KR20110004277A - 코리올리 질량 유량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미소 유량의 유체를 계측 대상으로 한 코리올리 질량 유량계를 경량화 및 소형화하는 것을 과제로 한다.
가진기(12), 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)를 지지하는 서브 프레임(108)은 외주벽(108b)과 절결부(108c)와 내주벽(108d)을 갖고 있다. 절결부(108c)의 부분에는, 메인 프레임(106)에 지지된 회로 기판(112)이 위치 결정되어 있다. 회로 기판(112)은 메인 프레임(106)을 관통하는 기판 케이스(110)에 수용되고, 한 쌍의 진동 튜브(2)의 공급 배출 부분에 인접한 회로 기판(112)의 부분에 액정 모니터가 탑재되어 있다.

Description

코리올리 질량 유량계{CORIOLIS MASS FLOWMETER}
본 발명은 코리올리 질량 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 미소 유량의 계측에 적합하게 적용 가능한 소형의 유량계에 관한 것이다.
코리올리 질량 유량계는, 질량 유량을 직접적으로 또한 정밀도 좋게 계측할 수 있는 이점을 구비하고 있기 때문에, 역사적으로, 그 적용이 대유량의 계측으로부터 시작되어, 오늘날에는, 미소 유량의 계측까지 확대되고 있다.
코리올리 질량 유량계의 원리는 다음과 같다. 유체가 흐르고 있는 진동 튜브의 축선 방향 중앙 부분에 진동을 가하면, 진동 튜브의 입구측 부분과 출구측 부분에 반대 방향의 코리올리 힘이 작용하고, 이 반대 방향의 코리올리 힘에 의해 진동 튜브에 비틀림이 발생한다. 이 비틀림은 질량 유량에 비례한다. 이 진동 튜브의 비틀림을, 가진기를 사이에 두고 유체의 유동 방향 상류측과 하류측의 진동의 변위나 속도의 위상차 등으로서 검출하고, 이 위상차로부터 질량 유량을 구한다.
코리올리 질량 유량계의 진동 튜브는 여러 가지 형상이 이미 제안되어 있다. 진동 튜브는, 그 형상에 따라 곧은 직관(直管) 타입과, 만곡된 부분을 구비한 만곡관(彎曲管) 타입으로 크게 나눌 수 있다. 만곡관 타입은, 전형적으로는, 진동 튜브의 입구와 출구가 동일한 측에 위치하는 타입과, 입구와 출구가 반대측에 위치하는 타입으로 분류할 수 있고, 전자, 즉 입구와 출구가 동일한 측에 위치하는 타입에서는, 평면에서 보아 U자 형상, 입구와 출구의 간격을 좁힌 형상, 루프 형상 등이 알려져 있다. 또한, 코리올리 질량 유량계는, 진동 튜브의 개수에 따라, 단일 튜브식과, 2개의 진동 튜브를 구비한 듀얼 튜브식으로 분류된다.
코리올리 질량 유량계에는, 전통적으로 금속 재료(전형적으로는 스테인리스강)를 사용한 진동 튜브가 채용되고 있다. 특허 문헌 1은, 산, 알칼리 등의 약품에도 코리올리 질량 유량계를 적용하는 길을 열기 위해서, 금속관의 내주측에, 내식성이 우수한 재료인 불소 수지 등의 합성 수지관을 배치한 진동 튜브를 제안하고 있다.
또한, 특허 문헌 2는, 내식성이 우수한 플라스틱 재료로 진동 튜브를 구성하는 것을 개시하고 있고, 그 예시로서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 4불화알콕시 중합체(PFA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 들고 있다.
상기한 특허 문헌 2는 듀얼 튜브식 코리올리 질량 유량계를 개시하고 있다. 이 특허 문헌 2에 개시된 코리올리 질량 유량계는, 각 진동 튜브의 진동 상태를 검출하기 위한 검출기로서, 전자(電磁) 구동용 코일과 영구 자석의 조합을 채용하여, 한쪽의 진동 튜브에 코일을 배치하고, 다른쪽의 진동 튜브에 영구 자석을 배치하는 것을 개시하고 있다.
또한, 특허 문헌 2는, 가진기, 검출기의 코일에 대한 배선을 2개의 진동 튜브에 분산 배치시키고, 이 배선을 외부로 연장시키는 것을 제안하고 있다. 말할 필요도 없는 것이지만, 이 특허 문헌 2의 제안은, 검출기나 가진기에 대한 컨트롤러(회로 기판)를 외부에 배치하는 것을 전제로 하고 있다.
특허 문헌 3은, 미소 유량의 유체에 적용하는 것을 목적으로 하여, 음차(音叉) 진동하는 2개의 만곡관 타입의 진동 튜브를 채용한 듀얼 튜브식 코리올리 질량 유량계를 개시하고 있고, 이 2개의 만곡관 타입의 진동 튜브를 채용한 이유로서, 단일 튜브식에서는 구동 효율이 나쁘며, 진동시키면 언밸런스로 인해, 진동 누설이 발생하는 문제점을 지적하고 있으며, 또한, 단일 튜브식에서는, 검출기의 지지 강성 즉 진동에 대한 강성을 높인 프레임 구조가 필요한 것으로 지적하고 있다. 또한, 특허 문헌 3은, 규소강 등의 자성체를 진동 튜브에 납땜하고, 이 자성체를 자화(磁化)시키는 영구 자석을 프레임에 고정하며, 또한, 이 프레임에 코일을 배치하는 것을 제안하고 있다. 또한, 특허 문헌 3은, 한 쌍의 진동 튜브의 기단부를 절연 플레이트(브레이스 바)로 서로 연결함으로써, 진동 튜브의 진동의 노드(node)를 만드는 것을 개시하고 있다.
