JP3975483B2 - コリオリ質量流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が得られる励振器を有する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６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、例えば、特開平１１−１０８７２３号に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
１１は、上流側固定端１２と下流側固定端１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、この基準軸１４の各点から、それぞれ所定距離の円周線上で単振動あるいは円運動をする緩やかなカーブをもつ形状を有する振動チューブである。
【０００４】
１５は、振動チューブ１１の中央部に設けられた励振器である。
この場合は、コイルとマグネットから成る。
１６，１７は、振動チューブ１１の両側にそれぞれ設けられた振動検出センサである。
この場合も、コイルとマグネットから成る。
【０００５】
以上の構成において、図７は、図６の振動チューブ１１のｂ−ｂ断面図、図８は図６の振動チューブ１１のａ−ａ，ｃ−ｃ断面図、図９は振動チューブ１１の振動の様子を示す斜視図である。
図７，図８において、非励振状態の時、振動チューブ１１はＡの位置近傍にある。
【０００６】
励振状態になると、振動チューブ１１の中心は、基準軸１４から半径Ｒ(x)離れた円周上を移動する。
断面ｂ−ｂの位置では、基準軸１４から半径Ｒ(b) 離れた円周上を、断面ａ−ａやｃ−ｃの位置では、基準軸１４から半径Ｒ(a) や Ｒ(c) 離れた円周上を、Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→(繰り返し)のように振動する。
【０００７】
図９において、Ａ，Ｂ，Ｃは図７，図８の振動チューブ１１の各位置に一致する。なお、１２，１３は固定端、１４は基準軸を示す。
【０００８】
振動チューブ１１は、基準軸１４から等距離にある円周面内のみでの振動なので、振動チューブ１１の位置がどこであっても、振動チューブ１１の長さが変わることはない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０８７２３号（第３−４頁、第１−４図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、ほとんどのコリオリ流量計で発生する問題だが、特に図６従来例のように、振動チューブ１１が分岐部を持たない１本管で、その形状は大きな湾曲部を有さず、直線似のセミストレート管の場合に、問題が大きくなりやすい。
【００１１】
製造時の溶接による伸縮や、ハウジング６との温度差による熱膨張で、管軸方向（Ｘ方向）にわずかに変形が生じると、図１０で示したように、振動チューブ１１の湾曲方向（Ｚ方向）に大きな変形が生じる。
【００１２】
振動チューブ１１の形状等によるが、Ｚ方向変形は、Ｘ方向変形の数倍以上になるので、励振器付近の位置変形は数ｍｍになることもある。
振動チューブ１１に固定されたマグネット（あるいはコイル）が位置移動すると、ペアとなるコイル（あるいはマグネット）は、ハウジング６等の不動な場所に固定されているので、両者の間に位置ずれが生じる。
【００１３】
円筒のコイル内部にマグネットを配置した励振器や検出器の構造では、位置ずれがおきると、すぐに両者が接触してしまい、安定した振動ができなくなり、ひどい場合には破損してしまう。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が得られる励振器を有するコリオリ質量流量計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１のコリオリ質量流量計においては、
振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部近傍と下流側固定端部近傍との前記振動チューブにそれぞれ設けられ前記振動チューブの外周面に沿ってこの振動チューブの管軸を含む平面に対して対称に管軸に対して斜め方向に取り付けられ互い逆位相になるように斜め方向に伸縮振動を行い前記振動チューブに捻じりを発生させる少なくとも一対の圧電素子が使用され前記上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準軸として前記振動チューブに前記基準軸回りの回動力あるいは前記振動チューブの管軸回りの回動力を加える励振器を具備したことを特徴とする。
【００１６】
【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は図１の要部構成説明図、図３は図１の動作説明図である。
本実施例において、励振器５１，５２は、振動チューブ２０の外周面に沿ってこの振動チューブ２０の管軸を含む平面に対して対称に、且つ管軸に対して斜め方向に取り付けられ、互い逆位相になるように斜め方向に伸縮振動を行い、振動チューブ２０に捻じりを発生させる少なくとも一対の圧電素子５１１，５１２が使用されている。
【００１７】
