JPH09113330A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は温度変化によりセンサチューブの伸
縮した場合、センサチューブに長手方向の応力が作用し
て計測精度が低下するといった課題を解決するものであ
る。 【解決手段】 ケーシング２の蓋４，５の中央部分に
は、センサチューブ３の端部が摺動可能に挿入される摺
動孔４ｂ，５ｂが設けられている。摺動ベース１７，１
８は、蓋４，５に対し摺動可能に設けられており、セン
サチューブ支持部材１９，２０と、加振器支持部材２
１，２２と、ピックアップ支持部材２３，２４とが設け
られている。センサチューブ３が膨張した場合、センサ
チューブ３の両端が蓋４，５の摺動孔４ｂ，５ｂ内を膨
張方向に摺動すると同時に、摺動ベース１７，１８の環
状突部１７ｂ，１８ｂが蓋４，５のガイド部４ａ，５ａ
に沿って膨張方向に摺動する。そのため、センサチュー
ブ３に不要な応力が作用せず、且つ各コイル２９〜３２
と各マグネット２５〜２８との相対位置関係はずれるこ
とがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動式測定装置に係
り、特にセンサチューブに不要な応力が作用しないよう
にセンサチューブを支持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】流体が供給された管路を振動させて流体
の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリ
オリ式質量流量計又は振動式密度計がある。このコリオ
リ式質量流量計では、被測流体が通過するセンサチュー
ブを加振器により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ピックアップ
により検出するよう構成されている。また、振動式密度
計も上記コリオリ式質量流量計と同様な構成になってお
り、センサチューブが被測流体の密度に応じた周波数で
振動する。

【０００３】上記センサチューブ、加振器、ピックアッ
プは、周囲の影響を受けないように密閉されたケーシン
グ内に収納されており、さらにセンサチューブの表面に
結露が発生すると固有振動数が変動して計測精度が低下
するため、ケーシングの内部には結露防止のため乾燥し
た保護気体が充填されている。

【０００４】従来のケーシングは、例えば円筒状のケー
シング本体と、ケーシング本体の両端開口に嵌合する円
盤状の蓋部材と、を有する。ケーシング本体は、鉄製の
パイプよりなり、内部に上記センサチューブ、加振器、
ピックアップが挿入される収納室が形成される。

【０００５】また、蓋部材は、中央部にセンサチューブ
に連通する管路が貫通するための貫通孔が穿設され、外
周が上記ケーシング本体の開口に嵌合する寸法に加工さ
れている。そして、ケーシング本体の開口に蓋部材を嵌
合させた状態で、開口端部と蓋部材の外周とをすみ肉溶
接していた。

【０００６】このように、溶接されたケーシングは、セ
ンサチューブを支持する支持部材としても機能するた
め、センサチューブが直接ケーシングに固定されている
と、例えば周囲の温度より高温の被測流体がセンサチュ
ーブを流れてセンサチューブが長手方向に膨張した場
合、センサチューブが歪んでしまい正確な計測ができな
くなる。そのため、センサチューブの両端とケーシング
の蓋部材との間には、センサチューブの長手方向の伸縮
を吸収するための伸縮部材として蛇腹状のベローズが設
けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記のよう
に、センサチューブの長手方向の伸縮を吸収するベロー
ズが設けられている構成の装置では、センサチューブの
両端を溶接でケーシングの蓋に固定するため、流体温度
や外気温度の変化によりセンサチューブに軸方向（長手
方向）の引っ張り応力又は圧縮応力が作用する。そのた
め、計測の基準となるゼロ点が変動したり、あるいはセ
ンサチューブの共振周波数が変化したり、あるいは器差
特性が悪化するといった問題が生ずる。さらに、温度変
化が大きい場合には、センサチューブに作用する軸方向
（長手方向）の引っ張り応力又は圧縮応力が増大してセ
ンサチューブが破損するおそれがあった。

