JPS63314415A

JPS63314415A - 質量流量計

Info

Publication number: JPS63314415A
Application number: JP15171287A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Amemori; 宏之雨森; Hiroaki Hasegawa; 長谷川　宏明; Yasushi Miyata; 康司宮田; Koyata Sugimoto; 小弥太杉本; Akira Nakamura; 明中村
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1987-06-18
Filing date: 1987-06-18
Publication date: 1988-12-22

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】産業上の利用分野本発明は質量流量計に係り、特に被測流体の質量流量を
直接計測する構成とされた質量流量計に関する。

従来の技術被測流体の流量は流体の種類、物性（密度、粘度など）
、プロセス条件（温度、圧力）によって影響を受けない
質量で表わされることが望ましい。

従来、被測流体の質量流量を計測する質皇流吊計として
は、例えば被測流体の体積流量を計測しこの計測値を質
量に換算するいわゆる間接型質８流ω計と、間接型質量
流量計よりも誤差が小さく被測流体の質量流量を直接計
測するいわゆる直接型賀凹流量計とがある。この種の質
量流量計では特に流出をより高精度に計測できる直接型
質量流量計として各々異なった原理に基づいた種々の流
量計が提案されつつある。また、その中の一つとして振
動するセンサチューブ内に流体を流したときに生ずるコ
リオリの力を利用して質量流量を直接計測する流量計が
開発されつつある。

発明が解決しようとする問題点上記コリオリの力を利用して流量を計測する直接型の質
量流量計においては、センサチューブの変形を大きくし
てより大きな検出出力を得るようにするため、センサチ
ューブを細くして流速を大きくすると、強度的に著しく
不利であり、疲労破壊が生じ易く又圧力損失が大きくな
ってしまうという問題がある。そのため、上記問題を生
ずることなくコリオリの力を効果的に発生させセンサチ
ューブの変位を太きくＬＵ流量計測時より大きな検出出
力が得られることが要望されている。又、上記質量流ご
計ではセンサチューブをより小さな加振力で振動させる
ことが望ましく、また振動に伴ってセンサチューブに作
用する応力がより小さくなり機械的な寿命の長いことが
要望されている。

また、この質量流量計においては外部振動の影響を受け
ることなく流量計測でき、しかも振動するセンサチュー
ブでの先端部分の振幅が過大となってセンサチューブに
無理な力が生じないことが要望されている。

そこで、本発明は上記要望に応じた質量流か計を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段及び作用本発明は被測流体が流入する流入口と、流入口と離間さ
れ被測流体が流出する流出口と、流入口と流出口との間
に設けられ第１の湾曲部と第２の湾曲部とがＳ字状に連
続形成されたセンサチューブと、少なくとも第１の湾曲
部あるいは第２の湾曲部のいずれか一方を加振しセンサ
チューブを振動さゼる加振器と、センサチューブの振動
に伴うセンサチューブの変位を検出するピックアップと
からなり、センサチューブに作用するコリオリの力を効
果的に発生させ被測流体の質量流量を直接計測できるよ
うにしたものである。

実施例第１図乃至第３図に本発明になる質量流量計の第１実施
例を示す。各図中、質量流量計１は板状のベース２．３
間に設けたマニホールド４．５に一対のセンサチューブ
６．７を平行に接続されている。一対のセンサチューブ
６と７との間には加振器８，９及びピックアップ１０が
設けられている。

マニホールド４，５は７ランジ４ａ、５ａに被測流体が
流れる配管（図示せず）を接続されており、フランジ４
８．５ａの端部には配管に連通ずる流入口４ｂ１流出口
５ｂが開口する。流入口４ｂはマニホールド４内部で上
、下に分岐し、この分岐路はマニホールド４の側面４Ｃ
の接続部４ｄ、４ｅに接続されたセンサチューブ６．７
と連通する。又、流出口５ｂも同様にマニホールド５内
部で分岐し、この分岐路はマニホールド５の側面５Ｃの
接続部５ｄ、５ｅに接続されたセンサチューブ６．７と
連通する。

