JPH07218309A - コリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部振動や温度、圧力影響の小さい高感度な
直管式のコリオリ流量計とする。 【構成】 リング状の端面板３，４を有する振動管２内
に、振動管２よりも長い計測管を挿通して端面板３，４
のリング状開口内に固着してコリオリ流量計測部となる
二重管部Ａと、測定管１の単管部Ｂ，Ｃを作り、これを
両端に接続フランジ１１，１２を有する外筒８内に収納
して単管部Ｂ，Ｃの端部を接続フランジの内部に固着し
て二重管部Ａの振動管２と測定管とを等しい固有振動数
とし、これを反対位相の共振状態として微小な駆動エネ
ルギーにより駆動する。外部振動や軸方向のひずみは単
管部Ｂ，Ｃで吸収され外乱影響を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コリオリ流量計に関
し、より詳細には、測定される流体が流れ加振されるこ
とによりコリオリの力を発生する計測管を直管とした直
管式のコリオリ流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、コリオリ流量計は、流体
が流れ両端支持された計測管を加振した時、計測管に作
用するコリオリの力が流体の質量流量に比例することを
利用した質量流量計である。コリオリの力は、両端支持
された計測管の中央部を計測管の支持線に直角な方向に
交番駆動したとき、計測管の中央部と両支持部との対称
位置間においての位相差として検出され、質量流量に比
例した量を持っている。

【０００３】計測管は、大別して湾曲管と直管がある。
一般的な湾曲管は、湾曲管を支持する支持体の支持位置
を結んだ支持線と直角な線に関して対称な形状をしてお
り、湾曲管を支持線周りに交番駆動したとき、コリオリ
の力による位相差信号は湾曲管の対称軸まわりの捩りモ
ーメントの形で発生する。捩りモーメントにより捩られ
る湾曲管の捩り変位には駆動変位が重畳しているので、
捩り変位は湾曲管を一定の周波数で駆動したとき湾曲管
の静止状態における基準面を湾曲管の両腕部が通過する
時間差として検出される。

【０００４】湾曲管の場合は、湾曲管の対称軸まわりに
発生する捩りモーメントによる捩り変位を大きくするよ
うな湾曲管の形状とすることにより検出感度を増大させ
ることができるという利点があるが、一方大型になると
いう問題がある。

【０００５】これに対して、直管を計測管としたコリオ
リ流量計は、形状は最も単純であり、流れと直角方向の
寸法も小さく全体的には小型とすることができる。この
結果、コストを低減できるだけでなく精度の高い加工を
行うことができ、計測管内への計測流体の滞留もない等
の特徴を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、直管方式のコ
リオリ流量計は、計測管の軸に直角な方向の剛性が高い
ので、同一の力で駆動した場合、駆動変位が小さく、更
には、コリオリの力による位相変位が小さいので、湾曲
管方式のコリオリ流量計と比較して感度が低下する。感
度低下を補うためには、交番駆動電力を大きくする外的
方法と計測管を長くして曲げ剛性を小さくするか薄肉管
とする内的方法とがある。

【０００７】計測管を長くすることは、必然的に大型な
コリオリ流量計とすることになり、直管方式の特徴がな
くなるだけでなく、共振周波数が低下するので外部振動
影響を受け易くなる。また、流体温度や環境温度による
熱膨張が大きくなり、計測管の固有振動数が変化し不安
定な計測結果をもたらす。また計測管を薄肉管とした場
合は、温度だけでなく圧力影響も受け易くなるという問
題点が生ずる。

