JPH0749982B2 - 質量流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は質量流量計に係り、特に直線状のセンサチュー
ブ内に被測流量を通過させるよう構成した質量流量計に
関する。

従来の技術 被測流体の流量は流体の種類、物性（密度、粘度な
ど）、プロセス条件（温度、圧力）によって影響を受け
ない質量で表わされることが望ましい。

そのため、被測流体の質量流量を計測する種々の質量流
量計が開発されつつあり、その中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直接計測する流量計がある。

この種の従来の質量流量計の一例としては、特開昭63-3
0721公報により開示された流量計がある。この公報の質
量流量計は、被測流体が通過する際の圧力損失を低減す
るため直線状に延在するセンサチューブを半径方向に振
動させ、流量に比例したコリオリ力によるセンサチュー
ブの変位を検出するよう構成されている。さらに、セン
サチューブは流入口、流出口を有するフランジ近傍に高
温流体の流量計測時センサチューブの軸方向の悦膨張を
許容する蛇腹状のベローズが設けられており、センサチ
ューブの振動部分とベローズとの間には外部振動がセン
サチューブの振動部分に伝達しないようにするため十分
に重い締付リングが固定されている。

発明が解決しようとする課題 上記質量流量計では、加振器（マグネットと励振コイル
よりなる）の励振コイルの電磁力によりセンサチューブ
を強制的に振動させ、振動方向で最も高い機械的なＱ
（ダンピングファクタの逆数）が得られる周波数でセン
サチューブ共振状態で振動させている。このように、セ
ンサチューブのＱは外乱防止および出力信号の安定化を
図るため高くする必要があるが、直管方式のセンサチュ
ーブではＱを高くすることが難しく、そのため従来は上
記ベローズ等を用いてセンサチューブの振動による軸方
向の変位を吸収していた。ところが、従来の質量流量計
では、ベローズ部分がセンサチューブの軸方向の変位を
吸収するだけでなく撓みを生じてセンサチューブの振動
部分が軸方向以外の半径方向にもずれやすくなるといっ
た課題を有する。特に上記公報の場合重い締付リングの
荷重がベローズに作用するため、ベローズ部分が経年変
形することがあり、これによりセンサチューブの振動特
性がバタツイたり、ピックアップの出力が不安定となり
正確な流量計測を行うことができなくなるといった課題
が生ずる。

そこで、本発明は上記課題を解決した質量流量計を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、被測流体が流入する流入口と被測流体が流出
する流出口との間で直線状に延在する直管部を有する管
路と、 前記直管部を半径方向に振動させる加振器と、 前記直管部の振動に伴う直管部の半径方向の変位を検出
するピックアップと、 前記直管部の軸方向の変位を吸収するように管路に設け
られた伸縮部と、 前記直管部の半径方向の変位を規制するが前記直管部の
軸方向への変位を許容するように前記管路を保持する保
持機構と、 よりなる。

作用 直線状に延在するセンサチューブの軸方向への変位を伸
縮部により吸収するとともに、保持機構によりセンサチ
ューブの端部が軸方向以外の半径方向へずれないように
保持してピックアップの出力信号が安定的に得られる。

実施例 第１図乃至第４図に本発明になる質量流量計の第１実施
例を示す。

各図中、質量流量計１は密閉された箱状のケーシング２
内に被測流体が通過する管路３と、管路３を軸方向に変
位可能に保持する保持機構４とを設けてなる。管路３は
流入口5aを有する流入管５と、一対のセンサチューブ6,
7と、流出口8aを有する流出管８とより形成されてい
る。

流入管５は流入側端部に上流側配管（図示せず）に連結
されるフランジ5bを有し、流入管５の他端はケーシング
２の側壁2aを貫通してケーシング２内部に形成された室
2bに延出している。

９は流入側マニホールドで、流入管５が接続固定される
上流側接続口9aと、センサチューブ6,7の上流側端部が
接続固定される下流側接続口9b,9cとを有する。上流側
接続口9aと下流側接続口9b,9cとは分流路9d,9eを介して
連通されている。

10は流出側マニホールドで、センサチューブ6,7の下流
側端部が接続固定される一対の接続口10a,10bと、流出
管８の上流側端部が接続される接続口10cとを有する。
又、流出側マニホールド10内には一対の接続口10a,10b
と接続口10cとを連通する流路10d,10eが穿設されてい
る。

