JPH08271311A

JPH08271311A - 振動式測定装置

Info

Publication number: JPH08271311A
Application number: JP7507795A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nishiyama; 繁西山
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はセンサチューブが所定の振動方向に
安定に振動できるよう構成した振動式測定装置を提供す
ることを目的とする。【構成】質量流量計１は、加振器１３，１４により加
振されたセンサチューブ３に流体を通過させ、ピックア
ップ１５〜１８により流量に応じたセンサチューブ３の
変位を測定し、この変位の位相差に基づいて流量を計測
する。センサチューブ３の両端近傍は、保持部材９，１
０により保持されている。保持部材９，１０は、各脚９
ｂ，１０ｂがＹ方向に幅広となるように形成されてお
り、Ｘ方向の振動に弱く、Ｙ方向の振動に強い構造とな
っている。センサチューブ３は断面が真円であるにも拘
わらず、加振方向（Ｙ方向）の共振周波数と、加振方向
と直交する方向の共振周波数とが異なる状態に保持さ
れ、加振方向にのみ振動することができ、振れ回るよう
な振動現象の発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動式測定装置に係り、
特にセンサチューブが所定の振動方向に安定に振動でき
るよう構成した振動式測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体が供給された管路を振動させて流体
の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリ
オリ式質量流量計又は振動式密度計がある。コリオリ式
質量流量計では、振動するセンサチューブの流入側と流
出側との流量に比例した変位をピックアップにより検出
し、その位相差から質量流量を求めるようになってい
る。また、振動式密度計では、センサチューブの固有振
動数より流体の密度を測定するようになっている。この
コリオリ式質量流量計と振動式密度計は、同一構成であ
るので、以下コリオリ式質量流量計について説明する。

【０００３】この種の従来の質量流量計の一例として
は、特開昭６３−３０７２１号公報により開示された流
量計がある。この公報の質量流量計は、被測流体が通過
する際の圧力損失を低減するため直線状に延在する一対
のセンサチューブを加振器（駆動コイルと磁石とよりな
る）により半径方向に振動させ、流量に比例したコリオ
リ力による一対のセンサチューブの相対変位をピックア
ップ（センサコイルと磁石とよりなる）により検出する
よう構成されている。

【０００４】加振器はセンサチューブの長手方向の中央
に位置し、一対のセンサチューブ間を横架するように設
けられている。そして、センサチューブには、断面が真
円に形成されたステンレス製の直管が使用されている。
また、計測時には、加振器の消費電力を節約するため、
一対のセンサチューブの中央部分が共振周波数で加振さ
れようになっている。

【０００５】上記構成とされた質量流量計においては、
センサチューブの流入側に発生するコリオリ力と流出側
に発生するコリオリ力とが逆向きに作用するため、セン
サチューブの変位が流入側と流出側とでは位相差を生ず
る。この位相差は、被測流体の流量に比例している。そ
のため、質量流量計は、ピックアップによりセンサチュ
ーブの流入側変位と流出側変位とを検出し、センサチュ
ーブの流入側と流出側との位相差に基づいて流量を求め
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】センサチューブの断面
が真円である場合、センサチューブの長手方向と直交す
る半径方向であれば、どの方向でも共振周波数が同一と
なる。そのため、断面が真円とされた直管よりなるセン
サチューブを固有振動数で共振させてセンサチューブの
変位を検出する構成とされた振動式測定装置では、セン
サチューブの中央部を加振器により上下方向に加振させ
ると、振動方向と直交する横方向にも振動が生ずる。

【０００７】図５はセンサチューブの加振方向（Ｙ方
向）の振動成分ｙと直交するＸ方向の振動成分ｘとを示
す斜視図である。尚、図５において、加振器及びピック
アップは省略されている。このようにセンサチューブ１
は、加振方向と直交する方向に同一の共振周波数の振動
モードが生じて加振方向と直交するＸ方向にも振動す
る。そのため、センサチューブ１が加振方向にのみ振動
するのではなく、振れ回るような振動現象が生じやすく
なる。

