JPH10221146A

JPH10221146A - コリオリ質量流量計

Info

Publication number: JPH10221146A
Application number: JP2145997A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Osawa; 紀和大沢; Kenichi Kuromori; 健一黒森; Takashi Kawai; 高志河合
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】耐振動ノイズ特性が良好で、零点移動が小さ
く、Ｓ／Ｎ比が良好で、高精度なコリオリ質量流量計を
実現する。【解決手段】振動する測定管内に測定流体を流し、測
定流体の流れと測定管の角振動によって生じるコリオリ
力により、測定管を変形振動させ、振動の変化を振動検
出センサで測定し、質量流量や密度を求める直管式のコ
リオリ質量流量計において、両端が固定され前記測定流
体が流れる測定管と、該測定管に設けられ該測定管の管
軸を中心に該測定管が回動するように励振する励振器
と、前記コリオリ力による前記測定管の振動の変化を検
出する振動検出センサとを具備したことを特徴とするコ
リオリ質量流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐振動ノイズ特性
が良好で、零点移動が小さく、Ｓ／Ｎ比が良好で、高精
度なコリオリ質量流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、従来より一般に使用されてい
る従来例の構成説明図で、曲げモードを用いた直管１本
式コリオリ質量流量計である。直管１本式コリオリ質量
流量計では、測定管１の振動に伴って、その重心も大き
く移動する。

【０００３】また最大変形が生じたときの両固定端２、
３には、図１３に示すように、回転力Ｆ₁と、測定管１
の管軸方向の引っ張りの力Ｆ₂が加わり、振動を閉じこ
めておくことが難しい。また、２本平行管タイプに比
べ、Ｑ値が低く、ゼロ点が不安定になりやすい。図にお
いて、４は励振器、５，６は振動検出センサである。

【０００４】図１４は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、ラジアルモードを用いた直管１
本式コリオリ質量流量計で、たとえば、特開平１−２５
９２２１に示されている。

【０００５】図において、１１は測定管、１２、１３は
固定端である。１４は励振器で、図１５に示す如く、測
定管１１の半径方向の両側から、同時に圧縮、或いは引
っ張りと、圧縮と引っ張りとを交互に加えている。１
５，１６は振動検出センサである。

【０００６】このような、従来のラジアルモード形の直
管式コリオリ質量流量計は、本来完全に丸い断面形状の
測定管１１を、電磁コイル１７等を使用して、楕円等の
歪んだ形状に変形させている。

【０００７】すなわち、非励振状態では完全に丸い断面
を持つ測定管１１を使用している。而して、図１５に示
す如く、断面形状を歪ませるように、変形させ、その変
形モードの共振周波数で励振させている。振動モード
は、円と楕円が交互に現れるように見える。

【０００８】円形断面の形状を歪ませるのは非常に堅
く、弾性変形の範囲内では、その変形量は、ごくわずか
である。コリオリ力は２ＱｍΩで、変形量に比例するの
で、変形が僅かだと発生するコリオリ力による測定管１
１の変形もごく僅かで、その検出は困難である。すなわ
ち、振動等各種ノイズに弱く、精度良い質量流量測定が
できなかった。

【０００９】ラジアルモード振動の場合、曲げモード振
動のコリオリ流量計と異なり、測定管１１全体が重心の
移動を伴って移動はしないので、測定管１１チューブ内
の流体全体がコリオリ力発生原因となる角速度を得るわ
けではない。

【００１０】図１５に示すように、測定管１１の振動に
より移動するのは、管壁近傍の流体に限られ、測定管１
１の中心部１８の流体にはコリオリ力は発生しない。こ
のような現象があるため、流体速度分布の影響を受けや
すく、感度も低い。

