JPH09257540A - コリオリ流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環状ループ形状の測定管を持つコリオリ流量
計の交番振動を安定なものとし、質量流量精度を高め
る。 【解決手段】 軸Ｘ−Ｘ上に流入口１ｃと流出口１ｄを
有する接続フランジ１ａ，１ｂを備えた外筒１内に１周
以上２周未満の環状ループ２ｂを有する測定管２を流入
口１ｃと流出口１ｄを挿入固定する。環状ループ２ｂを
角度θ（≦３０゜）をなす第１支持板６，７で一体に支
持し、環状ループ２ｂの部分としてこれを駆動部８で第
１支持板６，第１支持板７まわりに共振駆動する。この
振動により角度θ内の環状ループ２ｂも振動するが、第
１支持板６，７を節部とするので、共振駆動された湾曲
形状の環状ループ２ｂの振動に悪影響を及ぼさない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ流量計に
関し、より詳細には、測定管が流体の流れ方向を軸とし
て環状ループを形成する質量流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、コリオリ流量計は、流体
が質量流量Ｍで流れる測定管を２箇所で支持し、支持位
置まわりに周波数ωで交番駆動したとき、質量流量Ｍと
駆動周波数ωのベクトル積に比例した向きのコリオリ力
が発生することを利用し、コリオリの力を検知して質量
流量を求める質量流量計である。従って、測定管はコリ
オリの力を発生させる要部となるもので、測定管の形状
は、質量流量計の特性を決定するといっても過言ではな
い。

【０００３】測定管の形状としては、コリオリ力の検出
感度は小さいが形状が最も単純な直管と、感度は大きい
が形状が複雑な湾曲管とがある。湾曲管は、形状そのも
のがコリオリ力の検出感度を左右するので、これまで多
くの形状の測定管が提案されているが、大きく分類する
と、被測定流体が流れる流れ方向の軸に対して左右非対
称な形状と対称形状のものがある。何れの湾曲形態の測
定管も、支持位置まわりに発生する一定のコリオリ力に
よる変形量が直管に比して大きくなるようにしたもので
あるが、流量計本体の大きさや、取り付け姿勢により管
内に発生するコンタミネーションあるいは配管等から受
ける外部振動影響等が異なり、測定管形状はこれらを勘
案して定められる。この中で形状が小さくても感度が大
きく、コンタミネーションの小さいものとして流れ方向
の軸を軸としたスパイラル形状の環状ループを有する測
定管があり、この測定管を用いたコリオリ流量計とし
て、特公平４−５４８９４号，特公平６−７４９８９
号，特表平７−５０９０７０号の各公報が開示されてい
る。

【０００４】特公平４−５４８９４号公報に記載の質量
流量計は、本出願人が提案したもので、流管内に流体流
れを止める遮断板を設け、該遮断板を挟んだ流管の上・
下流側に流入口，流出口を有し、該流管と同軸なコイル
状の導管を測定管とし、該コイル状の導管の流管軸と平
行に設けられた支持部材を導管の複数位置で固着し、該
導管を支持部材と軸対称な位置で導管面と直角な方向に
交番駆動するようにしたものである。

【０００５】特表平７−５０９０７０号公報に記載の螺
旋形状の測定管を有するコリオリ質量流量センサは、同
軸で離間した流入側と流出側のフランジとを各フランジ
近傍で円管状の支持管に接続して支持し、入流側と流出
側のフランジの間には単一の螺旋状の測定管が接続され
ている。この測定管は支持管内に同軸に設けられた棒状
の支持体に板状の結合エレメントにより半径方向で支持
されている。

