JPH02262017A - 質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は質量流ω計に係り、特に被測流体の買ｌ流量を
直接３１測する構成とされた質五流帛計に関する。

従来の技術 被測流体の流量は流体の種類、物性（密度、粘度など）
、プロセス条件（温度、圧力）によって影胃を受けない
質量で表わされることが望ましい１゜従来、被測流体の
質最流植を計測する質吊流量旧としては、例えば被測流
体の体積流量を謂測しこの１３１ｆａを質量に換算する
いわゆる間接型質量流量計と、間接型質珀流が計よりも
誤差が小さく被測流体の質量流量を直接計測するいわゆ
る直接型質ωＦ、ω計とがある。この種の質量流量計で
は特に流量をよりａ精度に計測できる直接型質吊流潰計
として各々異なった原理に基づいた種々の流草計が提案
されつつある。また、その中の一つとして振動するセン
サチューブ内に流体を流したときに生ずるコリオリの力
を利用して質量流量を直接計測する流出Ｍがある。

また、このコリオリカを利用する質量流（ｂｉｔとして
は、例えば第１０図に示すものが考えられている。

第１０図中、質量流量計１は側■１本体１ａに一対のセ
ンリブ１−ブ２，３が組付けられている。

一方のセンサチューブ２は、図示しない流入口に連通ケ
る直管部２ａと、流出口５に連通ずる直管部２ｂと、直
管部２ａ、２ｂの先端で折り返すように曲げられた曲部
２ｃ、２ｄと、曲部２ｃ。

２ｄとを接続するＵ字状の接続部２ｅとよりなる。

又、他のセンリブ１−ブ３は上記センリブ１−プ２と同
一形状に形成され、各直管部２ａ、２ｂ。

３ａ、３ｂが平行となる向きでセンサチユーブ２と上、
不対称に配設されている。

直管部２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの一端は固定板６を口通
し、所定間隔とされて本体１ａに接続固定されている。

又、センサチューブ２．３の接続部２ｅ、３ｅＬｊ両名
間に介在する支持部材７により所定離間位置に支持され
る。

流入側のａ管部２ａと３ａとの間及び流出側の直管部２
ｂと３ｂとの間にはピックアップ９゜１０が配設されて
いる。ピックアップ９．１０４よ、コイル部が下側の直
管部３ａ、３ｂに固定され、コイル部の上、下面に対向
するマグネット部が上側の直管部２ａ、　２ｂに固定さ
れている。１１゜１２は加振器で、直管部２ａと２ｂと
の先端間。

直管部３ａと３ｂとの先端間に設けられている。

流隋計測時、センサチユーブ２．３ｔよ加振器１１．１
２により加振され、センリブｑ−７２゜３のばね定数と
セン勺ヂ１−ブ２，３内を流れる流量によって決まる固
有振動数で振動する。

従って、振動するセンサチューブ２．３内を流体が通過
すると、コリオリの力が発生しＭ管部２ａ、２ｂ、３ａ
、３ｂにコリオリカにより変位が生ずる。一対のセンサ
チューブ２．３は夫々１８０°の位相差でもって加振さ
れており、例えば上側のセンリブ１−１２の直管部２ａ
、２ｂＨｆｉが離間するとき、下側のセンリブ１−ブ３
の直管部３ａ、３ｂｌｌが近接する。

ピックアップ９．１０は夫々振動するセンサチューブ２
．３の相対的な変位を検出する。そして、ピックアップ
９，１０の出力信号に基づき、センリブユープ２．３内
を流れる流体の質量流ゆが求まる。

発明が解決しようとする課題 上記質量Ｆ　Ｉ　Ｋｌでは、例えば気体が混入している
液体の流量を計測する場合、液体中の気体がセンリブ１
−１２，３内に滞留することがある。この場合、気体の
滞留によりセンサチユーブ２．３の管内を流れる流体の
質量が変化するため、センサチューブ２，３の固有振動
数が変化してしまう。

