KR100915757B1 - 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계 - Google Patents

이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계

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Abstract

제 1 만곡관(31)의 출발관부(27)는, 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28), 또는 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)와 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)와의 연속부분 (35)에 대해서 대략 평행한 제 1 평행부분(27a)과, 제 1 평행부분(27a)에 연속하는 제 1 만곡부분(27b)과, 제 1 만곡부분(27b)의 존재에 의해 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)와의 거리가 서서히 넓어지는 제 1 출발관부 본체부분(27c)을 갖는다. 제 2 만곡관(32)의 복귀관부(30)는, 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29) 또는 연속부분(35)에 대해서 대략 평행한 제 2 평행부분(30a)과, 제 2 평행부분(30a)에 연속하는 제 2 만곡부분(30b)과, 제 2 만곡부분(30b)의 존재에 의해 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)와의 거리가 서서히 넓어지는 제 2 복귀관부 본체부분(30c)을 갖는다.

Description

이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계{CORIOLIS FLOW RATE METER WITH FLOW TUBE OF DOUBLE LOOP STRUCTURE}
본 발명은, 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘(Coriolis' force)에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하여 피측정유체의 질량유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 플로우 튜브가 이중 루프 구조가 되는 코리올리 유량계에 관한 것이다.
코리올리 유량계는, 피계측유체가 유통하는 유관(流管)의 일단 또는 양단을 지지하고, 그 지지점 둘레에 유관의 유체 흐름방향과 수직인 방향으로 진동을 가했을 때에, 유관(이하, 진동이 가해져야 할 유관을 플로우 튜브라고 한다)에 작용하는 코리올리힘이 질량유량에 비례하는 것을 이용한 질량유량계이다. 코리올리 유량계는 주지의 것으로, 코리올리 유량계에 있어서의 플로우 튜브의 형상은 직관식(直管式)과 만곡관식(彎曲管式)으로 크게 나뉘어져 있다.
직관식의 코리올리 유량계는, 양단이 지지된 직관의 중앙부 직관축에 수직인 방향의 진동을 가했을 때, 직관의 지지부와 중앙부와의 사이에서 코리올리힘에 의한 직관의 변위차, 즉 위상차 신호를 얻을 수 있어, 그 위상차 신호에 기초하여 질량유량을 검지하도록 구성되어 있다. 이러한 직관식의 코리올리 유량계는, 심플하고, 컴팩트하며 견고한 구조를 갖고 있다. 그러나, 높은 검출 감도를 얻을 수 없다고 하는 문제점도 더불어 갖고 있다.
이에 비해, 만곡관식의 코리올리 유량계는, 코리올리힘을 유효하게 도출하기 위한 형상을 선택할 수 있다고 하는 점에서, 직관식의 코리올리 유량계보다 뛰어나고, 실제, 고감도의 질량유량을 검출할 수 있다. 한편, 만곡관식의 코리올리 유량계로서는, 1개의 플로우 튜브를 구비하는 것(예를 들면 일본특허공개공보 평성4-55250호 참조)나, 나란히 늘어선 2개의 플로우 튜브를 구비하는 것(예를 들면 일본특허공보 제2939242호 참조), 또는 1개의 플로우 튜브를 루프시킨 상태로 구비하는 것(예를 들면, 일본특허공개공보 평성5-69453 참조) 등이 알려져 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 코리올리 유량계의 센서유닛부분의 기본 구성도이며, (a)는 정면도, (b)는 A-A선 단면도, (c)는 B-B선 단면도, (d)는 측면도, (e)는 주요부 확대도이다.
도 2는, 플로우 튜브 및 고정부재의 변형예를 나타내는 센서유닛부분의 기본 구성도이며, (a)는 정면도, (b)는 A-A선 단면도, (c)는 B-B선 단면도이다.
도 3은, 종래예의 코리올리 유량계의 센서유닛부분의 구성도이며, (a)는 정면도, (b)는 C-C선 단면도, (c)는 주요부 확대도이다.
플로우 튜브를 대향(對向) 진동시키는 구조의 코리올리 유량계로서, 예를 들면, 상기한 일본공개특허공보 평성5-69453호의 것에서는, 진동계가 완전하게 상대적으로 밸런스가 잡혀져 있어도, 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 즉, 플로우 튜브를 고정하는 고정부재의 강성이 낮거나, 플로우 튜브를 고정하는 고정단 사이의 거리가 떨어져 있으면, 플로우 튜브의 천정으로부터 고정단을 향한 세로방향에 있어서, 진동 누설이 생기는 문제점을 갖고 있다. 그리고, 이러한 진동 누설에 의해서, 플로우 튜브의 상류방향과 하류방향에서 에너지가 흩어져 없어지는 비율이 변화하여, 제로점 시프트 발생의 우려가 있다고 하는 문제점을 갖고 있다.