【０００６】特公平６−７４９８９号公報に記載の質量
流量計は、図４に示すように、流体の流入口２１ａと流
出口２１ｂとを同軸に支持する円筒形サポート構造２２
を有し、該円筒形サポート構造２２の軸まわりには流路
管２０が設けられている。流路管２０は一端が各々流入
口２１ａと流出口２１ｂとに接続されるアイソレーショ
ンループ２０ａ，２０ｄと各々のアイソレーションルー
プ２０ａ，２０ｄ間に接続された測定ループ２０ｂ，２
０ｃとからなる２重ループ構造で、この流管路の測定ル
ープ２０ｂ，２０ｃには、外部力を絶縁する流入出軸と
平行な剛体バー２３が、２３ａ，２３ｂ，２３ｃの３点
で接続されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記、特公平４−５４
８９４号公報に記載の質量流量計は、測定管である導管
の流入，流出側端部が流管に直接接続されており、配管
振動により流管が振動すると導管も共に振動し、導管は
振動影響を受けＳＮ比を低下させる。また、導管は流管
軸と平行な線上で支持手段により固定され、螺旋状の導
管は導管面と直角な方向に支持位置まわり駆動される。
導管は支持手段により流管軸と平行な方向に各々一点で
複数個所支持されているため、導管を駆動したとき該導
管の振動は、支持手段で支持された流管に及ぶこととな
り、ＳＮ比低下を招く結果となる。

【０００８】特表平７−５０９０７０号公報に記載の質
量流量センサの測定管は支持管と同軸な支持エレメント
に板状の結合エレメントで半径方向で支持されているの
で、測定管には支持管と支持エレメントの振動モードの
相違による相対振動が生じ、この振動が測定管の測定位
置にも及ぼし計測誤差を生ずる原因となる。

【０００９】特公平６−７４９８９号公報に記載の質量
流量計の流路管２０は、アイソレーションループ２０
ａ，２０ｄを除いた測定ループ２０ｂ，２０ｃの区間で
一本の剛体バー２３により、２３ａ，２３ｂ，２３ｃの
３点で支持されているが、一本だけの剛体バー２３はア
イソレーションループ２０ａ，２０ｄと測定ループ２０
ｂ，２０ｃとを有効に振動絶縁することが不可能であ
り、測定ループ２０ｂ，２０ｃを反対位相で駆動したと
き、双方に振動の洩れが生じ、ＳＮ比を低下させる。こ
の意味で剛体バー３０は有効な防振手段とはならない。
また、外部振動を取り除く作用を与えるためには、アイ
ソレーションループ２０ａ，２０ｄのピッチ数を大きく
する必要があるため、流路管２０全体の長さが長くな
り、その分流体抵抗が大きくなり圧損が増大する。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みなされたもの
で、同軸な流入口と流出口との間に接続された環状ルー
プ形状の測定管を、環状ループの所定の角度を挟む２個
所を支持部材で固定して、測定部分の測定管の振動を外
部と完全に絶縁してアイソレーションチューブを不要と
し、ＳＮ比が優れ、かつ流管長を短かくして圧力損失の
小さいコリオリ流量計を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、流体
の流入方向に同軸で間隔を有して固定された流入側管路
及び流出側管路と、該流入側管路及び流出側管路に各々
の軸が連続曲線をもって接続され、１周以上で２周未満
の環状ループを有する測定管と、前記環状ループの所定
の中心角度を挟む２箇所で、各々対向した該環状ループ
を一体的に固定する支持部材と、該支持部材まわりに前
記測定管に振動を与える駆動手段と、前記測定管内を流
れる流体が振動によって受けるコリオリ力を検出する検
出手段とを備え、コリオリ力に比例する流体の質量流量
を求めるようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載のコリ
オリ流量計において、前記支持部材で支持された前記測
定管を前記駆動手段側の支持位置から等間隔位置で支持
する第２支持板を設けたものである。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
のコリオリ流量計において、前記流入側管路および前記
流出側管路に環状ループを有する前記測定管が接続され
る接続部から前記支持部材との間の該測定管の管路長を
該環状ループの軸方向からみて３０°以内とするもので
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるコリオリ流
量計の実施の形態例を説明するための図であり、図１
（Ａ）は流れ方向の部分断面図、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図中、１は外筒、
２は測定管、３は支持部材、４，５は支持部材の側板、
６，７は支持部材の第１支持板、８は駆動部、９，１０
は検出部、１１，１２は第２支持板である。なお、図１
以下の図において、図１の場合と同様の作用をする部分
には、図１と同じ参照番号を付すこととする。

