JP2951651B1 - コリオリ質量流量計及びその製造方法 - Google Patents
コリオリ質量流量計及びその製造方法Info
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Abstract
ると共に、コリオリ質量流量計自体の組立をも簡単化
し、さらに、外部配管等の振動を軽減して、高精度の質
量流量の測定を可能にすることを目的としている。 【解決手段】本発明は、1本の導管を湾曲させることに
より2本の並列フローチューブ1、2を構成して、測定
流体が直列に流れるタイプのものである。入口配管と接
続される外部接続部35から一方のフローチューブ2の
入口に至る導管入口部をL字状に屈曲させると共に、別
方向の屈曲を組み合わせて構成し、また、出口配管と接
続される外部接続部36から他方のフローチューブ1の
出口に至る導管出口部を、導管入口部と対称に、L字状
に屈曲させると共に別方向の屈曲を組み合わせて構成し
ている。そして、この外部接続部35と外部接続部36
を同一軸線上に配置している。
Description
計に関し、特に、2本の並列二重湾曲管を直列に接続し
た、いわゆるループタイプのコリオリ質量流量計に関す
る。
端を支持し、該支持点回りに配管を該配管の流れ方向と
垂直な方向に振動したとき、配管(以下振動が加えられ
るべき配管を、フローチューブという)に作用するコリ
オリの力が質量流量に比例することを利用した質量流量
計(コリオリ質量流量計)は周知である。このコリオリ
質量流量計におけるフローチューブとしての形状は湾曲
管と直管とに大別される。
持された直管の中央部直管軸に垂直な方向に振動したと
き、直管の支持部と中央部との間でコリオリの力による
直管の変位差、即ち位相差信号として質量流量を検知す
る。このような直管式のコリオリ質量流量計は、シンプ
ル、コンパクトで堅牢な構造を有しているものの、高い
検出感度を得ることが困難である。
リの力を有効に取り出すための形状を選択できる点で高
感度の質量流量検出ができる。そして、この湾曲測定管
をより効率よく駆動するために、測定流体を流す湾曲管
を、並列2本の構成とすることも公知である。
型のコリオリ質量流量計の概念図を示している。図示の
ように、フローチューブは、2本の並列U字管によって
構成され、かつその測定流体入口側に分岐部、及び出口
側に合流部が形成されている。測定流体は、入口側で2
本のフローチューブに等しく分岐され、そしてフローチ
ューブの出口側で、合流する。このように、2本の流体
に等しく測定流体を流すことにより、流体の種類が変わ
っても、温度の変動があっても、常に2本のフローチュ
ーブの固有振動数を等しくすることができ、これによっ
て、効率よく安定に駆動することができると共に、外部
振動や温度影響の無いコリオリ質量流量計を構成できる
ことが知られている。
流体出口での合流部において、圧力損失が生じたり、流
体のつまりが生じることがある。これは、特に、高粘性
流体や食品等の腐り易く詰まり易い液体のときに問題と
なる。また、分岐があると、洗浄時、片側のフローチュ
ーブが貫通すると、他方のチューブの洗浄性が非常に悪
くなり、長時間を要することになる。
うに、事実上並列2本の湾曲管を、1本の管を湾曲させ
ることにより構成して、測定流体を直列に流すループタ
イプのコリオリ質量流量計がまた公知である。
管は、上記したような分岐、合流を形成したことに基づ
く問題点は解決できるものの、2次元的にではなく、3
次元的に湾曲させた構成を有しているために、外部配管
系への接続が複雑、困難になると共に、フローチューブ
加工の際のひずみが測定精度に影響し、さらには、外部
振動の影響を受け易いという問題を生じる。
かる問題点を解決するために、上記したように1本の管
を湾曲させることにより並列二重の湾曲管をフローチュ
ーブとして構成したループタイプのコリオリ質量流量計
の長所、即ち分岐部、合流部がなく、圧力損失が生じた
り、流体の詰まりが生じることがないという長所を維持
しつつ、外部配管系への接続構成を簡単にすると共に、
コリオリ質量流量計自体の組立をも簡単化することを目
的としている。
