JPH06281485A

JPH06281485A - 振動式測定装置

Info

Publication number: JPH06281485A
Application number: JP7037493A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hasegawa; 広明長谷川; Makoto Nishimura; 誠西村
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は被測流体が流れるセンサチューブか
ら収納ケースへの漏れを判別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】振動式測定装置１は、被測流体が通過するセ
ンサチューブ２，３と、センサチューブ２，３を加振す
る加振器５，６と、加振器５，６の駆動コイルに接続さ
れた制御装置１４とよりなる。制御装置１４はセンサユ
ニット１７と接続された本質安全防爆バリア回路１８
と、励振・時間差検出回路１９と、ヤング率・Ｖ／Ｆ変
換回路２０と、出力回路２１と、電源回路２２と、減衰
率検出回路２３と、判別回路２４と、制御回路２５とよ
りなる。又、減衰率検出回路２３は、全波整流回路４０
と、ローパスフィルタ４１と、第１コンパレータ４２、
第２コンパレータ４３と、時間差検出回路４４と、減衰
率演算回路４５とよりなる。

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、
特に被測流体が流れるセンサチューブからの漏れを検出
するよう構成した振動式測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測流体の質量流量を直接計測する振動
式測定装置の一つとして振動するセンサチューブ内に流
体を流したときに生ずるコリオリの力を利用して質量流
量を計測する質量流量計がある。

【０００３】この種の質量流量計においては、一対のセ
ンサチューブに流体を流し、加振器（駆動コイル）の駆
動力により一対のセンサチューブを互いに近接、離間す
る方向に振動させる構成とされている。コリオリの力は
センサチューブの振動方向に働き、かつ入口側と出口側
とで逆向きであるのでセンサチューブに捩れが生じ、こ
の捩れ角が質量流量に比例する。従って、一対のセンサ
チューブの入口側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を
検出するピックアップ（振動センサ）を設け、両センサ
の出力検出信号の時間差を計測して上記センサチューブ
の捩れ、つまり質量流量を計測している。

【０００４】又、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、ピックアップ及び加振器等が箱状
の収納ケース内に収納されており、これらの流量計測部
分を保護する構成となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記質量流量計ではセ
ンサチューブを共振状態に振動させているので、長期間
使用するとセンサチューブのつけ根部分あるいは溶接部
分に応力が作用してセンサチューブにひび割れあるいは
ピンホールが生ずるおそれがある。その場合、センサチ
ューブ内の流体が収納ケース内に流出するとともに、収
納ケース内に流体が溜まりセンサチューブの振動が安定
しなくなる。特に自動車の燃料として使用されるＣＮＧ
（Compressed Naturel Gas）等の圧縮性天然ガスを給送
する系路に上記質量流量計を設けて流量を計測する場
合、センサチューブのひび割れあるいはピンホールから
高圧ガスが収納ケース内に噴出し、収納ケース内が昇圧
することになる。そのため、センサチューブが収納ケー
ス内に流出した高圧ガスの抵抗を受けて固有振動数が変
化してしまい、コリオリ力を正確に測定することができ
なくなる。

【０００６】ところが、センサチューブは収納ケース内
に収納されているので外観から確認することができない
ため、従来は収納ケースに圧力センサを設けて流体の漏
れを監視していた。しかしながら、圧力センサ等の検出
器が必要になり、構成の複雑化を招くばかりか、組立工
程の手間が増え製造コストが高価になっていた。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決した振動
式測定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
被測流体が通過するセンサチューブと、該センサチュー
ブを収納するよう密閉された収納ケースと、前記センサ
チューブに設けられた駆動コイル、磁石間の電磁力によ
り前記センサチューブを加振する加振器と、前記センサ
チューブの振動部分に設けられ、前記センサチューブの
振動による変位を検出する振動センサと、流量ゼロのと
き前記振動センサからの検出信号に基づいて前記センサ
チューブの減衰率を演算する減衰率演算手段と、該減衰
率演算手段により演算された減衰率の大きさにより前記
センサチューブから前記収納ケースへの被測流体の漏れ
の有無を判別する判別手段と、よりなることを特徴とす
る。

