WO2007136069A1

WO2007136069A1 - コリオリ流量計

Info

Publication number: WO2007136069A1
Application number: PCT/JP2007/060457
Authority: WO
Inventors: Kazumasa Ohnishi
Original assignee: Kazumasa Ohnishi
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2007-11-29
Also published as: JPWO2007136069A1

Abstract

　中央領域の外側表面に振動発生手段（３１）を備え、そして振動発生手段の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段（４１、４２）を備えた管状体（５３）、この管状体の両端部のそれぞれを固定する支持台（５４、５４）、および両支持台を管状体の両外側の各々にて互いに接合する前記管状体に平行に配置された接続部材（５５、５５）を含むコリオリ流量計であって、管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段及び各振動検知手段のそれぞれが一対の電極から構成されていることを特徴とするコリオリ流量計は、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難い。

Description

明細書

コリオリ流量計

技術分野

[0001] 本発明は、微小な流量にて移動する流体の質量流量の測定に有利に用いることができるコリオリ流量計に関する。

背景技術

[0002] コリオリ流量計は、管状体の内部を移動する流体に振動を付与した際に前記流体に作用するコリオリカを検出して、このコリオリカに相関する流体の質量流量を測定する装置である。

[0003] 図 1は、従来のコリオリ流量計の代表的構成を示す平面図である。図 1のコリオリ流量計 10は、中央領域の外側表面に振動発生手段 11を備え、そして振動発生手段 1 1の前方及び後方（図の左右の方向）に振動発生手段 11から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段 12、 12を備えた管状体 13、管状体 13の両端部のそれぞれを固定する支持台 14、 14、および両支持台を管状体 13の両外側の各々にて互いに接合する管状体 13に平行に配置された接続部材 15、 15など力構成されている。

[0004] 一般に、前記の管状体 13は、チタン、ジルコニウム、ステンレススチールあるいはハステロイなどの金属材料力も形成される。また、各支持台 14及び各接続部材 15の各々は、ステンレススチールなどの金属材料力形成される。一般に、振動発生手段 1 1としては、電磁オシレータゃ圧電素子が用いられ、そして各振動検知手段 12としては、電磁ピックアップゃ圧電素子が用いられて!/ヽる。

[0005] コリオリ流量計 10において、管状体 13の内部を移動する測定対象の流体の質量流量は、例えば、次のようにして測定される。先ず、振動発生手段 11を駆動して管状体 13をその長さ方向に垂直な方向に振動させることにより、管状体 13の内部を移動する流体にコリオリカを作用させる。次に、一対の振動検知手段 12、 12の各々が出力する、前記のコリオリカの影響を受けて振動する管状体 13の前記振動に対応する交流電圧を検出し、両者の交流電圧の位相差を求める。この位相差は、コリオリカ、すなわち流体の質量流量に相関がある。そして、求められた位相差の値に基づき流体の質量流量が算出される。

[0006] このように、管状体の内部を移動する流体の質量流量を、一対の振動検知手段の各々が出力する交流電圧の位相差を用いて測定する方法は、例えば、特許文献 1に記載されている。

[0007] 図 2は、特許文献 2に記載された従来のコリオリ流量計の構成を示す平面図である。図 2のコリオリ流量計 20は、中央領域の外側表面に一対の振動発生手段 21、 21を備え、そして振動発生手段 21、 21の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段 22、 22を備えた管状体 (フローチューブ) 13、管状体 13の両端部のそれぞれを固定する支持台 14、 14、および両支持台を管状体 13の両外側の各々にて互いに接合する管状体 13に平行に配置された管状の接続部材（カウンターチューブ） 25、 25など力も構成されて!、る。

[0008] コリオリ流量計 20の各振動発生手段 21としては、マグネット 21aと一対のコイル 21b 、 21bとからなる電磁オシレータが用いられている。各振動発生手段 21は、管状体 1 3及び接続部材 25の各々の中央領域を互いに接続するように設置されて!、る。これにより、各振動発生手段 21を駆動すると、管状体 13及び各接続部材 25の両者を互いに逆の位相にて振動させることができる。すなわち、各振動発生手段 21は、管状体 13に付与する振動を発生する手段として、更には各接続部材 25に付与する振動を発生する手段として用いられて、る。

