JPS63205520A

JPS63205520A - 質量流量計

Info

Publication number: JPS63205520A
Application number: JP3697687A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Amemori; 宏之雨森
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1988-08-25

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量計に係り、特に被測流体の質量流量を
直接計測する構成とされた質量流量計に関する。

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）によって影響を受けない
質量で表わされることが望ましい。

従来、被測流体の質量流量を計測する質量流量計として
は、例えば被測流体の体積流山を計測しこの計測値を質
量に換算するいわゆる間接型質鮎流但計と、間接型質缶
流量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量流」計とがある。この種の質
量流量計では特に流量をより高密度に計測できる直接型
負債流量計として各々異なった原理に基づいた種々の流
量計が提案されつつある。また、その中２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ぎに生ずる
コリオリの力を利用して質量流量を直接計測する流量計
が開発されつつある。

発明が解決しようとする問題点上記コリオリの力を利用して流量を計測する直接型・の
質量流量計においては、センサチューブをより小さな加
振力で振動させることが望ましく、また振動に伴ってセ
ンサチューブに作用する応力がより小さくなり機械的な
寿命の長いことが要望６　　六　−弓□ｌ　　＋　　−
１゛さ、゛れている。。また、この質量流ω計においては
外１１９部振動の影響を受けることなく流量計測でき、
しかも振動するセンサチューブでの先端部分の振幅が過
大となってセンサチューブに無理な力が生じないことが
要望されている。

そこで、本発明は上記要望に応じた質量流量計を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段及び作用本発明は互いに一端が被１１１１流体の流入する流入口
と直交する方向に分岐し、他端が流出口と直交する方向
で接続されるＵ字状の流路を形成する湾曲部を有し、前
記夫々の湾曲部を対称となる向きで逆方向に延在させて
なる一対のセンサチューブと、前記一対のセンサチュー
ブの湾曲部中央を加振し前記一対のセンサチューブをそ
の固有周波数で振動させる加振器と、前記一対のセンサ
チューブの振動に伴う前記湾曲部の流入側、流出側の変
位を検出するピックアップとからなり、より小さな加振
力でセンサチューブを振動させるとともにｆｆｔ　＋１
１１寿命が長く外部振動の影響を受けることなく被測流
体の質量流量を直接４測できるようにしたものである。

実施例第１．２図に本発明になる質量流量計の一実施例を示す
。両図中、平板形状のベース１上には直接型質ｍ流量計
のセンサユニット２が設けられている。

また、センサユニット２の矩形状の流路３はベース１よ
り垂立する支柱４．５により支持されており、ベース１
より所定距離離間している。流路３は、ベース１の平面
と平行に延在するＵ字形状のセンサチューブ６と、セン
サブニープロと１８０度の方向に延在するセンサチュー
ブ７とよりなる。

なお、センサチューブ６．７は夫々同一形状に形成され
ており、一方の腕部６ａ、７ａは流入口８と直交する方
向で左右逆方向に分岐し、他方の腕部６ｂ、７ｂは流出
口９と直交する方向で左右逆方向より合流している。

また、センサチューブ６．７の腕部６ａ、７ａが夫々１
８０度の方向に分岐しているので、流入口３から流入し
た流体は夫々等しい流量に分流されて腕部６ａ、７ａ内
に流入し、湾曲部６ｃ、７ｃ。

腕部６ｂ、７ｂ内を通過して流出口９で合流する。

１０は加振器で、一方のセンサチュー１６の湾曲部６Ｃ
，の中間位置の下側に対向して設けられ、センサチュー
ブ６に所定の周波数の振動を加える。

ｊ　　　　　　　加振器１０の構造は固定側（ベース′
１側）にコイルを設け、コイル内に可動側（センサチュ
ーブ）に設けられたマグネットを嵌入する構成である。

従って、加振器１０はコイルに電流を供給することによ
り磁界が発生し、これによりマグネットを変位させるよ
うになっている。従って、加振器１０のコイルはマグネ
ットを動作させるため、線径の太いケーブルが使用され
ている。

また、センサチューブ６．７の各腕部６ａ。

６ｂ、７ａ、７ｂの下側に対向する位置にはピックアッ
プ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが設けてあり、各ピ
ックアップ１１ａ、　１１ｂ、１２ａ。

１２ｂは加振Ｂ１０に加振されて振動するセンサｆｌ−
７６，７（Ｆ）各腕部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの変位あ
るいは速度を個々に計測する。なお、ピックアップ１１
ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは夫々センサチューブ６．
７の腕部６ａ、６ｂ、７ａ。