【０００８】さらに、加振器及びピックアップは、環状
のコイル内に棒状の磁石を挿入させた構成であり、コイ
ルと磁石とがセンサチューブの振動方向にのみ相対変位
できるように取り付けられている。そのため、センサチ
ューブに加振方向以外の方向の振動が生ずると、加振器
やピックアップに摺動抵抗が生じてしまう。

【０００９】つまりセンサチューブが半径方向に振れ回
った場合、コイルと磁石との相対変位方向からずれた方
向に振動することになるため、加振器，ピックアップの
磁石がコイル内壁に接触してしまうといった問題があ
る。このような問題を解決するため、センサチューブの
断面を楕円形にして加振方向の共振周波数と加振方向と
直交する方向の共振周波数とが一致しないようにするこ
とが考えられている。しかしながら、この楕円形のセン
サチューブを使用した装置では、センサチューブの製造
コストがかなり高価になってしまうばかりか、センサチ
ューブの断面を楕円形に加工する際の加工精度が真円の
センサチューブの加工精度に比べて低く、ばらつきも大
きいので、センサチューブの振動特性が変動しやすく計
測精度が低下するといった問題がある。

【００１０】そこで、本発明は上記問題を解決した振動
式測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
被測流体が流れるセンサチューブを共振周波数で振動さ
せると共に該センサチューブの変位をピックアップによ
り検出する振動式測定装置において、前記センサチュー
ブの振動方向の剛性と該振動方向以外の方向の剛性とを
異ならせるように保持する保持部材を前記センサチュー
ブの両端近傍に設けたことを特徴とするものである。

【００１２】上記請求項２の発明は、前記センサチュー
ブが、ケーシング内に１本のみ収納されたことを特徴と
するものである。上記請求項３の発明は、前記保持部材
が、１本のセンサチューブを保持することを特徴とする
ものである。

【００１３】

【作用】上記請求項１の発明によれば、センサチューブ
の振動方向の剛性と振動方向以外の方向の剛性とを異な
らせるように保持する保持部材をセンサチューブの両端
近傍に設けることにより、センサチューブの振動方向の
共振周波数と振動方向以外の方向の共振周波数とを異な
らせることができ、これによりセンサチューブが加振方
向以外の方向に振動することを防止できる。

【００１４】また、請求項２の発明によれば、センサチ
ューブがケーシング内に１本のみ収納された構成とする
ことにより、複数のセンサチューブを有する場合のよう
に相互に干渉することがなく、センサチューブの振動方
向の共振周波数と振動方向以外の方向の共振周波数とを
確実に異ならせることができる。

【００１５】また、請求項３の発明によれば、保持部材
が１本のセンサチューブを保持する構成とすることによ
り、当該センサチューブのみを振動方向の共振周波数と
振動方向以外の方向の共振周波数とを異ならせることが
できる。

【００１６】

【実施例】図１及び図２に本発明になる振動式測定装置
の一実施例としてのコリオリ式質量流量計を示す。尚、
図１は質量流量計１の構成を示す縦断面図である。図２
は図１中II−II線に沿う横断面図である。

【００１７】質量流量計１は密閉されたケーシング２内
に被測流体が通過するセンサチューブ３を挿通してな
る。このセンサチューブ３は、流体の流れ方向に直線状
に延在し、断面が真円とされた直管よりなる。ケーシン
グ２は、筒状のケーシング本体４と、ケーシング本体４
の両端開口４ａ，４ｂを閉塞する蓋部材５，６とよりな
る。ケーシング２は密閉構造になっており、ケーシン
グ２内の収納室２ａには、乾燥した保護気体（例えば、
アルゴンガス等）が所定圧力に充填されている。

【００１８】また、一方の蓋部材５には、流入管７が接
続されており、他方の蓋部材６には、流出管８が接続さ
れている。流入管７は、一端に上流側配管（図示せず）
に接続されるフランジ７ａを有し、他端が蓋部材５に固
着されている。そして、流入管７の内部を貫通する通路
７ｂは、一端が上流側配管に連通し、他端が蓋部材５の
中央孔５ａに連通するように取り付けられている。

