JPH0424514A - 質量流量計 - Google Patents

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、特にセンサチューブを振動
させることにより、流体の質量流量を計測する質量流量
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か望ましい。

そのため、被測流体の質量流量を計測する種々の質量流
量計が開発されつつあり、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
カを利用して質量流量計測する流量計がある。

この種の質量流量計においては、一対のセンサーチュー
ブに流体を流し、加振器（励磁コイル）の駆動力により
一対のセンサチューブを互いに近接、離間する方向に振
動させる構成とされている。コリオリの力はセンサチュ
ーブの振動方向に働き、かつ入口側と出口側とで逆向き
であるのでセンサチューブに捩れが生じ、この捩れ角は
質量流量に比例する。従って、一対のセンサチューブの
入口側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を検出するピ
ックアップ（振動センサ）を設け、両センサの出力検出
信号の時間差を計測して上記センサチューブの捩れ、つ
まり質量流量を計測している。

発明が解決しようとする課題 しかるに、従来の質量流量計では加振器はコイル部と、
マグネット部とより構成され、コイル部をセンサチュー
ブの一方に固定し、マグネット部をセンサチューブのコ
イル部に対向する部分に固定して、コイル部に通電する
ことによりマグネット部とコイル部とを互いに吸引させ
ることによりセンサチューブを振動させていたため、セ
ンサチューブに加振器を構成するコイル及びマグネット
の重量が直接かかり、特に小容量化や微小流量計測のた
め、センサチューブを小型化すると加振器の重量がセン
サチューブの重量より大きくなり外的な振動ノイズの影
響を受けやすくなり、したかって、計測精度及び応答性
を劣化させてしまう等の問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、精度及び応答
性のよい質量流量計を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は被測流体か通過するセンサチューブを加振手段
により振動させ、被測流体の流量に応じて発生するコリ
オリ力によりセンサチューブの変位を検出して流量を計
測する質量流量計において、前記加振手段をセンサチュ
ーブに固定された磁性体と、前記センサチューブの振動
に関与しない非振動部に固定され前記磁性体を吸引する
励振手段により構成してなる。

作用 センサチューブには磁性体を固定するたけでよく、その
磁性体を吸引する励振手段はセンサチューブの振動に関
与しない非振動部１２に固定して、励振手段により磁性
体を吸引、開放することによりセンサチューブを振動さ
せることかできる。

実施例 第１図乃至第４図に本発明になる質量流量計の一実施例
を示す。

各図中、質量流量計１は一対のセンサチューブ２．３か
マニホールド４に組付けられてなる。マニホールド４は
流入管５と流出管６との間に設けられ、流入管５に接続
された流入路４ａと、流出管６に接続された流出路４ｂ
とを有する。又、流入路４ａは左右に分岐する接続口４
ａ＋、４ａｚに連通している。

なお、流出路４ｂも流入路４ａと同様に分岐した接続口
４ｂｚ、　　４ｂ、と連通している。

センサチューブ２は、その基端を流入路４ａの接続口４
ａ＋に接続され、配管方向に延在する直管部２ａと、基
端を流出路４ｂの接続口４ｂ、に接続され、直管部２ａ
と平行に延在する直管部２ｂと、直管部２ａ、２ｂの先
端で折り返すように曲げられた曲部２ｃ、２ｄと、この
曲部２ｃと２ｄとを接続するＵ字上の接着部（管路）２
ｅよりなる。

又、センサチューブ３は上記センサチューブ２と同一形
状に形成され、直管部３ａ、３ｂか流出管６及び直管部
２ａ、２ｂと平行となるようにセンサチューブ２と上、
下対称に配設されている。

なお、センサチューブ２，３の接続部２ｅ、３ｅ間は保
持部材８により接続保持されている。

保持部材８は流出管６か貫通するリング部８ａの外周に
センサチューブ２，３の接続部２ｅ３ｅの中間位置に接
続固定される接続部８ｂ。

８ｃを有してなる。即ち、保持部材８は流出管６を間に
介して対向する接続部２ｅ、３ｅを相互に保持している
。

尚、リング部８ａの内径Ｄ１は流出管６の外径りよりも
大径であり、流出量６の外周とリング部８ａの内周との
間には隙間が介在している。従って、一対のセンサチュ
ーブ２，３の接続部２ｅ。

