JPH0463325B2 - - Google Patents
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- JPH0463325B2 JPH0463325B2 JP61058431A JP5843186A JPH0463325B2 JP H0463325 B2 JPH0463325 B2 JP H0463325B2 JP 61058431 A JP61058431 A JP 61058431A JP 5843186 A JP5843186 A JP 5843186A JP H0463325 B2 JPH0463325 B2 JP H0463325B2
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- point
- conduits
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
- G01F1/64—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by measuring electrical currents passing through the fluid flow; measuring electrical potential generated by the fluid flow, e.g. by electrochemical, contact or friction effects
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- G—PHYSICS
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
- G01F1/8413—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details means for influencing the flowmeter's motional or vibrational behaviour, e.g., conduit support or fixing means, or conduit attachments
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- G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
- G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
- G01F1/849—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having straight measuring conduits
- G01F1/8495—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having straight measuring conduits with multiple measuring conduits
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Description
【発明の詳細な説明】
（発明の分野及び背景）
本発明は、一般に質量流量計量技術に関し、特
には、各々が流量のおよそ半分を流す離間した２
本の管を使用する、新規且つ有用な質量流量の計
量装置及び方法に関する。これらの管は、管に往
復角回転を付与する為に固定点同志間で揺動せし
められる。
には、各々が流量のおよそ半分を流す離間した２
本の管を使用する、新規且つ有用な質量流量の計
量装置及び方法に関する。これらの管は、管に往
復角回転を付与する為に固定点同志間で揺動せし
められる。
質量流量を直接的に計量する為、流動する流体
の角運動の作用効果を利用する装置が知られてい
る。例えば米国特許第2865201号及び米国特許第
3355944号及び米国特許第3485098号を参照された
い。
の角運動の作用効果を利用する装置が知られてい
る。例えば米国特許第2865201号及び米国特許第
3355944号及び米国特許第3485098号を参照された
い。
米国特許第4109524号には、導管の一部の区分
が長手方向に角回転する様、該区分を往復動する
事によつて、導管を通過する質量流量を計量する
為の装置及び方法が記載されている。該区分に
は、これを往復運動させる為、また該区分に行使
される力にして、該区分を通過する質量流量によ
つて発生する見掛け上の力に基く力を測定する為
のリンク機構が連結される。斯くしてこうした態
様において質量流量の直接計量が得られる。
が長手方向に角回転する様、該区分を往復動する
事によつて、導管を通過する質量流量を計量する
為の装置及び方法が記載されている。該区分に
は、これを往復運動させる為、また該区分に行使
される力にして、該区分を通過する質量流量によ
つて発生する見掛け上の力に基く力を測定する為