【００１９】また、流出管８は、一端に下流側配管（図
示せず）に接続されるフランジ８ａを有し、他端が蓋部
材６に固着されている。そして、流出管８の内部を貫通
する通路８ｂは、一端が上流側配管に連通し、他端が蓋
部材６の中央孔６ａに連通するように取り付けられてい
る。

【００２０】センサチューブ３の一端３ａは蓋部材５の
中央孔５ａを貫通して流入管７の通路７ｂに挿通され、
センサチューブ３の他端３ｂは蓋部材６の中央孔６ａを
貫通して流出管８の通路８ｂに挿通されている。そし
て、センサチューブ３の両端は通路７ｂ，８ｂの内壁に
ろう付け等により固着されている。

【００２１】９はケーシング２内においてセンサチュー
ブ３の一端３ａを保持する保持部材で、センサチューブ
３の外周にろう付けされる平板状の支持板９ａと、支持
板９ａより上流側に延在して蓋部材５に固着された４本
の脚９ｂとよりなる。１０はケーシング２内においてセ
ンサチューブ３の他端３ｂを保持する保持部材で、セン
サチューブ３の外周にろう付けされる支持板１０ａと、
支持板１０ａより下流側に延在して蓋部材６に固着され
た４本の脚１０ｂとよりなる。

【００２２】１３，１４は加振器で、夫々励振信号が入
力される励振コイル１３ａ，１４ａと磁石１３ｂ，１４
ｂとを相対変位可能に嵌合させた構成であり、センサチ
ューブ３の中間位置に設けられている。１５，１６は上
流側ピックアップで、センサチューブ３の上流側の振幅
に応じた検出信号を出力するセンサコイル１５ａ，１６
ａと磁石１５ｂ，１６ｂとを相対変位可能に嵌合させた
構成であり、上記加振器１３，１４より上流側に位置す
るように配設されている。

【００２３】１７，１８は下流側ピックアップで、セン
サチューブ３の下流側の振幅に応じた検出信号を出力す
るセンサコイル１７ａ，１８ａと磁石１７ｂ，１８ｂと
を相対変位可能に嵌合させた構成であり、上記加振器１
３，１４より下流側に位置するように配設されている。

【００２４】上記加振器１３，１４及びピックアップ１
５〜１８は、磁石１３ｂ〜１８ｂがセンサチューブ３の
外周に設けられており、磁石１３ｂ〜１８ｂに対向する
ようにコイル１３ａ〜１８ａがケーシング２の内壁に設
けられている。また、センサチューブ３の上側に加振器
１３及びピックアップ１５，１７が配設されており、セ
ンサチューブ３の下側に加振器１４及びピックアップ１
６，１８が配設されている。そして、加振器１３と加振
器１４，ピックアップ１５とピックアップ１６，ピック
アップ１７とピックアップ１８とは、センサチューブ３
の上下方向（Ｙ方向）で同一線上に位置するように設け
られている。

【００２５】流量計測時、上流側配管（図示せず）から
供給された被測流体は、流入管７よりセンサチューブ３
内の流路を通過して流出管８より下流側配管（図示せ
ず）に流出する。そして、加振器１３と加振器１４と
は、１８０°の位相差でセンサチューブ３をＹ方向に加
振し、ピックアップ１５，１７とピックアップ１６，１
８とは１８０°の位相差でセンサチューブ３の上流側、
下流側の変位に応じた電圧値を出力する。

【００２６】振動するセンサチューブ３に被測流体が流
れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力が発生す
る。そのため、センサチューブ３の流入側と流出側で動
作遅れが生じ、これにより上流側のピックアップ１５，
１６の出力信号と下流側のピックアップ１７，１８の出
力信号とでは位相差があらわれる。

【００２７】このように流入側と流出側との位相差が流
量に比例するため、流量計測制御回路１９は、ピックア
ップ１５，１６からの出力信号とピックアップ１７，１
８からの出力信号の位相差に基づいて流量を演算する。
ここで、保持部材９，１０について詳しく説明する。
尚、保持部材９と１０とは、同一構成であるので、以下
上流側に設けられた保持部材９について説明し、下流側
の保持部材１０の説明を省略する。

