と、前記振動チューブと
前記補償振動体とが互いに逆位相に振動するように励振
する励振器と、前記振動チューブの振動を検出する振動
検出センサとを具備したことを特徴とするコリオリ質量
流量計。 （２）前記補償振動体の中央部分が切り離されて形成さ
れた第１，第２の補償振動体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。 （３）前記振動チューブの直径より大なる直径を有し前
記振動チューブと同心円状に配置されたチューブ体と該
チューブ体の周面にチューブ体の軸方向に長い窓が切り
開かれて形成された少なくとも１個の補償振動体を具備
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。を構成したものである。

【００１４】

【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。

【００１５】而して、振動チューブと補償振動体との、
振動系の振動の節となる場所で、振動チューブと補償振
動体とを、流量計ハウジングと接続させることで、振動
チューブと補償振動体と結合体からなる振動系の振動
を、内部に閉じこめるようにした。以下、実施例に基づ
き詳細に説明する。

【００１６】

【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１５と同一記号の構
成は同一機能を表わす。以下、図１５と相違部分のみ説
明する。

【００１７】１１は、測定流体が流れる直管状の振動チ
ューブである。１２は、振動チューブ１１に平行に設け
られた少なくとも１個の補償振動体である。この場合
は、１個の補償振動体１２が使用されている。１３は、
振動チューブ１１と補償振動体１２の振動の節となる個
所を連結する結合体である。

【００１８】１４は、振動チューブ１１の中央部分と、
補償振動体１２の中央部分との間に設けられ、振動チュ
ーブ１１と補償振動体１２とを励振する励振器である。
１５は、振動チューブ１１と補償振動体１２との間に設
けられ、振動チューブ１１と補償振動体１２との相対振
動を検出する振動検出センサである。

【００１９】以上の構成において、振動チューブ１１に
測定流体が流され、励振器１４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チューブ１
１の振動の振幅を測定すれば、質量流量が測定出来る。

【００２０】而して、振動チューブ１１と補償振動体１
２と結合体１３との、振動系の振動の節となる場所で、
振動チューブ１１と補償振動体１２と結合体１３とを、
流量計ハウジング６と接続させることで、振動チューブ
１１と補償振動体１２と結合体１３からなる振動系の振
動を、内部に閉じこめることができる。

【００２１】すなわち、図２に示す如く、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
方向を決めると、励振器１４により、振動チューブ１１
と、補償振動体１２は、図に示したようにＹ方向で互い
に逆向きに振動する。この振動系は、ちょうど結合体１
３が振動の節となるように作られるので、励振状態であ
っても、結合体１３では、ほぼ動きがなくなる。

【００２２】なお、振動チューブ１１，補償振動体１
２，結合体１３は、全体で一つの振動系を形成し、通常
は図２に示したような振動モードで、常に共振状態にな
るように制御されている。

【００２３】この結果、振動チューブ１１と補償振動体
１２と結合体１３との、振動系の振動の節となる場所
で、振動チューブ１１と補償振動体１２と結合体１３と
を、流量計ハウジング６と接続させることで、振動チュ
ーブ１１と補償振動体１２と結合体１３からなる振動系
の振動を、内部に閉じこめることができる。従って、内
部振動系の振動が外部と絶縁されているので、

【００２４】（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。

【００２５】（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。

【００２６】（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。

【００２７】図３は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図１では補償振動体１２として、振動チュー
ブ１１と同等のチューブを示したが、他の形状でも良
く、本実施例においては、平板状の補償振動体１６が使
用されている。なお、図１におけるハウジング６と、フ
ランジ２に相当する部分は、図３には省略されている。

【００２８】図４は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、補償振動体１２が２個
設けられたものである。図５は図４の動作説明図であ
る。図５において、励振器１４により、振動チューブ１
１と、補償振動体１２は、図に示したようにＹ方向で互
いに逆向きに振動し、２つの補償振動体１２，１７は同
一方向に振動する。

【００２９】この振動系は、ちょうど結合体１３が振動
の節となるように作られるので、励振状態であっても、
結合体１３では、ほぼ動きがなくなる。なお、振動チュ
ーブ１１，補償振動体１２，結合体１３は、全体で一つ
の振動系を形成し、通常は、図５に示したような振動モ
ードで、常に共振状態になるように制御されている。

【００３０】図６は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例は、請求項２に対応するものであ
る。図において、２１，２２は、補償振動体１２の中央
部分が切り離されて形成された第１，第２の補償振動体
である。

【００３１】図７は、図６の動作説明図である。図にお
いて、励振器１４により、振動チューブ１１と、第１，
第２の補償振動体２１，２２は、図に示したようにＹ方
向で互いに逆向きに振動し、４つの補償振動体２１，２
２は同一方向に振動する。