一対のセンサチューブ6,7は流体の流れ方向（Ａ方向）
に直線状に延在する直管よりなり、上記流入側マニホー
ルド９と流出側マニホールド10との間で平行に設けられ
ている。直管よりなるセンサチューブ6,7は被測流体が
通過する際の圧力損失が少ないばかりか複雑な形状に加
工する必要もないので製作が容易である。

流出管８は上流側端部が流出側マニホールド10の接続口
10cに接続固定され、下流側端部がケーシング２の側壁2
cを貫通して下流側（Ａ方向）へ突出している。尚、流
出管８の下流側端部には流出口8aが開口し、その外周に
は下流側配管（図示せず）に連結されるフランジ8bが設
けられている。

11は蛇腹状に形成されたベローズ（伸縮部）で、上記流
出管８に設けられている。従って、高温流体が管路３を
通過するときセンサチューブ6,7の熱膨張による軸方向
（Ａ方向）への変位は蛇腹状のベローズ11により吸収さ
れる。

又、保持機構４は、流出管８の外周に固着されたダイヤ
フラム12と、ダイヤフラム12を支持する筒状の支柱13と
よりなる。ダイヤフラム12は例えば剛性を有する金属製
であり、流出管８が半径方向に変位することを規制する
が、流出管８が軸方向に変位することを許容するように
設けられている。又、ダイヤフラム12は筒状の支柱13の
端部全周に固着されており、支柱13はケーシング２の側
壁2cに固着されている。

ケーシング２は十分な剛性を有しているため、外部振動
が管路３に伝達しないように流入管５及び流出管８を保
持している。さらに、ダイヤフラム12はケーシング２に
固着された支柱13により強固に保持されているので、流
出管８が軸方向に変位することを許容するとともに、流
出管８が半径方向に変位することを防止する。

流入側マニホールド９と流出側マニホールド10との間に
装架された一対のセンサチューブ6,7間には一対のセン
サチューブ6,7の中央部を半径方向（Ｘ方向）に振動さ
せる加振器14と、加振器14の上、下流側に設けられたセ
ンサチューブ6,7の振動に伴う変位を検出するピックア
ップ15,16とが配設されている。加振器14は実質電磁ソ
レノイドと同様な構成であり、センサチューブ６側に設
けられたコイル部14aと、センサチューブ７側に設けら
れたマグネット部14bとよりなり、コイル部14aに通電さ
れるとセンサチューブ6,7を夫々近接あるいは離間する
Ｘ方向に駆動する。

ピックアップ15,16は上記加振器14と同様コイル部15a,1
6aと、マグネット部15b,16bとよりなり、センサチュー
ブ6,7の振動に伴うセンサチューブ6,7の相対変位に応じ
た出力信号を得る。

流量計測時、一対のセンサチューブ6,7は加振器14によ
り内部に流体が流れている状態で加振される。尚、流入
口5aより管路３に流入した流体は流入側マニホールド９
の分流路9d,9eで２分されセンサチューブ6,7を等しい流
量となって流れ、さらに流出側マニホールド10の流路10
d,10eで合流して流出管８より下流側配管へ流出する。
このように、振動するセンサチューブ6,7に流体が流れ
ると、その流量に応じたコリオリ力が発生する。そのた
め、直管状のセンサチューブ6,7の流入側と流出側で動
作遅れが生じ、これによりピックアップ15と16との出力
信号に位相差があらわれる。この位相差が流量に比例す
るため、ピックアップ15,16からの出力信号の位相差に
基づいて流量が求まる。

尚、振動するセンサチューブ15,16を通過する流量に応
じて発生するコリオリ力による変位をピックアップ15,1
6で検出する流量計測の原理は先に出願された質量流量
計と同様であるので、ここでは詳しい流量計測動作の説
明は省略する。

又、ベローズ11はセンサチューブ6,7の熱膨張による変
位を吸収するため弾性変形しやすいが、上記ダイヤフラ
ム12を有する保持機構４により流出管８が保持されてい
るため、ベローズ11に軸方向以外の力が作用せず、変形
しにくい構造となっている。