のリンク機構が連結される。斯くしてこうした態
様において質量流量の直接計量が得られる。
こうした力を使用しての質量流量の計量方法を
第１図を参照して説明する。第１図はＸ，Ｙ，Ｚ
の座標系でのベクトル配列を示す。
第１図を参照して説明する。第１図はＸ，Ｙ，Ｚ
の座標系でのベクトル配列を示す。
速度ベクトルでもつて流動する質量流量ｍ
に、或る軸を中心とする角速度をもたらす力
Fcが作用する時、力は、ｃ＝2m×とし
て観測される。
に、或る軸を中心とする角速度をもたらす力
Fcが作用する時、力は、ｃ＝2m×とし
て観測される。
第１図に番号１０で示される流体搬送用の管
が、もしｃ−平面内で矢印１２で示される時
計回り方向に回転されると、第１図に示す如き角
速度が生じる。しかし、仮に導管１０を矢印１
２で示される一方向に回転せずに番号１６で示す
ピボツトを中心として前後に揺動させると、角速
度の大きさと方向も又揺動し、従つて力ｃの
大きさと方向は比例的に揺動する。
が、もしｃ−平面内で矢印１２で示される時
計回り方向に回転されると、第１図に示す如き角
速度が生じる。しかし、仮に導管１０を矢印１
２で示される一方向に回転せずに番号１６で示す
ピボツトを中心として前後に揺動させると、角速
度の大きさと方向も又揺動し、従つて力ｃの
大きさと方向は比例的に揺動する。
管に沿つた任意の点、例えば点１４での変位ベ
クトルは、小振幅に対しては軸だけに沿つて存
在するものとして表し得る。従つて、管１０が、
自らのピボツト点１６を中心として正弦振動的な
駆動体によつて極く小さい振幅で揺動せしめられ
る時、ピボツト点１６より遠方の点１４でのその
変位速度及び加速度ベクトルの大きさは、第２図
に示されるグラフによつて表される。軸に沿つ
ての点１４での変位は実線２０によつて示され
る。点１４の速度ｖは２点鎖線２２によつて示さ
れる。ここでの単位はインチ／秒でありこれは
dy／dtを表す。
クトルは、小振幅に対しては軸だけに沿つて存
在するものとして表し得る。従つて、管１０が、
自らのピボツト点１６を中心として正弦振動的な
駆動体によつて極く小さい振幅で揺動せしめられ
る時、ピボツト点１６より遠方の点１４でのその
変位速度及び加速度ベクトルの大きさは、第２図
に示されるグラフによつて表される。軸に沿つ
ての点１４での変位は実線２０によつて示され
る。点１４の速度ｖは２点鎖線２２によつて示さ
れる。ここでの単位はインチ／秒でありこれは
dy／dtを表す。
加速度Ａは実線２６で示され、これは時間に関
する変位の二次微分係数を表す。この単位はイン
チ／秒2でありこれはd2ｙ／dt2を表す。
する変位の二次微分係数を表す。この単位はイン
チ／秒2でありこれはd2ｙ／dt2を表す。
管内を流体が流通すると、質量流量に作用する
力ｃ＝2m×も又発生する。ニユートンの
第３法則によれば、管自体に作用し且つ加速度
Ａ′に関連して大きさの等しい逆方向の力が発生
する。−ｃ及び′は軸に沿つて発生する力で
ある。加速度′の大きさは破線２８によつて示
される。前述した力−ｃの定義から、この力が
導管に加えられる駆動力に基く加速度とは位相が
90°異つて点１４の速度に比例する事が理解され
よう。点１４に作用する合成力は、位相が90°異
るこうした駆動力及び力−ｃの２つを合計した
ものとなる。一点鎖線２４は、駆動力及び力−
Fcの和に比例する加速度及び′の合計値を表
わす。従つて、本来の駆動力の加速度と合成され
た加速度との間の位相差φは、質量流量に直接的
に比例する力−ｃの直接のめやすとなる。
力ｃ＝2m×も又発生する。ニユートンの
第３法則によれば、管自体に作用し且つ加速度
Ａ′に関連して大きさの等しい逆方向の力が発生
する。−ｃ及び′は軸に沿つて発生する力で
ある。加速度′の大きさは破線２８によつて示
される。前述した力−ｃの定義から、この力が
導管に加えられる駆動力に基く加速度とは位相が
90°異つて点１４の速度に比例する事が理解され
よう。点１４に作用する合成力は、位相が90°異
るこうした駆動力及び力−ｃの２つを合計した
ものとなる。一点鎖線２４は、駆動力及び力−
Fcの和に比例する加速度及び′の合計値を表
わす。従つて、本来の駆動力の加速度と合成され
た加速度との間の位相差φは、質量流量に直接的
に比例する力−ｃの直接のめやすとなる。
もし駆動力が正弦曲線的であれば、その変位、
速度及び加速度も同様に正弦曲線的となり、その
位相は夫々90°及び180°相違する。これによつて
位相差φは、それが駆動力に力−ｃを加えた合
成力に対する駆動力の変位、速度或いは加速度関
数のいずれに関して測定されるに拘らず等しいも
のとなる。
速度及び加速度も同様に正弦曲線的となり、その
位相は夫々90°及び180°相違する。これによつて
位相差φは、それが駆動力に力−ｃを加えた合
成力に対する駆動力の変位、速度或いは加速度関
数のいずれに関して測定されるに拘らず等しいも
のとなる。
（発明の概要）
本発明に従えば、平行状態の一対の導管が、両
端を固定支持され横に相並んだ関係で配設され
る。導管の中央で且つそれらの間部分には、導管
