JPH08338749A - コリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コリオリ流量計の取付姿勢により生ずる零ド
リフトをなくす。 【構成】 被測流体が流れるフローチューブ３，４が近
接、離間するように交番駆動してフローチューブ３，４
に生ずるコリオリの力を検出するセンサ１０を、フロー
チューブ３と４とに両端８ａ，８ｂおよび９ａ，９ｃの
各々２個所で溶着し、互いに対向した熱良導性のブラケ
ット８，９の面８ｃ，９ｃに取り付ける。フローチュー
ブ３，４内に、高温又は低温の流体が流れたとき、流体
の熱がブラケット８，９に応答よく伝達してセンサ１０
に達し、同一温度に保たれるので、センサ１０はコリオ
リ流量計の取付姿勢変化による雰囲気温度対流に影響さ
れることがなく、流体温度のみに依存して変化するの
で、零ドリフトが生じない。

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、コリオリ流量計のセンサ取付部の構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、コリオリ流量計は、流体
が流れるフローチューブを両端支持して支持点まわりに
角速度ωの交番振動で駆動したとき、フローチューブに
質量流量ｍと角速度ωのベクトル積に比例したコリオリ
の力Ｆが作用することを利用し、コリオリの力Ｆを計測
して質量流量ｍを求める質量流量計である。交番駆動さ
れたフローチューブは、このコリオリの力Ｆにより変形
し、フローチューブの、支持位置からの対称位置では、
コリオリの力Ｆに比例した位相差が生ずるので、この位
相差を検出して質量流量ｍを求めることができる。

【０００３】フローチューブは、コリオリの力を発生さ
せるコリオリ流量計の要部であり、その形状により直管
と湾曲管に大別できる。いずれのフローチューブをもっ
たコリオリ流量計においても交番振動の角速度ωをフロ
ーチューブの固有振動数ω₀に選ぶことにより、固有振
動数ω₀から流体の密度ρを計測することが可能とな
り、しかも駆動エネルギが最小となり駆動効率を高める
ことができる。

【０００４】図３は、従来のコリオリ流量計の一例を説
明するための斜視図であり、図中、２１はマニホール
ド、２２は基台、２３，２４はフローチューブ、２５は
ブレースバー、２６，２７はブラケット、２８は駆動
部、２９はセンサである。

【０００５】図３に示したコリオリ流量計のフローチュ
ーブ２３，２４は、Ｕ字形に湾曲した同一形状の湾曲管
であり、各々の両端部は、基台２２に支持されマニホー
ルド２１内に開口している。マニホールド２１は両端に
接続フランジ２１ａを有し、接続フランジ２１ａを介し
て配管接続され、フローチューブ２３，２４に等流量の
流体が流れるようにマニホールド２１の上下流を内部ま
で支切る支切板（図示せず）が設けられている。また、
フローチューブ２３，２４の両端近傍には、音叉状に駆
動したとき振動の節部を形成させるためのブレースバー
２５が設けられ、更に、フローチューブ２３，２４が平
行な姿勢を保つように相互固着されている。

【０００６】また、フローチューブ２３の先端位置に
は、マニホールド２１と軸平行なブラケット２６がフロ
ーチューブ２３両脚の接合位置２６ａで電子ビーム溶接
等により固着され、また同様に、フローチューブ２４の
先端位置には、前記ブラケット２６と対向した位置にブ
ラケット２７がフローチューブ２４両脚に電子ビーム溶
接等で固着されている。ブラケット２６，２７には、中
央位置に駆動部２８が、両端位置に一対のセンサ２９が
各々固着されている。

【０００７】駆動部２８は、コアー２８ａとボビン状の
駆動コイル２８ｂ、センサ２９は、ピックオフコイル２
９ａとマグネット２９ｂとからなり、各々のコイルのリ
ード線（図示せず）は基台２２の中央部２２ａに設けら
れたコネクタ（図示せず）を介して外部に導出される。

【０００８】上述の図３に示したコリオリ流量計は、駆
動部２８を駆動してフローチューブ２３，２４を互いに
近接、離間する、いわゆる音叉状に相対運動させ、一対
のセンサ２９からはコリオリの力に比例した位相差をも
った正弦波速度信号が検出され、位相差に比例した質量
流量が検出される。しかし、フローチューブ２３，２４
に作用するコリオリの力は駆動力に比べて極めて小さ
く、従ってコリオリの力に比例した位相差信号も小さ
く、高精度な質量流量を検出するためには、位相差信号
を外乱影響を受けることなく安定して検出することが第
１の条件である。