すなわち、振動チューブ２０の形状、振動モード、励振器の動作等は、図１，図２，図 ３に示す通りであり、励振器５１，５２に、図２に示す如き圧電素子５１１，５１２，５２１，５２２を用いた回転トルク発生器を採用している。
【００１８】
上流側励振器５１と下流側励振器５２は、同じものが対称に設置されてあり、図２では下流側を示す。
振動チューブ２０の表面に伸縮自由な圧電素子を２つ１組の圧電素子５２１，５２２を互い違いに斜めに、対称になるようにお互いが逆斜め向きに貼り付ける。
【００１９】
対称な２つの圧電素子５２１，５２２は、お互い逆位相になるように伸縮振動を行う。
すなわち図２の矢印で示したように、圧電素子５２１が伸びたとき、圧電素子５２２は縮むことによって、振動チューブ２０は、その管軸回りにねじれが生じ、結果的に振動チューブ２０は図３のＢ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→Ａ→ のように位置を変えて振動する。
【００２０】
コイルとマグネットを利用したもの、モーター等を利用したものなど、通常の励振器は、振動チューブ２０と、ハウジング６等の構造物の間に設置される。
振動チューブ２０に大きな力を加えることが可能だが、反作用としてハウジング６等の構造物にも同じ大きさで反対向きの力が加わってしまう。
【００２１】
ハウジング６等への余計な力は振動ノイズとなり、コリオリ質量流量計の精度や安定性を悪化させる。
本実施例においては、振動チューブ２０の表面に設置された圧電素子のみによって励振が起こり、振動チューブ２０以外に余計な力を及ぼさない。
この結果、効率良い励振が可能で、更に高精度で安定な質量流量計が得られる。
【００２２】
図４は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図５は図４の側面図である。
本実施例においては、励振器６１，６２は、２組の圧電素子６１１，６１２，６１３，６１４を組み合わせて使用したものである。
なお、圧電素子は、２組以上の圧電素子を組み合わせて使用しても良いことは勿論である。
【００２３】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
コイルとマグネットを利用したもの、モーター等を利用したものなど、通常の励振器は、振動チューブと、ハウジング等の構造物の間に設置される。
【００２５】
振動チューブに大きな力を加えることが可能だが、反作用としてハウジング等の構造物にも同じ大きさで反対向きの力が加わってしまう。
ハウジング等への余計な力は振動ノイズとなり、コリオリ質量流量計の精度や安定性を悪化させる。
【００２６】
請求項１おいては、振動チューブの表面に設置された圧電素子のみによって励振が起こり、振動チューブ以外に余計な力を及ぼさない。
よって、効率良い励振が可能で、更に高精度で安定なコリオリ質量流量計が得られる。
【００２７】
従って、本発明によれば、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が得られる励振器を有する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の要部構成説明図である。
【図３】 図１の動作説明図である。
【図４】 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】 図４の側面図である。
【図６】 従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図７】 図６の動作説明図である。
【図８】 図６の動作説明図である。
【図９】 図６の動作説明図である。
【図１０】 図６の動作説明図である。
【符号の説明】
２ フランジ
６ ハウジング
１１ 振動チューブ
１２ 上流側固定端部
１３ 下流側固定端部
１４ 基準軸
１６ 振動検出センサ
１７ 振動検出センサ
２０ 振動チューブ
２５ 中点
５１ 上流側励振器
５１１ 圧電素子
５１２ 圧電素子
５２ 下流側励振器
５２１ 圧電素子
５２２ 圧電素子
６１ 励振器
６１１ 圧電素子
６１２ 圧電素子
６１３ 圧電素子
６１４ 圧電素子
６２ 励振器
６２１ 圧電素子
６２２ 圧電素子
６２３ 圧電素子
６２４ 圧電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が得られる励振器を有する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６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、例えば、特開平１１−１０８７２３号に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
１１は、上流側固定端１２と下流側固定端１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、この基準軸１４の各点から、それぞれ所定距離の円周線上で単振動あるいは円運動をする緩やかなカーブをもつ形状を有する振動チューブである。
【０００４】
１５は、振動チューブ１１の中央部に設けられた励振器である。
この場合は、コイルとマグネットから成る。
１６，１７は、振動チューブ１１の両側にそれぞれ設けられた振動検出センサである。
この場合も、コイルとマグネットから成る。
【０００５】
