JPS6246231A

JPS6246231A - 交叉形振動子による流体密度測定方法とその装置

Info

Publication number: JPS6246231A
Application number: JP18707985A
Authority: JP
Inventors: Osamu Senda; 仙田　修
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1987-02-28

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】（ａ）　　発明の技術分野本発明は、流体の密度、ｆｌ’ｌ定において、２台の振
動式密度計を同時に動作させ、温度誤差の影うを小さく
する方式（特公昭５３−８３２７７　、特許９５６５５
６号）に関して、それの実現のための具体的な手段を提
供するものである。

（ｂｌ　　従来技術との問題点一般に流体の密度は温度による変化が大きいために、そ
の測定にあたっては、温度の制御と測定が重要な課題と
なる。この１昔度のｚシ響を小さくするために、二つの
振動子の一方に、基ぐ１となる流体（例えば蒸留水）を
入れ、他方に測定流体（例えば！に道７ｋ）を入れ、温
度条￥１−を同一にして同時に動作させて、温度誤差の
影壽を小さくする方法がある。（例えば　油田１１３池
「ガラス管振動法による水の密度差の精密測定」昭和５
４年第１５巻第４号、計測自動制ｇ１１学会論文集、Ｐ
、１１２）この時２両方の振動子周囲の温度は、一様に変化するだ
けならば、誤差は相殺されて単一の場合より小さくなる
。しかし、もし両者の間に温度差が生じた場合には、そ
れは直接、密度の温度誤差となる。

この温度差を小さくするのには、二つの振動子をなるべ
く接近させて配置するか、恒温対策をして９両者の間の
温度分布を均等にするかである。従来は、後者の方法が
多く採用されていたが、これは、温度制御のために費用
がかかること、また密度測定装置全体が、大形化するこ
となどの欠点があった。

これに対して、前者の方法は、小形化、低価格化が期待
されるにもかかわらず実用化されていない。その理由は
二つの振動子を接近させて配置すれば、相互に振動が干
渉し合って動作が不安定となり、そこに幾何学的な配置
寸法の限界があるためであった。

（Ｃ）　　発明の目的本発明は前記の問題点を解決する目的で、二つの振動子
をできるだけ接近させて、同じ基板上に配置するが、こ
の際、二つの振動子の振れが相互に干渉し合って不安定
となることをさけるために、各振動子の振れの方向が、
第１図のように直交するようにする。

また、基準振動子は、常に同一の流体（例えば蒸留水）
が入った状態で振動しているので。

この振動子の温度に対する周波数の変化率から測定中の
温度変化の検出を同時に行ない、密度測定値の温度Ｍｉ
正の情報とする。

ｆｄ）　　発明の要点一般に弾性振動子の消費エネルギは、空気抵抗による損
失、材料の内部摩擦による消費及び支持点から失なわれ
るエネルギの三つから成っている。

本発明に示した第１図のような２片持ばり形振動子の固
定支持の場合には、振動子の支点には、剪断力とモーメ
ントが生ずる。勿論支持部分が完全な剛体であれば損失
は生じないが９弾性体である以上、この剪断力とモーメ
ントによって変形し、この変形が波動となって伝播する
。

もし近接した位置に、同じような振動子が配置されてい
たら、支持部分の弾性変形を通して。

相互に干渉し合うことになる。従来、これをさけるため
には、各振動子をはなして独立に存在させていた。本発
明は振動の振れの方向を直交させることによって、近接
した位置での振動子相互の干渉の度合を少なくした。

また同じような考え方で、空気中で振動している二つの
振動子に対しても、振れの方向が直交している方が、相
互の振動子の振動数の安定度の向上に有効である。

図に示されるような、直管形で円形断面の振動子（基準
振動子）では、振れの方向が必ずしも一方向にならず、
楕円振動になったり、外来の振動方向に引きこまれやす
い。これの防止対策として２節点付近の管の断面を楕円
形にしたり、一部分両面を平に削って偏平として、振れ
の方向を規制する。同時にこれは常に同一の流体が入っ
ているので温度変化検出のセンサに併用する。