少させると共に、外部配管等の振動を軽減して、高精度
の質量流量の測定を可能にすることを目的としている。
量計は、1本の導管を湾曲させることにより2本の並列
フローチューブ1、2を構成して、測定流体が直列に流
れるタイプのものである。入口配管と接続される外部接
続部35から一方のフローチューブ2の入口に至る導管
入口部をL字状に屈曲させると共に、別方向の屈曲を組
み合わせて構成し、また、出口配管と接続される外部接
続部36から他方のフローチューブ1の出口に至る導管
出口部を、導管入口部と対称に、L字状に屈曲させると
共に別方向の屈曲を組み合わせて構成して、外部接続部
35と外部接続部36を同一軸線上に配置したことを特
徴としている。これによって、組立時の水平外部接続を
容易にしている。
ぞれの端部を、個々の薄板で構成される支持部材33を
介して一体に固定する中空構成の固定部材32を備える
と共に、この固定部材32をさらに支持する外筐30を
備えている。この支持部材33は、各フローチューブ
1、2の各端部毎にそれぞれ、中空の固定部材32の相
対する側の2箇所において固定されると共に、フローチ
ューブ1、2の端部を固定している。これによって、フ
ローチューブの取付固定が容易となり、また、フローチ
ューブの不都合な回転力や振動、ふらつきを防止でき
る。
造にして、固定部材32の外筐30への支持は、全面で
はなく点状に独立させて複数箇所(支持部38)で行っ
ている。さらに、外筐30と密着結合される耐圧ケース
31を備えて、フローチューブを含む1本の導管と、そ
れに付随した駆動装置15、一対の検出センサ16、1
7、及び固定部材32等を含めた全ての導管付随構成を
収容している。これによって、外部配管からのストレス
に対して、振動するフロー構造部を強固に保護すること
ができるだけでなく、チューブが万一破損するようなこ
とがあっても、ここを流れている流体が、耐圧容器の外
部に流れ出ることはない。
造方法は、導管と、フローチューブの各端部を固定する
固定部材32、駆動装置15、及び一対の検出センサ1
6、17等の導管付随構成を一体に組み立ててユニット
化し、このユニットを、シェル構造を有する外筐30内
に、外部接続部35と外部接続部36が同一軸線上にな
るようにして配置したことを特徴としている。これによ
って、組立が容易になり、組立時間を低減できる。
コリオリ質量流量計の一例を示す図であり、1本の管を
湾曲させて構成した並列2本の湾曲管タイプのフローチ
ューブを、垂直面内に取り付けた場合を想定して以下説
明するが、水平面内に取り付けることも可能である。図
1は、その正面から見た図である。図2は、垂直面内に
取り付けたコリオリ質量流量計の、特にフローチューブ
の構成を示すために、上側から(図1の上側から)見た
部分的に断面で示す図であるが、駆動装置及び検出セン
サ等の図示を省略している。図3は、図1のA部を詳細
に示す図である。例示したコリオリ質量流量計のフロー
チューブ1、2は、門形に湾曲した同一形状の湾曲管で
あり、1本の連続した導管により構成されている。前述
したように、フローチューブとは、コリオリの力を生じ
るために共振駆動される流管部分であり、これをフロー
チューブ1及びフローチューブ2として表すと共に、こ
れら2本のフローチューブを相互に接続する接続部と、
外部配管に接続される入口部及び出口部を含めた全体を
1本の導管により構成している。このコリオリ質量流量
計は、左右対称であり、いずれの側からも流入、流出さ
せることができるが、例示のコリオリ質量流量計におい
て、測定流体は、図1(及び図2)の左側より流入し、
右側に流出すると仮定して以下説明する。
35を通って水平方向に導管入口部に流入する。導管入
口部は、図1に見られるようにL字状に上方向に湾曲す
ると同時に、それとは別方向にも図2に見られるように
湾曲している。測定流体は、この導管入口部から、フロ
ーチューブ2を通って、さらに、図1の右側下方から導
管接続部を通ってフローチューブ1に入り、そしてそこ
から、導管出口部を通って、外部接続部36から外部出
口配管に流出する。導管出口部は、導管入口部と対称に
湾曲、構成されている。