【０００８】また、センサチューブの振動を安定化する
ため、センサチューブが収納されたケーシングを二重構
造とすると共に、振動方向を限定するためセンサチュー
ブの振動の中央部に押さえ板が設けられたものがある。
また、センサチューブの熱膨張対策として、センサチュ
ーブの長さを測定する長さセンサを設け、この長さセン
サから出力された測定値に基づいて補正を行うものもあ
る。

【０００９】これらの構成でもセンサチューブに軸方向
の応力が作用するため、上記ベローズを有する構成のも
のと同様な問題があった。そこで、本発明は上記問題を
解決した振動式測定装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有するものである。本
発明は、被測流体が流れるセンサチューブを密閉された
ケーシング内に収納させ、該センサチューブを加振器に
より振動させると共に、ピックアップにより該センサチ
ューブの変位を検出する振動式測定装置において、前記
ケーシングに対し前記センサチューブを長手方向に摺動
可能に支持する摺動ベースを設け、該摺動ベースに前記
加振器を支持した加振器支持部を設け、前記摺動ベース
に前記ピックアップを支持したピックアップ支持部を設
けたことを特徴とするものである。

【００１１】従って、本発明によれば、センサチューブ
がケーシングに対して長手方向に摺動可能に設けられて
いるので、流体温度や周囲温度が変化してセンサチュー
ブが伸縮してもセンサチューブに軸方向（長手方向）の
引っ張り応力又は圧縮応力が作用することを防止でき
る。しかも、加振器及びピックアップがセンサチューブ
を支持する摺動ベースに支持されているので、温度変化
によりセンサチューブが伸縮しても加振器及びピックア
ップとセンサチューブとの相対位置関係が変化すること
を防止でき、計測時にゼロ点が変動したり、あるいは器
差特性が悪化することを防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面と共に本発明になる振動
式測定装置の一実施例について説明する。図１は本発明
になる振動式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質
量流量計である。

【００１３】尚、振動式測定装置としてはコリオリ式質
量流量計と振動式密度計がある。コリオリ式質量流量計
は振動式密度計と実質同様な構成であるので、本実施例
では質量流量計について詳細に説明する。質量流量計１
は密閉されたケーシング２内に１本のセンサチューブ３
を挿通してなる。センサチューブ３は流体の流れ方向で
あるＸ方向に直線状に延在するステンレス製の直管より
なり、後述するようにセンサ部及び駆動部と一体に組み
付けられ、且つケーシング２に対して長手方向（Ｘ方
向）に摺動可能に設けられている。

【００１４】円筒状に形成されたケーシング２は、内部
にセンサチューブ３が収納される収納室６が形成されて
おり、両端開口２ａ，２ｂが円盤状の蓋４，５により閉
蓋されている。蓋４，５は内側の端面に環状に突出する
ガイド部４ａ，５ａを有し、夫々取付ボルト７，８によ
りケーシング２に固着されている。また、蓋４，５の中
央部分には、センサチューブ３の端部が摺動可能に挿入
される摺動孔４ｂ，５ｂが貫通している。

【００１５】この摺動孔４ｂ，５ｂの内周には、センサ
チューブ３の端部との間をシールするＯリング９，１０
が設けられている。また、蓋４，５の端面には、流入管
１１，流出管１２との間をシールするＯリング１３，１
４が埋設されている。流入管１１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１１ａと、上
流側配管に連通する流入口１１ｂと、流入口１１ｂと蓋
４の摺動孔４ｂに連通する連通孔１１ｃと、蓋４の端面
に取付ボルト１５により固着されるフランジ１１ｄとを
有する。また、フランジ１１ｄが蓋４の端面に取り付け
られると共に、連通孔１１ｃが蓋４の摺動孔４ｂを介し
てセンサチューブ３に連通する。

