JPH1151733A

JPH1151733A - 振動式測定装置

Info

Publication number: JPH1151733A
Application number: JP22191697A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Takahashi; 太高橋
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】加振器の励磁コイルに供給する電流値を大き
くすることなく、加振器の励振力を大きくして、計測精
度を向上させた振動式測定装置を得ること。【解決手段】センサチューブ４、５を振動させる加振
ユニット３０の加振器３１、３２のマグネットを同極同
士が相対向するように配設された２つのマグネット３１
ｂと３１ｃ、３２ｂと３２ｃとすることで、マグネット
３１ｂ、３２ｂのみのときよりも磁束密度の極大値が大
きくなるようにし、加振器３１、３２の励振力を大きく
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサチューブを
振動させてコリオリ力を発生させ、センサチューブ内の
被測定流体の質量流量及び密度を測定する振動式測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動式測定装置を質量流量計とし
て用いた一例を、図５乃至図８を用いて説明する。従来
の振動式測定装置は、ケーシング１の流入側に、サポー
ト１０が設けられ、同様に流出側にサポート１１が固定
されている。被測定流体が流通するセンサチューブ４、
５は、サポート１０、１１を貫通して平行に横架されて
いる。

【０００３】センサチューブ４、５には、上流側ピック
アップユニット２２、下流側ピックアップユニット２
７、及び、加振ユニット３０が設けられている。加振ユ
ニット３０は、センサチューブ４、５を同期振動させ、
上流側ピックアップユニット２２及び下流側ピックアッ
プユニット２７は、加振ユニット３０によって振動させ
られたセンサチューブ４、５のｙ方向の変位を検出す
る。

【０００４】図６に示すように、上流側ピックアップユ
ニット２２は、センサコイル２３ａとマグネット２３ｂ
とからなるピックアップ２３と、センサコイル２４ａと
マグネット２３ｂとからなるピックアップ２４と、から
構成されており、ステイ２５及びステイ２６によってセ
ンサチューブ４、５に組付けられている。下流側ピック
アップユニット２７も上流側ピックアップユニット２２
と同様の構成であるので説明を省略する。

【０００５】加振ユニット３０は、図７、図８に示すよ
うに、励磁コイル３１ａとマグネット３１ｂとからなる
加振器３１と、励磁コイル３２ａとマグネット３２ｂと
からなる加振器３２とから構成されている。そして、加
振器３１のマグネット３１ｂ及び加振器３１の励磁コイ
ル３２ａはステイ３３を介してセンサチューブ４に固定
され、加振器３１の励磁コイル３１ａ及び加振器３２の
マグネット３２ｂはステイ３４を介してセンサチューブ
５に固定されている。励磁コイル３１ａ、３２ａに励振
電流を供給することにより、励磁コイル３１ａとマグネ
ット３１ｂと、励磁コイル３２ａとマグネット３２ｂと
を図中ｙ方向に相対変位させてセンサチューブ４、５を
振動させる。

【０００６】上記従来の振動式測定装置では、センサチ
ューブ４、５を振動させることによって、被測定流体の
流量に応じたコリオリ力が発生し、センサチューブ４、
５の流入側と流出側とでコリオリ力の作用方向が逆向き
になることを利用し、上流側ピックアップユニット２２
と下流側ピックアップユニット２７とでセンサチューブ
４、５の変位を検出し、この位相差から流量を測定して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の振動式測定
装置では、加振ユニット３０により発生させられたセン
サチューブ４、５の変位を上流側ピックアップ２２、下
流側ピックアップ２７で検出し、この変位から流量を測
定している。このため、加振ユニット３０が発生する励
振力が小さいとセンサチューブ４、５の変位が小さくな
り、よって、上流側ピックアップユニット２２、下流側
ピックアップユニット２７でセンサチューブ４、５の変
位を正確に検出しにくくなり、正確な流量測定が行えな
くなる問題があった。特に、上記従来の振動式測定装置
を流量が大の配管部分に設置する場合、センサチューブ
４、５の口径を大きくしなくてはならず、この口径の大
きなセンサチューブ４、５を振動させるためには、正確
な流量測定を行うために加振ユニット３０の励振力を大
きくする必要が生じる。