を互いに繰り返し引寄せそして遠ざける横方向の
揺動を導管に加える為の駆動手段が設けられる。
こうした揺動は導管の柔軟性及び導管の両端が固
定位置に保持されている事によつて可能とされる
ものである。
端を固定支持され横に相並んだ関係で配設され
る。導管の中央で且つそれらの間部分には、導管
を互いに繰り返し引寄せそして遠ざける横方向の
揺動を導管に加える為の駆動手段が設けられる。
こうした揺動は導管の柔軟性及び導管の両端が固
定位置に保持されている事によつて可能とされる
ものである。
駆動手段の各側で且つ駆動手段と各側の支持体
とのおよそ中間の位置にセンサが設けられる。こ
れらセンサは、センサの位置における導管の速度
に対応する信号を発生する。質量流量を供給する
為の継手及び通路が支持体に配設される。質量流
量は一方の支持体を貫き２本の導管に概略均等に
分流され、次いで再合流され他方の支持体から送
出される。
とのおよそ中間の位置にセンサが設けられる。こ
れらセンサは、センサの位置における導管の速度
に対応する信号を発生する。質量流量を供給する
為の継手及び通路が支持体に配設される。質量流
量は一方の支持体を貫き２本の導管に概略均等に
分流され、次いで再合流され他方の支持体から送
出される。
導管内を流体が流通しない場合、駆動手段の揺
動の振動数は２つのセンサによつて検出される揺
動の振動数と正確に一致し且つ同位相となる。し
かしながら、質量流量が導管を流通する場合、全
てのセンサは、駆動振動数と同一の振動数を検出
し続ける事となり、質量流量の方向に於て上流側
のセンサでの駆動振動数の位相が遅れ、一方下流
側のセンサでの駆動振動数の位相が進む。こうし
た位相の進み及び遅れは、導管を流通する質量流
量のめやすとして直接使用する事が出来る。
動の振動数は２つのセンサによつて検出される揺
動の振動数と正確に一致し且つ同位相となる。し
かしながら、質量流量が導管を流通する場合、全
てのセンサは、駆動振動数と同一の振動数を検出
し続ける事となり、質量流量の方向に於て上流側
のセンサでの駆動振動数の位相が遅れ、一方下流
側のセンサでの駆動振動数の位相が進む。こうし
た位相の進み及び遅れは、導管を流通する質量流
量のめやすとして直接使用する事が出来る。
（発明の目的）
従つて、本発明の目的は、流体の質量流量を計
量する為の装置にして、両端及び長手方向長さ及
び中心点を有する平行状態の一対の導管と、前記
両端を実質的に固定状態に支持する為の支持体
と、導管の両端の中間部分を長手方向を横断する
方向に揺動する為の駆動手段とによつて成立ち、
導管に流体を供給し且つ流体流れを各導管に実質
的に均等に分流する為に継手手段が支持手段に設
けられ、更に中心点から離間し且つ両端部から離
間した位置に少くとも一つの変動量検出センサが
配設されるような装置を提供する事に有る。該変
動量を検出するセンサが変位、速度或いは加速度
のいずれかを検出しうる。検出された運動値と駆
動運動値との位相差が導管を貫流する流体の質量
流量のめやすである。
量する為の装置にして、両端及び長手方向長さ及
び中心点を有する平行状態の一対の導管と、前記
両端を実質的に固定状態に支持する為の支持体
と、導管の両端の中間部分を長手方向を横断する
方向に揺動する為の駆動手段とによつて成立ち、
導管に流体を供給し且つ流体流れを各導管に実質
的に均等に分流する為に継手手段が支持手段に設
けられ、更に中心点から離間し且つ両端部から離
間した位置に少くとも一つの変動量検出センサが
配設されるような装置を提供する事に有る。該変
動量を検出するセンサが変位、速度或いは加速度
のいずれかを検出しうる。検出された運動値と駆
動運動値との位相差が導管を貫流する流体の質量
流量のめやすである。
本発明の他の目的は、導管の中心点に駆動手段
が備えられ且つ中心点の各側に一対のセンサが設
けられ、上流側のセンサで駆動力の位相が遅れ、
そして下流側のセンサで駆動力の位相が進み、こ
うした位相の進み及び遅れが質量流量の測定値の
基礎となる様な装置を提供する事に有る。
が備えられ且つ中心点の各側に一対のセンサが設
けられ、上流側のセンサで駆動力の位相が遅れ、
そして下流側のセンサで駆動力の位相が進み、こ
うした位相の進み及び遅れが質量流量の測定値の
基礎となる様な装置を提供する事に有る。
本発明の他の目的は、簡潔な形状で堅牢且つ製
造コストの安価な質量流量を計量する為の装置を
提供する事に有る。
造コストの安価な質量流量を計量する為の装置を
提供する事に有る。
本発明の他の目的は、揺動する平行状態の導管
の検出された変動と導管の中心点付近に加えられ
た揺動力との間の位相差を利用する、質量流量を
計量する為の方法を提供する事に有る。
の検出された変動と導管の中心点付近に加えられ
た揺動力との間の位相差を利用する、質量流量を
計量する為の方法を提供する事に有る。
（好ましい実施例の説明）
第３図を参照されたい。ここに示す本発明の具
体例は、入口継手３０に供給される質量流量計量
の為の装置より成立つている。入口継手３０は、
一対の導管３６及び３７の端部３４及び３５を固
定する第１の支持体３２に連結される。Ｙ字形通