[0009] このコリオリ流量計 20は、三脚音叉型振動子の一対を各々の腕部の先端 (管状体 13の中央の位置に相当する）にて互、に接合して一体化した振動体と同様の構成を有している。そして、前記のように管状体 13及び各接続部材 25 (三脚音叉型振動子の各々の腕部に相当する）を互、に逆の位相にて振動させると、三脚音叉型振動子の場合と同様に、管状体 13の振動の各支持台 14への漏れが抑制される。このため、コリオリ流量計 20は、管状体 13の内部を移動する流体に大きなコリオリカが作用し、このコリオリカを検知することにより流体の質量流量を高感度にて測定することができる。

特許文献 1 :特開平 8— 82541号公報

特許文献 2：特開 2001— 289683号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 前記の図 1あるいは図 2に示す従来のコリオリ流量計は、チタン、ジルコニウム、ステンレススチール、あるいはノ、ステロイなどの金属材料力も形成された管状体の外側表面に、振動発生手段として用いる電磁オシレータゃ圧電素子、そして各振動検知手段として用いる電磁ピックアップゃ圧電素子を取り付ける必要があるため小型化が難しい。また、従来のコリオリ流量計は、金属製の管状体の振動周波数 (測定対象の流体に付与する振動の周波数)が環境温度の影響を受けて変動するため、特に微小な流量にて移動する流体の質量流量を高精度で測定することが難しい。

[0011] 本発明の課題は、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難いコリオリ流量計を提供することにある。課題を解決するための手段

[0012] 本発明は、中央領域の外側表面に振動発生手段を備え、そして振動発生手段の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段を備えた管状体、この管状体の両端部のそれぞれを固定する支持台、および両支持台を管状体の両側の各々にて互いに接合する前記管状体に平行に配置された接続部材を含むコリオリ流量計であって、管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段及び各振動検知手段のそれぞれが一対の電極力構成されていることを特徴とするコリオリ流量計にある。

[0013] 本発明のコリオリ流量計の好ましい態様は、次の通りである。

(1)管状体の中央領域の前記振動発生手段が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極力構成された前記とは別の振動発生手段が備えられて、る。

(2)各接続部材が、管状体の質量の 0. 3〜3. 0倍の範囲内の質量を持ち、且つその中央領域の外側表面に、一対の電極力構成された前記とは別の振動発生手段を備える。

(3)管状体が、互いに同一の圧電単結晶材料カゝら形成された板材を積層して構成されている。

(4)各支持台及び各接続部材のそれぞれが、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された板材を積層して構成されて、る。

(5)圧電単結晶材料が水晶である。

発明の効果

[0014] 本発明のコリオリ流量計は、その管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが互いに同一の圧電単結晶材料 (特に、水晶)から形成され、前記の管状体の外側表面に各々一対の電極力なる振動発生手段と一対の振動検知手段とが備えられた構成を有しているため、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難い。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 本発明のコリオリ流量計を添付の図面を用いて説明する。図 3は、本発明のコリオリ流量計の構成例を示す斜視図であり、そして図 4は、図 3に記入した切断線 I I線に沿って切断したコリオリ流量計 30の断面図である。但し、図 4には、図 3に示す振動発生手段 31及び一対の振動検知手段 41、 42を記入して、な、。

[0016] 図 3及び図 4に示すコリオリ流量計 30は、中央領域の外側表面に振動発生手段 31 を備え、そして振動発生手段 31の前方及び後方に振動発生手段 31から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段 41、 42を備えた管状体 53、管状体 53の両端部のそれぞれを固定する支持台 54、 54、および両支持台を管状体 53の両側の各々にて互いに接合する管状体 53に平行に配置された接続部材 55、 55など力も構成されている。そして、本発明のコリオリ流量計 30は、管状体 53、各支持台 54及び各接続部材 55のそれぞれが同一の圧電単結晶材料力形成され、そして振動発生手段 31、振動検知手段 41、および振動検知手段 42のそれぞれが一対の電極力構成されていることに主な特徴がある。