特に微少流量をＭ１測するとき液体の流速が小さいので
、気体が滞留しやすい。さらに具体的に説明すると、第
１０図に示す如くセンサチユーブ２゜３を上下対称に配
設してなる質量流量計１では、上側のセンリヂｌ−ブ２
においては曲部２Ｇ。

２ｄ及び曲部２ｃ、２ｄを接続する円弧状の接続部２ｅ
に液体中の気体が滞留しやすく、下側のセンリブ１−１
３においては直管部３ａ、３ｂに気体が滞留しやすい。

このように、上側のセンサチューブ２と下側のセンサチ
ユーブ３とでは、気体の滞留位盾が異なり例え滞留する
気体が受部であってもセンサチユーブ２と３とのＵＩＡ
右振動数がずれてしまう。しかｂ１第１０図に示す貿ｍ
流ｆｆｉ　８４１では一対のセンサチユーブ２．３を夫
々共振状態に振動さゼで大きな振幅で振動させているが
、（ｉｌＲ振動数が気体の滞留によりずれてしまうと、
センリブ１−ブ２．３を共振状態で振動させることがで
きなくなる。そのため、センサチユーブ２゜３は振幅が
小さくなり、コリオリカが充分得られなくなる。

従って、上記質ｍ流量計においては、センリブ１−１２
．３の気体滞留箇所の相違によりセンサチューブ２．３
のバランスが相対的にくずれ、固ｓ！ｆｔｅ＋ａもバラ
ツクため、センサチユーブ２．３の変位を検出するピッ
クアップ９．１０の出力信号も乱れ安定な流ｍ計測を行
なうことが難しいといった課題が生ずる。

そこで、本発明は上記課題を解決した質倒流量工１を提
供することを目的とする。

ｙ！ｍを解決するための手段 本発明は上記質ｊ流出８１において、一対のセンザブ１
−ブの各直管部が水平方向に延在し、且つ一対のセンリ
ブ１−ブの第１．第２の曲部及び接続部が垂直方向に起
立する垂直面を介して対称となるように一対のセンサチ
ューブを配設してなる。

作用 気体が混入す液体の流出を晶Ｉ測する際に気体が一対の
センザブ１−ブ内にｉ留する場合、垂直面を介して対称
に配設された一対のセンザブ１−１の略同じ１所に気体
が？ｌｉ留することになり一対のセンサチューブの相ｎ
のバランスが保持され、夫々の固有振１１１３数にバラ
ツキが生じない。

実席例 第１図乃至第５図に本発明になる質量流量目の一実施例
を丞す。

各図中、質ω流出δ１２１は流入口２１ａ１がその中心
部に開口する流入側フランジ２１ａと、流出口（図示せ
ず）が開口する流出側フランジ２１ｂとの間に、一対の
センサチューブ２２゜２３（第２図に示す）が接続され
るマニホールド２４と、センサチューブ２２．２３を収
納し、これを保護する箱状のカバー２１Ｇとが配設され
てなる。なお、カバー２１ｃのｔＲ能としては外力から
セン（ｊヂ１−１２２，２３を保護するとともに、娠り
するセンザブ１−ブ２２．２３に塵埃及び異物等が付着
してセンサチユーブ２．３の質量が変化することを防止
し、且つ、風圧、気温等の変化が直接センリブ１−１２
，３に影響しない、上うにする役目を有する。

上記カバー２１Ｇの上面２１Ｃ１及び上面２１Ｃ２（第
１図中隠れて見えない）には被測流体の流れ方向を示す
矢印２１ｄ、２１ｅが設けられている。尚、この矢印２
１ｄ、２１ｅは粘着アープ等により貼着して形成しても
良いし、あるいは印刷、プレス加工＠により形成しても
良い６゜従って、質ａ流ω計２１を取付ける際は、矢印
２１ｄ又は２１ｅを上にして、流入側７ランジ２１ａを
上流側配転（図示せｆ）に接続し、流出側７ランジ２１
ｂを上流側配管（図示せず）に接続する。