第５図、第６図に本発明の第２実施例を示す。

両図中、質量流量計21は筒状のケーシング22内に一対の
センサチューブ（管路）23,24を平行に配してなる。ケ
ーシング22の両端開口には流入側マニホールド25,流出
側マニホールド26が嵌合固定されている。流入側マニホ
ールド25はセンサチューブ23,24の流入側端部が挿入固
定される一対の流路25a,25bが穿設されている。又流出
側マニホールド26はセンサチューブ23,24の流出側端部
が挿入固定される一対の流路26a,26bが穿設されてい
る。一対のセンサチューブ23,24は直管をＡ方向に延在
させてなり、両端が上記流入側マニホールド25,流出側
マニホールド26に接続固定され、その端部近傍にはセン
サチューブ23,24を相互に固定するサポート板27,28が横
架している。そして、サポート板27と28との間にはセン
サチューブ23,24の中間位置をＸ方向に加振する加振器2
9と、加振器29の上、下流側で振動するセンサチューブ2
3,24の変位を検出するピックアップ30,31とが設けられ
ている。尚、加振器29及びピックアップ30,31は前記第
１実施例の加振器14,ピックアップ15,16と略同様な構成
であるので説明を省略する。

センサチューブ23,24の流出側端部近傍には蛇腹状のベ
ローズ32,33が設けられている。従って、高温流体がセ
ンサチューブ23,24内を通過したときのセンサチューブ2
3,24の熱膨張による軸方向の変位は、ベローズ32,33の
伸縮動作により吸収される。

34は保持機構で、第６図に示すように、流出側マニホー
ルド26の端面より突出する一対の支柱35,36と、支柱35,
36に支持された十字状の支持板37とよりなる。支持板37
は支柱35,36に固着された支持部37a,37bと、支持部37a,
37bと直交するＸ方向に突出した保持部37c,37dとを有す
る。そして、保持部37c,37dの端部にはセンサチューブ2
3,24が貫通し、固着されている。

支持板37の保持部37c,37dは片持梁り状態でセンサチュ
ーブ23,24を保持しているので、センサチューブ23,24が
軸方向に変位すると保持部37c,37dが軸方向に撓み軸方
向の変位が許容される。しかし、支持板37は軸方向以外
の方向に対しては剛性を有するため、ベローズ32,33が
半径方向に撓まないように支持している。

又、マニホールド25,26の端部には流入口38a,流出口39a
を有するレジューサ38,39が固着されている。レジュー
サ38,39の端部外周には上、下流配管（図示せず）に接
続されるフランジ38b,39bが固着されている。

上流側配管からの被測流体は流入口39aより流入側マニ
ホールド25の流路25aと25bに分流して一対のセンサチュ
ーブ23,24内を通過する。センサチューブ23,24はサポー
ト板27,28を支点としてＸ方向に振動し、流量に比例し
たコリオリ力が発生する。さらに、流体は流出側マニホ
ールド26の流路26a,26bを通過して合流し流出口39aより
流出する。センサチューブ23,24はサポート板27と28と
の間で振動するため、加振器29による励振振動の周波数
を他のモードの振動周波数から分離させることができ
る。そのため、ピックアップ30,31ではより安定した出
力信号が得られる。

第７図及び第８図に本発明の第３実施例を示す。

両図中、質量流量計41は筒状のケーシング42内に管路43
をＡ方向に配設してなる。管路43は、一端に流入口44a
を有し他端にベローズ44bを有する流入管44と、直管を
平行に配してなる一対のセンサチューブ45,46と、一端
に流出口47aを有し他端にベローズ47bを有する流出管47
とよりなる。

48は流入側マニホールドで、流入管44が接続される接続
口48aと、センサチューブ45,46の上流側端部が接続され
る一対の接続口48b,48cとが穿設されている。又、流入
側マニホールド48内には接続口48aと接続口48b,48cとを
連通する流路48d,48eが設けられている。

49は流出側マニホールドで、上記流入側マニホールド48
と同様な構成であり、流出管47が接続される接続口49a
と、センサチューブ45,46の下流側端部が接続される一
対の接続口49b,49cとが穿設されている。又、流出側マ
ニホールド49内には接続口49aと49b,49cとを連通する流
路49d,49eが設けられている。

又、流入管44は流入口44a側にフランジ44cを有し、ベロ
ーズ44b側がケーシング42の側壁42aを貫通し、流入側マ
ニホールド48に固着されている。流出管47も流出口47a
側にフランジ47cを有し、ベローズ47b側がケーシング42
の側壁42bを貫通し、流出側マニホールド49に固着され
ている。

一対のセンサチューブ45,46間にはセンサチューブ45,46
の中間位置をＸ方向に加振する加振器50と、加振器50の
上、下流側で振動するセンサチューブ45,46の変位を検
出するピックアップ51,52とが配設されている。又、ピ
ックアップ51,52の上、下流側には一対のセンサチュー
ブ45,46を所定間隔に保持するサポート板53,54が固着さ
れている。そのため、一対のセンサチューブ45,46はサ
ポート板53,54を支点としてＸ方向に振動し、十分な強
度を有するケーシング２及びサポート板53,54により保
持されているので、外部振動の影響を受けにくい構成と
なっている。

