JPS62238419A - 流れを連続的に測定するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３．８の　を１日 ［技術分野］ この発明は、一般に流れ測定技術に関し特に流れの約半
分を運ぶよう各々企図される二つの離間される管を利用
し、これらの管は往復する角回転を管に付与するために
固定点間で振動するよう強制される流体の質量流量を測
定する新規かつ有用な装置および方法に関する。

流れを直接的に測定するために、移動する流体での角運
動の効果を利用する装置が知られている。たとえば、ロ
ス（Ｒｏｔｈ）による１９５８年１２月２３日発行の米
国特許第２８６５２０１号およびシビン（Ｓｉｐｉｎ）
による１９６９年１２月２３日発行の米国特許第３４８
５０９８号および１９６７年１２月５日発行の米国特許
第３３５５９４４号明細書を参照されたい。

スミス（Ｓｍｉｔｈ）による１９７８年８月２９日発行
の米国特許第４１０９５２４号明細書では、コンジット
を通る質量流量を、コンジットの一部位を往復運動させ
てこの部位の長手軸線方向の角回転を発生させることに
より測定するための装置および方法を開示する。リンク
部材が、部位を往復運動させるためおよびコンジットの
部位を通じて流れにより発生される見掛けの力により部
位に加えられる力を測定するために部位に接続される。

直接測定が、かくしてこのような方法で質量流量につい
て行なわれる。

この力の作用を使用して、いかにして質量流量が測定さ
れるかを理解するために、Ｘ、　Ｙ、　Ｚ座標系でのベ
クトル配列を図示する第１図を参照されたい。

速さＶで移動している質量ｍに関して、速さＶに垂直な
任意の軸線の周りの角速度Ｗを保存するためには、速さ
Ｖおよび角速度Ｗの両方に垂直なコリオりの力Ｆｅが付
与されねばならない。

コリオりの加速度は、第２図に図示されるように局所直
交（ｘ、ｙ）座標系および極（ｒ、φ）座標系間の変換
式の時間微分から直接および簡単に誘導される。

Ｘ：ｒＣＯ１ｉφ ｙ＝ｒｓｉｎφ 交＝−ｒｉｓｔｎφ＋ｒ　　ｃｏｓφ ン＝　　ｒｊ　　ｃｏｓφ＋ｒ　　ｓｉｎφ’ｙ＜＝　
［Ｆ−ｒｉ２］ｃｏｓ　φ−［ｒｊ＋２ｒｉ］ｓｉｎφ
Ｓ；　＝　［’ｒ”　−ｒ　４　”１ｓｔｎ　φ−［ｒ
　ｉ＋２　ｒ　ｊ］ｃａｓφここでｒ２ｒｊＪ成分がコ
リオリの加速度である。それは二つの速さの積であり原
点からの距離ｒの関数でないことに注意されたい、した
がって、それは、原点（ｒ＝ｏ）にも存在することにな
る。そしてこれは、いかにしてまたなぜ質量流量計が作
動するのかについての理解を助ける０例えば、管に沿う
各点で局所的な原点を具象化できる。管が湾曲すると、
各点はある程度回転する。

もし流体もまた管を貫流している（ｒ）ならば、管のこ
の回転（示）は（２ｒｊ）の垂直方向のコリオり加速度
を生じさせる。

Ｘ軸線（φ＝○）に整列される管で左から右へ流れる流
体に関して、コリオリの加速度はｙ方向にあり、そして
以下のように記述されよう。

ｙｃ＝２Ｖｔ　　φ ここで、ｙ（ｘ、ｔ）は管の変位関数でありＶ、は流体
の速さであり、 Ｖｒ＝ト である。また φ＝　ｄｙ／ｄｘ　（部分） ↓＝　ｄ”ｙ／ｄｔ　ｄｘ　（部分） 要素長さｄｘについて管内部の流体のコリオり加速度に
より管に付加される慣性の力は、Ｆ、＝　　ｍｔ；ｃ ＝　−ｒｈｏｒＡｒｄｘ　２Ｖｒ＄ ＝　−ｒｈｏｒＡｒＶｒ２ｄｘ　６ ＝−ｍｒ２ｄｘφ （Ｆｅ／ｄｘ　＝　−２晶ｔｊ＝Ｃ単位長さ当たりの力
））これは、この装置でのその効用（すなわち回転速度
は並進力を生成するが、並進速度は回転力を生成しない
）という一つの理由から非対称関係である。したがって
、もし質量流量計管の対称モードが例えば電磁的振動手
段（ｓｈａｋｅｒｓ）などの外部手段により駆動される
ならば、コリオりの力は反対称モードを励起する傾向が
ある。逆に、もし、反対称モードが外部的に駆動される
ならば、コリオリの力は対称モードを励起する傾向があ
る。