１ｊ３量流吊計２１のセンザブｌ−７２２，２３はカバ
ー２１ｃに覆われて見えないが、カバー２１０の矢印２
１ｄ又は２１ｅを目印にして取付けることによりセンリ
ブｌ−７２２，２３が所定の向きとなるように取付ける
ことができる。

第４図に示す如く、一対のセンサチユーブ２２゜２３は
？二ホールド２４に組付けられており、マニホールド２
４は流入管２５と流出＠２６との間に設けられ、流入管
２５に接続された流入路２４ａと、流出管２６に接続さ
れた流出路２４ｔ）とを有する。又、流入路２４ａは左
、右に分岐する接続口２４ａ＋　、２４ａ２に連通して
いる。

なお、流出路２４ｂも流入路２４ａと同様に分岐した接
続口２４ｂ＋　、２４ｂ２と連通している。

又、マニホールド２４の上面には質量流！−計２１の出
力信号を取り出すためのコネクタ２４ｃが設けられてい
る。

第２図に示す如（、一対のセンザブ１−ブ２２゜２３は
上記マニホールド２４より水平方向に延在し、且つ上下
方向に起立する垂直面を介して横方向に対称となるよう
に配設される。

一方のセンザブ１−７２２は、そのｊｌｍを流入路２４
ａの接続口２４ａ１にろうイ」け雪により接続固定され
、配管方向に延在する第１の直管部２２ａと、基端を流
出路２４ｂの接続口２４ｂに接続固定され、第１の直管
部２２ａと平行に延在する第２の直管部２２ｂと、第１
．第２の直管部２２ａ、２２ｂの先端より基端側へ折り
返すように曲げられた曲部２２ｃ、２２ｄと、この曲部
２２ｃと２２ｄとを接続する０字状の接続部２２ｅとよ
りなる。

又、他方のセンザブ１−７２３は上記センサチューブ２
２と同一形状に形成され、直管部２３ａ。

２３ｂが流出管２６及び直管部２２ａ、２２ｂと平行と
なるようにセンサチユーブ２２と対称に配設されている
。なお、センリチューブ２２．２３の接続部２２ｅ、２
３ｅ１ｍは保持部材２８により接続され相互に保持され
ている。

尚、この保持部材２８は流出管２６と非接触であり、流
出管６の配管振動はセンリブｌ−７２２゜２３に直接伝
達されないようになっている。

一対のセンザブｌ−プ２２．２３は上）方向に起立する
垂直面を介して対称な向きとなるように水平方向に延６
しているため、４■１測時例えば気体が混入している液
体の流量を計測する場合、一対のセンリチューブ２２．
２３の上方の直管部２２ｂ、２３ｂに夫々滞留しゃすく
なる。従って、一対のセンリブユーブ２２．２３は気体
め滞留位置が路間−位置となるため気体滞留によりバラ
ンスがくずれることがなく、その結果夫々の固有振動数
がずれてしまうことも無い。

上記一対のセンリブｌ−７２２，２３においては、流入
側の直管部２２ａと２３ａとの間、及び流出側の直管部
２２ｂと２３ｂとの間にはビックアラ７２９．３０が配
設されている。

なお、ピックアップ２９．３０は夫々同一構成であるの
で−ｈのピックアップ２９につき説明する。

第６図及び第７図中、ピックアップ２９はセンサチュー
ブ２２の直管部２２ａの途中より突出するブラケット３
１に保持されたコイル部２９ａと、コイル部２９ａに左
、右り向で対向するように口字状のブラケット３２に設
けられたマグネット２９ｂ、２９ｃとよりなる。なお、
ブラケット３２は横方向に延在し、センリブ１−１２３
のｉ管部２３ａに接続されている。

