JP2000249585A - 直管シングルチューブコリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、シングルチューブ構成にすることに
より本質的に温度影響を排除する一方、振動バランスを
保ち、駆動エネルギーを少なくして、振動エネルギーが
外部に漏れないよう構成した高精度で新規な直管シング
ルチューブコリオリ流量計を提供することを目的として
いる。 【解決手段】本発明は、フローチューブ４が、その両端
開口部よりも内側の位置において、軸方向に可動の支持
バネ１７，１８によって外筐１に支持されて、振動支点
を構成する。望ましくはバランスウエイト１２を取り付
けたバランスリング１４等から構成されるカウンタバラ
ンス系が、フローチューブ４の軸方向中央の位置におい
て外筐１に対して一対の支持バネ１９によって、これの
みで支持される。駆動装置７は、フローチューブ４をカ
ウンタバランス系に対して逆位相で駆動する。このよう
にバランス振動方式のために、外筐１に振動が生じな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直管シングルチュ
ーブコリオリ流量計に関し、特に、シングルチューブ方
式でありながら振動バランスを保ち、駆動エネルギーを
少なくして、振動エネルギーが外部に漏れないよう構成
した直管シングルチューブコリオリ流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】コリオリ流量計は、被測定媒体が流れる
両端支持された測定管を振動させたとき、測定管に作用
するコリオリの力が被測定媒体の質量流量に比例するこ
とを利用して質量流量の測定を行うものである。

【０００３】振動させる測定管としての形状は湾曲管と
直管とに大別されるが、直管シングルチューブのコリオ
リ流量計は、両端を支持された単管の中央部単管軸に垂
直な方向に振動したとき、単管の支持部と中央部との間
でコリオリの力による単管の変位差、即ち位相差信号と
して質量流量を検知する。シングルチューブのコリオリ
流量計は、シングルチューブの中央部に配設された加振
器により、両端支持点を節として１次の振動モードによ
り駆動されると共に、その中央加振器と、両端支持点の
それぞれとの間に対称に位相検出器が配設され、被測定
流体の流通によりコリオリの力に基づきシングルチュー
ブに作用する位相差が検出される。

【０００４】このようなシングルチューブのコリオリ流
量計は、コンパクトで液溜まりが無いなどの特徴で注目
されているが、しかし、シングルチューブを振動させる
には、エネルギーが外に漏れることがないように流量計
そのものの重量を重くするか、流量計の取付を強固にす
る必要があり、実際には所期の精度を得ることが困難で
あるという問題を有していた。このため、計測チューブ
に同軸若しくは平行のカウンタバランスチューブを逆位
相で振動させ、振動バランスを保つことが知られてい
る。

【０００５】図９は、平行カウンタチューブを備えた従
来技術の平行直管型のコリオリ流量計の概念図を、図１
０は、同軸カウンタチューブを備えた従来技術の二重直
管型のコリオリ流量計の概念図をそれぞれ示している。
図９に示したコリオリ流量計は、カウンタチューブ１０
をフローチューブ４と平行に備えるのに対して、図１０
のコリオリ流量計は、同軸のカウンタチューブ１０をフ
ローチューブ４の外周側に備えるものである。

【０００６】これらいずれの形式のものも、被測定流体
が流れる直管状のフローチューブ４は、同軸若しくは平
行のカウンタチューブ１０と、その両側で連結ブロック
６により同軸に固着されている。カウンタチューブ１０
に取り付けた図示しないバランスウエイトの重量によ
り、両側の連結ブロック６を支持部としたフローチュー
ブ４の固有振動数と、カウンタチューブ１０の固有振動
数が等しくなるよう調整されている。更に、カウンタチ
ューブ１０の中央部には、フローチューブ４をカウンタ
チューブ１０と互いに反対位相で共振駆動するための駆
動装置７が取り付けられ、そして駆動装置７の両側の対
称位置に一対のセンサ８、９が設置されて、コリオリの
力によるフローチューブ４の位相差を検知している。

