(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動チューブ内に測定流体が流れ、該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、該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、
上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の一方側にあり基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする凸状の一本状の振動チューブと、
この振動チューブの両端にそれぞれ端部が固定され前記基準軸の他方側にありこの基準軸に軸対称に前記振動チューブと同様な形状を有し励振された定常振動状態においても常に前記基準軸を中心に前記振動チューブに対称な位置に存在し且つ基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動補償チューブと
を具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】
前記振動チューブと前記振動補償チューブとが単振動をするよう前記基準軸を中心に互いに所定角度をなし前記振動チューブに非接触に配置された少なくとも２個の励振装置
を具備したことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。
【請求項３】
外部にねじれ振動が漏洩しないように前記振動チューブの両固定端近傍に連結されたねじり剛性を有する剛体
を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のコリオリ質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部振動の絶縁性を向上させることによって、高精度で、安定性、耐振性が向上された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９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６−１０９５１２号の従来例に示されている。図１０は図９の動作説明図である。
図において、振動チューブ１はフランジ２に、両端が取付けられている。
フランジ２は管路へ振動チューブ１を取付けるためのものである。
【０００３】
励振器３は振動チューブ１の中央部に設けられている。
振動検出センサ４，５は振動チューブ１の両側にそれぞれ設けられている。
ハウジング６には、振動チューブ１の両端が固定される。
【０００４】
以上の構成において、振動チューブ１に測定流体が流され、励振器３が駆動される。
励振器３の振動方向の角速度『ω』、測定流体の流速『Ｖ』（以下『』で囲まれた記号はベクトル量を表す。）とすると、
【０００５】
Ｆｃ＝―２ｍ『ω』×『Ｖ』
のコリオリ力が働く、コリオリ力に比例した振動の振幅を測定すれば、質量流量が測定出来る。
【０００６】
図１１は従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図、図１２は図１１の振動動作説明図である。
本従来例では、振動チューブ１を２管式にして、２本の振動チューブを対称に振動させる。
【０００７】
２本の振動チューブ１を対称に振動させることで、２本のチューブの分岐（連結）部にて、励振方向の振動がキャンセルしあい、音叉の節のような場所を形成することで、内部の振動を外に漏らさない構造となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９のような一般的な１本直管式コリオリ質量流量計では、振動チューブを両端で固定しているが、限られた大きさのコリオリ質量流量計では、端点を完全固定にすることはできず、わずかに振動してしまう。
振動が発生する理由として、２つの原因が考えられる。
【０００９】
（１）管軸方向の力について。
内部を流体が流れる振動チューブ１を図１０のように変形（近似的に１次モード共振状態）させると、変形により振動チューブ１の長さが長くなるので、振動チューブ１の軸方向に引っ張り応力が発生する。
【００１０】
例えばステンレスのφ９．６×０．９１ｔ、４００Ｌのチューブの中央部分を１ｍｍ変形させると、図１０のように、軸方向に７．５ｋｇｆの大きさの引っ張り力が発生する。
【００１１】
振動チューブ１を１次の共振モードで励振させた場合、プラスとマイナスの変形最大の時に引っ張り力も最大になり、変形のない基本形状の時は引っ張り力は最小でゼロである。
【００１２】
励振振動の１周期中に、引っ張り力は最大、最小を２回繰り返す。
すなわち、振動チューブ１の軸方向の引っ張り力は、励振周波数の２倍の周波数で発生する。
この引っ張り力による振動により、振動絶縁が不十分になる。
【００１３】
（２）加振方向の力について。
図１０に示す如く、中央部で加えられた力が、両固定端に加わり、７．２ｋｇｆの力が加わる。
【００１４】