[0017] 本発明のコリオリ流量計の管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれを形成する圧電単結晶材料の例としては、水晶、リチウムナイォベイト (LiNbO )及びリチウム

3

タンタレート（LiTaO )が挙げられる。

3

[0018] 圧電単結晶材料から形成された圧電体と、その表面に付設された一対の電極とからなる圧電素子は、圧電材料として代表的な圧電セラミック材料を用いる場合と比較して、環境温度の影響を受け難、 (環境温度が変動した場合であっても安定した周波数にて振動する)。

[0019] 図 3及び図 4に示すコリオリ流量計 30では、圧電単結晶材料として、特に環境温度の影響を受け難、振動子を構成することができる水晶が用いられて、る。図 3に記入した矢印 56、矢印 57及び矢印 58は、それぞれ水晶の結晶軸の X軸 (電気軸）、 Y軸 (機械軸)及び Z軸 (光軸）の方向を示している。なお、以下の説明では、圧電単結晶材料として水晶を用いる場合を代表例として、本発明のコリオリ流量計を説明する。

[0020] 振動発生手段 31は、一対の電極 31a、 3 laから構成されている。同様に、振動検知手段 41は、一対の電極 41a、 41aから構成され、そして振動検知手段 42は、一対の電極 42a、 42aから構成されている。これらの電極の各々は、例えば、金、インジゥム、ある、はアルミニウムなどの金属材料力も形成される。

[0021] 振動発生手段 31の一対の電極 31a、 31aは、管状体 53を形成する水晶の X軸方向に沿って互いに間隔をあけて平行に配置されている。振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41a、そして振動検知手段 42の一対の電極 42a、 42aの配置は、それぞれ振動発生手段 31の場合と同様である。

[0022] 振動発生手段 31の一対の電極 31a、 31aに交流電圧を付与すると、水晶製の管状体 53の上側の壁体のみが Y軸方向に伸縮 (振動)する。その一方で管状体 53は、その両端部の各々を固定している支持台 54、 54と、そして両支持台を互いに接合する接続部材 55、 55とから構成される剛性を持つ枠体に支持固定されている。その結果、管状体 53は、その両端部を振動の節とし、上下方向（水晶の Z軸と平行な方向）に振動する。この振動が管状体 53の内部を移動する流体に付与されることにより、この流体にコリオリカが作用する。

[0023] すなわち、コリオリ流量計 30においては、水晶（圧電単結晶材料)製の管状体 53の壁体と、その表面に備えられた振動発生手段 31の一対の電極 31a、 31aとにより構成される圧電素子を用いて、管状体 53の内部を移動する流体に振動を付与する。

[0024] そして、前記のコリオリカの影響を受けながら振動する管状体 53に備えられている振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41aが出力する交流電圧と、振動検知手段 42 の一対の電極 42a、 42aが出力する交流電圧との位相差が求められる。

[0025] すなわち、コリオリ流量計 30においては、水晶（圧電単結晶材料)製の管状体 53の壁体と、その表面に備えられた振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41aとにより構成される圧電素子、そして管状体 53の壁体と、その表面に備えられた振動検知手段 42の一対の電極 42a、 42aとにより構成される圧電素子を用いて、前記の交流電圧の位相差を求める。

[0026] 前記のように、求められた位相差は、コリオリカ、すなわち流体の質量流量に相関があるため、この位相差の値に基いて、管状体 53の内部を移動する流体の質量流量を算出することができる。

[0027] このように、本発明のコリオリ流量計 30は、従来のコリオリ流量計の場合のように、測定対象の流体に振動を付与する電磁オシレータゃ圧電素子、そして管状体の振動を検知する電磁ピックアップゃ圧電素子を管状体の外側表面に付設する必要がないため、小型の流量計としての製造が容易である。

[0028] また、前記の従来のコリオリ流量計では、例えば、電磁オシレータゃ圧電素子にて発生した振動波の一部分が管状体の外側表面にて反射され、この振動波の持つェネルギ一が熱に変換されて損失を生じる。一方、本発明のコリオリ流量計では、電磁オシレータゃ圧電素子にて発生した振動を付与して管状体を振動させるのではなく、管状体の壁体を直接振動させるため、前記のような振動エネルギーの損失を生じることはない。従って、本発明のコリオリ流量計は、測定対象の流体に大きな振幅を持つ振動が付与され、この流体に大きなコリオリカを作用させることができるため、流体の質量流量を高感度にて測定することができる。