이와 관련하여, 진동 누설에 대해서 설명하면, 한 쌍의 진동 튜브는 이상적으로는 미러 대칭으로 진동하기 때문에, 자려 진동에 의한 진동은 프레임 상에서는 상쇄된다. 그러나, 이것은 이상론이며, 실제로는, 재질, 형상, 조립 등의 비균질, 비균일, 비대칭성에 의해 완전한 미러 대칭이 아니기 때문에, 프레임이나 외부 배관에 관련되는 진동 튜브는, 그 조립 상태에 따라, 미소 진동에서의 진동 상태가 변화한다. 이것은, 측정값의 제로점이 오프셋되는 것으로 연결된다. 이러한 현상이 진동 누설이다. 이 진동 누설은, 외란 요소가 되는 외부로부터의 진동과는 별도로 발생한다.
특허 문헌 4는, 일측으로부터 유체를 받아들이고, 타측으로 유체를 배출하는 루프식의 듀얼 튜브식 코리올리 질량 유량계를 개시하고 있다. 이 특허 문헌 4의 코리올리 질량 유량계에서는, 가진기 및 검출기가 모두, 영구 자석과 코일의 조합으로 구성되어 있으며, 그리고 영구 자석을 진동 튜브에 설치하고, 코일을 프레임에 설치하는 것을 개시하고 있다. 이 특허 문헌 4에 개시되어 있는, 코일이 설치되는 부재인 프레임은, 한 쌍의 진동 튜브 사이에 배치되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 실용신안 공개 소화 제64-15921호 공보(일본 실용신안 출원 소화 제62-107307호) [특허 문헌 2] 일본 특허 공표 평성 제11-510608호 공보 [특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2003-207380호 공보 [특허 문헌 4] 미국 특허 제4,756,198호 공보
인용 문헌 3의 자성체도 영구 자석과 마찬가지로 검출기에 있어서의 피검출 소자라고 부를 수 있다. 자성체와 영구 자석 등의 피검출 소자는, 특허 문헌 3, 4에 개시되어 있는 바와 같이, 진동 튜브에 배치되고, 코일이 프레임에 배치된다.
진동 튜브, 검출기, 가진기를 지지하는 프레임이 튼튼한 구조이면, 진동 튜브의 진동에 의해 프레임이 진동할 우려는 없다. 그러나, 프레임의 일부를 한 쌍의 진동 튜브 사이에 배치하고, 이 한 쌍의 진동 튜브 사이에 위치하는 프레임의 부분에 검출기나 가진기를 설치하는 경우에는, 이 프레임의 부분을 두껍고 튼튼한 구조로 하면 할수록, 한 쌍의 진동 튜브 사이의 간격을 크게 설정하지 않을 수 없게 된다.
그러나, 특허 문헌 3에 보여지는 미소 유량의 유체에 적용하는 코리올리 질량 유량계에 대해서, 두껍고 튼튼한 구조의 프레임을 채용하는 것은, 소형화 및 경량화의 요청에 부응할 수 없게 된다. 또한, 미소 유량의 유체에 적용하는 코리올리 질량 유량계에서는, 한 쌍의 진동 튜브의 간격이 지나치게 커지면, 외란 요소인 외부로부터 침입하는 진동에 대하여 한쪽의 진동 튜브와 다른쪽의 진동 튜브가 다른 영향을 받게 되므로, 외란 진동에 따른 계측 오차가 커져 버릴 가능성이 있다.
또한, 미소 유량의 유체를 계측 대상으로 설계된 코리올리 질량 유량계에서는, 특허 문헌 3에 개시된 절연 플레이트(브레이스 바)가 진동의 노드를 만든다고 하는 중요한 역할을 담당하고 있으나, 한 쌍의 진동 튜브의 간격이 지나치게 크게 되면, 이 절연 플레이트의 역할이 거의 없어지게 되어, 외부로부터의 진동을 차단하는 효과가 약해져 버린다는 문제가 있다.
본 발명은, 미소 유량의 유체를 계측 대상으로 한 코리올리 질량 유량계의 경량화 및 소형화를 목적으로 한다.
본 발명의 추가적인 목적은, 프레임의 경량화와 함께 강성을 확보하고, 대형화를 초래하지 않고서 회로 기판을 내장한 코리올리 질량 유량계를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 추가적인 목적은, 내장한 회로 기판과 검출기 및/또는 가진원(加振源)을 연결하는 배선을 짧게 할 수 있는 코리올리 질량 유량계를 제공하는 것에 있다.
상기한 기술적 과제는, 본 발명에 따르면,
입구 및 출구가 동일한 측에 위치하는 만곡관 타입의 한 쌍의 진동 튜브를 캔틸레버 상태로 지지하는 메인 프레임과,
상기 한 쌍의 진동 튜브 사이의 공간에서 확대되어 있고 또한 단부가 상기 메인 프레임에 연결된 서브 프레임과,
상기 서브 프레임에 배치되고, 상기 진동 튜브에 진동을 가하는 가진기(加振器)와,
상기 서브 프레임에 배치되고, 상기 가진기를 사이에 두고 상기 진동 튜브의 상류측과 하류측에 위치하는 제1 및 제2 검출기와,
상기 메인 프레임에 지지된 회로 기판을 구비하며,
상기 서브 프레임에는, 상기 만곡관 타입의 진동 튜브의 내주측이면서 상기 메인 프레임을 향하여 개방된 절결부가 형성되고,
상기 서브 프레임에는, 그 서브 프레임의 외주 가장자리를 따라 연장되는 외주벽과, 상기 절결부를 따라 연장되는 내주벽이 형성되며,
상기 메인 프레임에 지지된 상기 회로 기판이 상기 절결부의 부분에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 본 발명의 코리올리 질량 유량계를 제공함으로써 달성된다.