【０００８】従来の振動式測定装置を質量流量計として
ではなく密度計として用いた場合にも、同様の問題が生
じる。

【０００９】本発明は、加振器の励振力を従来のものよ
りも大きくでき、よって、被測定流体を正確に測定する
ことのできる振動式測定装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、被測定流体が流通するセンサチューブ
と、前記センサチューブを支持する支持部材と、励磁コ
イルとマグネットとからなり、前記センサチューブに取
り付けられて前記センサチューブを振動させる加振器
と、前記支持部材と前記加振器との間の前記センサチュ
ーブに取り付けられ、前記センサチューブの変位を検出
するピックアップと、からなり、前記ピックアップによ
り検出されたセンサチューブの変位に基づいて、前記セ
ンサチューブ内を流通する流体の質量流量または密度を
求める振動式測定装置において、前記加振器のマグネッ
トを同極同士を相対向させた２つの磁石から構成したこ
とを特徴とする。

【００１１】従って、同極同士を相対向させた２つの磁
石それぞれの磁力線が２つ重なりあうことによって、加
振器の２つの磁石により生じる磁束密度が大きくなり、
加振器の励振力を大きくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の振
動式測定装置を質量流量計として用いたものを図１乃至
図４に基づいて説明する。振動式測定装置は密閉された
ケーシング１内に被測定流体が流通する流路２を挿通し
てなる。流路は、流入路３と、一対のセンサチューブ
４、５と、流出路６とより構成されている。

【００１３】ケーシング１は、本体７が円筒状に形成さ
れ、その両端開口が蓋部材８、９により閉塞された構造
になっている。蓋部材８は、内部に流入路３が設けられ
るとともに、流入側端部に上流側配管（図示せず）に連
結されるフランジ８ａを有し、他端側はセンサチューブ
４、５を支持する支持部材であるサポート１０を介して
一対のセンサチューブ４、５に接続されている。また、
蓋部材９は、内部に流出路６が設けられるとともに、流
出側端部に下流側配管（図示せず）に連結されるフラン
ジ９ａを有し、他端側はセンサチューブ４、５を支持す
る支持部材であるサポート１１を介して一対のセンサチ
ューブ４、５に接続されている。

【００１４】サポート１０は、弾性部材とシール材を兼
ねたＯリング１２を介して蓋部材８に固定されており、
流路２を流入路３から一対のセンサチューブ４、５に分
岐させるように、蓋部材８とともにマニホールド１４を
形成している。また、サポート１１は、Ｏリング１５を
介して蓋部材９に固定されており、流路２を一対のセン
サチューブ４、５から流出路６に合流させるように、蓋
部材９とともにマニホールド１７を形成している。

【００１５】Ｏリング１２、１５は、ケーシング１の振
動がサポート１０、１１を介してセンサチューブ４、５
に伝播しないように作用する。

【００１６】一対のセンサチューブ４、５は、流体の流
れ方向に直線上に延在するステンレス製の直管よりな
り、互いに平行になるように両端側がサポート１０、１
１に貫通して接続されており、流入路３と流出路６とを
連通している。また、一対のセンサチューブ４、５の両
端近傍にはセンサチューブ４、５が貫通することによっ
てセンサチューブ４、５に固定される連節板１８が設け
られており、流量測定時には連節板１８を振動の節とし
てセンサチューブ４、５が振動する。

【００１７】センサチューブ４、５には、後述の上流側
ピックアップユニット２２、下流側ピックアップユニッ
ト２７、加振ユニット３０が設けられている。加振ユニ
ット３０はセンサチューブ４、５を振動させ、上流側ピ
ックアップユニット２２または下流側ピックアップユニ
ット２７では、センサチューブ４、５の振動が上流側ま
たは下流側の振動の位相を検出する。