７ｂのたわみを検出しやすい位置に設けられている。ま
た、ピックアップ１１ａ、１１ｂ、１２ａ。

１２ｂとしては例えば固定側（ベース１側）にコイルを
設け、可動側（センサチューブ側）にマグネットを設け
る構成とされた電磁ピックアップが考えられる。従うて
、電磁ピックアップの場合、腕部６ａ、６ｂ、７ａ、７
ｂが変位するとマグネットの変位量に応じた起電力がコ
イルより得られる。

ここで、上記構成の質量流量計における計測動作につき
説明する。

一方のセンサチューブ６は常に加振器１０により加振さ
れ固有周波数で一定の振幅をもって振動′しでいる。流
路３は流入口８．流出口９を支柱４゜５により支持され
る構成であるので、一方のセン−サチューブ６が振動す
ると逆方向に延在する他方のセンサチューブ７も同じ周
波数で振動する。すなわち、矩形状の流路３は流入口８
及び流出口９を中心として例えばシーソのように変位す
る。

なお、一対のセンサチューブ６．７が夫々同一の固有周
波数で振動するように一対のセンサチューブ６．７を対
称に配設してなるため、加振器１０はより小さな加振力
によりセンサチューブ６を振動させることができる。ま
た、上記のように一対のセンサチューブ６．７が振動す
るとき、センサチューブ６．７が夫々流入口８．流出口
９より配管方向と直交する逆方向に分岐しているため、
流入口８及び流出口９に作用する応力は曲げ力でなく捩
り力である。この捩り力は流入口８及び流出口９の管全
周の肉厚全体で支えられることになる。このため、一対
のセンサチューブ６．７の両端に接続された流入口８．
流出口９等に局部的に過大な応力集中が生じない。した
がって、一対のセンサチューブ６．７と流入口８．流出
口９とのの接続部分での機械的強度が大であり振動に対
するセンサユニット２の機械的寿命はより延びている。

また、センサチューブ６．７はセンサチューブ６．７自
体のバネ定数とセンサチューブ６．７内を流れる流体の
質ｍとによって定まる固有振動数で振動している。この
ように、振動するセンサチューブ６．７内に被測流体が
流れると湾曲部５ｃ。

７Ｃではコリオリの力によって捩れが発生する。

センサユニット２はこの捩れ角度がセンサチューブ６．
７内を通過する流体の質量流量に比例することを利用し
て賀虐流堡を計測する。

ここで、第３図に示すようにセンサチューブ６が矢印で
示す方向に振動し一点鎖線で示す位置より実線で示す位
置に振られるときの１行程を考えてみる。

第３図中、センサチューブ６の基端側より先端側にいく
ほど振幅が大きくなるため、センサチューブ６内を流れ
る流体の垂直方向の速度も先端側はど大ぎい。したがっ
て、センサチューブ６の先端側にいくほど流体に加速度
ａがつき、また湾曲部６Ｃを通過した流出側の腕部６ｂ
では垂直方向の速度が徐々に減少してい（ため、流体に
負の加速度ａがつく。この加速度ａに対して加速度の方
向と逆方向にコリオリの力Ｆ　（−ｍａ）が働く。

したがって第４図に示す如くセンサチューブ６の流入側
と流出側では夫々反対方向に同じ大ぎさの力Ｆが作用す
るため、センサチューブ６に捩れが発生する。

上、下にセンサチューブ６を振り切った状態では垂直方
向の速度が零となり、捩れ角度θも零となる。また、捩
れ角度θはセンサチューブ６の速度が最も大きい中間点
で最大となる。このようなセンサチューブ６の変位はピ
ックアップ１１８゜１１ｂにより検出されており、ピッ
クアップ１１ａ。

１１ｂはセンサチューブ６の捩れ角度θを時間差の信号
として検出する。

なお、ピックアップ１１ａ、１１ｂ、１２ａ。

１２ｂが電磁ピックアップの場合、ある基準の電圧から
他の異なる電圧に変化するまでの時間が流量に比例し、
この時間を計測することにより流量が求まる。

センサチューブ６内を流れる流体の質量流量は第４図中
Ｐ＋点と１２点とがＡ−Ａ軸を横切るときの時間差−Δ
ｔに比例しており、センサチューブ６の振動周波数には
関係がない。また、第５図に示す如く、ピックアップ１
１８．１１ｂによって誘起される電圧は正弦波として計
測される。また、第５図中線図工は流入側のピックアッ
プ１１ａの検出信号、線図■は流出側のピックアップ１
１ｂの検出信号で、線図Ｉ、Ｈによって両ピックアップ
１１ａ、１１ｂから発生する電圧の位相差、すなわち時
間差Δｔが表わされる。