路３８が、入口継手３０に流入する質量流れを２
つの概略等しい分流へと分割する為の第１の支持
体３２内に画成される。質量流量の半分は導管３
６に供給され、残余の半分は導管３７に配分され
る。
体例は、入口継手３０に供給される質量流量計量
の為の装置より成立つている。入口継手３０は、
一対の導管３６及び３７の端部３４及び３５を固
定する第１の支持体３２に連結される。Ｙ字形通
路３８が、入口継手３０に流入する質量流れを２
つの概略等しい分流へと分割する為の第１の支持
体３２内に画成される。質量流量の半分は導管３
６に供給され、残余の半分は導管３７に配分され
る。
導管３６及び３７は、出口継手４４を担持する
第２の支持体４０に夫々連結された他方の端部４
２及び４３を備えている。Ｙ字形の別の通路４６
が、導管３６及び３７の流量を再合流し出口継手
４４へと送流する為第２の支持体４０内に画成さ
れる。
第２の支持体４０に夫々連結された他方の端部４
２及び４３を備えている。Ｙ字形の別の通路４６
が、導管３６及び３７の流量を再合流し出口継手
４４へと送流する為第２の支持体４０内に画成さ
れる。
駆動機構４８が、導管３６及び３７の間で且つ
それら導管の中央付近に設けられる。駆動機構４
８は、例えば導管３６に固定されたソレノイドコ
イル５４と、ソレノイドコイル５４内を往復動し
且つ導管３７に固定された永久磁石５２とを含ん
でいる。ソレノイドコイル５４に選択された周波
数の電流を付加する事によつて、導管３６及び３
７の上下方向に於て互いに近づきそして離れる揺
動を起こす事が出来る。
それら導管の中央付近に設けられる。駆動機構４
８は、例えば導管３６に固定されたソレノイドコ
イル５４と、ソレノイドコイル５４内を往復動し
且つ導管３７に固定された永久磁石５２とを含ん
でいる。ソレノイドコイル５４に選択された周波
数の電流を付加する事によつて、導管３６及び３
７の上下方向に於て互いに近づきそして離れる揺
動を起こす事が出来る。
第３図の概略模式図である第４図では、導管３
６及び３７は直線で表わされている。導管が相互
に離間する最大の振幅が実線３６ａ及び３７ａで
示される。導管が互いに最も接近する振幅は点線
３６ｃ及び３７ｃで示され、そして静止位置は一
点鎖線３６ｂ及び３７ｂで示される。
６及び３７は直線で表わされている。導管が相互
に離間する最大の振幅が実線３６ａ及び３７ａで
示される。導管が互いに最も接近する振幅は点線
３６ｃ及び３７ｃで示され、そして静止位置は一
点鎖線３６ｂ及び３７ｂで示される。
再び第３図を参照するに、導管３６及び３７に
は、互いに離間し且つ駆動機構４８の各側に位置
づけられた一対のセンサ５６及び５８が設けられ
ている。センサ５６は、夫々導管３７及び３６に
結合されたコイル６６に磁気的に連結された永久
磁石６２を具備している。同様に、センサ５８
は、夫々導管３７及び３６に結合されたコイル７
６内を往復動しうる永久磁石７２を有している。
は、互いに離間し且つ駆動機構４８の各側に位置
づけられた一対のセンサ５６及び５８が設けられ
ている。センサ５６は、夫々導管３７及び３６に
結合されたコイル６６に磁気的に連結された永久
磁石６２を具備している。同様に、センサ５８
は、夫々導管３７及び３６に結合されたコイル７
６内を往復動しうる永久磁石７２を有している。
導管３６及び３７を第４図に示す態様で揺動す
る事により、コイル６６及び７６に正弦電流が誘
起される。これらの信号は、夫々のセンサ位置で
の互いに近づきそして離れ合う導管の速度に比例
する。
る事により、コイル６６及び７６に正弦電流が誘
起される。これらの信号は、夫々のセンサ位置で
の互いに近づきそして離れ合う導管の速度に比例
する。
導管３６及び３７内も流体が流通しない時は、
導管３６及び３７の中心点に駆動機構４８によつ
て加えられた揺動は、センサ５６及び５８に於て
互いに同相で且つ駆動機構４８の速度と同相の信
号を発生する。
導管３６及び３７の中心点に駆動機構４８によつ
て加えられた揺動は、センサ５６及び５８に於て
互いに同相で且つ駆動機構４８の速度と同相の信
号を発生する。
しかし、導管３６及び３７を流体が流通する時
は、センサ５６及び５８の間に位相差が生じる。
は、センサ５６及び５８の間に位相差が生じる。
センサ５６は、駆動機構４８の速度から遅れた
速度信号を発生し、センサ５８は駆動機構４８の
速度信号よる進んだ速度信号を発生する。
速度信号を発生し、センサ５８は駆動機構４８の
速度信号よる進んだ速度信号を発生する。
第３図に番号８０で概略示される装置が、夫々
の速度信号の遅進を計測する為に、センサ５６及
び５８のみならず駆動機構４８或いは少くともそ
の電源に結合される。駆動機構の速度に関する位
相の遅進は、導管３６及び３７を貫流する質量流
量に直接関連している。
の速度信号の遅進を計測する為に、センサ５６及
び５８のみならず駆動機構４８或いは少くともそ
の電源に結合される。駆動機構の速度に関する位
相の遅進は、導管３６及び３７を貫流する質量流
量に直接関連している。
第５図は導管の一方の概略図である。センサの
一つの位置が点“０”で示される。この位置は、