【００１１】本発明は、この問題点を解決するものであ
る。本発明の目的は、耐振動ノイズ特性が良好で、零点
移動が小さく、Ｓ／Ｎ比が良好で、高精度なコリオリ質
量流量計を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、（１）振動する測定管内に測定流体を流し、測定流体の
流れと測定管の角振動によって生じるコリオリ力によ
り、測定管を変形振動させ、振動の変化を振動検出セン
サで測定し、質量流量や密度を求める直管式のコリオリ
質量流量計において、両端が固定され前記測定流体が流
れる測定管と、該測定管に設けられ該測定管の管軸を中
心に該測定管が回動するように励振する励振器と、前記
コリオリ力による前記測定管の振動の変化を検出する振
動検出センサとを具備したことを特徴とするコリオリ質
量流量計。（２）前記測定管を前記管軸方向に平行な複数の流路に
分割すように前記測定管に設けられた隔板を具備したこ
とを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。（３）前記管軸方向の全部長領域或いは一部長領域にお
いて該測定管の管路を完全に区切る事無く前記測定管の
管壁に前記管軸に平行に設けられた隔板を具備したこと
を特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。（４）非真円形形状の断面形状を有する測定管を具備し
たことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量
計。（５）振動の中心軸付近を流れる測定流体の流量が少な
くなるように中心軸付近まで凹形部が食い込むようにさ
れた断面形状を有する測定管を具備したことを特徴とす
る請求項１記載のコリオリ質量流量計。（６）少なくとも１個所の断面が偏平形状を有し前記管
軸方向に連続的に断面形状が変化する測定管を具備した
ことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。を構成したものである。

【００１３】

【作用】以上の構成において、測定管に測定流体が流さ
れ、励振器が駆動されると、測定管に管軸を中心にした
ねじれ振動が印加されると共にコリオリ力が働く。振動
検出センサにより、このコリオリ力に比例した振動の振
幅を測定すれば、質量流量が測定出来る。以下、実施例
に基づき詳細に説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例の要部
構成説明図、図２，図３，図４は図１の動作説明図であ
る。図１において、２１は、両端２２、２３が固定さ
れ、測定流体が流れる測定管である。

【００１５】２４は、測定管２１に設けられ、測定管２
１の管軸を中心に、測定管２１が回動するように励振す
る励振器である。すなわち、測定管２１は管軸を中心と
したねじれ回転の単振動をしている。

【００１６】２５，２６は、コリオリ力による測定管２
１の振動の変化を検出する振動検出センサである。励振
器２４と振動検出センサ２５，２６とは、この場合は、
電磁コイルと永久磁石とで構成される。但し、励振手段
２４や検出手段２５，２６は、この実施例以外にも歪ゲ
ージを用いるなど、いろいろな手法が考えられる。

【００１７】以上の構成において、測定管１は励振器２
４によって、図２に示したような管軸を中心にしたねじ
れ振動を行う。C-Cでの振幅が一番大きく、B-B、D-Dで
の振幅は小さくなる。時間進行に伴いそれぞれ図２に示
したように、単振動を繰り返す。

【００１８】この際、通常は、１次のねじれモードの共
振周波数で振動させるように励振器２４と振動検出セン
サ２５，２６とを制御する。内部の測定流体が静止状態
のときは、C-Cを中心とした対称な振動を行うが、測定
流体が流れると、コリオリ力Ｆ_Cが発生し、振動の状態
が変化する。

【００１９】図３に測定流体が流れたときの概念図を示
す。図３のように振動する測定管２１を楕円の長軸方向
に、仮想流路Ａと、仮想流路Ｂの２つに分けて考える。
楕円測定管全体が管軸を中心に右回りにねじれ３１たと
き、流路Ａは、両端固定２２，２３で、中央部がＺ方向
に変形するような曲げモード変形と同様な変形になる。

【００２０】一方、流路Ｂは、両端固定２２，２３で、
中央部がＺ方向の負の方向に変形するような曲げモード
変形相当の変形になる。それぞれ測定流体が流れている
ので、この変形に伴い、図３に示した方向にコリオリ力
Ｆcが発生する。流路Ａと流路Ｂに働くコリオリ力をあ
わせて考えると、上流側には右回りのねじれの力３２
が、下流側には左回りのねじれの力３３が働く。

【００２１】以上の説明を式で表すと下記のようにな
る。楕円測定管のねじれ角度をθ(ωt)とする。（θ
≪１のときは、θ(ωt）≒Ｚ(ωt) ）

【００２２】図４に示す如く、流体が流れていないと
き。上流側の変形：θ_B＝Ａsin(ωt) 下流側の変形：θ_D＝Ａsin(ωt) 質量流量Ｑで、流体が流れるとき上流側の変形：θ_Bq＝Ａsin(ωt)＋ｋＱcos(ωt)＝Ａ's
in(ωt＋δ) 下流側の変形：θ_Dq＝Ａsin(ωt)−ｋＱcos(ωt)＝Ａ's
in(ωt−δ) ｋは比例定数、δ＝tan-1(ｋＱ／Ａ) Ａ'＝√(Ａ²＋
ｋＱ²) 上流側と下流側のねじれ変形の位相差を検出すること
で、質量流量Ｑを求めることができる。