55は流入側保持機構で、ケーシング42の側壁42aよりケ
ーシング42内に突出する支柱55a,55bと、支柱55a,55bに
支持されセンサチューブ45,46の間に位置して流入側マ
ニホールド48に固定された固定板55cとよりなる。56は
流出側保持機構で、ケーシング42の側壁42bよりケーシ
ング42内に突出する支柱56a,5bと、支柱56a,56bに支持
されセンサチューブ45,46の間に位置して流出側マニホ
ールド49に固定された固定板56cとよりなる。

流量計測時、高温流体が上記管路43を通過すると、セン
サチューブ45,46は熱膨張により軸方向（Ａ方向）に変
位する。その場合、センサチューブ45,46の変位は流入
管44のベローズ44b及び流出管47のベローズ47bの伸縮動
作により吸収される。ベローズ44b,47bは軸方向以外方
向にも変位しやすいが、上記保持機構55,56の固定板55
c,56cが撓みマニホールド48,49とともにベローズ44b,47
bの変位方向として軸方向のみの変位を許容する。即
ち、ベローズ44b,47bに半径方向の力が作用しても、マ
ニホールド55,56が上記保持機構55,56により保持されて
いるので半径方向の変位が阻止される。従って、一対の
センサチューブ45,46は高温流体の流量計測時にも安定
した振動動作を行ない、ピックアップより流量に応じた
出力信号が安定的に得られる。

尚、上記実施例では固定板55c,56cが一対のセンサチュ
ーブ45と46の間に位置するようにしたがこれに限らない
のは勿論である。例えば第７図中、１点鎖線で示すよう
に一対の固定板55c′,55c′がセンサチューブ45,46の
上，下に位置して流出側マニホールド48に固定され、一
対の固定板56c′,56c′がセンサチューブ45,46の上，下
に位置して流出側マニホールド49に固定されるようにし
ても良い。又、上記固定板55c及び一対の固定板55c′,5
5c′を流入側マニホールド48に固定し、且つ固定板56c
及び一対の固定板56c′,56c′を流出側マニホールド49
に固定するようにしても良い。

上記各実施例ではセンサチューブの熱膨張をベローズで
吸収するようにしたが、これ以外の構成でセンサチュー
ブの軸方向の変位を吸収できるようにしても良いのは勿
論である。

発明の効果 上述の如く、本発明になる質量流量計は、例えば高温流
体の流量計測をする場合でもセンサチューブの熱膨張に
よる軸方向の変位の伸縮部の伸縮動作により吸収するこ
とができるとともに伸縮部に軸方向以外の力が作用しな
いように保持機構により直管部が軸方向のみに変位でき
るよう規制することができる。そのため、センサチュー
ブの振動動作が安定して流量計測の出力信号がバタツク
ことを防止でき、より正確な流量計測を行うことができ
る等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる質量流量計の第１実施例の横断面
図、第２図は第１図に示す質量流量計の縦断面図、第３
図は第２図中III−III線に沿う縦断面図、第４図は第２
図中IV−IV線に沿う縦断面図、第５図、第６図は夫々本
発明の第２実施例の横断面図、保持機構を説明するため
の斜視図、第７図、第８図は夫々本発明の第３実施例の
横断面図、縦断面図である。 1,21,41…質量流量計、２…ケーシング、3,43…管路、
4,34,55,56…保持機構、6,7,23,24,45,46…センサチュ
ーブ、9,25,48…流入側マニホールド、10,26,49…流出
側マニホールド、11,32,33,44b,47b…ベローズ、12…ダ
イヤフラム、27,28,53,54…サポート板、13,35,36…支
柱、37…支持板、44…流入管、47…流出管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測流体が流入する流入口と被測流体が流
   出する流出口との間で直線状に延在する直管部を有する
   管路と、 前記直管部を半径方向に振動させる加振器と、 前記直管部の振動に伴う直管部の半径方向の変位を検出
   するピックアップと、 前記直管部の軸方向の変位を吸収するように管路に設け
   られた伸縮部と、 前記直管部の半径方向の変位を規制するが前記直管部の
   軸方向への変位を許容するように前記管路を保持する保
   持機構と、 よりなることを特徴とする質量流量計。