配管/出口配管への外部接続部35、36へはL字状に
互いに反対方向に屈曲させると共に、さらに、別方向の
屈曲を組み合わせ、入口配管と出口配管を、同一軸線上
に配置することより、組立時の水平外部接続を容易にし
ている。
る駆動装置15及び一対の検出センサ16、17が備え
られると共に、それらへの配線が行われる。そして、フ
ローチューブ1、2の両端近傍には、音叉状に駆動した
とき振動の節部を形成させるための基板26、27が設
けられ、かつこれは、フローチューブ1、2が並列に維
持されるように相互固着している。
の端部を固定する支持部材33は、図1のA部の詳細を
示す図3に見られるように、薄板により構成し、かつフ
ローチューブ毎に入口部分と出口部分を別個の支持部材
33を用いて固定する。支持部材33を別個のものとす
ることによりフローチューブの取付固定が容易となる。
また、熱容量の小さな部材を使用することにより、フロ
ーチューブ1、2を支持部材33に真空ロー付けする際
に熱エネルギーを必要最小限にできる。
2箇所で、中空の構造の固定部材32と接続されてい
る。例示の固定部材32は、断面が略矩形の中空に構成
し、フローチューブの1つの端部をその矩形の上辺と下
辺の両方でそれぞれ固定している。これによって、1本
のフローチューブの各端部は、中空矩形の2辺における
2箇所で支持され、かつ中空矩形の固定部材32の側面
を構成する別の2辺が後述のようにして外筐30に固定
される。一般的に、片持梁的に振動する棒又はパイプは
ある幅を持って固着されなければならないが、例えば、
ブロック状支持体で固定するとすれば、熱容量の違いに
より振動するチューブは様々なストレスを支持体から受
ける。理想的な支持は2点で支持することで、支持の正
確な位置のみを与え、余分な影響は与えない。従って、
上下少なくとも2箇所で接続することにより、導管の不
都合な回転力や振動、ふらつきを防止できる。
ブと同材を使用することができ、これにより、ロー付け
固着時の薄肉チューブへの不純物の浸透を防ぎ、熱容量
の差による膨張、収縮による諸問題を回避することがで
きる。なお、フローチューブ1、2の材質としては、ス
テンレス、ハステロイ、チタン合金等のこの技術分野に
おいて通常のものを用いることができる。
う材料で実施できる。更に、フローチューブと同材の一
般には高価な支持部材33とは異なり、例えば耐食性を
要求しない安価な材料の使用によりコストを低減するこ
とができる。つまり、固定部材32による固定は強固で
なければならないが、中空構造部材を使用することによ
り、強固な2点支持を達成でき、熱容量が小さく、ロー
付け時の問題回避、軽量化、コストダウン、温度応答性
の向上による流量計としての性能向上が可能となる。支
持部材33の固定部材32への固着は、図3に見られる
ように、支持部材33よりも少し小さく対応する切り欠
きを固定部材32に設けて、この切り欠きに支持部材3
3を重ねて、その周辺のロー付け、溶接等の適宜の固着
手段により行うことができる。
比べ薄い板で構成される曲面状の構造)の外筐30が設
けられ、かつ、この外筐30はそれぞれ中空円筒状部材
40及び41を備えた外筐入口部及び出口部を有してい
る。その組立に際しては、外筐入口部及び出口部に導管
部の外部接続部35及び36をそれぞれ貫通させた後
に、中空円筒状部材40及び41を外側より挿入し、外
部接続部35及び36と中空円筒状部材40及び41の
間、及びこの中空円筒状部材40及び41と外筐30と
の間をそれぞれ溶接等により固着している。これによっ
て、機械的に固定すると共に、耐圧ケース31と共同し
て内部空間を外部から遮断することができる。外筐30
は、導管部を収容するための凹部を有したシェル構造と
することにより、導管部の設置が容易に、確実に実施で
き、一体化構造を形成し易くなる。また、外部配管から
のストレスに対して、振動するフロー構造部を強固に保
護することができる。なお、導管部なる用語は、フロー
チューブを含む1本の導管と、それに付随した駆動装置
15、一対の検出センサ16、17、及び固定部材32
等を含めた導管付随構成を含めたものとして本明細書に
おいては使用している。