【００１６】流出管１２は、上記流入管１１と同一構成
であり、流出側端部に下流側配管（図示せず）に連結さ
れるフランジ１２ａと、下流側配管に連通する流入口１
２ｂと、流入口１２ｂと蓋５の摺動孔５ｂを連通する連
通孔１２ｃと、蓋４の端面に取付ボルト１６により固着
されるフランジ１２ｄとを有する。また、フランジ１２
ｄが蓋４の端面に取り付けられると共に、連通孔１２ｃ
が蓋５の摺動孔５ｂを介してセンサチューブ３に連通す
る。

【００１７】センサチューブ３の両端は、摺動孔４ｂ，
５ｂに挿入されており、常温状態では長手方向（Ｘ方
向）においてフランジ１１ｄ，１２ｄとの間に隙間Ｓが
設けられている。そのため、温度変化によりセンサチュ
ーブ３が膨張しても摺動孔４ｂ，５ｂ内において摺動す
ることができるので、長手方向（Ｘ方向）の膨張量を吸
収することができる。

【００１８】１７は流入側の摺動ベースで、センサチュ
ーブ３の半径方向に延在する円盤状のベース本体１７ａ
と、ベース本体１７ａの外周周縁より蓋４側に突出する
ように設けられた環状突部１７ｂと、ベース本体１７ａ
の中央を貫通する貫通孔１７ｃとよりなる。摺動ベース
１７の貫通孔１７ｃには、センサチューブ３が挿通され
た状態でロー付け等により固着されている。そして、摺
動ベース１７の環状突部１７ｂは蓋４のガイド部４ａの
外周に嵌合し、ガイド部４ａにガイドされてＸ方向に摺
動可能に取り付けられている。

【００１９】１８は流出側の摺動ベースで、上記摺動ベ
ース１７と同一な構成とされており、センサチューブ３
の半径方向に延在する円盤状のベース本体１８ａと、ベ
ース本体１８ａの外周周縁より蓋５側に突出するように
設けられた環状突部１８ｂと、ベース本体１８ａの中央
を貫通する貫通孔１８ｃとよりなる。摺動ベース１８の
貫通孔１８ｃには、センサチューブ３が挿通された状態
でロー付け等により固着されている。そして、摺動ベー
ス１８の環状突部１８ｂは蓋５のガイド部５ａの外周に
嵌合し、ガイド部５ａにガイドされてＸ方向に摺動可能
に取り付けられている。

【００２０】摺動ベース１７，１８には、センサチュー
ブ３を支持するセンサチューブ支持部材１９，２０と、
加振器支持部材２１，２２と、ピックアップ支持部材２
３，２４とが設けられている。センサチューブ支持部材
１９，２０は、摺動ベース１７，１８よりセンサチュー
ブ３の長手方向（Ｘ方向）に延在する第１の腕部１９
ａ，２０ａと、第１の腕部１９ａ，２０ａの先端からセ
ンサチューブ３の長手方向と直交する方向に延在する第
２の腕部１９ｂ，２０ｂとを有する。第１の腕部１９
ａ，２０ａは摺動ベース１７，１８のベース本体１７
ａ，１８ａにロー付けにより固着されており、第２の腕
部１９ｂ，２０ｂはセンサチューブ３の外周にロー付け
により固着されている。

【００２１】従って、センサチューブ３はセンサチュー
ブ支持部材１９，２０により支持されており、流量計測
時には第２の腕部１９ｂ，２０ｂが固着された部分を支
点として振動することになる。加振器支持部材２１，２
２は、摺動ベース１７，１８よりセンサチューブ３の長
手方向（Ｘ方向）に延在する第１の腕部２１ａ，２２ａ
と、第１の腕部２１ａ，２２ａの先端からセンサチュー
ブ３の長手方向と直交する方向に延在する第２の腕部２
１ｂ，２２ｂとを有する。

【００２２】ピックアップ支持部材２３，２４も上記加
振器支持部材２１，２２と同一構成であり、摺動ベース
１７，１８よりセンサチューブ３の長手方向（Ｘ方向）
に延在する第１の腕部２３ａ，２４ａと、第１の腕部２
３ａ，２４ａの先端からセンサチューブ３の長手方向と
直交する方向に延在する第２の腕部２３ｂ，２４ｂとを
有する。

