JPS631925A - 流量計 - 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】 ６、〔発明の詳細な説明〕 本発明は質量流量の指示にあたりコリオリの力を利用し
た液体、気体及び流動性固形物質のような流動性物質の
質量流量を測定する流量計に関する。

この流量計は、流動、する被測定流体物質で振、動する
導管又は流管なそなえる。この流量計の好適な実施例は
、音叉を形作るように配列した二個の導管を含んでいろ
。この配列は、単一の導管を振動させるのに必要な力よ
りも遥かに小さな力で二個の管を振動させ得る。

従来技術としてのポーレ等の米国特許第２．６３５，４
６２号は、音叉の２つの枝を形成するように２つの中空
振動要素を構成したデンソメータを開示している。この
各中空振動要素はデンソメータを通る流路を形成するた
めの２つの同心状流管の一組で構成されている。音叉の
各校が振動するとこの振動の固有振動数はデンソメータ
中の流動物質の密度によって変化する。振動発生器への
フィードバック系はデンソメータを流れる物質の密度を
測定するようにされている。音叉の枝にＵ字状流管を用
いるデンソメータは流動性物質が固定部材中の入口ｍ１
通って第一のＵ字状ループ中へ入り、このループを通っ
て固定部月へ戻り、相互連結流路を通って第二のＵ字状
管へ入り、第二のＵ字状管を通って固定部材へ戻り、最
後に固定部材中の出口を通って流出するように構成され
ている。このデンソメータでは、第一のＵ字状管の振動
が第二のＵ字状管の共振を発生して音叉構造に必要な振
動を生じさせるに必要な動力を減じている。

コリオリ力型流量計の実例は、特公昭６〇−３４６８３
号公報（特許第１，６６６．７００号）に開示されてお
り、この場合−つのＵ字状管は音叉の半部としてその二
つの開端が固定部材に固設されている。音叉の他の半部
は固定部材に一端を固定し他端が自由に振動するように
した金属棒部材によって形成されている。この金属棒部
材とＵ字状管とは棒部材の自由端に対して固定された電
磁石により振動させられ、管の中間部分又はＵ字状部分
が磁気的に押したり引張ったりされる。

本発明における流量計は、支持部材に端部部分を固定し
た一対のほぼ平行なループを用い、これらは離隔し音叉
状に構成配置されている。これら二個の実質的に平行で
互いに離隔したループ状導管を用いると、流量計が動作
しやすくなる。特に、密度が相異する異なった流体の質
量流量を測定するのに本発明の流量計を用いる場合、２
個のループはそれぞれ同じ流体で満たされ事実上等しい
質量になるのでこの場合同一の共振振動数をもつことに
なる。二個のループの質量が事実上等しい状態が続くか
ら、これらループ状をなす音叉は、被測定流体に関係な
く、支持体の部位で不都合な振動による効果（所謂「雑
音」とも称せられる）を効率よく消去することになる。

好適実施例では一方のループが振動用即ち駆動用手段に
取付けられ、このため二個のループは逆位相で振動する
。これらの導管はコリオリの偶力がループ毎に反対のト
ルクを発生するように配列されろ。二個のループは振動
し流体で満たされた導管のコリオリ力によるねじれたわ
みを検知するための検知手段を具備する。この検知手段
としては、ループ構造体上に又はこれに隣接しかつ駆動
手段の位置から事実上等距離に互いに対向配置した一対
のセンサーを用いることが好都合である。

これらのセンサーからの信号は、ループ、駆動手段及び
検知手段の外部の流量算定手段により処理されて質量流
量の尺度を与える。

一実施例では、上記二個のループは支持部材の外方でか
つ駆動手段及び検知手段から離隔したところで連結され
、この結果全ての流体が両方のループを流れてから流体
は流量計を出ていく。この連結手段は第一のループの出
口から第二のループの入口に至る管の長さ部分にあたる
。

振動ループについてはさらに異別の実施例が具体化され
ている。即ち、ループがほぼＵ字状をなすと共に駆動手
段の近くでなく支持部材の近傍で互いに接近し合うよう
に彎曲させて入口部分及び出口部分を構成するタイプが
ある。−例ではループはほぼ円形をしている。さらにま
た、別例ではほぼ円形の二個のループの入口部分と出口
部分とが互いに交叉しているタイプがある。