【００２３】この結果、（１）ラジアルモード振動と同様に、本発明のねじれモ
ード振動では、測定管２１が振動しても重心位置は変動
しない。重心移動が無いので、測定管２１の振動が外に
漏れづらく、振動の絶縁が容易で、高いＱ値が実現でき
る。これらの特徴から、外部振動ノイズに強く、環境の
変化に対してもゼロ点変化が少ない、安定で、高精度の
コリオリ質量流量計が得られる。

【００２４】（２）ラジアル振動タイプは、測定管２１
の断面形状を変える強制変形をさせ、発生したコリオリ
力で、更に、測定管の断面形状を変化させる。十分な信
号を得るためには、測定管の隔壁を薄くする必要があ
る。このため、十分な耐圧強度を得るのが困難となり、
共振周波数等の設計の自由度が低い。

【００２５】一方、本発明の、捻じり振動タイプは、断
面形状は角度が変わるだけで、振動の有無に関わらず断
面形状は変化しない。従って、測定管２１の肉厚は比較
的自由に設定でき、また、共振周波数の設計の自由度も
高いコリオリ質量流量計が得られる。

【００２６】図５は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において、４１は、測定管２１を管軸方向
に平行な複数の流路に分割すように測定管２１に設けら
れた隔板である。この場合は、２個の流路Ａ，Ｂに分割
する平板が使用されている。

【００２７】以上の構成において、２つの流路Ａ，Ｂを
流れる測定流体それぞれにコリオリ力が働き、上流側と
下流側で位相差が生じることから、図３の動作説明と同
様な動作となる。

【００２８】断面形状は、図６に示す如く、複数の領域
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割しても良く、断面外形も、図７に
示す如く、円じゃなくてもよい。

【００２９】なお、このような実施例を採用すれば、外
周は完全に丸い通常の測定管２１を用いることができ、
高耐圧が期待できる。

【００３０】図８は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において、４５は、測定管２１の管軸方向
の全部長領域において、測定管２１の管路を完全に区切
る事無く、測定管２１の管壁に測定管２１の管軸に平行
に設けられた隔板である。この場合は、平板が用いられ
ている。

【００３１】流路は、図５に示す如く、完全に区切る必
要な必ずしもなく、一部分だけ隔板４５を設置すれば、
測定流体に発生したコリオリ力を、その隔板４５で受け
とめることができる。

【００３２】なお、図９に示す如く、５１は、測定管２
１の管軸方向の一部長領域において、測定管２１の管路
を完全に区切る事無く、測定管２１の管壁に測定管２１
の管軸に平行に設けられた隔板である。したがって、隔
板の不連続部分５２が存在することになる。

【００３３】図５実施例の場合に比べ、測定管２１の構
造が簡単で、圧損も小さいコリオリ質量流量計が得られ
る。

【００３４】図１０は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。図において、５５は、非真円形形状の断面
形状を有する測定管である。この場合は、長方形断面を
なす。

【００３５】このように、細長い形状ならば、図３で説
明したように、十分に大きなコリオリ力を得ることがで
きる。また、図５、図８実施例のように、流路を区切っ
たり、内部に付加構造物がないので、製造が容易であ
り、コストが低減出来、圧損やつまりの問題も少ないコ
リオリ質量流量計が得られる。

【００３６】図１１は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。図において、６１は、振動の中心軸付近を
流れる測定流体の流量が少なくなるように、測定管の管
軸６２付近まで凹形部６３が食い込むようにされた断面
形状を有する測定管である。

【００３７】以上の構成において、測定管６１を流れる
側低流体の多くは、振動の中心軸６２から離れた場所を
流れることになる。従って、十分に大きなコリオリ力を
得ることができる。

【００３８】また、図５、図８実施例のように、流路を
区切ったり、内部に付加構造物がないので、製造が容易
であり、コストが低減出来、圧損やつまりの問題も少な
いコリオリ質量流量計が得られる。

【００３９】すなわち、測定管の管軸６２付近は、測定
管６１の励振振動による移動距離が少なく、すなわち角
速度が小さいので、この付近に存在する流体からはコリ
オリ力がほとんど発生しない。本実施例の形状は、この
付近を流れる流体が少なく、コリオリ力が大きく発生す
る振動軸から離れたところに測定流体が多く流れる。

【００４０】よって他の実施例に比し、コリオリ力が大
きく発生し、Ｓ／Ｎ比に優れ、精度が良いコリオリ質量
流量計が得られる。なお、凹形部６３の部分は、図１１
に示す如く、１ヶ所以上有ればよい。