【００２３】センサチューブ３の外周には、円柱状に形
成された４個のマグネット２５〜２８が設けられてい
る。各マグネット２５〜２８は、センサチューブ３の左
端からマグネット２５，２６の取付位置までの距離と、
センサチューブ３の右端からマグネット２７，２８の取
付位置までの距離とが同一となるように設けられてい
る。そして、センサチューブ３の上側に設けられたマグ
ネット２５，２７が加振用のマグネットとして機能し、
センサチューブ３の下側に設けられたマグネット２６，
２８がピックアップ用のマグネットとして機能する。

【００２４】また、上記マグネット２５〜２８が挿入さ
れるようにセンサチューブ３の上下方向にコイル２９〜
３２が設けられている。加振用のマグネット２５，２７
に対向するように設けられた加振用のコイル２９，３１
は、加振器支持部材２１，２２の第２の腕部２３ｂ，２
４ｂの下端に支持されている。また、ピックアップ用の
マグネット２６，２８に対向するように設けられたピッ
クアップ用のコイル３０，３２は、ピックアップ支持部
材２３，２４の第２の腕部２３ｂ，２４ｂの上端に支持
されている。

【００２５】各コイル２９〜３２は、筒状に形成されて
おり、その中空部分に各マグネット２５〜２８が挿入さ
れているため、ピックアップ用のコイル３０，３２に駆
動電流が流れるとコイル３０，３２から発生した電磁力
により加振用のマグネット２５，２７が上方に駆動され
てセンサチューブ３の中央部分が上方に撓む。そして、
コイル３０，３２への通電が停止すると、センサチュー
ブ３の中央部分は元の状態に復帰するように下方に変位
する。

【００２６】このようにしてセンサチューブ３が上下方
向に加振されると、センサチューブ３はセンサチューブ
支持部材１９，２０の第２の腕部１９ｂ，２０ｂが固着
された部分を支点として振動することになる。また、セ
ンサチューブ３が上下方向に振動すると共にピックアッ
プ用のマグネット２６，２８がピックアップ用のコイル
３０，３２に対して相対変位することになる、センサチ
ューブ３の振幅に応じた起電力が生じてコイル３０，３
２に検出信号としての電流が流れる。

【００２７】従って、本実施例では、コイル２９，３１
とマグネット２５，２７とから加振器３３，３４が構成
され、コイル３０，３２とマグネット２６，２８とから
ピックアップ３５，３６が構成されている。流量計測
時、上記構成になる質量流量計１において、センサチュ
ーブ３は加振器３３，３４により上下方向に加振され
る。上流側配管（図示せず）から供給された被測流体は
流入管１１の連通孔１１ｃより振動するセンサチューブ
３内に流入する。そして、センサチューブ３を通過した
流体は流出管１２の連通孔１２ｃより下流側配管（図示
せず）に流出する。

【００２８】このように、振動するセンサチューブ３に
流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力
が発生する。そのため、直管状のセンサチューブ３の流
入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側のピ
ックアップ３５の出力信号と流出側のピックアップ３６
の出力信号とでは位相差があらわれる。

【００２９】このように流入側と流出側との位相差が流
量に比例するため、流量計測制御回路（図示せず）は、
ピックアップ３５からの出力信号とピックアップ３６か
らの出力信号の位相差に基づいて流量を演算する。ここ
で、上記構成とされた質量流量計１の組立工程について
説明する。尚、図２乃至図５は組立手順を示す工程図で
ある。

【００３０】第１工程 図２に示すように、まずセンサチューブ３に摺動ベース
１７，１８を取り付ける。次に摺動ベース１７，１８の
端面にセンサチューブ支持部材１９，２０と、加振器支
持部材２１，２２と、ピックアップ支持部材２３，２４
とを取り付ける。