一対のセンサチューブ６．７は夫々第１の湾曲部６ａ、
７ａと、第２の湾曲部６ｂ、７ｂとを有するＳ字形状と
されている。被測流体は流入口４ｂから流入しマニホー
ルド４内で分流して一対のセンサチューブ６．７内を通
過してマニホールド５に至り、合流して流出口５ｂより
流出する。

各接続部４ｄ、４ｅ及び５ｄ、５ｅは夫々同一構成であ
るので、接続部４ｄにつき説明する。

第４図に示す如く、流入口４ｂに連通する流路１１の開
口部は流路１１より大径な段部１１ａとなっており、こ
の段部１１ａの内壁にはメネジ部１１ｂが螺設されてい
る。１２はセンサチューブ６を接続部４ｄに固着する取
付部材で、ネジ部１２ａをメネジ部１１ｂに螺合させて
なる。取付部材１２の貫通孔１２ｂにはセンサチューブ
６が貫通しており、センサチューブ６の外周凹部には取
付部材１２の両端部に当接する止め輪１３が嵌合してい
る。

従って、取付部材１２の六角形状の頭部１２Ｃをスパナ
等の工具を用いて締付けることにより、取付部材１２が
螺着され、センサチューブ６は端部を流路１１内に嵌入
させた状態でマニホールド４に固着される。尚、センサ
チューブ６外周と取付部材１２の貫通孔１２ｂとの間は
０リング１４により液密にシールされ、メネジ部１１ａ
とメネジ部１２ａとの間にはシール部材等（図示せず）
が介在している。

又、取付部材１２をゆるめることによりセンサチューブ
６をマニホールド４から容易に外すことができ、万が−
センサチューブ６．７が損傷しても新品のものと容易に
交換することができる。

加振器８．９及びピックアップ１０は第３図に示すよう
に、第１の湾曲部６ａ、７ａと第２湾曲部６ｂ、７ｂと
を接続する平行なｉ線部６ｃ。

７Ｃ間に配設されている。一方の加振器８は第１の湾曲
部６ａ、７ａの角部（第１図中、ｂ点）に位置し、他方
の加振器９は第２の湾曲部６ｂ。

７ｂの角部（第１図中、ｄ点）に位置する。即ち、加振
器８，９は夫々直線部６ｃ、７ｃの両端に位置し、より
小さな力でセンサチューブ６，７を加振できるように設
けられている。

加振器８はセンサチューブ７上方に突出する環状のコイ
ル部８ａと、センサチューブ６上方に突出するコイル部
材８ａに嵌入するマグネット部８ｂとよりなる。又、加
振器９も同一構成であり、コイル部９ａとマグネット部
９ｂとよりなる。従って、加振器８．９はコイル部８８
．９ａに電流を通電されると磁界が発生し、これにより
マグネット８ｂ、９ｂを変位させる。

尚、流量計測時、第５図（Ａ）に示すように雨量振器８
．９に通電されないときセンサチューブ６．７は変位せ
ず平行状態を保つ。次に、一方の加振器８に通電が行な
われると、第５図（Ｂ）に示す如く加振器８のコイル部
８ａとマグネット８ｂとが互いに離開する方向に動作し
、センサチューブ６．７の直線部６ｃ、７ｃは矢印Ａ、
Ｂｈ向に夫々変位する。尚、一方の加振器８に通電され
るとき、他方の加振器９には通電が行なわれいない。

次に、加振３８への通電がオフにされると、第５図（Ｃ
）に示すように直線部５Ｃ，７ｃは平行状態に戻る。そ
して、他の加振器９に通電が行なわれると、コイル部９
ａとマグネット９ｂとが離間する方向に変位することに
より、直線部５ｃ。

７Ｃは矢印Ｃ，Ｄ方向に変位する。

尚、加振器９に通電が行なわれるとき、加振器８には通
電が行なわれていない。

このように、流量計測時、加振器８と９とは交互に励磁
されており、センサナ１−プロ、７の直線部６Ｇ、７Ｃ
は加振器８，９の加振により第５図（Ａ＞乃至（Ｄ）に
示す動作を繰り返す。

ピックアップ１０は一対のセンサチューブ６゜７が第５
図（Ａ）乃至（Ｄ）のように振動するとき、直線部６Ｇ
、７Ｃの中間位置における相対変位を検出する。ピック
アップ１０は、第３図に示すように、センサチューブ７
の上方に突出する環状のコイル部１０ａと、コイル部１
０ａに嵌入するようセンサチューブ６の下方に突出する
マグネット１０ｂとよりなる。

