(57)【要約】【課題】本発明は被測流体が充填された収納ケースにセンサチューブを挿入して計測する構成でセンサチューブに取り付けられたマグネットが被測流体に接触しないことを課題とする。【解決手段】質量流量計のセンサチューブ１４には、駆動用のマグネット及び検出用のマグネットが取り付けられている。マグネット１６ａは、磁性材からなる永久磁石７０と、永久磁石７０の全表面を覆うカバー部材７２とから構成されている。カバー部材７２は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼などの高圧水素が金属分子間に浸透することを防止することのできるような強固な金属材により形成されている。センサチューブ１４の外周に永久磁石７０の全表面をカバー部材７２で覆うことにより、永久磁石７０が被測流体である高圧水素に接触することが防止され、磁力の低下や破壊されることがない。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、
前記空間内に挿通され、被測流体が流れるセンサチューブと、
前記センサチューブに取り付けられた駆動用磁石と、前記収納ケースの外壁に設けられ、前記駆動用磁石を振動方向に駆動する駆動コイルとからなる加振器と、
前記センサチューブに取り付けられた検出用磁石と、前記収納ケースの外壁に設けられ、前記検出用磁石の変位を検出する検出部とからなるピックアップと、前記センサチューブを通過する被測流体を収納ケースの空間に供給する通路と、
を有する振動式測定装置において、
前記駆動用磁石及び前記検出用磁石の表面を前記被測流体から隔離するように覆う非磁性体のカバー部材を設けたことを特徴とする振動式測定装置。
【請求項２】
前記カバー部材は、オーステナイト系ステンレス材により形成したことを特徴とする請求項１記載の振動式測定装置。
【請求項３】
前記カバー部材の内部空間と前記磁石との隙間に非圧縮流体を充填したことを特徴とする請求項１または２記載の振動式測定装置。
【請求項４】
前記カバー部材は、前記磁石の形状に対応する形状の収納凹部が形成された第１のカバーと、前記第１のカバーの縁部を同一形状に形成された第２のカバーと、よりなり、
前記第１のカバーの縁部と前記第２のカバーの縁部とを接合したことを特徴とする請求項１乃至３記載の何れかの振動式測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動式測定装置に係り、特にセンサチューブを加振してコリオリ力によるセンサチューブの変位を検出して流量または密度を計測するよう構成した振動式測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体が供給された管路を振動させて流体の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリオリ式質量流量計又は振動式密度計がある。以下、コリオリ式質量流量計について説明する。
【０００３】
このコリオリ式質量流量計では、被測流体が通過するセンサチューブを加振器により半径方向に振動させ、流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの変位をピックアップにより検出するよう構成されている。また、振動式密度計も上記コリオリ式質量流量計と同様な構成になっており、センサチューブが被測流体の密度に応じた周波数で振動する。
【０００４】
従来の振動式測定装置としては、例えば、コリオリ式質量流量計の場合、一対のセンサチューブに流体を流し、加振器（駆動コイル）の駆動力により一対のセンサチューブを互いに近接、離間する方向に振動させる構成とされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、加振器及びピックアップは、マグネットとコイルとから構成されており、加振器の駆動コイルに駆動パルスまたは正負のある交番電圧（交流信号）が入力されると、センサチューブに取り付けられた駆動用マグネットに対して吸引力または反発力を作用させてセンサチューブを振動させ、振動するセンサチューブに取り付けられた検出用マグネットの変位をピックアップのセンサコイル（検出部）から出力される検出信号により検出するようになっている。
【０００６】
そして、コリオリの力は、センサチューブの振動方向に働き、かつ入口側と出口側とで逆向きであるのでセンサチューブに捩れが生じ、この捩れ角が質量流量に比例する。従って、一対のセンサチューブの入口側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を検出するピックアップ（振動センサ）を設け、両センサの出力検出信号の時間差を計測して上記センサチューブの捩れ、つまり質量流量を計測している。
【０００７】
ところが、例えば自動車の燃料として使用されるＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）等の高圧に加圧された圧縮性天然ガスを給送するガス供給系路に上記質量流量計を設けて流量計測を行う場合、センサチューブの耐圧強度を高める必要がある。
【０００８】