従って、センリブ１−１２２．２３が振動すると、直管
部２３ａに設けられたコイル部２９ａがマグネット２９
ｂ、２９ｅ間で矢印Ｘ方向に相対的に変位する。そのた
め、コイル部２９８には直管部２２ａ、２３ａの相対変
位に応じた起電力が発４Ｌｙ、ピックアップ２９はコイ
ル部２９ａの電圧より直管部２３ａの変位を検出する。

３３．３４ば加振器で、直管部２２ａと２２ｂとの先耀
間、直管部２３ａと２３ｂとの先端間に設けられている
。

加振器３３は実質＠磁ソレノイドと同様な構成であり、
流入側の直管部２２ａに取付けられたコイル部３３ａと
、流出側の直管部２２ｂに取付けられ、コイル部り３ａ
内に歳入するマグネット部３３ｂとよりなる。従って、
加振器３３はコイル部３３ａに通電されると、直管部２
：２ａ、２２ｂを矢印Ｘ方向（上、下方向）に加振する
１゜尚、加振器３４は上記加振器３３と同一構成である
ので、その説明は省略する。１ 上記質！ｆｉｉｆＨｔ２１においては、一対のセンリブ
１−１２２．２３がカバー２１Ｃ内に収納されているの
で外観上一対のセンリブ１−ブ２２゜２３の取付方向を
Ｖ／ｌ認できない。しかしながら、カバー２１Ｃの上面
２１Ｃ＋、下面２１Ｃ２には流体の流れ方向を示す矢印
２１ｄ、２１ｅが設けられており、この矢印２１ｄ又は
２１ｅが上となるように質ω流量計２１を配管途中に取
付ける。

これにより、カバー２１Ｃ内の一対のセンリヂュープ２
２．２３は第２図に示す如く垂直面を介して対称となる
ように位置決めされる。

次に、上記構成になる質量流量δ１２１の５１側動作に
つき説明する。

流ｌシ１測時、一対のセンリヂューブ２２．２３は上記
加振器３３．３４の動作により内部に流体が流れている
状態で加振される。流入管２５よりマニホールド２４の
流入路２４ａに流入した被測流体は、分流してセンリチ
ｌ−ブ２２，２３の上方の直管部２２ａ、２３ａに流入
し、曲部２２ｃ。

２３Ｃ１接続部２２ｅ、２３ｅ、曲部２２ｄ。

２３ｄを通過して上方の直管部２２ｂ、２３ｂに至り、
マニホールド２４の流出路２４ｂで合流して流出管２６
より流出する。又、センリブ１−ブ２２．２３は加振１
３３．３４により加振されているので、センリブ１−ブ
２２，２３のばね定数とセンリブｌ−７２２，３３内を
流れる流量によって決まる固有振動数で矢印Ｘ方向（上
下方向）に振動する。

上記のように振動するセンリブ１−７２２゜特に流速の
遅い微少流量を計測する場合、センリブ１−１２２．２
３内に気体が滞留しやずくなる。

しかるに、一対のセンサチューブ２２と２３とは第２図
に示す如く上下方向に起立する垂直面を間に介して対称
となるように水平方向に延在して設けられているので、
液体中に気体が混入していても上方の直管部２２ｂ、２
３ｂに気体が滞留しやすくなる。従って、一対のセンリ
ブ１−７２２゜２３は気体滞留漬方が路間−となるため
、気体の滞留位置の相違により固有振動数がずれてしま
うことが防止され、結束的に気体源１１ｉ（Ω置のずれ
により出力信号が乱れてしまうことが防１卜される２゜
まず、一対のセンサチユーブ２２．２３のうち一方のセ
ンリブ１−７２の動作について説明する。

