(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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、上流側固定端と下流側固定端の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま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この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チューブと、前記中点に設けられ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とを具備したことを特徴とするコリオリ質量流量計である。【選択図】　　　　図１
2004125647.tif 000002
【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、
上流側固定端と下流側固定端の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま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この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チューブと、
前記中点に設けられ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】
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、
前記上流側固定端部近傍と前記下流側固定端部近傍との前記振動チューブに設けら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。
【請求項３】
前記励振器として、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たこと
を特徴とする請求項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、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１４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１５は、図１４の振動チューブ１１のｂ−ｂ断面図、図１６は図１４の振動チューブ１１のａ−ａ，ｃ−ｃ断面図、図１７は振動チューブ１１の振動の様子を示す斜視図である。
図１５，図１６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１７において、Ａ，Ｂ，Ｃは図１５，図１６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１４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１８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、
上流側固定端と下流側固定端の中点を中心に点対称で３個の変曲点を有する曲線形状で前記点対称の曲線形状を保持したまま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この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チューブと、前記中点に設けられ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とを具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２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、
前記上流側固定端部近傍と前記下流側固定端部近傍との前記振動チューブに設けら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。
【００１７】
本発明の請求項３のコリオリ質量流量計においては、請求項２記載のコリオリ質量流量計において、
前記励振器として、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たことを特徴とする。
【００１８】
【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ａ−ａ断面図、図３は図１の動作説明図である。
【００１９】
振動チューブ２０は、図１に示す如く、上流側固定端部１２と下流側固定端部１３の中点２５を中心に点対称で、変曲点を３箇所有するＳ字形の形状をなし、緩やかなカーブをもつＳ字形の形状である。
【００２０】
励振器３０は、中点２５に設けられ、振動チューブ２０に基準軸１４の回りの回動力、あるいは振動チューブ２０の管軸回りの回動力を加える。
この場合は、図１，図２，図３に示す如く、励振器３０は、基準軸１４をはさんで対称に配置された励振器３１と励振器３２とを有する。
【００２１】
励振器３１と励振器３２とは、それぞれ一対のコイル３１１，３２１とマグネット３１２，３２２とを有する。
これら励振器３１と励振器３２とは、互いに逆位相になるような、Ｙ方向の振動力を発生する。
【００２２】
微小振幅の場合、対称な位置に＋Ｙと−Ｙの力を加えることで、ほぼＲｏｔＸの回転力になる。
分かりやすくする為に、図には記載していないが、実際には他に、振動チューブ２０の振動の状況を検出する振動検出センサ１６，１７を適当な場所に２つ設置し、コリオリ力による振動状況を測定し、質量流量や密度を求める。
【００２３】
以上の構成において、振動チューブ２０は、図３に示す如く、　Ａ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→　のように位置を変えて振動をする。
このような振動を続ける為に、励振器３０が中点２５付近に設置され、図３に示すように、基準軸回り（ＲｏｔＸ）の回転力（モーメント）を振動チューブ２０に加える。
【００２４】
この結果、
熱膨張で振動チューブ２０の長さや形状が変化しても、振動チューブ２０の形状の点対称の中心である中点２５は、場所が移動することが無く、その中点２５の上に配置された励振器３０も位置移動しない。
【００２５】
コイル３１１，３２１とマグネット３１２，３２２を利用した通常の励振器３０では、片側を振動チューブ２０に、反対側をハウジング６等の固定場所に設置するので、振動チューブ２０の位置がずれると、コイル３１１，３２１とマグネット３１２，３２２の位置関係がずれて安定した励振ができなくなるばかりか、最悪の場合、接触して壊れてしまう。
【００２６】
中点２５上に設置された励振器３０の絶対位置は移動しないので、コイル３１１，３２１とマグネット３１２，３２２の相対位置関係も変化せず、熱膨張に強く、安定した励振振動が確保できるコリオリ質量流量計が得られる。
【００２７】
図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明図で、図５は図４の動作説明図である。
本実施例において、４１は、上流側固定端部１２近傍の振動チューブ２０に設けられ、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、振動チューブ２０に基準軸１４回りの回動力、あるいは振動チューブ２０の管軸回りの回動力を加える励振器である。
【００２８】
４２は、下流側固定端部１３近傍の振動チューブ２０に設けられ上流側固定端１２と下流側固定端１３とを結ぶ直線を基準軸１４として、振動チューブ２０に基準軸１４回りの回動力、あるいは振動チューブ２０の管軸回りの回動力を加える励振器である。
【００２９】
すなわち、振動チューブ２０の形状、振動モードは、図３と同じである。
しかし、振動チューブ２０の中点２５に励振器１個を設置するのではなく、上下流固定端部１２，１３近傍に、上流側励振器４１と下流側励振器４２とが設けられている。
【００３０】
上流側励振器４１と下流側励振器４２とが、上下流固定端部１２，１３近傍に設けられているのは、上下流固定端部１２，１３では、振動チューブ２０はハウジング６等の固定場所に固定されているので、力を加えても振動チューブ２０が振動することがないので、上下流固定端部１２，１３より僅かずれた箇所で、上流側励振器４１と下流側励振器４２とが励振するようにするためである。
【００３１】
それぞれの励振器４１，４２は、振動チューブ２０と、ハウジング６等の不動部分との間に固定され、振動チューブ２０に基準軸１４回りの回転力を加える。この場合は、トルク発生器あるいはステッピングモーター等の回転振動を発生できる機器が使用されている。