상기의 진동 누설을 경감하기 위해서는, 대립되는 플로우 튜브의 고정단 사이의 거리를 좁히면 좋고, 또한, 이것과 동시에 플로우 튜브의 고정단의 강성을 높이면 좋다고 하는 것을 본원 발명자는 알게 되었다.
그런데, 플로우 튜브에 부착되는 구동수단이나 진동검출수단에 있어서는, 진동하는 플로우 튜브의 관축(管軸)의 궤적상에 배치하는 것이 가장 효율이 좋은 것이 알려져 있다. 따라서, 이러한 구동수단이나 진동검출수단을 대향하는 플로우 튜브 사이에 배치하기 위해서는, 이러한 사이즈를 고려하여 플로우 튜브의 간격을 넓힐 필요가 있다. 여기서, 본원 발명자가 찾아낸 상기 내용을 고려하면, 플로우 튜브의 구조는, 고정단으로부터 천정방향을 향하여 튜브간 거리가 상대적으로 넓어지는 구조가 된다.
이러한 고정단으로부터 천정방향을 향하여 튜브간 거리가 상대적으로 넓어지는 플로우 튜브의 구조에 대해서, 이하 도면을 참조하면서 설명한다.
도 3에 있어서, 인용부호 1은 이중 루프 구조의 플로우 튜브, 2는 플로우 튜브(1)를 고정하는 고정부재를 나타내고 있다. 이 플로우 튜브(1)는, 제 1 만곡관(3)과, 제 2 만곡관(4)과, 제 1 만곡관(3)에 연속하는 유입관(5)과, 제 2 만곡관(4)에 연속하는는 유출관(6)을 갖고 있다. 이러한 플로우 튜브(1) 내를 흐르는 피측정유체(도시를 생략함)는, 유입관(5)으로부터 제 1 만곡관(3)의 출발관부(7)에 흘러들어, 천정부(8) 및 복귀관부(9)를 통과하게 되어 있다. 그리고, 제 1 만곡관(3)과 제 2 만곡관(4)과의 연속부분(10)으로부터 제 2 만곡관(4)의 출발관부(11)로 흘러들어, 또한, 천정부(12) 및 복귀관부(13)를 통과하여 유출관(6)으로 흘러 움직이도록 되어 있다.
플로우 튜브(1)는, 제 1 만곡관(3)의 출발관부(7)와 제 2 만곡관(4)의 출발관부(11)와의 간격이 서서히 넓어지도록 배치되어 있다. 또한, 제 1 만곡관(3)의 복귀관부(9)와 제 2 만곡관(4)의 복귀관부(13)도, 서서히 간격이 넓어지도록 배치되어 있다.
도 3의 플로우 튜브(1)는, 유입관(5) 및 유출관(6)의 각 만곡부분(14)이 연속부분(10)에 대해서 간섭하지 않는 근접한 위치에 배치되어 이루어져 있고, 고정단 사이에는, 인용부호 t로 나타나는 간격이 생기고 있다. 이 간격(t)은, 진동 누설에 영향을 주는 것으로, 간섭이 생기지 않는 상태에서 간격(t)을 좁히기 위해서는, 고정부재(2)의 지름을 축소시키는 대책을 들 수 있다. 그러나, 이러한 대책을 취하면, 센서 전체의 외란진동에 대한 강성이 저하하여 결과적으로 안정한 구조를 얻을 수 없게 되어 버린다. 또한, 플로우 튜브(1)의 바깥지름이 커지면 고정부재(2)에 있어서 플로우 튜브(1)를 끼워 넣어 고정하기 위한 홈 가공, 또는 구멍 가공이 곤란해지는 경우가 있었다.
