JPH04276520A - 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】

【０００１】本発明は、測定管内に障害物がなく、圧損
が小さく、耐振性の良好な流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の微小サイズ用流量計としては、容
積式、面積式等がある。これらは、内部に歯車又は浮子
の様な、流れを遮る物がある為、圧損が大きい、内部の
部品が摩耗するなどの欠点を持っている。一方、電磁流
量計やコリオリ流量計は、流れを遮る物はないが、それ
ぞれ導電性流体しか測定出来ない、振動に弱いといった
欠点がある。

【０００３】第１４図は従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、コリオリ質量流量計に使用せる
例で、例えば、米国特許４，４９１，０２５号、発明の
名称「ＰＡＲＡＬＬＥＬ　ＰＡＴＨ　ＣＯＲＩＯＬＩＳ
　ＭＡＳＳ　ＦＬＯＷ　ＲＡＴＥ　ＭＥＴＥＲ　」１９
８２年１１月３日出願、１９８５年１月１日特許に示さ
れている。図において、１は配管Ａに、両端が取付けら
れたＵ字形の測定管である。２は管路Ａへの測定管１の
取付けフランジである。３はＵ字形をなす測定管１の先
端に設けられた振動子である。４，５は測定管１の両側
にそれぞれ設けられた変位検出センサである。

【０００４】以上の構成において、測定管１に測定流体
が流され、振動子３が駆動される。振動子３の振動方向
の角速度『ω』、測定流体の流速『Ｖ』（以下『』で囲
まれた記号はベクトル量を表す。）とすると、Ｆｃ＝―
２ｍ『ω』×『Ｖ』 のコリオリ力が働く、コリオリ力に比例した振動の振幅
を測定すれば、質量流量が測定出来る。しかし、一般に
は、コリオリ力に比例した振動の振幅は、加振による振
動の振幅より極めて小さく、コリオリ力に比例した振動
の振幅を直接検出することが出来ない。

【０００５】今、図１５のＺ視の方向から見ると、振動
子３の加振により、振動方向をα、βに別けて考えると
、流速『Ｖ』の向きによって、図１５（Ａ）、（Ｂ）に
示す如く、コリオリ力の方向が異なるので、逆相となり
、測定管１が捩れながら振動する。これを変位検出セン
サ４，５、例えば磁気センサで変位を検出し、変位検出
センサ４，５の変位の位相差が、（コリオリ力に比例し
た振動の振幅）／（加振による振動の振幅）に比例する
ので質量流量を求める事ができる。位相差は波形がゼロ
をクロスする時間の差Δｔとして測定出来るので、結果
としてコリオリ力が測定出来る。

【０００６】図１６は従来より一般に使用されている他
の従来例の構成説明図である。本従来例では、更に、ノ
イズを低減し、信号を大きくとるために、測定管１を、
２管式にし、ノイズを打消すようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、振動の大きさを測定しているので、
外部振動ノイズに対して弱い欠点を有する。本発明は、
この問題点を解決するものである。本発明の目的は、測
定管内に障害物がなく、圧損が小さく、耐振性の良好な
流量計を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、測定流体が内部を流れ少なくとも一端が
固定された測定管と、該測定管の固有振動数で測定管の
一部が湾曲したまま該測定管の基本軸を中心に円を描い
て回動するように駆動する円運動駆動装置と、前記測定
管の回動による固有振動数を検出する変位測定装置と、
該変位測定装置が検出した固有振動数から測定流体の流
速を演算する演算回路とを具備したことを特徴とする流
量計を構成したものである。