なお、直管部２２ａ、２２ｂ及び２３ａ。

２３ｂは振動する際、互いに離１ｍする方向に弾性変形
した後、直管部２２ａ、２２ｂ、２３ａ。

２３ｂ自体の弾性復元力でｎいに近接する方向に変形す
る。

第８図に示す如く、直管部２２ａ、２２ｂは支持板７に
ろう付等により固定されているため、支持板２７の貫通
部分を支点として先端にいくほど矢印Ｘ方向に大きく振
動する。従って、直管部２２ａ、２２ｂでは上記振動に
伴って角速度ωの変形が生ずる。また、曲￥Ｂ２２ｃ、
２２ｄ及び接続部２２８は０字状に曲げられているため
、加振器３３が矢印Ｘ方向の加振動作をしても曲部２２
ｄ、２２ｅが加振り向に撓み、直管部２２ａ。

２２ｂの先端側の変位を許容する。

上記の如く、振動するセンサチユーブ２２内に流体が流
れると、流入側の直管部２２ａにおいてはその先端へい
くほど振幅が大ぎくなるため、流体の矢印Ｘ方向の速度
が人となる１、よって、流体には振動方向の加速度が与
えられる。また、流出側の直管部２２ｂにおいては、マ
ニホールド２４側へ戻るほど矢印Ｘ方向の速度が徐々に
減少するため、流体には負の加速度がつく。このように
、センサチユーブ２２の振動に伴って流体に加速度がつ
くと、加速度の方向と逆の方向のコリオリカ＜Ｆｃ　）
が生ずる。

第８図（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、流入側の直管部２２
ａが角速度−ωで矢印Ｘ１方向に変位し、流出側の直管
部２２ｂが角速度十ωで矢印×２方向に変位したとする
。このように、直管部２２ａ。

２２ｂが互いに１１１間する１ノ向に変位する１行稈に
おいては、′ｍ９図（Ａ）、（Ｂ）に示すように直管部
２２ａ、２２ｂで矢印Ｘ２７Ｉ向のコリオリカＦｃが発
生する。よって、直管部２２ａ、２２ｂは２点鎖線で示
す本来の変位位置よりも夫々実線で示す位２に一δ、＋
δヂれる。

次に、第８図（Ｃ）、（Ｄ）に示す如く、流入側の直管
Ｒ２２ａが角速度十ωで矢印×２方向に変位し、流出側
の直管部２２ｂが角速度ωで矢印×１方向に変位したと
する。このように、６覧部２２ａ、２２ｂＩｆｉＵいに
近接する方向に変位する１行稈においては、第９図（Ｃ
）、（Ｄ＞に示す如く直管部２２ａ、２２ｂで矢印Ｘ１
７’Ｊ向のコリオリカＦＣが発生する。従って、直管部
２２ａ。

２２ｂは２点鎮９（本来の変位位置）より実線で示す位
ｌに−δ、十δずれる６゜ 尚、一対のセンリブ１−ブ２２．２３は夫々１８０°の
位相差で６って加振されており、例えば一方のセンリブ
１−ブ２２の直管部２２ａ。

２２ｂ間が離間するとき、他りのセンづチューブ２３の
直管部２３ａ、２３ｂ間が近接する。

即ち、センリブ１−ブ２２が第８図（△）。

（Ｂ）に示すように変位するとき、センサチューブ２３
は第８図（Ｃ）、（Ｄ）に示すように変位する。よって
、一方のセンリブ１−ブ２２の直管部２２ａ、２２ｂで
は第９図（Ａ）、（Ｂ）に示すようにコリオリカが発生
し、他方のセンリブ１−ブ２３の直管部２３ａ、２３ｂ
では第９図（Ｃ）、（Ｄ）に示すようなコリオリカが生
ずる。。

上記コリオリカＦｃは、ピックアップ２９゜３０により
直管部２２ａ、２２ｂの変位−δ。

＋δの大きさ、あるいは直管部２２ａ、２２ｂの位相角
度差を検出することにより求まる。またコリオリカＦｃ
はＦｃ＝２ωｍｖで表わされ、質量流ｆｆｉ（ｍＶ＞は
角速度ω及び」リオリカＦＣを求めることにより得られ
る。