본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 진동 누설의 경감에 기여하는 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 1에 기재된 본 발명의 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계는, 센서유닛 부분의 기본 구성도가 되는 도 1에 도시된 바와 같이, 피계측유체를 흐르게 하는 한 개의 플로우 튜브(23)와, 상기 플로우 튜브(23)를 고정하는 고정부재(24)를 구비하고, 상기 플로우 튜브(23)는, 상기 고정부재(24)로부터 나오는 방향의 출발관부(27,28) 및 상기 고정부재(24)로 복귀하는 방향의 복귀관부(29,30)를 각각 갖고 서로 대향하는 제 1, 제 2 만곡관(31,32)과, 상기 제 1 만곡관(31)에 연속하는는 유입관(33)과, 상기 제 2 만곡관(32)에 연속하는 유출관(34)을 구비하는 이중 루프 구조의 코리올리 유량계(21)에 있어서, 상기 제 1 만곡관(31)의 상기 출발관부(27)는, 상기 제 2 만곡관(32)의 상기 출발관부(28)에 대해서, 또는 상기 제 1 만곡관(31)의 상기 복귀관부(29)와 상기 제 2 만곡관(32)의 상기 출발관부(28)와의 연속부분(35)에 대해서 대략 평행한 제 1 평행부분(27a)과, 상기 제 1 평행부분(27a)에 연속하는 제 1 만곡부분(27b)과, 상기 제 1 만곡부분(27b)의 존재에 의해 상기 제 2 만곡관(32)의 상기 출발관부(28)와의 거리가 서서히 넓어지는 제 1 출발관부 본체부분(27c)을 갖고, 상기 제 2 만곡관부(32)의 상기 복귀관부(30)는, 상기 제 1 만곡관(31)의 상기 복귀관부(29) 또는 상기 연속부분(35)에 대해서 대략 평행한 제 2 평행부분(30a)과, 상기 제 2 평행부분(30a)에 연속하는 제 2 만곡부분(30b)과, 상기 제 2 만곡부분(30b)의 존재에 의해 상기 제 1 만곡관(31)의 상기 복귀관부(29)와의 거리가 서서히 넓어지는 제 2 복귀관부 본체부분(30c)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 2에 기재된 본 발명의 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계는, 청구항 1에 기재된 이중 루프 구조의 플로우 튜브(23)를 구비한 코리올리 유량계(21)에 있어서, 상기 제 1 만곡관(31)의 상기 복귀관부(29)와 상기 연속부분(35)과 상기 제 2 만곡관(32)의 상기 출발관부(28)와의 관축(管軸)을 맞추는 것과 함께, 상기 제 1 출발관부 본체부분(27c)과 상기 제 2 복귀관부 본체부분(30c)과의 관축(管軸)도 맞추는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 고정부재(24)의 강성을 유지한 상태로 플로우 튜브(23)의 고정단측의 간격(T)을 최소로 좁히는 것이 가능하게 되는 것과 함께, 고정단측으로부터 천정방향을 향하여 플로우 튜브(23)의 튜브간 거리를 상대적으로 넓히는 것이 가능하게 된다. 또한, 이러한 플로우 튜브(23)에 있어서는, 천정측의 튜브간 거리를 최적으로 설정하는 것이 가능하게 된다. 천정측의 튜브간 거리를 최적으로 설정하면, 구동수단(25)의 구성끼리, 진동검출수단(26)의 구성끼리를 전용의 브래킷을 이용하는 일 없이 근접시킬 수 있다. 따라서, 온도 변화에 의한 플로우 튜브(23)의 변형에 수반한 브래킷 선단의 불확실한 이동이나, 불필요한 부가질량이 없고 내진성에도 배려할 수 있다. 한편, 플로우 튜브(23)의 각 부분의 관축을 맞춤으로써, 제 1, 제 2 만곡관(31,32)을 대략 거울상의 구조로 할 수 있다. 이것에 의해, 안정된 진동계로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계의 진동 누설을 종래보다 경감시킨다고 하는 효과를 이룰 수 있다. 또한, 진동계의 온도특성이나 내진성을 종래보다 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 이룰 수 있다. 또한, 종래보다 안정된 진동계로 할 수 있다고 하는 효과를 이룰 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태를 도시한 코리올리 유량계의 센서유닛부분의 기본 구성도이며, (a)는 정면도, (b)는 A-A선 단면도, (c)는 B-B선 단면도, (d)는 측면도, (e)는 주요부 확대도이다.
도 1에 있어서, 본 발명의 코리올리 유량계(21)는, 케이스(22)와, 그 케이스(22) 내에 수납되는 플로우 튜브(23)와, 플로우 튜브(23)를 고정하는 고정부재(24)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 본 발명의 코리올리 유량계(21)는, 구동장치(25), 한 쌍의 진동검출센서(26,26), 및 온도센서(도시를 생략함)를 갖는 센서부(도시를 생략함)와, 그 센서부로부터의 신호에 기초하여 질량유량 등의 연산처리를 실시하는 신호연산 처리부(도시를 생략함)와 구동장치(25)를 여진(勵振)하기 위한 여진회로부(도시를 생략함)를 구비하여 구성되어 있다. 이하, 각 구성부재에 대해 설명한다.
상기 케이스(22)는, 휨이나 뒤틀림에 강한 구조를 갖고 있다. 이 케이스(22)는, 플로우 튜브(23)를 고정하기 위한 고정부재(24)를 부착한 상태로, 그 플로우 튜브(23)를 수납할 수 있는 크기로 형성되어 있다. 또한, 이 케이스(22)는, 플로우 튜브(23) 등의 유량계 주요부, 즉 센서유닛부분을 보호할 수 있도록 형성되어 있다. 이러한 케이스(22)의 내부에는, 아르곤 가스 등의 불활성가스가 충전되어 있다. 이러한 불활성가스의 충전에 의해, 플로우 튜브(23) 등에 결로(結露)가 방지되도록 되어 있다.