【００１８】図２に示すように、上流側ピックアップユ
ニット２２は、センサコイル２３ａとマグネット２３ｂ
とからなるピックアップ２３と、センサコイル２４ａと
マグネット２４ｂとからなるピックアップ２４とから構
成され、ピックアップ２３、２４はステイ２５、２６を
介してセンサチューブ４、５に固定されている。従っ
て、後述の加振ユニット３０によってセンサチューブ
４、５が加振方向（図中、ｙ方向）に相対変位させられ
ると、センサコイル２３ａ、２４ａとマグネット２３
ｂ、２４ｂとが相対変位してセンサコイル２３ａ、２４
ａに電圧が発生する。ピックアップ２３、２４は、この
電圧値を検出して制御回路（図示せず）に出力する。制
御回路では、ピックアップ２３、２４の出力する電圧値
の平均から上流側ピックアップユニット２２が設けられ
た位置のセンサチューブ４、５の変位量を求める。

【００１９】また、下流側ピックアップユニット２７に
ついても、上流側ピックアップユニット２２と同様の構
成であり、センサコイル２８ａとマグネット２８ｂ、２
８ｃとからなるピックアップ２８と、センサコイル２９
ａとマグネット２９ｂ、２９ｃとからなるピックアップ
２９とから大略構成されている。そして、センサチュー
ブ４、５のｙ方向の変位をピックアップ２８、２９によ
り加振ユニット３０の下流側で検出し、センサコイル２
８ａ、２９ａに発生する電圧値を制御回路に出力する。

【００２０】以下に、上記構成になる振動式測定装置の
動作を説明する。流量測定時、一対のセンサチューブ
４、５は加振ユニット３０により図中、ｙ方向に加振さ
れる。加振ユニット３０はセンサチューブ４、５の共振
周波数でセンサチューブ４、５を振動させることによ
り、センサチューブ７、８の振動を維持する。上流側配
管から供給された被測定流体は流入路３よりセンサチュ
ーブ４、５内に流入し、流出路６より下流側配管に流出
する。

【００２１】上述のように振動するセンサチューブ４、
５に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。これにより、上流側ピックアップユニッ
ト２２の出力信号と下流側ピックアップユニット２７の
出力信号から検出される変位量との間には位相差が現れ
る。

【００２２】この流入側と流出側との位相差が流量に比
例するため、制御回路は上流側ピックアップユニット２
２からの出力信号と下流側ピックアップユニット２７か
らの出力信号の位相差に基づいて流量を演算する。

【００２３】次に、本発明の主要部分である加振ユニッ
ト３０について説明する。加振ユニット３０は、図３に
示すように、励磁コイル３１ａとマグネット３１ｂ、３
１ｃとからなる加振器３１と、励磁コイル３２ａとマグ
ネット３２ｂ、３２ｃとからなる加振器３２とから構成
されている。２組のマグネット３１ｂと３１ｃ、及び、
マグネット３２ｂと３２ｃは、それぞれＳ極同士が相対
向するように配置されている。そして、加振器３１のマ
グネット３１ｂ、３１ｃ及び加振器３２の励磁コイル３
２ａはステイ３３を介してセンサチューブ４に固定さ
れ、加振器３１の励磁コイル３１ａ及び加振器３２のマ
グネット３２ｂ、３２ｃはステイ３４を介してセンサチ
ューブ５に固定されている。

【００２４】励磁コイル３１ａ、３２ａには図示せぬ制
御回路から電流を供給するための電線が接続されてお
り、励磁コイル３１ａ、３２ａに励振電流を供給するこ
とにより、励磁コイル３１ａとマグネット３１ｂ、３１
ｃと、励磁コイル３２ａとマグネット３２ｂ、３２ｃと
を図中、ｙ方向に相対変位させてセンサチューブ４、５
を振動させる。

【００２５】図４に加振器３１の概略図及びｙ方向に軸
をとったときのマグネット３１ｂ、３１ｃの磁束密度の
グラフを示す。ただし、ｙ軸の０点は電流が供給されて
いないときの励磁コイル３１ａの位置と対応する座標で
ある。図４のグラフにおいて、曲線ａはマグネット３１
ｂのｙ方向における磁束密度の変化を表し、曲線ｂはマ
グネット３１ｃのｙ方向における磁束密度の変化を表
し、破線で示す曲線ｃはマグネット３１ｂとマグネット
３１ｃとの２つのマグネットによって形成されるｙ方向
における磁束密度の変化を表している。