被測流体が流れるセンサチューブ６．７を上記ように振
動させると、センサチューブ６．７の直線部６ｃ、７ｃ
が後述するコリオリの力により変位する。ピックアップ
１０のコイル部１０ａにはこの直線部５ｃ、７ｃの変位
に応じた起電力が発生し、このコイル部１０ａで生じた
電圧は直線部６ｃ、７ｃの相対変位を示す。

尚、ピックアップとしてはＩｌａピックアップに限らず
、例えばフォトカプラ等の光学式センサをベース２上に
設けるとともに］字状のフォトカプラの間に嵌入する薄
板状の検出片をセンサチューブ６．７に設け、上記検出
片がフォトカプラの問を通過するのに伴う光学的な信号
検出によりセンサチューブ６．７の変位を検出するよう
にしてもよい。

次に、上記構成になる質量流１計１の動作につき第６図
乃至第８図を併せ参照しで説明する。

流量計測時、被測流体がセンサチューブ６．７を通過す
ると共に、加振器８，９が交互に励磁されてセンサチュ
ーブ６．７を加振すると、セン勺チューブ６．７はセン
サチューブ６．７内体のバネ定数とセンサチューブ６．
７内を流れる流体の質吊流組によって定まる固有振動数
で振動する。

なお、第６図（Ａ）〜（Ｅ）は夫々第７図（Ａ）〜（Ｅ
）に対応している。又、第６図（Ａ）〜（Ｃ）及び第７
図（Ａ）〜（Ｃ）では−のセンサチューブのみを示して
おり、第６図（Ｄ）、（Ｅ）及び第７図（Ｄ）、（Ｅ）
では一対のセンサチューブ６．７を示す。

又、第７図はＳ字状のセンサチューブ６（７）を展開し
て直線上に示しており、センサチューブ６（７）のａ−
ｅ点は第６図（Ａ）に示す位置に対応する。第７図（Ａ
）及び第６図（Ａ）に示すように、センサチューブ６．
７のｂ点及びｄ点に位置する加振器８，９が動作してい
ないとき、センサチューブ６（７）は水平な状態を保つ
。

ここで、一方の加振器８が励磁されると、センサチュー
ブ６．７は第５図（Ｂ）に示すようにｂ点が互いに離間
する。その結果、上側のセンサチューブ６は第６図（Ｂ
）及び第７図（Ｂ）中破線で示すように両端ａ、ｅ点を
中心に変位する。

振動するセンサチューブ６内に流体が流れると、第１の
湾曲部６ａの先端にいくほど振幅が大きくなるため、振
動方向の流体の速度が大となる。よって、ａｂ間におい
ては流体に振動方向の加速度が付与される。また、ｂｃ
間ではｂ点より０点にいくほど撮動方向の速度が減少す
るため、流体には負の加速度が付与される。又、ｃｄ間
及びｄｅ間でもａｂ、ｂｃ間と同様な作用が生ずる。

このように、センサチューブ６の振動に伴って流体に加
速度がつくと、加速度の方向と逆の方向のコリオリの力
ＦＣが生ずる。

即ち、ａｂ間では角速度ωで矢印×２方向に変位し、矢
印×１方向のコリオリの力ＦＣが発生する。ｂｄ間では
角速度−ωで変位し矢印×１方向のコリオリカｌ”ｃが
発生する。又、ｄｅ間では角速度ωで変位し矢印×２方
向のコリオリカｌ”ｃが発生する。

又、下側のセンサチューブ７は第７図（Ｃ）及び第６図
（Ｃ）中破線で示すように、上記センサチューブ６と位
相を逆にして揺動するため、センサチューブ６と逆方向
の角速度ω、−ωで変位する。よって、各ａ−Ｃ間では
センサチューブ６と反対方向のコリオリカＦＣが発生す
る。

従って、第７図（Ｄ）及び第６図（Ｄ）中破線で示すよ
うに、一対のセンサチューブ６．７がｂ点で離間し、ｄ
点で近接するように変位するとき、コリオリカＦｃはａ
ｂ間及びｄｅ間を近接させｂｄ間を離間させる方向に作
用する。