【０００９】コリオリ流量計は、一般の流量計と同様
に、目的に応じた流体流量を検出する流量計であるか
ら、流体の温度、密度の異なる流体を、計測するととも
に水平又は垂直等の配管条件に適合した姿勢で取り付け
られる。特に、流体の温度が常温に比べて大きい温度差
のある、例えば高温である場合、センサ２９は、流体の
温度影響を受けて温度上昇する。しかも、フローチュー
ブ２３，２４近傍の温度は、対流による外気の流れによ
り変化するので、センサ２９の温度はコリオリ流量計の
取り付け姿勢により大きく変化する。

【００１０】図６は、従来のコリオリ流量計が縦配管に
取り付けられたときの特性の変化を示す図で、横軸が温
度、縦軸がピックオフコイルの抵抗値及び変換器（出力
４〜２０ｍＡ）の零流量における出力電流、すなわち、
出力４ｍＡに対するドリフト量を示している。

【００１１】一対のピックオフコイル２９ａの抵抗値
は、測定流体の温度上昇とともに増加し、しかも、取り
付けられたコリオリ流量計の下方側の抵抗値Ｂよりも、
上方側のピックオフコイル２９ａの抵抗値Ａが大きくな
っている。ピックオフコイル２９ａの抵抗値の変化に伴
って零ドリフト量も変化し、常温２０℃のときに比べ流
体温度が８０℃になると直線Ｃに示すように約０.２０
ｍＡ零点が移動する。

【００１２】図７は、従来のコリオリ流量計が水平配管
に取り付けられたときの特性変化を示す図で、一対のピ
ックオフコイル２９ａの抵抗値は、温度上昇に従って増
大するが、共に、略同じ傾斜をもって増大し、同一温度
においては相互の抵抗値Ａ，Ｂに変化はみられない。従
って、出力電流は直線Ｃに示すように４ｍＡ±０.０１
〜０.０２ｍＡ程度で、温度変化に伴う零ドリフト量は
無視できる程度であった。

【００１３】以上、コリオリ流量計の取り付け姿勢の違
いによる零点の移動を、センサ２９がセンサコイル２９
ａとマグネット２９ｂの場合について述べたが、銅線を
巻回したコイルを有するセンサのみでなく、例えば、ス
リットの移動変化を光量変化として検知する光センサ、
その他の場合においても、熱影響を受ける種類のセンサ
であれば同様のドリフト現象が生ずる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】センサ２９をフローチ
ューブ２３，２４に取り付けるため、センサ２９とフロ
ーチューブ２３，２４との間に介在されるブラケット２
６，２７は、板状であり、フローチューブ２３，２４と
接合される固着部２６ａ，２７ａは、一ヶ所で円形線状
に接合されている。従って、高低温流体が流れるフロー
チューブ２３，２４からセンサ２９に到るまでの熱抵抗
は大きく、センサ２９の温度がフローチューブ２３，２
４内を流れる流体温度に達するまでの応答時間が長く、
そのため、センサ２９の温度は、対流による外気温度に
影響され易く、コリオリ流量計の取り付け姿勢が零点移
動をもたらす。

【００１５】特に、センサ２９がピックオフコイル２９
ａと磁石２９ｂを組合せたセンサ２９のピックオフコイ
ルの等価回路は、コイル抵抗Ｒと、線間の静電容量Ｃお
よびインダクタンスＬとからなるインピーダンスＺをも
った回路であるから、温度変化によりインピーダンスＺ
が変化し、これが検出された正弦波信号の位相変化とし
て出力され、零点移動の原因となる。

【００１６】本発明は、上記課題を解決するために、セ
ンサと、フローチューブとの間の熱抵抗を小さくしてセ
ンサの温度がフローチューブを流れる流体の温度に速応
して変化し、外気影響を無視できるようにしたセンサ取
り付け構造を有するコリオリ流量計を提供することを目
的とする。

【００１７】

【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）等流量の流体が流れる同一形状の
平行配置された導管で両端支持されたフローチューブ
と、該フローチューブを支持位置まわりに反対位相で交
番駆動する駆動手段と、前記フローチューブの前記支持
位置から対称位置に取り付けられ、前記フローチューブ
に作用するコリオリの力に比例した位相差を検知するセ
ンサとからなり、前記位相差に比例した質量流量を求め
るコリオリ流量計において、各々の前記センサは、前記
フローチューブの取り付け位置に設けられ、該フローチ
ューブに少くとも２個所以上で溶着された熱良導体のブ
ラケットに取り付けられたこと、更には、（２）前記
（１）において、前記センサをボビン状のセンサコイル
と該ボビン状センサコイルに挿入される磁石とで構成
し、前記センサコイル形状を前記ブラケットに対し接合
面積が大きくなる偏平形状をしたこと、更には、（３）
前記（１）又は（２）において、前記熱良導体のブラケ
ットを非磁性材で前記フローチューブと同一材質とした
ことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】コリオリの力を検出する一対のセンサを取り付
けるフローチューブの各々の位置に、熱良導性のブラケ
ットを少くとも２個所で溶着して、ブラケットの温度が
フローチューブを流れる流体の温度に速応して変化する
ようにし、該ブラケットに固着したセンサの温度がフロ
ーチューブを流れる温度に依存するようにし、コリオリ
流量計の取付姿勢が変ったときでもセンサ温度が外部環
境に影響されず零点のドリフトを防ぐ。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明によるコリオリ流量計の一例
を説明するための斜視図であり、図中、１はマニホール
ド、２は基台、３，４はフローチューブ、５はブレース
バー、６は駆動部、７はセンサ部、８，９はブラケッ
ト、１０はセンサである。