しかしながら、センサチューブの肉厚を厚くすると、センサチューブを振動させる加振器の駆動力を大きくしなければならず、且つセンサチューブの剛性が高くなった分、計測時の共振振幅が小さくなって外乱の影響を受けやすくなったり、流量計測時、流入側及び流出側の振動センサの位相差（ねじれ角）が小さくなったりして、計測精度が低下するといった課題が生じる。
【０００９】
そこで、従来の振動式測定装置では、センサチューブの圧力供給孔から収納ケース内に被測流体を供給することにより、センサチューブの内部と外部との圧力をバランスさせて、センサチューブの耐圧強度を高めなくても高圧流体を計測することができるようにしている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−３３１４０６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動式測定装置では、上記のように収納ケースの内部に被測流体を充填させて高圧流体を計測する場合、加振器及びピックアップが収納ケースの内部に収納されているため、被測流体が燃料等の可燃性流体である場合には、加振器の駆動コイル及びピックアップのセンサコイルを被測流体に接触しないように防爆ケースなどで覆う必要があり、電気信号によるスパークが生じない構成とする必要があった。
【００１２】
しかしながら、被測流体によっては、加振器のマグネットやコイルの材質や絶縁被覆に影響を与える場合や、電気配線を内部まで通過させるために収納ケースに貫通端子を設けたりする必要があった。
【００１３】
例えば、センサチューブに取り付けられるマグネットには、希土類の材料が使われる場合が多いが、希土類の金属は、水素と化合しやすく、水素雰囲気中では、磁力の低下や破壊される場合があり、被測流体に接触する場所での使用が難しかった。
【００１４】
そのため、燃料電池車の燃料タンクに高圧水素を充填する充填装置の燃料供給経路に質量流量計を設ける場合、センサチューブの耐圧強度を小さくして計測精度を高めるため、センサチューブを収納する収納ケース内にも被測流体が充填させる構成が採用されると、センサチューブに取り付けられたマグネットが水素に接触してしまいマグネットの磁力の低下や破壊を招いて流量計測ができなくなるおそれがあった。
そこで、本発明は上記問題を解決した振動式測定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
上記請求項１記載の発明は、駆動用磁石及び検出用磁石の表面を被測流体から隔離するように覆う非磁性体のカバー部材を設けたものであり、磁石が被測流体に直接接触することを防止して磁石の物理特性の劣化を防止することが可能になると共に、被測流体が可燃性流体であっても安全に計測することが可能になる。
【００１６】
上記請求項２記載の発明は、カバー部材をオーステナイト系ステンレス材により形成したものであり、カバー部材に被測流体に接触してもカバー部材が劣化することを防止することが可能になる。特に磁石の磁力を損なわないように非磁性のステンレス材を使用しており、被測流体が水素の場合には水素に対する強度及び磁力パターンを乱さないように構成することが可能になる。
【００１７】
上記請求項３記載の発明は、カバー部材の内部空間と磁石との隙間に非圧縮流体を充填したものであり、カバー部材の耐圧強度をより高めることが可能になると共に、カバー部材の変形が防止されて磁石に影響することを防止する。
【００１８】
上記請求項４記載の発明は、カバー部材が、磁石の形状に対応する形状の収納凹部が形成された第１のカバーと、第１のカバーの縁部を同一形状に形成された第２のカバーと、よりなり、第１のカバーの縁部と第２のカバーの縁部とを接合することにより、収納凹部が接合時に変形することが防止され、特に溶接のように熱を加える場合に収納凹部に収納された磁石に直接熱の影響を与えることがなく、磁石が溶接熱によって変形したり、磁気特性が変化することが防止される。
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明になる振動式測定装置について説明する。
図１は本発明になる振動式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質量流量計の横断面図である。図２は図１中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。図３は図１中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【００１９】
尚、振動式測定装置は、被測流体の密度、及び密度を利用して質量流量を求めることができるため、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用いられる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用いた場合について詳細に説明する。
【００２０】
図１乃至図３に示されるように、質量流量計１０は、密閉された収納ケース１２の内部に挿入された１本のセンサチューブ１４と、センサチューブ１４の長手方向の中間部分を加振する加振器１６と、振動するセンサチューブ１４の流入側の変位を検出する流入側ピックアップ１８と、振動するセンサチューブ１４の流出側の変位を検出する流出側ピックアップ２０とを有する。
