JPH067324Y2

JPH067324Y2 - 質量流量計

Info

Publication number: JPH067324Y2
Application number: JP1987094543U
Authority: JP
Inventors: 宏之雨森
Original assignee: トキコ株式会社
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2002-06-19
Also published as: JPS6415U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は質量流量計に係り、特に被測流体の質量流量を
直接計測する構成とされた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が望ましい。従来、被測流体
の質量流量を計測する質量流量計としては、例えば被測
流体の体積流量を計測しこの計測値を質量に換算するい
わゆる間接型質量流量計と、間接型質量流量計よりも誤
差が小さく被測流体の質量流量を直接計測するいわゆる
直接型質量流量計とがある。この種の質量流量計では特
に流量をより高精度に計測できる直接型質量流量計とし
て各々異なった原理に基づいた種々の流量計が提案され
つつある。また、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の力を利
用して質量流量を直接計測する流量計がある。

例えば、従来のコリオリ力を利用する質量流量計は、内
部に配管方向に延在する流入路と流出路とを有する流量
計本体と、Ｕ字状に形成され一端を流入路に連通し、他
端を流出路に連通するように配管方向と直交する向きで
流量計本体の開口に固着された一対のセンサチューブと
を有してなる。この質量流量計では、一対のセンサチュ
ーブの先端側を互いに近接又は離間する方向（流量計本
体の軸芯と直交する方向）に振動させて流れる流体の流
量に比例するコリオリ力を発生させ、そのときのセンサ
チューブの変位をピックアップにより検出して質量流量
を計測するようになっている。

考案が解決しようとする問題点上記コリオリの力を利用して流量を計測する質量流量計
においては、Ｕ字状とされたセンサチューブの両端を片
持ち梁状に流量計本体の開口に固着してなるため、セン
サチューブを振動させるとき、センサチューブの端部に
応力集中が生じ疲労破壊を招くおそれがあるという問題
点がある。

又、上記質量流量計ではセンサチューブをより小さな加
振力で振動させることが望ましく、振動に伴ってセンサ
チューブに作用する応力がより小さくなり機械的な寿命
の長いことが要望されている。

そこで、本考案は上記問題点を解決するとともに、上記
要望に応じた質量流量計を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段及び作用本考案は、上記質量流量計において、開口は流出入管路
の流体の流れ方向に合致するように設けられ、Ｕ字状の
センサ管はその端部がＵ字状の外方に位置するように折
曲して設けられ、折曲した端部を開口に接続してなり、
管路を振動させるとき、管路に過大な応力が作用するこ
とを防止して計測寿命を向上させるようにしたものであ
る。

実施例第１図及び第２図（Ａ），（Ｂ）に本考案になる質量流
量計の一実施例を示す。各図中、質量流量計１は被側流
体が流れる配管途中に設けられている。質量流量計１の
ベース２上にはセンサチューブ３，４を支持する上流側
の支持部５と、下流側の支持部６とが固着されている。
支持部５は内部に所定容量の分流室５ａを有し、分流室
５ａには流入管路７が連通する。又下流側の支持部６は
その内部に所定容量の合流室６ａを有し、合流室６ａに
は流出管路８が連通している。

センサチューブ３と４とは夫々同一形状に形成されて
上，下方向にずれた位置で対向し、１点鎖線０，０′
（第１図中）に沿う水平方向に平行に延在する。上側の
センサチューブ３はＵ字形状に湾曲され流入管路７及び
流出管路８の延在方向と直交する水平方向に延在する管
路３ａと、管路３ａの一端を上流側の支持部５に接続す
る第１の曲部３ｂと、管路３ａの他端を下流側の支持部
６に接続する第２の曲部３ｃとよりなる。又、下側のセ
ンサチューブ４は上記センサチューブ３と同様、Ｕ字状
の管路４ａと、曲部４ｂ，４ｃとよりなる。