【００２０】図１に示したコリオリ流量計は、図３に示
したコリオリ流量計との相異点は駆動部６およびセンサ
部７のフローチューブに対する取り付け構造であり、マ
ニホールド１、基台２、フローチューブ３，４およびブ
レースバー５は、図３に示した従来のコリオリ流量計の
マニホールド２１、基台２２、フローチューブ２３，２
４およびブレースバー２５からなるコリオリ流量計の主
要な構造と同じであるから、この部分の説明は省略す
る。

【００２１】駆動部６は、柱状のコアー６ａと円環状の
ドライブコイル６ｂとからなり、コアー６ａ，およびド
ライブコイル６ｂは、Ｕ字状のフローチューブ３，４に
対しマニホールド１の軸から直角方向に延びる対称線上
の位置に各々取り付け金具６ｃ，６ｄを介して取り付け
られている。

【００２２】センサ部７は、ブラケット８，９とセンサ
１０とからなり、駆動部６から対称なフローチューブ
３，４の左右脚部に対をなして取り付けられている。

【００２３】図２は、センサ部の詳細を説明するための
図１の矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図１と同じ作用をす
る部分には、図１の場合と同じ参照番号が付してある。

【００２４】ブラケット８は、熱良導な非磁性の金属材
料からなる矩形板状体で、対向辺８ａ，８ｂが平行に角
度θで折り曲げられ、フローチューブ３と、軸平行に対
向辺８ａ，８ｂ部の２個所でフローチューブ３に溶着さ
れている。ブラケット９は、ブラケット８と同様に、熱
良導な非磁性の金属材料からなる矩形板状体で対向辺９
ａ，９ｂが平行に角度θで折り曲げられ、フローチュー
ブ４と軸平行に対向辺９ａ，９ｂの２個所でフローチュ
ーブ４に溶着されている。このとき、折り曲げられて溶
着された、ブラケット８と９の対向する面８ｃ，９ｃは
互いに平行となっている。

【００２５】ブラケット８ｃの面には、非磁性材の支柱
１０ｃの一端が直角に固着され、他端には両端に磁極を
有する棒磁石１０ｂが固着されている。他方、ブラケッ
ト９ｃの面には、中央の前記棒磁石１０ｂを軸上に挿入
した位置に円環状のセンシングコイル１０ａが固着され
ている。センシングコイル１０ａは、従来と同一ターン
数であって線径を大きくすることにより抵抗値を減小
し、熱抵抗影響を受けにくくするとともに形状を大きく
して取り付け面積を大きくしている。

【００２６】ブラケット８，９は、角度θで折り曲げら
れ、両端の辺８ａ，８ｂ、９ａ，９ｂで、各々フローチ
ューブ３，４に２個所で溶着されているので、熱抵抗が
小さくフローチューブ３，４に高温又は低温の流体が流
れたとき、ブラケット８，９は急速に流体温度に迄加熱
又は冷却され、センシングコイル１０ａも流体温度と近
い温度に加熱又は冷却され、外気温度の影響が無視でき
るようになり、一対のセンサ１０は同一の温度が保持さ
れ、結果的に、コリオリ流量計の取付姿勢の変化による
零点移動もなくなる。

【００２７】しかし、フローチューブ３，４の管材と、
ブラケット８，９の材料とが異なる材質であると、ブラ
ケット８，９が熱良導体であってもフローチューブ３，
４との間に熱膨張差による熱歪が生じ、ブラケット８，
９自体の熱ひずみによる零点移動が生ずるので、ブラケ
ット８，９の材料をフローチューブ３，４と同一材料に
選ぶ、例えば、フローチューブ３，４が非磁性のステン
レス鋼管である場合、ブラケット８，９も同じステンレ
ス鋼板を用いる。また、当然ながら、コリオリ流量計を
溶接により組立構成したときの溶接部の熱歪みは、真空
炉中で加熱除冷することにより取り除かれている（請求
項３に対応）。