즉, 본 발명에 따르면, 입구 및 출구가 동일한 측에 위치하는 만곡관 타입의 진동 튜브를 메인 프레임에 지지시키고, 이 메인 프레임으로부터 한 쌍의 진동 튜브 사이의 공간으로 연장되는 서브 프레임에 가진기나 검출기를 배치함으로써, 예컨대 메인 프레임과 서브 프레임을 별체(別體) 구조로 하며, 메인 프레임을 플라스틱 재료로 만들고 서브 프레임을 경량 금속으로 만듬으로써 프레임 구조를 경량화할 수 있다. 또한, 서브 프레임에 절결부를 형성하고, 이 절결부의 부분에 회로 기판을 배치함으로써, 코리올리 질량 유량계를 대형화하지 않고서 회로 기판을 내장시킬 수 있다.
또한, 절결부의 부분에 회로 기판을 배치함으로써, 서브 프레임에 배치한 가진기나 검출기와 회로 기판을 접속하는 배선이 짧아지고, 이에 따라, 코리올리 질량 유량계의 내부에서의 배선에 따른 검출 정밀도의 저하를 줄일 수 있다. 또한, 서브 프레임의 외주 가장자리 및 절결부를 규정하는 내주 가장자리에 외주벽 및 내주벽을 마련함으로써, 서브 프레임의 강성을 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는,
상기 메인 프레임이 개구를 갖고, 그 개구에 끼워져 그 개구를 관통하여 위치하는 기판 케이스를 더 구비하며,
상기 회로 기판이 상기 기판 케이스에 수용되고, 그 회로 기판이 상기 메인 프레임을 관통하여 연장되어 있다.
이 바람직한 실시형태에 따르면, 메인 프레임을 관통하는 형식으로 회로 기판을 내장시킴으로써, 진동 튜브의 진동에 영향을 끼치는 일이 없는 상태에서, 회로 기판을 사용하여, 외부 기기나 전원과의 사이를 접속하는 케이블을 접속할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는,
상기 메인 프레임을 사이에 두고, 상기 가진기와 상기 제1 및 제2 검출기가 배치된 상기 진동 튜브의 계측 부분과는 반대측의 공급 배출 부분에 위치하는 상기 회로 기판의 부분에 모니터 구동 회로가 마련되고, 이 모니터 구동 회로에 표시기가 접속되며, 이 표시기가 상기 회로 기판에 탑재되어 있다.
이 실시형태의 표시기를 구비한 코리올리 질량 유량계에 있어서는, 코리올리 질량 유량계의 대형화를 초래하지 않으면서, 표시기를 구비하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 미소 유량의 유체를 계측 대상으로 한 코리올리 질량 유량계의 경량화 및 소형화를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 코리올리 질량 유량계의 동작에 관련된 구성 요소를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 진동 튜브와, 이 진동 튜브에 진동을 가하는 가진기 및 진동 튜브의 진동 상태를 검출하는 검출기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시예의 듀얼 튜브식 코리올리 질량 유량계의 사시도이다.
도 4는 도 3의 듀얼 튜브식 코리올리 질량 유량계의 분해 사시도이다.
도 5는 메인 프레임의 개구를 통해 삽입되는 기판 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예의 듀얼 튜브식 코리올리 질량 유량계에 내장한 회로 기판과 가진기를 짧은 배선으로 접속 가능한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 한 쌍의 진동 튜브가 연락 튜브에 의해 서로 연결된 루프식 진동 튜브를 도시하며, 이 루프식 진동 튜브가 본 발명에 적용 가능한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 한 쌍의 진동 튜브가 개개로 독립적으로 매니폴드에 연결된 진동 튜브를 도시하며, 이 독립된 2개의 진동 튜브가 본 발명에 적용 가능한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 프레임과 이것을 포위한 외측 튜브(제1 외측)의 평면도이다.
도 10은 도 9의 X10-X10선을 따른 단면도이다.
도 11은 도 9의 X11-X11선을 따른 단면도이다.
도 12는 방진재인 고무편이 합계 4장 배치되는 것을 설명하기 위한 도면이며, 외측 케이스 중 제1 외측을 그 개구측에서 본 사시도이다.
도 1, 도 2는, 코리올리 질량 유량계의 구조 및 원리를 설명하기 위한 도면이다. 진동 튜브(2)는, 입구(2a)와 출구(2b)가 동일한 측에 위치하는 만곡관으로 구성되고, 그 전형예가 평면에서 보아 U자형의 U자관이다. 참조 부호 4는 프레임이다.
프레임(4)은 메인 프레임(6)을 가지며, 이 메인 프레임(6), 즉 지지대는 진동 튜브(2)의 기단부를 횡단하여 배치되고, 이 메인 프레임(6)에 의해 U자형의 진동 튜브(2)가 캔틸레버 상태로 지지된다. 진동 튜브(2)는, 메인 프레임(지지대)(6)을 사이에 두고, 도 1의 좌측이 「계측 부분」이고, 우측이 「공급 배출 부분」이다. 도 2는 진동 튜브(2)의 계측 부분을 도시하는 도면이다. 진동 튜브(2)는 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 진동 튜브(2A, 2B)로 구성되고, 서브 프레임(18)이, 이들 한 쌍의 진동 튜브(2A, 2B) 사이에 있는 공간으로 연장되어 있다. 제1 및 제2 진동 튜브(2A, 2B)는, 그 기단부, 즉 메인 프레임(6)에 인접한 부분이 절연 플레이트(브레이스 바)(10)에 의해 서로 연결되고, 이 절연 플레이트(10)로 제1 및 제2 진동 튜브(2A, 2B)의 진동의 노드가 형성된다.
