(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ字状の曲管部を有し測定流体を往き管から戻り管の方向に流通する合成樹脂製の測定管と、前記曲管部を弾性的に保持する保持部と、前記測定管に振動を与える加振駆動部と、前記測定管の前記往き管と前記戻り管の２個所において前記測定管の変位を検出する変位検出部とを有するコリオリ式質量流量計であって、前記曲管部の形状を補強部材により保形するようにしたことを特徴とするコリオリ式質量流量計。
【請求項２】
前記曲管部は前記往き管と前記戻り管との境界に設けたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項３】
前記補強部材は前記曲管部に被着した金属製の補強管としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項４】
前記補強部材は前記曲管部を取り付けた一対の補強板とし、これらの補強板はそれぞれ前記曲管部と同形の溝部を有し、前記曲管部に両側から重ね合わせたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項５】
前記保持部は前記曲管部を磁気吸引力により離隔的に保持したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項６】
前記保持部は前記曲管部を弾性部材により保持したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコリオリ式質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲管部の形状を弾性的に保持するコリオリ式質量流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ式質量流量計とは、速度Ｖで回転振動系の回転中心に向かう、又は回転中心から離れる質量ｍの質点に働くコリオリ力が、質量ｍと速度Ｖの積に比例することから、コリオリ力を測定して質量流量を求める方式の流量計である。
【０００３】
コリオリ式質量流量計は差圧式、電磁式、容積式などの流量計と比較すると、直接的に質量流量が得られること、摩耗などを起こす機械的可動部分がないこと、保守性に優れていること、そして原理上、測定管の振動数の計測から密度が計測できることなどの数々の優れた特長を有している。
【０００４】
例えば、特許文献１には図８に示すように、Ｕ字形測定管を用いたコリオリ式質量流量計が開示されている。測定管は１本のＵ字形測定管１で構成され、取付フランジ２ａ、２ｂを介して固定された点を中心にして、片持ち梁状のＵ字形測定管１は加振した共振周波数で上下に振動を繰り返えす。この測定管１内に流入した測定流体は、入口からＵ字の曲がり部に向かって流れる際に、測定管１に対する速度によりコリオリ力が生じ、測定管１に歪を与え、曲管部から出口に向かって流れる際は、コリオリ力により逆方向の歪を与え振動となる。
【０００５】
測定管１のＵ字形を成す先端には振動子３が設けられ、曲がり部の両側の測定管１には変位検出センサ４ａ、４ｂがそれぞれ取り付けられている。
【０００６】
測定管１に測定流体を流し、振動子３を駆動し測定管１を加振する。振動子３の振動方向の角速度ω、測定流体の流速νとすると、Ｆｃ＝−２ｍω×νのコリオリ力が働き、このコリオリ力Ｆｃに比例した振動の振幅を変位検出センサ４ａ、４ｂで検出し、演算を行えば質量流量が測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−４１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この従来例のコリオリ式質量流量計では、測定管１内に測定流体が充満しても、例えばＵ字状の曲管部が自重などで垂れ下がるなどの変形による測定誤差が介入しないように、測定管１には通常は剛性の大きな金属管が使用されている。しかし、金属管の加工は難しく、加工により同一特性の金属管を揃えることは困難であり、使用に際してはその支持構造が大型となり重量も大となり、価格も高価となる。
【０００９】
このために、測定管に合成樹脂管の使用が考えられるが、合成樹脂管の使用により加工性が有利で軽量化ができる反面で、特に曲管部において変形し易い測定管を保持し、振動に対する剛性を大きくした構造が必要となる。