図１２のような２本管式のコリオリ質量流量計でも、振動の絶縁は十分ではない。
２本振動チューブ１を互いに逆方向に振動させることで、加振方向の力Ｆ１は互いにキャンセルされる。
【００１５】
しかし、振動チューブ１の変形に伴い、振動チューブ１の軸方向にも大きな力Ｆ２が加わる。
この成分については、２本平行管でもキャンセルできず、むしろ増幅する傾向である。
このように、２本管式コリオリ流量計でも、振動絶縁が不十分である。
【００１６】
振動絶縁が不十分な場合、
（１）Ｑ値が低くなるので、内部の振動が不安定になり、励振振動以外の余計な振動ノイズの影響を受けやすくなる。
【００１７】
（２）励振に大きなエネルギーが必要になり、消費電力が増加する。
（３）設置方法や、配管応力、温度等の環境変化や外的要因により、振動の漏れ程度も大きく変わり、振動チューブ１の振動状況も変化し、零点やスパンが変化しやすくなる。
【００１８】
すなわち、これらの環境変化や外的要因に対し、不安定で、耐振性、精度が悪いコリオリ流量計になりがちである。
【００１９】
本発明は、この問題点を解決するものである。
本発明の目的は、内部振動の絶縁性を向上させることによって、高精度で、安定性、耐振性が向上されるコリオリ質量流量計を提供するにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、
（１）振動チューブ内に測定流体が流れ、該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、該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、
上流側固定端と下流側固定端とを結ぶ直線を基準軸としてこの基準軸の一方側にあり基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする凸状の一本状の振動チューブと、この振動チューブの両端にそれぞれ端部が固定され前記基準軸の他方側にありこの基準軸に軸対称に前記振動チューブと同様な形状を有し励振された定常振動状態においても常に前記基準軸を中心に前記振動チューブに対称な位置に存在し且つ基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする振動補償チューブとを具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計。
（２）前記振動チューブと前記振動補償チューブとが単振動をするよう前記基準軸を中心に互いに所定角度をなし前記振動チューブに非接触に配置された少なくとも２個の励振装置を具備したことを特徴とする（１）記載のコリオリ質量流量計。
（３）外部にねじれ振動が漏洩しないように前記振動チューブの両固定端近傍に連結されたねじり剛性を有する剛体を具備したことを特徴とする（１）又は（２）記載のコリオリ質量流量計。
を構成したものである。
【００２１】
【作用】
以上の構成において、振動チューブに測定流体が流され、励振器が駆動されると、コリオリ力が働く、このコリオリ力に比例した振動の振幅を測定すれば、質量流量が測定出来る。
【００２２】
而して、振動チューブは、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、この基準軸の一方側にあり、基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をし、凸状で一本状をなす。
【００２３】
一方、振動補償チューブは、この振動チューブの両端にそれぞれ端部が固定され、基準軸の他方側にあり、この基準軸に軸対称に、振動チューブと同様な形状を有し、励振された定常振動状態においても、常に基準軸を中心に、振動チューブに対称な位置に存在し、且つ、基準軸の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をする。
以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００２４】
【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で、請求項１と請求項２の一実施例である。
図において、図９と同一記号の構成は同一機能を表わす。
以下、図９と相違部分のみ説明する。
【００２５】
振動チューブ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の一方側にあり基準軸１４の各点からそれぞれ所定距離の円周線上で単振動をし、凸状で一本状をなす。
【００２６】
なお、上下流の固定端１２，１３間距離Ｌにたいし、基準軸１４と振動チューブ１１間の最大距離ｈは、概ね２割以下の形状（ｈ≦０．２Ｌ）であることが望ましい。
【００２７】
また、振動チューブ１１は、コリオリ質量流量計の入り口（インレット）から出口（アウトレット）まで、分岐や、隙間の無い、一本の貫通構造を構成する。
【００２８】