【００２８】図３は保持部材９を拡大して示す斜視図で
あり、図４は保持部材９の構成を説明するための図であ
る。保持部材９は、厚さｔを有する板金を加工したもの
であり、断面が楕円形とされたチューブを製造するより
も安価に製作することができる。この保持部材９は、正
方形状の支持板９ａの中央にセンサチューブ３が挿通さ
れる孔９ｃが穿設されている。

【００２９】センサチューブ３は支持板９ａの孔９ｃに
挿通された状態で孔９ｃにろう付けされている。支持板
９ａの両側より９０°折曲された４本の脚９ｂは、Ｙ方
向に幅広となるように形成されている。そして、各脚９
ｂの端部が蓋部材６にろう付けされて固着されると、保
持部材９はセンサチューブ３を保持することができる。

【００３０】本実施例では、保持部材９の各脚９ｂが長
さａ，幅ｂとされ、Ｙ方向に幅広となるように形成され
ている。そのため、保持部材９はＸ方向の振動に弱く、
Ｙ方向の振動に強い構造となっている。このように、保
持部材９の強度は、Ｘ方向とＹ方向とで異なっている。

【００３１】尚、保持部材９の各方向の強度は、各脚９
ｂの厚さｔ，長さａ，幅ｂの各寸法を変更することによ
り、所望の強さに設定することができる。また、センサ
チューブ３の下流側では、上記保持部材９と同一構成と
された保持部材１０により保持されている。

【００３２】センサチューブ３は両端が上記構成とされ
た保持部材９，１０により保持されているため、加振器
１３，１４により加振されるＹ方向の剛性が高く、加振
方向と直交するＸ方向の剛性が低くなるように保持され
ている。これにより、センサチューブ３は断面が真円で
あるにも拘わらず、加振方向（Ｙ方向）の共振周波数
と、加振方向と直交するＸ方向の共振周波数とが異なる
状態に保持される。

【００３３】流量計測時に加振器１３，１４は、センサ
チューブ３の中央部を所定の共振周波数でＹ方向に加振
する。その際、センサチューブ３には、加振方向の共振
周波数と直交するＸ方向の共振周波数が異なるため、各
方向によって異なる振動モードが生じることになる。そ
のため、センサチューブ３が加振方向にのみ振動するこ
とができ、Ｘ方向の振動により振れ回るような振動現象
の発生が防止される。

【００３４】加振器１３，１４及びピックアップ１５〜
１８は、前述したように夫々環状のコイル１３ａ〜１８
ａ内に棒状の磁石１３ｂ〜１８ｂを挿入させた構成であ
るが、センサチューブ３に加振方向以外の方向の振動が
生じないため、コイル１３ａ〜１８ａと磁石１３ｂ〜１
８ｂとの間で余計な摺動抵抗が生ずることがない。

【００３５】従って、流量計測時はセンサチューブ３が
コイル１３ａ〜１８ａと磁石１３ｂ〜１８ｂとの相対変
位方向（Ｙ方向）にのみ振動することになり、加振器１
３，１４の加振による安定した振動動作及びピックアッ
プ１５〜１８による安定した流量計測を行うことがで
き、従来のものよりも計測精度をより高めることができ
る。また、方向によってセンサチューブ３の共振周波数
が異なるため、Ｙ方向の共振周波数以外の振動が外部か
ら入力されてもセンサチューブ３が振動方向に加振され
ず、外部振動等の外乱の影響を受けにくく、センサチュ
ーブ３を所定の一方向にのみ安定に振動させることがで
きる。

【００３６】しかも、本実施例では、ケーシング２内に
１本のセンサチューブ３のみが収納された構成であるの
で、複数のセンサチューブを有する場合のように相互に
干渉することがなく、センサチューブ３の振動方向の共
振周波数と振動方向以外の方向の共振周波数とを確実に
異ならせることができる。

【００３７】また、上記のように保持部材９，１０が１
本のセンサチューブ３を保持する構成であるため、当該
センサチューブ３のみを振動方向の共振周波数と振動方
向以外の方向の共振周波数とを異ならせることができ
る。尚、上記実施例では、保持部材９，１０がＸ方向の
振動に弱く、Ｙ方向の振動に強い構成としてが、これと
逆の構成、つまりＸ方向の振動に強く、Ｙ方向の振動に
弱い構成としても上記実施例と同じ効果が得られる。従
って、保持部材９，１０を取り付け向きを上記実施例の
向きに対し９０°回動させた向きで固着するようにして
も良い。