導管の為の最も近い支持体からの距離がｒの地点
である。
一つの位置が点“０”で示される。この位置は、
導管の為の最も近い支持体からの距離がｒの地点
である。
この点“０”では、導管の上方への最大振幅は
＋Ａであり、また下方への最大振幅は−Ａであ
る。
＋Ａであり、また下方への最大振幅は−Ａであ
る。
以下に述べる解析に於ては点“０”からの変位
は記号ｙで示される。
は記号ｙで示される。
流体の流通する導管が最大振幅Ａと単純調和状
態に共振して揺動せしめられる間の、導管の任意
の点に対する静止位置からの変位ｙは、以下の様
に与えられる。
態に共振して揺動せしめられる間の、導管の任意
の点に対する静止位置からの変位ｙは、以下の様
に与えられる。
ｙ＝Ａ sin wt ……(1)
ここで、
ｙ＝静止位置からの変位
Ａ＝最大振幅
ｗ＝2πf
ｆ＝共振振動数
ｔ＝時間（ｔは揺動開始時点ではθである。）
を表わす。
導管は両端を固定され、その長手方向軸の横断
方向だけに可動であることから、変位ｙは上下方
向に生ずる。従つて点“０”での上下方向への速
度は、 ｖ＝dy／dt＝wA cos wt ……(2) で表わされ、そして加速度は、 ａ＝dv／dt＝dU2ｙ／dtU2＝−wU2Ａ sin wt ……(3) で表わされる。
方向だけに可動であることから、変位ｙは上下方
向に生ずる。従つて点“０”での上下方向への速
度は、 ｖ＝dy／dt＝wA cos wt ……(2) で表わされ、そして加速度は、 ａ＝dv／dt＝dU2ｙ／dtU2＝−wU2Ａ sin wt ……(3) で表わされる。
点“０”に作用する力−c（ベクトル）は、
誘起される揺動と同様に、以下の等式に従つて上
下動する。
誘起される揺動と同様に、以下の等式に従つて上
下動する。
−c＝−2mc×c ……(4)
ここで、−c＝流動する流体上の角度効果から
生じる見掛け上の力。
生じる見掛け上の力。
mc＝点“０”を流通する流体質量
c＝点“０”の角速度＝｜／ｒ｜即ち（
＝×） c＝点“０”を流通する流体の速度 を表わす。
＝×） c＝点“０”を流通する流体の速度 を表わす。
点“０”での導管のバネ定数をｋとすれば、誘
起される揺動力の振幅は、 ｜｜＝−ky＝−kA sin wt ……(5) と表わされる。
起される揺動力の振幅は、 ｜｜＝−ky＝−kA sin wt ……(5) と表わされる。
２つの力は同一方向に於て作用する事から、そ
れらの大きさは、 Ｆ−Fc＝｜｜＋｜−c｜ ＝（−2mcvcｖ／ｒ）＋（−kA sin wt）
……(6) として直接的に合計される。
れらの大きさは、 Ｆ−Fc＝｜｜＋｜−c｜ ＝（−2mcvcｖ／ｒ）＋（−kA sin wt）
……(6) として直接的に合計される。
ｖ＝wA cos wtから、
Ｆ−Fc＝（−2mcvc／ｒ）wA cos wt
−kA sin wt ……(7)
となる。
mc、ｒ、vc、wU2そしてＡは全て一定の質量流
量に対する定数であるから、B1＝−2wAmcvc／ｒ、 B2＝−kAとすれば、 Ｆ−Fc＝B1cos wt＋B2sin wt ……(8) となる。
量に対する定数であるから、B1＝−2wAmcvc／ｒ、 B2＝−kAとすれば、 Ｆ−Fc＝B1cos wt＋B2sin wt ……(8) となる。
式(8)に示されたB1 cos wt＋B2sin wtの合計
値は、 γ＝（BU21＋BU22）、β＝tanU-1（B1／BU2）とすれ ば、 B1cos wt＋B2sin wt ＝γ sin（wt＋β） ……(9) となる。
値は、 γ＝（BU21＋BU22）、β＝tanU-1（B1／BU2）とすれ ば、 B1cos wt＋B2sin wt ＝γ sin（wt＋β） ……(9) となる。
式(9)は、点“０”での合成力が、駆動用の２つ
の共振振幅B1cos wt及びB2sin wtと同一である
が、位相差がβである事を数学的に表わしてい
る。
の共振振幅B1cos wt及びB2sin wtと同一である
が、位相差がβである事を数学的に表わしてい
る。
ここで、
β＝tanU-1（B1／B2）＝tanU-1
（−2wAmcVc／−kAr） ……(10)
或いは
β＝tanU-1（2wmcvc／kr） ……(11)
である。
ｗ＝2πfであり、ｆは導管の自然共振振動数に
於て一定値とされた揺動の振動数であり、そして
ｒは固定距離、ｋは定数であるから、α＝kr／4πfと すれば、 β＝tanU-1（mcvc／α） ……(12) となり、従つて、mcvc＝質量流量とすると、 mcvc＝α tan（β） ……(13) となる。
於て一定値とされた揺動の振動数であり、そして
ｒは固定距離、ｋは定数であるから、α＝kr／4πfと すれば、 β＝tanU-1（mcvc／α） ……(12) となり、従つて、mcvc＝質量流量とすると、 mcvc＝α tan（β） ……(13) となる。
従つて、点“０”に作用する力は、駆動力と同
様に正弦曲線状であり、同じ振動数であり、位相
がβ相違するだけである。変位、速度或いは加速
度の関数（これらの任意の尚次の導関数も同様