[0029] そして、コリオリ流量計 30は、前記のように管状体 53が水晶（圧電単結晶材料)から形成されており、環境温度が変動した場合であっても流体に安定した振動を付与することができるため、管状体 53の内部を移動する流体の質量流量を安定した高い感度にて測定することができる。

[0030] 更に、本発明のコリオリ流量計 30においては、管状体 53のみならず、各支持台 54 、そして各接続部材 55のそれぞれが、管状体 53を形成する圧電単結晶材料と同一の圧電単結晶材料 (すなわち、水晶）から形成されて!ヽる。

[0031] これにより、コリオリ流量計 30においては、例えば、環境温度の上昇により、管状体 53、各支持台 54、そして各接続部材 55が熱膨張した場合であっても、各々の熱膨張係数が互いに同一であるため、管状体 53に生じる内部応力が極めて小さい。このため、コリオリ流量計 30は、環境温度が変動した場合であっても、極めて安定した高い精度にて流体の質量流量を測定することができる。なお、環境温度の変動により管状体 53に大きな内部応力が生じると、一対の振動検知手段 41、 42の各々が出力する交流電圧が変動するため、流体の質量流量の測定精度が低下する。

[0032] 図 5は、図 3のコリオリ流量計 30の分解斜視図であり、そして図 6は、図 5に示す圧電単結晶板 59cを裏返して配置した状態を示す斜視図である。コリオリ流量計 30は、例えば、次の手順により作製することができる。

[0033] 先ず、三枚の水晶板 59a、 59b、 59c (互いに同一の圧電単結晶材料力も形成された三枚の板材)を用意する。次に、水晶板 59a、 59cの各々に二本の長孔 61、 61を、そして水晶板 59bに、前記と同様の二本の長孔 61、 61と、測定対象の流体の流路 (図 4 : 53a)を構成する長孔 62とを形成する。各水晶板に長孔を形成する方法の代表例としては、エッチング加工方法があげられる。エッチング加工方法は、時計用音叉型振動子を作製する際に広く利用されている公知の加工方法である。

[0034] 次に、水晶板 59aの表面に、振動発生手段 31を構成する一対の電極 31a、 31a、振動検知手段 41を構成する一対の電極 41a、 41a、そして振動検知手段 42を構成する一対の電極 42a、 42aを形成する。

[0035] なお、振動発生手段 31の一対の電極 31a、 31aに交流電圧を付与するために、これらの電極に交流電源を直接接続してもよ!/ヽが、管状体（図 4： 53)を安定に振動させるため、通常は、電極 31a、 31a〖こは、各電極に接続され、例えば、一方の支持台 (図 3 : 54)にまで延びる電気配線 3 lb、 3 lbを介して交流電源 63が接続される。なお、電気配線 31b、 31bの各々を形成する材料の例は、電極 31a、 31aの場合と同様である。

[0036] 電極 31a、 31a、そして電気配線 31b、 31bの各々は、例えば、真空蒸着法、あるいはスパッタ法などの公知の薄膜形成方法を用いて形成することができる。各電極 31a 及び各電気配線 31bは、例えば、フォトリソグラフィー、あるいはマスク法などにより所定の形状に設定される。

[0037] また、図 6に示すように、水晶板 59cの表面（図 5に示す水晶板 59cの下面）には、一対の電極 32a、 32aから構成された前記とは別の振動発生手段 32が備えられて、ることが好ましい。図 3、図 5及び図 6に示すように、振動発生手段 32は、管状体 53 の中央領域の前記振動発生手段 31が付設された側とは逆側の外側表面に配設される。振動発生手段 31の場合と同様に、振動発生手段 32の一対の電極 32a、 32a の各々には、電気配線 32b、 32bを介して交流電源 64が接続される。