振動補償チューブ１５は、この振動チューブ１１の両端にそれぞれ端部が固定され、基準軸１４の他方側にあり、この基準軸１４に軸対称に、振動チューブ１１と同様な形状を有し、励振された定常振動状態においても、常に基準軸１４を中心に、振動チューブ１１に対称な位置に存在し、且つ、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をする。
【００２９】
励振器１６は、振動チューブ１１を、その共振周波数で振動させる、
励振器１７は、振動補償チューブ１５を、その共振周波数で振動させる、
【００３０】
振動検出センサ１８，１９は、振動チューブ１１の振動を検出する。
振動検出センサ２１，２２は、振動補償チューブ１５の振動を検出する。
【００３１】
以上の構成において、図２は、図１の振動チューブ１１と振動補償チューブ１５のｂ−ｂ断面図、図３は、図１の振動チューブ１１と振動補償チューブ１５のａ−ａ断面図，ｃ−ｃ断面図である。
【００３２】
図２，図３において、非励振状態の時、振動チューブ１１と振動補償チューブ１５は図２，３のＢの位置近傍にある。
振動状態になると、振動チューブ１１と振動補償チューブ１５の中心は、基準軸１４からＲ（ｘ）離れた円周上を移動する。
【００３３】
すなわち、ｂ−ｂ断面では基準軸１４から半径Ｒ（ｂ）離れた円周上を、ａ−ａ断面やｃ−ｃ断面の位置では、基準軸１４から半径Ｒ（ａ）やＲ（ｃ）離れた円周上を、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ａ→Ｂ→（繰り返し）のように単振動する。
【００３４】
振動チューブ１１１，１１２の励振と振動検出については、この場合は、図４に示す如く行う。
図４には、振動チューブ１１と振動補償チューブ１５と励振器１６，１７との要部関係断面図が示されている。
【００３５】
励振器１６，１７は、それぞれ２つのコイル１６１，１６２，１７１，１７２と磁性体１６３，１７３から構成されている。
励振器１６，１７は、図４のコイル１６１，１６２，１７１，１７２に示した、矢印Ｂの方向の力を発生する。
振幅角θが小さい場合、以下のような力を発生させることで、円周振動を実現させる。
【００３６】
コイル１６１    Ｆ１６１＝Ａ１  ｓｉｎ（ωｔ）
コイル１６２  Ｆ１６２＝Ｂ１  ｓｉｎ（ωｔ＋π／２）＋Ｃ１
コイル１７１    Ｆ１７１＝Ａ２  ｓｉｎ（ωｔ）
コイル１７２  Ｆ１７２＝Ｂ２  ｓｉｎ（ωｔ＋π／２）＋Ｃ２
但し、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は定数
【００３７】
なお、円周振動モードの共振周波数で励振させれば、コイル１６２，１７２がなくても、更には、１個所だけでも、ほぼ、円周振動と見なせる振動を実現できる。
励振器１６，１７のコイル数は、少なくても良いし、圧電素子など、コイル以外の手段を用いても良いことは勿論である。
【００３８】
振動検出センサ１８，１９，２１，２２もコイルと磁性体から成り、図４と同様な構成をとる。コイル１８１，１９１，２１１，２２１では振動のＹ方向成分を、コイル１８２，１９２，２１２，２２２では振動のＺ方向成分を検出する。
【００３９】
なお、振動検出センサ１８，１９，２１，２２についても、コイル１８１，１９１，２１１，２２１だけで十分であり、コイル１８１，１９１だけでも、流量演算は可能である。
他にも、変位センサや、加速度センサなど、他の手段が用いられても良い。
【００４０】
なお、信号処理は、一般的な方法を用いれば良く、例えば、上流側センサ１８，２１の出力と、下流側センサ１９，２２の出力の位相差を求め、共振周波数や温度補正を行って、質量流量を算出する。
【００４１】
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。
【００４２】
従って、軸方向の引っ張りの力が常に一定である。
すなわち、管軸方向の力が変化することによる、振動の漏れを無くすことができ、管軸方向の振動絶縁を高めることができる。
【００４３】
また、振動チューブ１１と振動補償チューブ１５とが、基準軸１４を中心に、常に、対称な位置にあるので、常に振動系全体の重心が移動せず、振動が外部に漏れることが無い。
両端固定端には、基準軸１４回りの回転成分力だけで、並進方向成分は発生しないので、振動絶縁性を高める事ができる。
【００４４】
具体的には、内部振動のＱ値が高くなるので、振動ノイズの影響を受けにくくなり、低消費電力を実現し、振動の漏れ量の変化によるゼロ点やスパン変化を低減できるコリオリ質量流量計が得られる。
【００４５】
この結果、
（１）内部振動系は高Ｑ値を実現でき、外部ノイズが加わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なので、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られる。
【００４６】
（２）少ないエネルギで安定した励振を実現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得られる。
【００４７】