その結果、センサチューブ６．７が夫々第８図（Ａ）に
示すように撓み、０点におけるセンサチューブ６．７の
離間距離は大となる。

又、他の加振器９が励磁されると、第５図（Ｄ）に示す
ようにセンサチューブ６．７はｄ点が互いに離間する。

そのため、センサチューブ６．７は第７図（Ｅ）及び第
６図（Ｅ）中破線で示すように変位する。従って、セン
サチューブ６は各８〜０点において第７図（Ｃ）と同様
に角速度ω。

−ωで変位し、ａｂ間及びｄｅ間では矢印Ｘ＋力方向コ
リオリカＦＣが発生し、ｂｃｄ間では矢印×２方向のコ
リオリカＦＣが発生する。又、センサチューブ７の各ａ
−ｅ点は各ａ−ｅ点において第７図（Ｂ）と同様に角速
度ω、−ωで変位し、ａｂ間及びｄｅ間では矢印×２方
向のコリオリカＦｃが発生し、ｂａｄ間では矢印ｘ１方
向のコリオリカＦＣが発生する。

その結果、センサチューブ６．７が夫々第８図（Ｂ）に
示すように撓み、０点におけるセンサチューブ６．７の
離間距離は小さくなる。

尚、質量流量計′１は８字のセンサブニープロと７とを
平行に配してなるため、コリオリカＦＣを発生させるの
にｈ効なセンサチューブ長さをより長くすることができ
る。従って、センサチューブ６．７でより大きなコリオ
リカｌ”ｃを得ることができるので、その分流速を下げ
て計測できることになり、センサチューブ６．７を細管
にして流速を上げずに済む。即ち、センサチューブ６．
７の管径を大きくできるため、加振器８，９の加振動作
に対するセンサブニープロ、７の強度が向上し、疲労破
壊の防止が図れる。

又、センサチューブ６．７の径を大きくすることにより
、センサチューブ６．７の圧力損失を低減することがで
きるので、流量計測に伴う損失を最小とすることが可能
である。

コリオリカＦＣは、Ｆｃ＝−２ωｖｍ　（ωは角速度、
■は流速、ｍは流体の質量）で表わされる。

従って、センサチューブ６．７内を流れる流体の質量流
５１ｍｖは角速度ω及びコリオリカＦＣを求７めること
により得られる。又、コリオリカＦ　’Ｃはピックアッ
プ１０により上記０点における変位δの大きさを検出す
ることにより求まる。

即ち、ピックアップ１０のコイル部１０ａで得られる電
圧がある基準電圧から異なるある電圧に変化するまでの
時間を計測し、この時間が流量に比例する。

さらに、ピックアップ１０の信号は整形、増幅されたの
ら、時間積分により質帛流量に比例した電圧信号となる
。そして、この電圧信号は周波数信号に変換され、出力
回路（図示せず）より電圧パルス信号及びアナログ信号
として出力される。

尚、センサチューブ６．７でより大きなコリオリカＦｃ
が得られるので、ピックアップ１０の信号処理のＳ／Ｎ
比を高め外乱の影響を受けにくくして流量計測粘度の向
上を図ることができる。

第９図乃至第１３図に本発明になる質量流量計の第２実
施例を示す。

第９図及び第１０図中、質＠流量計２１は平板状のベー
ス２２上に設けられている。２３はセンサチューブで、
第１の湾曲部２４と第２の湾曲部２５とをＳ字状に連続
形成してなり、両端に流入口　２６、流出口２７を有す
る。

第１の湾曲部２４は流入０２６と直交する水平方向に折
曲され、第２の湾曲部２５は流出ロアと直交する水平方
向に延在形成されている。

上記センサチューブ２３は流入口２６を支柱２８により
支持されるとともに、流出口２７を支柱２つにより支持
されている。さらに、センサチューブ２３は支柱２８．
２９を結ぶ線上で、第１の湾曲部２４と第２の湾曲部２
５との中間位置を支柱３０のリング部により支持されて
いる。