[0038] 振動発生手段 32の一対の電極 32a、 32aには、振動発生手段 31の一対の電極 3 la、 31aに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。これにより管状体（図 4： 53)の上側の壁体と下側の壁体とが互いに逆の位相にて Y軸方向に伸縮する。その結果、管状体は、大きな振幅にて上下に振動する。このため、管状体の内部を移動する流体に大きなコリオリカが作用して、流体の質量流量の測定感度が高くなる。

[0039] そして、振動発生手段 31と、一対の振動検知手段 41、 42とが付設された水晶板 5 9a、水晶板 59b、そして (好ましくは振動発生手段 32が付設された)水晶板 59cを重ね合わせて接合する。

[0040] 水晶板 59a、水晶板 59b、そして水晶板 59cを接合する方法としては、公知の水晶

(あるいはガラス）の接着方法を利用することができる。水晶板の接合方法の例としては、接着剤ガラス、水ガラス、あるいは有機接着剤などの接着材料を介して水晶板同士を接合する方法、および水晶板同士を密着して熱接合する方法が挙げらる。

[0041] 最後に、水晶板 59bの両端部の各々（図 5に二点鎖線で示した部分)を、切断装置

(例、ダイサ）を用いて切断することにより、図 3のコリオリ流量計 30を作製することができる。

[0042] なお、水晶板 59cの底面には、コリオリ流量計 30を、後に説明するケース（図 8 : 80 )の内部に設置する際に用いる一対の板材 59d、 59dが備えられていてもよい。各々の板材 59dは、水晶から形成してもよいし、管状体の振動が各支持台（図 3 : 54)を介してケースに漏れないように、シリコーンゴムに代表されるゴム材料力形成してもよい。

[0043] 図 3〜図 5に示すように、本発明のコリオリ流量計 30の管状体 53は、互いに同一の圧電単結晶材料カゝら形成された三枚の板材（図 5の水晶板 59a、 59b、 59c)を積層して構成されていることが好ましい。これにより、環境温度の変動により管状体 53に発生する内部応力が小さくなり、また測定対象の流体を移動させる管状体 53の流路 53aを簡単に構成できるからである。

[0044] 更に、各支持台 54及び各接続部材 55のそれぞれは、互いに同一の圧電単結晶材料力も形成された三枚の板材（図 5の水晶板 59a、 59b、 59c)を積層して構成されていることが好ましい。これにより、前記のように環境温度の変動により管状体 53に発生する内部応力が小さくなり、またコリオリ流量計 30を前記のように三枚の板材を積層するという簡単な方法によって作製できるからである。

[0045] 本発明のコリオリ流量計は、管状体、各支持台、そして各接続部材を別々に作製し、これらを互いに接合して構成することもできる力管状体の幅が極めて細い場合 (例えば、図 4に記入した管状体 53の幅 Wが数 mm程度である場合）には、管状体 (ある

1

いは各支持台や各接続部材)が破損しないように、前記の接合の作業を慎重に行なう必要がある。

[0046] 前記のように、コリオリ流量計 30を、三枚の板材（図 5の水晶板 59a、 59b、 59c)を積層して作製すると、例えば、管状体 53の幅が極めて細い場合であっても、この管状体 53を単独で取り扱う必要がない。このため、コリオリ流量計 30は、簡単な作業により極めて小型に構成することができる。

[0047] 図 3のコリオリ流量計 30は、例えば、その作製に用いる水晶板（図 5 : 59a)の幅を 1 Ommに、そして長さを 20mm程度に、そして管状体の幅（図 4 :W )を 1. 2mmに設

1

定し、極めて小さなサイズにて作製することができる。

[0048] 本発明のコリオリ流量計 30において、各支持台 54の長さ（例えば、図 3に示す長さ L )は、管状体 53の幅（図 4 :W )の 2〜20倍（特に 2〜10倍）の範囲にあることが好