ループ状導管がその２つの開いた端部で枢着されて枢着
部のまわりに回転され、且つ物質をこの管に流すとコリ
オリの偶力は管の入［１部分及び出目部分に作用する。

この偶力はこれら入口部分及び出口部分中の物質の流れ
が反対力向であれば反対になる。この偶力は、ループ状
導管み鰺状辻暑の平面内にある軸線のまわりに１市をね
じる。：。

２つのＵ字状などループ状の管を回転さぜる代りに前後
に振動させろと、偶力は角速度が反転するとき前後に振
動する。。

２つのループ状導管を音叉の形に構成−４−ると、単一
のループ状導管を振動させるのに要する動力よりはるか
に小さい振動数で２つの管を振動させ得ろ３．２つの管
が音叉として振動する１１ｈに、管は交互に最小間隔ま
で４いに近づぎ次に最大間隔まで離れる１、従って、一
方の管の角速度のベクトルが他方の管の角速度のベクト
ルと常に反対であることが理解され得る３３２つの管を
通イ）流り、が同じである場合、即ち入口部分中の流Ｊ
１か両方共第−の方向であり目、つ出（−」部分中の流
れが両方共反対方向である場合には、管は反対の角４＋
史のベクトルのために反対のトルクの作用を受けろ１、
従って、指示した流れによって、２つの管は反対トルク
で交互にねじれ、それにより例えば２つの人口部分は前
記した振動中に交互に互いに近づく方へねしｈてから次
に互いに離れる方へねじれろ。

本発明の流量計の１実施例を第１図に斜視図で示す。第
１図は、入口１２及び出口１６、支持又は固定部材９及
び２つの振動するループ状導管１０及び１１を有する流
量計を示す。ループ状導管１０及び１１のＵ字状部分に
駆動部をなすブロック団及び６１が示されている。ソレ
ノイド３２のような振動手段がブロック３１に取付けら
］１．且つ連結手段ろろがソレノイド６２のプランジャ
に取付けられ且つブロックろ１を貫通してブロック６０
に成句げられている３、また、図示したように一方のル
ープ状導管に取付けら牙］、たセンサー４０．４１及び
４２及び他方のループ状導管に成句けら、ｆｔた遮断刃
４ろ、４４及び４５がループ状導管１０及び１１に取付
けられている。

ブロック３０の質量は、ブロックろ１とソレノイドろ２
の質量の和に等しくまたループ１０及び１１の固有振動
数が同じになるように配置さ牙する。

振動するループ状導管１０の出［１２１は、図示したよ
うに、可撓性又は剛性のコネクタのような連結手段２０
によって振動するループ状導管１１の人口１９に連結さ
れている。このため、入口１２へ流れた流動性物質はル
ープ状導管１０中ｌ＼流れ、ループ状導管１０を周回し
てこのループ状導管の出口２１へ流れ、連結手段２０を
通ってループ状導管１１の入１」１９へ流れる３、測定
される物質は次に第二のループ状導管を通って流量計の
出口１ろへ流れる。入１」部分１６及び２６中の流れ、
及び出「コ部分１７及び２５中の流、＋Ｌは、同じ方向
である。

振動するループ状導管１０は互いに離隔し且つ中間部分
１８によって連結された友ｔ”１部分１６及び出［」部
分１７を有する。人口部分１６及びｔＩ３１］部分１７
には図示したように彎曲部分１４及び１５を設けてよい
。同様に、ループ状導管１１は人口部分２ろ、出（１部
分２５及び中間部分２４を有する。また人口部分２ろ及
び出口部分２５には図示したように彎曲部分２２及び２
６を設けてあってよい。

ソレノイドろ２は電気パルスを端子ろ４及び６５へ印加
することによって作動される。端子３４及び３５への電
気パルスの印加はループ状導管１０及び１１が連結手段
ろろによって互いに引張られるようにソレノイド６２を
作動する。電気パルスの終端で２つのループ状導管１０
及び１１のばね作用はループを引離す。従って、管の振
動の振動数は端子ろ４及び６５へ加えられる電気パルス
の周波数を制御することによって制御され得ろ６゜ルー
プ状導管に撮動を与えるために、ループ状導管１０及び
１１を互いに交尾に例句は且つ引離すように電磁石を用
いろことができる。また、電動機又は他の形式の振動手
段を用いて一方を一方向へだけ引張り又はループを交〃
に引張り且つ押して所望の音叉状の振動を生じさせろこ
とができる１、 これら０）ループ状導管は矢印５２及び５ろで示したよ
うにＺ軸のまわりに振動することが理解できよう。これ
らの振動及び管を流れる流動性物質はコリオリの偶力を
生じさせてループ状導管１０及び１１をＸ軸のまわりに
ねじる。