（３）外部への振動エネルギの散逸量が変化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしまう。
本発明では、常に内部に振動が閉じこめられるので、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得られる。
【００４８】
図５は本発明の他の実施例の要部構成説明図で、請求項３の一実施例である。図６は図５の側断面図である。
【００４９】
本実施例において、ねじり剛性を有する剛体３１は、外部に、ねじれ振動が漏洩しないように、振動チューブ１１の両固定端１２，１３に連結固定された、剛体である。
この場合は、ハウジング６の機能も兼用する。
【００５０】
ねじれ剛性が十分に大きいとは、目安として、１桁以上、剛性が大きいことを言う。
中空丸軸のねじれ剛性＝Ｇ×π／３２×（ｄ２４−ｄ１４）
Ｇ：横弾性計数
ｄ２：外径
ｄ１：内径
で示される。
【００５１】
このようにねじれ剛性は、直径の４乗に効いてくるので、図６に示す如く、振動チューブ１１に対して、ねじり剛性を有する剛体３１の直径を変えることで、１桁以上剛性の大きいものでも比較的容易に作成できる。
【００５２】
この結果、十分にねじれ剛性の高い剛体３１を有することで、内部振動系の、基準軸１４まわりのねじれ成分を強固に固定し、コリオリ質量流量計の外部に、ねじれ振動が漏れるのを防止する事が出来る。
振動絶縁をより高度に実現することにより、流量計内部の振動が一層安定になり、高精度で安定したコリオリ質量流量計が得られる。
【００５３】
なお、前述の実施例においては、ねじれ剛性の高い剛体３１は、ハウジング６を兼用すると説明したが、これに限ることはなく、例えば、ねじれ剛性の高い剛体３１とハウジング６とは別体でも良い。
【００５４】
また、ねじれ剛性の高い剛体３１は、１本の円筒でなくても良く、複数本でも、角柱形状でも何でも良い。
要するに、ねじれ剛性の高い剛体３１であれば良い。
【００５５】
図７は本発明の他の実施例の要部構成説明図で、請求項４の一実施例である。図８は図７の側断面図である。
図において、補償体４１は、基準軸１４に平行して設けられ、両端が振動チューブ１１の両端側にそれぞれ固定支持４２，４３されている。
【００５６】
励振手段４４５は、振動チューブ１１を、基準軸１４回りのねじれが主体となるように励振する。
【００５７】
一方、励振手段４４は、補償体４１をこの補償体４１の振動が、基準軸１４と同じ軸、あるいはこの基準軸１４と平行な軸を中心に回転するねじれ振動であり、且つ振動チューブ１１の振動とは逆位相で、振動チューブ１１と補償体４１との固定部４２，４３では、逆位相で振動することにより、基準軸１４回りのねじれ振動が互いに打ち消し合い発生する振動を削減するように励振する。
【００５８】
この場合は、励振手段４４は、励振器１６と励振器１７とよりなる。
励振器１６、１７によって、コイル１６１，１６２，１７１，１７２と磁石１６３，１７３が反発する方向に力が加わった場合、振動チューブ１１にはＴ１で示す方向（図８の右回り）の力を受ける。
【００５９】
そして、作用反作用により、補償体４１はＴ２で示す方向（図８の左回り）の力を受ける。
【００６０】
Ｔ１とＴ２とは、お互いに、基準軸１４を中心に、反対回りの力である。
補償体４１と振動チューブ１１の固定部４２，４３とでは、互いに逆回りの逆位相の力が加わり、打ち消し合うことで、発生振動が大幅に削減され、補償体４１の外部へ漏れる振動が大幅に削減される。
【００６１】
この結果、補償振動体４１が設けられたので、基準軸１４のまわりのねじれ成分について、振動をキャンセル出来、コリオリ質量流量計の外部に、余計な振動を漏らすことがなくなり、振動の絶縁がより高められる。
【００６２】
振動絶縁をより高度に実現することにより、コリオリ質量流量計内部の振動が一層安定になり、高精度で安定したコリオリ質量流量計が得られる。
【００６３】
すなわち、
（１）内部振動系は高Ｑ値を実現でき、外部ノイズが加わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なので、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られる。
【００６４】
（２）少ないエネルギで安定した励振を実現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得られる。
【００６５】
（３）外部への振動エネルギの散逸量が変化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしまう。
本発明では、常に内部に振動が閉じこもっているので、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得られる。
【００６６】
【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、振動チューブと振動補償チューブとが設けられ、振動チューブと振動補償チューブとが基準軸を中心に、単振動するので、管軸方向の力が変化することによる、振動の漏れを無くすことができ、管軸方向の振動絶縁を高めることができる。