３ｅは流出管６と非接触状態で所定の位置に保持されて
おり、流出管６からの配管振動はセンサチューブ２，３
に直接伝達されないようになっている。

また、センサチューブ２，３は保持部材８の接続固定に
より流出管６を基準にして接続部２ｅ３ｅの離間位置か
バラツキなく所定の位置に位置決めされる。このように
、保持部材８によりセンサチューブ２，３の先端の接続
部２ｅ、３ｅか離間しているにも拘らず設計された所定
位置に保持されることになり、接続部２ｅ、３ｅに連続
する直管部２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂの離間位置か所定
位置に位置決めされるとともに各直管部２ａ。

２ｂ、３ａ、３ｂの平行度が保たれる。従って、センサ
チューブ２．３を製作する際各直管部２ａ。

２ｂ、３ａ、３ｂの延在位置又は平行度か若干ずれてし
まったとしても、上記保持部材８が接続部２ｅ、３ａ間
を接続保持することにより上記直管部２　ａ、２　ｂ＋
　　３　ａ、３　ｂの組付加工誤差を無くすように直管
部２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの組付位置を補正することか
できる。

従って、保持部材８はセンサチューブ２，３を組付ける
際接続部２ｅ、３ｅ間を保持するとともに、各直管部２
ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ（７）延在位置及び平行度を位置
決めするための組付用ゲージとしても機能しうる。

即ち、センサチューブ２．３か正しい位置に組付けられ
るので、後述するピックアップ９．ｌＯのコイル部とマ
グネット部との位置関係を正確に規制することが可能と
なる。よって、組立完了後ピックアップ９．１０のコイ
ル部とマグネット部との相対位置を調整する手間が不要
となる。

一対のセンサーチューブ２，３の直管部２ａ。

２　ｂ＋　　３　ａ、３　ｂは支持板７を貫通し、支持
板７に溶接で固定されるとともに、その端部はマニホー
ルド４の各接続口４ａｌ　ｒ　　４ｂｌ　＋　　４ａｔ
　＋４ｂ２に接続固定されている。

従って、センサチューブ２は流出管６の一方の側方の配
管方向に延在して設けられ、センサチューブ３も流出管
６の他方の側方の配管方向に延在して設けられているの
で、質量流量計１は一対のセンサチューブ２，３を有す
るにもかかわらず設置スペースが小さくて済み、コンパ
クトな構成となっている。

さらに、質量流量計１ではセンサチューブ２゜３が流出
管６の近傍で配管方向に延在するよう設けられているの
で、配管振動の影響を受けにくい構成となっていて、流
量をより精度良く計測しうる。

なお、支持板７の中央には孔７ａか穿設されており、流
出管６はこの孔７ａを貫通する。

流入側の直管部２ａと３ａとの間、及び流出側の直管部
２ｂと３ｂとの間にはピックアップ９゜ｌＯか配設され
ている。

なお、ピックアップ９，１０は夫々同一構成であるので
一方のピックアップ９につき説明する。

第８図中、ピックアップ９はセンサチューブ３の直管部
３ａの途中より上方に突出するブラケット１５に保持さ
れたコイル部９ａと、コイル部９ａに上、下方向で対向
するようにコ字状のブラケット１６に設けられたマグネ
ット９ｂ、９ｃとよりなる。なお、ブラケット１６は上
方向に延在し、センサチューブ２の直管部２ａに接続さ
れている。

従って、センサチューブ２，３か振動すると、直管部３
ａに設けられたコイル部９ａかマグネット９ｂ、９０間
で矢印Ｘ方向に相対的に変位する。

そのため、コイル部９ａには直管部２ａ、３ａの相対変
位に応じた起電力か発生し、ピックアップ９はコイル部
９ａの電圧より直管部３ａの変位を検出する。尚、ピッ
クアップ９．ｌＯを支持するための支持部材は不要であ
る。また、ピックアップ９．ｌＯは電磁式のものに限る
ことはなく光センサ等を用いた光学式のものでもよい。

１３．１４は加振器で、直管部２ａと２ｂとの先端間、
直管部３ａと３ｂとの先端間に設けられている。

加振器１３は第５図に示すように磁性体１２及び励振素
子１１よりなる。磁性体１２はセンサチューブ２の直管
部２ａに互いに対向するように固定される。また励振素
子１１はドライブコイル１１ａをヨーク部材１１ｂに巻
回し、ドライブコイルｌｌａ及びヨーク部材１１ｂをコ
イルカバー１１ｃ内に固定してなる。コイルカバー１１
ｃは流出管６に固定され、励振素子をセンサチューブ２
の直管部２ａの磁性体１２の間に配置する。加振器１３
はドライブコイルｌｌａに通電することによりヨーク部
材１１ｂ及び磁性体１２を通る磁気回路を形成し、磁性
体１２をヨーク部材１１ｂに吸引させることによりセン
サチューブ２をたわませることができる。