U자형의 계측 부분의 축선 방향 중앙 부분에 가진기(12)가 배치되어 있다. 이 가진기(12)는, 영구 자석(14)과 전자 구동용 코일(16)로 이루어지고(도 2), 영구 자석(14)은 제1 및 제2 진동 튜브(2A, 2B)에 배치되어 있다. 한편, 전자 구동용 코일(16)은 프레임(2), 보다 상세하게는 서브 프레임(18)에 배치되어 있고, 가진 회로(20)를 통해 전자 구동용 코일(16)에 교류를 흘림으로써 진동 튜브(2)를 진동시킬 수 있다. 가장 바람직하게는 한 쌍의 진동 튜브(2A, 2B)가 고유 진동수로 진동하도록 진동이 가해진다.
서브 프레임(18)에 대해서 설명하면, 서브 프레임(18)은 제1 및 제2 진동 튜브(2A, 2B) 사이의 공간에서 확대되어 있고, 그 단부가 상술한 메인 프레임(6)에 연결되어 있다.
진동 튜브(2)의 계측 부분에는, 도 1 및 도 2로부터 알 수 있듯이, 가진기(12)를 사이에 두고 상류 부분과 하류 부분에, 검출기(22)가 각각 배치된다. 이하의 설명에 있어서, 필요에 따라, 상류 부분에 배치된 검출기(22)를 제1 검출기(22A)라고 부르고, 하류 부분에 배치된 검출기(22)를 제2 검출기(22B)라고 부르기로 한다.
각 검출기(22)는, 주지의 전자(電磁) 픽업으로 이루어지며, 영구 자석으로 이루어지는 피검출 소자(28)와 코일(30)로 구성되어 있고(도 2), 피검출 소자(28)가 제1 및 제2 진동 튜브(2A, 2B)에 배치되는 한편, 코일(30)은 프레임(2), 보다 상세하게는 서브 프레임(18)에 배치되어 있다. 진동 튜브(2A, 2B)의 진동에 따라 피검출 소자(28)가 코일(30) 내를 왕복 이동함으로써 각 진동 튜브(2A, 2B)의 진동 상태, 구체적으로는 진동 속도가, 검출기(22)에 의해 검출된다. 상기 피검출 소자(28)로서 영구 자석을 예시하였으나, 이 피검출 소자(28)는, 상기한 인용 문헌 3에 개시된 규소강 등의 자성체로 구성해도 된다.
상기한 설명으로부터 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 서브 프레임(18)에는, 가진기(12)와 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)가 배치되는 부위에, 서브 프레임(18)을 관통한 개구(작도상의 이유로 도면에는 나타나 있지 않음)가 형성되어 있고, 이 개구에 코일(16, 30)이 배치되어 있다.
유체가 진동 튜브(2)를 흐르면, 그 질량, 속도 및 여진하는 각속도(角速度)에 비례한 코리올리 힘이 발생하고, 이 코리올리 힘의 방향은 유체의 운동 방향(속도 벡터)과, 진동 튜브(2)를 여진하는 각속도의 벡터곱의 방향에 일치한다. 또한, 진동 튜브(2)에 있어서의 유체의 입구측과 출구측에서는 유체의 유동 방향이 반대가 된다. 그 때문에, 코리올리 힘에 의해 진동 튜브(2)에 비틀림 토크가 발생한다. 이 토크는 여진 주파수와 동일한 주파수에서 변화하고, 그 진폭값과 유체의 질량 유량은 미리 정해진 관계가 된다.
가진기(12)에 의한 진동 튜브(2)의 진동에 의한 휘어짐과, 상기 코리올리의 힘에 의한 진동 튜브(2)의 비틀림은 중첩되지만, 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 산출 수단(32)은, 비틀림의 진폭의 위상, 즉 각 검출기(22A, 22B) 및 검출 회로(34)로 검출한 각 진동 상태, 즉 각 위치에 있어서의 진동의 속도 신호의 위상차에 기초하여 진동 튜브(2)를 통과하는 측정 유체의 질량을 산출한다.
실시예(도 3∼도 12):
도 3은 실시예의 듀얼 튜브식의 코리올리 질량 유량계(100)의 사시도이고, 도 4는 그 조립 분해도이다. 코리올리 질량 유량계(100)는, 프레임(102)과, 이것을 포위하는 외측 케이스(104)로 대략 구성되어 있다.
도 4를 참조하면, 진동 튜브(2)는, 전술한 바와 같이 서로 평행하게 배치된 2개의 진동 튜브(2A, 2B)로 구성되어 있으나, 도 4에는 작도상의 이유로 한쪽의 진동 튜브(2B)는 나타나 있지 않다. 이하의 설명에서는 2개의 진동 튜브(2A, 2B)를 총칭한 참조 부호 「2」를 붙여 설명한다. 프레임(102)은 진동 튜브(2)를 캔틸레버 상태로 지지하는 지지대, 즉 메인 프레임(106)과, 가진기(12)와 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)를 지지하는 서브 프레임(108)으로 구성되어 있다. 메인 프레임(106)과 서브 프레임(108)은 별체(別體) 구조이다. 메인 프레임(106)은 플라스틱 성형품으로 구성되고, 서브 프레임(108)은 경량 금속, 구체적으로는 알루미늄 합금으로 이루어지는 주조품으로 구성되며, 이 서브 프레임(108)은 메인 프레임(106)에 대하여 볼트 체결된다.