ピックアップ２９．３０は直管部２２ａ。

２２ｂの変位−δ、＋δを時間差の信号として検出する
。よって、ピックアップ２９．３０のコイル部で得られ
る電圧がある基準電圧がらＡなるある電圧に変化するま
での時間を３１測し、この時間が流量に比例する。

なお、ピックアップ２９．３０の出力信号は整形、増幅
されたのち、ｒＩＩＯ積分により質問流量に比例した電
圧信号となる。さらに、この電圧信号は周波数信号に変
換され、出力回路（図示せｆ）より電圧パルス信号及び
アナログ信号として出力される。質小流量計２１ではセ
ンサブｌ−７２２゜２３に生ずるコリオリカによる直管
部２２ａ。

２３ａ及び２２ｂ、２３ｂの変位が２倍となって検出で
き、流出を精度良く計測できる。また、上記コリオリカ
の発生に伴うセンサブｌ−７２２゜２３の位相差を検出
する際、外部振動（振動ノイズ）が入力されても相殺さ
れ外部振動の影響を受けることなく安定に流♀を５１測
できる。

発明の効果 上述の如く、本発明になる質Ｗ流量計は、一対のセンリ
ブｌ−ブの曲部及び接続部が夫々垂直方向に起立する垂
直面を介して対称となるように一対のセンリブ１−ブを
配設してなるため、例え気体が混入した液体の流出を計
測する場合、センサブｌ−１内に気体が滞留してもその
滞留位「が−対のセンサチューブの同一箇所で発生する
ことになり、一対のセンサチユーブの固有振動数がずれ
てしまうことを防止でき、これにより安定したロリオリ
力が得られ、２９　ｆｆｉ　ｉｔ　３！１１時の気体滞
留位置の相違による出力信号の乱れを無くし安定した流
出Ｋｌ　ａ！ｌを行なうことができる雪の特長を為する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる質量流ｍ泪の一実施例の外観斜視
図、第２図は本発明の要部を示すようカバーを外した状
態の斜視図、第３図は一部切截底面図、第４図は質量流
量計の正面図、第５図は第３図中Ｖ−Ｖ線に沿うｌ断面
図、第６図は第４図中Ｖｌ−Ｖｌ線に沿う縦断面図、第
７図はピックアップの拡大図、第８図、第９図は流量計
測時のセンサブ１−ブの動作を説明するための側面図、
第１０図は従来の質量流ω計を説明するための斜視図で
ある。 ２１−・・質量流ｆｆ１Ｈｔ、２１　ｃ　・・・カバー
、２１ｄ。 ２１ｅ・・・矢印、２２．２３・・・センリヂ１−プ、
２４・・・マニホールド、２５・・・流入管、２６・・
・流出管、２７・・・支持板、２８・・・保持部材、２
９．３０・・・ピックアップ、３３．３４・・・加振器
。 第７図 第８図 第９図 特許出願人　ト　キ　］　株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端を被測流体が流入する流入口に連通し直線状に延在
   する第１の直管部と、一端が流出口に連通し前記第１の
   直管部と平行に延在する第２の直管部と、該第１の直管
   部の他端より第１の直管部の一端側へ曲げられた第１の
   曲部と、該第２の直管部の他端より第２の直管部の一端
   側へ曲げられた第２の曲部と、第１、第２の曲部の両端
   を接続する接続部とより形成された一対のセンサチュー
   ブを同方向に延在し、該一対のセンサチューブの第１の
   直管部と第２の直管部とを近接離間方向に振動させ、該
   一対のセンサチューブの第１の直管部間及び第２の直管
   部間の相対変位を検出して該一対のセンサチューブ内を
   流れる流量を計測する質量流量計において、 前記一対のセンサチューブの各直管部が水平方向に延在
   し、且つ一対のセンサチューブの第１、第２の曲部及び
   接続部が垂直方向に起立する垂直面を介して対称となる
   ように一対のセンサチューブを配設してなることを特徴
   とする質量流量計。