【００１５】図１において、外筒１は密閉構造の筒状体
で、端面中央に接続フランジ１ａ，１ｂが一体に取り付
けられている。接続フランジ１ａには流入口１ｃが、接
続フランジ１ｂには流出口１ｄが各々設けられ、流入口
１ｃと流出口１ｄとは同一軸（Ｘ−Ｘ軸）上に配置され
ている。流入口１ｃと流出口１ｄとの間には、１周以上
で２周未満の環状ループを持つ質量流量の測定管２が接
続されている。測定管２は、両端に流入口１ｃおよび流
出口１ｄ内に挿入固定される両端側の接続部２ａと、こ
の間に該接続部２ａと管軸が連続して湾曲する環状ルー
プ部２ｂとからなっている。環状ループ部２ｂは、等し
い形の１周以上２周未満の環状ループを等ピッチで構成
しており、図１においては、環状ループが円形である例
を示している。

【００１６】環状ループ部２ｂは、同一形状，等ピッチ
であるため、軸Ｘ−Ｘからみた中心角で同一位相部分は
互いに平行している。本発明においては、中心角θ（≦
３０゜）を構成する同一位相の２箇所で環状ループ部２
ｂを支持部材３で支持している。支持部材３は、環状ル
ープ部２ｂを軸方向からみて中心角度θで固着する支持
部材３の第１支持板６，７と、該第１支持板６，７の軸
Ｘ−Ｘに直角な面を両端で固着支持する側板４，５とか
らなっている。図１においては、環状ループ部２ｂと第
１支持板６とは６ａ，６ｂの２箇所で、第１支持板７と
は７ａ，７ｂの２箇所とで固定され、第１支持板６と７
とは中心角θの扇形の側板４，５で固定されている。従
って、環状ループ部２ｂの支持部材３で固定された（２
π−θ）の範囲で平行な２本の湾曲管が形成される。

【００１７】環状ループ部２ｂの軸Ｘ−Ｘに直角な面に
おいて、軸Ｘ−Ｘとの交点を中心とした中心角（１／
２）θを結ぶ支持部材３の中間を通るＹ−Ｙ線上に駆動
部８が、駆動部８から等間隔を隔てた位置に検出部９，
１０が設けられている。駆動部８は、例えば、駆動コイ
ルとコアとからなり平行に対向する環状ループ部２ｂの
何れかに駆動コイル又はコアが取り付けられ、駆動コイ
ルに印加された駆動信号により、各々の湾曲部を支持部
材３の位置まわりに音又状に一定振幅で共振駆動する。
検出部９，１０は、例えば、検出コイルと永久磁石とか
らなり、各々検出コイルと永久磁石とは対向する環状ル
ープ２ｂに取り付けられ、該検出部９，１０の対称位置
において、反対位相で生ずるコリオリの力を速度信号と
して検出する。コリオリの力に比例した速度信号は、積
分により位置信号に変換され、位相差信号から質量流量
が求められる。

【００１８】図１に示した環状ループ部２ｂは、軸Ｘ−
Ｘからみた中心角θ＝３０°以内の角度において支持部
材３で支持されているので、環状ループ部２ｂには外部
からの振動が浸入しにくくなり、従って、従来のコリオ
リ流量計で必要とした緩衝材としてのアイソレーション
ループを不要とする。従って、流入口１ｃと流出口１ｄ
と環状ループ部２ｂとの間の接続部２ａの管路長は物理
的に可能な最少の構造でよく、本発明の実施形態では軸
Ｘ−Ｘ方向からみて３０°以内の角度範囲のループ長を
もっていればよい。

【００１９】このため、測定管２の全体長さは著しく短
かくすることができ、コリオリ流量計の圧力損失を大幅
に低下させることができる。このように、接続部２ａは
緩衝機能を不要としたので、接続部２ａの口径を大きく
選ぶことにより、測定管２の圧力損失を更に低減するこ
とができる。