３１は加振器で、ベース２２側に設けられた環状のコイ
ル部３１ａと、湾曲部２５の下側に設けられコイル部３
１ａに嵌入するマグネット３１ｂとよりなる。従って、
加振器３１はコイル部３１ａに通電されることにより磁
界が発生し、これにより湾曲部２５を加振する。

又、湾曲部２４の腕部２４ａ、２４ｂの下側及び湾曲部
２５の腕部２５ａ、２５ｂの下側にはピックアップ３２
〜３５が配設されている。なお、各ピックアップ３２〜
３５はセンサチューブ２３が変位するとき、その変位を
検出しやすいように湾曲部２４．２５の先端近傍に設け
られている。

各ピックアップ３２〜３５はベース２に設けられたコイ
ル部３６ａと、センサチューブ２３に設けられたマグネ
ット３６ｂとよりなる。

ここで、上記構成の質量流量計２１における計測動作に
つき説明する。

第１１図に示す如く、一方のセンサチューブ２３の第２
の湾曲部２５は常に加振器３１により加振されその固有
周波数で一定の振幅をもって振動する。センサチューブ
２３は支柱２８．２９゜３０により支持される構成であ
るので、第２の湾曲部２５が振動すると逆方向に延在す
る第１の湾曲部２４も同じ周波数で振動する。すなわち
、Ｓ字形状のセンサチューブ２３は流入口２６、流出口
２７及び支柱３０を支点として例えば湾曲部２５の先端
がＦ動すると湾曲部２４が上動してシーソのように変位
する。

なお、湾曲部２４．２５が夫々同一の固有周波数で振動
するようにセンサチューブ２３を配設してなるため、加
振器３１はより小さな加振力によりセンサチューブ２３
を振動させることができる。

また、上記のようにセンサチューブ２３が振動するとき
、センサチューブ２３が夫々流入口２６゜流出口２７の
軸心方向より直角方向に折曲されているため、流入口２
６及び流出口２７に作用する応力は曲げ力でなく捩り力
である。この捩り力は流入口２６及び流出口２７の管全
周の肉厚全体で支えられることになる。このため、セン
サチューブ２３の両端の流入口２６．流出口２７等には
局部的に過大な応力集中が生じない。したがって、湾曲
部２４と流入口２６、及び湾曲部２５と流出口２７との
接続部分での機械的強度が大であり、振動に対するセン
サチューブ２３の機械的寿命はより延びている。

また、センサチューブ２３はセンサチューブ２３自体の
バネ定数とセンサチューブ２３内を流れる流体の質量と
によって定まる固り振動数で振動している。このように
、振動するセンサチューブ２３内に被測流体が流れると
湾曲部２４．２５ではコリオリの力によって捩れが発生
する。質量流量計２１はこの捩れ角度がセンサブユーブ
２３内を通過する流体の質量流量に比例することを利用
して質量流量を計測する。

ここで、第１１図に示すようにセンサチューブ２３が矢
印で示す方向に振動し一点鎖線で示す位置より実線で示
す位置に振られるときの第１の湾曲部２４の１行程を考
えてみる。

第１１図中、流入口２６より先端側にいくほど振幅が大
きくなるため、湾曲部２４内を流れる流体の垂直方向の
速度も先端側はど大きい。したがって、湾曲部２４の先
端側にいくほど流体に加速度ａがつき、また角部２４ｄ
を通過した流出側の腕部２４ｂでは垂直方向の速度が徐
々に減少していくため、流体に負の加速度ａがつく。こ
の加速度ａに対して加速度の方向と逆方向にコリオリの
力１”ｃ　（＝ｍａ）が働く。

したがって第１２図に示す如く湾曲部２４の流入側と流
出側では夫々反対り向に同じ大きさのコリオリカＦｃが
作用するため、湾曲部２４に捩れが発生する。

上、下に湾曲部２４を振り切った状態では垂直方向の速
度が零となり、捩れ角度θも零となる。

また、捩れ角度θは湾曲部２４の速度が最も大さい中間
点で最大となる。このような湾曲部２４の変位はピック
アップ３２．３３により検出されており、ピックアップ
３２．３３は湾曲部２４の捩れ角度θを時ｒ１差の信号
として検出する。