서브 프레임(108)은, 평면에서 보아 U자형의 진동 튜브(2)의 계측 부분과 대략 상사형(相似形)의 외형 윤곽을 갖고 비교적 두께가 얇은 서브 프레임 본체(108a)와, 이 서브 프레임 본체(108a)의 외주에 형성된 외주벽(108b)을 가지며, 외주벽(108b)은 메인 프레임(106)의 높이 치수와 동일한 높이 치수를 갖고 있다. 서브 프레임(108)은, U자형의 진동 튜브(2)의 계측 부분의 내측에, 그 진동 튜브(2)의 계측 부분과 대략 상사형의 절결부(108c)를 갖고 있다(도 5). 절결부(108c)는 메인 프레임(106)을 향하여 개방되어 있으며, 이 절결부(108c)를 규정하는 서브 프레임 본체(108a)의 U자형의 내주 가장자리에는 내주벽(108d)이 형성되어 있다. 내주벽(108d)은 절결부(108c)를 따라 연속적으로 연장되어 있고, 이 내주벽(108d)의 높이 치수는 외주벽(108b)보다도 낮다.
이와 같이 서브 프레임 본체(108a)의 외주 가장자리 및 내주 가장자리에 외주벽(108b) 및 내주벽(108d)을 마련함으로써, 서브 프레임(108)을 경량화하면서 강성을 확보할 수 있다. 서브 프레임(108)의 본체(108a)는 한 쌍의 진동 튜브(2) 사이에 위치 결정되어 있고, 또한, 서브 프레임(108)에 장착되는 가진기(12)와 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)는 외주벽(108b)과 내주벽(108d) 사이에 배치되기 때문에, 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)가 배치되는 부위에는, 가진기(12)와 검출기(22A, 22B)의 요소를 수용하기 위한 개구(도시하지 않음)가 형성되며, 이 개구는, 서브 프레임 본체(108a)를 관통하고 있다.
서브 프레임(108)의 내주벽(108d)으로 규정되는 절결부(108c)의 부분에는, 이후에 설명하는 기판 케이스(110)가 배치되고(도 5), 이 기판 케이스(110)에 수용된 회로 기판(112)이 진동 튜브(2)의 계측 부분에 인접해서 위치 결정된다.
외측 케이스(104)는, 진동 튜브(2)의 계측 부분을 덮는 제1 외측 케이스(114)와, 진동 튜브(2)의 공급 배출 부분을 덮는 제2 외측 케이스(116)로 구성되고, 제1 및 제2 외측 케이스(114, 116)는 볼트와 너트의 조합(118)에 의해 체결됨으로써 일체화된다.
도 3으로부터 가장 잘 알 수 있듯이, 진동 튜브(2)의 공급 배출 부분을 덮는 제2 외측 케이스(116)에는, 표시 모니터를 외부로부터 볼 수 있는 모니터용 창(120)이 형성되어 있다.
전술한 기판 케이스(110)는, 진동 튜브(2)를 캔틸레버식으로 지지하는 메인 프레임(106)을 내외로 관통하는 개구(122)(도 5)에 빈틈없이 끼워져 나사 고정(도시하지 않음)된다. 기판 케이스(110)에 수용되는 회로 기판(112)은 메인 프레임(106)의 개구(122)를 관통하여 연속적으로 연장되어 있고, 이 회로 기판(112)에는, 진동 튜브(2)의 계측 부분에 대응하는 부분에, 전술한 가진 회로(20), 산출 회로(32), 검출 회로(34) 중 적어도 하나의 회로가 형성되어 있다. 가장 바람직하게는, 이 실시예와 같이, 가진 회로(20), 산출 회로(32), 검출 회로(34)가 모두 회로 기판(112)에 형성되어 있다. 한편, 진동 튜브(2)의 공급 배출 부분에 대응하는 부분에, 표시기인 액정 모니터(도시하지 않음)가 탑재되고, 또한 이 액정 모니터를 구동하는 모니터 구동 회로가 회로 기판(112)에 형성되어 있다.
당업자라면 즉시 이해할 수 있는 바와 같이, 메인 프레임(106)을 관통하여 연장되는 1장의 회로 기판(112)을 마련함으로써, 가진기(12) 및 제1, 제2 검출기(22A, 22B)와 회로 기판(112)을 전기적으로 연결하는 배선을 단축할 수 있고, 또한, 액정 모니터와 회로 기판(112)을 전기적으로 접속하는 배선을 단축할 수 있다.
도 6은 예시적으로, 가진기(12)와 회로 기판(112)을 배선(Wr)으로 접속한 상태를 도시하고 있는데, 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)와 회로 기판(112)을 접속하는 배선에 대해서도 도시를 생략하였으나 짧은 배선으로 접속 가능한 것은, 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이다. 덧붙여 말하면, 도시를 생략하였으나, 모니터용 창(120)을 향하여 위치 결정되는 액정 표시 모니터가, 회로 기판(112)에 탑재되어 있다. 물론, 진동 튜브(2)의 공급 배출 부분의 단부에 케이블(Cb)이 접속되고(도 6), 이 케이블(Cb)을 통해 외부 기기나 전원에 연락된다.
도 7은 프레임(102)에, 진동 튜브(2)와 기판 케이스(110)를 편입시킨 조립체를 도시한다. 이 도 7로부터 알 수 있듯이, 한 쌍의 진동 튜브(2)는 공급 배출 부분이 1개의 연락 튜브(124)로 서로 연결되고, 이에 따라 한 쌍의 진동 튜브(2)에 의해 루프식의 진동 튜브가 구성되어 있다. 도 8은 변형예를 도시하는 것으로, 도 8로부터 알 수 있듯이, 2개의 진동 튜브(2)가 개개로 독립적으로 매니폴드(126)에 연결되어 있다.