【００６７】
また、振動チューブと振動補償チューブとが、基準軸を中心に、常に、対称な位置にあるので、常に重心が変化することがなく、振動が外部に漏れることが無い。
【００６８】
具体的には、内部振動のＱ値が高くなるので、振動ノイズの影響を受けにくくなり、低消費電力を実現し、振動の漏れ量の変化によるゼロ点やスパン変化を低減できるコリオリ質量流量計が得られる。
【００６９】
この結果、
（１）内部振動系は高Ｑ値を実現でき、外部ノイズが加わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なので、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られる。
【００７０】
（２）少ないエネルギで安定した励振を実現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得られる。
【００７１】
（３）外部への振動エネルギの散逸量が変化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしまう。本発明では、常に内部に振動が閉じこもっているので、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得られる。
【００７２】
本発明の請求項２によれば、
（１）２つ以上の励振器を、角度を変えて同時に用いることで、円周面内振動を実現出来るコリオリ質量流量計が得られる。
【００７３】
（２）電磁力を利用すれば、非接触でありながら十分な力を発生させることが出来るコリオリ質量流量計が得られる。
【００７４】
本発明の請求項３によれば、十分にねじれ剛性の高い剛体を有することで、内部振動系の、基準軸まわりのねじれ成分を強固に固定し、コリオリ質量流量計の外部に、ねじれ振動が漏れるのを防止する事が出来る。
振動絶縁をより高度に実現することにより、流量計内部の振動が一層安定になり、高精度で安定したコリオリ質量流量計流量計が得られる。
【００７５】
本発明の請求項４によれば、補償振動体が設けられたので、基準軸のまわりのねじれ成分について、振動をキャンセル出来、コリオリ質量流量計の外部に、余計な振動を漏らすことがなくなり、振動の絶縁がより高められる。
【００７６】
振動絶縁をより高度に実現することにより、コリオリ質量流量計内部の振動が一層安定になり、高精度で安定したコリオリ質量流量計が得られる。
【００７７】
すなわち、
（１）内部振動系は高Ｑ値を実現でき、外部ノイズが加わってもその影響が相対的に少なく、振動が安定なので、外部振動ノイズに強いコリオリ質量流量計が得られる。
【００７８】
（２）少ないエネルギで安定した励振を実現できるので、低消費電流のコリオリ質量流量計が得られる。
【００７９】
（３）外部への振動エネルギの散逸量が変化したり、上下流で散逸量のバランスが崩れると、内部の振動系に影響が及び、ゼロ点やスパンが変動してしまう。
本発明では、常に内部に振動が閉じこもっているので、その心配がなく、高精度なコリオリ質量流量計が得られる。
【００８０】
従って、本発明によれば、内部振動の絶縁性を向上させることによって、高精度で、安定性、耐振性が向上されたコリオリ質量流量計が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】図１の動作説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図１０】図９の動作説明図である。
【図１１】従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。
【図１２】図１１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
１３    下流側固定端
１４    基準軸
１５    振動チューブ
１６    励振器
１６１  励振コイル
１６２  励振コイル
１６３  磁性体
１７    励振器
１７１  励振コイル
１７２  励振コイル
１７３  磁性体
１８    振動検出センサ
１９    振動検出センサ
２１    振動検出センサ
２２    振動検出センサ
３１    捻じり剛性を有する剛体
４１    補償体
４２    固定部
４３    固定部
４４    励振手段
【図１】
0003555652.tif 000002
【図２】
0003555652.tif 000003
【図３】
0003555652.tif 000004
【図４】
0003555652.tif 000005
【図５】
0003555652.tif 000006
【図６】
0003555652.tif 000007
【図７】
0003555652.tif 000008
【図８】
0003555652.tif 000009
【図９】
0003555652.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003555652.tif 000013