【０００９】又、請求項２の発明は、前記減衰率演算手
段が、前記加振器の駆動コイルに駆動電流を所定時間供
給して前記センサチューブを振動させ、前記駆動コイル
への駆動電流を遮断後の前記センサチューブの減衰率を
演算することを特徴とする。

【００１０】

【作用】振動状態のセンサチューブが減衰して停止状態
に戻る際、振動センサからの検出信号によりセンサチュ
ーブの減衰率を演算し、この減衰率に基づいてセンサチ
ューブの振動状態が正常か異常かを判別することによ
り、センサチューブから収納ケースへの漏れの有無を判
別することができる。そのため、別個にセンサを設ける
ことなく、センサチューブから収納ケースへの流体の漏
れを正確に検出することができる。

【００１１】

【実施例】図１乃至図５に本発明になる振動式測定装置
の一実施例を示す。

【００１２】両図中、振動式測定装置１は、箱状の密閉
構造とされた収納ケース（筺体）１Ａ内に被測流体が流
れる一対のセンサチューブ２，３を収納してなる。

【００１３】この振動式測定装置１は共振状態で振動す
る一対のセンサチューブ２，３に流体を流したときに生
ずるコリオリ力によるセンサチューブ２，３の変位を検
出して流量を計測するコリオリ式の流量計である。その
ため、センサチューブ２，３は収納ケース１Ａにより結
露、塵埃あるいは外力等から保護されている。

【００１４】センサチューブ２，３は、側面図上はＵ字
状に、平面図上はＪ字状に屈曲されて、流出管４に対し
て対称に取り付けてある。

【００１５】５，６は加振器であり、夫々センサチュー
ブ２，３の流入側、流出側の直管部分間に介在し、夫々
センサチューブ２，３をＸ方向に振動させる。加振器
５，６は実質電磁ソレノイドと同様な構成であり、駆動
コイル５ａ，６ａと磁石５ｂ，６ｂとを組み合わせたも
のである。即ち、駆動コイル５ａ，６ａが励磁されると
駆動コイル５ａ，６ａと磁石５ｂ，６ｂとの反発力によ
りセンサチューブ２，３の流入側、流出側の直管２ａ，
２ｂ，３ａ，３ｂが離間方向に変位し、駆動コイル５
ａ，６ａが消磁されるとセンサチューブ２，３が近接方
向に復帰する。

【００１６】尚、加振器５と６とは夫々１８０度の位相
差で交互に励磁され、例えば一方のセンサチューブ２の
流入側、流出側の直管２ａ，２ｂが離間方向に変位した
とき、他方のセンサチューブ３の流入側、流出側の直管
３ａ，３ｂが近接方向に変位する。

【００１７】８，９はピックアップであり、夫々センサ
チューブ２，３の流入側、流出側の直管２ａ，３ａ間及
び、２ｂ，３ｂ間に介在し、センサチューブ２，３のＸ
方向の振動を検出する振動センサである。ピックアップ
８，９はセンサチューブ２，３の流入側、流出側の直管
部分の相対変位（位相差）を検出し易い位置、即ち上記
加振器５，６とセンサチューブ２，３が接続されたマニ
ホールド１０との間に設けられ、且つ一方のピックアッ
プ８がセンサチューブ２，３の流入側直管２ａ，３ａ間
に介在し、他方のピックアップ９がセンサチューブ２，
３の流出側直管２ｂ，３ｂ間に介在している。

【００１８】ピックアップ８，９は上記加振器５，６と
同様センサコイル８ａ，９ａと磁石８ｂ，９ｂとが対向
するようにセンサチューブ２，３の流入側、流出側の直
管２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに取り付けられている。即
ち、一対のセンサチューブ２，３が加振器５，６により
交互に加振されると、一方のピックアップ８はセンサチ
ューブ２，３の流入側直管２ａ，３ａ間の相対変位量を
検出し、他方のピックアップ９はセンサチューブ２，３
の流出側直管２ｂ，３ｂ間の相対変位量を検出する。