고정부재(24)에는, 케이스(22)가 적당한 수단으로 부착되어 있다. 이 고정부재(24)는, 평면 형상이 원형으로 형성되어 있다(평면 형상이 원형이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 충분한 강성을 확보할 수 있으면 좋다. 예를 들면, 평면 형상이 4각형의 고정부재이거나, 도 2에 도시되는 고정부재(24')와 같이 형성된 것이라도 좋다). 이 고정부재(24)는, 본 형태에 있어서는, 내부에 공간을 갖는 고리형상의 벽이 되도록 형성되어 있다. 또한, 이 고정부재(24)의 재질은, 스테인리스 등의 이 기술 분야에 있어서 통상의 것이 이용되어 있다.
상기 플로우 튜브(23)는, 1개의 측정용 유관을 루프시켜서 이루어지는 이중 루프 구조의 것이며, 고정부재(24)로부터 나오는 방향의 출발관부(27,28) 및 고정부재(24)에 복귀하는 방향의 복귀관부(29,30)를 각각 갖고 서로 대향하는 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)과, 제 1 만곡관(31)에 연속하는 유입관(33)과 제 2 만곡관(32)에 연속하는 유출관(34)을 갖고 있다. 이 플로우 튜브(23)의 제 1 만곡관(31)과 제 2 만곡관(32)은, 연속부분(35)에 의해 연결되어 있다.
한편, 도면중에서 부호가 없는 화살표는, 플로우 튜브(23)의 내부를 흐르는 피측정유체(도시를 생략함)의 흐르는 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 1 (a)에 도시되는 화살표 P는 상하방향, 화살표 Q는 좌우방향을 나타내고 있다.
우선, 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)에 대해 설명한다.
상기 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)은, 모두 좌우방향으로 긴 대략 타원형상으로 형성되어 있다. 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)은, 대략 거울상이 되는 형상으로 형성되어 있다.
제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)의 구성을 피측정유체(도시를 생략함)의 흐르는 방향에 따라서 설명한다. 제 1 만곡관(31)은, 유입관(33)이 연결되는 출발관부(27)와, 이 출발관부(27)가 연결되는 것과 함께 피측정유체(도시를 생략함)의 흐르는 방향이 반전하는 반전용 만곡관부(36)와, 반전용 만곡관부(36)가 연결되는 천정관부(37)와, 천정관부(37)가 연결되는 반전용 만곡관부(38)와, 이 반전용 만곡관부(38)가 일단에 연속하는 것과 함께 타단에 연속부분(35)이 연결되는 복귀관부(29)를 구비하여 구성되어 있다.
한편, 제 2 만곡관(32)은, 연속부분(35)이 연결되는 출발관부(28)와, 이 출발관부(28)가 연결되는 반전용 만곡관부(39)와, 반전용 만곡관부(39)가 연결되는 천정관부(40)와, 천정관부(40)가 연결되는 반전용 만곡관부(41)와, 이 반전용 만곡관부(41)가 일단에 연속하는 것과 함께 타단에 유출관(34)이 연결되는 복귀관부(30)를 구비하여 구성되어 있다.
제 1 만곡관(31)의 출발관부(27)는, 예를 들면 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28) 및 연속부분(35)이 연속하는 부분(또는 출발관부(28), 연속부분(35)이라도 가능)에 대해서 대략 평행한 제 1 평행부분(27a)과, 제 1 평행부분(27a)에 연속하는 제 1 만곡부분(27b)과, 제 1 만곡부분(27b)의 존재에 의해 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)와의 거리가 서서히 넓어지는 제 1 출발관부 본체부분(27c)을 구비하고 있다.
제 1 평행부분(27a)은, 곧게 뻗은 형상으로서, 그 일단에 유입관(33)이 연속하도록 배치 형성되어 있다. 제 1 평행부분(27a)은, 본 실시형태에 있어서, 고정부재(24)에 대해 강고하게 고정되어 있다. 제 1 평행부분(27a)은, 출발관부(28) 및 연속부분(35)의 상기 연속하는 부분에 대해서 간섭하지 않는 정도의 한계 위치에 배치 형성되어 있다.
제 1 만곡부분(27b)은, 제 1 평행부분(27a)의 타단에 연속하도록 배치 형성되어 있다. 또한, 제 1 만곡부분(27b)은, 본 실시형태에 있어서, 정확히 고정부재(24)의 외주면으로부터 돌출하는 위치에 배치 형성되어 있다. 제 1 만곡부분(27b)은, 본 실시형태에 있어서, 이것에 연속하는 곧게 뻗은 제 1 출발관부 본체부분(27c)이, 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)에 대해서 약 8°기울어지도록 형성되어 있다(이것은 일례이다. 본 실시형태에 있어서는 진동검출센서(26)의 사이즈에 맞게 기울기가 설정되어 있다).