【０００７】このように平行直管形或いは二重直管形の
コリオリ式質量流量計は、シンプルで、コンパクトな構
成にして、振動バランスを保ち、位相差に比例した質量
流量を安定して検出することが可能となっている。た
だ、このようなコリオリ式質量流量計は、フローチュー
ブ４が、カウンタチューブ１０と、その両側で連結ブロ
ック６により同軸に固着されているために、温度影響を
受ける。測定流体の温度が変わると、フローチューブ４
は直ちに追随して温度が変わるのに対して、カウンタチ
ューブ１０の温度変動には遅れが生じる。このため、フ
ローチューブ４とカウンタチューブ１０は伸びに差を生
じて、長手方向に連結ブロック６に対して応力が発生
し、これによるバネ定数の変化によりチューブの固有振
動数が変化する。これらカウンタチューブ１０を用いる
コリオリ流量計は、その対策のための別途の手段が必要
になる。

【０００８】また、駆動装置７及び一対のセンサ８，９
への配線を、振動するカウンタチューブ１０或いはフロ
ーチューブ４上で、それに沿わせて行う必要がある。こ
れは振動バランスに影響するので望ましいことではな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、シングルチ
ューブ構成にすることにより本質的に温度影響を排除す
る一方、シングルチューブ方式のコリオリ流量計の有す
る問題点を解決して、振動バランスを保ち、駆動エネル
ギーを少なくして、振動エネルギーが外部に漏れないよ
う構成した高精度で新規な直管シングルチューブコリオ
リ流量計を提供することを目的としている。

【００１０】また、本発明は、駆動装置及びセンサへの
配線を振動部上で行う必要がなく、低コストで信頼性を
向上させ、性能劣化を阻害しないよう構成することを目
的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の直管シングルチ
ューブコリオリ流量計は、被測定流体が流れる直管状の
フローチューブ４と、該フローチューブ４を振動させる
駆動装置７と、該振動によりフローチューブ４の両側に
おいて該フローチューブ４に作用するコリオリの力に比
例した位相差を検知することにより質量流量を測定する
一対のセンサ８，９と、少なくともフローチューブ４、
駆動装置７及び一対のセンサ８，９を収容する外筐１と
を備えている。フローチューブ４は、その両端開口部よ
りも内側の位置において、軸方向に可動の支持バネ１
７，１８によって外筐１の内壁にそれぞれ支持されて、
振動支点を構成する。望ましくはバランスウエイト１２
を取り付けたバランスリング１４等から構成されるカウ
ンタバランス系が、フローチューブ４の軸方向中央の位
置において外筐１に対して一対の支持バネ１９によっ
て、これのみで支持される。駆動装置７は、フローチュ
ーブ４をカウンタバランス系に対して逆位相で駆動す
る。このようにバランス振動方式のために、外筐１に振
動が生ぜず、安定した高精度な測定が可能となる。

【００１２】また、本発明は、フローチューブ４の両端
開口部が、外筐１との間の熱膨張による相対変位を吸収
する手段、例えば拡大開口部、或いはフレキシブルチュ
ーブを介して、外筐１又はそれに結合されたフランジ２
に結合される。これによって、軸方向ストレスをさらに
減少させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の直管シングルチュ
ーブコリオリ流量計を、その実施の形態に基づき、図面
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
を縦断面図で、また図２は構成の一部を取り除いて概略
的に斜視図で示している。このコリオリ流量計は、被測
定流体が流れる直管シングルチューブ、即ち、例えばス
テンレス、ハステロイ、チタン合金等から成るフローチ
ューブ４を有している。両端に接続フランジ２を有する
中空円筒状のケース、即ち外筐１を有し、かつこの外筐
１は、少なくともフローチューブ４、駆動装置７及び一
対のセンサ８、９、及びバランスリング１３とバランス
ウエイト１２等を収容すると共に、その両端側において
それぞれフランジ２と溶接（溶接部３）などにより強固
に固定接続されている。フランジ２は、図示しない入口
側配管及び出口側配管にそれぞれボルト等の適宜の固定
手段により結合されている。

【００１４】フローチューブ４は、外筐１内において、
該外筐１と同軸に配設されて、その両側開口部はそれぞ
れ、外筐１（或いはそれに結合されたフランジ２）の内
壁に液密に固着されている。これによって、被測定流体
は、入口側配管（例示の構成は左右対称であり、いずれ
の側を入口側とすることも可能である）からフローチュ
ーブ４を通り、出口側配管に、液溜まりを生じることな
くスムースに流れ出ることが可能な構成となっている。
また、フローチューブ４は、両側開口部よりも内側の位
置でそれぞれ、軸方向に可動の板バネ、即ちフローチュ
ーブ支持バネ１７及び１８により支持されていて、振動
の支点となっている。このように、フローチューブ支持
バネ１７及び１８は、フローチューブ４の振動の支点と
なるように左右、上下方向には、フローチューブ４を固
定する一方、軸方向には可動可能に支持するものである
から、図示したように、望ましくは振動方向とは直角の
横方向に支持するが、振動方向と同一の上下方向から支
持すること、或いは横方向と上下方向の両方向から支持
することも可能である。