第３図及び第４図に示す如く、曲部３ｂ，４ｂは夫々一
端が支持部５の外周面５ｂの開口５ｃに嵌合して固着さ
れ、他端が９０度円弧状に曲げられて水平方向に延在し
てなる。又、曲部３ｃ，４ｃも上記曲部３ｂ，４ｂと同
様一端が支持部６の外周面６ｂの開口６ｃに嵌合して固
着され、他端が９０度円弧状に曲げられて水平方向に延
在する。尚、上記開口５ｃ及び６ｃは夫々流入管路７及
び流出管路８の流体の流れ方向に合致するように設けら
れている。即ち、センサチューブ３，４はその端部がＵ
字状の外方に位置するように折曲して設けられ、その折
曲した端部を開口５ｃ，６ｃに接続してなる。

従って、センサチューブ３、４を後述するように振動さ
せるとき、曲部３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃには捩り応力が
作用することになる。即ち、センサチューブ３，４は従
来の如く片持ち梁状に支持されておらず、上記曲部３
ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃを介して支持されているので、振
動に対する強度がより向上している。

尚、被測流体は流入管路７より分流室５ａ内に流入し、
分流室５ａで減速されたセンサチューブ３，４に等しい
分流比で２分される。さらに、分流された被測流体は曲
部３ｂ，４ｂ、管路３ａ，４ａ、曲部３ｂ，４ｂを通過
して合流室６ａに至り、流出管路８より流出する。この
ように、被測流体は分流室５ａ及び合流室６ａが一時的
に減速されるため、分流時及び合流時の流れがより安定
する。従って、センサチューブ３，４内の流れも安定す
る。

９は加振器で、管路３ａ，４ａのＵ字状の湾曲部３
ａ₁，４ａ₁の中間位置（第１図中、１点鎖線０，０′の
位置）間に設けられている。この加振器９は実質電磁ソ
レノイドと同様な構成であり、管路３ａに取付けられた
コイル部９ａと、一端をコイル部９ａに嵌入し他端を管
路４ａに取付けられたマグネット９ｂとよりなる。従っ
て、コイル部９ａに通電が行なわれると、コイル部９ａ
より磁界が発生し、その電磁力によりマグネット９ｂが
駆動される。

即ち、一対のセンサチューブ３，４は上記加振器９によ
り互いに離間する上，下方向に加振され、センサチュー
ブ３，４自体のバネ定数及びセンサチューブ３，４内を
流れる流量によって定まる固有振動数で振動する。

１０，１０′はピックアップで、管路３ａ，４ａの湾曲
部３ａ₁，４ａ₁の両側に設けられ、振動するセンサチュ
ーブ３，４の相対変位を検出する。

第５図に示す如く、ピックアップ１０は保持部材１１を
介して下側のセンサチューブ４に保持されたコイル部１
０ａと、コイル部１０ａの上，下方向で対向するように
コ字状のブラケット１２に設けられたマグネット１０
ｂ、１０ｃとよりなる。尚、ブラケット１２は上側のセ
ンサチューブ３に固定されている。

センサチューブ３，４が振動するとき、コイル部１０ａ
がマグネット１０ｂ，１０ｃ間で上，下方向に変位する
ため、コイル部１０ａにはセンサチューブ３，４の変位
に応じた起電力が発生する。即ち、ピックアップ１０は
コイル部１０ａで得られた電圧によりセンサチューブ
３，４の変位を検出する。

尚、ピックアップ１０′は上記ピックアップ１０と同一
構成である。

ここで、上記構成になる質量流量計の流量計測動作につ
き、第６図乃至第８図を併せ参照して説明する。

第６図に示す如く、センサチューブ３，４は加振器９に
より加振され、管路３ａ，４ａの湾曲部３ａ₁，４ａ₁を
互いに離間又は近接させるように振動する。このよう
に、センサチューブ３，４が振動するとき、センサチュ
ーブ３，４は夫々支持部５，６の外周面５ｂ，６ｂに接
続固定された曲部３ｂ，４ｂ及び３ｃ，４ｃを軸として
変位する。従って各曲部３ｂ，４ｂ及び３ｃ，４ｃには
曲げ応力ではなく、捩り応力が作用することになる。