ループ状導管１０及び１１が音叉の枝として作用するこ
とは理解され得る。ソレノイド３２の端子ろ４及びろ５
へ加えられる電気パルスの周波数は、ループ状導管が空
かもしくは水のような既知の物質で満たされている時に
ループ状導管１０及び１１によって形成される音叉の固
有振動数である。従って、ソレノイド３２により力をブ
ロックろＯ及びろ１に加えることによって、ループ状導
管１０及び１１によって形成された音叉に振動が生じる
ことは理解され得る。これらの振動は流動性物質がルー
プ内に流れていると矢印５４及び５５によって示される
ねじり振動を生じるコリオリの力を発生させる。

センサー４２及び遮断刃４５によって示されるセンサー
要素はループ状導管１０及び１１のたわみを測定するた
めに用いられる。

振動する導管の固有振動数は導管内を流れる物質の密度
に応じて変動することがわかる。−定の振動数としてル
ープ１０．１１に水が入っている場合の固有振動数を選
ぶと、ループ１０及び１１内の未知の被測定物質の密度
は、上記の選定した一定振動数から振動数を変化させよ
うとする。かくして、ループ１０及び１１がソレノイド
ろ２によって所定の振動数で且つ一定の振幅で長手方向
に振動させられると、ソレノイドろ２の所要の励振動力
がループ１０及び１１内を流れる物質の密度に従い変化
することになる。

センサー４２及び遮断刃４５は振動の振幅が成る値に達
した時に感応するように構成されている。

既知のようなセンサー４２を含む自動利得制御又はフィ
ードバック・ループが所望のレベル及び−定の振動数に
振動の縦振幅を保つために端子ろ４及びろ５へ供給され
る電気パルスの動力を制御し且つ測定するために使用さ
れ得る。

第１図に示したようなＸ軸のまわりのループ状導管１０
及び１１のコリオリ力によるたわみ又はねじり振動は第
２ａ図乃至第２ｇ図に示したようなセンサー４０及び４
１によって測定され得る。

センサー４０及び４１は１つの好適な態様ではサドルを
構成する光遮断器型装置である。光源をサドルの一側部
に有し且つサドルの他側部にフォト・トランジスタのよ
うな光感知スイッチを有する。光遮断器型装置はこのサ
ドルの光感知スイッチ及び光源の間に板を置くことによ
ってオフになる。このような光遮断器型装置はＧＥＨ１
３Ａ１である。

２つのセンサーの出力の間には個々のセンサーをオンオ
フさせるコリオリの偶力に比例する位相差が生ずる。

好適な態様のセンサーはセンサーが第２ａ図乃至第２ｇ
図に６１で示した線で示される中立位置即ち静止位置に
ある時にオフになるように配置されている。第２ａ図乃
至第２ｇ図の線６０はループ状導管１０及び１１が振動
中に最も近づいた点へ引張られた時に生じる最小間隔を
示す。線６２はループ状導管１０及び１１が振動中に最
大分離点へ達する時にセンサーが達する最大位置である
。

第２ａ図、第２ｄ図及び第２ｇ図に示したように、ルー
プ状導管の中間部分１８及び２４は最大点及び最小点に
おいて振動の角速度が零であるのでこれらの点において
コリオリの偶力を受けない。

第２ａ図は遮断刃４ろ及び４４がセンサーの光束を遮断
しているのでセンサー４０及び４１がオフであることを
示している。第２ｂ図において、中間部分１８及び２４
は矢印Ｗ１及びＷ２で示した方向へ外方へ移動している
。反対向きのトルクを生じるコリオリの偶力のために、
中間部分１８及び２４の前縁が線６１に達していること
が理解される。これにより遮断刃４４はセンサー４１を
オンにするに充分な距離だけセンサー４１から引込む。

しかしながら、反対向きのトルクにより遮断刃４６はセ
ンサー４０をオフ状態に保つ。第２Ｃ図は中間部分１８
及び２４の後縁が線６１を通過してセンサー４０をオン
にしていることを示す。

第２ｄ図は中間部分１８及び２４が最大離隔距離に達し
てセンサー４０及び４１をオンにしていることを示す。

、 第２ｅ図は矢印Ｗｌ及びＷ２で示さり、るように内方へ
移動している中間部分１８及び２４を示１′。

中間部分１８及び２４の前縁は線６１を僅かに通過して
センサー４１をオフする０、中間部分１８及び２４の後
縁はまだ線６１を通過しないでセンサ−４０をオン位置
に保っている。第２ｆ図は中間部分１８及び２４がセン
サー４０をオフ位置へ切換えるのに充分なだけ内方へ移
動していることを示す。第２ｇ図はループ状導管１０及
び１１が最小離隔点に達してセンサー４０及び４１をオ
フ位置に保っていることを再び示している。