【００１９】上流側配管（図示せず）を通って供給され
た流体は、流入管１１よりマニホールド１０に流入し、
マニホールド１０内で矢印で示すように分岐して夫々
センサチューブ２，３の流入側直管部２ａ，３ａ内を矢
印で示すように流れ、そして流出側直管２ｂ，３ｂ内
を矢印で示すように流れてマニホールド１０内で合流
されて流出管１２内に入り、流出管１２内を矢印で示
すように流れて下流側配管（図示せず）に到る。

【００２０】流量計測時、上記加振器５，６により振動
しているセンサチューブ２，３内を流体が流れるときコ
リオリの力が生じ、これにより、センサチューブ２，３
の振動に位相差を生じる。又、ピックアップ８，９から
の出力に得られた計測値を温度補正するために、センサ
チューブ２，３の温度を測定する温度センサ１３がセン
サチューブ３に設けられている。

【００２１】センサチューブ２，３の振動が上記のよう
にピックアップ８，９により検出され、上記センサチュ
ーブ２，３の振動の位相差が制御装置１４により質量流
量に変換される。制御装置１４はマニホールド１０のコ
ネクタ１５から引き出されたケーブル１６を介してセン
サユニット１７（ピックアップ８，９のセンサコイル
（図示せず）、加振器５，６の駆動コイル５ａ，６ａ、
温度センサ１３よりなる）と接続されている。

【００２２】制御装置１４は、センサユニット１７と接
続された本質安全防爆バリア回路１８と、励振・時間差
検出回路１９と、ヤング率・Ｖ／Ｆ変換回路２０と、出
力回路２１と、電源回路２２と、減衰率検出回路２３
と、判別回路２４と、制御回路２５とよりなる。

【００２３】本質安全防爆バリア回路１８は、センサユ
ニット１７の各センサ、即ちピックアップ８，９のセン
サコイル８ａ，９ａ、加振器５，６の駆動コイル５ａ，
６ａ、温度センサ１３の各信号を本質安全防爆化する電
圧電流制限素子（ツェナーダイオード，抵抗等よりな
る）を有する。

【００２４】励振・時間差検出回路１９は、流量計測
時、センサチューブ２，３を共振状態で振動させる励振
回路２６と、振動するセンサチューブ２，３の変位を検
出し、振動ノイズを２組のセンサチューブ２，３の組み
合わせにより相殺して信号成分としての時間差だけ取り
出す時間差検出回路２７と、さらにセンサチューブ２，
３の振動のアンバランスなど振動系の異常を検出し、励
振停止や警報出力などを行う安全回路２８と、時定数を
設定する時定数設定回路２９よりなる。この安全回路２
８は、センサチューブ２，３の過大振動や２本のセンサ
チューブ２，３の振動のアンバランスを検出し、センサ
チューブ２，３の振動の異常を励振系（励振回路２６）
とセンサチューブ２，３の振動検出系（時間差検出回路
２７）との両方から監視している。

【００２５】ヤング率・Ｖ／Ｆ変換回路２０は、センサ
チューブ２，３に取り付けた温度センサ１３の信号を増
幅して、流体温度により変化するセンサチューブ２，３
の温度を検出し、センサチューブ２，３の温度によりヤ
ング率と連動するバネ定数（ヤング率）を補正する温度
検出回路３０と、ヤング率で補正された時間差信号（電
圧値）を周波数信号に変換するＶ／Ｆ変換回路３１と、
零点の校正（ゲイン調整）を押し釦スイッチのオンによ
り行うオートゼロアジャスト回路３２と、流れの状態や
零点のドリフトなどをＬＥＤ（発光ダイオード）により
モニタする表示回路３３とよりなる。