【００２８】（具体例）図４は、本発明によるコリオリ
流量計の縦配管時の温度特性の一例を説明するための特
性図であり、横軸に温度（℃）、縦軸にゼロドリフト
（ｍＡ）およびセンシングコイル抵抗（Ω）を表わして
いる。なおブラケット８，９は、フローチューブ３，４
と同じ、ステンレス鋼である。

【００２９】図４に示すように、縦配管の場合でも、同
一温度での上部のセンシングコイル１０ａの抵抗値Ａの
変化に対して下部のセンシングコイル１０ａの抵抗値Ｂ
の変化は、無視できる程度に小さく、これに伴って生ず
る零ドリフト値Ｃも０.０１ｍＡ程であり、図６に示し
た従来の零ドリフト値０.２ｍＡに対し約１／２０に減
少した。

【００３０】図５は、本発明によるコリオリ流量計の水
平配管時の温度特性の一例を説明するための図で、横
軸、縦軸の表示は、図４の場合と同じである。

【００３１】図５に示した水平配管時の温度特性は、図
４に示した垂直配管時の温度特性と同様に、左右のセン
シングコイル１０ａの抵抗値は同一温度においては略々
同一値を示し、零点ドリフトも±０.０１ｍＡ以下であ
り、垂直配管の場合と略等しい量であった。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下の効果がある。請求項１に対応する効
果：コリオリの力を検出する一対のセンサを、各々フロ
ーチューブに少くとも２個所で溶着され、熱良導性のブ
ラケットを固着したので、センサ温度はフローセンサ内
を流れる流体温度に応答よく追従して変化する。このた
め、コリオリ流量計の取付姿勢によるフローチューブ近
傍に生ずる外気の対流によるセンサへの温度影響は無視
され、零点変動のない計測が可能となる。請求項２に対
応する効果：ブラケットに取り付けられるセンサを、円
環状のセンシングコイルと、円環状のセンシングコイル
と同軸なマグネットで構成し、センシングコイルの線径
を大きくして取付面積を相対的に大きくしたので抵抗値
が小さく、且つ抵抗値が小さくなり熱応答がよく、抵抗
値変化量も小さくできたので、請求項１と同様の効果が
あり、且つＳＮ比がよく、低流量まで計測できるコリオ
リ流量計を提供することができる。請求項３に対応する
効果：センサを取り付けるブラケットの材料をフローチ
ューブの材料と同じ非磁性材料としたので、温度変化に
より熱歪がブラケットに生じることがなく広い温度範囲
で零ドリフトの発生を防ぐことができる。

【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例を説明す
るための斜視図である。

【図２】 センサ部の詳細を説明するための図１の矢視
Ｂ−Ｂ線断面図である。

【図３】 従来のコリオリ流量計の一例を説明するため
の斜視図である。

【図４】 本発明によるコリオリ流量計の縦配管時の温
度特性の一例を説明するための特性図である。

【図５】 本発明によるコリオリ流量計の水平配管時の
温度特性の一例を説明するための図である。

【図６】 従来のコリオリ流量計が縦配管に取り付けら
れたときの特性の変化を示す図である。

【図７】 従来のコリオリ流量計が水平配管に取り付け
られたときの特性変化を示す図である。

【符号の説明】

１…マニホールド、２…基台、３，４…フローチュー
ブ、５…ブレースバー、６…駆動部、７…センサ部、
８，９…ブラケット、１０…センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 等流量の流体が流れる同一形状の平行配
   置された導管で両端支持されたフローチューブと、該フ
   ローチューブを支持位置まわりに反対位相で交番駆動す
   る駆動手段と、前記フローチューブの前記支持位置から
   対称位置に取り付けられ、前記フローチューブに作用す
   るコリオリの力に比例した位相差を検知するセンサとか
   らなり、前記位相差に比例した質量流量を求めるコリオ
   リ流量計において、各々の前記センサは、前記フローチ
   ューブの取り付け位置に設けられ、該フローチューブに
   少くとも２個所以上で溶着された熱良導体のブラケット
   に取り付けられたことを特徴とするコリオリ流量計。
2. 【請求項２】 前記センサをボビン状のセンサコイルと
   該ボビン状センサコイルに挿入される磁石とで構成し、
   前記センサコイル形状を前記ブラケットに対し接合面積
   が大きくなる偏平形状をしたことを特徴とする請求項１
   に記載のコリオリ流量計。
3. 【請求項３】 前記熱良導体のブラケットを非磁性材で
   前記フローチューブと同一材質としたことを特徴とする
   請求項１又は２に記載のコリオリ流量計。