なお、両ピックアップ１１８．１１ｂの位相差信号は整
形、増幅されたのち、時１ｉ１１ｆｉ分により賀ｍＲｗ
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（図示せず）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。

また、他方のセンサチューブ７は上記センサチューブ６
より１８０度の方向に延在しているため、センサチュー
ブ７に発生するコリオリの力による捩れを検出するピッ
クアップ１２ａ、１２ｂの出力信号の位相も１８０度反
転して検出される。

このように、流路３内を流れる被測流体の質量流量を計
測するに際して、外部からの振動がセンナユニット２に
作用することがある。例えば大地方向の上下振動あるい
は配管の捩り振動が考えられる。これらの外部振動の加
振によりセンサチューブ６．７に発生する振動はセンサ
チューブ６と７で同位相となる。このため、センサチュ
ーブ６゜７の変位を検出する一方のピックアップ１１ａ
。

１１ｂの出力信号と他方のピックアップ１２ａ。

１２ｂの出力信号との差をとることにより外部成分がキ
ャンセルされ、センサユニット２はコリオリの力による
出力信号の成分のみを検出できる。

したがって、外部振動がベース１に加振されてもセンサ
ユニット２は外部振動の影響を受けずに質量澄酒を計測
することができる。

第６．７図に本考案の変形例を示す。両図中、センサユ
ニット２１の流路２２は流入口２３と直交する向きで接
続された分流管２４と、流出口２５と直交する向ぎで配
された合流管２６と、分流管２４と合流管２６との間に
１４−Ｊられた一対のセンサチューブ２７．２８とより
なる。

一対のセンサチューブ２７．２８は両端が夫々所定距Ｗ
Ｌ離間した分流管２４の左、右位置、合流管２６の左、
右位置にエルボ３４ａ、３４ｂ。

３５ａ、３５ｂを介して接続されており、この接続部よ
り中央側に延在する腕部２７ａ、２７ｂ。

２８ａ、２８ｂと湾曲部２７Ｇ、２８Ｇとを有する。こ
の一対のセンサチューブ２７と２８とは夫々逆方向に延
在し、対称形状となるように湾曲部２７ｃと２８ｃとが
ｘ−ｘ’線上で重なり合っている。

なお、分流管２４及び合流管２６の左、右端部には口字
状の固定枠２９．３０が接続されている。

固定枠２９．３０は高い剛性材料で形成されていて、両
端の開口を閉塞するとともに分流管２４と合流管２６と
を強固に連結固定する。また、一対のセンサチューブ２
７．２８の水平位置関係は第７図に示すように上、下方
向にずれている。湾曲部２７ｃと２８０との間には、そ
の中央に加振器３１が設けられ、加振器３１の前、後の
対称位置にはピックアップ３２．３３が設けである。す
なわち、一対のセンサチューブ２７．２８は加振器３１
により湾曲部２７ｃ、２８ｃを互いに離間、または吸引
されて加振され、その振動による相対変位あるいは相対
速度はピックアップ３２．３３により検出される。なお
、センサチューブ２７゜２８は分流管２４及び合流管２
６との接続部を中心として、すなわち各接続部を結ぶＬ
−Ｌ’線。

Ｒ−Ｒ’線を中心として加振される。

なお、一対のセンサチューブ２７．２８の振動を支える
のは分流管２４１合流管２６との各接続部であり、この
接続部には曲げ応力でなく捩り応力が作用する。従って
、センサユニット２１は振動に伴う捩り力を管全周の肉
厚全体で支えることになるため強度的に有利である。

また、加振器３１は固有周波数の等しいセンサチューブ
２７．２８を加振するため、その加振力が小さくて済む
。

ここで、流入口２３より被測流体を流入すると分流管２
４内で左、右に等しい酢で分流してセンサチューブ２７
．２８内に流入する。さらに、流体は各センサチューブ
２７．２８を通過して再び合流管２６内で合流したのち
流出口２５より流出する。したがって、所定の固有周波
数で振動する一対のセンサチューブ２７．２８内を被測
流体が流れるため、センサチューブ２７．２８内を流れ
る流体の加速度に応じたコリオリの力がセンサチューブ
２７．２８に作用する。そして、Ｙ−Ｙ’軸を中心とし
た捩り振動がセンサチューブ２７゜２８に加わり、この
センサチューブ２７．２８の振動はピックアップ３２．
３３により検出される。