【００２６】出力回路２１は、上記Ｖ／Ｆ変換回路３１
によりパルス化された時間差信号を時間差に比例した単
位質量パルス信号に変換する係数補正回路３４と、係数
補正回路３４から出力された単位質量パルス信号をある
約数の周波数に変換する分周回路３５と、分周回路３５
から出力された信号を増幅するパルス出力回路３７と、
上記Ｖ／Ｆ変換回路３１によりパルス化された時間差信
号をアナログ信号（定電圧又は定電流信号）に変換する
Ｆ／Ｖ変換回路３８と、このＦ／Ｖ変換回路３８から出
力された定電圧又は定電流信号を増幅して出力する定電
流出力回路３９とよりなる。

【００２７】通常の流量計測動作は、上記励振回路２６
から加振器５，６に一定周期のパルスが出力され、セン
サチューブ２，３が共振状態で振動する。このように、
振動しているセンサチューブ２，３内を流体が流れると
きコリオリの力が生じ、センサチューブ２，３の流入側
の直管部２ａ，３ａと流出側の直管部２ｂ，３ｂとでは
逆方向のコリオリ力が作用する。これにより、流入側の
直管部２ａ，３ａと流出側の直管部２ｂ，３ｂとで振動
に位相差を生じる。

【００２８】このセンサチューブ２，３の位相差は上記
ピックアップ８，９により検出され、上記時間差検出回
路２７により時間差の信号に変換され、さらに上記Ｖ／
Ｆ変換回路３１，係数補正回路３４，分周回路３５，パ
ルス出力回路３７を介して流量パルスとなる。

【００２９】電源回路２２は、防爆性能を保証する構成
とされた電源トランス（図示せず）と、３端子レギュレ
ータ（図示せず）よりなり、上記各回路に定電圧を供給
する。

【００３０】減衰率検出回路２３は、全波整流回路４０
と、ローパスフィルタ４１と、第１コンパレータ４２、
第２コンパレータ４３と、時間差検出回路４４と、減衰
率演算回路４５とよりなる。

【００３１】判別回路２４は、上記減衰率演算回路４５
により演算された減衰率に基づいてセンサチューブ２，
３から収納ケース１Ａ内への流体の漏れがあるかどうか
を判別し、漏れがあると判別したときは異常出力端子４
６より漏れ検知信号を出力する。

【００３２】制御回路２５は、後述するようにチェック
スイッチ釦４７がオンに操作されると、上記時間差検出
回路４４、減衰率演算回路４５、判別回路２４に指令信
号を出力し、減衰率の演算及び漏れ判別処理を実行させ
る。

【００３３】ここで、本発明の要部を構成する上記減衰
率検出回路２３及び判別回路２４の動作につき説明す
る。

【００３４】上記構成になる振動式測定装置１では、流
量計測前の流量ゼロの状態のとき、チェックスイッチ釦
４７がオン（あるいは電源スイッチがオン）に操作され
ると、図６に示すような一定周期（センサチューブ２，
３を共振状態で振動させる周波数、例えば１８０Hz）の
励振パルスが一定時間（本実施例では１秒間）だけ、加
振器５，６の駆動コイル５ａ，６ａに出力される。

【００３５】これにより、センサチューブ２，３は上記
励振パルスにより１秒間だけ加振されると、ピックアッ
プ８，９の出力波形が図７（Ａ）（Ｂ）に示す波形とな
るように振動する。つまり、図６に示す励振パルスが出
力されている間はセンサチューブ２，３の振動が増幅さ
れ、励振パルスがなくなるとセンサチューブ２，３の振
動は徐々に減衰し、やがて停止状態になる。