1 1

ましい。また、各接続部材 55の幅 (例えば、図 4に示す幅 W )は、管状体 53の幅（図

2

4 :W )の 2〜20倍（特に 2〜10倍）の範囲にあることが好ましい。

1

[0049] これにより、各支持台 54あるいは各接続部材 55の質量力管状体 53の質量に対して十分に大きくなり、管状体 53の振動が各支持台 54を介して外部に漏れ難くなる。すなわち、流体の質量流量を測定する際に管状体 53を振動させた場合であっても、各支持台 54あるいは各接続部材 55が振動し難くなるため、管状体 53の振動の大部分が、その内部を移動する流体に付与され、この流体に大きなコリオリカを作用させることができる。また、各振動検知手段の一対の電極にて発生する交流電圧に、各支持台 54あるいは各接続部材 55にて生じた振動に基づく電圧ノイズが殆ど含まれなくなる。このため、コリオリ流量計 30の測定感度及び測定精度が高くなる。

[0050] 前記のように、本発明のコリオリ流量計 30においては、振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41aに発生する交流電圧と、振動検知手段 42の一対の電極 42a、 42aの各々に発生する交流電圧との位相差に基づき測定対象の流体の質量流量が算出される。

[0051] 測定対象の流体の質量流量は、例えば、振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41 a、そして振動検知手段 42の一対の電極 42a、 42aの各々をオシロスコープやシンクロスコープに接続し、両者の交流電圧の波形を観測して得られる位相差に基づ、て算出することができる。

[0052] ただし、通常は、図 5に示すように振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41aに発生する交流電圧と、振動検知手段 42の一対の電極 42a、 42aに発生する交流電圧との位相差を求め、求められた位相差に基づいて流体の質量流量を算出する演算装置 65が用いられる。

[0053] 前記の振動検知手段 41の一対の電極 41a、 41a、そして振動検知手段 42の一対の電極 42a、 42aは、例えば、それぞれ電気配線 41b、 41b、そして電気配線 42b、 4 2bを介して演算装置 65に接続される。

[0054] 図 7は、図 5に示す演算装置 65のブロック図である。演算装置 65は、振動検知手段 41の一対の電極が出力する交流電圧 V を増幅する増幅器 71、振動検知手段 4

41

2の一対の電極が出力する交流電圧 V を増幅する増幅器 72、各々の増幅器が出

42

力する電気信号カゝら両者の交流電圧の位相差を求める位相差検出回路 73、そして検出回路 73の出力信号から質量流量を算出し、質量流量を示す電気信号 75を出力する質量流量演算回路 74から構成されている。また、位相差検出回路 73が出力する位相差を示す電気信号 76は、例えば、振動発生手段（図 5 : 31)に接続された交流電源（図 5 : 63)にて発生する交流電圧の周波数の制御に用いられる。このような演算装置 65は公知であり、例えば、前記の特許文献 1に開示されている。なお、本発明のコリオリ流量計に接続される演算装置としては、前記の図 7に示した演算装置に限らず、コリオリ流量計用の公知の演算装置を用いることができる。

[0055] 図 8は、図 3のコリオリ流量計 30の使用の態様の一例を示す図であり、そして図 9は、図 8に記入した切断線 II— II線に沿って切断したコリオリ流量計 30及びケース 80の断面図である。

[0056] 図 8及び図 9に示すように、コリオリ流量計 30は、例えば、ケース 80の内部に収容して使用することが好ましい。ケース 80は、本体 81、側板 82、 82、そして蓋 83から構成されている。各々の側板 82には、コリオリ流量計 30の管状体 53の流路 53aと接続する矩形の孔 82aと、この孔 82aに接続する円形の孔 82bが形成されている。そして各々の側板 82の外側表面には、コリオリ流量計 30と、測定対象の流体が流れる配管 (図示せず)との接続を容易とするため、断面が円形の接続管 84が備えられている。

[0057] ケース 80の材料に特に制限はないが、例えば、ステンレススチールに代表される金属材料を用いると、外部環境に存在する電磁波の影響によるコリオリ流量計 30の質量流量の測定精度の低下を抑制することができる。

[0058] また、コリオリ流量計 30に備えられた各板材 59dの長さ Lは、各支持台 54の長さ L

2 1 の 5〜50% (特に 10〜50%の範囲）にあることが好ましい。これにより、各支持台 54 と各板材 59dとの質量の差が大きくなるため、コリオリ流量計 30の管状体 53の振動力各支持台 54、そして各板材 59dを介してケース 80に漏れ難くなる。