以上の構成において、図７は、図６の振動チューブ１１のｂ−ｂ断面図、図８は図６の振動チューブ１１のａ−ａ，ｃ−ｃ断面図、図９は振動チューブ１１の振動の様子を示す斜視図である。
図７，図８において、非励振状態の時、振動チューブ１１はＡの位置近傍にある。
【０００６】
励振状態になると、振動チューブ１１の中心は、基準軸１４から半径Ｒ(x)離れた円周上を移動する。
断面ｂ−ｂの位置では、基準軸１４から半径Ｒ(b) 離れた円周上を、断面ａ−ａやｃ−ｃの位置では、基準軸１４から半径Ｒ(a) や Ｒ(c) 離れた円周上を、Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→(繰り返し)のように振動する。
【０００７】
図９において、Ａ，Ｂ，Ｃは図７，図８の振動チューブ１１の各位置に一致する。なお、１２，１３は固定端、１４は基準軸を示す。
【０００８】
振動チューブ１１は、基準軸１４から等距離にある円周面内のみでの振動なので、振動チューブ１１の位置がどこであっても、振動チューブ１１の長さが変わることはない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０８７２３号（第３−４頁、第１−４図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、ほとんどのコリオリ流量計で発生する問題だが、特に図６従来例のように、振動チューブ１１が分岐部を持たない１本管で、その形状は大きな湾曲部を有さず、直線似のセミストレート管の場合に、問題が大きくなりやすい。
【００１１】
製造時の溶接による伸縮や、ハウジング６との温度差による熱膨張で、管軸方向（Ｘ方向）にわずかに変形が生じると、図１０で示したように、振動チューブ１１の湾曲方向（Ｚ方向）に大きな変形が生じる。
【００１２】
振動チューブ１１の形状等によるが、Ｚ方向変形は、Ｘ方向変形の数倍以上になるので、励振器付近の位置変形は数ｍｍになることもある。
振動チューブ１１に固定されたマグネット（あるいはコイル）が位置移動すると、ペアとなるコイル（あるいはマグネット）は、ハウジング６等の不動な場所に固定されているので、両者の間に位置ずれが生じる。
【００１３】
円筒のコイル内部にマグネットを配置した励振器や検出器の構造では、位置ずれがおきると、すぐに両者が接触してしまい、安定した振動ができなくなり、ひどい場合には破損してしまう。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が得られる励振器を有するコリオリ質量流量計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１のコリオリ質量流量計においては、
振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部近傍と下流側固定端部近傍との前記振動チューブにそれぞれ設けられ前記振動チューブの外周面に沿ってこの振動チューブの管軸を含む平面に対して対称に管軸に対して斜め方向に取り付けられ互い逆位相になるように斜め方向に伸縮振動を行い前記振動チューブに捻じりを発生させる少なくとも一対の圧電素子が使用され前記上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準軸として前記振動チューブに前記基準軸回りの回動力あるいは前記振動チューブの管軸回りの回動力を加える励振器を具備したことを特徴とする。
【００１６】
【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は図１の要部構成説明図、図３は図１の動作説明図である。
本実施例において、励振器５１，５２は、振動チューブ２０の外周面に沿ってこの振動チューブ２０の管軸を含む平面に対して対称に、且つ管軸に対して斜め方向に取り付けられ、互い逆位相になるように斜め方向に伸縮振動を行い、振動チューブ２０に捻じりを発生させる少なくとも一対の圧電素子５１１，５１２が使用されている。
【００１７】
すなわち、振動チューブ２０の形状、振動モード、励振器の動作等は、図１，図２，図 ３に示す通りであり、励振器５１，５２に、図２に示す如き圧電素子５１１，５１２，５２１，５２２を用いた回転トルク発生器を採用している。
【００１８】
上流側励振器５１と下流側励振器５２は、同じものが対称に設置されてあり、図２では下流側を示す。
振動チューブ２０の表面に伸縮自由な圧電素子を２つ１組の圧電素子５２１，５２２を互い違いに斜めに、対称になるようにお互いが逆斜め向きに貼り付ける。
【００１９】
対称な２つの圧電素子５２１，５２２は、お互い逆位相になるように伸縮振動を行う。
すなわち図２の矢印で示したように、圧電素子５２１が伸びたとき、圧電素子５２２は縮むことによって、振動チューブ２０は、その管軸回りにねじれが生じ、結果的に振動チューブ２０は図３のＢ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→Ａ→ のように位置を変えて振動する。
【００２０】
コイルとマグネットを利用したもの、モーター等を利用したものなど、通常の励振器は、振動チューブ２０と、ハウジング６等の構造物の間に設置される。
振動チューブ２０に大きな力を加えることが可能だが、反作用としてハウジング６等の構造物にも同じ大きさで反対向きの力が加わってしまう。