【００３１】そして、センサチューブ支持部材１９，２
０の第２の腕部１９ｂ，２０ｂをセンサチューブ３に固
着させると共に、センサチューブ３の所定位置にマグネ
ット２５〜２８を固着させる。続いて、コイル２９〜３
２がマグネット２５〜２８が挿入される位置で保持され
るように、コイル２９〜３２を加振器支持部材２１，２
２及びピックアップ支持部材２３，２４の端部に取り付
ける。

【００３２】このようにして、質量流量計１の計測ユニ
ット３７が組み立てられる。 第２工程 図３に示すように、計測ユニット３７をケーシング２内
に挿入させる。この挿入作業時は、センサチューブ３の
両端近傍で半径方向に突出する摺動ベース１７，１８が
設けられているので、摺動ベース１７，１８の外周がケ
ーシング２の内壁に摺接してセンサチューブ支持部材１
９，２０や加振器支持部材２１，２２がケーシング２の
内壁に当接して変形することが防止される。

【００３３】そのため、計測ユニット３７をケーシング
２内に挿入させる際に、摺動ベース１７，１８により各
コイル２９〜３２と各マグネット２５〜２８との相対位
置関係がずれることがないように保護する。 第３工程 図４に示すように、蓋４をケーシング２の左側端部に取
り付ける。その際、センサチューブ３の左側端部が蓋４
の摺動孔４ｂに挿入されると共に、摺動ベース１７の環
状突部１７ｂが蓋４のガイド部４ａの外周に嵌合され
る。これにより、計測ユニット３７の左側端部の取付位
置がケーシング２の中心に位置決めされる。

【００３４】第４工程 図５に示すように、蓋５をケーシング２の右側端部に取
り付ける。その際、センサチューブ３の右側端部が蓋５
の摺動孔５ｂに挿入されると共に、摺動ベース１８の環
状突部１８ｂが蓋５のガイド部５ａの外周に嵌合され
る。これにより、計測ユニット３７の右側端部の取付位
置がケーシング２の中心に位置決めされる。

【００３５】このようにしてセンサチューブ３の両端が
蓋４、５の摺動孔４ｂ，５ｂに摺動可能な状態に挿入さ
れる。また、摺動ベース１７，１８の環状突部１７ｂ，
１８ｂが蓋４，５のガイド部４ａ，５ａの外周に嵌合さ
れて摺動ベース１７，１８もセンサチューブ３の長手方
向（Ｘ方向）に摺動自在に取り付けられる。

【００３６】第５工程 図１に示すように、蓋４，５の端面に流入管１１，流出
管１２を取り付ける。すなわち蓋４，５のフランジ１１
ｄ，１２ｄが蓋４，５の端面に取り付けられると共に、
連通孔１１ｃ，１２ｃが蓋４，５の摺動孔４ｂ，５ｂを
介してセンサチューブ３に連通する。これで、質量流量
計１の組立作業が終了する。

【００３７】このように上記のように構成された質量流
量計１では、各取付ボルトの締め付けにより組み立てる
ことができるので、センサチューブ３を溶接せずにケー
シング２内に取り付けることができる。そのため、組立
作業が容易に行えて組立工程の時間を短縮することがで
きるとともに、温度変化によりセンサチューブ３に長手
方向の軸力が作用しないように質量流量計１を組み立て
ることができる。

【００３８】ここで、温度変化によりセンサチューブ３
が伸縮したときの動作について説明する。被測流体の温
度上昇又は周囲の温度上昇によりセンサチューブ３が長
手方向に膨張した場合、図６に示すようにセンサチュー
ブ３の両端が蓋４，５の摺動孔４ｂ，５ｂ内を膨張方向
に摺動する。これと同時に、摺動ベース１７，１８の環
状突部１７ｂ，１８ｂが蓋４，５のガイド部４ａ，５ａ
に沿って膨張方向に摺動する。

