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JP2004294090A - Vibration measuring device - Google Patents

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JP2004294090A
JP2004294090A JP2003082998A JP2003082998A JP2004294090A JP 2004294090 A JP2004294090 A JP 2004294090A JP 2003082998 A JP2003082998 A JP 2003082998A JP 2003082998 A JP2003082998 A JP 2003082998A JP 2004294090 A JP2004294090 A JP 2004294090A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor tube
magnet
fluid
measured
storage case
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003082998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koyata Sugimoto
小弥太 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Tokico Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokico Ltd filed Critical Tokico Ltd
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Abstract

【課題】本発明は被測流体が充填された収納ケースにセンサチューブを挿入して計測する構成でセンサチューブに取り付けられたマグネットが被測流体に接触しないことを課題とする。
【解決手段】質量流量計のセンサチューブ14には、駆動用のマグネット及び検出用のマグネットが取り付けられている。マグネット16aは、磁性材からなる永久磁石70と、永久磁石70の全表面を覆うカバー部材72とから構成されている。カバー部材72は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼などの高圧水素が金属分子間に浸透することを防止することのできるような強固な金属材により形成されている。センサチューブ14の外周に永久磁石70の全表面をカバー部材72で覆うことにより、永久磁石70が被測流体である高圧水素に接触することが防止され、磁力の低下や破壊されることがない。
【選択図】 図6
An object of the present invention is to provide a configuration in which a sensor tube is inserted into a storage case filled with a fluid to be measured and measurement is performed, and a magnet attached to the sensor tube does not contact the fluid to be measured.
A driving magnet and a detecting magnet are attached to a sensor tube of a mass flow meter. The magnet 16a includes a permanent magnet 70 made of a magnetic material and a cover member 72 that covers the entire surface of the permanent magnet 70. The cover member 72 is made of, for example, a strong metal material such as austenitic stainless steel that can prevent high-pressure hydrogen from penetrating between metal molecules. By covering the entire surface of the permanent magnet 70 with the cover member 72 on the outer periphery of the sensor tube 14, the permanent magnet 70 is prevented from coming into contact with the high-pressure hydrogen that is the fluid to be measured, and the magnetic force is not reduced or destroyed. .
[Selection] Fig. 6

Description

【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を加振してコリオリ力によるセンサチューブの変位を検出して流量または密度を計測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。以下、コリオリ式質量流量計について説明する。
【0003】
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。
【0004】
従来の振動式測定装置としては、例えば、コリオリ式質量流量計の場合、一対のセンサチューブに流体を流し、加振器(駆動コイル)の駆動力により一対のセンサチューブを互いに近接、離間する方向に振動させる構成とされている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
また、加振器及びピックアップは、マグネットとコイルとから構成されており、加振器の駆動コイルに駆動パルスまたは正負のある交番電圧(交流信号)が入力されると、センサチューブに取り付けられた駆動用マグネットに対して吸引力または反発力を作用させてセンサチューブを振動させ、振動するセンサチューブに取り付けられた検出用マグネットの変位をピックアップのセンサコイル(検出部)から出力される検出信号により検出するようになっている。
【0006】
そして、コリオリの力は、センサチューブの振動方向に働き、かつ入口側と出口側とで逆向きであるのでセンサチューブに捩れが生じ、この捩れ角が質量流量に比例する。従って、一対のセンサチューブの入口側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を検出するピックアップ(振動センサ)を設け、両センサの出力検出信号の時間差を計測して上記センサチューブの捩れ、つまり質量流量を計測している。
【0007】
ところが、例えば自動車の燃料として使用されるCNG(Compressed Natural Gas)等の高圧に加圧された圧縮性天然ガスを給送するガス供給系路に上記質量流量計を設けて流量計測を行う場合、センサチューブの耐圧強度を高める必要がある。
【0008】
しかしながら、センサチューブの肉厚を厚くすると、センサチューブを振動させる加振器の駆動力を大きくしなければならず、且つセンサチューブの剛性が高くなった分、計測時の共振振幅が小さくなって外乱の影響を受けやすくなったり、流量計測時、流入側及び流出側の振動センサの位相差(ねじれ角)が小さくなったりして、計測精度が低下するといった課題が生じる。
【0009】
そこで、従来の振動式測定装置では、センサチューブの圧力供給孔から収納ケース内に被測流体を供給することにより、センサチューブの内部と外部との圧力をバランスさせて、センサチューブの耐圧強度を高めなくても高圧流体を計測することができるようにしている。
【0010】
【特許文献1】
特開平6−331406号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動式測定装置では、上記のように収納ケースの内部に被測流体を充填させて高圧流体を計測する場合、加振器及びピックアップが収納ケースの内部に収納されているため、被測流体が燃料等の可燃性流体である場合には、加振器の駆動コイル及びピックアップのセンサコイルを被測流体に接触しないように防爆ケースなどで覆う必要があり、電気信号によるスパークが生じない構成とする必要があった。
【0012】
しかしながら、被測流体によっては、加振器のマグネットやコイルの材質や絶縁被覆に影響を与える場合や、電気配線を内部まで通過させるために収納ケースに貫通端子を設けたりする必要があった。
【0013】
例えば、センサチューブに取り付けられるマグネットには、希土類の材料が使われる場合が多いが、希土類の金属は、水素と化合しやすく、水素雰囲気中では、磁力の低下や破壊される場合があり、被測流体に接触する場所での使用が難しかった。
【0014】
そのため、燃料電池車の燃料タンクに高圧水素を充填する充填装置の燃料供給経路に質量流量計を設ける場合、センサチューブの耐圧強度を小さくして計測精度を高めるため、センサチューブを収納する収納ケース内にも被測流体が充填させる構成が採用されると、センサチューブに取り付けられたマグネットが水素に接触してしまいマグネットの磁力の低下や破壊を招いて流量計測ができなくなるおそれがあった。
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。
【0015】
【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。
上記請求項1記載の発明は、駆動用磁石及び検出用磁石の表面を被測流体から隔離するように覆う非磁性体のカバー部材を設けたものであり、磁石が被測流体に直接接触することを防止して磁石の物理特性の劣化を防止することが可能になると共に、被測流体が可燃性流体であっても安全に計測することが可能になる。
【0016】
上記請求項2記載の発明は、カバー部材をオーステナイト系ステンレス材により形成したものであり、カバー部材に被測流体に接触してもカバー部材が劣化することを防止することが可能になる。特に磁石の磁力を損なわないように非磁性のステンレス材を使用しており、被測流体が水素の場合には水素に対する強度及び磁力パターンを乱さないように構成することが可能になる。
【0017】
上記請求項3記載の発明は、カバー部材の内部空間と磁石との隙間に非圧縮流体を充填したものであり、カバー部材の耐圧強度をより高めることが可能になると共に、カバー部材の変形が防止されて磁石に影響することを防止する。
【0018】
上記請求項4記載の発明は、カバー部材が、磁石の形状に対応する形状の収納凹部が形成された第1のカバーと、第1のカバーの縁部を同一形状に形成された第2のカバーと、よりなり、第1のカバーの縁部と第2のカバーの縁部とを接合することにより、収納凹部が接合時に変形することが防止され、特に溶接のように熱を加える場合に収納凹部に収納された磁石に直接熱の影響を与えることがなく、磁石が溶接熱によって変形したり、磁気特性が変化することが防止される。
【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の横断面図である。図2は図1中A−A線に沿う縦断面図である。図3は図1中B−B線に沿う縦断面図である。
【0019】
尚、振動式測定装置は、被測流体の密度、及び密度を利用して質量流量を求めることができるため、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用いられる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用いた場合について詳細に説明する。
【0020】
図1乃至図3に示されるように、質量流量計10は、密閉された収納ケース12の内部に挿入された1本のセンサチューブ14と、センサチューブ14の長手方向の中間部分を加振する加振器16と、振動するセンサチューブ14の流入側の変位を検出する流入側ピックアップ18と、振動するセンサチューブ14の流出側の変位を検出する流出側ピックアップ20とを有する。
【0021】
加振器16、流入側ピックアップ18、流出側ピックアップ20は、センサチューブ14の軸線に対して対称に配置され、且つ加振器16を中心に流入側ピックアップ18と流出側ピックアップ20とが対称に設けられている。
【0022】
収納ケース12は、円筒状に形成されており、両端開口が円盤状に形成されたフランジ22,24によって閉塞されている。尚、フランジ22,24は、収納ケース12の端部に溶接等によって一体的に固着される。
【0023】
また、収納ケース12は、被測流体がCNGのような高圧流体が内部空間26に充填されても圧力に耐えられるように耐圧強度が確保されている。
【0024】
センサチューブ14は、直管状に形成された金属パイプからなり、一端14aが流入側のフランジ22を貫通する取付孔22aに挿入された状態で固着され、他端14bが流出側のフランジ24を貫通する取付孔24aに遊嵌状態で挿入される。また、センサチューブ14の一端14aの外周には、円盤状の流入側支持板28が嵌合固定され、流入側支持板28の外周が収納ケース12の一端に形成された環状の凹部12aに嵌合固定される。