【０００８】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、直管方式のコリオリ流量計において、計測管を
駆動する駆動電力を大きくすること、計測管の長さを長
くすること、及び薄肉にすることなしに、高感度であ
り、外部振動や温度、圧力影響の小さいコリオリ流量計
を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）両端にリング状の端面板を有する
振動管と、該振動管より長尺の直管で、該振動管内に挿
通され前記の端面板に固着される計測管と、前記端面板
を節部とし前記振動管と計測管とを反対位相で駆動する
駆動手段と、前記計測管に流体が流れたとき前記計測管
に生ずるコリオリの力を検知するための検出手段とを有
し、前記コリオリの力に比例した流体の質量流量を計測
すること、更には、（２）前記（１）において、前記振
動管の前記端面板間における固有振動数と前記計測管の
固有振動数とを等しくしたこと、更には、（３）前記
（１）又は（２）において、両端側に接続フランジが固
着された外筒を有し、該外筒内に前記振動管と測定管と
を配設し前記接続フランジ内に前記測定管の端部を固着
したこと、更には、（４）前記（１）又は（２）におい
て、各々流管フランジに装着される端面板が両端に接合
された外筒を有し、該外筒内に前記振動管と測定管とを
配設し、前記測定管の端部を前記端面板内に固着したこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】両端にリング上の端面板が固着された振動管内
に、この振動管よりも長尺な計測管を挿通して、振動管
と計測管とを端面板のリング部で固着して得られた二重
管部と二重管部の両側に計測管の単管部とを構成する。
二重管部の中央位置には振動管と計測管とを反対位相で
交番駆動する駆動部５が設けられ駆動部５に関し対称位
置にはコリオリの力を検出するための検出部７，８が各
々配設されてコリオリ流量計の流量計測部が構成され
る。このように構成された流量計測部は、振動管と計測
管の固有振動数を等しくすることにより共振状態となり
計測管は小さい駆動エネルギーでも大きい振動振幅が得
られるので高感度となる。また、計測管の二重管部から
突出した両端部は、二重管部の剛性に比較してはるかに
小さく管軸と直角方向の振動に対しては振動の吸収部と
なり、管軸方向の膨張、収縮によるひずみ変位に対して
はひずみ吸収部となり、流管とは端部で固着されている
ので、ひずみは二重管部へ殆ど伝わらず、高感度で外部
影響の少ないコリオリ流量計とすることができる。

【００１１】

【実施例】

実施例１（請求項１に対応） 図１は、本発明によるコリオリ流量計の一実施例を説明
するための図であり、図中、１は計測管、２は振動管、
３，４は振動管端面板、５は駆動部、６，７は検出部で
ある。

【００１２】振動管２は薄肉円管で両端に円形の開口３
ａ，４ａを有するリング状の振動管端面板３，４が固着
されており、振動管２内には、開口３ａ，４ａを挿通し
て直管状の計測管１が配設され、計測管１は開口３ａ，
４ａ内周部で固着されている。計測管１の長さは振動管
２の長さよりも長く、軸０−０方向に延在しており、計
測管１と振動管２とからなる二重管部Ａと、該二重管部
Ａの外側に、計測管１からなる単管部分Ｂ、およびＣが
構成され、計測管１のＹ₁−Ｙ₁線およびＹ₂−Ｙ₂線の部
分の端面で流管（図示せず）に固着される。

【００１３】二重管部Ａの線Ｍ−Ｍで示した中央部には
コア５ａとコイル５ｂとからなる駆動部５が各々計測管
１と振動管２との管壁に同軸に固着されており、駆動部
５と振動管端面板３，４との間の駆動部５に関する対称
位置に永久磁石６ａ，７ａとコイル６ｂ，７ｂとからな
る検出部６，７が各々計測管１と振動管２との管壁に同
軸に固着されている。

【００１４】以上の如く構成された実施例１において、
駆動部５のコイル５ｂに交番電源が印加されると計測管
１と振動管２とは振動管端面板３，４を節部として、軸
０−０に関し互いに反対位相で駆動される。このとき、
駆動部５の位置において、計測管１が紙面上方に駆動さ
れたサイクルのとき、コリオリの力は、検出部６では紙
面下方に、検出部７では紙面上方に作用して、検出部６
と検出部７とにはコリオリの力に比例した位相差を持っ
た信号が出力される。計測管１が紙面下方に駆動された
反対サイクルのときは検出部６と検出部７とには逆の位
相差を持つコリオリの力信号が検出される。