【００４１】図１２は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。図において、６５は、少なくとも１個所の
断面が偏平形状を有し、管軸方向に連続的に断面形状が
変化する測定管である。

【００４２】管軸方向の位置により、その断面形状はな
めらかに連続的に円→楕円→円と変化する。なお、円
→楕円→円→楕円→円のように何度も変形してもよく、
また円や楕円だけでなく、長方形や、その他の形状でも
よい。要するに、偏平形状部分があれば良い。

【００４３】この結果、図５，図８，図１０，図１１実
施例のような測定管形状に比べ、このような形状の測定
管は、普通の円形測定管をつぶして塑性変形をさせるこ
とで、十分な耐圧性能と耐久性をもった測定管を容易に
安価に製造することができるコリオリ質量流量計が得ら
れる。圧力損失や、つまりの問題も通常の円形の測定管
とほとんど変わらないコリオリ質量流量計が得られる。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１によれば、（１）ラジアルモード振動と同様に、本発明のねじれモ
ード振動では、測定管が振動しても重心位置は変動しな
い。重心移動が無いので、測定管の振動が外に漏れづら
く、振動の絶縁が容易で、高いＱ値が実現できる。

【００４５】これらの特徴から、外部振動ノイズに強
く、環境の変化に対してもゼロ点変化が少ない、安定
で、高精度のコリオリ質量流量計が得られる。

【００４６】（２）ラジアル振動タイプは、測定管の断
面形状を変える強制変形をさせ、発生したコリオリ力
で、更に、測定管の断面形状を変化させる。十分な信号
を得るためには、測定管の隔壁を薄くする必要がある。
このため、十分な耐圧強度を得るのが困難となり、共振
周波数等の設計の自由度が低い。

【００４７】一方、本発明の、捻じり振動タイプは、断
面形状は角度が変わるだけで、振動の有無に関わらず断
面形状は変化しない。従って、測定管の肉厚は比較的自
由に設定でき、また、共振周波数の設計の自由度も高い
コリオリ質量流量計が得られる。

【００４８】本発明の請求項２によれば、（１）隔板で分割した断面形状を採用することで、ラジ
アルモード振動に比べ、流体に大きな角速度を与えるこ
とができる。また、ラジアルモードでは大きな割合を占
める、測定管中央付近のコリオリ力がほとんど発生しな
い領域を、少なくすることができる。

【００４９】以上のことから、ラジアルモードに比べ
て、コリオリ力発生に関係する流体の割合を増やし、加
える加速度も大きくできるので、発生するコリオリ力が
飛躍的に増大し、コリオリ成分の検出が楽になり、Ｓ／
Ｎ比がよく、高精度のコリオリ質量流量計が得られる。（２）外周は完全に丸い通常の測定管を用いることがで
き、高耐圧が期待できる。

【００５０】本発明の請求項３によれば、（１）隔板で分割した断面形状を採用することで、ラジ
アルモード振動に比べ、流体に大きな角速度を与えるこ
とができる。また、ラジアルモードでは大きな割合を占
める、測定管中央付近のコリオリ力がほとんど発生しな
い領域を、少なくすることができる。

【００５１】以上のことから、ラジアルモードに比べ
て、コリオリ力発生に関係する流体の割合を増やし、加
える加速度も大きくできるので、発生するコリオリ力が
飛躍的に増大し、コリオリ成分の検出が楽になり、Ｓ／
Ｎ比がよく、高精度のコリオリ質量流量計が得られる。（２）測定管の構造が簡単で、圧損も小さいコリオリ質
量流量計が得られる。

【００５２】本発明の請求項４によれば、（１）非真円形状の断面形状を採用することで、ラジア
ルモード振動に比べ、流体に大きな角速度を与えること
ができる。また、ラジアルモードでは大きな割合を占め
る、測定管中央付近のコリオリ力がほとんど発生しない
領域を、少なくすることができる。

【００５３】以上のことから、ラジアルモードに比べ
て、コリオリ力発生に関係する流体の割合を増やし、加
える加速度も大きくできるので、発生するコリオリ力が
飛躍的に増大し、コリオリ成分の検出が楽になり、Ｓ／
Ｎ比がよく、高精度のコリオリ質量流量計が得られる。

【００５４】（２）非真円形形状の断面形状を有する測
定管であるので、十分に大きなコリオリ力を得ることが
できる。また、流路を区切ったり、内部に付加構造物が
ないので、製造が容易であり、コストが低減出来、圧損
やつまりの問題も少ないコリオリ質量流量計が得られ
る。