【0025】
また、センサチューブ14の他端14bの外周には、円盤状の流出側支持板30が嵌合固定され、流出側支持板30の外周が収納ケース12の他端に形成された環状の凹部12bに嵌合固定される。さらに、取付孔24aの内周には、鉤型の溝24bが形成されている。
【0026】
そして、流出側支持板30は、鉤型の溝24bに挿入される突起32が設けられ、且つ突起32に連続するように収納ケース12の内周よりも内側に形成された凹部30aが設けられている。そのため、センサチューブ14の他端14bは、上記溝24bと突起32、及び凹部30aと収納ケース12の内壁との間に形成された通路34を介して内部空間26に連通される。
【0027】
よって、センサチューブ14に流入された被測流体は、他端14bから通路34を通過して内部空間26に供給される。これにより、センサチューブ14の内部圧力と内部空間26の圧力が平衡になり、センサチューブ14の内部と外部との圧力差が小さくなる。
【0028】
これにより、センサチューブ14の肉厚を被測流体の圧力に応じた厚さにする必要がなくなり、例えば、CNGのように20MPa以上の高圧で供給されるガスを計測する場合でもセンサチューブ14の肉厚を厚くして耐圧強度を高める必要が無く、加振器15の駆動力を増大させる必要もない。
【0029】
センサチューブ14の中間部分の外周には、加振器16の駆動用マグネット16a,16bが180度の間隔で取り付けられている。また、センサチューブ14の加振器16より流入側の外周には、流入側ピックアップ18の検出用マグネット18a,18bが180度の間隔で取り付けられている。また、センサチューブ14の加振器16より流出側の外周には、流出側ピックアップ20の検出用マグネット20a,20bが180度の間隔で取り付けられている。
【0030】
駆動用マグネット16a,16bは、検出用マグネット18a,18b,20a,20bよりも重量が大であり、加振時の重り(慣性質量)としても機能する。
【0031】
さらに、収納ケース12の外周には、マグネット16a,16bに対向する駆動コイル16c,16dと、マグネット18a,18bに対向するセンサコイル18c,18dと、マグネット20a,20bに対向するセンサコイル20c,20dとが取り付けられている。このように、質量流量計10では、駆動コイル16c,16d及びセンサコイル18c,18d,20c,20dが収納ケース12の外周に設けられているので、例えば、収納ケース12の内部にCNGのような可燃性ガスが充填されても電気系統からのスパークが引火する可能性が無いので、安全性が確保されている。
【0032】
また、収納ケース12は、例えば、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材(SUS304)により形成されている。さらに、駆動コイル16c,16dの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心16e,16fが挿入されている。
【0033】
そのため、駆動コイル16c,16dが収納ケース12の外周に設けられていても駆動コイル16c,16dにより生じた磁束は、収納ケース12を貫通してマグネット16a,16bに到達する。これにより、駆動コイル16c,16dは、収納ケース12の外周からマグネット16a,16bを振動方向(Y方向)に加振することができる。
【0034】
加振器16は、上記マグネット16a,16bと、駆動コイル16c,16dとから構成されており、駆動コイル16c,16dに交互に正負のある交番電圧(交流信号)が印加されて生じる磁界に対してマグネット16a,16bが吸引または反発することで、センサチューブ14の中間部分を横方向(Y方向)に振動させる。
【0035】
流入側ピックアップ18は、上記マグネット18a,18bと、センサコイル(検出部)18c,18dとから構成されており、マグネット18a,18bがセンサチューブ14と共に横方向(Y方向)に振動するのに伴ってセンサコイル18c,18dに対して近接・離間するため、センサコイル18c,18dからマグネット18a,18bの変位量(変位速度)に応じた検出信号を出力する。
【0036】
流出側ピックアップ20は、上記マグネット20a,20bと、センサコイル(検出部)20c,20dとから構成されており、マグネット20a,20bがセンサチューブ14と共に横方向(Y方向)に振動するのに伴ってセンサコイル20c,20dに対して近接・離間するため、センサコイル20c,20dからマグネット20a,20bの変位量(変位速度)に応じた検出信号を出力する。
【0037】
質量流量計10では、上記のように収納ケース12の内部空間26に被測流体が充填されてセンサチューブ14の内部と外部との圧力差が小さくなるので、センサチューブ14の肉厚を小さくすることで、加振器16の駆動力を小さくすることが可能になり、加振器16の駆動コイル16c,16dに流れる電流値を小さくして消費電力を節約することができる。
【0038】
しかも、センサチューブ14は、肉薄形状の金属パイプからなるため、コリオリ力によるセンサチューブ14の変形・変位が大きくなり、ピックアップ16より大きな出力が得られ、SN比を改善することができると共に、計測精度が向上する。
【0039】
収納ケース12の外周に設けられた加振器16の駆動コイル16c,16d及びピックアップ18,20のセンサコイル18c,18d,20c,20dは、ケーブル36a〜36fを介して流量計測制御回路38と接続されている。駆動コイル16c,16d及びセンサコイル18c,18d,20c,20d及びケーブル36a〜36fは、収納ケース12の内部に挿入されないため、安全性が高まる。
【0040】
流量計測制御回路38は、本質安全防爆バリア回路、励振・時間差検出回路、ヤング率・V/F変換回路、出力回路、電源回路、減衰率検出回路、判別回路、制御回路(夫々図示せず)等を有する。
【0041】
流量計測時、上記構成になる質量流量計10において、流量計測制御回路38によって加振器16が駆動され、センサチューブ14の振動特性(固有振動数)に応じた周期、振幅でセンサチューブ14の中間部分を横方向(Y方向)に加振させる。
【0042】
このように、振動するセンサチューブ14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14の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側ピックアップ18と流出側ピックアップ20との出力信号に位相差が生じる。
【0043】
流量計測制御回路38は、上記流入側の出力信号と流出側の出力信号との位相差が流量に比例するため、当該位相差に基づいて流量を演算する。よって、センサチューブ14の変位が流入側ピックアップ18及び流出側ピックアップ20により検出されると、上記センサチューブ14の振動に伴う上記位相差が流量計測制御回路38により質量流量に変換される。
【0044】
ここで、上記センサチューブ14を加振器15により振動させて被測流体の流量を計測する場合の原理について説明する。
【0045】
図4は加振器15がセンサチューブ14を振動させる状態を模式的に示す図である。図5は振動するセンサチューブ14に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。
【0046】
図4に示されるように、流量計測時は、加振器16の駆動コイル16c,16dに対して上記流量計測制御回路38の励振回路から正負のある交番電圧(交流信号)が交互に出力されることで、センサチューブ14の中間部分が共振状態で振動する。
【0047】
すなわち、加振器16は、一方の駆動コイル16cがマグネット16aに対して反発力を付与すると共に、他方の駆動コイル16dがマグネット16bに対して吸引力を付与する。これにより、加振器16は、センサチューブ14の中間部分をY方向に押圧する加振力Faを発生させる。これにより、センサチューブ14は、両端14a,14bを節として中間部分が一点鎖線で示すように円弧状に撓む。
【0048】
また、加振器16は、一方の駆動コイル16cがマグネット16aに対して吸引力を付与すると共に、他方の駆動コイル16dがマグネット16bに対して反発力を付与する。これにより、センサチューブ14は、両端14a,14bを節として中間部分が破線で示すように円弧状に撓む。
【0049】
このように、駆動コイル16c,16dに交互に正逆の電圧を印加することで、センサチューブ14は、一定の周期、振幅で振動する。そして、振動しているセンサチューブ14内を被測流体が流れるときにコリオリの力が生じる。
【0050】
また、駆動コイル16c,16dに180度に位相差を持ったオン・オフのパルス信号を与えた場合は、オフ時には吸引力もしくは反発力が発生しないが、センサチューブ14の振動の慣性により全く同じ動きをする。
【0051】
図5に示されるように、センサチューブ14の流入側と流出側とでは、逆方向のコリオリ力+F,−Fが作用する。これにより、センサチューブ14は、流入側と流出側とで振動に位相差が生じる。
【0052】
すなわち、センサチューブ14の中間部分が図4中一点鎖線で示すように駆動されるとき、図5中一点鎖線で示すようにセンサチューブ14の流入側にコリオリ力+Fが作用し、センサチューブ14の流出側にコリオリ力−Fが作用する。また、センサチューブ14が図4中破線で示すように駆動されるとき、図5中破線で示すようにセンサチューブ14の流入側にコリオリ力−Fが作用し、センサチューブ14の流出側にコリオリ力+Fが作用する。
【0053】
このセンサチューブ14の変位は、ピックアップ18,20のセンサコイル18c,18d,20c,20dにより検出され、流量計測制御回路38において、加振器15に入力された入力信号との時間差Δtの信号に変換され、さらに流量パルスに変換される。
【0054】
即ち、流量計測制御回路38は、次式の演算を行って質量流量Qmを算出する。
Qm=A・Δt…(1)
但し、Aは質量流量計固有の定数である。
【0055】
尚、上記実施例では、1本のセンサチューブ14が収納ケース12の内部に挿通される構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、2本のセンサチューブを平行に配置して2本のセンサチューブの相対変位を検出するようにして良いのは勿論である。
【0056】
ここで、上記マグネット16a,16b,18a,18b,20a,20bの構成について説明する。尚、マグネット16a,16b,18a,18b,20a,20bは、夫々同一構成であるので、以下マグネット16aの構成について説明し、それ以外のマグネットの説明は省略する。
【0057】
図6はマグネット16aの第1実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。
図6(A)(B)に示されるように、マグネット16aは、磁性材からなる直方体形状とされた永久磁石70と、永久磁石70の全表面を覆うように直方体形状とされたカバー部材72とから構成されている。永久磁石70は、カバー部材72の密閉された空間72aに収納されており、外部と遮断されている。また、マグネット16aは、磁力線が増大するようにセンサチューブ14の長手方向に沿うように長方形に形成されている。
【0058】
カバー部材72は、例えば、非磁性体のステンレス鋼などの高圧水素が金属分子間に浸透することを防止することのできるような強固なもので、且つ、水素脆性に強い材質で形成されている。
【0059】
そのような材質としては、オーステナイト系ステンレス鋼が条件に適しており、その中でもモリブデンが組成に含まれているものが好適である。さらに、低炭素鋼(化学成分として、炭素が0.04%以下)であれば、なお好適である。また、ステンレス鋼以外では、ガラス等も考えられる。
【0060】
また、カバー部材72の製造方法としては、金属板をプレス加工して永久磁石70の外周を覆うような形状に加工し、継目を溶接などで接合させるような金属加工技術により形成する方法を採用しても良い。あるいは、めっきなどにより永久磁石70の表面に直接金属膜を被覆形成する方法も考えられる。
【0061】
尚、図6(A)(B)に示す、第1実施例では、直方体のカバー部材72を図示したが、カバー部材72を円筒形としても良い。但し、その場合、センサチューブ14の長手方向に沿った長さも短くなるので、磁力線の量は減少する。
【0062】
永久磁石70は、例えば、希土類の金属により形成されている場合、水素と化合しやすく、水素雰囲気中においては、磁力の低下や破壊される場合がある。しかしながら、永久磁石70の全表面をカバー部材72で覆うことにより、永久磁石70が被測流体である高圧水素に接触することが防止され、磁力の低下や破壊されることがない。
【0063】
そのため、質量流量計10では、センサチューブ14の耐圧強度を小さくして計測精度を高めるため、センサチューブ14を収納する収納ケース12内にも被測流体(水素)が充填させる構成が採用されても、センサチューブ14に取り付けられた永久磁石70が水素に接触することが防止され、燃料電池車の燃料タンクに高圧水素を充填する充填装置の燃料供給経路で水素充填量を計測することが可能になる。
【0064】