【００３２】
本実施例の場合、上流側励振器４１と、下流側励振器４２は、上下流対称な構造で、ＲｏｔＸ方向の回転トルク振動を同位相で発生し、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。
【００３３】
振動チューブ２０の両端１２，１３近傍では、熱膨張による振動チューブ２０の位置変化が少ない。
この結果、位置変化がないので、そこに設置された励振器４１，４２は、熱膨張に強く、安定した励振振動が確保できるコリオリ質量流量計が得られる。
【００３４】
図６は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図７は図６の要部構成説明図、図８は図６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。
【００３５】
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４，図５の場合と同じであるが、励振器５１，５２に圧電素子５１１，５１２，５２１，５２２を用いた回転トルク発生器を採用している。
【００３６】
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７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。
【００３７】
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７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８のＢ→Ａ→Ｃ→Ａ→Ｂ→Ａ→　のように位置を変えて振動する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図９は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１０は図９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。
【００４１】
図１１は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、振動チューブ２０の形状は図５実施例と同じだが、振動モードが異なる実施例に、上流側励振器４１と下流側励振器４２を使用したものである。
【００４２】
図１２は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、Ｕ字形状の振動チューブ７１に、上流側励振器４１と下流側励振器４２を使用したものである。
【００４３】
図１３は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、励振器８０は、中点２５での振動チューブ２０の管軸２０１回りの回動力を加える。
振動チューブ２０を励振振動させるのに必要なのは、本来は、基準軸１４回りの回転力である。
【００４４】
しかし、本実施例のように、振動チューブ２０が大きな湾曲部を持たない直管に近い形状では、中点２５における基準軸１４と管軸２０１のずれ角は小さいので、管軸２０１回りの回転力を加えても、実質的には同等の効果を得ることができる。
【００４５】
基準軸１４と管軸２０１がずれている場合、基準軸１４回りの回転力より、管軸２０１回りの回転力を加える方が、実際上は、容易に製作しやすいので、ずれ角が小さい場合は、管軸２０１回りの回転力を与えても、同様の効果が得られることになる。
【００４６】
なお、モーターやトルク発生器を、本発明の励振器に使用すれば、振動チューブとその振動チューブ上に設置された励振器が移動するストローク分の隙間を作る必要が無い。
【００４７】
回転運動ができれば隙間ゼロで良いので、精度良い寸法管理が不要で、隙間にゴミ等がつまる心配もない。
更に、位置変形による形状非線形性も無いので、高安定な励振が可能になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００４８】
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。
【００４９】
【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。
熱膨張で振動チューブの長さや形状が変化しても、振動チューブ形状の点対称の中心である中点は、場所が移動することが無く、その中点上に配置された励振器も位置移動しない。
【００５０】
コイルとマグネットを利用した通常の励振器では、片側を振動チューブに、反対側をハウジング等の固定場所に設置するので、振動チューブの位置がずれると、コイルとマグネットの位置関係がずれて安定した励振ができなくなるばかりか、最悪の場合、接触して壊れてしまう。
【００５１】
中点上に設置された励振器の絶対位置は移動しないので、コイルとマグネットの相対位置関係も変化せず、熱膨張に強く、安定した励振振動が確保できるコリオリ質量流量計が得られる。
【００５２】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
振動チューブの両端近傍では、熱膨張による振動チューブの位置変化が少ない。
位置変化がないので、そこに設置された励振器は、熱膨張に強く、安定した励振振動が確保できるコリオリ質量流量計が得られる。
【００５３】
本発明の請求項３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。
【００５４】
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。
【００５５】
請求項３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。
【００５６】
なお、モーターやトルク発生器を本発明の励振器に使用すれば、振動チューブとその振動チューブ上に設置された励振器が移動するストローク分の隙間を作る必要が無い。
【００５７】
回転運動ができれば隙間ゼロで良いので、精度良い寸法管理が不要で、隙間にゴミ等がつまる心配もない。
更に、位置変形による形状非線形性も無いので、高安定な励振が可能になるコリオリ質量流量計が得られる。
【００５８】
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ａ−ａ断面図である。
【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の動作説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】図６の要部構成説明図である。
【図８】図６の動作説明図である。
【図９】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１０】図９の側面図である。
【図１１】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１４】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１５】図１４の動作説明図である。
【図１６】図１４の動作説明図である。
【図１７】図１４の動作説明図である。
【図１８】図１４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
２０１　中点での管軸
２５　　中点
３０　　励振器
３１　　励振器
３１１　コイル
３１２　マグネット
３２　　励振器
３２１　コイル
３２２　マグネット
４１　　上流側励振器
４２　　下流側励振器
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
７０　　振動チューブ
７１　　励振器
【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】
2004125647.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004125647.tif 000012
【図１１】
2004125647.tif 000013
【図１２】
2004125647.tif 000014
【図１３】
2004125647.tif 000015
【図１４】
2004125647.tif 000016
【図１５】
2004125647.tif 000017
【図１６】
2004125647.tif 000018
【図１７】
2004125647.tif 000019
【図１８】
2004125647.tif 000020