한 쌍의 진동 튜브(2)는 금속제의 튜브일 수도 있고, 또한, 전술한 내식성 플라스틱제의 튜브일 수도 있다. 또한, 이 내식성 플라스틱제 튜브에 있어서, 그 계측 부분을 보강한 튜브일 수도 있다. 도 4를 참조하면, 제2 외측 케이스(116)에는, 진동 튜브(2)에 외부 배관(128)을 연결하는 한 쌍의 커넥터(130)가 장착될 수 있고, 이 커넥터(130)와 진동 튜브(2) 사이에 탄성 튜브(132)가 개재되어 있다.
외부로부터의 진동으로는, 벽면으로부터의 진동으로 한정되지 않고, 진동 튜브(2)의 입구(2a) 및 출구(2b)에 연결되는 외부 배관(128)으로부터 진동 튜브(2)에 전해지는 진동이 포함된다. 외부 배관(128)의 진동은, 진동 튜브(2)의 공급 배출 부분에 배치한 탄성 튜브(132)(전형적으로는 불소 수지 튜브)에 의해 차단할 수 있다. 외부 배관(128)을 통한 외부로부터의 진동을 탄성 튜브(132)에 의해 차단하였을 때의 효과는, 진동 튜브(2)가 스테인리스강과 같은 금속제의 튜브로 구성되어 있을 때에 효과적이지만, 진동 튜브(2)를 내식성이 우수한, 예컨대 불소 수지계의 재료로 구성한 경우나, 이 내식성 합성 수지 재료로 이루어지는 진동 튜브(2)의 외주를 보강한 튜브로 구성한 경우나, 금속제 튜브의 내주면을 내식성 합성 수지(전형적으로는 불소 수지) 재료로 구성한 튜브 등에 대해서도 효과적이다. 또한, 도 8의 예와 같이 매니폴드(126)를 구비하고 있는 경우에는, 이 매니폴드(126)와 진동 튜브(2) 사이에 탄성 튜브(132)를 배치할 수도 있다.
특히, 합성 수지 재료로 이루어지는 진동 튜브(2)는 탄소 섬유 등으로, 프레임(102)에 고정되는 부분으로부터 가진기의 부분에 걸쳐 진동 튜브(2)가 진동하는 부분, 즉 계측 부분을 보강함으로써, 이 보강 부분에 의해 진동 튜브(2)로서 충분한 강성이 얻어진다. 이에 더하여, 프레임(102)에 고정되는 부분으로부터 외부 배관(128)과의 접속 부분에 걸쳐, 상술한 보강을 행하지 않고 비보강 부분으로 함으로써, 그 비보강 부분에 의해 외부 배관(128)으로부터의 진동이 보강 부분, 즉 진동 튜브(2)의 계측 부분에 전해지는 것을 차단할 수 있다. 물론, 진동 튜브(2)의 재료의 주체를 합성 수지 재료로 구성함으로써 코리올리 질량 유량계의 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 합성 수지 재료로서 불소 수지계의 재료를 선택하고, 그 외주측에 섬유 강화층을 형성함으로써, 프레임, 가진기, 검출기와의 접합이 용이해지기 때문에, 코리올리 질량 유량계의 소형화 및 경량화를 용이하게 실현할 수 있다.
프레임(102)에는, 지지대, 즉 메인 프레임(106)으로부터 서브 프레임(108)의 심부(深部)를 향하여 연장되는 좌우 한 쌍의 아암(140)이 구비되어 있다. 이들 아암(140)은, 서브 프레임(108)의 내주벽(108d)을 따라 연장되어 있고, 이 내주벽(108d)과 실질적으로 일체이다. 도 4 등에서는, 도면에서 보아 서브 프레임(108)의 상측에 좌우 한 쌍의 아암(140, 140)이 도시되어 있으나, 서브 프레임(108)의 하측에도 좌우 한 쌍의 아암이 마련되어 있으며, 작도상의 이유로, 이들 하측의 좌우 한 쌍의 아암은 도면에 도시하고 있지 않다. 서브 프레임(108)에는, 심부, 즉 가진기(12) 및 제1, 제2 검출기(22A, 22B)와 같은 상대적으로 중량물이 배치되어 있는 심부를 향하여 연장되는 합계 4개의 아암(140)이 형성되어 있다.
각 아암(140)의 선단부, 즉 메인 프레임(106)과는 반대측의 단부에 수평면의 제1 직사각형 시트(seat)(140a)가 형성되고, 이 직사각형 시트(140a)의 3면이 세로벽(140b)으로 규정되어 있다. 보다 상세하게는, 아암(140)의 선단으로부터 전방을 향한 부분을 제외한 3면에 세로벽(140b)이 형성되어 있다. 환언하면, 제1 직사각형 시트(140a)는, 아암(140)의 전방, 즉 서브 프레임(108)의 심부를 향하여 개방되어 있다.
서브 프레임(108), 즉 진동 튜브(2)의 계측 부분을 포위하는 제1 외측 케이스(114)에는, 그 상하의 면에, 상기 프레임(102)의 각 아암(140)의 제1 직사각형 시트(140a)에 대응하는 부분에 창(142)이 형성되고, 이 창(142)을 통해 아암(140)의 제1 직사각형 시트(140a)에 액세스할 수 있다.