【００１５】このとき、単管部分Ｂ及びＣは、駆動部５
の駆動によって、駆動されることのない非駆動部分であ
り、コリオリの力に比例した質量流量を計測する二重管
部Ａを、単に、弾性支持して二重管部Ａの剛性に比較し
てはるかに小さい剛性により、軸０−０と直角方向の外
部振動を吸収し、更に、軸０−０方向の温度変動による
熱ひずみ変動分を吸収して二重管部Ａに対する熱ひずみ
による悪影響を取り除く。 また流管とは端部のみで固
着されているので、曲げ応力は二重管へは殆ど伝わらず
曲げによる悪影響も取り除く。

【００１６】このように、実施例１によるコリオリ流量
計は、流管と接続される計測管１に、非駆動の単管部
Ｂ，Ｃを配設して、二重管部Ａで計測される質量流量信
号に影響を与える外部振動や熱ひずみや曲げ応力を吸収
するので、これらの外乱に影響されない安定した質量流
量信号を検出することができる。更に、計測管１と振動
管２とを反対位相で吸引・反撥する駆動を行うので、微
小な駆動エネルギーでも効率よく駆動することができ、
直管方式であっても高感度なコリオリ流量計を提供でき
る。

【００１７】計測管１と振動管２との長さが等しく、断
面係数は、振動管２の方が大きいので同材質、同一肉厚
であれば固有振動数は振動管２の方が大きい。従って、
計測管１と振動管２の固有振動数を等しくするために
は、振動管に所定重量の重錘を取り付けて固有振動を下
げ、計測管１の固有振動数に等しくする調整を行えばよ
い。

【００１８】実施例２（請求項２に対応） 実施例１において、計測管１と振動管２とを反対位相で
駆動して高感度とすることができたが、振動管端面板３
と４との間の計測管１と振動管２との固有振動数を等し
くすることにより、共振振動して振動系の損出が最も小
さくなるので、更に非共振時よりも微小な駆動エネルギ
ーでも駆動することができ、駆動振幅も大きくすること
が可能となり、これに伴ってコリオリの力の検出感度も
増大させることができる。

【００１９】実施例３（請求項３に対応） 図２は、本発明によるコリオリ流量計の他の実施例を説
明するための図であり、図中、８は外筒、９，１０は外
筒端面板、１１，１２は接続フランジ、１３，１４接続
円筒であり、図１と同様の作用をする部分には、図１と
同じ参照番号を付している。

【００２０】外筒８は、振動管２よりも大きい内径の内
壁８ａを有し、各々の端面に外筒端面板９，１０が一
体、又は別体に固着され、更に外方に接続円筒１３，１
４を介して、接続フランジ１１，１２が取り付けられて
いる。接続フランジ１１，１２は流管（図示せず）に接
続され、流体が流れる開口１１ａ，１２ａを有してお
り、開口１１ａ，１２ａの内壁に図１に示した一体に構
成された計測管１と振動管２の計測管１の単管部Ｂ，Ｃ
の端部が溶接等により固着される。

【００２１】接続フランジ１１，１２を有する外筒８内
に、単管部Ｂ，Ｃを介して２重管部Ａを両端で固着した
ので、流管による配管ストレスは殆ど外筒８により吸収
される。また、単管部Ｂ，Ｃは端部のみで固着している
ので、単管部Ｂ，Ｃにおいてもストレスは吸収されるの
で、コリオリ流量計測部である二重管部Ａに対するスト
レス影響はなく、また、実施例１の単管部Ｂ，Ｃと同様
に、単管部Ｂ，Ｃにより外部振動影響を取り除き且つ軸
０−０方向のストレスを取り除いて、安定した、高感度
の直管式のコリオリ流量計を提供することができる。

【００２２】実施例４（請求項４に対応） 図３は、本発明によるコリオリ流量計の更に他の実施例
を説明するための図であり、図中、１５は外筒、１６，
１７は端面板、１８はボルト穴、１９は流管フランジ、
２０はパッキン、２１はボルトで、図２と同様な動作を
する部分には図２と同じ参照番号を付している。

【００２３】図３に示したコリオリ流量計は、中央に開
口１６ａを有する端面板１６及び開口１７ａを有する端
面板１７が各々外筒１５の端面に接合され、外筒１５内
には計測管１と振動管２とからなる二重管部Ａと、二重
管部Ａの両端側に計測管１が突出している単管部Ｂ、Ｃ
が配設され、単管部Ｂ，Ｃの端部を開口１６ａ，１７ａ
内に溶接等により固着してフランジレスのコリオリ流量
計としたものである。すなわち、端面板１６，１７の外
面にはボルト穴２０が穿設され、端面板１６、１７と流
管フランジ１９、１９とはパッキン２０を介しボルト２
１で固着される。