【００１０】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、合成樹脂管から成り曲管部を有する測定管を使用し、小型化が可能で安価で曲管部における変形がし難いコリオリ式質量流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係るコリオリ式質量流量計は、Ｕ字状の曲管部を有し測定流体を往き管から戻り管の方向に流通する合成樹脂製の測定管と、前記曲管部を弾性的に保持する保持部と、前記測定管に振動を与える加振駆動部と、前記測定管の前記往き管と前記戻り管の２個所において前記測定管の変位を検出する変位検出部とを有するコリオリ式質量流量計であって、前記曲管部の形状を補強部材により保形するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るコリオリ式質量流量計によれば、合成樹脂製の測定管の曲管部の形状を保形し、弾性的に保持することにより、発生したコリオリ力を基にした流量の測定を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１のコリオリ式質量流量計の斜視図である。
【図２】側面図である。
【図３】要部の拡大構成図である。
【図４】温度測定部の構成図である。
【図５】実施例２の側面図である。
【図６】片側の補強板の斜視図である。
【図７】実施例３の側面図である。
【図８】従来例のコリオリ式質量流量計の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を図１〜図７に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は実施例１のコリオリ式質量流量計の斜視図、図２は側面図である。このコリオリ式質量流量計は主として、測定流体を一方向に流通する測定管１１と、測定管１１の所定の位置を離隔的にかつ弾性的に保持する磁気保持部１２と、測定管１１を加振する加振駆動部１３と、測定管１１の変位を検出する変位検出部１４と、測定流体の温度を測定する温度測定部１５と、これらの機構に対し検出信号、制御信号を入出力し、測定流体の流量を演算する図示しない演算制御部とから成っている。
【００１６】
測定管１１は合成樹脂管の例えばフッ素樹脂管から成り、直径が例えば３．２ｍｍで、中央部にＵ字状の曲管部１１ａを有しており、曲管部１１ａには金属管又は合成樹脂管、好ましくは金属管から成る補強管１１ｂが被着されている。なお、測定流体が腐蝕性を有していなければ、測定管１１はフッ素樹脂管でなくとも通常の合成樹脂管であってもよい。しかし、測定管１１は補強管１１ｂを含めて振動を十分に伝達可能とする硬度の弾性係数を有し、柔軟でないことが必要である。測定管１１の径は１例であり、任意の径の測定管１１を使用できることは勿論である。
【００１７】
このように、補強管１１ｂによって曲管部１１ａを被覆することにより、合成樹脂製の測定管１１であっても、曲管部１１ａが変形する虞れはなく保形が可能である。
【００１８】
測定管１１の曲管部１１ａを境界とする往き管１１ｃと戻り管１１ｄの平行な２個所は、基板１６上に配置されたハウジング１７に挟着されることにより、測定管１１は保持されている。従って、これらの固定位置よりも曲管部１１ａ側の測定管１１は、機械的な支持部がない自由端とされている。
【００１９】
図３に示す要部の拡大構成図のように、曲管部１１ａ上の補強管１１ｂには、合成樹脂製の第１の磁性体ホルダ１１ｅが付加され、この先端には磁気作用体１１ｆとして、磁極面を前方に向けた永久磁石、又は鉄、コバルト、ニッケル、これらの合金などの強磁性体が埋め込まれている。
【００２０】
第１の磁性体ホルダ１１ｅに対向した離隔位置に、磁気保持部１２の合成樹脂製の第２の磁性体ホルダ１２ａが基板１６上に設けられている。磁気保持部１２は測定管１１を保持したハウジング１７と基板１６を介して連結しているが、基板１６では他の部材を介して連結していてもよい。第２の磁性体ホルダ１２ａには、第１の磁性体ホルダ１１ｅ中の永久磁石又は強磁性体から成る磁気作用体１１ｆと対向して、強力な例えばネオジム磁石などから成り、磁極面を磁気作用体１１ｆに向けた永久磁石１２ｂが配置されている。磁気作用体１１ｆが永久磁石の場合には、対向する磁極同士は異極とされ、つまりＳ極とＮ極が対向するようにされている。従って、第２の磁性体ホルダ１２ａの永久磁石１２ｂは、磁気作用体１１ｆを磁気吸引力により強力に吸引することにより、測定管１１の曲管部１１ａの位置を離隔的に所定位置に弾性的に保持するという磁気保持部１２の役割を果している。
【００２１】