そのため、センサチューブ３，４の振動による応力を曲
部３ｂ，４ｂ及び３ｃ，４ｃの管全周の肉厚全体で受け
ることになる。よって、センサチューブ３，４の端部に
応力集中が生ずることはない。

従って、一対のセンサチューブ３，４と支持部５，６と
の接続部分における機械的強度を高めることができるの
で、質量流量計１の計測寿命をより延ばして耐久性の向
上が図られる。

又、センサチューブ３，４を振動させるとき、各曲部３
ｂ，４ｂ及び３ｃ，４ｃには捩り応力が作用するため、
加振力が小さくで済む。よって、小型の加振器９の使用
が可能となる。

このように、振動するセンサチューブ３，４内に被測流
体が流れると、管路３ａ，４ａの湾曲部３ａ₁，４ａ₁で
はコリオリの力による捩れが発生する。

第６図及び第７図中、センサチューブ３が上方向に角速
度ωで振られるときの１行程を考えてみる。

第６図中、センサチューブ３の基端側より先端側にいく
ほど振幅が大きくなるため、センサチューブ３内を流れ
る流体の垂直方向の速度も先端側ほど大きい。したがっ
て、センサチューブ３の先端側にいくほど流体の加速度
ａがつき、また湾曲部３ａ₁を通過した流出側では垂直
方向の速度が徐々に減少していくため、流体の負の加速
度ａがつく。この加速度ａに対して加速度の方向と逆方
向にコリオリの力Ｆ（＝ｍａ）が働く。

したがって第７図に示す如く、湾曲部３ａ₁が角速度ω
で変位するときセンサチューブ３の流入側と流出側では
夫々反対方向に同じ大きさの力Ｆが作用するため、セン
サチューブ３に捩れが発生する。

又、上記の如く動作するセンサチューブ３の下方に位置
するセンサチューブ４では、湾曲部4a₁が下方向に角速
度−ωで変位する。従って、センサチューブ４において
は、上記センサチューブ３と全く対称な形となり、セン
サチューブ３とは逆方向のコリオリ力Ｆが作用する。よ
って、湾曲部４ａ₁が角速度−ωで変位するとき、セン
サチューブ４にはコリオリ力による捩れが発生する。こ
のようなセンサチューブ３，４の相対変位はピックアッ
プ１０，１０′により検出されており、ピックアップ１
０，１０′はセンサチューブ３，４の捩れ角度２θを時
間差の信号として検出する。

なお、ピックアップ１０，１０′が電磁ピックアップの
場合、ある基準の電圧から他の異なる電圧に変化するま
での時間が流量に比例し、この時間を計測することによ
り流量が求まる。

即ち、センサチューブ３内を流れる流体の質量流量は第
７図中Ｐ₁点とＰ₂点とがＡ−Ａ軸を横切るときの時間差
Δｔに比例しており、センサチューブ３の振動周波数に
は関係がない。また、第８図に示す如く、ピックアップ
１０，１０′によって誘起される電圧は正弦波として計
測される。第８図中線図Ｉは流入側のピックアップ１０
の検出信号、線図IIは流出側のピックアップ１０′の検
出信号で、線図Ｉ，IIによって両ピックアップ１０，１
０′から発生する電圧の位相差、すなわち時間差Δｔが
表わされる。

なお、両ピックアップ１０，１０′の位相差信号は整
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。

又、上記実施例では上記一対のセンサチューブ３，４の
相対変位による捩れ角２θを検出することにより、一方
のセンサチューブのみ流量計測する場合よりも、２倍の
コリオリ力を発生させ、より大きな電圧が得られ、計測
精度が向上することいった利点がある。

又、配管等を介して外部かの振動が質量流量計１に作用
することがある。このような配管振動等の外部振動によ
る影響は、一対のセンサチューブ３と４との相対変位
（又は相対速度）を検出することによりキャンセルされ
る。このため、上記質量流量計１においては外部振動の
影響を受けずにセンサチューブ３，４内を流れる質量流
量を計測しうるといった利点も有する。