【００２１】
ハウジング６等への余計な力は振動ノイズとなり、コリオリ質量流量計の精度や安定性を悪化させる。
本実施例においては、振動チューブ２０の表面に設置された圧電素子のみによって励振が起こり、振動チューブ２０以外に余計な力を及ぼさない。
この結果、効率良い励振が可能で、更に高精度で安定な質量流量計が得られる。
【００２２】
図４は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図５は図４の側面図である。
本実施例においては、励振器６１，６２は、２組の圧電素子６１１，６１２，６１３，６１４を組み合わせて使用したものである。
なお、圧電素子は、２組以上の圧電素子を組み合わせて使用しても良いことは勿論である。
【００２３】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
コイルとマグネットを利用したもの、モーター等を利用したものなど、通常の励振器は、振動チューブと、ハウジング等の構造物の間に設置される。
【００２５】
振動チューブに大きな力を加えることが可能だが、反作用としてハウジング等の構造物にも同じ大きさで反対向きの力が加わってしまう。
ハウジング等への余計な力は振動ノイズとなり、コリオリ質量流量計の精度や安定性を悪化させる。
【００２６】
請求項１おいては、振動チューブの表面に設置された圧電素子のみによって励振が起こり、振動チューブ以外に余計な力を及ぼさない。
よって、効率良い励振が可能で、更に高精度で安定なコリオリ質量流量計が得られる。
【００２７】
従って、本発明によれば、振動チューブに熱変形が生じても、その影響を受けることなく、安定した定常振動が得られる励振器を有する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の要部構成説明図である。
【図３】 図１の動作説明図である。
【図４】 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】 図４の側面図である。
【図６】 従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図７】 図６の動作説明図である。
【図８】 図６の動作説明図である。
【図９】 図６の動作説明図である。
【図１０】 図６の動作説明図である。
【符号の説明】
２ フランジ
６ ハウジング
１１ 振動チューブ
１２ 上流側固定端部
１３ 下流側固定端部
１４ 基準軸
１６ 振動検出センサ
１７ 振動検出センサ
２０ 振動チューブ
２５ 中点
５１ 上流側励振器
５１１ 圧電素子
５１２ 圧電素子
５２ 下流側励振器
５２１ 圧電素子
５２２ 圧電素子
６１ 励振器
６１１ 圧電素子
６１２ 圧電素子
６１３ 圧電素子
６１４ 圧電素子
６２ 励振器
６２１ 圧電素子
６２２ 圧電素子
６２３ 圧電素子
６２４ 圧電素子
Claims (1)
- 振動チューブ内に測定流体が流れこの測定流体の流れと前記振動チューブの角振動によって生じるコリオリ力によりこの振動チューブを変形振動させるコリオリ質量流量計において、
上流側固定端部近傍と下流側固定端部近傍との前記振動チューブにそれぞれ設けられ前記振動チューブの外周面に沿ってこの振動チューブの管軸を含む平面に対して対称に管軸に対して斜め方向に取り付けられ互い逆位相になるように斜め方向に伸縮振動を行い前記振動チューブに捻じりを発生させる少なくとも一対の圧電素子が使用され前記上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準軸として前記振動チューブに前記基準軸回りの回動力あるいは前記振動チューブの管軸回りの回動力を加える励振器
を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002290896A JP3975483B2 (ja) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | コリオリ質量流量計 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002290896A JP3975483B2 (ja) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | コリオリ質量流量計 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| DE102017012058A1 (de) * | 2017-12-28 | 2019-07-04 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Messgerät vom Vibraationstyp mit einem Messrohr |
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2002
- 2002-10-03 JP JP2002290896A patent/JP3975483B2/ja not_active Expired - Fee Related
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