図7はマグネット16aの第2実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。尚、図7(A)(B)において、上記第1実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図7(A)(B)に示されるように、第2実施例のカバー部材73は、直方体形状とされた永久磁石70と下面とを覆うように凹形状の収納部材(第1のカバー)74と、永久磁石70の上面を覆う長形状の蓋部材(第2のカバー)76とから構成されている。
【0065】
カバー部材73は、永久磁石70が収納部材74の収納凹部74aに収納された状態で円盤状に形成された蓋部材76で収納凹部74aを塞ぎ、収納部材74の周縁部と蓋部材76との間を溶接78で固着する。
【0066】
これにより、永久磁石70は、密閉された空間に収納された状態でカバー部材72によって保護される。
【0067】
また、収納部材74及び蓋部材76を非磁性材であるステンレス材により形成した場合、溶接78部分が磁性を有するため、溶接78を永久磁石70の磁力線パターンが影響を受けにくい場所に設ける必要がある。そこで、第2実施例では、溶接78が円柱形状とされた永久磁石70の角部付近に位置するように設けられている。そのため、溶接78の位置は、コイルと対面しない位置に設けられており、永久磁石70の磁力線パターンが溶接部分の磁性化により乱れることが防止される。
【0068】
図8はマグネット16aの第3実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。尚、図8(A)(B)において、上記各実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図8(A)(B)に示されるように、第3実施例のカバー部材80は、内部に永久磁石70を収納する直方体形状に形成された内部空間80aを有する。この内部空間80aは、内部空間80aが密閉されており、永久磁石70よりも内径及び深さ寸法が若干大きく形成されており、永久磁石70がすっぽり入るのに十分な容積をもっている。
【0069】
そのため、永久磁石70と内部空間80aを形成する内壁との間には微小な隙間82が存在する。そして、隙間82には、流動性を有する非圧縮流体84が充填されている。
【0070】
この非圧縮流体84は、ゲル状のものあるいは液体などからなり、密閉された内部空間80aの隙間82に充填されることにより、カバー部材80が被測流体の圧力により変形されることが防止される。
【0071】
また、カバー部材80においては、永久磁石70の外形に対して隙間が無いように内部空間80aを高精度に作成することは難しい。しかしながら、内部空間80aを永久磁石70の外形よりも若干大きくすれば、加工精度を下げて容易に製作することができる。
【0072】
図9はマグネット16aの第4実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。尚、図9(A)(B)において、上記各実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図9(A)(B)に示されるように、第4実施例のカバー部材86は、円柱状に形成された永久磁石70の外周と上面とを覆うように円筒形状に形成された収納部材88と、永久磁石70の下面を覆う円盤形状の蓋部材90とから構成されている。
【0073】
収納部材88は、永久磁石70を収納する円形の収納凹部88aと、収納凹部88aの周縁部から半径方向に突出する鍔部88bを有する。また、蓋部材90は、外径が鍔部88bの外径と同径となるように円盤状に形成されている。
【0074】
そして、蓋部材90の外周と鍔部88bの外周とは、溶接92により全周を固着されている。そのため、永久磁石70は、収納部材88と蓋部材90との間で挟持された状態で保持され、且つ溶接92により密閉された空間94の内部で外部を遮断される。よって、センサチューブ14に取り付けられた永久磁石70が被測流体である水素に接触することが防止され、水素充填量を計測することが可能になる。
【0075】
また、溶接92の位置は、コイルと対面しないように、永久磁石70より半径方向に離間した蓋部材90の外周と鍔部88bの外周に設けられるため、永久磁石70の磁力線パターンが溶接部分の磁性化により乱れことが防止される。
【0076】
また、溶接92は、永久磁石70から半径方向に離れた位置にあるので、永久磁石70に溶接熱が伝わりにくく、永久磁石70に対する熱影響を小さく抑えられる。
【0077】
図10は第4実施例のマグネットの取付構造を示す縦断面図である。
図10に示されるように、マグネット16a,16bは、カバー部材86の蓋部材90をセンサチューブ14の外周に固定される。このとき、永久磁石70は、N極とS極とが交互に配置される向きで取り付けられる。
【0078】
そして、マグネット16a,16bは、永久磁石70の平面が収納ケース12の外周に取り付けられた駆動コイル16c,16dと対向するように取り付けられる。
【0079】
このように、第4実施例のカバー部材86は、蓋部材90をブラケットとして用いることが可能であるので、容易にセンサチューブ14に取り付けることが可能である。また、溶接92は、駆動コイル16c,16dの対向しないように半径方向にずれた位置に設けられており、駆動コイル16c,16dと永久磁石70との間の磁界に影響を与えないように設けられている。
【0080】
ここで、上記マグネット16aが取り付けられた質量流量計の変形例について説明する。
図11は変形例1の質量流量計40の構成を示す横断面図である。図12は図11中C−C線に沿う縦断面図である。図13は図11中D−D線に沿う縦断面図である。尚、図11乃至図13において、上記図1乃至図3に示す質量流量計10と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【0081】
図11乃至図13に示されるように、質量流量計40は、密閉された収納ケース12の内部に挿入されたセンサチューブ14と、センサチューブ14を加振する加振器46と、振動するセンサチューブ14の流入側変位を検出する流入側ピックアップ48と、振動するセンサチューブ14の流出側変位を検出する流出側ピックアップ50とを有する。
【0082】
加振器46は、上記センサチューブ14に設けられたマグネット46a,46bと、収納ケース12の外周に設けられた駆動コイル46c,46dとから構成されており、駆動コイル46c,46dに交互に正負のある交番電圧(交流信号)が印加されて生じる磁界に対してマグネット46a,46bが吸引または反発することで、センサチューブ14の中間部分を横方向(Y方向)に振動させる。
【0083】
マグネット46a,46bは、前述したマグネット16aの第1乃至第4実施例と同様な構成になっており、被測流体が永久磁石70に接触しないように永久磁石70をカバー部材72,73,80,86によって覆われている。
【0084】
また、収納ケース12は、例えば、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材(SUS304)により形成されている。さらに、駆動コイル46c,46dの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心46e,46fが挿入されている。
【0085】
そのため、駆動コイル46c,46dが収納ケース12の外周に設けられていても駆動コイル46c,46dにより生じた磁束は、収納ケース12を貫通してマグネット46a,46bに到達する。これにより、駆動コイル46c,46dは、収納ケース12の外周からマグネット46a,46bを振動方向(Y方向)に加振することができる。
【0086】
センサチューブ14の中間部分の外周には、加振器46のマグネット46a,46bがリング状に形成された保持部材52により180度の間隔で取り付けられている。保持部材52は、非磁性材からなる金属により形成された重り(慣性質量)であり、センサチューブ14の中間部分の外周を全周で覆うように形成されている。
【0087】
尚、本実施例では、マグネット46a,46b及び保持部材52が加振時の重りとして機能するが、マグネット46a,46bが保持部材52を兼ねる構成である場合には、マグネット46a,46bのみが重りとして機能する。また、マグネット46a,46b及び保持部材52以外の所定重量を有する部材を重りとしてセンサチューブ14の中間部分に装着することも可能である。
【0088】
このように、保持部材52は、振幅が最大となるセンサチューブ14の中間部分の外周に固定されているので、加振される際に慣性質量として機能する。これにより、センサチューブ14は、加振器46の駆動力によって効率良く振動することが可能になり、共振周波数の付近で描く共振の尖鋭さ、共振特性の幅の狭さを示すQ(quality factor)が高められる。
【0089】
また、振動系で使われるQは、Q=ω/Δωで求まり、共振周波数ωの波形においてピークから3dB下がった高さでの幅Δωの数値(共振特性の幅)によって決まる。従って、Q(quality factor)は、共振周波数の尖鋭さを示すと同時に共振時における拡大度を示す数値でもあり、Δωが小さいほど共振特性の幅が小さくなって共振特性が高められる。これにより、質量流量計40では、センサチューブ14の振動部分の慣性質量を増大させてセンサチューブ14の振動特性を高めることができ、例えば、コリオリ力が小さくなる微小流量域の計測精度を高めることができる。
【0090】
流入側ピックアップ48は、センサチューブ14の流入側外周の上下位置に固着されたマグネット48a,48bと、収納ケース12の外周の上下位置に設けられた磁気センサ(検出部)48c,48dとから構成されており、マグネット48a,48bがセンサチューブ14と共に横方向(Y方向)に振動するのに伴って磁気センサ48c,48dに対して近接・離間するため、磁気センサ48c,48dからマグネット48a,48bの変位量に応じた検出信号を出力する。
【0091】
流出側ピックアップ50は、上記センサチューブ14の流出側外周の上下位置に固着されたマグネット50a,50bと、収納ケース12の外周の上下位置に設けられた磁気センサ50c,50dとから構成されており、マグネット50a,50bがセンサチューブ14と共に横方向(Y方向)に振動するのに伴って磁気センサ50c,50dに対して近接・離間するため、磁気センサ50c,50dからマグネット50a,50bの変位量に応じた検出信号を出力する。
【0092】
磁気センサ48c,48d及び50c,50dは、例えば、微弱な磁界変化を検出することができる高感度のGMR(巨大磁気抵抗効果:giant magnetoresistive effect)センサなどが用いられる。また、磁気センサ48c,48d及び50c,50dは、高感度であるため、収納ケース12の外周からでもマグネット48a,48b及び50a,50bのY方向の振動に伴う磁界変化に応じた電流を検出信号として出力する。
【0093】
また、変形例2の質量流量計40の計測動作は、前述した質量流量計10と同様であるので、その説明は省略する。
【0094】
図14は変形例2の質量流量計60の構成を示す横断面図である。図15は図14中E−E線に沿う縦断面図である。図16は図14中F−F線に沿う縦断面図である。尚、図14乃至図16において、上記図1乃至図3に示す質量流量計10と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【0095】
図14乃至図16に示されるように、質量流量計60において、駆動コイル16c,16d及びセンサコイル18c,18d,20c,20dの中心には、鉄心62a〜62fが挿入されている。また、鉄心62a〜62fと対向する収納ケース12の外周には、円柱状に形成された磁性材64a〜64fが嵌合固定される凹部66a〜66fが設けられている。
【0096】
従って、収納ケース12の凹部66a〜66fに埋め込まれた磁性材64a〜64fは、鉄心62a〜62fと当接しており、駆動コイル16c,16d及びセンサコイル18c,18d,20c,20dからの磁束を収納ケース12の内部に導く磁路として作用する。
【0097】
そのため、収納ケース12の肉厚が被測流体の圧力に耐えられるように設定されていても収納ケース12の凹部66a〜66fに磁性材64a〜64fを嵌合固定することで、耐圧強度を保ちながら駆動コイル16c,16dによる駆動力及び、センサコイル18c,18d,20c,20dによる検出感度を高めることが可能になる。
【0098】
これにより、質量流量計60では、センサチューブ14の振動部分の慣性質量を増大させてセンサチューブ14の振動特性を高めることができ、例えば、コリオリ力が小さくなる微小流量域の計測精度を高めることができる。
【0099】
また、変形例3の質量流量計60の計測動作は、前述した質量流量計10と同様であるので、その説明は省略する。
【0100】
図17は変形例3の質量流量計100の構成を示す横断面図である。
図17に示されるように、質量流量計100は、流入側センサチューブ102と、流入側センサチューブ102と平行に延在する流出側センサチューブ104と、センサチューブ102,104の先端部分を加振する加振器106,108と、振動する流入側センサチューブ102の変位を検出する流入側ピックアップ110と、振動する流出側センサチューブ104の変位を検出する流出側ピックアップ112とを有する。
【0101】
流入側センサチューブ102は、円筒状に形成された流入側収納ケース116の内部に形成された管路118に挿通されている。また、流出側センサチューブ104は、円筒状に形成された流出側収納ケース120の内部に形成された管路122に挿通されている。