【００２０】図２は、本発明によるコリオリ流量計の接
続部の実施形態例を説明するための部分図を説明するた
めの図で、図中、１３は接続管である。図２に示す接続
管１３は流入口側のもので、流出口側の場合も流入口側
と同一構造であり、流出口側の図示を省略する。測定管
２の環状ループ部２ｂが精密なループ形状とするために
曲げコストが嵩む。接続管１３は環状ループ部２ｂと別
体に構成し、しかも、接続管１３の筒径を環状ループ部
２ｂの筒径よりも大きくし、流入側接続フランジ１３ａ
と接続管１３とを一体的に剛体として構成したものであ
る。従って、接続管１３は、測定管である環状ループ部
２ｂとは第１支持板６の端部の１３ｂ部分で溶着され、
外筒１とは外筒１と貫通した１３ｃ部で溶着される。な
お、図１においては、流入口１ａ，流出口１ｂと測定管
２とは外筒１で接続されているが、流入１ａ，流出口１
ｂと同軸な軸上に環状ループ部２ｂの内側で該環状ルー
プ部２ｂと一体に結合される結合部材を介して支持され
てもよい。

【００２１】図３は、図１に示したコリオリ流量計の環
状ループ部の振動を説明するための図で、図中、Ｄ₁，
Ｄ₂は駆動部の取付位置を示す。図３において、環状ル
ープ部２ｂは第１支持板６とは６ａ，６ｂで接合され、
第１支持板７とは７ａ，７ｂで接合され、接合部６ａと
６ｂ間および７ａと７ｂ間の間隔は等しく、従って、環
状部分６ａ−Ｄ₁−７ａおよび６ｂ−Ｄ₂−７ｂは同形等
長の平行した環状部となっており、中央の駆動部８の取
付け位置Ｄ₁，Ｄ₂で第１支持板６，７の接合部６ａ，６
ｂおよび７ａ，７ｂの支持位置まわり音叉状に矢印で示
す反対向きに駆動される。

【００２２】第１支持板６と７とは各々側板４と５とで
接合されているから、環状部分６ａ−Ｄ₁−７ａおよび
６ｂ−Ｄ₂−７ｂは、各々６ａ−７ａおよび６ｂ−７ｂ
を結ぶ線を軸とした音叉状の振動をする。このことと第
１支持板６と７との支持間隔は、中心角で３０°以内の
小さい角度であるから、支持部材３内の環状ループ部２
ｂは、略剛体とみられるので、環状部分６ａ−Ｄ₁−７
ａおよび６ｂ−Ｄ₂−７ｂの共振振動は、支持部３内の
環状部分６ａ−７ａおよび６ｂ−７ｂの振動影響を受け
ることはなく、接続部２ａの振動影響も受けず、安定し
た共振振動が得られる。

【００２３】上述のように、図１に示したコリオリ流量
計では、環状ループ２ｂを中心角θの範囲で支持して平
行な同一形状の湾曲管として共振駆動される。中心角度
θ（≦３０゜）の範囲内の環状ループ２ｂ部分の振動は
第１支持板６，７を節部とした振動となり、この振動影
響は、前記共振駆動部分の湾曲管状の環状ループ２ｂ部
分には及ぼさないから安定した共振振動が得られ、結果
的に高成度，高精度の質量流量が求められる。また、測
定管は連続した環状ループを有するので、特に縦配管の
姿勢で取り付けられたとき、コンタミネーションが生ず
ることがなくなる。

【００２４】なお、共振駆動される湾曲管状の環状ルー
プ２ｂにおいて、第１支持板６から離間した位置に平行
した測定管部分を支持する第２支持板１１を設け、同様
に、第１支持板７から等しい距離離間した位置に第２支
持板１２を設けることにより、測定管２を第２支持板１
１と１２との間で共振駆動することになり、共振駆動さ
れない環状ループ部２ｂの部分は第２支持板１１，１２
の他に支持部材３で支持されるので、より安定した測定
管２の共振駆動が得られる。