【００２１】
加振器１６、流入側ピックアップ１８、流出側ピックアップ２０は、センサチューブ１４の軸線に対して対称に配置され、且つ加振器１６を中心に流入側ピックアップ１８と流出側ピックアップ２０とが対称に設けられている。
【００２２】
収納ケース１２は、円筒状に形成されており、両端開口が円盤状に形成されたフランジ２２，２４によって閉塞されている。尚、フランジ２２，２４は、収納ケース１２の端部に溶接等によって一体的に固着される。
【００２３】
また、収納ケース１２は、被測流体がＣＮＧのような高圧流体が内部空間２６に充填されても圧力に耐えられるように耐圧強度が確保されている。
【００２４】
センサチューブ１４は、直管状に形成された金属パイプからなり、一端１４ａが流入側のフランジ２２を貫通する取付孔２２ａに挿入された状態で固着され、他端１４ｂが流出側のフランジ２４を貫通する取付孔２４ａに遊嵌状態で挿入される。また、センサチューブ１４の一端１４ａの外周には、円盤状の流入側支持板２８が嵌合固定され、流入側支持板２８の外周が収納ケース１２の一端に形成された環状の凹部１２ａに嵌合固定される。
【００２５】
また、センサチューブ１４の他端１４ｂの外周には、円盤状の流出側支持板３０が嵌合固定され、流出側支持板３０の外周が収納ケース１２の他端に形成された環状の凹部１２ｂに嵌合固定される。さらに、取付孔２４ａの内周には、鉤型の溝２４ｂが形成されている。
【００２６】
そして、流出側支持板３０は、鉤型の溝２４ｂに挿入される突起３２が設けられ、且つ突起３２に連続するように収納ケース１２の内周よりも内側に形成された凹部３０ａが設けられている。そのため、センサチューブ１４の他端１４ｂは、上記溝２４ｂと突起３２、及び凹部３０ａと収納ケース１２の内壁との間に形成された通路３４を介して内部空間２６に連通される。
【００２７】
よって、センサチューブ１４に流入された被測流体は、他端１４ｂから通路３４を通過して内部空間２６に供給される。これにより、センサチューブ１４の内部圧力と内部空間２６の圧力が平衡になり、センサチューブ１４の内部と外部との圧力差が小さくなる。
【００２８】
これにより、センサチューブ１４の肉厚を被測流体の圧力に応じた厚さにする必要がなくなり、例えば、ＣＮＧのように２０ＭＰａ以上の高圧で供給されるガスを計測する場合でもセンサチューブ１４の肉厚を厚くして耐圧強度を高める必要が無く、加振器１５の駆動力を増大させる必要もない。
【００２９】
センサチューブ１４の中間部分の外周には、加振器１６の駆動用マグネット１６ａ，１６ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。また、センサチューブ１４の加振器１６より流入側の外周には、流入側ピックアップ１８の検出用マグネット１８ａ，１８ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。また、センサチューブ１４の加振器１６より流出側の外周には、流出側ピックアップ２０の検出用マグネット２０ａ，２０ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。
【００３０】
駆動用マグネット１６ａ，１６ｂは、検出用マグネット１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂよりも重量が大であり、加振時の重り（慣性質量）としても機能する。
【００３１】
さらに、収納ケース１２の外周には、マグネット１６ａ，１６ｂに対向する駆動コイル１６ｃ，１６ｄと、マグネット１８ａ，１８ｂに対向するセンサコイル１８ｃ，１８ｄと、マグネット２０ａ，２０ｂに対向するセンサコイル２０ｃ，２０ｄとが取り付けられている。このように、質量流量計１０では、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄが収納ケース１２の外周に設けられているので、例えば、収納ケース１２の内部にＣＮＧのような可燃性ガスが充填されても電気系統からのスパークが引火する可能性が無いので、安全性が確保されている。
【００３２】
また、収納ケース１２は、例えば、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３０４）により形成されている。さらに、駆動コイル１６ｃ，１６ｄの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心１６ｅ，１６ｆが挿入されている。
【００３３】
そのため、駆動コイル１６ｃ，１６ｄが収納ケース１２の外周に設けられていても駆動コイル１６ｃ，１６ｄにより生じた磁束は、収納ケース１２を貫通してマグネット１６ａ，１６ｂに到達する。これにより、駆動コイル１６ｃ，１６ｄは、収納ケース１２の外周からマグネット１６ａ，１６ｂを振動方向（Ｙ方向）に加振することができる。
【００３４】
加振器１６は、上記マグネット１６ａ，１６ｂと、駆動コイル１６ｃ，１６ｄとから構成されており、駆動コイル１６ｃ，１６ｄに交互に正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット１６ａ，１６ｂが吸引または反発することで、センサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００３５】