【００３６】例えばセンサチューブ２，３が正常に振動
している場合は、ピックアップ８，９の出力波形が図７
（Ａ）に示すように最大±０．３Ｖの振幅となり、励振
パルスにより１秒間だけ加振されたセンサチューブ２，
３は時間Ｔａの間に徐々に減衰し、励振パルスの供給が
遮断されてから時間Ｔａが経過したとき０Ｖになる。し
かし、センサチューブ２，３にひび割れなどが発生して
いる場合は、センサチューブ２，３自体の固有振動数が
変化しているので、同一の励振パルスが駆動コイル５
ａ，６ａが印加されても、図７（Ｂ）に示すように±
０．３Ｖ以下の振幅の小さい波形となる。従って、セン
サチューブ２，３は同じ条件で加振されても振幅が小さ
く、且つセンサチューブ２，３は正常なときよりも短い
時間Ｔｂ（Ｔａ＞Ｔｂ）で減衰する。

【００３７】従って、減衰率検出回路２３は後述するよ
うに上記センサチューブ２，３の減衰率を演算して数値
化し、その結果に応じて判別回路２４はセンサチューブ
２，３の異常の有無、即ち被測流体の漏れが発生してい
るかどうかを判別する。

【００３８】尚、センサチューブ２，３より収納ケース
１Ａ内に流体が漏れている場合、ケース１Ａ内の圧力が
大気圧でなく流体圧に近い高圧となっている。そのた
め、センサチューブ２，３が振動する際収納ケース１Ａ
内に流体が抵抗となってセンサチューブ２，３の振動が
制限される。従って、センサチューブ２，３の振動が収
納ケース１Ａ内の圧力により抑制されるため、図７
（Ｂ）に示すような波形となる。

【００３９】上記励振パルスによりセンサチューブ２，
３が１秒間だけ加振されたときのピックアップ８，９の
出力は、減衰率検出回路２３の全波整流回路４０に入力
されて負の信号が正に反転される。さらに、全波整流回
路４０から出力流された信号はローパスフィルタ４１に
入力されて図８（Ａ）（Ｂ）に示すような波形になる。

【００４０】又、時間差検出回路４４は、第１コンパレ
ータ４２の基準電圧Ｖａと、第２コンパレータ４３の基
準電圧Ｖｂとにより、図８（Ａ）（Ｂ）に示す波形が基
準電圧Ｖａ，Ｖｂとなる時間Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃，Ｔ₄を
検出し、基準電圧ＶａからＶｂに変化するまでの時間差
Ｔan＝Ｔ₂−Ｔ₁，Ｔbn＝Ｔ₄−Ｔ₃を演算する。さら
に、次段の減衰率検出回路２３では、上記時間差検出回
路４４から出力された時間差Ｔan，Ｔbnに係数Ｖｎ（＝
Ｖａ−Ｖｂ）を乗算して図７（Ａ）（Ｂ）に示す波形の
減衰率Ｔan／Ｖｎ及びＴbn／Ｖｎを算出する。

【００４１】そして、次段の判別回路２４では、予め内
部に設定されている基準減衰率と上記減衰率検出回路２
３により求められた減衰率Ｔan／Ｖｎ及びＴbn／Ｖｎと
を比較し、センサチューブ２，３が正常な振動状態か、
あるいは異常な振動状態なのかを判別を行う。即ち、図
８（Ａ）に示す波形のようにセンサチューブ２，３の減
衰率Ｔan／Ｖｎが基準減衰率の許容範囲内にあるときは
センサチューブ２，３が正常に振動しているものと判断
する。しかし、図８（Ｂ）に示す波形のように、センサ
チューブ２，３の減衰率Ｔbn／Ｖｎが基準減衰率の許容
範囲内にないときはセンサチューブ２，３が異常であ
り、ひび割れあるいはピンホール等が発生し被測流体が
収納ケース１Ａ内に漏れているものと判断する。

【００４２】判別回路２４が上記減衰率に基づいてセン
サチューブ２，３の振動が異常であると判断したとき
は、異常出力端子４６より漏れ検知信号を出力する。そ
して、この漏れ検知信号が出力されたときは、アラーム
発生あるいはセンサチューブ２，３の異常、漏れ発生等
のメッセージを表示する。