【００３２】この振動系は、ちょうど結合体１３が振動
の節となるように作られるので、励振状態であっても、
結合体１３では、ほぼ動きがなくなる。なお、振動チュ
ーブ１１、第１，第２の補償振動体２１，２２、結合体
１３は、全体で一つの振動系を形成し、通常は、図７に
示したような振動モードで、常に共振状態になるように
制御されている。

【００３３】この結果、第１，第２の補償振動体２１，
２２が、連続していない片持ち構造であるので、

【００３４】（１）急激な測定流体の温度変化による温
度差が生じた場合でも、装置に無理な熱応力が加わらな
いコリオリ質量流量計が得られる。

【００３５】（２）熱応力による破壊等の心配が無くな
るだけでなく、ゼロ点安定性やスパン精度も向上するコ
リオリ質量流量計が得られる。

【００３６】図８は本発明の他の実施例の要部動作説明
図である。本実施例においては、第１，第２の補償振動
体２１，２２が各１個の場合を示す。

【００３７】図９は本発明の他の実施例の要部構成説明
図で、図１０は図９のＡ−Ａ断面図である。本実施例
は、請求項３に対応するものである。

【００３８】本実施例において、３１は、振動チューブ
１１の直径より大なる直径を有し、振動チューブ１１と
同心円状に配置されたチューブ体３２と、チューブ体３
２の周面にチューブ体３２の軸方向に長い窓３３が切り
開かれて形成された少なくとも１個の補償振動体であ
る。この場合は、２個の補償振動体３１が形成されてい
る。

【００３９】本実施例の特徴は、補償振動体３１とし
て、振動チューブ１１の直径より大きい径のチューブ３
２の一部を使用して加工したことにある。図９に示す如
く、もともと径の大きなチューブ３２の両端は、そのま
ま結合体１３として使用し、中央部付近は、図の手前側
と奥側に大きな窓３３を設けた。この大口径チューブ全
体が、図４における２本の補償振動体３１として機能す
るものである。

【００４０】この結果、チューブ体３２に窓３３を設け
ることにより、２本の補償振動体３１が形成できるの
で、コリオリ質量流量計の製造、材料の手配が容易にで
きる。また、大口径チューブ３２に大きな窓３３ができ
るので、作業や取付も楽である。すなわち、製造コスト
を安価に出来るコリオリ質量流量計が得られる。

【００４１】なお、前述の実施例においては、低次の振
動モード形状で振動させた場合について説明したが、こ
れに限ることはなく、図１１に示す如く、高次の振動モ
ード形状で振動させても良い。また振動系が非共振状態
の場合でも良い。

【００４２】図１１は本発明の他の実施例の要部構成説
明図で、図１２は図１１の動作説明図である。本実施例
は、請求項１に関係するものである。本実施例におい
て、４１，４２は、振動チューブ１１の両側に並行に設
けられ、その両端が、それぞれ、振動チューブ１１に結
合体１３により接続された補償振動体である。

【００４３】４３は、補償振動体４１と補償振動体４２
とを連結する第１の連結棒である。第１の連結棒４３と
振動チューブ１１との間に励振器１４が取付られてい
る。４４は、補償振動体４１と補償振動体４２とを連結
する第２の連結棒である。第２の連結棒４３と振動チュ
ーブ１１との間に振動検出センサ１５が取付られてい
る。

【００４４】以上の構成において、振動チューブ１１と
補償振動体４１，４２とは、図１２に示す如く、Ｙ方向
で、互いに逆方向に振動し、２個の補償振動体４１と補
償振動体４２とは同一方向に振動する。

【００４５】前述の図５実施例においては、振動チュー
ブ１１と補償振動体１２，１７とは、異なるＹ座標上に
存在し、振動方向もＹ方向である。これに対して、図１
１，図１２実施例においては、振動チューブ１１と補償
振動体４１，４２とは、異なるＹ座標上に存在するのは
同じであるが、振動方向はＹ方向でなく、Ｚ方向であ
る。

【００４６】この結果、この振動系は、丁度、結合体１
３が、振動の節となるように構成されているので、励振
状態であっても、結合体１３では、ほぼ動きがなくな
る。

【００４７】なお、振動チューブ１１、補償振動体４
１，４２と結合体１３とは、全体で一つの振動系を形成
し、通常は、図１２に示す如き振動モードで、常に共振
状態になるように制御されている。なお、図１実施例に
おけるハウジング６と、フランジ２は、図１１，図１２
には省略されている。

【００４８】図１３は本発明の他の実施例の要部動作説
明図である。本実施例は、請求項２に関係するものであ
る。本実施例においては、図４実施例に対しての、図６
実施例に対応するものである。