流入側ピックアップ１８は、上記マグネット１８ａ，１８ｂと、センサコイル（検出部）１８ｃ，１８ｄとから構成されており、マグネット１８ａ，１８ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴ってセンサコイル１８ｃ，１８ｄに対して近接・離間するため、センサコイル１８ｃ，１８ｄからマグネット１８ａ，１８ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。
【００３６】
流出側ピックアップ２０は、上記マグネット２０ａ，２０ｂと、センサコイル（検出部）２０ｃ，２０ｄとから構成されており、マグネット２０ａ，２０ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴ってセンサコイル２０ｃ，２０ｄに対して近接・離間するため、センサコイル２０ｃ，２０ｄからマグネット２０ａ，２０ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。
【００３７】
質量流量計１０では、上記のように収納ケース１２の内部空間２６に被測流体が充填されてセンサチューブ１４の内部と外部との圧力差が小さくなるので、センサチューブ１４の肉厚を小さくすることで、加振器１６の駆動力を小さくすることが可能になり、加振器１６の駆動コイル１６ｃ，１６ｄに流れる電流値を小さくして消費電力を節約することができる。
【００３８】
しかも、センサチューブ１４は、肉薄形状の金属パイプからなるため、コリオリ力によるセンサチューブ１４の変形・変位が大きくなり、ピックアップ１６より大きな出力が得られ、ＳＮ比を改善することができると共に、計測精度が向上する。
【００３９】
収納ケース１２の外周に設けられた加振器１６の駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びピックアップ１８，２０のセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄは、ケーブル３６ａ〜３６ｆを介して流量計測制御回路３８と接続されている。駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄ及びケーブル３６ａ〜３６ｆは、収納ケース１２の内部に挿入されないため、安全性が高まる。
【００４０】
流量計測制御回路３８は、本質安全防爆バリア回路、励振・時間差検出回路、ヤング率・Ｖ／Ｆ変換回路、出力回路、電源回路、減衰率検出回路、判別回路、制御回路（夫々図示せず）等を有する。
【００４１】
流量計測時、上記構成になる質量流量計１０において、流量計測制御回路３８によって加振器１６が駆動され、センサチューブ１４の振動特性（固有振動数）に応じた周期、振幅でセンサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に加振させる。
【００４２】
このように、振動するセンサチューブ１４に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力が発生する。そのため、直管状のセンサチューブ１４の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側ピックアップ１８と流出側ピックアップ２０との出力信号に位相差が生じる。
【００４３】
流量計測制御回路３８は、上記流入側の出力信号と流出側の出力信号との位相差が流量に比例するため、当該位相差に基づいて流量を演算する。よって、センサチューブ１４の変位が流入側ピックアップ１８及び流出側ピックアップ２０により検出されると、上記センサチューブ１４の振動に伴う上記位相差が流量計測制御回路３８により質量流量に変換される。
【００４４】
ここで、上記センサチューブ１４を加振器１５により振動させて被測流体の流量を計測する場合の原理について説明する。
【００４５】
図４は加振器１５がセンサチューブ１４を振動させる状態を模式的に示す図である。図５は振動するセンサチューブ１４に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。
【００４６】
図４に示されるように、流量計測時は、加振器１６の駆動コイル１６ｃ，１６ｄに対して上記流量計測制御回路３８の励振回路から正負のある交番電圧（交流信号）が交互に出力されることで、センサチューブ１４の中間部分が共振状態で振動する。
【００４７】
すなわち、加振器１６は、一方の駆動コイル１６ｃがマグネット１６ａに対して反発力を付与すると共に、他方の駆動コイル１６ｄがマグネット１６ｂに対して吸引力を付与する。これにより、加振器１６は、センサチューブ１４の中間部分をＹ方向に押圧する加振力Ｆａを発生させる。これにより、センサチューブ１４は、両端１４ａ，１４ｂを節として中間部分が一点鎖線で示すように円弧状に撓む。
【００４８】
また、加振器１６は、一方の駆動コイル１６ｃがマグネット１６ａに対して吸引力を付与すると共に、他方の駆動コイル１６ｄがマグネット１６ｂに対して反発力を付与する。これにより、センサチューブ１４は、両端１４ａ，１４ｂを節として中間部分が破線で示すように円弧状に撓む。