제1 외측 케이스(114)에는, 창(142)에 이어지는 제2 직사각형 시트(142a)가 형성되어 있다. 이 제2 직사각형 시트(142a)는 수평면으로 구성되고, 이 제2 직사각형 시트(142a)는 상기 제1 직사각형 시트(140a)와는 반대측과 그 양측이 세로벽(142b)으로 규정되어 있다. 환언하면, 제1 외측(114)의 제2 직사각형 시트(142a)는, 상기 제1 직사각형 시트(140a)를 향하여 개방되어 있다.
제1 외측 케이스(114)의 제2 직사각형 시트(142a)의 높이 레벨은, 제1 외측 케이스(114)의 상하의 면보다도 낮은 위치에 위치 결정되고, 이 제2 직사각형 시트(142a)의 높이 레벨은 상기 아암(140)의 제1 직사각형 시트(140a)의 높이 레벨과 동일하다. 또한, 이 제2 직사각형 시트(142a)와 제1 직사각형 시트(140a)의 사이에는 클리어런스(C)가 마련되어 있다. 제1, 제2 직사각형 시트(140a, 142a)는, 각 직사각형 시트(140a, 142a)의 세로벽(140b, 142b)에 의해 규정되는 평면에서 보아 직사각형의 수용 공간에, 평면에서 보아 이 수용 공간과 상보적인 직사각형의 평평한 고무편으로 이루어지는 방진재(146)가 배치되고, 이 방진재(146)는, 그 단부가 제1, 제2 직사각형 시트(140a, 142a)에 착석된 상태에서 볼트(148)(도 3, 도 10)에 의해 고정된다.
프레임(102)은, 제1, 제2 외측 케이스(114, 116)에 의해 포위되지만, 프레임(102)과 제1, 제2 외측 케이스(114, 116) 사이에는 클리어런스(C)가 마련되어 있으므로, 제1, 제2 외측 케이스(114, 116)는, 오직 고무편, 즉 방진재(146)를 통해 프레임(102)에 연결되어 있다.
코리올리 질량 유량계(100)는, 제1 외측 케이스(114)의 꼭대기부의 하나의 제1 볼트 삽입 관통 구멍(150)과, 제2 외측 케이스(116)의 기부(基部)의 좌우 한 쌍의 2개의 제2 볼트 삽입 관통 구멍(152)에 삽입 가능한 볼트 및 이것에 나사식으로 부착되는 너트에 의해 벽면(도시하지 않음)에 고정된다.
이와 같이 실시예의 코리올리 질량 유량계(100)는, 벽면에 고정되는 외측 케이스(104)와, 이 외측 케이스(104)에 수용되는 프레임(102) 사이에 클리어런스(C)가 마련되고, 외측 케이스(104)와 프레임(102)이 방진재(평면에서 보아 직사각형의 평평한 고무편)(146)에 의해 연결되어 있으며, 이에 따라 프레임(102)이 외측 케이스(104)에 부상(浮上) 지지되어 있기 때문에, 벽면으로부터의 외측 케이스(104)에 전해진 진동이 방진재(146)에 의해 프레임(102)에 전달되는 것을 차단할 수 있고, 또한, 그 반대로 코리올리 질량 유량계(100)로부터 벽면으로의 진동 전달도 방진재(146)에 의해 차단할 수 있다.
또한, 방진재(146)가 외측 케이스(104)의 창(142)을 통해 외부로 노출되어, 외부에서 액세스하여 방진재(146)의 교환 작업을 행할 수 있기 때문에, 방진재(146)의 손상을 외부에서 눈으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 방진재(146)의 교환 작업도 용이하다. 즉, 외측 케이스(104)로부터 프레임(102)을 빼내 방진재(146)의 손상을 확인할 필요도 없고, 또한, 외측 케이스(104)와 프레임(102)을 분해하지 않고서, 손상된 방진재(146)를 새로운 방진재(146)로 교환할 수 있다.
또한, 프레임(102)[메인 프레임(106)]으로부터 연장되는 아암(140)에 의해 방진재(146)의 부착 부위를 서브 프레임(108)의 심부에 설정하고 있기 때문에, 코리올리 질량 유량계(100)의 무게 중심(G)(도 3, 도 9)에 접근한 위치에 방진재(146)를 배치할 수 있다. 또한, 벽면에 3점 지지로 코리올리 질량 유량계(100)를 설치할 때에 이용되는 하나의 제1 볼트 삽입 관통 구멍(150)과, 2개의 제2 볼트 삽입 관통 구멍(152, 152)을 연결하는 직선(L1, L2)(도 3) 근방에 방진재(146)를 배치함으로써, 도 12에도 도시하는 바와 같이, 외측 케이스(104)[제1 외측 케이스(114)]의 한 쌍의 면에 대하여 각각 한 쌍의 방진재(146)를 배치해서 합계 4개의 방진재(146)로 외측 케이스(104)와 프레임(102) 사이의 진동 전달을 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 방진재(146)로서 고무편(146)이라고 하는 간단한 형상 및 구조의 방진재를 채용해도 충분히 방진 효과를 발휘할 수 있다. 이 방진 효과로서는, 외부 진동에 의한 영향 뿐만 아니라, 진동 누설에 의한 제로점 조정이 포함된다.