【0102】
センサチューブ102,104は、片持ち梁状態で管路118,122の軸線に沿うように挿通されており、計測時には先端部分が管路118,122の内壁に接触しない振幅で加振される。
【0103】
センサチューブ102,104は、外周に検出用マグネット124,126と、駆動用マグネット128,130が取り付けられている。このマグネット124,126,128,130は、前述したマグネット16aの第1乃至第4実施例と同様な構成になっており、被測流体が永久磁石70に接触しないように永久磁石70をカバー部材72,73,80,86によって覆われている。
【0104】
また、収納ケース116,120の外周には、センサコイル132,134と、駆動コイル136,138が設けられている。
【0105】
センサチューブ102,104は、先端部分が開放になっているため、管路118,122にも被測流体が充填された状態で加振されて流量計測を行う。そのため、センサチューブ102,104は、内側と外側の圧力が同圧になり、高圧流体を計測する場合でも、肉厚を薄くして振動しやすい構成となっている。
【0106】
センサチューブ102,104の基端は、支持部材140,142に支持されており、支持部材140,142は、取付ベース144と収納ケース116,120のフランジ116a,120aとの間で挟持される。
【0107】
また、収納ケース116,120の先端側のフランジ116b,120bは、連通部材146に締結される。連通部材146は、内部にコ字状に形成された通路146aを有する。通路146aは、一端が収納ケース116の管路118に連通され、他端が収納ケース120の管路122に連通されている。
【0108】
従って、センサチューブ102,104は、通路146aを介して連通された管路118,122に挿通されており、同じ圧力とされた管路118,122内で加振される。
【0109】
また、センサチューブ102,104は、先端部分が自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振力に対する変形量(振幅)を大きくすることが可能な構成になっている。そのため、質量流量計100では、センサチューブ102,104が振動しやすくなっているので、比較的コリオリ力の小さい微小流量域での計測精度を高められ、被測流体を正確に計測することが可能になる。
【0110】
さらに、センサチューブ102,104は、先端が自由端であるので、高温流体を計測する場合でも熱膨張に伴う長手方向(Y方向)の伸縮量が計測に影響しない構成になっている。
【0111】
尚、上記実施例では、CNGのような可燃性ガスを被測流体として流量計測する場合を例に挙げたが、これに限らず、他の高圧、高温の流体を計測するのにも適用できるのは勿論である。
【0112】
【発明の効果】
上述の如く、上記請求項1記載の発明によれば、駆動用磁石及び検出用磁石の表面を被測流体から隔離するように覆う非磁性体のカバー部材を設けたため、磁石が被測流体に直接接触することを防止して磁石の物理特性の劣化を防止することが可能になると共に、被測流体が可燃性流体であっても安全に計測することができる。
【0113】
上記請求項2記載の発明によれば、カバー部材をオーステナイト系ステンレス材により形成したため、カバー部材に被測流体に接触してもカバー部材が劣化することを防止することができる。特に磁石の磁力を損なわないように非磁性のステンレス材を使用しており、被測流体としての水素に対する強度を確保すると共に、磁石の磁力パターンを乱さないように構成できる。
【0114】
上記請求項3記載の発明によれば、カバー部材の内部空間と磁石との隙間に非圧縮流体を充填したため、カバー部材の耐圧強度をより高めることが可能になると共に、カバー部材の変形が防止されて磁石に影響することを防止できる。
【0115】
上記請求項4記載の発明によれば、カバー部材が、磁石の形状に対応する形状の収納凹部が形成された第1のカバーと、第1のカバーの縁部を同一形状に形成された第2のカバーと、よりなるため、第1のカバーの縁部と第2のカバーの縁部とを接合することにより、収納凹部が接合時に変形することが防止され、特に溶接のように熱を加える場合に収納凹部に収納された磁石に直接熱の影響を与えることがなく、磁石が溶接熱によって変形したり、磁気特性が変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としてのコリオリ式質量流量計の横断面図である。
【図2】図1中A−A線に沿う縦断面図である。
【図3】図1中B−B線に沿う縦断面図である。
【図4】加振器15がセンサチューブ14を振動させる状態を模式的に示す図である。
【図5】振動するセンサチューブ14に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。
【図6】マグネット16aの第1実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。
【図7】マグネット16aの第2実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。
【図8】マグネット16aの第3実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。
【図9】マグネット16aの第4実施例の構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。
【図10】第4実施例のマグネットの取付構造を示す縦断面図である。
【図11】変形例1の質量流量計40の構成を示す横断面図である。
【図12】図11中C−C線に沿う縦断面図である。
【図13】図11中D−D線に沿う縦断面図である。
【図14】変形例2の質量流量計60の構成を示す横断面図である。
【図15】図14中E−E線に沿う縦断面図である。
【図16】図14中F−F線に沿う縦断面図である。
【図17】
変形例3の質量流量計100の構成を示す横断面図である。
【符号の説明】
10,40,60,100 質量流量計
12 収納ケース
14 センサチューブ
16,46,106,108 加振器
16a,16b 駆動用マグネット
18a,18b,20a,20b 検出用マグネット
18,48,110 流入側ピックアップ
20,50,112 流出側ピックアップ
22,24 フランジ
26 内部空間
28 流入側支持板
30 流出側支持板
34 通路
36a〜36f ケーブル
38 流量計測制御回路
48c,48d,50c,50d 磁気センサ
52 保持部材
70 永久磁石
72,73,80,86 カバー部材
74,88 収納部材
76,90 蓋部材
78,92 溶接
82 隙間
84 非圧縮流体
102 流入側センサチューブ
104 流出側センサチューブ
116,120 流入側収納ケース
118,122 管路
124,126 検出用マグネット
128,130 駆動用マグネット
132,134 センサコイル
136,138 駆動コイル
140,142 支持部材
144 取付ベース
146 連通部材
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration-type measuring device, and more particularly to a vibration-type measuring device configured to vibrate a sensor tube, detect a displacement of the sensor tube due to Coriolis force, and measure a flow rate or a density.
[0002]
[Prior art]
As a vibration-type measuring device that measures a physical quantity of a fluid by vibrating a pipe to which a fluid is supplied, for example, there is a Coriolis-type mass flowmeter or a vibration-type density meter. Hereinafter, the Coriolis mass flowmeter will be described.
[0003]
In this Coriolis mass flowmeter, a sensor tube through which a fluid to be measured passes is vibrated in a radial direction by a vibrator, and a displacement of the sensor tube due to a Coriolis force proportional to the flow rate is detected by a pickup. The vibratory density meter also has the same configuration as the Coriolis mass flow meter, and the sensor tube vibrates at a frequency corresponding to the density of the fluid to be measured.
[0004]
As a conventional vibration-type measuring device, for example, in the case of a Coriolis-type mass flow meter, a direction in which a fluid flows through a pair of sensor tubes and the pair of sensor tubes is moved toward and away from each other by the driving force of a vibrator (drive coil). (For example, see Patent Document 1).
[0005]
The vibrator and the pickup are composed of a magnet and a coil, and are attached to the sensor tube when a drive pulse or a positive or negative alternating voltage (AC signal) is input to the drive coil of the vibrator. The sensor tube is vibrated by applying an attractive force or a repulsive force to the drive magnet, and the displacement of the detection magnet attached to the vibrating sensor tube is determined by a detection signal output from a sensor coil (detection unit) of the pickup. Is to be detected.
[0006]
Then, the Coriolis force acts in the vibration direction of the sensor tube and is opposite between the inlet side and the outlet side, so that the sensor tube is twisted, and the twist angle is proportional to the mass flow rate. Therefore, a pickup (vibration sensor) for detecting vibration is provided at each of the twisted positions on the inlet side and the outlet side of the pair of sensor tubes, and the time difference between the output detection signals of the two sensors is measured to determine the torsion of the sensor tube, that is, the mass. The flow rate is being measured.
[0007]
However, for example, when the mass flow meter is provided in a gas supply system that supplies compressible natural gas pressurized to a high pressure such as CNG (Compressed Natural Gas) used as a fuel for an automobile, and the flow rate is measured, It is necessary to increase the pressure resistance of the sensor tube.