【００４９】５１，５２は補償振動体４１の中央部分が
切り離されて形成された第１，第２の補償振動体であ
る。５３，５４は補償振動体４２の中央部分が切り離さ
れて形成された第３，第４の補償振動体である。

【００５０】図１３において、励振器１４により、振動
チューブ１１と、第１，第２，第３，第４の補償振動体
５１，５２，５３，５４とは、図１３に示したようにＹ
方向で互いに逆向きに振動し、４つの補償振動体５１，
５２，５３，５４は同一方向に振動する。

【００５１】この振動系は、ちょうど結合体１３が振動
の節となるように作られるので、励振状態であっても、
結合体１３では、ほぼ動きがなくなる。

【００５２】なお、振動チューブ１１、第１，第２，第
３，第４の補償振動体５１，５２，５３，５４と結合体
１３とは、全体で一つの振動系を形成し、通常は、図１
４に示したような振動モードで、常に共振状態になるよ
うに制御されている。

【００５３】この結果、第１，第２，第３，第４の補償
振動体５１，５２，５３，５４が、連続していない片持
ち構造であるので、

【００５４】（１）急激な測定流体の温度変化による温
度差が生じた場合でも、装置に無理な熱応力が加わらな
いコリオリ質量流量計が得られる。

【００５５】（２）熱応力による破壊等の心配が無くな
るだけでなく、ゼロ点安定性やスパン精度も向上するコ
リオリ質量流量計が得られる。

【００５６】なお、前述の実施例においては、低次の振
動モード形状で振動させた場合について説明したが、こ
れに限ることはなく、図１４に示す如く、高次の振動モ
ード形状で振動させても良い。また振動系が非共振状態
の場合でも良い。

【００５７】

【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、振動チューブと補償振動体との、振動系の振
動の節となる場所で、振動チューブと補償振動体とを、
流量計ハウジングと接続させることで、振動チューブと
補償振動体からなる振動系の振動を、内部に閉じこめる
ことができる。

【００５８】従って、内部振動系の振動が外部と絶縁さ
れているので、 （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。

【００５９】（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。

【００６０】（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。

【００６１】本発明の請求項２によれば、第１，第２の
補償振動体が、連続していない片持ち構造であるので、 （１）急激な測定流体の温度変化による温度差が生じた
場合でも、装置に無理な熱応力が加わらないコリオリ質
量流量計が得られる。

【００６２】（２）熱応力による破壊等の心配が無くな
るだけでなく、ゼロ点安定性やスパン精度も向上するコ
リオリ質量流量計が得られる。

【００６３】本発明の請求項３によれば、チューブ体に
窓を設けることにより、２本の補償振動体が形成できる
ので、コリオリ質量流量計の製造、材料の手配が容易に
できる。また、大口径チューブに大きな窓ができるの
で、作業や取付も楽である。すなわち、製造コストを安
価に出来るコリオリ質量流量計が得られる。

【００６４】従って、本発明によれば、耐ノイズ特性が
良好で、消費電力が少なく、高精度なコリオリ質量流量
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】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図５】図４の動作説明図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図７】図６の動作説明図である。

【図８】本発明の他の実施例の要部動作説明図である。

【図９】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。

【図１１】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

【図１２】図１１の動作説明図である。

【図１３】本発明の他の実施例の要部動作説明図であ
る。

【図１４】本発明の他の実施例の要部動作説明図であ
る。

【図１５】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１６】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１７】図１６の動作説明図である。

【図１８】図１６の動作説明図である。

【符号の説明】

２ フランジ ６ ハウジング １１ 振動チューブ １２ 補償振動体 １３ 結合体 １４ 励振器 １５ 振動検出センサ １６ 補償振動体 １７ 補償振動体 ２１ 第１の補償振動体 ２２ 第２の補償振動体 ３１ 補償振動体 ３２ チューブ体 ３３ 窓 ４１ 補償振動体 ４２ 補償振動体 ４３ 第１の連結棒 ４４ 第２の連結棒 ５１ 第１の補償振動体 ５２ 第２の補償振動体 ５３ 第３の補償振動体 ５４ 第４の補償振動体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記測定流体が流れる振動チューブと、 該振動チューブの軸方向と同方向に設けられた少なくと
   も１個の補償振動体と、 前記振動チューブと前記補償振動体とを連結する結合体
   と、 前記振動チューブと前記補償振動体とが互いに逆位相に
   振動するように励振する励振器と、 前記振動チューブの振動を検出する振動検出センサとを
   具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。
2. 【請求項２】前記補償振動体の中央部分が切り離されて
   形成された第１，第２の補償振動体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。
3. 【請求項３】前記振動チューブの直径より大なる直径を
   有し前記振動チューブと同心円状に配置されたチューブ
   体と該チューブ体の周面にチューブ体の軸方向に長い窓
   が切り開かれて形成された少なくとも１個の補償振動体
   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。