【０００９】

【作用】以上の構成において、測定管に測定流体が流れ
ない状態では、円運動駆動装置を駆動する事により、測
定管の固有振動数で、測定管の一部が湾曲したまま、測
定管の基本軸を中心に円を描いて回動する。測定管に測
定流体が流れている状態では、測定管と測定流体との固
有振動数で測定管の一部が湾曲したまま、測定管の基本
軸を中心に、円を描いて回動する。変位測定装置で、測
定管の回動による固有振動数を検出する。演算回路で、
変位測定装置が検出した固有振動数から、測定流体の流
速を演算する。以下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の要部構成説明図
、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。１１は、測定流
体が内部を流れ、両端が、ケ―ス１２に固定された測定
管である。１３は、測定管１１の固有振動数で、測定管
１１の一部が湾曲したまま、測定管１１の基本軸１４を
中心に、円を描いて回動するように、駆動する円運動駆
動装置である。ここで、測定管１１の基本軸１４とは、
測定管１１が湾曲し無い状態での中心軸を言うとする。 １５は、測定管１１の回動による固有振動数を検出する
変位測定装置である。１６は、変位測定装置１５が検出
した固有振動数から、測定流体の流速を演算する演算回
路である。演算回路１６については後述する。

【００１１】図３に図１の電気回路のブロック図を示す
。１３は駆動装置、１５は変位測定装置である。変位測
定装置１５は、測定管１１の変位に比例した電圧を出力
する。１６は、周波数測定回路で、変位測定装置１５の
周期的な変化を周波数に変換する。１７は、スイッチで
あり、ゼロ点を記録する場合にオンとなり、常時はオフ
である。１８は、メモリ―で、スイッチ１７がオンの状
態での周波数を記録する。１９は、メモリ―１８の出力
と周波数測定回路１６の出力から流量を測定する演算回
路である。２１は、円運動駆動装置１３に電流を供給す
る駆動回路である。

【００１２】以上の構成において、 （１）測定管１１に測定流体が流れない状態では、円運
動駆動装置１３を駆動する事により、測定管１１の固有
振動数で、測定管１１の一部が湾曲したまま、測定管１
１の基本軸１４を中心に円を描いて回動する。すなわち
、図４に示す如く、円運動駆動装置１３は、測定管１１
を半径方向に外側に力Ｆで引付ける。而して、力ＦはＦ
１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４と測定管１の回りを順次移動して
回転して行く。結局、力Ｆは測定管１を引付けながら、
測定管１のまわりを回転している。而して、測定管１は
測定管１の固有振動数で回転している。図５に示す如く
、この固有振動数で回転しているとき、測定管１の撓み
剛性Ｂと遠心力Ｃが釣合った状態である。測定管１の両
端は、固定されているので、図６の様な回転をしている
ことになる。

【００１３】（２）測定管１に測定流体が流れている状
態では、図７に示す如く、測定流体による遠心力Ｄが加
わり、全体としての遠心力が変化する。このとき、測定
管１は撓み剛性と釣合うように固有振動数が変化する。 結局、測定管１と測定流体との固有振動数で測定管の一
部が湾曲したまま、測定管の基本軸を中心に、円を描い
て回動する。而して、変位測定装置１５で、測定管１の
回動による固有振動数を検出する。演算回路１５で、変
位測定装置１５が検出した固有振動数から測定流体の流
速を演算する。

【００１４】図８に原理図を示す。この場合の等価的な
運動方程式は、 　　　　Ｍｏ　ｒω　２＝ｒｋ―Ｍ１　（ｖ　２／Ｒ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（１）ここで、 Ｍｏ　ｒω　２：Ｅ方向に回転する事により生じる遠心
力ｒｋ：ばねによる復元力 Ｍ１　（ｖ　２／Ｒ）：Ｆ方向に流体が流れる事により
生じる遠心力 Ｍｏ　：測定管１と測定流体の質量 ｒ：撓み部分の回転の半径 ω：角速度 ｋ：定数 Ｍ１　：測定流体の質量 ｖ：測定流体の流速 Ｒ：撓み部分の曲率半径