[0008]
However, when the thickness of the sensor tube is increased, the driving force of the vibrator for vibrating the sensor tube must be increased, and the resonance amplitude at the time of measurement decreases as the rigidity of the sensor tube increases. Problems such as susceptibility to disturbance and a decrease in the phase difference (twist angle) between the inflow-side and outflow-side vibration sensors during flow rate measurement occur, thereby reducing measurement accuracy.
[0009]
Therefore, in the conventional vibration type measuring device, the pressure between the inside and the outside of the sensor tube is balanced by supplying the fluid to be measured into the storage case from the pressure supply hole of the sensor tube, and the pressure resistance of the sensor tube is increased. High pressure fluid can be measured without increasing the pressure.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-6-331406
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional vibration-type measuring apparatus, when the measurement fluid is filled in the storage case as described above and the high-pressure fluid is measured, the vibrator and the pickup are stored in the storage case. When the fluid is a flammable fluid such as fuel, it is necessary to cover the drive coil of the vibrator and the sensor coil of the pickup with an explosion-proof case or the like so as not to come into contact with the fluid to be measured. It had to be configured.
[0012]
However, depending on the fluid to be measured, it may be necessary to affect the material or insulating coating of the magnet or coil of the vibrator, or it may be necessary to provide a through terminal in the storage case to allow the electric wiring to pass through to the inside.
[0013]
For example, rare earth materials are often used for magnets attached to sensor tubes, but rare earth metals are easily combined with hydrogen, and in a hydrogen atmosphere, the magnetic force may be reduced or destroyed. It was difficult to use in a place that comes into contact with the fluid measurement.
[0014]
Therefore, when a mass flowmeter is provided in a fuel supply path of a filling device that fills a fuel tank of a fuel cell vehicle with high-pressure hydrogen, a storage case for storing the sensor tube in order to reduce the pressure resistance of the sensor tube and improve measurement accuracy. If a configuration in which the fluid to be measured is filled is adopted, the magnet attached to the sensor tube may come into contact with hydrogen, and the magnet force of the magnet may be reduced or destroyed, so that the flow rate measurement may not be performed.
Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration-type measuring device that solves the above problem.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
According to the first aspect of the present invention, a cover member made of a non-magnetic material is provided to cover the surfaces of the driving magnet and the detecting magnet so as to isolate the surfaces from the fluid to be measured, and the magnet comes into direct contact with the fluid to be measured. This prevents the physical characteristics of the magnet from deteriorating, and also enables safe measurement even if the fluid to be measured is a flammable fluid.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the cover member is formed of an austenitic stainless steel material, and it is possible to prevent the cover member from being deteriorated even when the cover member comes into contact with the fluid to be measured. In particular, a non-magnetic stainless material is used so as not to impair the magnetic force of the magnet, and when the fluid to be measured is hydrogen, it is possible to configure so as not to disturb the strength and magnetic force pattern against hydrogen.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, the gap between the magnet and the internal space of the cover member is filled with an incompressible fluid, so that the pressure resistance of the cover member can be further increased and deformation of the cover member can be reduced. Prevented from affecting the magnet.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, the cover member has a first cover in which a storage recess having a shape corresponding to the shape of the magnet is formed, and a second cover in which the edge of the first cover is formed in the same shape. And a cover, and by joining the edge of the first cover and the edge of the second cover, the storage recess is prevented from being deformed at the time of joining, especially when heat is applied such as welding. The magnet stored in the storage recess is not directly affected by heat, so that the magnet is prevented from being deformed by the welding heat and the magnetic properties are not changed.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the vibration type measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a Coriolis mass flow meter as one embodiment of a vibration type measuring device according to the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG.
[0019]
In addition, the vibration-type measuring device can be used as a vibration-type density meter and a Coriolis-type mass flow meter because the density of the fluid to be measured and the mass flow rate can be obtained using the density. The vibratory density meter and the Coriolis mass flow meter have the same configuration, and therefore, in this embodiment, the case where they are used as a mass flow meter will be described in detail.
[0020]
As shown in FIGS. 1 to 3, the mass flow meter 10 vibrates one sensor tube 14 inserted into a sealed storage case 12 and an intermediate portion in the longitudinal direction of the sensor tube 14. The vibrator 16 includes an exciter 16, an inflow pickup 18 that detects displacement of the vibrating sensor tube 14 on the inflow side, and an outflow pickup 20 that detects displacement of the vibrating sensor tube 14 on the outflow side.
[0021]
The vibrator 16, the inflow-side pickup 18, and the outflow-side pickup 20 are arranged symmetrically with respect to the axis of the sensor tube 14, and the inflow-side pickup 18 and the outflow-side pickup 20 are symmetrical about the vibrator 16. Is provided.
[0022]
The storage case 12 is formed in a cylindrical shape, and the openings at both ends are closed by flanges 22 and 24 formed in a disk shape. The flanges 22 and 24 are integrally fixed to the end of the storage case 12 by welding or the like.
[0023]
Further, the storage case 12 has a pressure resistance so as to withstand the pressure even when the measured fluid is filled with the high pressure fluid such as CNG in the internal space 26.
[0024]
The sensor tube 14 is formed of a metal pipe formed in a straight tubular shape, and is fixed in a state where one end 14 a is inserted into a mounting hole 22 a penetrating the inflow side flange 22, and the other end 14 b penetrates the outflow side flange 24. Into the mounting hole 24a. A disk-shaped inflow-side support plate 28 is fitted and fixed to the outer periphery of one end 14 a of the sensor tube 14, and the outer periphery of the inflow-side support plate 28 is fitted into an annular recess 12 a formed at one end of the storage case 12. Fixed together.
[0025]
A disk-shaped outflow-side support plate 30 is fitted and fixed to the outer periphery of the other end 14 b of the sensor tube 14, and the outer periphery of the outflow-side support plate 30 is formed in an annular recess 12 b formed at the other end of the storage case 12. Is fitted and fixed. Further, a hook-shaped groove 24b is formed on the inner periphery of the mounting hole 24a.
[0026]
The outflow side support plate 30 is provided with a projection 32 to be inserted into the hook-shaped groove 24b, and a recess 30a formed inside the inner circumference of the storage case 12 so as to be continuous with the projection 32. ing. Therefore, the other end 14b of the sensor tube 14 is communicated with the internal space 26 via a passage 34 formed between the groove 24b and the projection 32 and between the recess 30a and the inner wall of the storage case 12.
[0027]
Therefore, the fluid to be measured that has flowed into the sensor tube 14 is supplied to the internal space 26 from the other end 14 b through the passage 34. Thereby, the internal pressure of the sensor tube 14 and the pressure of the internal space 26 are balanced, and the pressure difference between the inside and the outside of the sensor tube 14 is reduced.
[0028]
This eliminates the need for the sensor tube 14 to have a thickness corresponding to the pressure of the fluid to be measured. For example, even when measuring a gas supplied at a high pressure of 20 MPa or more, such as CNG, the thickness of the sensor tube 14 can be reduced. There is no need to increase the wall thickness to increase the pressure resistance, and it is not necessary to increase the driving force of the vibrator 15.
[0029]
Driving magnets 16a and 16b of the vibrator 16 are attached to the outer periphery of the intermediate portion of the sensor tube 14 at intervals of 180 degrees. Further, detection magnets 18a and 18b of the inflow-side pickup 18 are attached to the outer periphery of the sensor tube 14 on the inflow side from the vibrator 16 at an interval of 180 degrees. Further, detection magnets 20a and 20b of the outflow-side pickup 20 are attached to the outer periphery of the sensor tube 14 on the outflow side from the vibrator 16 at intervals of 180 degrees.
[0030]
The driving magnets 16a, 16b are heavier than the detecting magnets 18a, 18b, 20a, 20b, and also function as weights (inertial masses) during excitation.
[0031]
Further, on the outer periphery of the storage case 12, drive coils 16c and 16d facing the magnets 16a and 16b, sensor coils 18c and 18d facing the magnets 18a and 18b, and sensor coils 20c and 20d facing the magnets 20a and 20b are provided. And are attached. As described above, in the mass flow meter 10, since the drive coils 16 c and 16 d and the sensor coils 18 c, 18 d, 20 c and 20 d are provided on the outer periphery of the storage case 12, for example, CNG such as CNG is provided inside the storage case 12. Even if the fuel gas is filled with flammable gas, there is no possibility that the spark from the electric system will ignite, so that safety is ensured.
[0032]
The storage case 12 is formed of, for example, an austenitic non-magnetic stainless steel (SUS304). Further, iron cores 16e and 16f made of, for example, a ferrite-based magnetic material are inserted into the centers of the drive coils 16c and 16d.
[0033]
Therefore, even if the drive coils 16c and 16d are provided on the outer periphery of the storage case 12, the magnetic flux generated by the drive coils 16c and 16d passes through the storage case 12 and reaches the magnets 16a and 16b. Thus, the drive coils 16c and 16d can vibrate the magnets 16a and 16b from the outer periphery of the storage case 12 in the vibration direction (Y direction).
[0034]
The vibrator 16 includes the magnets 16a and 16b and the drive coils 16c and 16d. The vibrator 16 receives a magnetic field generated by alternately applying positive and negative alternating voltages (AC signals) to the drive coils 16c and 16d. When the magnets 16a and 16b are attracted or repelled, the middle portion of the sensor tube 14 is vibrated in the lateral direction (Y direction).
[0035]
The inflow-side pickup 18 is composed of the magnets 18a and 18b and sensor coils (detection units) 18c and 18d. As the magnets 18a and 18b vibrate along with the sensor tube 14 in the lateral direction (Y direction). In order to approach and separate from the sensor coils 18c and 18d, the sensor coils 18c and 18d output detection signals according to the displacement amounts (displacement speeds) of the magnets 18a and 18b.
[0036]
The outflow-side pickup 20 is composed of the magnets 20a and 20b and sensor coils (detection units) 20c and 20d. As the magnets 20a and 20b vibrate with the sensor tube 14 in the lateral direction (Y direction). In order to approach and separate from the sensor coils 20c and 20d, the sensor coils 20c and 20d output a detection signal corresponding to the amount of displacement (displacement speed) of the magnets 20a and 20b.