【００１５】本発明の直管シングルチューブコリオリ流
量計は、さらにカウンタバランス系を備えている。図示
の例では、カウンタバランス系は、フローチューブ４の
軸方向中央（入口側と出口側の中央）において、バラン
サ支持バネ１９により外筐１の内壁に支持されたバラン
スリング１４から構成されている。このバランスリング
１４の質量とバランサ支持バネ１９のバネ定数を、流体
が満たされたフローチューブ４の１次固有振動数に略等
しくなるように選び、フローチューブ４と略同一の固有
振動数として振動慣性力をキャンセルしたものである。
このバランスリング１４は、フローチューブ４の外側で
同心にリング構成にされると共に、振動方向とは直角の
横方向に両側から一対のバランサ支持バネ１９によって
支持されている。このように、バランスリング１４は、
外筐１にバランサ支持バネ１９によって支持されている
のを除いて、フローチューブ４或いは直接的に外筐１に
は支持されていないので、仮に、被測定流体の温度が変
わって、フローチューブ４とカウンタバランス系の間で
伸びに差を生じても、これによって応力が発生するとい
うことはない。

【００１６】フローチューブ４の軸線上において軸方向
中央には、フローチューブ４をバランスリング１４に対
して逆位相で駆動する駆動装置７が備えられている。駆
動装置７自体は、逆位相で駆動する一方にコイルを、そ
して他方にマグネットを備えた通常の構成のものにする
ことができる。図示の例では、バランスリング中央に穴
を開けると共に、それを取り囲むようにバランスリング
外周側に駆動コイルを配置する一方、円筒棒状のマグネ
ットが、バランスリングに開けた穴を通り、さらにコイ
ル中央の空間部に挿通するようにフローチューブ４の外
周側に取り付けられている（図３，４参照）。このよう
に構成することにより、駆動コイルへの配線が振動部に
及ぼす影響を最小にして、振動しない外筐１の内壁にま
で配線することが可能になる。なお、バランサ支持バネ
１９は、一対の板バネによって構成し、カウンタバラン
ス系を振動方向とは直角の横方向に支持するものを例示
したが、これに限定される必要はない。カウンタバラン
ス系を振動と直角の横方向には固定する一方、振動方向
にはフローチューブ４の固有振動数と略同一にして、相
対的に逆位相で駆動することができるバネ定数を有する
ものであれば、いかなる構成のバネも用いること、或い
はより多くの数のバネによって支持することも可能であ
る。

【００１７】駆動装置７は、フローチューブ４をその固
有振動の一次モードで振動させる。図３及び図４は、逆
位相で駆動されるフローチューブとバランスリングとの
相対的位置関係を示す図である。図３は、フローチュー
ブ４がバランスリング１４に対して下死点にあるとき
を、そして、図４は、上死点にあるときをそれぞれ示し
ている。このように、フローチューブ４をバランスリン
グ１４に対して逆位相の振動をさせることで、外筐１へ
の振動を抑えることが可能となっている。

【００１８】フローチューブ４に流体が流れたとき、振
動のスピードが最大となる中央部を境に、流入側と流出
側ではコリオリ力が反対方向となりフローチューブは、
うねるようにたわむことになる。これを二次モード成分
と称しているが、フローチューブは、駆動装置による加
振に基づく一次モードの振動と、コリオリ力に基づく二
次モードの振動が重畳される形で変位する。一対のセン
サ８，９は、駆動装置７の両側で二次モード成分が最大
となる位置で、コリオリの力によるフローチューブ４の
位相差を検知するために設置される。センサ８，９は、
それ自体通常のものにすることができ、図示の例では、
円筒棒状のマグネットをフローチューブ４の外周側に備
える一方、コイルを外筐１の内壁に、そこに固定したセ
ンサコイル取付具を介して取り付けている。このよう
に、本発明のセンサは、コイルへの配線を振動部の振動
に全く影響することなく取り付けることが可能な構成に
なっている。