尚、加振器１４は上記加振器１３と同一構成であるので
、その説明は省略する。加振器１３のドライブコイルに
第６図（Ａ）に示すようなタイミングで通電を行ない、
加振器１４のドライブコイルｌｌａには第６図（Ｂ）に
示すようなタイミングで通電を行い、第７図に示すよう
にセンサチューブ２．３を位相１８０°異ならせて振動
させる。

次に、上記構成になる質量流量計の計測動作につき説明
する。

流量計測時、一対のセンサチューブ２，３は上記加振器
１３．１４の動作により内部に流体が流れている状態で
１８０°位相を異ならせ加振される。流入管５よりマニ
ホールド４の流入路４ａに流入した被測流体は、分流し
てセンサチューブ２゜３の直管部２ａ、３ａに流入し、
曲部２ｃ、３ｃ。

接続部２ｅ、３ｅ、曲部２ｄ、３ｄを通過して直管部２
ｂ、３ｂに至り、マニホールド４の流出路４ｂで合流し
て流出管６より流出する。又、センサチューブ２，３は
加振器　１３．１４により加振されているので、センサ
チューブ２．３のばね定数とセンサチューブ２．３内を
流れる流量によって決まる固有振動数で矢印Ｘ方向に振
動する。

まず、一対のセンサチューブ２．３のうち上方のセンサ
チューブ２の動作について説明する。

なお、直管部２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂは振動する際、
互いに離間する方向に弾性変形した後、直管部２ａ、２
ｂ、３ａ、３ｂ自体の弾性復元力で互いに近接する方向
に変形する。

第１０図に示す如く、直管部２ａ、２ｂは支持板７で固
定されているため、支持板７の貫通部分を支点として先
端に行くほど矢印Ｘ方向に大きく振動する。従って、直
管部２ａ、２ｂでは上記振動に伴って角速度ωの変形か
生ずる。また、曲部２ｃ、２ｄ接続部２ｅはＵ状に曲げ
られているため、加振器１３か矢印Ｘ方向の加振動作を
しても曲部２ｃ、２ｄが加振方向に撓み、直管部２ａ。

２ｂの先端側の変位を許容する。

上記の如く、振動するセンサチューブ２内に流体が流れ
ると、流入側の直管部２ａにおいてはその先端へいくほ
ど振幅が大きくなるため、流体には振動方向の加速度が
与えられる。また、流出側の直管部２ｂにおいては、マ
ニホールド４側へ戻るほど矢印Ｘ方向の速度か徐々に減
少するため、流体には加速度がつく。　このように、セ
ンサチューブ２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コリオリカ（Ｆ　ｃ）か生ずる
。

第９図（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、流入側の直管部２ａ
が角速度−ωで矢印ｘ１方向に変位し、流出側の直管部
２ｂが角速度子ωで矢印Ｘ２方向に変位したとする。こ
のように、直管部２ａ。

２ｂか互いに離間する方向に変位する１行程においては
、第１０図（Ａ）、　　（Ｂ）に示すように直管部２ａ
、２ｂで矢印Ｘ２方向のコリオリカＦｃが発生する。よ
って、直管部２ａ、２ｂは２点鎖線で示す本来の変位位
置よりも夫々実線で示す位置に−δ、十δずれる。

次に、第９図（Ｃ）、（Ｄ）に示す如く、流入側の直管
部２ａが角速度子ωて矢印Ｘ２方向に変位し、流入側の
直管部２ｂか角速度ωて矢印Ｘ方向に変位したとする。

このように、直管部２ａ。

２ｂが互いに近接する方向に変位する１行程においては
、第１０図（Ｃ）、　　（Ｄ）に示す如く直管部２ａ、
２ｂて矢印Ｘ１方向のコリオリカＦｃか発生する。従っ
て、直管部２ａ、２ｂは２点鎖線（本来の変位位置）よ
り実線で示す位置に一δ。

十δずれる。

尚、一対のセンサチューブ２．３は夫々１８０゜の位相
差でもって加振されており、例えば上側のセンサチュー
ブ２の直管部２ａ、２ｂ間か離間するとき、下側のセン
サチューブ３の直間部３ａ３ｂ間か近接する。

即ち、センサチューブ２か第９図（Ａ）。

（Ｂ）に示すように変位するとき、センサチューブ３が
第９図（Ｃ）、（Ｄ）に示すように変位する。よって、
上側のセンサチューブ２の直管部２ａ、２ｂでは第１Ｏ
図（Ａ）、（Ｂ）に示すようにコリオリカか発生し、下
側のセンサチューブ３の直管部３ａ、３ｂでは第１０図
（Ｃ）。