[0037]
In the mass flow meter 10, as described above, the internal space 26 of the storage case 12 is filled with the fluid to be measured, and the pressure difference between the inside and the outside of the sensor tube 14 is reduced, so that the thickness of the sensor tube 14 is reduced. Thus, the driving force of the vibrator 16 can be reduced, and the current flowing through the driving coils 16c and 16d of the vibrator 16 can be reduced to save power consumption.
[0038]
In addition, since the sensor tube 14 is made of a thin metal pipe, the deformation and displacement of the sensor tube 14 due to Coriolis force increases, so that an output larger than that of the pickup 16 can be obtained, so that the SN ratio can be improved and measurement can be performed. The accuracy is improved.
[0039]
The drive coils 16c and 16d of the vibrator 16 and the sensor coils 18c, 18d, 20c and 20d of the pickups 18 and 20 provided on the outer periphery of the storage case 12 are connected to the flow rate measurement control circuit 38 via cables 36a to 36f. Have been. The drive coils 16c, 16d, the sensor coils 18c, 18d, 20c, 20d and the cables 36a to 36f are not inserted into the storage case 12, so that the safety is enhanced.
[0040]
The flow rate measurement control circuit 38 includes an intrinsically safe explosion-proof barrier circuit, an excitation / time difference detection circuit, a Young's modulus / V / F conversion circuit, an output circuit, a power supply circuit, an attenuation rate detection circuit, a determination circuit, and a control circuit (each not shown). Etc.
[0041]
At the time of the flow rate measurement, in the mass flow meter 10 having the above configuration, the vibrator 16 is driven by the flow rate measurement control circuit 38, and the sensor tube 14 has a period and amplitude corresponding to the vibration characteristic (natural frequency) of the sensor tube 14. The intermediate portion is vibrated in the horizontal direction (Y direction).
[0042]
As described above, when the fluid flows through the vibrating sensor tube 14, a Coriolis force having a magnitude corresponding to the flow rate is generated. For this reason, an operation delay occurs between the inflow side and the outflow side of the straight tubular sensor tube 14, thereby causing a phase difference between the output signals of the inflow side pickup 18 and the outflow side pickup 20.
[0043]
Since the phase difference between the output signal on the inflow side and the output signal on the outflow side is proportional to the flow rate, the flow rate measurement control circuit 38 calculates the flow rate based on the phase difference. Therefore, when the displacement of the sensor tube 14 is detected by the inflow-side pickup 18 and the outflow-side pickup 20, the phase difference caused by the vibration of the sensor tube 14 is converted into a mass flow rate by the flow rate measurement control circuit 38.
[0044]
Here, the principle of measuring the flow rate of the fluid to be measured by vibrating the sensor tube 14 by the vibrator 15 will be described.
[0045]
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a state in which the vibrator 15 vibrates the sensor tube 14. FIG. 5 is a diagram schematically showing the Coriolis force acting on the vibrating sensor tube 14.
[0046]
As shown in FIG. 4, during the flow rate measurement, positive and negative alternating voltages (AC signals) are alternately output from the excitation circuit of the flow rate measurement control circuit 38 to the drive coils 16c and 16d of the vibrator 16. Accordingly, the intermediate portion of the sensor tube 14 vibrates in a resonance state.
[0047]
That is, in the vibrator 16, one drive coil 16c applies a repulsive force to the magnet 16a, and the other drive coil 16d applies an attractive force to the magnet 16b. Thus, the vibrator 16 generates a vibrating force Fa that presses the intermediate portion of the sensor tube 14 in the Y direction. As a result, the sensor tube 14 bends in an arc shape with the both ends 14a and 14b as nodes, as indicated by the dashed line in the middle part.
[0048]
In the vibrator 16, one drive coil 16c applies an attractive force to the magnet 16a, and the other drive coil 16d applies a repulsive force to the magnet 16b. As a result, the sensor tube 14 bends in an arc shape as shown by a broken line at the middle portion with the ends 14a and 14b as nodes.
[0049]
In this way, by alternately applying the forward and reverse voltages to the drive coils 16c and 16d, the sensor tube 14 vibrates at a constant cycle and amplitude. Then, a Coriolis force is generated when the measured fluid flows through the vibrating sensor tube 14.
[0050]
When on / off pulse signals having a phase difference of 180 degrees are applied to the drive coils 16c and 16d, no attractive force or repulsive force is generated when the drive coils 16c and 16d are off, but the same force due to the inertia of the vibration of the sensor tube 14. Make a move.
[0051]
As shown in FIG. 5, Coriolis forces + F and −F in opposite directions act on the inflow side and the outflow side of the sensor tube 14. As a result, the sensor tube 14 has a phase difference in vibration between the inflow side and the outflow side.
[0052]
That is, when the intermediate portion of the sensor tube 14 is driven as shown by the dashed line in FIG. 4, Coriolis force + F acts on the inflow side of the sensor tube 14 as shown by the dashed line in FIG. Coriolis force -F acts on the outflow side. When the sensor tube 14 is driven as shown by a broken line in FIG. 4, a Coriolis force -F acts on the inflow side of the sensor tube 14 as shown by a broken line in FIG. Force + F acts.
[0053]
The displacement of the sensor tube 14 is detected by the sensor coils 18 c, 18 d, 20 c, 20 d of the pickups 18, 20, and the flow measurement control circuit 38 converts the displacement into a signal having a time difference Δt from the input signal input to the vibrator 15. And then into a flow pulse.
[0054]
That is, the flow rate measurement control circuit 38 calculates the mass flow rate Qm by performing the following equation.
Qm = A · Δt (1)
Here, A is a constant unique to the mass flow meter.
[0055]
In the above-described embodiment, the configuration in which one sensor tube 14 is inserted into the inside of the storage case 12 has been described as an example. However, the configuration is not limited thereto. For example, two sensor tubes may be arranged in parallel to each other. Of course, the relative displacement of the sensor tube may be detected.
[0056]
Here, the configuration of the magnets 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, and 20b will be described. Since the magnets 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, and 20b have the same configuration, the configuration of the magnet 16a will be described below, and the description of the other magnets will be omitted.
[0057]
6A and 6B are diagrams showing the configuration of the first embodiment of the magnet 16a, wherein FIG. 6A is a cross-sectional view and FIG. 6B is a vertical cross-sectional view.
As shown in FIGS. 6A and 6B, the magnet 16 a includes a permanent magnet 70 having a rectangular parallelepiped shape made of a magnetic material, and a cover member 72 having a rectangular parallelepiped shape covering the entire surface of the permanent magnet 70. It is composed of The permanent magnet 70 is housed in a closed space 72a of the cover member 72, and is isolated from the outside. The magnet 16a is formed in a rectangular shape along the longitudinal direction of the sensor tube 14 so that the lines of magnetic force increase.
[0058]
The cover member 72 is made of a strong material such as non-magnetic stainless steel that can prevent high-pressure hydrogen from penetrating between metal molecules, and is made of a material that is highly resistant to hydrogen embrittlement. .
[0059]
As such a material, austenitic stainless steel is suitable for the conditions, and among them, a material containing molybdenum in the composition is preferable. Further, low carbon steel (carbon of 0.04% or less as a chemical component) is still more preferable. Further, other than stainless steel, glass and the like are also conceivable.
[0060]
In addition, as a method of manufacturing the cover member 72, a method is used in which a metal plate is pressed to form a shape that covers the outer periphery of the permanent magnet 70, and a seam is formed by a metal processing technique such as welding. You may. Alternatively, a method in which a metal film is directly coated on the surface of the permanent magnet 70 by plating or the like may be considered.
[0061]
In the first embodiment shown in FIGS. 6A and 6B, the rectangular parallelepiped cover member 72 is illustrated. However, the cover member 72 may be cylindrical. However, in this case, since the length of the sensor tube 14 along the longitudinal direction is also reduced, the amount of lines of magnetic force is reduced.
[0062]
When the permanent magnet 70 is formed of, for example, a rare-earth metal, the permanent magnet 70 is easily combined with hydrogen, and in a hydrogen atmosphere, the magnetic force may be reduced or broken. However, by covering the entire surface of the permanent magnet 70 with the cover member 72, the permanent magnet 70 is prevented from contacting the high-pressure hydrogen that is the fluid to be measured, and the magnetic force is not reduced or destroyed.
[0063]
For this reason, the mass flowmeter 10 employs a configuration in which the fluid to be measured (hydrogen) is filled also in the storage case 12 for storing the sensor tube 14 in order to reduce the pressure resistance of the sensor tube 14 and increase the measurement accuracy. Also, the permanent magnet 70 attached to the sensor tube 14 is prevented from coming into contact with hydrogen, and the amount of hydrogen filling can be measured in the fuel supply path of the filling device that fills the fuel tank of the fuel cell vehicle with high-pressure hydrogen. become.
[0064]
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the configuration of the second embodiment of the magnet 16a, wherein FIG. 7A is a transverse sectional view and FIG. 7B is a longitudinal sectional view. In FIGS. 7A and 7B, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
As shown in FIGS. 7A and 7B, the cover member 73 of the second embodiment is a concave storage member (first cover) covering the rectangular parallelepiped permanent magnet 70 and the lower surface. 74, and a long lid member (second cover) 76 that covers the upper surface of the permanent magnet 70.
[0065]
The cover member 73 closes the storage recess 74 a with a cover member 76 formed in a disk shape in a state where the permanent magnet 70 is stored in the storage recess 74 a of the storage member 74, and the peripheral portion of the storage member 74 and the cover member 76 are closed. The gap is fixed by welding 78.
[0066]
As a result, the permanent magnet 70 is protected by the cover member 72 while being housed in the closed space.
[0067]
Further, when the storage member 74 and the lid member 76 are formed of a stainless steel material which is a non-magnetic material, the weld 78 must be provided in a place where the magnetic field line pattern of the permanent magnet 70 is not easily affected because the weld 78 has magnetism. is there. Therefore, in the second embodiment, the welding 78 is provided so as to be located near the corner of the cylindrical permanent magnet 70. Therefore, the position of the weld 78 is provided at a position not facing the coil, and the magnetic field line pattern of the permanent magnet 70 is prevented from being disturbed by the magnetization of the welded portion.