このように、実施例１の補強管１１ｂにより被覆された曲管部１１ａは、第２の磁性体ホルダ１２ａ側に強く引き寄せられる。従って、この状態で測定管１１内に測定流体を流入しても、曲管部１１ａが測定流体の重みで垂れ下がり位置が変化することなく弾性的に保持され、また補強管１１ｂにより曲管部１１ａが変形することが防止される。
【００２２】
なお、第２の磁性体ホルダ１２ａにおいては、永久磁石１２ｂの代りに、電磁コイルを用いて磁気作用体１１ｆを吸引することもできる。また、第１の磁性体ホルダ１１ｅには永久磁石から成る磁気作用体１１ｆを取り付け、第２の磁性体ホルダ１２ａには強磁性体を配置し、磁気作用体１１ｆの永久磁石から生ずる磁束により第２の磁性体ホルダ１２ａの強磁性体に磁気吸引力を作用させることも可能である。
【００２３】
また、第１の磁性体ホルダ１１ｅの下側には、加振駆動部１３の一部として機能する加振体１３ａとして、永久磁石が磁極面を下方向に向けて取り付けられている。加振体１３ａの下方の基板１６上には、電磁石である電磁コイル１３ｂが配置され、加振体１３ａと共働して作用する加振駆動部１３とされている。なお、加振体１３ａは永久磁石以外にも、鉄、コバルト、ニッケル、これらの合金から成る強磁性体であってもよい。
【００２４】
電磁コイル１３ｂの鉄心１３ｃに巻回したコイル１３ｄに電流の方向を切換ながら通電し、鉄心１３ｃの端部から発生する磁束の方向を切換えることにより、加振体１３ａに対し磁気吸引力、磁気反発力を交互に繰り返して作用し、加振体１３ａ、磁性体ホルダ１１ｅを介して測定管１１に非接触で所定の振動を加振する。
【００２５】
なお、この振動は測定管１１の左右対称の中心位置に加えることが好ましい。また、振動数は測定管１１中に測定流体を充満した状態における測定管１の共振周波数、或いはその整数倍とされ、通常はオートチューニングより求められた数１０〜数１００Ｈｚであり、測定管１１の弾性係数、形状、測定流体の種類によって異なる。
【００２６】
なお、加振駆動部１３による加振量は微少であるので、測定管１１が磁気保持部１２により保持されていても、測定管１１を加振することができる。なお、加振駆動部１３には電磁コイル１３ｂ以外の他の加振駆動機構を使用することも可能である。
【００２７】
流量測定中の測定管１１の加振による変位の大きさ、つまりコリオリ力を測定するために、測定管１１の平行部分の往き管１１ｃ、戻り管１１ｄの２個所には、光センサによる変位検出部１４が配置されている。測定管１１には光反射部１４ａがそれぞれ取り付けられ、光反射部１４ａの下方の基板１６上には、送受光部１４ｂがそれぞれ配置されている。
【００２８】
この変位検出部１４では、送受光部１４ｂからの光ビームを光反射部１４ａに向けて送光し、その反射光を送受光部１４ｂで受光して、反射光の位置ずれを検出する。この位置ずれにより送受光部１４ｂから光反射部１４ａまでの距離、つまりそれぞれの送受光部１４ｂからの往き管１１ｃと戻り管１１ｄへの距離をそれぞれ測定し、往き管１１ｃと戻り管１１ｄにおけるコリオリ力によるねじれ量に相当する量を演算制御部で時間差検出により求める。そして、これらの検出量を基に流量を求めるが、その演算方式等は公知なのでその説明は省略する。
【００２９】
なお、この変位検出部１４は位置ずれ検出方式により距離を測定しているが、ぼけ検出方式、光干渉方式等により距離を検出してもよい。また、光検出方式の代りに、例えば電磁式の変位検出器等に代えることもできる。しかし、光検出方式は測定管１１に対して力を作用することがないので、微小なコリオリ力に影響を与えることがなく、精度の良い流量測定ができる。
【００３０】
また、測定管１１の下方の基板１６上には、測定管１１の温度を測定する温度測定部１５が配置されている。測定管１１は測定流体の温度によって、温められたり冷やされたりすると弾性係数が変化して、測定管１１の共振振動数やねじれ面が微妙に変化するので、これらを補正するために測定管１１の温度を測定する。なお、この測定流体の温度はコリオリ式質量流量計以外の他の個所において測定していれば、この温度測定部１５を用いて温度を測定する必要はない。
【００３１】
図４は温度測定部１５で使用される赤外線放射温度計の構成図を示し、温度測定部１５はレンズ光学系１５ａと温度検知素子１５ｂとを有している。レンズ光学系１５ａは赤外光を測定管１１の表面と温度検知素子１５ｂとを共役としている。温度検知素子１５ｂは図示しない光学フィルタを介して測定管１１の表面温度に依存する赤外線を検知して表面温度を求める。なお、実施例においては、このコリオリ式質量流量計をカバーで覆って内部を暗室としているので、周囲の外光が温度測定における外乱となることはない。