もし、駆動力が正弦的ならば、管の変位、速度および加
速度は正弦曲線に似たものとなり、それぞれ９０度およ
び１８０度にしたがって変化する。これは、位相差φは
、得られる駆動力およびカーＰｅの和に対し駆動力の変
位、速度または加速度関数に関して測定されるかどうか
に依らず、等しくなることを許容する。

［発明の概要］ 本発明は質量流量を測定するための装置および方法に向
けられるものである。

本発明によれば、一対の並行なコンジットが、固定保持
されるそれらの端部と一緒に並列関係で装着される。複
数のセンサーが、センサー場所での管の速度に対応する
信号を発生するために、コンジットの中央およびそれら
の間に設けられる。

第１振動部分でコンジットに接続される一部分と第２振
動部分でコンジットに接続される別の部分とを備えて駆
動手段が設けられる。第１および第２振動部分は、セン
サーの両側に設けられそしてセンサと各保持部間のおお
よそ中間に設けられる。

駆動手段が動作される周波数を変化させることにより、
最大の対称モード応答を画定しそして発生させることが
可能である。これは、（別の種々の事項中）流体密度の
関数である固有振動数情報を提供する。かくして、ある
所与の装置に関して、質量流量および流体密度およびそ
れゆえ実際の流速は、解析および検査および校正により
生成される曲線または曲線群と一緒に―認できる。

それゆえ、本発明の目的は、 相対向する端部と長手軸線と中心とを有する一対の並行
なコンジットと、 実質的に固定位置で対向端部を保持するための保持手段
と、 コンジットの対向端部間でおよびコンジットの軸線を横
断する方向でコンジットの複数部分を互いに１８０度位
相をずらして振動させるための駆動手段とを備える流体
の質量流量を測定するための装置を提供することである
。連結具（連通）コンジット手段が測定されるべきここ
を通るある流体流量を有して、各コンジットを通じてほ
ぼ同様の流れを提供するために、前記コンジットの各々
に連通される。少なくとも一つのセンサーが、各コンジ
ットの中心近傍のある点で前記コンジットの運動を感知
するために設けられる。運動センサーは変位、速度また
は加速度のいずれでも感知可能である。

［好ましい実施例の詳細な説明］ 第３図を参照すると、ここに具体的に示される本発明は
、連通される入り口３０に付与される質量流量を測定す
るための装置を構成する。入り口語合部３０は、一対の
コンジット３６．３７の端部３４．３５を固定する第１
保持部材３２に連結される。Ｙ字形の通路３Ｂが、連結
部３０の質量流量を、二つのほぼ等しい部分に分離する
ために、第１保持部材３２に画成される。流れの半分は
コンジット３６に供給されまたべつの半分はコンジット
３７に供給される。　コンジット３６．３７は、出口結
合部４４を担持する第２保持部材４０に各々連通される
対向端部４２．４３を有する。別のＹ字形通路４６が、
コンジット３６．３７の流れを後方の吐出し連結部４４
で一緒にするために、第２保持部材４０に画成される。

駆動部分４８．４９を含む駆動機構が、駆動部分４８．
４９をコンジット３６．３７の振動部分に接続させるよ
う設けられる。これら振動部分は各コンジットの中心の
両側にまたがっている。各駆動機構部分は、例えばコン
ジット３６に固定されるソレノイドコイル５４とコイル
５４に塔載される永久磁石５２とを備えそしてコンジッ
ト３７に固定される。ある選択される周波数でコイル５
４に電気を付与することにより、コンジット３６．３７
は、振動部分で、上方向および下方向にて互いに向かい
合う方向および離れる方向に振動するようなされる。

管３６．３７には、多管３６．３７の中心近傍に配置さ
れる少なくとも一つのセンサー５６が設けられる。セン
サー５６は、多管３７．３６に接続されるコイル６６に
磁気的に結合される永久磁石６２を備える。

第３図で破線で図示される仕方で各コンジットの振動部
分でコンジット３６．３７を振動させることにより、正
弦波電流がコイル６６に誘導される。これらの信号は、
管の中心で、互いに向かい合う方向および離れる方向の
管の速度に比例する。

流体がコンジット３６．３７をまったく貫流していない
ときは、駆動機構４８．４９により管３６．３７の振動
部分に付与される振動は、中央またはその近傍での変位
、速度および加速度の尺度である信号をセンサー５６に
生ずる。この情報が、次に、振動により生ずるコリオリ
の誘導応答に比例する。