[0068]
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the configuration of the third embodiment of the magnet 16a, wherein FIG. 8A is a transverse sectional view and FIG. 8B is a longitudinal sectional view. 8 (A) and 8 (B), the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the cover member 80 of the third embodiment has an internal space 80a formed in a rectangular parallelepiped shape in which a permanent magnet 70 is housed. The inner space 80a is closed, the inner diameter and the depth of the inner space 80a are slightly larger than those of the permanent magnet 70, and has a sufficient volume for the permanent magnet 70 to fit completely.
[0069]
Therefore, a minute gap 82 exists between the permanent magnet 70 and the inner wall forming the internal space 80a. The gap 82 is filled with a non-compressed fluid 84 having fluidity.
[0070]
The non-compressed fluid 84 is made of a gel or a liquid, and is filled in the gap 82 of the closed internal space 80a to prevent the cover member 80 from being deformed by the pressure of the fluid to be measured. You.
[0071]
Further, in the cover member 80, it is difficult to create the internal space 80a with high accuracy so that there is no gap with respect to the outer shape of the permanent magnet 70. However, if the internal space 80a is made slightly larger than the outer shape of the permanent magnet 70, it can be manufactured easily with reduced processing accuracy.
[0072]
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the configuration of the fourth embodiment of the magnet 16a, where FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. 9B is a vertical cross-sectional view. In FIGS. 9A and 9B, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
As shown in FIGS. 9A and 9B, the cover member 86 of the fourth embodiment is a cylindrical storage member formed to cover the outer periphery and the upper surface of the columnar permanent magnet 70. 88 and a disk-shaped lid member 90 that covers the lower surface of the permanent magnet 70.
[0073]
The storage member 88 has a circular storage recess 88a that stores the permanent magnet 70, and a flange 88b that protrudes in a radial direction from the peripheral edge of the storage recess 88a. Further, the lid member 90 is formed in a disk shape so that the outer diameter is the same as the outer diameter of the flange portion 88b.
[0074]
The outer periphery of the lid member 90 and the outer periphery of the flange 88b are fixed all around by welding 92. Therefore, the permanent magnet 70 is held in a state of being sandwiched between the storage member 88 and the lid member 90, and is shielded from the outside inside the space 94 sealed by the weld 92. Therefore, it is possible to prevent the permanent magnet 70 attached to the sensor tube 14 from coming into contact with the hydrogen to be measured, and to measure the hydrogen filling amount.
[0075]
Further, the position of the weld 92 is provided on the outer periphery of the lid member 90 and the outer periphery of the flange 88b which are radially separated from the permanent magnet 70 so as not to face the coil. The disturbance is prevented by the magnetization.
[0076]
Further, since the welding 92 is located at a position apart from the permanent magnet 70 in the radial direction, the welding heat is not easily transmitted to the permanent magnet 70, and the heat influence on the permanent magnet 70 can be reduced.
[0077]
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a magnet mounting structure according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 10, the magnets 16 a and 16 b fix the cover member 90 of the cover member 86 to the outer periphery of the sensor tube 14. At this time, the permanent magnet 70 is attached in a direction in which the N pole and the S pole are alternately arranged.
[0078]
The magnets 16a and 16b are mounted such that the plane of the permanent magnet 70 faces the drive coils 16c and 16d mounted on the outer periphery of the storage case 12.
[0079]
As described above, since the cover member 86 of the fourth embodiment can use the lid member 90 as a bracket, it can be easily attached to the sensor tube 14. The welding 92 is provided at a position shifted in the radial direction so that the driving coils 16 c and 16 d do not face each other, and is provided so as not to affect the magnetic field between the driving coils 16 c and 16 d and the permanent magnet 70. Have been.
[0080]
Here, a modified example of the mass flowmeter to which the magnet 16a is attached will be described.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the mass flow meter 40 of the first modification. FIG. 12 is a longitudinal sectional view taken along line CC in FIG. FIG. 13 is a longitudinal sectional view taken along line DD in FIG. 11 to 13, the same parts as those of the mass flow meter 10 shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0081]
As shown in FIGS. 11 to 13, the mass flow meter 40 includes a sensor tube 14 inserted into the sealed storage case 12, a vibrator 46 for vibrating the sensor tube 14, and a vibrating sensor. It has an inflow side pickup 48 for detecting the inflow side displacement of the tube 14 and an outflow side pickup 50 for detecting the outflow side displacement of the vibrating sensor tube 14.
[0082]
The vibrator 46 includes magnets 46 a and 46 b provided on the sensor tube 14 and drive coils 46 c and 46 d provided on the outer periphery of the storage case 12. When the magnets 46a and 46b attract or repel a magnetic field generated when a certain alternating voltage (AC signal) is applied, the middle portion of the sensor tube 14 is vibrated in the lateral direction (Y direction).
[0083]
The magnets 46a and 46b have the same configuration as the first to fourth embodiments of the magnet 16a, and cover the permanent magnet 70 with the cover members 72, 73 and 80 so that the fluid to be measured does not contact the permanent magnet 70. , 86.
[0084]
The storage case 12 is formed of, for example, an austenitic non-magnetic stainless steel (SUS304). Further, iron cores 46e and 46f made of, for example, a ferrite-based magnetic material are inserted into the centers of the drive coils 46c and 46d.
[0085]
Therefore, even when the drive coils 46c and 46d are provided on the outer periphery of the storage case 12, the magnetic flux generated by the drive coils 46c and 46d passes through the storage case 12 and reaches the magnets 46a and 46b. Thus, the drive coils 46c and 46d can vibrate the magnets 46a and 46b from the outer periphery of the storage case 12 in the vibration direction (Y direction).
[0086]
The magnets 46a and 46b of the vibrator 46 are attached to the outer periphery of the intermediate portion of the sensor tube 14 at 180-degree intervals by a ring-shaped holding member 52. The holding member 52 is a weight (inertial mass) formed of a metal made of a non-magnetic material, and is formed so as to cover the entire outer periphery of an intermediate portion of the sensor tube 14.
[0087]
In the present embodiment, the magnets 46a and 46b and the holding member 52 function as weights at the time of excitation. However, when the magnets 46a and 46b also serve as the holding member 52, only the magnets 46a and 46b are weighted. Function as Further, a member having a predetermined weight other than the magnets 46a and 46b and the holding member 52 can be attached to an intermediate portion of the sensor tube 14 as a weight.
[0088]
As described above, since the holding member 52 is fixed to the outer periphery of the intermediate portion of the sensor tube 14 where the amplitude is maximum, the holding member 52 functions as an inertial mass when vibrated. Accordingly, the sensor tube 14 can efficiently vibrate by the driving force of the vibrator 46, and the sharpness of resonance drawn near the resonance frequency and the Q (quality factor) indicating the narrowness of the resonance characteristic. ) Is increased.
[0089]
Further, Q used in the vibration system is obtained by Q = ω / Δω, and is determined by the value of the width Δω (the width of the resonance characteristic) at the height 3 dB below the peak in the waveform of the resonance frequency ω. Therefore, Q (quality factor) is a numerical value indicating not only the sharpness of the resonance frequency but also the degree of expansion at the time of resonance, and the smaller the value of Δω is, the smaller the width of the resonance characteristic is, and the higher the resonance characteristic is. Accordingly, in the mass flow meter 40, the vibration characteristics of the sensor tube 14 can be increased by increasing the inertial mass of the vibrating portion of the sensor tube 14, and for example, the measurement accuracy in a minute flow rate region where the Coriolis force is reduced can be improved. Can be.
[0090]
The inflow-side pickup 48 includes magnets 48 a and 48 b fixed at upper and lower positions on the outer periphery of the inflow side of the sensor tube 14, and magnetic sensors (detection units) 48 c and 48 d provided at upper and lower positions on the outer periphery of the storage case 12. Since the magnets 48a and 48b vibrate in the lateral direction (Y direction) together with the sensor tube 14, they move toward and away from the magnetic sensors 48c and 48d. And outputs a detection signal corresponding to the amount of displacement.
[0091]
The outflow side pickup 50 is composed of magnets 50a, 50b fixed at upper and lower positions on the outflow side outer periphery of the sensor tube 14, and magnetic sensors 50c, 50d provided at upper and lower positions on the outer circumference of the storage case 12. Since the magnets 50a and 50b vibrate in the lateral direction (Y direction) together with the sensor tube 14 and move toward and away from the magnetic sensors 50c and 50d, the amount of displacement of the magnets 50a and 50b from the magnetic sensors 50c and 50d. And outputs a detection signal corresponding to.
[0092]
As the magnetic sensors 48c, 48d and 50c, 50d, for example, a high-sensitivity GMR (giant magnetoresistive effect) sensor capable of detecting a weak magnetic field change is used. Also, since the magnetic sensors 48c, 48d and 50c, 50d have high sensitivity, a detection signal is output from the outer periphery of the storage case 12 in accordance with a magnetic field change caused by the vibration of the magnets 48a, 48b and 50a, 50b in the Y direction. Output as
[0093]
The measurement operation of the mass flow meter 40 according to the second modification is the same as that of the above-described mass flow meter 10, and thus the description thereof is omitted.
[0094]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the mass flow meter 60 of the second modification. FIG. 15 is a longitudinal sectional view taken along line EE in FIG. FIG. 16 is a longitudinal sectional view taken along line FF in FIG. 14 to 16, the same parts as those of the mass flow meter 10 shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0095]
As shown in FIGS. 14 to 16, in the mass flow meter 60, iron cores 62a to 62f are inserted into the centers of the drive coils 16c, 16d and the sensor coils 18c, 18d, 20c, 20d. Further, concave portions 66a to 66f in which cylindrical magnetic materials 64a to 64f are fitted and fixed are provided on the outer periphery of the storage case 12 facing the iron cores 62a to 62f.
[0096]
Therefore, the magnetic materials 64a to 64f embedded in the recesses 66a to 66f of the storage case 12 are in contact with the iron cores 62a to 62f, and transfer the magnetic flux from the drive coils 16c, 16d and the sensor coils 18c, 18d, 20c, 20d. It functions as a magnetic path leading to the inside of the storage case 12.
[0097]
Therefore, even if the thickness of the storage case 12 is set to withstand the pressure of the fluid to be measured, the magnetic materials 64a to 64f are fitted and fixed in the recesses 66a to 66f of the storage case 12, thereby maintaining the pressure resistance. However, the driving force of the drive coils 16c and 16d and the detection sensitivity of the sensor coils 18c, 18d, 20c and 20d can be increased.