【００５５】本発明の請求項５によれば、（１）非真円形状の断面形状を採用することで、ラジア
ルモード振動に比べ、流体に大きな角速度を与えること
ができる。また、ラジアルモードでは大きな割合を占め
る、測定管中央付近のコリオリ力がほとんど発生しない
領域を、少なくすることができる。

【００５６】以上のことから、ラジアルモードに比べ
て、コリオリ力発生に関係する流体の割合を増やし、加
える加速度も大きくできるので、発生するコリオリ力が
飛躍的に増大し、コリオリ成分の検出が楽になり、Ｓ／
Ｎ比がよく、高精度のコリオリ質量流量計が得られる。

【００５７】（２）測定管の管軸付近は、測定管の励振
振動による移動距離が少なく、すなわち角速度が小さい
ので、この付近に存在する流体からはコリオリ力がほと
んど発生しない。本実施例の形状は、この付近を流れる
流体が少なく、コリオリ力が大きく発生する振動軸から
離れたところに測定流体が多く流れる。よって他の実施
例に比し、コリオリ力が大きく発生し、Ｓ／Ｎ比に優
れ、精度が良いコリオリ質量流量計が得られる。

【００５８】本発明の請求項６によれば、（１）非真円形状の断面形状を採用することで、ラジア
ルモード振動に比べ、流体に大きな角速度を与えること
ができる。また、ラジアルモードでは大きな割合を占め
る、測定管中央付近のコリオリ力がほとんど発生しない
領域を、少なくすることができる。

【００５９】以上のことから、ラジアルモードに比べ
て、コリオリ力発生に関係する流体の割合を増やし、加
える加速度も大きくできるので、発生するコリオリ力が
飛躍的に増大し、コリオリ成分の検出が楽になり、Ｓ／
Ｎ比がよく、高精度のコリオリ質量流量計が得られる。

【００６０】（２）普通の円形測定管をつぶして塑性変
形をさせることで、十分な耐圧性能と耐久性をもった測
定管を容易に安価に製造することができるコリオリ質量
流量計が得られる。圧力損失や、つまりの問題も通常の
円形の測定管とほとんど変わらないコリオリ質量流量計
が得られる。

【００６１】従って、本発明によれば、耐振動ノイズ特
性が良好で、零点移動が小さく、Ｓ／Ｎ比が良好で、高
精度なコリオリ質量流量計を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の動作説明図である。

【図３】図１の動作説明図である。

【図４】図１の動作説明図である。

【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図８】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図９】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図１０】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

【図１２】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

【図１３】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

【図１４】従来より一般に使用されている他の従来例の
構成説明図である。

【図１５】図１４の動作説明図である。

【符号の説明】

２１測定管２２固定２３固定２４励振器２５振動検出センサ２６振動検出センサ３１励振による測定管のねじれ３２コリオリ力による測定管のねじれ３３コリオリ力による測定管のねじれ４１隔板４５隔板５１隔板５２隔板の不連続区間５５測定管６１測定管６２管軸６３凹形部６５測定管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動する測定管内に測定流体を流し、測定
流体の流れと測定管の角振動によって生じるコリオリ力
により、測定管を変形振動させ、振動の変化を振動検出
センサで測定し、質量流量や密度を求める直管式のコリ
オリ質量流量計において、両端が固定され前記測定流体が流れる測定管と、該測定管に設けられ該測定管の管軸を中心に該測定管が
回動するように励振する励振器と、前記コリオリ力による前記測定管の振動の変化を検出す
る振動検出センサとを具備したことを特徴とするコリオ
リ質量流量計。
【請求項２】前記測定管を前記管軸方向に平行な複数の
流路に分割すように前記測定管に設けられた隔板を具備
したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量
計。
【請求項３】前記管軸方向の全部長領域或いは一部長領
域において該測定管の管路を完全に区切る事無く前記測
定管の管壁に前記管軸に平行に設けられた隔板を具備し
たことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量
計。
【請求項４】非真円形形状の断面形状を有する測定管を
具備したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量
流量計。
【請求項５】振動の中心軸付近を流れる測定流体の流量
が少なくなるように中心軸付近まで凹形部が食い込むよ
うにされた断面形状を有する測定管を具備したことを特
徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。
【請求項６】少なくとも１個所の断面が偏平形状を有し
前記管軸方向に連続的に断面形状が変化する測定管を具
備したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流
量計。