[0059] 図 10は、本発明のコリオリ流量計の別の構成例を示す斜視図であり、図 11は、図 1 0に記入した切断線 III— III線に沿って切断したコリオリ流量計 100の断面図であり、そして図 12は、図 10のコリオリ流量計 100の分解斜視図である。また、図 13は、図 1 2に示す圧電単結晶板 109cを裏返して配置した状態を示す斜視図である。

[0060] 図 10のコリオリ流量計 100の構成は、各接続部材 105、 105が、管状体 53の質量に等しい質量を持ち (管状体 53と同一のサイズの管状の形状に設定され)、且つその中央領域の外側表面に、一対の電極 33a、 33aから構成された前記とは別の振動発生手段 33が備えられていること、そして各支持台 104に、各接続部材 105の空洞部 105aに接続する透孔 104a、 104aが形成されていること以外は図 3のコリオリ流量計 30と同様である。 [0061] このように、各接続部材 105の質量を、管状体 53の質量と等しくすることにより、コリオリ流量計 100は、前記の特許文献 2のコリオリ流量計の場合と同様に三脚音叉型振動子の一対を各々の腕部の先端 (管状体 53の中央の位置に相当する）にて互いに接合して一体ィ匕した振動体と同様の構成に設定される。

[0062] このため、振動発生手段 31、 33、 33に接続している電気配線 106、 106に交流電源 63にて発生した交流電圧を付与すると、管状体 53及び各接続部材 105 (三脚音叉型振動子の各々の腕部に相当する）が互、に逆の位相にて上下に振動し、これにより管状体 53の振動の各支持台 104への漏れが抑制される。このため、図 10のコリオリ流量計 100は、管状体 53の内部を移動する流体に大きなコリオリカが作用し、このコリオリカを検知することにより流体の質量流量を高感度にて測定することができる

[0063] 図 3のコリオリ流量計 30の場合と同様に、図 10〜図 13に示すコリオリ流量計 100の管状体 53の中央領域の振動発生手段 31が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極 32a、 32aから構成された前記とは別の振動発生手段 32、更には各接続部材 105の振動発生手段 33が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極 3 4a、 34aから構成された前記とは別の振動発生手段 34が備えられていと、管状体 53 、更には各接続部材 105を大きな振幅にて上下に振動させることができるため、コリオリ流量計 100の質量流量の測定感度が高くなる。

[0064] 本発明のコリオリ流量計において、管状体の振動の各支持台への漏れを抑制するため、各接続部材は、管状体の質量の 0. 3〜3. 0倍 (特に 0. 5〜2. 0倍)の範囲内の質量を持つことが好まし、。

[0065] 測定対象の流体が既知である場合には、各接続部材は、測定対象の流体で満たされた管状体の質量の 0. 3〜3. 0倍（特に 0. 5〜2. 0倍）の範囲内の質量を持つことが好ましい。

[0066] コリオリ流量計 100において、測定対象の流体が既知であれば、各接続部材 105 の空洞部 105aに、支持台 104の透孔 104aの開口部から測定対象の流体と同一の流体を入れて前記開口部に蓋をすることにより、各接続部材 105の質量を、測定対象の流体で満たされた管状体 53の質量と等しくすることができる。なお、測定対象の流体が気体である場合には、各接続部材 105の空洞部 105aに測定対象の気体と同一の気体を入れなくとも、各接続部材 105の質量は、測定対象の流体 (気体)で満たされた管状体 53の質量にほぼ等しくなる。

[0067] なお、各振動発生手段 33の一対の電極 33a、 33aには、交流電源 63を用いて、振動発生手段 31の一対の電極 31a、 31aに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。また、振動発生手段 32の一対の電極 32a、 32aには、交流電源 64を用いて、振動発生手段 31の一対の電極 31a、 31aに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。そして、各振動発生手段 34 の一対の電極 34a、 34aには、交流電源 64を用いて、各振動発生手段 33の一対の電極 33a、 33aに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。

[0068] また、前記のコリオリ流量計 100の作製方法は、水晶板 109a、 109b, 109cの形状、そして振動発生手段や振動検知手段の数が異なること以外は図 3のコリオリ流量計 30の場合と同様であるため、詳しい説明は省略する。