【００１９】バランスリング１４とバランサ支持バネ１
９によって構成されるカウンタバランス系は、その固有
振動数が、フローチューブ４の固有振動数に等しくなる
ように、支持バネ１９のバネ定数及びバランスリング１
４の質量は選択される。フローチューブ４の上側から上
下方向に駆動される図示の例において、望ましくは、バ
ランスウエイト１２を（バランスリングの下側に）取り
付けて、固有振動数が略一致するよう調整することがで
きる。

【００２０】図５は、カウンタバランス系の別の例を示
す図である。図示の例において、カウンタバランス系
は、一対のバランサ支持バネ１９により外筐１に支持さ
れた断面Ｕ字形のカウンタバランサ１３によって構成し
ている。また、図示したような角棒状の、或いは板状等
の適宜の形状のバランスウエイト１２を、振動方向とは
直角の横方向及びフローチューブ軸方向には対称にして
取り付けることができる。このような構成により、駆動
装置７は、図１及び図２を参照して説明した場合と同様
に、フローチューブ４をカウンタバランサ１３に対して
相対的に逆位相で駆動して、振動バランスを図ることが
できる。

【００２１】図６は、カウンタバランス系のさらに別の
例を示す図である。図示の例において、カウンタバラン
ス系は、一対のバランサ支持バネ１９により外筐１に支
持されたブロック状のカウンタバランサ１３によって構
成することができる。また、このカウンタバランサ１３
には、固有振動数を調整するためのバランスウエイト１
２を取り付けることができる。駆動装置７は、前述の例
と同様に、フローチューブ４をカウンタバランサ１３に
対して相対的に逆位相で駆動する。

【００２２】カウンタバランサ１３は、前述した例のよ
うにフローチューブ４と同心のリング構成、或いはそれ
を取り囲むような断面Ｕ字形構成にすることにより、流
量計全体の断面積を小さくしてコンパクトなものにする
ことができるが、その動作上においてはそのように構成
する必要は必ずしもなく、図６に示すように、相対的に
逆位相で駆動されるフローチューブ４の中央でそれに相
対する位置にあって、フローチューブ４と略一致する固
有振動数を有するものであればよい。それ故、カウンタ
バランス１３は、その支持方向及びフローチューブ４の
軸方向において対称の形状を有している限り、矩形、円
形等の任意の形状にし、また、中空、中実のいずれにも
することができる。

【００２３】このように、本発明のコリオリ流量計は、
カウンタバランス系又はカウンタバランサ１３が、バラ
ンサ支持バネ１９によって外筐１に結合されていて、フ
ローチューブ４には直接結合されておらず、また、フロ
ーチューブ４は軸方向可動なフローチューブ支持バネ１
７、１８で支持されているため、フローチューブに過大
なストレスが生じることはない。ただ、フローチューブ
４と外筐１との結合に、ストレス吸収手段を採用するこ
とにより、さらにストレスを減少させることができる。

【００２４】図７は、ストレス吸収手段として拡大開口
部を用いた例を示している。フローチューブ４と、外筐
１の内壁への結合を除いて、図１を参照して説明したコ
リオリ流量計と同じであるので、詳細な説明は省略す
る。フローチューブ４は、入口側と出口側の両側におい
て、その開口部が一体に外に拡がる拡大開口部２１とし
たものである。そして、この拡大開口部２１の端部が、
外筐１の内壁、或いはそれに溶接（溶接部３）されたフ
ランジ２の内壁に固着される。このような構成により、
フローチューブ４の端部固着部は、半径方向には剛性が
大きく、軸方向に弾性変形し易く可撓性があるので、フ
ローチューブ４と外筐１の間の熱膨張による相対変位
も、振動モードに影響を及ぼすことなく吸収することが
可能になっている。

【００２５】図８は、ストレス吸収手段としてフレキシ
ブルチューブを用いた例を示している。フローチューブ
４と、フランジ２の内壁への結合を除いて、図１を参照
して説明したコリオリ流量計と同じであるので、詳細な
説明は省略する。フローチューブ４は、入口側と出口側
の両側において、その開口部端部がフレキシブルチュー
ブ２２の一端に同軸に固着される。そして、このフレキ
シブルチューブ２２のそれぞれの他端側は、フランジ２
の端部に固着される。このような構成により、フローチ
ューブ４と外筐１の間の熱膨張による相対変位も、振動
モードに影響を及ぼすことなく吸収することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、フローチューブを両側で軸方
向に可動の板バネによって外筐に支持して、振動支点を
構成する一方、外筐に対して支持バネによってのみ支持
されたカウンタバランス系を備え、駆動装置が、フロー
チューブをこのカウンタバランス系に対して逆位相で駆
動するものであるから、外筐に振動が生ぜず、安定した
高精度な直管シングルチューブコリオリ流量計が可能と
なる。