シェル構造の外筐30に組み入れかつ接続する場合、導
管出口部/入口部の形状がL字型となっているので、一
体構造に組み立てた後に、それよりもわずかに長さの短
い外筐30内に組み立て設置することができる。このよ
うに、導管部構造をユニット化することにより組立が容
易になり、組立時間を低減できる。
等の外部振動を軽減できるように、固定部材32の側面
全体ではなく、即ち面ではなくむしろ点で行われる。こ
の接続は、特に図2に見られるような4つの独立した支
持部38を、固定部材32と外筐30の両者に、例えば
溶接により固着することにより行われ、これによって、
外部振動(配管系、自己振動系等)の低減を計ることが
できる。耐圧ケース31は、このようにして組立てた後
に、溶接、ネジ止めなど適宜の手段で外筐30に一体に
密着結合される。これによって、チューブが万一破損す
るようなことがあっても、ここを流れている流体が、耐
圧容器の外部に流れ出ることはない。
ーチューブ1、2を中央部で駆動する駆動装置15は通
常、コイルとマグネットから構成されている。駆動装置
のコイルは、2本のフローチューブ1、2の内の一方
に、またマグネットは、他方のフローチューブに取り付
けられて、この2本のフローチューブ1、2を互いに反
対位相で共振駆動している。また、一対の振動検出セン
サ16、17が、コイルとマグネットから構成されて、
駆動装置15の取付位置に対して左右両側の対称位置に
設置され、コリオリの力に比例した位相差を検知してい
る。このセンサのコイルとマグネットもまた、一方のフ
ローチューブにコイルが、そして他方のフローチューブ
にマグネットが取付具を介して別々に取り付けられてい
る。
示すように、このコリオリ質量流量計外部から、外筐3
0に取り付けられている配線導入部39を貫通して、支
柱10に沿わせ、かつその先端部からフレキシブルプリ
ント板12を介して接続される。この配線導入部39
は、このように配線を貫通させるが、内外の空間を遮断
している。フレキシブルプリント板自体は周知のもので
あり、配線用の銅箔をポリイミドフィルムで挟んだ所定
幅のものを用いることができる。
駆動装置15への配線と同様にして外部から支柱10の
先端部に至り、そこから、前記のフレキシブルプリント
板12と対向して配置される別のフレキシブルプリント
板を介して、さらにフローチューブの表面上を左右両方
向にはわせられたテフロン線(銅線又は銅箔をテフロン
で被覆したもの)を介して行われる。
装置15に対向するように、固定部材32に取り付けら
れていて、駆動装置コイル及び検出センサコイルへの配
線をする。また、支柱10は、温度検出センサ20への
配線も支持することができる。
に測定流体が流れるとき、その流量測定は、通常のよう
に行われる。フローチューブ1及び2の中央部分に設け
られた駆動装置15によって、一方のフローチューブを
他方に対して反対位相で、フローチューブ1、2が存在
する平面に対し垂直方向に共振駆動する。そして、それ
に基づくコリオリ力による位相差が、フローチューブ
1、2の固定端と中央部との間にそれぞれ設けられた一
対の振動検出センサ16及び17によって検出される。
述した門型管に限らず、例えば、円形状、U字型等の任
意形状の湾曲管を用いるループタイプのコリオリ質量流
量計に適用することができる。
より並列二重の湾曲管をフローチューブとして構成した
ループタイプのコリオリ質量流量計の長所、即ち分岐
部、合流部がなく、圧力損失が生じたり、流体の詰まり
が生じることがないという長所を維持しつつ、外部配管
系への接続簡単な構成にすると共に、コリオリ質量流量
計自体の組立をも簡単化することができる。
材、及びそれを固定する中空の固定部材を用いることに
より強固な支持をローコストで達成して、外部配管等の
振動を軽減して、高精度の質量流量の測定を可能にする
という効果を生じる。
れと一体に耐圧ケースを結合することにより、外部配管
からのストレスに対して、振動するフロー構造部を強固
に保護することができるだけでなく、チューブが万一破
損するようなことがあっても、ここを流れている流体
が、耐圧容器の外部に流れ出ることはない。
することにより組立が容易になり、組立時間を低減でき