【００４９】
このように、駆動コイル１６ｃ，１６ｄに交互に正逆の電圧を印加することで、センサチューブ１４は、一定の周期、振幅で振動する。そして、振動しているセンサチューブ１４内を被測流体が流れるときにコリオリの力が生じる。
【００５０】
また、駆動コイル１６ｃ，１６ｄに１８０度に位相差を持ったオン・オフのパルス信号を与えた場合は、オフ時には吸引力もしくは反発力が発生しないが、センサチューブ１４の振動の慣性により全く同じ動きをする。
【００５１】
図５に示されるように、センサチューブ１４の流入側と流出側とでは、逆方向のコリオリ力＋Ｆ，−Ｆが作用する。これにより、センサチューブ１４は、流入側と流出側とで振動に位相差が生じる。
【００５２】
すなわち、センサチューブ１４の中間部分が図４中一点鎖線で示すように駆動されるとき、図５中一点鎖線で示すようにセンサチューブ１４の流入側にコリオリ力＋Ｆが作用し、センサチューブ１４の流出側にコリオリ力−Ｆが作用する。また、センサチューブ１４が図４中破線で示すように駆動されるとき、図５中破線で示すようにセンサチューブ１４の流入側にコリオリ力−Ｆが作用し、センサチューブ１４の流出側にコリオリ力＋Ｆが作用する。
【００５３】
このセンサチューブ１４の変位は、ピックアップ１８，２０のセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄにより検出され、流量計測制御回路３８において、加振器１５に入力された入力信号との時間差Δｔの信号に変換され、さらに流量パルスに変換される。
【００５４】
即ち、流量計測制御回路３８は、次式の演算を行って質量流量Ｑｍを算出する。
Ｑｍ＝Ａ・Δｔ…（１）
但し、Ａは質量流量計固有の定数である。
【００５５】
尚、上記実施例では、１本のセンサチューブ１４が収納ケース１２の内部に挿通される構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、２本のセンサチューブを平行に配置して２本のセンサチューブの相対変位を検出するようにして良いのは勿論である。
【００５６】
ここで、上記マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂの構成について説明する。尚、マグネット１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、夫々同一構成であるので、以下マグネット１６ａの構成について説明し、それ以外のマグネットの説明は省略する。
【００５７】
図６はマグネット１６ａの第１実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
図６（Ａ）（Ｂ）に示されるように、マグネット１６ａは、磁性材からなる直方体形状とされた永久磁石７０と、永久磁石７０の全表面を覆うように直方体形状とされたカバー部材７２とから構成されている。永久磁石７０は、カバー部材７２の密閉された空間７２ａに収納されており、外部と遮断されている。また、マグネット１６ａは、磁力線が増大するようにセンサチューブ１４の長手方向に沿うように長方形に形成されている。
【００５８】
カバー部材７２は、例えば、非磁性体のステンレス鋼などの高圧水素が金属分子間に浸透することを防止することのできるような強固なもので、且つ、水素脆性に強い材質で形成されている。
【００５９】
そのような材質としては、オーステナイト系ステンレス鋼が条件に適しており、その中でもモリブデンが組成に含まれているものが好適である。さらに、低炭素鋼（化学成分として、炭素が０．０４％以下）であれば、なお好適である。また、ステンレス鋼以外では、ガラス等も考えられる。
【００６０】
また、カバー部材７２の製造方法としては、金属板をプレス加工して永久磁石７０の外周を覆うような形状に加工し、継目を溶接などで接合させるような金属加工技術により形成する方法を採用しても良い。あるいは、めっきなどにより永久磁石７０の表面に直接金属膜を被覆形成する方法も考えられる。
【００６１】
尚、図６（Ａ）（Ｂ）に示す、第１実施例では、直方体のカバー部材７２を図示したが、カバー部材７２を円筒形としても良い。但し、その場合、センサチューブ１４の長手方向に沿った長さも短くなるので、磁力線の量は減少する。
【００６２】
永久磁石７０は、例えば、希土類の金属により形成されている場合、水素と化合しやすく、水素雰囲気中においては、磁力の低下や破壊される場合がある。しかしながら、永久磁石７０の全表面をカバー部材７２で覆うことにより、永久磁石７０が被測流体である高圧水素に接触することが防止され、磁力の低下や破壊されることがない。
【００６３】
そのため、質量流量計１０では、センサチューブ１４の耐圧強度を小さくして計測精度を高めるため、センサチューブ１４を収納する収納ケース１２内にも被測流体（水素）が充填させる構成が採用されても、センサチューブ１４に取り付けられた永久磁石７０が水素に接触することが防止され、燃料電池車の燃料タンクに高圧水素を充填する充填装置の燃料供給経路で水素充填量を計測することが可能になる。
【００６４】