に）の位相も又、相当する駆動力に対し同じ大き
さ、即ちｎを整数とすれば、 β±nU〓／２ ……(14) だけ相違する。
様に正弦曲線状であり、同じ振動数であり、位相
がβ相違するだけである。変位、速度或いは加速
度の関数（これらの任意の尚次の導関数も同様
に）の位相も又、相当する駆動力に対し同じ大き
さ、即ちｎを整数とすれば、 β±nU〓／２ ……(14) だけ相違する。
僅かな位相差に対しては、式(12)は、
β＝tanU-1（mcvc／α）mcvc／α
＝mcvc（4πf／−kr） ……(15)
とする。
振動数に依存因子ｆを消去する為に、第６図の
時間グラフの関数としての振幅で表わされた位相
がφ異なるだけの２つの信号を検討する必要が有
る。
時間グラフの関数としての振幅で表わされた位相
がφ異なるだけの２つの信号を検討する必要が有
る。
それらの振動数は等しく、またその周期は、
Ｔ＝１／ｆ ……(16)
ここでＴ＝周期＝２（t1＋t2） ……(17)
である。そして関連する位相角βは、
β＝πt1／（t1＋t2）＝2πt1ｆ ……(18)
として定義される。
式（18）を式（15）に代入すれば、
β＝mcvc（4πf／kr）＝2πt1ｆ ……(19)
となる。従つて、
mcvc＝質量流量＝（kr／２）t1 ……(20)
なる。
式（20）では振動数に従属する値が消去され、
既知のバネ定数、長さｒ及び時間差t1だけが要求
される。時間差t1は、オシロスコープ及び標準的
な実験器具を使用して測定可能である。
既知のバネ定数、長さｒ及び時間差t1だけが要求
される。時間差t1は、オシロスコープ及び標準的
な実験器具を使用して測定可能である。
任意の設定状況に於て、ｋ及びｒは定数であ
り、従つて時間差t1の度合は質量流量に直接的に
比例する。時間差t1が、第６図に示す様に信号波
形を横切る任意の直線に沿つて測定可能であり、
座標の原点には限定されない事が明らかである。
時間差t1は、利得、即ち直流の残留偏差に拘らず
２つの信号の任意の一周期の間の、等しい一次及
び二次微分係数を使用して任意の２時点間に於て
求める事が出来る。
り、従つて時間差t1の度合は質量流量に直接的に
比例する。時間差t1が、第６図に示す様に信号波
形を横切る任意の直線に沿つて測定可能であり、
座標の原点には限定されない事が明らかである。
時間差t1は、利得、即ち直流の残留偏差に拘らず
２つの信号の任意の一周期の間の、等しい一次及
び二次微分係数を使用して任意の２時点間に於て
求める事が出来る。
この実施例に於ては、第３図の平行状態の導管
の一方側の点“ａ”に於て上記測定が為される。
質量流量は、誘起された信号の点“ｕ”及び質量
流量が起こした信号の点“ａ”間の時間差t1を計
測する事によつて直接的に計量する事が出来る。
第３図の実施例に於ては、信号は点“ａ”では点
“ｕ”より遅れる。同様に、点“ｂ”では点“ｘ”
より遅れ、点“ｃ”では点“ｕ”より進み、そし
て点“ｄ”では点“ｘ”より進む。（位相角振幅
はこれら全ての点に於て等しく、進む点では正
数、遅れる点では負数となる。）斯くして、信号
の遅れる点“ａ”及び点“ｂ”と、信号の進む点
“ｃ”及び点“ｄ”との間の全位相差φは、双方
の導管の２倍の重量平均としての全質量流量をサ
ンプリングする信号を提供する。従つて、位相角
の進み及び遅れの和は相殺され、圧力、密度或い
は温度の変化に拘らず、導管をそれらの自然共振
振動数に維持するに要する共振振動数データが提
供される。
の一方側の点“ａ”に於て上記測定が為される。
質量流量は、誘起された信号の点“ｕ”及び質量
流量が起こした信号の点“ａ”間の時間差t1を計
測する事によつて直接的に計量する事が出来る。
第３図の実施例に於ては、信号は点“ａ”では点
“ｕ”より遅れる。同様に、点“ｂ”では点“ｘ”
より遅れ、点“ｃ”では点“ｕ”より進み、そし
て点“ｄ”では点“ｘ”より進む。（位相角振幅
はこれら全ての点に於て等しく、進む点では正
数、遅れる点では負数となる。）斯くして、信号
の遅れる点“ａ”及び点“ｂ”と、信号の進む点
“ｃ”及び点“ｄ”との間の全位相差φは、双方
の導管の２倍の重量平均としての全質量流量をサ
ンプリングする信号を提供する。従つて、位相角
の進み及び遅れの和は相殺され、圧力、密度或い
は温度の変化に拘らず、導管をそれらの自然共振
振動数に維持するに要する共振振動数データが提
供される。
第３図に示される平行状態の導管構成に於て
は、駆動機構４８の両半分及び両センサ６６，７
６を導管３６及び３７に直接取付け、共通モード
の振動ノイズを減少せしめ能率を改善する事も出
来る。（点“ａ”、“ｂ”、“ｃ”及び“ｄ”でのば
ね上重量は等しく、また点“ｕ”及び“ｘ”での
ばね上重量も等しい。） 第３図の平行導管の利点を以下に述べると；２
つの等しい振動数信号の任意の一周期間の等しい
一次及び二次微分係数を使用しての２点間の時間
差の測定値に比例する質量流量の直接計量である
事、簡単且つ堅牢な構造である事、組立てが簡単
な事、全体に小型な事、組込みが簡単な事、流体
密度に無関係な事、温度との係りが僅かな事、大
きさの変更が簡単な事、流体の粘度に無関係な