（Ｄ）に示すようなコリオリカか生じる。

上記コリオリカＦｃは、ピックアップ９，１０により直
管部２ａ、２ｂの変位−δ、十δの大きさ、あるいは直
管部２ａ、２ｂの位相角度差を検出することにより求ま
る。またコリオリカＦｃはＦｃ＝２ωｍｖで表わされ、
質量流量（ｍｖ）は角速度ω及びコリオリカＦｃを求め
ることにより得られる。

ピックアップ９，１０は直管部２ａ、２ｂの変位−δ、
十δを時間差の信号として検出する。

よって、ピックアップ９．１０のコイル部で得られる電
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、この時間か流量に比例する。

なお、ピックアップ９，１０の信号は整形、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。

質量流量計１ではセンサチューブ２．３に生ずるコリオ
リカによる直管部２ａ、３ａ及び２ｂ３ｂの変位が２倍
となって検出てき、流量を精度良く計測できる。また、
上記コリオリカの発生に伴うセンサチューブ２．３の位
相差を検出する際、外部振動（振動ノイズ）か入力され
ても相殺され外部振動の影響を受けることなく安定に流
量を計測できる。

さらに、一対のセンサチューブ２，３の接続部２ｅ、３
ａ間は流出管６は非接触とされた保持部材８により所定
離間位置に保持されているので、流出間６の振動が保持
部材８を介してセンサチューブ２，３に伝達されること
はない。従って、質量流量計１ににおいてはセンサチュ
ーブ２，３に伝達される配管振動マニホールド４を介す
ることになり、その間に減衰される。そのため、ピック
アップ９．１０か振動ノイズ検知したとしても、それは
極めて微小であり、流量計測上許容しうる程度である。

また、加振器１３．１４においては第５図に示すように
センサチューブ２．３には小型軽量の磁性体１２を固定
するたけて励振素子１１は流出管６に固定するだけて励
振素子１１は流出管６に固定することによりセンサチュ
ーブ２゜３を振動させることができ、センサチューブ２
゜３に不要な重量か付加されなくなり、したがって、外
的な振動ノイズの影響が受けにくくなり、高精度及び高
い反応性といった高性能化か実現できる。

また逆にセンサチューブ２，３を細くしても、高い精度
で計測か行なえ小容量、微小流量計測か可能となる。

なお、本実施例では磁性体１２は平板状であったか磁性
体１２は平板状に限ることはなく円筒状、半円筒状、楕
円円筒状、でもよく要は励振素子１１に吸引されやすい
形状であればよい。さらに磁性体１２をシート状に形成
し、センサチューブに容易に貼り付ける構成とすること
もでき、組立性も向上させることかできる。

なお、本実施例では２本のセンサチューブを用いて、質
量流量を計測する構成の質量流量計について説明したか
、これに限ることはなく、例えば第１１図に示すように
センサチューブ２″を１本て構成した質量流量計にも適
用できる。この場合、励振素子１１には第１２図に示す
ようなタイミングで通電か行なわれる。

発明の効果 上述の如く、本発明によればセンサチューブには磁性体
を固定するたけて振動を行なわせることかできるため、
センサチューブに不要の重量かかかることかなく、した
かって計測精度及び応答性を向上させることかできる等
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一実施例の斜視図、
第２図は質量流量計の一部切截底面図、第３図は質量流
量計の一部切截正面図、第４図は第１図中１−１線に沿
う断面図、第５図は本発明の一実施例の要部の断面図、
第６図は加振器駆動波形図、第７図は加振器の動作を説
明するための断面図、第８図はピックアップの拡大図、
第９図、第１０図は流量計測時のセンサチューブの動作
を説明するための工程図、第１１図は他の実施倖斜視図
、第１２図は他の実施例の加振器の駆即号波形図である
。 １・・・質量流量計、２３・・・センサチューブ、１・
・・励振素子、ｌｌａ・・・ドライブコイル、ｌｌｂｌ
−ヨー材、ｌｌｃ・・・コイルカバー　１２・・・在住
、１３．１４・・・加振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被測流体が通過するセンサチューブを加振手段により
   振動させ、該被測流体の流量に応じて発生するコリオリ
   力により該センサチューブの変位を検出して流量を計測
   する質量流量計において、前記加振手段を前記センサチ
   ューブに固定された磁性体と、 前記センサチューブの振動に関与しない非振動部に固定
   され、前記磁性体を吸引する励振手段とより構成し、前
   記励振手段により前記磁性体を吸引及び開放することに
   より前記センサチューブを振動させることを特徴とする
   質量流量計。