るという効果がある。
示す正面図である。
チューブの構成を上側から見た図である。
の概念図である。
リオリ質量流量計の概念図である。
Claims (7)
- 【請求項1】導管入口部及び導管出口部と、加振すると
共にそれに基づくコリオリ力を検出するための2本の並
列フローチューブと、2本のフローチューブを接続する
接続部とを1本の導管を湾曲させることにより構成し
て、この2本のフローチューブ内を測定流体が直列に流
れるコリオリ質量流量計において、両方のフローチューブのそれぞれの端部を各支持部材を
介して一体に固定する固定部材と、該固定部材をさらに
固着する外筐とを備え、 入口配管と接続される第一の外部接続部及び出口配管と
接続される第二の外部接続部を備え、 第一の外部接続部から一方のフローチューブの入口に至
る導管入口部をL字状に屈曲させると共に、別方向の屈
曲を組み合わせ、 第二の外部接続部から他方のフローチューブの出口に至
る導管出口部を、前記導管入口部と対称に、L字状に屈
曲させると共に別方向の屈曲を組み合わせ、 前記第一の外部接続部と第二の外部接続部を同一軸線上
に配置した、 ことを特徴とするコリオリ質量流量計。 - 【請求項2】前記支持部材は、両方のフローチューブの
それぞれの端部に対して、該端部をそれぞれ固定する個
々の薄板で構成し、かつこの個々の支持部材を前記固定
部材により一体に固定することを特徴とする請求項1に
記載のコリオリ質量流量計。 - 【請求項3】前記固定部材は中空構成を有し、かつ前記
支持部材は、各フローチューブの各端部毎にそれぞれ、
前記中空の固定部材の相対する側の2箇所において該固
定部材に固定されると共に、フローチューブの端部を固
定することを特徴とする請求項2に記載のコリオリ質量
流量計。 - 【請求項4】前記外筐は、凹部を有したシェル構造を有
すると共に、前記第一及び第二の外部接続部をそれぞれ
貫通させて固着する外筐入口部及び外筐出口部を備える
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のコリオリ質量
流量計。 - 【請求項5】前記固定部材の外筐への支持は、全面では
なく独立させて複数箇所で行うことを特徴とする請求項
2〜4のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。 - 【請求項6】前記外筐と密着結合されて、フローチュー
ブを含む前記導管と、それに付随した駆動装置、一対の
検出センサ、及び固定部材等を含めた全ての導管付随構
成を収容する耐圧ケースを備えたことを特徴とする請求
項2〜5のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。 - 【請求項7】導管入口部及び導管出口部と、加振すると
共にそれに基づくコリオリ力を検出するための2本の並
列フローチューブと、2本のフローチューブを接続する
接続部とを1本の導管を湾曲させることにより構成し
て、この2本のフローチューブ内を測定流体が直列に流
れるコリオリ質量流量計の製造方法において、両方のフローチューブのそれぞれの端部を各支持部材を
介して固定部材により一体に固定し、 入口配管と接続される第一の外部接続部及び出口配管と
接続される第二の外部接続部を備え、 第一の外部接続部から一方のフローチューブの入口に至
る導管入口部をL字状に屈曲させると共に、別方向の屈
曲を組み合わせ、 第二の外部接続部から他方のフローチューブの出口に至
る導管出口部を、前記導管入口部と対称に、L字状に屈
曲させると共に別方向の屈曲を組み合わせ、 次に、フローチューブの各端部を固定する固定部材、駆
動装置、及び一対の検出センサ等の導管付随構成を導管
に一体に組み立ててユニット化し、 このユニットを、シェル構造を有する外筐内に、前記第
一の外部接続部と第二の外部接続部が同一軸線上になる
ようにして配置して固着した、 ことを特徴とするコリオリ質量流量計の製造方法。
Priority Applications (11)
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