第９図に本考案の変形例を示す。尚、第９図中、上記実
施例と同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。

第９図に示す如く、質量流量計２１の一対のセンサチュ
ーブ２２，２３は上記センサチューブ３，４と同様、Ｃ
字形状の管路２２ａ，２３ａを流入管路２７，流出管路
８の延在方向と直交する水平方向に平行に延在させてな
る。又、管路２２ａ，２３ａはＵ字状の曲部２２ｂ，２
２ｃ，２３ｂ，２３ｃを介してベース２上に固着された
支持部５、６に支持されている。各曲部２２ｂ，２２
ｃ，２３ｂ，２３ｃは支持部５，６の外周面５ｂ，６ｂ
の開口５ｃ，６ｃに固着され水平方向に180度曲げられ
ている。

従って、センサチューブ２２，２３を振動させるとき、
曲部２２ｂ，２３ｂ及び２２ｃ，２３ｃには過大な曲げ
応力ではなく、捩り応力が作用する。そのため、曲部２
２ｂ，２３ｂ及び２２ｃ，２３ｃはセンサチューブ２
２，２３の変位を管全周の肉厚全体で支えることによ
り、振動に対する強度が向上している。

又、この変形例では、管路２２ａ，２３ａの矢印Ｘ，Ｙ
方向の長さ寸法の比Ｌ₁／Ｌ₂を大きくすることにより、
管路２２ａ，２３ａでコリオリ力による捩れ角θを大き
くすることが可能となる。

尚、上記説明では電磁ピックアップを用いて説明した
が、これに限らず例えば光センサ等を用いても良いのは
勿論である。この場合、一方の光センサが流入側管路の
動作を検出してから他方の光センサが流出側管路の動作
を検出するまでの時間が流量に比例する。

考案の効果上述の如く、本考案になる質量流量計あ、流量計測時セ
ンサ管路の振動により生ずる応力が折曲部に捩り応力と
して作用するため、管路の端部に過大な曲げ応力が作用
することを防止でき、又折曲した端部の管全周の肉厚全
体で捩り応力を受けるため、機械的な強度を向上させて
計測寿命を延ばすことができる。さらに、センサ管路を
加振する際の力が小さくて済み、小型の加振器を使用す
ることが可能となる。又、一対の管路の相対変位を検出
することにより、外部振動をキャンセルすることがで
き、配管振動等の影響を受けずに高精度に質量流量を計
測できる。さらに、流体圧力がセンサ管路を開口より離
間させる方向と直交する向きに作用することになり、流
体圧力に対する強度が大とされ、また、端部が外方に拡
がろうとするＵ字状のバネ性を利用して開口に折曲した
端部を嵌合させることができるので組付を容易にできる
等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案になる質量流量計の一実施例の斜視図、
第２図（Ａ），（Ｂ）は夫々センサチューブの延在方向
及びその逆より見た側面図、第３図は本考案の要部の平
面図、第４図は第１図中矢印Ｚ方向より見た矢視図、第
５図はピックアップの側面図、第６図及び第７図は流量
計測時の動作を説明するための斜視図，側面図、第８図
はピックアップの検出信号の波形図、第９図は本考案の
変形例である。１……質量流量計、３，４……センサチューブ、３ａ，
４ａ……管路、３ｂ，４ｂ……第１の曲部、３ｃ，４ｃ
……第２の曲部、５……支持部、６……支持部、９……
加振器、１０，１０′……ピックアップ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被測流体が流入する流入管路と、該流入管
路の流体流入方向に沿って延びる流出管路と、前記流出
入管路にそれぞれ設けられた開口と、該開口に接続され
るように設けられたＵ字状のセンサ管路と、該センサ管
路を振動させる加振器と、前記センサ管路の振動に伴う
センサ管路の変位を検出するピックアップとからなる質
量流量計において、前記開口は前記流出入管路の流体の流れ方向に合致する
ように設けられ、前記Ｕ字状のセンサ管路はその端部がＵ字状の外方に位
置するように折曲して設けられ、該折曲した端部を前記
開口に接続してなる質量流量計。