【００３８】また、上記実施例では、保持部材９，１０
が正方形の支持板９ａと、支持板９ａの縁部より折曲さ
れた４本の脚９ｂとよりなる構成としたが、これに限ら
ず、例えば支持板９ａを円形や六角形等としても良い
し、脚９ｂの数を２本又は６本としても良いのは勿論で
ある。

【００３９】また、上記実施例では、センサチューブ３
を１本有する構成の質量流量計を一例として挙げたが、
２本のセンサチューブが平行に配された構成にも適用す
ることができるのは勿論である。そして、複数のセンサ
チューブが平行に配された構成の場合、各センサチュー
ブが相互に干渉しないように加振器やピックアップを設
けると共に保持部材も各センサチューブを個別に保持す
るように設ける。

【００４０】また、上記実施例では、センサチューブ３
の上側に加振器１３及びピックアップ１５，１７が配設
され、センサチューブ３の下側に加振器１４及びピック
アップ１６，１８が配設された構成としたが、加振器や
ピックアップがどちらか一側にのみ設けられた構成にも
適用することができるのは言うまでもない。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く、上記請求項１の発明によれ
ば、センサチューブの振動方向の剛性と振動方向以外の
方向の剛性とを異ならせるように保持する保持部材をセ
ンサチューブの両端近傍に設けたため、断面が真円であ
るセンサチューブの振動方向の共振周波数と振動方向以
外の方向の共振周波数とを異ならせることができ、これ
によりセンサチューブが加振方向以外の方向に振動する
ことを防止できる。そのため、従来よりも安価に製作す
ることができると共に、センサチューブの振動方向と加
振器やピックアップの動作方向とが一致し、安定した振
動状態で計測することが可能になり、計測精度をより高
めることができる。また、方向によってセンサチューブ
の共振周波数が異なるため、共振周波数以外の振動が外
部から入力されてもセンサチューブが振動方向に加振さ
れず、センサチューブが外部振動等の外乱の影響を受け
にくく、センサチューブを所定の一方向にのみ安定に振
動させることができる。

【００４２】また、請求項２の発明によれば、センサチ
ューブがケーシング内に１本のみ収納された構成とする
ことにより、複数のセンサチューブを有する場合のよう
に相互に干渉することがなく、センサチューブの振動方
向の共振周波数と振動方向以外の方向の共振周波数とを
確実に異ならせることができる。

【００４３】また、請求項３の発明によれば、保持部材
が１本のセンサチューブを保持する構成とすることによ
り、当該センサチューブのみを振動方向の共振周波数と
振動方向以外の方向の共振周波数とを異ならせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる振動式測定装置の一実施例のコリ
オリ式質量流量計を示す縦断面図である。

【図２】図１中II−II線に沿う横断面図である

【図３】センサチューブを保持する保持部材を示す斜視
図である。

【図４】保持部材の構成を示す図である。

【図５】従来のセンサチューブの振動状態を説明するた
めの斜視図である。

【符号の説明】

１質量流量計２ケーシング３センサチューブ５，６蓋部材７流入管８流出管９，１０保持部材１３，１４加振器１５，１６上流側ピックアップ１７，１８下流側ピックアップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測流体が流れるセンサチューブを共振
周波数で振動させると共に該センサチューブの変位をピ
ックアップにより検出する振動式測定装置において、前記センサチューブの振動方向の剛性と該振動方向以外
の方向の剛性とを異ならせるように保持する保持部材を
前記センサチューブの両端近傍に設けたことを特徴とす
る振動式測定装置。
【請求項２】前記センサチューブは、ケーシング内に
１本のみ収納されたことを特徴とする請求項１の振動式
測定装置。
【請求項３】前記保持部材は、１本のセンサチューブ
を保持することを特徴とする請求項１又は２の振動式測
定装置。