第６図は第２ａ図乃至第２ｇ図に示したようなセンサー
４０及び４１の状態を表示するチャートである。センサ
ー４０及び４１０間に位相差があることが理解できる。

この位相差は電気的に検出することができループ状導管
１０及び１１を流れる流量が増加するにつれて時間に対
して増加する。

第４図に第１図と同様な原理に従い２つのループ状導管
を音叉状に振動せしめイ）型式の流量計の別の好適な態
様を示す。円形の振動し得るループ状導管７１が支持又
は固定部４．ｔ　７０に保持されている。第１図１（同
符号で示したセンサーと同様のセンサー４０及び４１が
ループ状導管７１に数句けられている。ンレノイド６２
のような２つのループ状導管を交互に振動させる駆動手
段が円形ループ状導管７１０自由端に設けられろことが
示されている。

第５図は円形ループ状導管のもう一つの好適な態様のル
ープ状導管７６を示している３、支持又は固定部材７５
はループ状導管７６の延長部分８０及び８１が貫通した
固定取付部分７８及び７９を有する。ループ状導管７６
は７７で示したように２つのループ状導管それ自体が交
叉するように固定されている。上記第５図の態様は第１
図及び第４図に示したようなセンサー及び駆動手段を取
付けられ得る３、第４図及び第５図は音叉構造の２つの
ループを好適に含む流量計の１つのループを示している
ことが了解される筈である。

上述した実施例以外に当業者にとって様々な変形が考え
られよう。こうした変形、改作は本発明の範囲内に入る
ことも当業者であれば１里萌し得るところであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であ・つて２つのＵ字状又は
ループ状導管、電磁駆動手段及びセンサー手段を示す流
量計の斜視図、第２ａ図乃至第２ｇ図は２つのループ状
導管が撮動］−る時の導管に取付けたセンサーの変化を
示す図、第ろ図は第２ａ図乃至第２ｇ図に示したセンサ
ーの状態のチャート、第４図はループ状導管の別な態様
を示す図、第５図はさらに別の導管の態様を示す図であ
る。 ９、７０．７５　　・支持部材、 １０．１１．７１．７６・・ループ状導管、１６．２ろ
・・・入口部分、　　１Ｚ２５・・・ｌＪｉ　）Ｊ部分
、ろ２・・・駆動手段、　　　　４０．４１・・測定手
段（センサー）。 （夕１４Ｌ名　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導管手段と、該導管手段を振動せしめるための駆動
   手段と、振動し流体で満たされている導管手段のコリオ
   リ力によるねじれたわみを検出するための検知手段と、
   上記コリオリ力に基くねじれたわみの関数として質量流
   量を測定するための測定手段と、を具備した流量計であ
   つて、上記導管手段は各ループがその入口部分及び出口
   部分を共通の支持部材に固定して取付けられた二個のほ
   ぼ平行なループからなり、これによつて上記二個のルー
   プに上記駆動手段が作用するとこれらのループが音叉状
   に振動せしめられるようにしたことを特徴とする流管中
   を流れる流体の質量流量を測定するためのコリオリ力型
   流量計。 ２、特許請求の範囲１記載の流量計において、上記ルー
   プの上記入口部分及び出口部分が固定して取付けられて
   いる上記支持部材を貫通しており、かつ一方のループの
   出口が上記支持部材の外方で、しかも上記駆動手段及び
   上記測定手段から離隔した他方のループの入口に連結さ
   れてなることを特徴とするコリオリ力型流量計。 ３、特許請求の範囲１又は２記載の流量計において、上
   記二個のループはほぼＵ字状をなし、上記入口部分及び
   出口部分がそれぞれ互いに屈曲せしめられてなることを
   特徴とするコリオリ力型流量計。 ４、特許請求の範囲１又は２記載の流量計であつて、上
   記二個のループはほぼ円形であることを特徴とするコリ
   オリ力型流量計。 ５、特許請求の範囲１ないし４のいずれかに記載の流量
   計において、上記各ループの上記入口部分及び出口部分
   がたがいに交叉するように設けてなることを特徴とする
   コリオリ力型流量計。