湾曲部２４の流路内を流れる流体の質量流量は、第１２
図中角部２４ｃの１１点と角部２４ｄの１２点とがＡ−
Ａ軸を横切るときの時間差△ｔに比例しており、湾曲部
２４．２５の振動周波数には関係がない。

また、第１３図に示す如く、ピックアップ３２゜３３に
よって誘起される電圧は正弦波として計測される。また
、第１３図中線図■は流入側のピックアップ３２の検出
信号、線図■は流出側のピックアップ３３の検出信号で
、線図１．ＩＩによって両ピックアップ３２．３３から
発生する電圧の位相差、すなわち時間差Δｔが表わされ
る。

なお、両ピックアップ１２ａ、１２ｂの位相差信号は整
形、増幅されたのち、時間積分により質量流量に比例し
た電圧信号となる。さらに、この電圧信号は周波数信号
に変換され、出力回路（図示せず）より電圧パルス信号
及びアナログ信号として出力される。

また、第２の湾曲部２５は上記湾曲部２４より１８０度
の方向に延在しているため、湾曲部２５に発生するコリ
オリの力による捩れを検出するピックアップ３４．３５
の出力信号の位相も１８０度反転して検出される。

このように、センサチューブ２３内を流れる被測流体の
質量流量を計測するに際して、外部からの振動が作用す
ることがある。例えば天地方向の土工振動あるいは配管
の捩り振動が考えられる。

これらの外部振動の加振により湾曲部２４．２５に発生
する振動は湾曲部２４と２５で同位相となる。このため
、湾曲部２４．２５の変位を検出する一方のピックアッ
プ３２．３３の出力信号と、湾曲部２５の変位を検出す
る他方のピックアップ３４．３５の出力信号との差をと
ることにより外部成分がキャンセルされ、質量流量計２
１はコリオリの力による出力信号の成分のみを検出でき
る。

したがって、質量流量計２１は外部振動の影響を受けず
に質量流量を計測しうる。

第１４図乃至第１６図に本発明の第３実施例を示す。

各図中、質量流量計４１はＳ字状のセンサチューブ４２
と４３とを上、下に平行に配してなる。

この一対のセンサチューブ４２．４３は夫々Ｕ字状に折
曲された第１の湾曲部４２ａ、４３ａと、第１の湾曲部
４２ａ、４３ａに連続する第２の湾曲部４２ｂ、４３ｂ
とよりなる。又、センサチューブ４２．４３の両端は流
入側マニホールド４４、流出側マニホールド４５に接続
されている。

流入側マニホールド４４は内部で分岐してセンサチュー
ブ４２．４３の一端に接続する流入口４４ａを有する。

また、第１６図に示す如く、流出側マニホールド４５は
センサチューブ４２゜４３の弛端に接続し内部で合流す
る流出口４５ａを有する。

したがって、流入口４４ａより流入した被測流体は流入
側マニホールド２４で分流し、上りのセンサチューブ４
２、及び下方のセンサチューブ４３を通過して流出側マ
ニホールド４５内で合流し流出口４５ａより流出する。

また、第１７図に示す如く、４６ａ、４６ｂはシャフト
で、第１の湾曲部４２ａと、第２の湾曲部４２ｂとの中
間位置よりセンサチューブ４２゜４３を横切る方向に延
在している。また、シャフト４６ａ、４６ｂはセンサチ
ューブ４３より上方に突出するブラケット４７８〜４７
ｆ及びセンサチューブ４２より下方に突出するブラケッ
ト４８ａ〜４８ｂの各α通孔に挿通されている。

４９．５０は加振器で、夫々コイル部４９ａ。

５０ａと、コイル部４９ａ、５０ａ１．：嵌人するマグ
ネット４９ｂ、５０ｂとよりなる（なお、第１６図中、
加振器５０の新面のみを示す）。

一方の加振器４９は第１の湾曲部４２ａ、４３８間に設
けられており、他方の加振器５０は第２の湾曲部４２ｂ
、４３ｂ間に設けられている。流閤計測時、センサチュ
ーブ４２．４３の湾曲部４２ａ。