제 1 만곡관(31)의 출발관부(27)와, 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)는, 제 1 만곡관(31)의 출발관부(27)의 구조에 의해서, 고정단 사이가 최소의 치수(T) (T<t, t는 도 3 참조)가 되도록 배치되어 있다. 이 출발관부(27)를 구성하는 제 1 출발관부 본체부분(27c)과, 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)는, 브레이스 바(42)에 의해 고정되어 있다. 브레이스 바(42)는, 2개의 관에 걸치는 듯한 판형상의 부재이며, 고정부재(24)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 브레이스 바(42)는, 대향 진동하는 플로우 튜브(23)의 각 진동모드의 동상(同相)진동과 역상(逆相)진동의 고유 진동수를 분리하는 것에 의해, 내(耐)진동성을 향상시키기 위해서 이용되고 있다. 또한, 브레이스 바(42)는, 진동의 기초부에 있어서의 응력을 분산하여, 내구성을 증가시키는 기능을 갖고 있다.
제 2 만곡관(32)의 복귀관부(30)는, 예를 들면 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29) 및 연속부분(35)이 연속하는 부분(또는 복귀관부(29), 연속부분(35)이라도 가능)에 대해서 대략 평행한 제 2 평행부분(30a)과, 제 2 평행부분(30a)에 연속하는 제 2 만곡부분(30b)과, 제 2 만곡부분(30b)의 존재에 의해 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)와의 거리가 서서히 넓어지는 제 2 복귀관부 본체부분(30c)을 갖고 있다.
제 2 평행부분(30a)은, 곧게 뻗은 형상으로서, 그 일단에 유출관(34)이 연속하도록 배치 형성되어 있다. 제 2 평행부분(30a)은, 본 실시형태에 있어서, 고정부재(24)에 대해 강고하게 고정되어 있다. 제 2 평행부분(30a)은, 복귀관부(29) 및 연속부분(35)의 상기 연속하는 부분에 대해서 간섭하지 않는 정도의 한계 위치에 배치 형성되어 있다.
제 2 만곡부분(30b)은, 제 2 평행부분(30a)의 타단에 연속하도록 배치 형성되어 있다. 또한, 제 2 만곡부분(30b)은, 본 실시형태에 있어서, 정확히 고정부재(24)의 외주면으로부터 돌출하는 위치에 배치 형성되어 있다. 제 2 만곡부분(30b)은, 본 실시형태에 있어서, 이것에 연속하는 곧게 뻗은 제 2 복귀관부 본체부분(30c)이, 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)에 대해서 약 8°기울어지도록 형성되어 있다(이것은 일례이고, 본 실시형태에 있어서는 진동검출센서(26)의 사이즈에 맞게 기울기가 설정되어 있다).
제 2 만곡관(32)의 복귀관부(30)와, 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)는, 제 2 만곡관(32)의 복귀관부(30)의 구조에 의해서, 고정단 사이가 최소의 치수(T) (T<t, t는 도 3 참조)가 되도록 배치되어 있다. 이 복귀관부(30)를 구성하는 제 2 복귀관부 본체부분(30c)과, 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)는, 상기의 것과 같은 브레이스 바(42)에 의해 같은 위치에서 고정되어 있다.
제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29), 연속부분(35), 및 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)는, 이들의 관축이 일치하도록 형성되어 있다. 또한, 제 1 만곡관(31)의 제 1 출발관부 본체부분(27c) 및 제 2 만곡관(32)의 제 2 복귀관부 본체부분(30c)도 마찬가지로 관축이 일치하도록 형성되어 있다. 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29) 및 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28)는, 본 실시형태에 있어서, 고정부재(24)에 대해 강고하게 고정되어 있다.
제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)의 천정관부(37 및 40)는, 본 실시형태에 있어서, 이들의 중간이 구동장치(25)의 사이즈에 맞게 근접하는 도시된 형상으로 형성되어 있다(이것은 일례로, 중간을 근접시키지 않고 똑바르게 형성하는 것이라도 좋다). 천정관부(37 및 40)의 중앙위치는, 구동장치(25)에 대한 부착부분이 되고 있다. 또한, 평행하게 배치되는 반전용 만곡관부(36과 39), 및 반전용 만곡관부(38와 41)의 각 중앙위치는, 진동검출센서(26)에 대한 부착부분이 되고 있다.