流体がコンジット３６．３７を貫流しているときは、コ
リオリ誘導対称応答が存在する。コンジットを貫流する
流体がないときは、コリオリ誘導応答はない。

第４図および第５図は、円盤またはプレート７０が設け
られそして管３６．３７の各中央に取り付けられる本発
明の代替え実施例である。この代替え例は、駆動される
反対称モードおよび得られる誘導される対称モードの固
有振動数を移動させる効果を有する。付属物７０の質量
は、駆動される反対称モードの固有振動数を低下しよう
が、ｘ−ｘ軸線周りの付属物７０の比較的高い慣性質量
モーメントは、得られる誘導対称モードの固有振動数を
もさらに低下させ、かくして二つの固有振動数を共に接
近させる。したがって、駆動モードおよび得られる誘導
モードは、それらが自然に生ずるよりも、共に非常に近
くに移動せられ、これは、駆動機構４８．４９の必要と
される駆動力を相当に低下しそして装置の効率および性
能を改善する。同様に、固有振動数を互いに任意に接近
させるかまたは等しくすることさえも有効であろう。

４、　　　　の　　　を言　日 第１図は、力Ｆｃの発生を説明するために、流れを運ぶ
ためのコンジットが回転可能な座標系を図示する模式図
である。

第２図は、局所直交座標系（ｘ、ｙ）および極座標系（
ｒ、　φ）を示す図である。

第３図は、本発明の一興体例の側面図である。

第４図は、本発明の代替え例の側面図である。

第５図は、線５−５を通る第４図の断面図である。

図中の各参照番号が示す名称を以下に掲げる。

入り０結合部３゜ 保持部材３２ 端部３４．３５ コンジット３６．３７ ７字形の通路３８ 保持部材４０ 対向端部４２．４３ 出口結合部（吐出し連結部）４４ ７字形通路４６ 駆動部分（駆動機構）４８．４９ 永久磁石５２ ソレノイドコイル５４ センサー５６ 永久磁石６２ コイル６６

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体流量を測定するための装置において、対向端
   部と長手方向の軸線とその各対向端部間の中心とを各々
   有する一対の並行なコンジットと、 前記対向端部をほぼ固定位置で保持するために、前記コ
   ンジットに連結される保持手段と、測定されるべきここ
   を通るある流体流量を有し、各コンジットを通じてほぼ
   同様の流れを提供するために、前記コンジットの各々に
   連通される連通コンジット手段と、 中心と各端部の一方との間で、第１振動部分にて前記コ
   ンジットに接続される第一部分とこれらの中心と各反対
   側の端部との間で、第２振動部分にて前記コンジットに
   接続される第二部分とを有し、前記第１振動部分を第１
   周波数で振動の態様にて駆動しまた前記第２振動部分を
   第１振動部分と同様の周波数だがこれと位相をずらして
   駆動するための駆動手段と、 各コンジットの中心近傍でコンジットの運動を感知する
   ための少なくとも一つのセンサーとを備える装置。
2. （２）前記駆動手段の各部分は、前記振動部分の一方で
   コンジットに接続されるソレノイドコイルと対応する振
   動部分で前記一対のコンジットの他方に接続され前記ソ
   レノイドコイルで可動の永久磁石ならびに前記コンジッ
   トを振動させるために前記選択される周波数でソレノイ
   ドコイルに電流を付与するためにソレノイドコイルに接
   続される電流手段とを備える特許請求の範囲第１項記載
   の装置。
3. （３）前記センサーは、中心で一対のコンジットの一方
   に接続される第１感知コイルと中心で前記一対の並行コ
   ンジットの他方に接続される第１センサー永久磁石とを
   備える特許請求の範囲第２項記載の装置。
4. （４）前記保持手段は、流体の流れを受容するための入
   力連結具を有する第１保持部材と流れをコンジット間で
   分離するために、この入力連結具と各コンジットの第１
   端部との間に接続される第１保持部材のＹ字形状の通路
   とを備える特許請求の範囲第３項記載の装置。
5. （５）前記保持手段は、コンジットからの流体の流れを
   受容するために出力接続部を有する第２保持部材と、コ
   ンジットの第２端部とこの出力連結具との間に接続され
   る第２保持部材のＹ字形状の通路とを備える特許請求の
   範囲第４項記載の装置。
6. （６）流体流れが貫流するコンジットと、ほぼ長さが等
   しく端部で固定され各端部の中間に中心を有する第１お
   よび第２の追加のコンジットとを使用する流体流れの質
   量流量を測定するための方法において、 各中心と前記各端部の一方との間で、ある選択される振
   動数で第１振動部分を横方向に振動させる段階と、 各中心と各反対側の端部との間で、前記第１振動部分が
   振動される振動数でまたこれと位相をずらして第２振動
   部分を横方向に振動させる段階と、 測定されるべきある質量流量を有する流体流れの約半分
   を各コンジットを通じて貫流させる段階と、 コンジットの中心近傍の第１感知場所で、流体流れの質
   量流量に対応する各コンジットの運動を感知する段階と
   を備える方法。