４、３　ａと４２ｂ、４３ｂとは夫々、加振器４９゜５
０により交互に加振され、１８０度ずれた佼相で振動す
る。

従って、加振器４９．５０により加振されたセンサチュ
ーブ４２．４３は第１の湾曲部４２ａ。

４３ａが互いに離間する方向に変位するとき、第２の湾
曲部４２．ｂ、４３ｂが互いに近接する方向に変位する
。又、逆に第１の湾曲部４２ａ、４３ａが近接するとき
、第２の湾曲部４２ｂ、４３ｂは離間する。

５１はピックアップで、センサチューブ４２゜４３の第
１の湾曲部４２ａ、４３ａと、第２の湾曲部４２ｂ、４
３ｂとの中間位置に設けられており、センサチューブ４
２．４３の相対変位を検出する。又、ピックアップ５１
は、例えばセンサチューブ４２より下方に突出する磁気
センサ５１ａと、センサチューブ４３より上方に突出す
るマグネット５１ｂとよりなる。即ち、ピックアップ５
１は磁気センサ５１ａとマグネット５１ｂとの離間距離
の変動に応じた検出信号を得る。

センサチューブ４２．４３が振動するとき、センサチュ
ーブ４２．４３はシャフト４６ａ、４６ｂを軸として撓
むことになり、センサチューブ４２゜４３自体に作用す
る曲げ応力が小さくて済む。

すなわち、一対のセンサチューブ４２．４３が接続され
たマニホールド４４．４５の取付部分における応力集中
が緩和される。このため、センサチューブ４２．４３の
振動に対する曲げ強度が向上し、計測寿命も向上する。

さらに、加！１ｎ４９゜５０の加振によりセンサチュー
ブ４２．４３がシャフト４６ａ、４６ｂを中心に回動す
るため、小さな力でセンサチューブ４２．４３を振動さ
せることができ、加振器４９．５０による加振動作がよ
り安定する。従って、センサチューブ４２゜４３の変位
はピックアップ５１により安定に検出される。

次に、上記構成の質量流量計４１の計測動作につき説明
する。

一対のセンサチューブで４２．４３は常に加振器４９．
５０により加振され、その固有振動数で振動する。例え
ば、第１８図に示す如く、第１の湾曲部４２ａ、４３ａ
が離間する方向に変位し、第２の湾曲部４２ｂ、４３ｂ
が互いに近接する方向に変位するときを考えてみる。

このように、振動するセンサチューブ４２゜４３内を被
測流体が流れると、湾曲部４２ａ。

４２ｂにはコリオリのノＩＦＣによる捩れが発生する。

即ち、この捩れ角度θがセンサチューブ４２゜４３内を
流れる流体の質量流量計に比例することを利用して質ｍ
流量計を計測する。

第１８図中、流入側マニホールド４４より流入した流体
がセンサチューブ４２のＡ、８点を通過して０点に至る
と、流体には８点より０点にいくほど垂直方向の加速度
ａがつき、また０点よりＤ点にい（はど流体に負の加速
度（反対方向の加速度）ａがつく。また、第２の湾曲部
４２ｂでは上方向に変位しているため、Ｄ点からＥ点に
いくほど流体に負の加速度がつき、Ｅ点からＥ点にいく
ほど流体に加速度ａがつく。

また、下側のセンサチューブ４３では第２の湾曲部４３
ｂが上方向に変位しているため、Ｄ′点より先端側のＥ
′点にいくほど流体に加速度がつき、Ｅ′点よりＥ′点
にいくほど流体に負の加速度ａがつく。

この加速度ａと逆方向にコリオリの力１”ｃが作用する
。ここで、第１９図に示す如く、第２の湾曲部４２ｂ、
４３ｂについてみると、上側の湾曲部４２ｂの流入側り
、Ｅ間と、流出側Ｅ、Ｆ間とでは反対方向に同じ大きさ
の力ＦＣが作用する。

このため、湾曲部４２ｂに捩れが発生する。また、下側
の湾曲部４３ｂの流入側Ｄ’　、Ｅ’間及び流出側Ｅ’
　、Ｆ’間には上記湾曲部４２ｂと逆方向のコリオリの
力Ｆｃが作用する。このため、湾曲部４３ｂにも捩れが
発生する。