유입관(33)은, 제 1 만곡관(31)의 제 1 평행부분(27a)에 연속하는 만곡부분(43)과, 이 만곡부분(43)에 연속하는 똑바른 유입관 본체(44)로 구성되어 있다. 또한, 유출관(34)도 마찬가지로, 제 2 만곡관(32)의 제 2 평행부분(30a)에 연속하는 만곡부분(45)과, 이 만곡부분(45)에 연속하는 똑바른 유출관 본체(46)로 구성되어 있다. 이 유입관(33) 및 유출관(34)은, 동일 형상으로 형성되어 있다. 유입관(33)의 유입관 본체(44)와 유출관(34)의 유출관 본체(46)는, 이들의 관축이 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 상기 유입관(33)의 유입관 본체(44)와 유출관(34)의 유출관 본체(46)는, 본 실시형태에 있어서, 고정부재(24)에 대해 강고하게 고정되어 있다.
제 1 만곡관(31)의 출발관부(27) 및 복귀관부(29)와, 제 2 만곡관(32)의 출발관부(28) 및 복귀관부(30)와, 유입관(33)과, 그 유출관(34)은, 본 실시형태에 있어서, 동일 평면상에 고정되어 있다(이것은 일례이다).
플로우 튜브(23)는, 상기 고정단의 간격이 극히 좁기 때문에, 진동 누설이 일어나기 어려운 구조로 되어 있다. 또한, 상세한 설명은 생략 하지만, 플로우 튜브(23)는 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)에 생기는 비틀림 응력이 상쇄되는 듯한 구조로 되어 있다. 즉, 고정부재(24)에 거의 진동이 생기지 않는 듯한 구조로 되어 있다. 한편, 플로우 튜브(23)는, 천정관부(37 및 40)의 간격이 좁기 때문에, 구동장치(25)에서 생기는 상대적인 위치관계의 온도나 진동에 의한 엇갈림이 최소가 되는 구조로 되어 있다. 또한, 진동검출센서(26,26)에 있어서도 마찬가지로 상대적인 위치관계의 온도나 진동에 의한 엇갈림이 최소가 되는 구조로 되어 있다.
한편, 플로우 튜브(23)의 재질은, 스테인리스, 하스텔로이, 티탄합금 등의 이 기술분야에 있어서 통상의 것이 이용되고 있다.
상기 센서부를 구성하는 상기 구동장치(25)는, 플로우 튜브(23)의 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)을 대향 진동시키기 위한 것으로서, 코일과 자석을 구비하여 구성되어 있다. 이러한 구동장치(25)는, 플로우 튜브(23)의 천정관부(37 및 40)의 중앙위치에, 또한, 이것들에 의해서 끼워지는 듯한 상태로 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 구동장치(25)는, 플로우 튜브(23)의 진동방향에 대해서 오프세트(offset)하지 않는 위치에 부착되어 있다.
구동장치(25)의 코일은, 전용의 부착구(부착구는 후술의 브래킷은 아닌 것으로 한다)를 이용하여 플로우 튜브(23)의 천정관부(37)에 부착되어 있다. 또한, 코일로부터는, 특별히 도시하지 않지만, FPC(플렉시블·프린트·서킷) 또는 전선이 인출되어 있다. 이 구동장치(25)의 자석은, 전용의 부착구를 이용하여 플로우 튜브(23)의 천정관부(40)에 부착되어 있다(코일 및 자석의 배치는 상기 배치의 반대이더라도 좋다).
구동장치(25)에 있어서 흡인작용이 생기면, 자석이 코일에 대해서 삽입되는 상태가 되어, 그 결과, 플로우 튜브(23)의 천정관부(37 및 40)끼리가 근접하게 된다. 이것에 대해, 반발작용이 생기면, 플로우 튜브(23)의 천정관부(37 및 40)끼리가 이간하게 된다. 구동장치(25)는, 플로우 튜브(23)가 상술한 것과 같이 고정부재(24)에 고정되어 있기 때문에, 이 플로우 튜브(23)를, 고정부재(24)를 중심으로 하여 회전방향으로 교대로 구동시키도록 이루어져 있다.
상기 센서부를 구성하는 상기 진동검출센서(26,26)는, 플로우 튜브(23)의 진동을 검출하는 것과 함께, 플로우 튜브(23)에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차를 검출하기 위한 센서로서, 각각 코일과 자석을 구비하여 구성되어 있다(진동검출센서는, 이것에 한정되지 않고, 가속도 센서, 광학적 수단, 정전용량식, 일그러짐식(피에조식) 등의 변위, 속도, 가속도의 어느 하나를 검출하는 수단이면 좋다).
이러한 구성의 진동검출센서(26,26)는, 코리올리힘에 비례한 위상차를 검출하는 것이 가능한 위치에 배치되어 있다. 진동검출센서(26,26)는, 본 실시형태에 있어서, 평행하게 배치되는 반전용 만곡관부(36과 39), 및 반전용 만곡관부(38과 41)의 각 중앙위치에 배치되어 있다.