図７はマグネット１６ａの第２実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。尚、図７（Ａ）（Ｂ）において、上記第１実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第２実施例のカバー部材７３は、直方体形状とされた永久磁石７０と下面とを覆うように凹形状の収納部材（第１のカバー）７４と、永久磁石７０の上面を覆う長形状の蓋部材（第２のカバー）７６とから構成されている。
【００６５】
カバー部材７３は、永久磁石７０が収納部材７４の収納凹部７４ａに収納された状態で円盤状に形成された蓋部材７６で収納凹部７４ａを塞ぎ、収納部材７４の周縁部と蓋部材７６との間を溶接７８で固着する。
【００６６】
これにより、永久磁石７０は、密閉された空間に収納された状態でカバー部材７２によって保護される。
【００６７】
また、収納部材７４及び蓋部材７６を非磁性材であるステンレス材により形成した場合、溶接７８部分が磁性を有するため、溶接７８を永久磁石７０の磁力線パターンが影響を受けにくい場所に設ける必要がある。そこで、第２実施例では、溶接７８が円柱形状とされた永久磁石７０の角部付近に位置するように設けられている。そのため、溶接７８の位置は、コイルと対面しない位置に設けられており、永久磁石７０の磁力線パターンが溶接部分の磁性化により乱れることが防止される。
【００６８】
図８はマグネット１６ａの第３実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。尚、図８（Ａ）（Ｂ）において、上記各実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第３実施例のカバー部材８０は、内部に永久磁石７０を収納する直方体形状に形成された内部空間８０ａを有する。この内部空間８０ａは、内部空間８０ａが密閉されており、永久磁石７０よりも内径及び深さ寸法が若干大きく形成されており、永久磁石７０がすっぽり入るのに十分な容積をもっている。
【００６９】
そのため、永久磁石７０と内部空間８０ａを形成する内壁との間には微小な隙間８２が存在する。そして、隙間８２には、流動性を有する非圧縮流体８４が充填されている。
【００７０】
この非圧縮流体８４は、ゲル状のものあるいは液体などからなり、密閉された内部空間８０ａの隙間８２に充填されることにより、カバー部材８０が被測流体の圧力により変形されることが防止される。
【００７１】
また、カバー部材８０においては、永久磁石７０の外形に対して隙間が無いように内部空間８０ａを高精度に作成することは難しい。しかしながら、内部空間８０ａを永久磁石７０の外形よりも若干大きくすれば、加工精度を下げて容易に製作することができる。
【００７２】
図９はマグネット１６ａの第４実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。尚、図９（Ａ）（Ｂ）において、上記各実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図９（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第４実施例のカバー部材８６は、円柱状に形成された永久磁石７０の外周と上面とを覆うように円筒形状に形成された収納部材８８と、永久磁石７０の下面を覆う円盤形状の蓋部材９０とから構成されている。
【００７３】
収納部材８８は、永久磁石７０を収納する円形の収納凹部８８ａと、収納凹部８８ａの周縁部から半径方向に突出する鍔部８８ｂを有する。また、蓋部材９０は、外径が鍔部８８ｂの外径と同径となるように円盤状に形成されている。
【００７４】
そして、蓋部材９０の外周と鍔部８８ｂの外周とは、溶接９２により全周を固着されている。そのため、永久磁石７０は、収納部材８８と蓋部材９０との間で挟持された状態で保持され、且つ溶接９２により密閉された空間９４の内部で外部を遮断される。よって、センサチューブ１４に取り付けられた永久磁石７０が被測流体である水素に接触することが防止され、水素充填量を計測することが可能になる。
【００７５】
また、溶接９２の位置は、コイルと対面しないように、永久磁石７０より半径方向に離間した蓋部材９０の外周と鍔部８８ｂの外周に設けられるため、永久磁石７０の磁力線パターンが溶接部分の磁性化により乱れことが防止される。
【００７６】
また、溶接９２は、永久磁石７０から半径方向に離れた位置にあるので、永久磁石７０に溶接熱が伝わりにくく、永久磁石７０に対する熱影響を小さく抑えられる。
【００７７】
図１０は第４実施例のマグネットの取付構造を示す縦断面図である。
図１０に示されるように、マグネット１６ａ，１６ｂは、カバー部材８６の蓋部材９０をセンサチューブ１４の外周に固定される。このとき、永久磁石７０は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置される向きで取り付けられる。
【００７８】
そして、マグネット１６ａ，１６ｂは、永久磁石７０の平面が収納ケース１２の外周に取り付けられた駆動コイル１６ｃ，１６ｄと対向するように取り付けられる。
【００７９】
このように、第４実施例のカバー部材８６は、蓋部材９０をブラケットとして用いることが可能であるので、容易にセンサチューブ１４に取り付けることが可能である。また、溶接９２は、駆動コイル１６ｃ，１６ｄの対向しないように半径方向にずれた位置に設けられており、駆動コイル１６ｃ，１６ｄと永久磁石７０との間の磁界に影響を与えないように設けられている。