[0069] 本発明のコリオリ流量計は、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難い (外部温度が変動しても安定した高い精度にて流体の質量流量を測定できる)。本発明のコリオリ流量計は、例えば、半導体製造設備や医療用ガス供給設備において、微小な流量に制御する必要がある気体 (例えば、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスなど）あるいは液体 (例えば、純水、液化ガスなど）の質量流量の測定に有利に用いることができる。

図面の簡単な説明

[0070] [図 1]従来のコリオリ流量計の構成を示す平面図である。

[図 2]従来のコリオリ流量計の別の構成例を示す平面図である。

[図 3]本発明のコリオリ流量計の構成例を示す斜視図である。

[図 4]図 3に記入した切断線 I I線に沿って切断したコリオリ流量計 30の断面図である。但し、図 4には、図 3に示す振動発生手段 31及び一対の振動検知手段 41、 42を記入していない。

[図 5]図 3のコリオリ流量計 30の分解斜視図である。圆 6]図 5に示す圧電単結晶板 59cを裏返して配置した状態を示す斜視図である。

[図 7]図 5に示す演算装置 65のブロック図である。

[図 8]図 3のコリオリ流量計 30の使用の態様の一例を示す図である。

[図 9]図 8に記入した切断線 II II線に沿って切断したコリオリ流量計 30及びケース 8

0の断面図である。

圆 10]本発明のコリオリ流量計の別の構成例を示す斜視図である。

[図 11]図 10に記入した切断線 III— III線に沿って切断したコリオリ流量計 100の断面図である。

[図 12]図 10のコリオリ流量計 100の分解斜視図である。

[図 13]図 12に示す圧電単結晶板 109cを裏返して配置した状態を示す斜視図である符号の説明

10、 20 コリオリ流量計

11 振動発生手段

12 振動検知手段

13 管状体

14 支持台

15 接続部材

21 振動発生手段

21a マグネット

21b コイル

22 振動検知手段

25 接続部材

30 コリオリ流量計

31、 32、 33、 34 振動発生手段

31a、 32a, 33a、 34a 電極

31bゝ 32b 電気配線

41、 42 振動検知手段 a, 42a 電極

b, 42b 電気配線

コリオリ流量計

管状体

a 流路

支持台

接続部材

、 57、 58 水晶の結晶軸を示す矢印a, 59b、 59c 水晶板

d 板材

、 62 長孑し

, 64 電源

演算装置

、 72 増幅器

位相差検出回路

質量流量演算回路

質量流量を示す電気信号位相差を示す電気信号ケース

本体

側板

蓋

a, 82b 孔

接続管

0 コリオリ流量計

4 支持台

4a 透孑し

5 接続部材 105a 空洞咅

106 電気配線

109a, 109b, 109c 水晶板

Claims

請求の範囲

[1] 中央領域の外側表面に振動発生手段を備え、そして振動発生手段の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段を備えた管状体、管状体の両端部のそれぞれを固定する支持台、および両支持台を管状体の両側の各々にて互いに接合する該管状体に平行に配置された接続部材を含むコリオリ流量計であって、管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段及び各振動検知手段のそれぞれが一対の電極から構成されて!ゝることを特徴とするコリオリ流量計。

[2] 管状体の中央領域の前記振動発生手段が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極力構成された前記とは別の振動発生手段が備えられて、る請求項 1に記載のコリオリ流量計。

[3] 各接続部材が、管状体の質量の 0. 3〜3. 0倍の範囲内の質量を持ち、且つその中央領域の外側表面に、一対の電極から構成された前記とは別の振動発生手段を備える請求項 1に記載のコリオリ流量計。

[4] 管状体が、互いに同一の圧電単結晶材料カゝら形成された板材を積層して構成されて、る請求項 1に記載のコリオリ流量計。

[5] 各支持台及び各接続部材のそれぞれが、互いに同一の圧電単結晶材料力形成された板材を積層して構成されている請求項 4に記載のコリオリ流量計。

[6] 圧電単結晶材料が水晶である請求項 1に記載のコリオリ流量計。