【００２６】曲線ａ及び曲線ｃは、それぞれマグネット
３１ｂ、３１ｃのＳ極及びＮ極の端面付近で磁束密度が
極大または極小値をとり、マグネットの端面から遠ざか
るに従って磁束密度は０に近づく。また、マグネット３
１ｂ、３１ｃの中心点付近の極性が反転する位置におい
て磁束密度は０となる。曲線ｃは、マグネット３２ｂと
マグネット３２ｃとの間隔の中心部において磁束密度が
極大となっており、その極大値が曲線ａ及び曲線ｂの極
大値よりも大きくなっている。これはマグネット３１ｂ
の磁力線とマグネット３１ｃの磁力線とが互いに重なり
あって、個々のマグネットにより生ずる磁束密度よりも
大きな磁束密度となるためである。なお、マグネット３
１ｂとマグネット３１ｃとの距離が離れ過ぎてしまう
と、曲線ｃの極大値が曲線ａ及び曲線ｂの極大値よりも
小さくなることあるため、マグネット３１ｂをマグネッ
ト３１ｃとの距離は曲線ｃの極大値が曲線ａ、ｂの極大
値よりも大きくなる所定の距離以内に設定しておく。

【００２７】ここで、センサチューブ４、５をｙ方向に
相対変位させるための励振力は、励磁コイル３１ａ、３
２ａに供給する励振電流の大きさ及びマグネット３１
ｂ、３２ｂの磁束密度によって決定され、励振電力また
は磁束密度を大きくすると励振力が大きくなることは、
ｆ（励振力）＝Ｉ（電流）×Ｂ（磁束密度）の式からも
明らかである。ところが、振動式測定装置は防爆構造が
必要な雰囲気において使用されることが多く、このた
め、使用する電流値を制限した本質安全防爆構造をとっ
ており、加振ユニット３０の励磁コイル３１ａ、３２ａ
に流す電流値に上限がある。

【００２８】加振器３１の励振力は励磁コイル３１ａに
流す電流値に比例するため、センサチューブ４、５を振
動させるのに大きな励振力が必要なときには、励磁コイ
ル３１ａ、３２ａに上限値の電流を供給しても必要な励
振力に達っしないことがある。つまり、従来の振動式測
定装置では、被測定流体の状態（流体密度、流速、圧力
など）や、センサチューブ４、５の状態（材質・肉厚等
による強度、口径、長さなど）によっては、加振ユニッ
ト３０の励振力が不足し、測定が正確に行えないといっ
た問題が起こりえた。

【００２９】しかし、本実施の形態の振動式測定装置で
は、加振器３１に、２つのマグネット３１ｂ、３１ｃの
同極同士（ここではＳ極同士）を相対向して設けること
により、マグネット３１ｂまたはマグネット３１ｃのど
ちらか一方のみが設けられているときよりも大きな磁束
密度を得ることができ、ｆ（励振力）＝Ｉ（電流）×Ｂ
（磁束密度）の式から明らかなように、励磁コイル３１
ａに供給する電流が同等でも、図８に示したマグネット
３１ｂのみしか設けられていない場合に比べて、より大
きな励振力を発生することができる。

【００３０】なお、加振器３２については、加振器３１
と同様の構成、作用であるため、説明を省略するが、上
記のように大きな励振力を発揮できる加振器３１、３２
を有した加振ユニット３０は、全体としてもより大きな
励振力を有することとなる。

【００３１】以上述べたように、本実施の形態の振動式
測定装置では、加振ユニット３０の加振器３１、３２が
同極同士が相対向する２つのマグネットを有しているた
め、マグネットが１つであった従来の振動式測定装置の
加振器に比べてより大きな励振力を発生できる。このた
め、センサチューブ４、５のｙ方向の変位が大きくな
り、上流側ピックアップユニット２２、下流側ピックア
ップユニット２７でセンサチューブ４、５の変位を正確
に検出することができ、流量測定精度が向上する。ま
た、加振ユニット３０の励振力が大きいため、本質安全
防爆に適合した電流値のみを供給する場合でも、センサ
チューブ４、５の口径を大きくして、流量が大の配管部
分にも用いることができるようになる。