【００２４】図３に示すように、端面板１６，１７には
接続フランジを有していないので、構造が簡単であり、
外筒１５の剛性を大きくしておくことにより、殆どの配
管ストレスは外筒１５で受け、剛性の小さい測定管１に
及ぼす配管ストレスは殆どない。もし、影響を及ぼした
としても影響を受けるのは両端部の単管部Ｂ，Ｃ部分の
みであり、二重管部Ａにまで及ぶことがなく、安定した
質量流量の計測が可能となる。

【００２５】以上のように、実施例３のコリオリ流量計
によれば、実施例２による効果の外に、構造が簡単で、
より安価なコリオリ流量計を提供することができる。ま
た、計測管１の両端は外筒１５を有する端面板１６，１
７に固着されており、封止部を持たないので、測定管１
と外筒１５で構成される空間内に流体が侵入することに
よる液の滞留がないので長期安定な流量計測が可能とな
る。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果がある。請求項１に対応する効
果：二重管部Ａで構成されるコリオリ流量計測部の計測
管は、二重管部Ａの両端からの流管に接続される非駆動
の単管部Ｂ，Ｃを有しているので、軸と直角方向に作用
する外部振動及び軸方向に作用する熱ひずみ等は単管部
Ｂ，Ｃで吸収される。この結果外部影響の少ない質量流
量を計測することができる。更には、振動管と計測管と
を反対位相で駆動するので、直管式であっても高感度な
コリオリの力を検出することができる。請求項２に対応
する効果：振動管端面板を節部として計測管と振動管と
を等しい固有振動数で反対位相で駆動することができ
る。従って共振状態で駆動されるので、小さい駆動電力
で高感度なコリオリの力を測定することができる。請求
項３に対応する効果：請求項１，２の効果に加え、外筒
により流管の配管ストレスの殆どを吸収することがで
き、計測管端部が取付フランジに固着されるので計測
管、振動管に液体が滞留することがなく、配管状態にお
いても長期安定した質量流量を計測することができる。
請求項４に対応する効果：請求項３の効果に加え、外筒
の端面板には接続フランジがないので単純な形状とな
り、安価なコリオリ流量計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるコリオリ流量計の一実施例を説
明するための図である。

【図２】 本発明によるコリオリ流量計の他の実施例を
説明するための図である。

【図３】 本発明によるコリオリ流量計の更に他の実施
例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…計測管、２…振動管、３，４…振動管端面板、５…
駆動部、６，７…検出部、８…外筒、９，１０…外筒端
面板、１１，１２…接続フランジ、１３，１４…接続円
筒、１５…外筒、１６，１７…端面板、１８…ボルト
穴。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端にリング状の端面板を有する振動管
   と、該振動管より長尺の直管で、該振動管内に挿通され
   前記の端面板に固着される計測管と、前記端面板を節部
   とし前記振動管と計測管とを反対位相で駆動する駆動手
   段と、前記計測管に流体が流れたとき前記計測管に生ず
   るコリオリの力を検知するための検出手段とを有し、前
   記コリオリの力に比例した流体の質量流量を計測するこ
   とを特徴とするコリオリ流量計。
2. 【請求項２】 前記振動管の前記端面板間における固有
   振動数と前記計測管の固有振動数とを等しくしたことを
   特徴とする請求１記載のコリオリ流量計。
3. 【請求項３】 両端側に接続フランジが固着された外筒
   を有し、該外筒内に前記振動管と測定管とを配設し前記
   接続フランジ内に前記測定管の端部を固着したことを特
   徴とする請求項１又は２記載のコリオリ流量計。
4. 【請求項４】 各々流管フランジに装着される端面板が
   両端に接合された外筒を有し、該外筒内に前記振動管と
   測定管とを配設し、前記測定管の端部を前記端面板内に
   固着したことを特徴とする請求項１又は２記載のコリオ
   リ流量計。