（ｅ）実施例各振動子の振動を安定に動作させるために。

ガラス管の直径を基板からややはなれた位置で小さくな
るように製作し、振動の節がそこに生ずるようにする。

また基板は温度分布を考えて。

金属（真鍮）製とするが、ガラス管振動子を固定するに
は、基板に振動子の固定部より、やや大きい穴をあけ、
そこに振動子を入れ、接着剤で固着する。

振動子の励振方式は、圧電駆動形が有効である。また、
中央部の基準振動子は、単純な直管形の片持ばりが製作
、調整が容易である。しかし、この場合には、振れを一
定方向に規制するために１節点付近の断面を偏平あるい
は楕円形とする。

基準振動子には、常に測定流体の密度の基準となるべき
同質の流体を入れて振動させる。したがって、この振動
子の温度係数を測定しておけば、測定中の温度変化幅の
概略値を、その振動数変化から求められる。

いま、基準振動子には、蒸留水を入れ、試料振動子には
、水道水を入れて、その密度差を測定することを考える
。ここで、基準振動子および試料振動子に関する装置定
数をに、　　ｋ、基準とした蒸留水の密度をρ３．測定
する水道水の密度をρ８とすれば、密度差△ρ８は △ρＸ＝ρＸ−ρ５＝ｋｒニーＫｒ、＋Ａ　　　　　ｍ
となる。（前掲計測自動制御学会論文参照）ここに、Ｔ
ｓ・ｔｘはそれぞれの振動子に、基準水（蒸留水）と試
料水（水道水）が入った時の。

振動周期、Ａは測定時に決定される定数である。

実際に温度の変化とそれに伴う密度の変化が直線的であ
れば、系統誤差は一次式で消去されることになる。しか
し、温度の変化は必ずしも直線的だけではなく、シかも
それに伴う密度の変化もまた直線的に比例するものでは
ない。したがって、２台の振動式密度計を用いて温度誤
差を相殺する。並列式とよぶこの方式が、１台だけ使用
する単一式よりも、温度変化に対する誤差が少なくなる
ことが実験的に明確になっている。

ただし、ここで並列式が単一式に比較して。

温度誤差が少ないためには、温度が変化しても。

振動子間に温度差が生じないことが前提であり。

もし温度差が生じたならば、それは両方の流体間の密度
差の誤差となる。例えば、水の密度差を測定した場合、
温度差が０．０１°Ｃ生じたとすれば、密度誤差として
２　ｇ　７ｍ３（２ｐｐｍ）の測定誤差となり、１泗の
精度で密度差を測定する場合には２問題となる誤差量と
なることになる。

げ）発明の効果従来この種の精密な密度測定においては、温度の制御が
重要な課題であったが、並列方式によって、その困Ｗｉ
ｔ　はをある程度克服できるようになった。しかし、実
際にそれを具体化するためには、二つの振動子をできる
だけ接近させた位置で動作させることが有効であるとわ
かっていたが、あまり接近させると２機械的な振動の面
で相互干渉が起り、動作が不安定となるため実現できな
かった。

本発明は、相互の振動子の振れの方向を直交させること
により、極めて近接した位置で、各振動子を安定に動作
させることが可能となる。

これにより温度対策を必要とした従来の測定装置よりも
、小形でしかも消費電力が少なく、室温中に放置した状
態のままで精度よく密度差が測定できる画期的な振動式
密度計の実現が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の概略的構成図である。１：基準振動子２：測定振動子５：基準振動子の振れの方向６：測定振動子の振れの方向指定代理人１　カ豪振動子２Ｊ）定Ｉ９動子３　基＆（真鍮）４　固定用接青剤５　基ＩＦＩ振動子の振れの５１丁１ｊ６ｊ１１定振動
子の振ｔｔの方向７　ケース（真鍮）第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、二つの振動子、つまり密度センサ部の振れの方向を
、互に直角方向になるように配置することによって、振
動子相互の機械的な振動の干渉を減少させて、流体密度
を測定する方法。２、中央に配置される片持ばり形式の振動子の節点付近
を、偏平または楕円断面にすることによって、振れの方
向を規制し、同時にこの振動子を温度センサにも併用す
ることを特徴とする装置。