事、そして液体、気体及びスラリに適用可能な
事、である。
は、駆動機構４８の両半分及び両センサ６６，７
６を導管３６及び３７に直接取付け、共通モード
の振動ノイズを減少せしめ能率を改善する事も出
来る。（点“ａ”、“ｂ”、“ｃ”及び“ｄ”でのば
ね上重量は等しく、また点“ｕ”及び“ｘ”での
ばね上重量も等しい。） 第３図の平行導管の利点を以下に述べると；２
つの等しい振動数信号の任意の一周期間の等しい
一次及び二次微分係数を使用しての２点間の時間
差の測定値に比例する質量流量の直接計量である
事、簡単且つ堅牢な構造である事、組立てが簡単
な事、全体に小型な事、組込みが簡単な事、流体
密度に無関係な事、温度との係りが僅かな事、大
きさの変更が簡単な事、流体の粘度に無関係な
事、そして液体、気体及びスラリに適用可能な
事、である。
別態様に於ては、第３図に番号８０で示される
位相測定装置が配設される。一例としてはヒユー
レツトパツカードモデル3575Aがある。駆動位置
から導管の中心付近の且つ中心から離間した検出
点にかけての位相差が質量流量の計量に利用され
得る。駆動機構の両側にセンサを配設する事で精
度が向上する。
位相測定装置が配設される。一例としてはヒユー
レツトパツカードモデル3575Aがある。駆動位置
から導管の中心付近の且つ中心から離間した検出
点にかけての位相差が質量流量の計量に利用され
得る。駆動機構の両側にセンサを配設する事で精
度が向上する。
以上、本発明を実施例に基づき説明したが、本
発明の内で多くの変更を為し得る事を銘記された
い。
発明の内で多くの変更を為し得る事を銘記された
い。
第１図は、力cの発生を例示する、質量流量
を担持する為の導管が回転可能な座標系の概略図
である。第２図は、第１図の導管が或る点に於て
受ける変動及び力の種々の特性を示すグラフであ
る。第３図は、本発明の一実施例の断面図であ
る。第４図は、本発明の導管の受ける変動の概念
図である。第５図は、揺動する導管の最大振幅を
示す概略図である。第６図は、振動数は等しいが
時間差t1に於て位相の相違する２つの正弦曲線を
示すグラフである。 図中主な部分の名称は以下の通りである。３０
……入口継手、３２……第１の支持体、３６，３
７……導管、４０……第２の支持体、４４……出
口継手、４８……駆動手段、５６……第１のセン
サ、５８……第２のセンサ。
を担持する為の導管が回転可能な座標系の概略図
である。第２図は、第１図の導管が或る点に於て
受ける変動及び力の種々の特性を示すグラフであ
る。第３図は、本発明の一実施例の断面図であ
る。第４図は、本発明の導管の受ける変動の概念
図である。第５図は、揺動する導管の最大振幅を
示す概略図である。第６図は、振動数は等しいが
時間差t1に於て位相の相違する２つの正弦曲線を
示すグラフである。 図中主な部分の名称は以下の通りである。３０
……入口継手、３２……第１の支持体、３６，３
７……導管、４０……第２の支持体、４４……出
口継手、４８……駆動手段、５６……第１のセン
サ、５８……第２のセンサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 流体流れの質量流量を計量する為の装置であ
つて、 各々両端並びに長手方向長さ及び前記両端間の
中心点とを有し各々導管が流体流れの概略半分を
受容する一対の平行状態の導管と、 前記両端を実質的に固定位置に於て保持する為
の、前記導管に連結された支持手段と、 前記一対の平行状態の導管に質量流量を計量す
るべき流体を供給する為に前記支持手段に連結さ
れた継手手段と、 前記導管をそれら各々の長手方向を横断する方
向に於て実質的にそれらの中心点を選択された振
動数で揺動する為の、前記導管に関連する駆動手
段と、 前記導管の振動を、各々の中心点及び両端から
離間した第１の検出点に於て検出する為の少くと
も一つの第１のセンサと、 導管の振動を、各々の中心点から離間し且つ
各々の中心点の一方側の第１の検出点とは反対側
の第２の検出点に於て検出する為の第２のセンサ
とを具備し、 前記第１の検出点が流体流れの方向に関して
各々の中心点の上流側に有り、前記第２の検出点
が前記流体流れの方向に関し前記各々の中心点の
下流側にあり、前記第１の検出点での変動の位相
が選択された振動数より遅れ、前記第２の検出点
での変動の位相が選択された振動数より進み、該
位相の遅進が流体流れの質量流量に一致する前記
流体流れの質量流量を計量する為の装置。 ２ 駆動手段は、一対の導管の一方の中心点に結
合されたソレノイドコイルと、前記一対の導管の
他方の中心点に結合され且つ前記ソレノイドコイ
ル内での可動の永久磁石と、前記導管を揺動する
為、前記ソレノイドコイルに選択された振動数の
電流を付加する為の、前記ソレノイドコイルに結
合された電流手段とによつて成立つ特許請求の範
囲第１項記載の装置。 ３ 第１のセンサが、一対の導管の一方の前記第
１の検出点に結合された第１の検出用コイルと、
前記一対の導管の他方に結合された第１のセンサ
永久磁石とを具備し、第２のセンサが、一対の導
管の一方の前記第２の検出点に結合された第２の