【００８０】
ここで、上記マグネット１６ａが取り付けられた質量流量計の変形例について説明する。
図１１は変形例１の質量流量計４０の構成を示す横断面図である。図１２は図１１中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。図１３は図１１中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。尚、図１１乃至図１３において、上記図１乃至図３に示す質量流量計１０と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図１１乃至図１３に示されるように、質量流量計４０は、密閉された収納ケース１２の内部に挿入されたセンサチューブ１４と、センサチューブ１４を加振する加振器４６と、振動するセンサチューブ１４の流入側変位を検出する流入側ピックアップ４８と、振動するセンサチューブ１４の流出側変位を検出する流出側ピックアップ５０とを有する。
【００８２】
加振器４６は、上記センサチューブ１４に設けられたマグネット４６ａ，４６ｂと、収納ケース１２の外周に設けられた駆動コイル４６ｃ，４６ｄとから構成されており、駆動コイル４６ｃ，４６ｄに交互に正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット４６ａ，４６ｂが吸引または反発することで、センサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００８３】
マグネット４６ａ，４６ｂは、前述したマグネット１６ａの第１乃至第４実施例と同様な構成になっており、被測流体が永久磁石７０に接触しないように永久磁石７０をカバー部材７２，７３，８０，８６によって覆われている。
【００８４】
また、収納ケース１２は、例えば、オーステナイト系からなる非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３０４）により形成されている。さらに、駆動コイル４６ｃ，４６ｄの中心には、例えば、フェライト系の磁性材からなる鉄心４６ｅ，４６ｆが挿入されている。
【００８５】
そのため、駆動コイル４６ｃ，４６ｄが収納ケース１２の外周に設けられていても駆動コイル４６ｃ，４６ｄにより生じた磁束は、収納ケース１２を貫通してマグネット４６ａ，４６ｂに到達する。これにより、駆動コイル４６ｃ，４６ｄは、収納ケース１２の外周からマグネット４６ａ，４６ｂを振動方向（Ｙ方向）に加振することができる。
【００８６】
センサチューブ１４の中間部分の外周には、加振器４６のマグネット４６ａ，４６ｂがリング状に形成された保持部材５２により１８０度の間隔で取り付けられている。保持部材５２は、非磁性材からなる金属により形成された重り（慣性質量）であり、センサチューブ１４の中間部分の外周を全周で覆うように形成されている。
【００８７】
尚、本実施例では、マグネット４６ａ，４６ｂ及び保持部材５２が加振時の重りとして機能するが、マグネット４６ａ，４６ｂが保持部材５２を兼ねる構成である場合には、マグネット４６ａ，４６ｂのみが重りとして機能する。また、マグネット４６ａ，４６ｂ及び保持部材５２以外の所定重量を有する部材を重りとしてセンサチューブ１４の中間部分に装着することも可能である。
【００８８】
このように、保持部材５２は、振幅が最大となるセンサチューブ１４の中間部分の外周に固定されているので、加振される際に慣性質量として機能する。これにより、センサチューブ１４は、加振器４６の駆動力によって効率良く振動することが可能になり、共振周波数の付近で描く共振の尖鋭さ、共振特性の幅の狭さを示すＱ（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）が高められる。
【００８９】
また、振動系で使われるＱは、Ｑ＝ω／Δωで求まり、共振周波数ωの波形においてピークから３ｄＢ下がった高さでの幅Δωの数値（共振特性の幅）によって決まる。従って、Ｑ（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）は、共振周波数の尖鋭さを示すと同時に共振時における拡大度を示す数値でもあり、Δωが小さいほど共振特性の幅が小さくなって共振特性が高められる。これにより、質量流量計４０では、センサチューブ１４の振動部分の慣性質量を増大させてセンサチューブ１４の振動特性を高めることができ、例えば、コリオリ力が小さくなる微小流量域の計測精度を高めることができる。
【００９０】
流入側ピックアップ４８は、センサチューブ１４の流入側外周の上下位置に固着されたマグネット４８ａ，４８ｂと、収納ケース１２の外周の上下位置に設けられた磁気センサ（検出部）４８ｃ，４８ｄとから構成されており、マグネット４８ａ，４８ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴って磁気センサ４８ｃ，４８ｄに対して近接・離間するため、磁気センサ４８ｃ，４８ｄからマグネット４８ａ，４８ｂの変位量に応じた検出信号を出力する。
【００９１】