【００４３】このように、上記ピックアップ８，９から
の出力がある基準電圧Ｖａ，からある基準電圧Ｖｂに変
化するまでの時間差を検出して一定時間（本実施例では
１秒間）加振されたセンサチューブ２，３が減衰して停
止状態になるまでの減衰率を求めてセンサチューブ２，
３の振動が正常か異常かを判別することができるので、
例えば収納ケース１Ａに圧力センサ等を設けなくても、
センサチューブ２，３にひび割れあるいはピンホールが
発生しているかどうか、即ち流体の漏れの有無を検出す
ることができる。

【００４４】尚、上記実施例では、質量流量計を例に挙
げて説明したが、これに限らず、例えば振動式の密度計
にも適用できるのは勿論である。

【００４５】又、上記実施例では、Ｊ字状に曲げられた
センサチューブを有する振動式測定装置を例に挙げて説
明したが、本発明はこれ以外の形状とされたセンサチュ
ーブを有する振動式測定装置にも適用することができ
る。例えば、一対のセンサチューブが逆Ｕ字状に形成さ
れ、１個の加振器で一対のセンサチューブを加振して流
入側、流出側のピックアップにより位相差を測定する構
成の装置にも適用することができる。

【００４６】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる振動式測定装
置は、振動状態のセンサチューブが減衰して停止状態に
戻る際、振動センサからの検出信号によりセンサチュー
ブの減衰率を演算し、この減衰率に基づいてセンサチュ
ーブの振動状態が正常か異常かを判別することにより、
センサチューブ２，３にひび割れあるいはピンホールが
発生しているかどうか、即ちセンサチューブから収納ケ
ースへの漏れの有無を判別することができる。そのた
め、別個にセンサを設けることなく、センサチューブか
ら収納ケースへの流体の漏れを正確に検出することがで
きるとともに、安全性が高められ且つ流量計測精度を維
持することができる等の特長を有する。

【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斜視
図である。

【図２】振動式測定装置を底面側から見た横断面図であ
る。

【図３】振動式測定装置の一部断面とした正面図であ
る。

【図４】図３中Ｖ−Ｖ線に沿う縦断面図である。

【図５】制御回路のブロック図である。

【図６】励振パルスの波形図である。

【図７】センサチューブの振動が減衰する状態を示す波
形図である。

【図８】図７に示す波形が全波整流回路、ローパスフィ
ルタにより波形整形された状態を示す波形図ある。

【符号の説明】

１振動式測定装置２，３センサチューブ５，６加振器５ａ，６ａ駆動コイル７駆動回路８，９ピックアップ８ａ，９ａセンサコイル１４制御装置１７センサユニット１９励振・時間差検出回路２０ヤング率・Ｖ／Ｆ変換回路２１出力回路２３減衰率検出回路２４判別回路２５制御回路４０全波整流回路４１ローパスフィルタ４２第１コンパレータ４３第２コンパレータ４４時間差検出回路４５減衰率演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測流体が通過するセンサチューブと、該センサチューブを収納するよう密閉された収納ケース
と、前記センサチューブに設けられた駆動コイル、磁石間の
電磁力により前記センサチューブを加振する加振器と、前記センサチューブの振動部分に設けられ、前記センサ
チューブの振動による変位を検出する振動センサと、流量ゼロの状態で前記振動センサからの検出信号に基づ
いて前記センサチューブの減衰率を演算する減衰率演算
手段と、該減衰率演算手段により演算された減衰率の大きさによ
り前記センサチューブから前記収納ケースへの被測流体
の漏れの有無を判別する判別手段と、よりなることを特徴とする振動式測定装置。
【請求項２】前記減衰率演算手段は、前記加振器の駆
動コイルに駆動電流を所定時間供給して前記センサチュ
ーブを振動させ、前記駆動コイルへの駆動電流を遮断後
の前記センサチューブの減衰率を演算することを特徴と
する請求項１の振動式測定装置。