【００２５】

【発明の効果】

請求項１に対応する効果：流体の流入方向に同軸で間隔
を有して固定された流入側管路及び流出側管路と、該流
入側管路及び流出側管路に各々の軸が連続曲線をもって
接続され、１周以上で２周未満の環状ループを有する測
定管と、前記環状ループの所定の中心角度を挟む２箇所
で、各々対向した該環状ループを一体的に固定する第１
支持板を有する支持部材と、該支持部材まわりに前記測
定管に振動を与える駆動手段と、前記測定管内に流れる
流体が振動によって受けるコリオリ力を検出する検出手
段を設けたので、 環状ループを所定の中心角度で２点支持した支持点が
振動節部となり、この範囲外の環状ループを駆動する共
振振動に影響を与えないので、安定した高ＳＮ比の振動
が得られ、結果的に高精度の質量流量が求められる。 測定管は、単一長さの環状ループの振動であり、これ
は２つの単ループの振動の場合と異なり、安定な振動が
得られる。 主管（配管）の振動容易方向に対し、測定管の環状ル
ープ面が略直角であるから、配管振動影響を受けない。 コリオリ力による偶力は、支持位置からの腕長さを大
きくできるので、検出感度を高めることができる。 環状ループ部は主管軸を囲む形状であるから、小形な
コリオリ流量計が得られ、取付スペースを小さくするこ
とができる。 支持板を浮動させるので、振動を遮断することができ
る。 測定管は、突起した継手部がなく単管であるから、内
部洗浄が容易である。

【００２６】請求項２に対応する効果：請求項１に記載
のコリオリ流量計において、前記支持部材で支持された
前記駆動手段側の前記測定管支持位置から等しい間隔を
もった位置で支持する第２支持板を設けたので、より安
定した振動が得られ、質量流量計測精度を高めることが
できる。

【００２７】請求項３に対応する効果：請求項１又は２
に記載のコリオリ流量計において、前記流入側管路およ
び前記流出側管路に環状ループを有する前記測定管が接
続される接続部から前記支持部材との間の該測定管の管
路長を該環状ループの軸方向からみて３０°以内とした
ので、測定管の全長を短かくできる。更に、接続部の管
径を大きくできるので、圧力損失を小さくできる。ま
た、測定管の接続部を環状ループ部と別体に剛体として
接続フランジ部と一体に形成できるので、安価に製造す
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実施の形態を
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接続部の実施
形態例を説明するための部分図を説明するための図であ
る。

【図３】 図１に示したコリオリ流量計の環状ループ部
の振動を説明するための斜視図である。

【図４】 従来の測定ループを有する質量流量計の動作
を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１…外筒、２…測定管、３…支持部材、４，５…支持部
材の側板、６，７…支持部材３の第１支持板、８…駆動
部、９，１０…検出部、１１，１２…第２支持板、１３
…接続管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流入方向に同軸で間隔を有して固
   定された流入側管路及び流出側管路と、該流入側管路及
   び流出側管路に各々の軸が連続曲線をもって接続され、
   １周以上で２周未満の環状ループを有する測定管と、前
   記環状ループの所定の中心角度を挟む２箇所で、各々対
   向した該環状ループを一体的に固定する第１支持板を有
   する支持部材と、該支持部材まわりに前記測定管に振動
   を与える駆動手段と、前記測定管内を流れる流体が振動
   によって受けるコリオリ力を検出する検出手段とを備
   え、コリオリ力に比例する流体の質量流量を求めること
   を特徴とするコリオリ流量計。
2. 【請求項２】 前記支持部材の前記第１支持板で支持さ
   れた前記測定管を前記駆動手段側の支持位置から等間隔
   位置で支持する第２支持板を設け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】 前記流入側管路および前記流出側管路に
   環状ループを有する前記測定管が接続される接続部から
   前記支持部材の前記第１支持板との間の該測定管の管路
   を該環状ループの軸方向からみて３０°以内とすること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のコリオリ流量計。