【実施例２】
【００３２】
図５は実施例２の斜視図、図６は片側の補強板の斜視図を示している。なお、実施例１と同一の符号は同一の部材を示している。測定管１１の曲管部１１ａには、磁性体ホルダ兼補強用ホルダ１１ｅ’が取り付けられている。この磁性体ホルダ兼補強用ホルダ１１ｅ’は合成樹脂材又は金属材から成る重ねて使用する一対の補強板１１ｇ、１１ｈから構成されている。
【００３３】
これらの補強板１１ｇ、１１ｈの合わせ面には、曲管部１１ａと同形状の断面半円状の溝部１１ｉが形成され、曲管部１１ａに上下両側から補強板１１ｇ、１１ｈを重ね合わせて固定すると、曲管部１１ａは溝部１１ｉ内に収納されることになる。
【００３４】
なお、補強板１１ｇ、１１ｈの先端側にはそれぞれ凹部１１ｊが形成され、この凹部１１ｊ内に磁気作用体１１ｆが配置されている。更に、磁性体ホルダ兼補強用ホルダ１１ｅ’の下面、つまり補強板１１ｈの下面に、加振駆動部１３の一部として機能する加振体１３ａが取り付けられていることは実施例１と同様である。
【００３５】
この構成により、永久磁石１２ｂによる磁気作用体１１ｆに対する磁気吸引力により曲管部１１ａを弾性的に引き寄せて保持し、加振駆動部１３が加振体１３ａを介して測定管１１を加振することも実施例１と同様である。そして、測定管１１の曲管部１１ａは補強板１１ｇ、１１ｈにより保形され、形状が変形することなく、安定した流量測定が可能となる。
【実施例３】
【００３６】
図７は実施例３の側面図であり、実施例１、２と同一の符号は同一の部材を示している。補強管１１ｂを被覆した曲管部１１ａには、係止部１８が付設され、係止部１８の上方には保持部１９が設けられている。係止部１８と保持部１９との間には例えばコイルばねから成り係止部１８を保持部１９に引き寄せる弾性部材２０が介在されている。
【００３７】
この構成によっても、曲管部１１ａは補強管１１ｂにより被覆されることにより保形され、曲管部１１ａの変形は少ない。
【００３８】
なお、この実施例３は実施例１、２のような磁気吸引力は用いていないが、曲管部１１ａに対する弾性的な保持は弾性部材２０によりなされる。
【００３９】
なお、曲管部１１ａに対する補強部材は実施例の補強管１１ｂ、補強板１１ｇ、１１ｈ以外の他の部材であってもよい。
【００４０】
また、実施例３の弾性部材２０による引き寄せは、１個の弾性部材により曲管部１１ａの一部を前方に引き寄せたり、或いは２個の弾性部材を用いて上下方向に平衡させて引き寄せることもできる。
【００４１】
実施例においては、測定管１１は水平に配置しているが、鉛直方向に配置してコリオリ力を検出することもできる。
【００４２】
なお、本明細書における上下とは、図面に対しての方向であり、必ずしも実際の装置における上下とは限らない。
【符号の説明】
【００４３】
１１  測定管
１１ａ  曲管部
１１ｂ  補強管
１１ｃ  往き管
１１ｄ  戻り管
１１ｅ  第１の磁性体ホルダ
１１ｅ’ 磁性体ホルダ兼補強用ホルダ
１１ｆ  磁気作用体
１１ｇ、１１ｈ  補強板
１１ｉ  溝部
１１ｊ  凹部
１２  磁気保持部
１２ａ  第２の磁性体ホルダ
１２ｂ  永久磁石
１３  加振駆動部
１３ａ  加振体
１３ｂ  電磁コイル
１４  変位検出部
１４ａ  光反射部
１４ｂ  送受光部
１５  温度測定部
１５ａ  レンズ光学系
１５ｂ  温度検知素子
１６  基板
１７  ハウジング
１８  係止部
１９  保持部
２０  弾性部材
【要約】
【課題】合成樹脂製の測定管が変形し難いコリオリ式質量流量計を得る。
【解決手段】合成樹脂製の測定管１１のＵ字状の曲管部１１ａには補強管１１ｂが被着され、曲管部１１ａは補強管１１ｂにより保形されている。曲管部１１ａには第１の磁性体ホルダ１１ｅが取り付けられ、先端には磁極面を前方に向けた永久磁石から成る磁気作用体１１ｆが埋め込まれている。第１の磁性体ホルダ１１ｅの先端に対向した離隔位置に第２の磁性体ホルダ１２ａが設けられ、第１の磁性体ホルダ１１ｅ中の磁気作用体１１ｆと対向して、磁極面を第１の磁性体ホルダ１１ｅに向けた永久磁石１２ｂが配置され、磁気作用体１１ｆと異極同士の磁極面が対向している。第２の磁性体ホルダ１２ａの永久磁石１２ｂは、磁気作用体１１ｆを磁気吸引力により吸引し、曲管部１１ａを離隔的かつ弾性的に引き寄せて保持する。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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