또한, 실시예의 듀얼 튜브식의 코리올리 질량 유량계(100)에 있어서는, 한 쌍의 U자형 진동 튜브(2A, 2B) 사이에 위치하는 서브 프레임(108)이, 이 U자형 진동 튜브(2A, 2B)의 계측부로 둘러싸인 부분에 절결부(108c)를 가지며(도 5), 이 절결부(108c)의 부분에 회로 기판(112)이 배치되고, 이 회로 기판(112)은 기판 케이스(110)를 통해 메인 프레임(106)에 지지되어 있다. 물론, 기판 케이스(110)와, 서브 프레임 본체(108a)의 내주벽(108d) 사이에는, 이들이 서로 간섭하지 않도록 클리어런스가 마련되어 있다. 그리고, 이 회로 기판(112)에는, 가진기(12), 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)에 관련된 가진 회로(20), 검출 회로(34)가 형성되어 있기 때문에, 가진기(12), 제1 및 제2 검출기(22A, 22B)와 회로 기판(112)을 전기적으로 접속하는 배선(Wr)이 짧아져, 진동 튜브(2A, 2B)에 아무런 영향을 끼치지 않고서 배선(Wr)을 배치할 수 있다. 또한, 회로 기판(112)은 메인 프레임(106)을 관통하여 진동 튜브(2A, 2B)의 공급 배출 부분까지 연장되어 있기 때문에, 외부 기기에 접속하는 케이블(Cb)을 진동 튜브(2A, 2B)에 영향을 끼치지 않고서 배치할 수 있다. 또한, 액정 표시 모니터를 코리올리 질량 유량계(100)에 설치했다고 해도, 회로 기판(112)에서의 진동 튜브(2A, 2B)의 공급 배출 부분의 기판 부분을 사용하여 액정 모니터를 탑재할 수 있다.
이와 같이 가진 회로(20), 검출 회로(34)를 구비한 회로 기판(112)을 내장한 코리올리 질량 유량계(100)라고 하더라도, 만곡관으로 이루어지는 진동 튜브(2)의 형상을 따른 윤곽의 절결부(108c)를 서브 프레임(108)에 형성함으로써, 코리올리 질량 유량계(100)의 크기에 영향을 끼치지 않고서, 회로 기판(112)을 코리올리 질량 유량계(100)에 내장시킬 수 있다. 또한, 이 절결부(108c)를 따라 연장되는 내주벽(108d)을 서브 프레임(108)에 형성함으로써, 서브 프레임(108)의 외주벽(108b)과 협동하여 서브 프레임(108)의 강성을 높일 수 있다. 따라서, 한 쌍의 진동 튜브(2A, 2B) 사이의 간격을, 진동 튜브(2)의 진동에 대하여 최적의 간격으로 설정하기 위해, 이들 한 쌍의 진동 튜브(2A, 2B) 사이에 위치하는 서브 프레임(108)의 본체(108a)의 두께를 얇게 했다고 해도, 서브 프레임(108)이 구비해야 할 강성을 내외주벽(108b, 108d)에 의해 확보할 수 있다.
100: 코리올리 질량 유량계 2: 진동 튜브
12: 가진기 14: 가진기의 영구 자석
16: 가진기의 코일 18: 서브 프레임
20: 가진 회로 22: 검출기
28: 피검출 소자(영구 자석) 30: 검출기의 코일
32: 산출 수단(마이크로 컴퓨터) 34: 검출 회로
102: 프레임 106: 메인 프레임
108: 서브 프레임 108a: 서브 프레임 본체
108b: 서브 프레임의 외주벽 108c: 서브 프레임의 절결부
108d: 서브 프레임의 내주벽 110: 기판 케이스
112: 회로 기판
Wr: 가진기 등과 회로 기판을 연결하는 배선

Claims (7)

  1. 입구 및 출구가 동일한 측에 위치하는 만곡관(彎曲管) 타입의 한 쌍의 진동 튜브를 캔틸레버 상태로 지지하는 메인 프레임과,
    상기 한 쌍의 진동 튜브 사이의 공간에서 확대되어 있고 단부가 상기 메인 프레임에 연결된 서브 프레임과,
    상기 서브 프레임에 배치되고, 상기 진동 튜브에 진동을 가하는 가진기(加振器)와,
    상기 서브 프레임에 배치되고, 상기 가진기를 사이에 두고 상기 진동 튜브의 상류측과 하류측에 위치하는 제1 및 제2 검출기와,
    상기 메인 프레임에 지지된 회로 기판을 구비하며,
    상기 서브 프레임에는, 상기 만곡관 타입의 진동 튜브의 내주측이면서 상기 메인 프레임을 향하여 개방된 절결부가 형성되고,
    상기 서브 프레임에는, 그 서브 프레임의 외주 가장자리를 따라 연장되는 외주벽과, 상기 절결부를 따라 연장되는 내주벽이 형성되며,
    상기 메인 프레임에 지지된 상기 회로 기판이 상기 절결부의 부분에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판에는, 상기 가진기에 관련된 가진 회로와, 상기 제1 및 제2 검출기 중 적어도 어느 한쪽의 회로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가진기, 상기 제1 및 제2 검출기의 각각이 배선을 통해 상기 회로 기판에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 메인 프레임이 개구를 갖고, 그 개구에 끼워져 그 개구를 관통하여 위치하는 기판 케이스를 더 구비하며,
    상기 회로 기판이, 상기 기판 케이스에 수용되고, 그 회로 기판이 상기 메인 프레임을 관통하여 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 메인 프레임을 사이에 두고, 상기 가진기와, 상기 제1 및 제2 검출기가 배치된 상기 진동 튜브의 계측 부분과는 반대측의 공급 배출 부분에 위치하는 상기 회로 기판의 부분에 모니터 구동 회로가 설치되고, 이 모니터 구동 회로에 표시기가 접속되며, 이 표시기가 상기 회로 기판에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 진동 튜브가 평면에서 보아 U자형의 형상을 가지며,
    상기 서브 프레임 및 상기 절결부가 상기 진동 튜브의 U자형과 상사형(相似形)의 윤곽을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 진동 튜브의 기단부가 절연 플레이트로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 질량 유량계.
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