【００１５】（１）式より、 　　　　ω　２＝（ｋ／Ｍｏ　）―（Ｍ１　／（Ｍｏ　
ｒ））（ｖ　２／Ｒ）　　　　　　　　　　　　（２）
　　　　　　　　＝（ｋ／Ｍｏ　）（１―（Ｍ１　／ｋ
）（ｖ　２／（ｒＲ）））（２）式でＲは１／ｒに比例
するとすれば、Ｒｒ＝ｃｏｎｓｔ　であるから、ｅ＝１
／Ｒｒとおけば、　　　　ω　２＝ω　０　２（１―（
Ｍ１　／ｋ）ｅｖ　２）　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（３）（３）式でＭ１　は密
度に比例し、ｖは測定流体の流速であるから、ωを測定
する事により、（３）式の関係より、測定管１中を流れ
る流速ｖ又はρｖ　２を求める事が出来る。ここで、ρ
は密度を表わす。

【００１６】この結果、 （１）測定流体の流量により、測定管１の固有振動数が
変化するので、この固有振動数を測定する事により、測
定流体の流量測定が容易に出来る。 （２）測定値が固有振動数なので、外乱振動に強い、す
なわち、耐ノイズ特性が良好な流量計が得られる。

【００１７】図９は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、測定管１の一端側に、
ベロ―ズ２１が設けられたもので、測定管１の一端は自
由端として振動する。図１０は本発明の他の実施例の要
部構成説明図である。本実施例においては、測定管１と
して曲り管が使用され、両端固定として構成された例で
ある。

【００１８】図１１は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。本実施例においては、測定管１として曲り
管が使用され、測定管１の中央が固定され、両端が自由
端として構成された例である。図１２は本発明の他の実
施例の要部構成説明図である。本実施例においては、測
定管１として平行管が使用され、両端固定として構成さ
れた例である。図１３は本発明の他の実施例の要部構成
説明図である。本実施例においては、測定管１として平
行管が使用され、測定管１の片側が、自由端として構成
された例である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、測定流
体が内部を流れ少なくとも一端が固定された測定管と、
該測定管の固有振動数で測定管の一部が湾曲したまま該
測定管の基本軸を中心に円を描いて回動するように駆動
する円運動駆動装置と、前記測定管の回動による固有振
動数を検出する変位測定装置と、該変位測定装置が検出
した固有振動数から測定流体の流速を演算する演算回路
とを具備したことを特徴とする流量計を構成した。

【００２０】この結果、 （１）測定流体の流量により、測定管の固有振動数が変
化するので、この固有振動数を測定する事により、測定
流体の流量測定が容易に出来る。 （２）測定値が固有振動数なので、外乱振動に強い、す
なわち、耐ノイズ特性が良好な流量計が得られる。

【００２１】従って、本発明によれば、測定管内に障害
物がなく、圧損が小さく、耐振性の良好な流量計を実現
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１の電気回路ブロック図である。

【図４】図１の動作説明図である。

【図５】図１の動作説明図である。

【図６】図１の動作説明図である。

【図７】図１の動作説明図である。

【図８】図１の動作原理説明図である。

【図９】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図１０】本発明の他の実施例の要部構成説明図である
。

【図１１】本発明の他の実施例の要部構成説明図である
。

【図１２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である
。

【図１３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である
。

【図１４】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

【図１５】図１４の動作説明図である。

【図１６】従来より一般に使用されている他の従来例の
構成説明図である。

【符号の説明】

１１…測定管 １２…ケ―ス １３…円運動駆動装置 １４…基本軸 １５…変位測定装置 １６…周波数測定回路 １７…スイッチ １８…メモリ １９…演算回路 ２１…駆動回路 ２２…ベロ―ズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定流体が内部を流れ少なくとも一端が固
   定された測定管と、該測定管の固有振動数で測定管の一
   部が湾曲したまま該測定管の基本軸を中心に円を描いて
   回動するように駆動する円運動駆動装置と、前記測定管
   の回動による固有振動数を検出する変位測定装置と、該
   変位測定装置が検出した固有振動数から測定流体の流速
   を演算する演算回路とを具備したことを特徴とする流量
   計。