진동검출센서(26,26)의 각 코일은, 전용의 부착구를 이용하여 플로우 튜브(23)의 반전용 만곡관부(39와 41)에 부착되어 있다. 각 코일로부터는, 특별히 도시하지 않았지만, FPC(플렉시블·프린트·서킷) 또는 전선이 인출되어 있다. 또한, 이 진동검출센서(26,26)의 각 자석은, 전용의 부착구를 이용하여 반전용 만곡관부(36과 38)에 부착되어 있다.
본 발명의 도 1에 도시된 코리올리 유량계(21)의 내부에는, 특별히 도시하지 않았지만, 기판 등이 설치되어 있다. 이 기판에는, 케이스(22)의 외부로 인출되는 와이어 하니스(wire harness)가 접속되어 있다. 또한, 기판에는, 구동장치(25)나 진동검출센서(26,26)로부터의 FPC 또는 전선이 접속되어 있다.
상기 센서부의 일부를 구성하는 온도 센서는, 코리올리 유량계(21)의 온도 보상을 하기 위한 것으로서, 적당한 수단으로 플로우 튜브(23)에 부착되어 있다. 구체적인 배치로서는, 예를 들면 제 1 만곡관(31)의 복귀관부(29)에 부착되어 있다. 한편, 온도센서로부터 인출되는 도시하지 않는 FPC(플렉서블·프린트·서킷) 또는 전선은, 상기 기판에 접속되어 있다.
상기 신호연산 처리부에는, 한쪽의 진동검출센서(26)로부터의, 플로우 튜브(23)의 변형에 관한 검출신호, 다른쪽의 진동검출센서(26)로부터의, 플로우 튜브(23)의 변형에 관한 검출신호, 및 온도센서로부터의, 플로우 튜브(23)의 온도에 관한 검출신호가 각각 입력되도록 배선 및 접속이 이루어지고 있다. 이러한 신호연산 처리부에서는, 센서부로부터 입력된 각 검출신호에 기초하여 질량유량 및 밀도의 연산이 이루어지도록 구성되어 있다. 또한, 신호연산 처리부에서는, 연산에 의해 얻어진 질량유량, 밀도가 도시하지 않는 표시기에 출력되도록 구성되어 있다.
상기 여진(勵振) 회로부는, 평활부와 비교부와 목표 설정부와 가변 증폭부와 구동 출력부를 구비하여 구성되어 있다. 이 평활부는, 한쪽의 진동검출센서(26)(또는 다른쪽의 진동검출센서(26))로부터의 검출신호를 인출하도록 배선되어 있다. 또한, 이 평활부는, 입력된 검출신호를 정류하여 평활하는 것과 함께, 그 진폭에 비례한 직류전압을 출력할 수 있는 기능을 갖고 있다. 또한, 비교부는, 평활부로부터의 직류전압과 목표 설정부로부터 출력되는 목표설정전압을 비교하는 것과 함께, 가변 증폭부의 이득을 제어하여 공진진동의 진폭을 목표설정전압에 제어할 수 있는 기능을 갖고 있다.
상기의 구성에 있어서, 플로우 튜브(23)에 피측정유체(도시를 생략함)를 흐르게 하는 것과 함께, 구동장치(25)를 구동시켜 플로우 튜브(23)의 제 1 만곡관(31) 및 제 2 만곡관(32)을 대향 진동시키면, 진동검출센서(26,26) 지점에서의 코리올리힘에 의해서 생기는 위상의 차이에 의해, 질량유량이 상기 신호연산 처리부에서 산출된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 진동 주파수로부터 밀도도 산출된다.
다음으로, 도 2를 참조하면서 플로우 튜브 및 고정부재의 변형예를 설명한다. 도 2는 플로우 튜브 및 고정부재의 변형예를 나타내는 센서유닛부분의 기본 구성도이며, (a)는 정면도, (b)는 A-A선 단면도, (c)는 B-B선 단면도이다.
도 2에 있어서, 본 발명의 코리올리 유량계는, 케이스(도시를 생략함. 여기에서는 도 1의 인용부호 22와 같은 것이다)와, 그 케이스 내에 수납되는 플로우 튜브(23')와, 플로우 튜브(23')를 고정하는 고정부재(24')와, 구동장치(25), 한 쌍의 진동검출센서(26,26), 및 온도센서(도시를 생략함)를 갖는 센서부(도시를 생략함)와, 이 센서부로부터의 신호에 기초하여 질량유량 등의 연산처리를 실시하는 신호연산 처리부(도시를 생략함)와, 구동장치(25)를 여진하기 위한 여진회로부(도시를 생략함)를 구비하여 구성되어 있다. 코리올리 유량계는, 상술의 형태에 대해서, 플로우 튜브(23')와 고정부재(24')가 다르다(센서유닛부분의 작용은 동일한 것으로 한다).