【００２７】また、温度変化によるフローチューブへの
軸方向ストレスがなく、温度範囲の拡大、温度変化によ
る安定性の変化が軽減される。

【００２８】また、ロー付け等の製作工数が、内外二重
のチューブを両側で連結体を用いて結合する二重直管型
のように多くならず、簡単に低コストで製造することが
できる。

【００２９】さらに、駆動装置及びセンサへの配線を振
動部上で行う必要がないので、低コストで信頼性を向上
することができ、性能劣化を阻害することがないという
効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す直管シングルチュー
ブコリオリ流量計の縦断面図である。

【図２】図１に示す直管シングルチューブコリオリ流量
計の構成の一部を取り除いて概略的に示す斜視図であ
る。

【図３】逆位相で駆動されるフローチューブが外筐に対
して下死点にあるときを示す図である。

【図４】逆位相で駆動されるフローチューブが外筐に対
して上死点にあるときを示す図である。

【図５】カウンタバランス系の別の例を示す図である。

【図６】カウンタバランス系のさらに別の例を示す図で
ある。

【図７】ストレス吸収手段として拡大開口部を用いた例
を示す図である。

【図８】ストレス吸収手段としてフレキシブルチューブ
を用いた例を示す図である。

【図９】平行カウンタチューブを備えた従来技術の平行
直管型のコリオリ流量計を示す概念図である。

【図１０】同軸カウンタチューブを備えた従来技術の二
重直管型のコリオリ流量計を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 外筐 ２ 接続フランジ ３ 溶接部 ４ フローチューブ ６ 連結ブロック ７ 駆動装置 ８ センサ ９ センサ １０ カウンタチューブ １２ バランスウエイト １３ カウンタバランサ １４ バランスリング １７ フローチューブ支持バネ １８ フローチューブ支持バネ １９ バランサ支持バネ ２１ 拡大開口部 ２２ フレキシブルチューブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定流体が流れる直管状のフローチュー
   ブと、該フローチューブを振動させる駆動装置と、該振
   動によりフローチューブの両側において該フローチュー
   ブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検知する
   ことにより質量流量を測定する一対のセンサと、少なく
   とも前記フローチューブ、前記駆動装置及び前記一対の
   センサを収容する外筐とから成る直管シングルチューブ
   コリオリ流量計において、 前記フローチューブをその両端開口部よりもそれぞれ内
   側の位置において、軸方向に可動の板バネによって前記
   外筐の内壁に支持して、振動支点を構成し、 前記フローチューブの軸方向中央の位置において前記外
   筐に対して支持バネによってのみ支持されたカウンタバ
   ランス系を備え、 前記駆動装置は、前記フローチューブを該カウンタバラ
   ンス系に対して逆位相で駆動する、 ことを特徴とする直管シングルチューブコリオリ流量
   計。
2. 【請求項２】前記カウンタバランス系が、フローチュー
   ブ外側に同心に配置されたリング構成のバランスリング
   から成る請求項１に記載の直管シングルチューブコリオ
   リ流量計。
3. 【請求項３】前記バランスリングの質量と該バランスリ
   ングを支持する支持バネのバネ定数を、流体が満たされ
   たフローチューブの１次固有振動数に略等しくなるよう
   に選び、フローチューブと略同一の固有振動数として振
   動慣性力をキャンセルしたことから成る請求項２に記載
   の直管シングルチューブコリオリ流量計。
4. 【請求項４】前記カウンタバランス系は、質量を微調整
   可能のバランスウエートを備えることから成る請求項１
   〜請求項３のいずれかに記載の直管シングルチューブコ
   リオリ流量計。
5. 【請求項５】前記フローチューブは両端開口部が、前記
   外筐との間の熱膨張による相対変位を吸収する手段を介
   して、前記外筐又はそれに結合された構成に結合されて
   いる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の直管シング
   ルチューブコリオリ流量計。
6. 【請求項６】前記相対変位を吸収する手段は、前記フロ
   ーチューブの入口側と出口側の両側においてその開口部
   を外に拡がる拡大開口部とし、かつこの拡大開口部の端
   部が、前記外筐又はそれに結合された構成に結合されて
   いる請求項５に記載の直管シングルチューブコリオリ流
   量計。