[0098]
Thereby, in the mass flow meter 60, the inertial mass of the vibrating portion of the sensor tube 14 can be increased to improve the vibration characteristics of the sensor tube 14, and for example, to improve the measurement accuracy in a minute flow rate region where the Coriolis force is reduced. Can be.
[0099]
The measurement operation of the mass flow meter 60 according to the third modification is the same as that of the above-described mass flow meter 10, and thus the description thereof is omitted.
[0100]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the mass flow meter 100 according to the third modification.
As shown in FIG. 17, the mass flow meter 100 vibrates the inflow-side sensor tube 102, the outflow-side sensor tube 104 extending in parallel with the inflow-side sensor tube 102, and the distal ends of the sensor tubes 102 and 104. Vibrators 106 and 108 that vibrate, an inflow pickup 110 that detects displacement of a vibrating inflow sensor tube 102, and an outflow pickup 112 that detects displacement of a vibrating outflow sensor tube 104.
[0101]
The inflow-side sensor tube 102 is inserted into a pipe 118 formed inside an inflow-side storage case 116 formed in a cylindrical shape. The outflow-side sensor tube 104 is inserted into a conduit 122 formed inside an outflow-side storage case 120 formed in a cylindrical shape.
[0102]
The sensor tubes 102 and 104 are inserted in a cantilever manner along the axes of the conduits 118 and 122, and are vibrated at an amplitude such that the tip does not contact the inner walls of the conduits 118 and 122 during measurement.
[0103]
The sensor tubes 102 and 104 have detection magnets 124 and 126 and drive magnets 128 and 130 attached to the outer periphery. The magnets 124, 126, 128, and 130 have the same configuration as the above-described first to fourth embodiments of the magnet 16a, and cover the permanent magnet 70 so that the fluid to be measured does not contact the permanent magnet 70. 72, 73, 80, 86.
[0104]
Further, sensor coils 132 and 134 and drive coils 136 and 138 are provided on the outer periphery of the storage cases 116 and 120.
[0105]
Since the sensor tubes 102 and 104 have open end portions, the pipes 118 and 122 are vibrated while being filled with the fluid to be measured, and flow rates are measured. Therefore, the inner and outer pressures of the sensor tubes 102 and 104 are the same, so that even when measuring a high-pressure fluid, the sensor tubes 102 and 104 are configured to be thin and easy to vibrate.
[0106]
The base ends of the sensor tubes 102 and 104 are supported by support members 140 and 142, and the support members 140 and 142 are sandwiched between the mounting base 144 and the flanges 116a and 120a of the storage cases 116 and 120.
[0107]
In addition, the flanges 116b and 120b on the distal end side of the storage cases 116 and 120 are fastened to the communication member 146. The communication member 146 has a U-shaped passage 146a inside. One end of the passage 146 a communicates with the conduit 118 of the storage case 116, and the other end communicates with the conduit 122 of the storage case 120.
[0108]
Therefore, the sensor tubes 102 and 104 are inserted into the conduits 118 and 122 connected through the passage 146a, and are vibrated in the conduits 118 and 122 at the same pressure.
[0109]
In addition, the sensor tubes 102 and 104 have a free end at the distal end portion, so that the sensor tubes 102 and 104 are easily bent, so that the deformation amount (amplitude) with respect to the exciting force can be increased. Therefore, in the mass flow meter 100, the sensor tubes 102 and 104 are easily vibrated, so that the measurement accuracy in a minute flow rate region where the Coriolis force is relatively small can be improved, and the fluid to be measured can be accurately measured. become.
[0110]
Further, since the sensor tubes 102 and 104 have free ends, the amount of expansion and contraction in the longitudinal direction (Y direction) due to thermal expansion does not affect the measurement even when measuring a high-temperature fluid.
[0111]
In the above-described embodiment, the case where the flow rate is measured using a flammable gas such as CNG as the fluid to be measured has been described as an example. Of course.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the non-magnetic cover member is provided to cover the surfaces of the driving magnet and the detecting magnet so as to separate them from the fluid to be measured, the magnet is provided on the fluid to be measured. Direct contact can be prevented to prevent physical properties of the magnet from deteriorating, and safe measurement can be performed even if the fluid to be measured is a flammable fluid.
[0113]
According to the second aspect of the present invention, since the cover member is formed of an austenitic stainless steel, it is possible to prevent the cover member from being deteriorated even when the cover member comes into contact with the fluid to be measured. In particular, a non-magnetic stainless steel material is used so as not to impair the magnetic force of the magnet, and the strength against hydrogen as the fluid to be measured can be ensured, and the magnetic force pattern of the magnet can be prevented from being disturbed.
[0114]
According to the third aspect of the present invention, since the gap between the magnet and the internal space of the cover member is filled with the non-compressed fluid, the pressure resistance of the cover member can be further increased, and the deformation of the cover member is prevented. Can be prevented from affecting the magnet.
[0115]
According to the fourth aspect of the present invention, the cover member has the first cover in which the storage recess having the shape corresponding to the shape of the magnet is formed, and the first cover in which the edge of the first cover is formed in the same shape. Since the first cover and the second cover are connected to each other, by joining the edge of the first cover and the edge of the second cover, the storage recess is prevented from being deformed at the time of joining, and particularly, heat such as welding is generated. When added, the magnet stored in the storage recess is not directly affected by heat, so that the magnet can be prevented from being deformed by the welding heat and the magnetic properties from being changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a Coriolis mass flow meter as one embodiment of a vibration measuring device according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state in which a vibrator 15 vibrates a sensor tube 14.
FIG. 5 is a diagram schematically showing Coriolis force acting on a vibrating sensor tube.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a configuration of a first embodiment of a magnet 16a, wherein FIG. 6A is a transverse sectional view and FIG. 6B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a configuration of a second embodiment of the magnet 16a, in which FIG. 7A is a transverse sectional view and FIG. 7B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a configuration of a third embodiment of the magnet 16a, wherein FIG. 8A is a transverse sectional view and FIG. 8B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a configuration of a fourth embodiment of the magnet 16a, wherein FIG. 9A is a transverse sectional view and FIG. 9B is a longitudinal sectional view.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a magnet mounting structure according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a mass flow meter 40 according to a first modification.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view taken along the line CC in FIG. 11;
13 is a longitudinal sectional view taken along line DD in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a mass flow meter 60 according to a second modification.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view taken along line EE in FIG. 14;
FIG. 16 is a longitudinal sectional view taken along the line FF in FIG. 14;
FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a mass flow meter 100 according to a third modification.
[Explanation of symbols]
10, 40, 60, 100 mass flow meter
12 storage cases
14 Sensor tube
16,46,106,108 shaker
16a, 16b Drive magnet
18a, 18b, 20a, 20b Detection magnet
18, 48, 110 Inlet side pickup
20, 50, 112 Outflow side pickup
22, 24 flange
26 Internal space
28 Inflow side support plate
30 Outflow side support plate
34 passage
36a-36f cable
38 Flow measurement control circuit
48c, 48d, 50c, 50d Magnetic sensor
52 Holding member
70 permanent magnet
72, 73, 80, 86 cover member
74,88 storage member
76,90 Lid member
78,92 welding
82 gap
84 Incompressible fluid
102 Inlet side sensor tube
104 Outflow side sensor tube
116,120 Inlet side storage case
118,122 Pipe
124,126 Magnet for detection
128,130 Drive magnet
132,134 Sensor coil
136,138 drive coil
140, 142 support members
144 mounting base
146 communication member

Claims (4)

内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、
前記空間内に挿通され、被測流体が流れるセンサチューブと、
前記センサチューブに取り付けられた駆動用磁石と、前記収納ケースの外壁に設けられ、前記駆動用磁石を振動方向に駆動する駆動コイルとからなる加振器と、
前記センサチューブに取り付けられた検出用磁石と、前記収納ケースの外壁に設けられ、前記検出用磁石の変位を検出する検出部とからなるピックアップと、前記センサチューブを通過する被測流体を収納ケースの空間に供給する通路と、
を有する振動式測定装置において、
前記駆動用磁石及び前記検出用磁石の表面を前記被測流体から隔離するように覆う非磁性体のカバー部材を設けたことを特徴とする振動式測定装置。
A storage case with a closed space formed inside,
A sensor tube that is inserted into the space and through which the fluid to be measured flows;
A driving magnet attached to the sensor tube, a vibrator provided on an outer wall of the storage case, and a driving coil configured to drive the driving magnet in a vibration direction;
A pickup including a detection magnet attached to the sensor tube, a detection unit provided on an outer wall of the storage case, and detecting a displacement of the detection magnet; and a storage case for storing a fluid to be measured passing through the sensor tube. A passage to supply the space of
In a vibration type measuring device having
A vibration-type measuring apparatus, further comprising a non-magnetic cover member that covers surfaces of the driving magnet and the detecting magnet so as to isolate the surfaces from the fluid to be measured.
前記カバー部材は、オーステナイト系ステンレス材により形成したことを特徴とする請求項1記載の振動式測定装置。The vibration type measuring device according to claim 1, wherein the cover member is formed of an austenitic stainless steel material. 前記カバー部材の内部空間と前記磁石との隙間に非圧縮流体を充填したことを特徴とする請求項1または2記載の振動式測定装置。3. The vibration type measuring apparatus according to claim 1, wherein an incompressible fluid is filled in a gap between the internal space of the cover member and the magnet. 前記カバー部材は、前記磁石の形状に対応する形状の収納凹部が形成された第1のカバーと、前記第1のカバーの縁部を同一形状に形成された第2のカバーと、よりなり、
前記第1のカバーの縁部と前記第2のカバーの縁部とを接合したことを特徴とする請求項1乃至3記載の何れかの振動式測定装置。
The cover member includes a first cover in which a storage recess having a shape corresponding to the shape of the magnet is formed, and a second cover in which an edge of the first cover is formed in the same shape,
The vibration type measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an edge of the first cover and an edge of the second cover are joined.
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JP2011123077A (en) * 2009-12-11 2011-06-23 Krohne Ag Coriolis type mass flowmeter

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