検出用コイルと、前記一対の導管の他方に結合さ
れた第２の永久磁石とを具備して成る特許請求の
範囲第２項記載の装置。 ４ 各々の導管の第１及び第２の検出用コイルと
ソレノイドコイルとに結合された位相測定手段に
して、第１及び第２の検出点での振動の、選択さ
れた振動数に対する位相の遅進を測定する為の手
段を備えて成る特許請求の範囲第３項記載の装
置。 ５ 支持手段が、流体流れを受容する為の入口継
手を具備する第１の支持体と、各導管に流体分流
する為の、前記入口継手と各導管の第１の端部と
の間に結合された前記第１の支持体内のＹ字形通
路とを有して成る特許請求の範囲第４項記載の装
置。 ６ 支持手段は、導管からの流体流れを受容する
為の出口継手を有する第２の支持体と、導管の第
２の端部と前記出口継手との間に結合された前記
第２の支持体内に画成された別のＹ字形通路とを
有して成る特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 検出点で検出された変動と、導管を実質的に
夫々の中心点に於て揺動する為の選択された振動
数との間の位相差にして、流体流れの質量流量の
計量値に一致する位相差を測定する為の検出手段
を含んで成る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８ 流体流れの質量流量を計量する為の方法であ
つて、 一対の平行状態の導管の中心点を、導管の両端
を実質的に固定しつつ選択された振動数に於て導
管を横断方向に揺動する段階と、 質量流量を計量するべき流体流れの約半分を
各々の導管に流通させる段階と、 各々の導管の変動を、導管の中心点及び導管の
両端から離間した第１の検出位置に於て検出する
段階と、 前記中心点での揺動の選択された振動数と前記
第１の検出位置に於て測定された変動との間の位
相差を測定する段階と、 導管の中心点から離間し且つ該中心点の、第１
の検出位置とは反対側の第２の検出位置にして、
導管の両端からも又離間した第２の検出位置に於
て導管の変動を検出する段階と、 前記第２の検出位置での変動と前記中心点での
揺動の選択された振動数との間の位相差を測定す
る段階とを含み、 前記中心点での揺動の選択された振動数と前記
第１の検出位置に於て測定された変動との間の位
相差の測定値が流体流れの質量流量に一致し、 前記第２の検出位置での変動と前記中心点での
揺動の選択された振動数との間の位相差が流体流
れの質量流量にもまた一致する事を特徴とする前
記流体流れの質量流量を計量する為の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US715692 | 1985-03-25 | ||
| US06/715,692 US4622858A (en) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | Apparatus and method for continuously measuring mass flow |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61223616A JPS61223616A (ja) | 1986-10-04 |
| JPH0463325B2 true JPH0463325B2 (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=24875101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61058431A Granted JPS61223616A (ja) | 1985-03-25 | 1986-03-18 | 質量流量の連続的計量の為の装置及び方法 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4622858A (ja) |
| EP (1) | EP0196150B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61223616A (ja) |
| KR (1) | KR900006408B1 (ja) |
| AU (1) | AU585326B2 (ja) |
| BR (1) | BR8600669A (ja) |
| CA (1) | CA1266189A (ja) |
| DE (1) | DE3675412D1 (ja) |
| ES (1) | ES8800426A1 (ja) |
| HK (1) | HK9991A (ja) |
| IN (1) | IN164947B (ja) |
| MX (1) | MX163398B (ja) |
Families Citing this family (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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