이하, 차이점만 설명한다.
플로우 튜브(23')의 제 1 만곡관(31)을 구성하는 출발관부(27)는, 제 1 평행부분(27a)과, 제 1 만곡부분(27b)과, 제 1 출발관부 본체부분(27c)을 갖고 있고, 제 1 평행부분(27a)이 정확히 고정부재(24')의 외주면으로부터 돌출하는 위치에 배치 형성되어 있다. 한편, 제 2 만곡관(32)을 구성하는 복귀관부(30)는, 제 2 평행부분(30a)과, 제 2 만곡부분(30b)과, 제 2 복귀관부 본체부분(30c)을 갖고 있고, 이것들도 제 2 평행부분(30a)이 정확히 고정부재(24')의 외주면으로부터 돌출하는 위치에 배치 형성되어 있다. 이 고정부재(24')는, 도 2에 도시된 바와 같은 블록형상으로 형성되어 있다.
다른 차이점으로서는, 특히 대쉬의 부호를 붙이지는 않지만, 평행하게 배치되는 반전용 만곡관부(36과 39), 및 다른 반전용 만곡관부(38과 41)의 형상이 약간 다르다. 또한, 천정관부(37 및 40)의 형상이 곧게 뻗어있다 점이 다르다.
이상, 본 발명에 의하면, 고정부재(24)(24')의 강성을 종래와 같이 유지한 상태로 플로우 튜브(23)(23')의 고정단측의 간격을 종래보다 좁힐 수 있다. 따라서, 종래의 문제점이었던 진동 누설을 경감할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 플로우 튜브(23)(23')의 고정단측으로부터 천정방향을 향하여 튜브간 거리를 상대적으로 넓힐 수 있다. 이러한 플로우 튜브(23)(23')에 있어서는, 천정측의 튜브간 거리를 최적으로 설정할 수 있다. 따라서, 전용의 브래킷을 이용하는 일 없이 구동장치(25) 및 진동검출센서(26,26)를 근접시킬 수 있다. 이것에 의해, 온도 변화에 의한 플로우 튜브(23)(23')의 변형에 수반한 브래킷 선단의 불확실한 이동이나, 불필요한 부가질량이 없는 것에 의해 내진성(耐振性)에도 배려할 수 있다. 한편, 플로우 튜브(23)(23')의 각 부분의 관축을 맞추는 것에 의해, 제 1, 제 2 만곡관(31,32)을 대략 거울상의 구조로 할 수 있다. 따라서, 진동계를 안정시킬 수 있다.
그 외, 본 발명은 본 발명의 요지를 바꾸지 않는 범위에서 여러 가지 변경하여 실시하는 것이 가능함은 물론이다.

Claims (2)

  1. 피계측유체를 흐르게 하는 한 개의 플로우 튜브와, 상기 플로우 튜브를 고정하는 고정부재를 구비하고, 상기 플로우 튜브는, 상기 고정부재로부터 나오는 방향의 출발관부 및 상기 고정부재에 복귀하는 방향의 복귀관부를 각각 갖고 서로 대향하는 제 1, 제 2 만곡관과, 상기 제 1 만곡관에 연속하는 유입관과, 상기 제 2 만곡관에 연속하는 유출관을 구비하는 이중 루프 구조의 코리올리 유량계에 있어서,
    상기 제 1 만곡관의 상기 출발관부는, 상기 제 2 만곡관의 상기 출발관부에 대해서, 또는 상기 제 1 만곡관의 상기 복귀관부와 상기 제 2 만곡관의 상기 출발관부와의 연속부분에 대해서 평행한 제 1 평행부분과, 상기 제 1 평행부분에 연속하는 제 1 만곡부분과, 상기 제 1 만곡부분의 존재에 의해 상기 제 2 만곡관의 상기 출발관부와의 거리가 서서히 넓어지는 제 1 출발관부 본체부분을 갖고,
    상기 제 2 만곡관부의 상기 복귀관부는, 상기 제 1 만곡관의 상기 복귀관부 또는 상기 연속부분에 대해서 평행한 제 2 평행부분과, 상기 제 2 평행부분에 연속하는 제 2 만곡부분과, 상기 제 2 만곡부분의 존재에 의해 상기 제 1 만곡관의 상기 복귀관부와의 거리가 서서히 넓어지는 제 2 복귀관부 본체부분을 갖는 것을 특징으로 하는 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 만곡관의 상기 복귀관부와 상기 연속부분과 상기 제 2 만곡관의 상기 출발관부와의 관축(管軸)을 맞추는 것과 함께, 상기 제 1 출발관부 본체부분과 상기 제 2 복귀관부 본체부분과의 관축(管軸)을 맞추는 것을 특징으로 하는 이중 루프 구조의 플로우 튜브를 구비한 코리올리 유량계.
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