【００３２】尚、本実施の形態では、マグネット３１ｂ
とマグネット３１ｃ、マグネット３２ｂと３２ｃという
それぞれ対をなしたマグネットのＳ極同士が相対向する
ように配設されているが、Ｎ極同士が相対向するように
配設しても良い。また、対をなしたマグネット同士を離
間して設けずに隣接して設けても良く、マグネット同士
の距離を、図４に示すところの曲線ａと曲線ｂとの極大
値が重なる位置に来るように設定することで、最も大き
な磁束密度が得られ、加振器の発生する励振力を最大と
することができる。

【００３３】また、本実施の形態では、一対の直管状の
センサチューブ７、８が平行に配設された構成を一例と
して説明したが、これに限らず、例えば単管のセンサチ
ューブや、Ｊ字状のセンサチューブを有する構成にも本
発明が適用できる。

【００３４】また、本実施の形態では、振動式測定装置
を質量流量計として用いた場合を例に説明したが、密度
計として用いる場合でも同様の効果を有する。

【００３５】

【発明の効果】本発明の振動式測定装置は、加振器のマ
グネットを同極同士を相対向させた２つの磁石から構成
しているため、２つの磁石の磁力線がそれぞれ重なりあ
って個々の磁石により生ずる磁束密度よりも磁束密度が
大きくなり、磁石が１つであった従来の振動式測定装置
の加振器に比べてより大きな励振力を発生できる。この
ため、加振方向へのセンサチューブの変位が大きくな
り、ピックアップでセンサチューブの変位を正確に検出
することができ、流量測定精度が向上する。また、加振
器の励振力が大きいため、センサチューブの口径を大き
くでき、流量が大の配管部分にも用いることができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の振動式測定装置を示す
断面図である。

【図２】同振動式測定装置の上流側ピックアップユニッ
ト２２のＡ−Ａ断面図である。

【図３】同振動式測定装置の加振ユニット３０のＢ−Ｂ
断面図である。

【図４】同振動式測定装置の加振器３１の概略図、およ
び、加振器３１のマグネット３１ｂ、３１ｃのｙ方向に
対する磁束密度を表すグラフである。

【図５】従来の振動式測定装置を示す断面図である。

【図６】同振動式測定装置の上流側ピックアップユニッ
ト２２のＡ−Ａ断面図である。

【図７】同振動式測定装置の加振ユニット３０のＣ−Ｃ
断面図である。

【図８】同振動式測定装置の加振器３１の概略図、およ
び、加振器３１のマグネット３１ｂのｙ方向に対する磁
束密度を表すグラフである。

【符号の説明】

１ケーシング２流路３流入路４センサチューブ５センサチューブ６流出路７本体８蓋部材（支持部材）８ａフランジ９蓋部材（支持部材）９ａフランジ１０サポート（支持部材）１１サポート（支持部材）１２Ｏリング１４マニホールド１５Ｏリング１７マニホールド１８連節板２２上流側ピックアップユニット２３ピックアップ２３ａセンサコイル２３ｂマグネット２４ピックアップ２４ａセンサコイル２４ｂマグネット２５ステイ２６ステイ２７下流側ピックアップユニット２８ピックアップ２８ａセンサコイル２８ｂマグネット２９ピックアップ２９ａセンサコイル２９ｂマグネット３０加振ユニット３１加振器３１ａ励磁コイル３１ｂマグネット３１ｃマグネット３２加振器３２ａ励磁コイル３２ｂマグネット３２ｃマグネット３３ステイ３４ステイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定流体が流通するセンサチューブ
と、前記センサチューブを支持する支持部材と、励磁コイルとマグネットとからなり、前記センサチュー
ブに取り付けられて前記センサチューブを振動させる加
振器と、前記支持部材と前記加振器との間の前記センサチューブ
に取り付けられ、前記センサチューブの変位を検出する
ピックアップと、からなり、前記ピックアップにより検出されたセンサチ
ューブの変位に基づいて、前記センサチューブ内を流通
する流体の質量流量または密度を求める振動式測定装置
において、前記加振器のマグネットを同極同士を相対向させた２つ
の磁石から構成したことを特徴とする振動式測定装置。