このように、質量流量計４１ではＳ字形状のセンサチュ
ーブ４２．４３を平行に配し、第１の湾曲部４２ａ、４
３ａと第２の湾曲部４２ｂ、４３ｂとを夫々１８０°位
相をずらして加振しているため、ピックアップ５１が設
けられたり、Ｄ’間には単純なＵ字状のチューブより４
倍のコリオリカが作用する。

したがって、ピックアップ５１はり、Ｄ’間に発生する
コリオリカを安定的な信号として精度良く検出すること
ができる。また、ピックアップ５１は一対のセンサチュ
ーブ４２．４３の相対的な変位を検出するため、外部振
動による振動ノイズの影響が極めて小さくて済む。また
、ピックアップ５１が１個で良いため、質量流量計４１
の構成の簡略化が図られ、製造工程における組付作業を
容易に行なえる。

発明の効果上述、の如く、本発明による質量流量計は、センナチュ
ーブをＳ字状に形成してなるため、流量計測時コリオリ
カを受けるセンサチューブを長くできるので、センサチ
ューブを細くせずども充分な大きさのコリオリカを得る
ことができる。即ち、センサチューブの径を大にできる
ため、センサチューブの強度を向上させて振動により疲
労破壊が生ずることを防止でき、又センサチューブを通
過する流体の圧力損失を低下させることができる。

さらに、湾曲部を比較的小さな加振力で加振することが
できるので、加振器の小型化を図ることができる。また
、センサチューブをシーツのように第１の湾曲部と第２
の湾曲部とを１８０度の位相で振動させることにより、
振動に伴うセンサチューブの負担を軽減し計測寿命の向
上を図ることができる。また、外部からの振動がセンサ
ユニットに加えられても外部振動成分をキャンセルでき
るので、外部振動による計測誤差を生ずることなく高精
度に質量流伝を計測することができ等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる質量流量計の第１実施例の横断面
図、第２図は第１図に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う質量流量
計の一部を断面にした側面図、第３図は第１図中■−■
線に沿う縦断面図、第４図はセンサバイブの接続部を示
す断面図、第５図はセンサパイプを加振するときの動作
を説明するための図、第６図及び第７図は夫々センサチ
ューブの変位及びコリオリカを説明するための斜視図及
び展開図、第８図はセンサチューブがコリオリカにより
変位した状態を示す図、第９図及び第１０図は本発明の
第２実施例の平面図及び正面図、第１１図は加振された
センサチューブの動作を説明するための斜視図、第１２
図は捩れ振動する湾曲部を側方よりみた側面図、第１３
図はピックアップの検出信号を示す図、第１４図乃至第
１６図は夫々本発明の第３実施例の斜視図、平面図、側
面図、第１７図は第１５図中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、第
１８図及び第１９図はセンサチューブが振動するときの
状態を説明するための斜視図、側面図である。１・・・質量流量計、４．５・・・マニホールド、４ｄ
。４ｅ、５ｄ、５ｅ・・・接続部、６．７・・・センサチ
ューブ、５ａ、７ａ・・・第１の湾曲部、６ｂ、７ｂ・
・・第２の湾曲部、８．９・・・加振器、１０・・・ピ
ックアップ、１２・・・取付部材、２１・・・質量流量
計、２３・・・センサチューブ、２４・・・第１の湾曲
部、２５・・・第２の湾曲部、３１・・・加振器、３２
〜３５・・・ピックアップ、４１・・・質量流量計、４
．２．４３・・・センサチューブ、４４．４５・・・マ
ニホールド、４６ａ。４６ｂ・−・シャフト、４９．５０・・・加振器、５１
・・・ピックアップ。特許出願人　ト　キ　コ　株式会判第−４図第５図＜−Ｘ第８図ｉＫＱ図＠１２図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

被測流体が流入する流入口と、前記流入口と離間され前
記被測流体が流出する流出口と、前記流入口と流出口と
の間に設けられ第１の湾曲部と第２の湾曲部とがＳ字状
に連続形成されたセンサチューブと、少なくとも前記第
１の湾曲部あるいは前記第２の湾曲部のいずれか一方を
加振し前記センサチューブを振動させる加振器と、前記
センサチューブの振動に伴う該センサチューブの変位を
検出するピックアップとからなることを特徴とする質量
流量計。