【００３９】すなわち、センサチューブ３が長手方向に
膨張してもセンサチューブ３の膨張を規制するものが何
も無いため、センサチューブ３に不要な応力が作用せ
ず、且つ各コイル２９〜３２を支持する加振器支持部材
２１，２２及びピックアップ支持部材２３，２４が摺動
ベース１７，１８に取り付けられているので、各コイル
２９〜３２と各マグネット２５〜２８との相対位置関係
はずれることがない。

【００４０】また、被測流体の温度低下又は周囲の温度
低下によりセンサチューブ３の全長が縮んだ場合、図７
に示すようにセンサチューブ３の両端が蓋４，５の摺動
孔４ｂ，５ｂ内を縮み方向に摺動する。これと同時に、
摺動ベース１７，１８の環状突部１７ｂ，１８ｂが蓋
４，５のガイド部４ａ，５ａに沿って縮み方向に摺動す
る。

【００４１】すなわち、センサチューブ３が長手方向に
縮んでもセンサチューブ３を規制するものが何も無いた
め、センサチューブ３に不要な応力が作用せず、且つ各
コイル２９〜３２を支持する加振器支持部材２１，２２
及びピックアップ支持部材２３，２４が摺動ベース１
７，１８に取り付けられているので、各コイル２９〜３
２と各マグネット２５〜２８との相対位置関係はずれる
ことがない。

【００４２】このように、センサチューブ３が温度変化
により伸縮してもセンサチューブ３の伸縮動作を妨げる
ような応力が作用しないため、センサチューブ３の振動
特性が変動したり、センサチューブ３が破損することが
防止される。また、温度変化に拘わらず各コイル２９〜
３２と各マグネット２５〜２８との相対位置関係が初期
状態と同じ状態に保持されるため、ゼロ点が変動した
り、あるいはセンサチューブの共振周波数が変化した
り、あるいは器差特性が悪化することが防止される。

【００４３】尚、上記各実施例では、１本のセンサチュ
ーブを有する構成を一例として挙げたが、これに限ら
ず、例えば２本の平行なセンサチューブを有する構成に
も本発明が適用できるのは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、センサチ
ューブがケーシングに対して長手方向に摺動可能に設け
られているので、流体温度や周囲温度が変化してセンサ
チューブが伸縮してもセンサチューブに軸方向（長手方
向）の引っ張り応力又は圧縮応力が作用することを防止
できる。しかも、加振器及びピックアップがセンサチュ
ーブを支持する摺動ベースに支持されているので、温度
変化によりセンサチューブが伸縮しても加振器及びピッ
クアップとセンサチューブとの相対位置関係が変化する
ことを防止でき、計測時にゼロ点が変動したり、あるい
は器差特性が悪化することを防止できる。

【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が適用
された質量流量計の縦断面図である。

【図２】組立工程の第１工程を示す縦断面図である。

【図３】組立工程の第２工程を示す縦断面図である。

【図４】組立工程の第３工程を示す縦断面図である。

【図５】組立工程の第４工程を示す縦断面図である。

【図６】センサチューブが長手方向に膨張したときの計
測ユニットの動作を示す縦断面図である。

【図７】センサチューブが長手方向に縮んだときの計測
ユニットの動作を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ケーシング ３ センサチューブ ４，５ 蓋 １１ 流入管 １２ 流出管 １７，１８ 摺動ベース １９，２０ センサチューブ支持部材 ２１，２２ 加振器支持部材 ２３，２４ ピックアップ支持部材 ２５〜２８ マグネット ２９〜３２ コイル ３３，３４ 加振器 ３５，３６ ピックアップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測流体が流れるセンサチューブを密閉
   されたケーシング内に収納させ、該センサチューブを加
   振器により振動させると共に、ピックアップにより該セ
   ンサチューブの変位を検出する振動式測定装置におい
   て、 前記ケーシングに対し前記センサチューブを長手方向に
   摺動可能に支持する摺動ベースを設け、 該摺動ベースに前記加振器を支持した加振器支持部を設
   け、 前記摺動ベースに前記ピックアップを支持したピックア
   ップ支持部を設けたことを特徴とする振動式測定装置。