すなわち、ピックアップ３２．３３によって質景流吊に
比例する時間差Δｔが出力電圧の位相差として検出され
、この位相差信号に基づいて被測流体の質量流量が得ら
れる。なお、ピックアップ３２．３３は夫々センサチュ
ーブ２７．２８のたわみが最大となる位置に設けられて
いて、センナチューブ２７．２８の変位を良好に検出で
きる。

また、上記センサユニット２１では一対のセンサチュー
ブ２７．２８の相対変位あるいは相対速度を検出する構
成であるので、外部振動による変位、速度は一対のセン
サチューブ２７．２８間でキャンセルされてしまい、外
部振動の影響を受けずに計測できる。また、一対のセン
サチューブ２７．２８の湾曲部２７Ｃ，２８Ｃの中央で
加振しており、湾曲部２７０．２８Ｇにおける振幅が最
大の振幅となるが、腕部２７ａ、２７ｂ、２８ａ。

２８ｂの長さ寸法が比較的短くしであるので配管振動（
特に捩り振動）が作用しても腕曲部２７Ｃ９２８Ｃが大
きく振られることが無く、配管のねじり振動による計測
誤差及び接続部にクラック等が発生するといった強度上
の問題等も生じない。

また、ピックアップ１１ａ、１１ｂ、１２ａ。

１２ｂとしては上記電磁式のものに限らず例えばフォト
カプラを固定側（ベース１側）に設け、フォトカプラの
スリットに嵌入するプレートを可動側（センサチューブ
側）に設けてなる光センサ式ピックアップを使用するこ
とも考えられる。この光センサ式ピックアップの場合、
例えば一方のピックアップ１１ａが腕６ａの動作を検出
してから他方のピックアップ１１ｂが腕６ｂの動作を検
出するまでの時間が流過に比例する。従って、例えば流
ｍがゼロのときピックアップ１１ａ、１１ｂは作動せず
、小流量のとぎ一方のピックアップ１１ａが作動してか
ら他方のピックアップ１１ｂが作動するまでの時間が短
い。また、大流量のときは一方のピックアップ１１ａが
作動してから他方のピックアップ１１ｂが作動するまで
の時間長くなる。

発明の効果上述の如く、本発明になる質量流量計は一対のセンサチ
ューブの湾曲部が対称となる向ぎで配され一対のセンサ
チューブの固有周波数を略同−となるようにしてより小
さな加振力で一対のセンサチューブを加振することがで
き、加振力の小さい小型の加振器を使用することが可能
になる。また、一対のセンサチューブが流出口、流入口
と直交する逆方向に分岐して接続されているので流入口
及び流出口における接続部に曲げ応力でなく捩り応力が
作用することになり、すなわち捩り応力を管全周の肉厚
全体で支えることができ、一対のセン豐ナヂューブの接
続部に過大な応力が局部的に作用させずに済むためセン
サチューブの振動に対する機械的な寿命をより延ばすこ
とができる。さらに、外部からの配管振動がセンサユニ
ットに加えられても外部撮動成分を容易にキャンセルす
ることができるので、外部振動によって計測誤差を生ず
る等の影響を受けることなく高精度に質！１流量を計測
することができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる質量流量計の一実施例を説明する
ための平面図、第２図は第１図に示す質量流量計を流出
口側よりみた側面図、第３図はセンサチューブが振動す
るときの状態を説明するための斜視図、第４図は捩れ振
動するセンサチューブを先端側よりみた側面図、第５図
はセンサチューブの振動に伴う変位を検出したピックア
ップの検出信号の波形を示す絵図、第６図は本発明の変
形例の平面図、第７図は第６図中Ｙ−Ｙ’線に沿う縦断
面図である。２．２１・・・センサユニット、６，７，２７゜２８・
・・センサチューブ、６ｃ、７ｃ、２７ｃ。２８ｃ・・・湾曲部、８．２３・・・流入口、９．２５
・・・流出口、１０．３１・・・加振器、１１ａ、１１
ｂ。１２ａ、１２ｂ、３２．３３−・ビｙ’）７ｙプ。特許出願人　ト　キ　コ　株式会社第１図第２図第３図第４図第Ｓ図

Claims

【特許請求の範囲】

互いに一端が被測流体の流入する流入口と直交する方向
に分岐し、他端が流出口と直交する方向で接続されるＵ
字状の流路を形成する湾曲部を有し、前記夫々の湾曲部
を対称となる向きで逆方向に延在させてなる一対のセン
サチューブと、前記一対のセンサチューブの湾曲部中央
を加振し前記一対のセンサチューブをその固有周波数で
振動させる加振器と、前記一対のセンサチューブの振動
に伴う前記湾曲部の流入側、流出側の変位を検出するピ
ックアップとからなることを特徴とする質量流量計。