流出側ピックアップ５０は、上記センサチューブ１４の流出側外周の上下位置に固着されたマグネット５０ａ，５０ｂと、収納ケース１２の外周の上下位置に設けられた磁気センサ５０ｃ，５０ｄとから構成されており、マグネット５０ａ，５０ｂがセンサチューブ１４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴って磁気センサ５０ｃ，５０ｄに対して近接・離間するため、磁気センサ５０ｃ，５０ｄからマグネット５０ａ，５０ｂの変位量に応じた検出信号を出力する。
【００９２】
磁気センサ４８ｃ，４８ｄ及び５０ｃ，５０ｄは、例えば、微弱な磁界変化を検出することができる高感度のＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果：ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）センサなどが用いられる。また、磁気センサ４８ｃ，４８ｄ及び５０ｃ，５０ｄは、高感度であるため、収納ケース１２の外周からでもマグネット４８ａ，４８ｂ及び５０ａ，５０ｂのＹ方向の振動に伴う磁界変化に応じた電流を検出信号として出力する。
【００９３】
また、変形例２の質量流量計４０の計測動作は、前述した質量流量計１０と同様であるので、その説明は省略する。
【００９４】
図１４は変形例２の質量流量計６０の構成を示す横断面図である。図１５は図１４中Ｅ−Ｅ線に沿う縦断面図である。図１６は図１４中Ｆ−Ｆ線に沿う縦断面図である。尚、図１４乃至図１６において、上記図１乃至図３に示す質量流量計１０と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９５】
図１４乃至図１６に示されるように、質量流量計６０において、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄの中心には、鉄心６２ａ〜６２ｆが挿入されている。また、鉄心６２ａ〜６２ｆと対向する収納ケース１２の外周には、円柱状に形成された磁性材６４ａ〜６４ｆが嵌合固定される凹部６６ａ〜６６ｆが設けられている。
【００９６】
従って、収納ケース１２の凹部６６ａ〜６６ｆに埋め込まれた磁性材６４ａ〜６４ｆは、鉄心６２ａ〜６２ｆと当接しており、駆動コイル１６ｃ，１６ｄ及びセンサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄからの磁束を収納ケース１２の内部に導く磁路として作用する。
【００９７】
そのため、収納ケース１２の肉厚が被測流体の圧力に耐えられるように設定されていても収納ケース１２の凹部６６ａ〜６６ｆに磁性材６４ａ〜６４ｆを嵌合固定することで、耐圧強度を保ちながら駆動コイル１６ｃ，１６ｄによる駆動力及び、センサコイル１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄによる検出感度を高めることが可能になる。
【００９８】
これにより、質量流量計６０では、センサチューブ１４の振動部分の慣性質量を増大させてセンサチューブ１４の振動特性を高めることができ、例えば、コリオリ力が小さくなる微小流量域の計測精度を高めることができる。
【００９９】
また、変形例３の質量流量計６０の計測動作は、前述した質量流量計１０と同様であるので、その説明は省略する。
【０１００】
図１７は変形例３の質量流量計１００の構成を示す横断面図である。
図１７に示されるように、質量流量計１００は、流入側センサチューブ１０２と、流入側センサチューブ１０２と平行に延在する流出側センサチューブ１０４と、センサチューブ１０２，１０４の先端部分を加振する加振器１０６，１０８と、振動する流入側センサチューブ１０２の変位を検出する流入側ピックアップ１１０と、振動する流出側センサチューブ１０４の変位を検出する流出側ピックアップ１１２とを有する。
【０１０１】
流入側センサチューブ１０２は、円筒状に形成された流入側収納ケース１１６の内部に形成された管路１１８に挿通されている。また、流出側センサチューブ１０４は、円筒状に形成された流出側収納ケース１２０の内部に形成された管路１２２に挿通されている。
【０１０２】
センサチューブ１０２，１０４は、片持ち梁状態で管路１１８，１２２の軸線に沿うように挿通されており、計測時には先端部分が管路１１８，１２２の内壁に接触しない振幅で加振される。
【０１０３】
センサチューブ１０２，１０４は、外周に検出用マグネット１２４，１２６と、駆動用マグネット１２８，１３０が取り付けられている。このマグネット１２４，１２６，１２８，１３０は、前述したマグネット１６ａの第１乃至第４実施例と同様な構成になっており、被測流体が永久磁石７０に接触しないように永久磁石７０をカバー部材７２，７３，８０，８６によって覆われている。
【０１０４】
また、収納ケース１１６，１２０の外周には、センサコイル１３２，１３４と、駆動コイル１３６，１３８が設けられている。
【０１０５】
センサチューブ１０２，１０４は、先端部分が開放になっているため、管路１１８，１２２にも被測流体が充填された状態で加振されて流量計測を行う。そのため、センサチューブ１０２，１０４は、内側と外側の圧力が同圧になり、高圧流体を計測する場合でも、肉厚を薄くして振動しやすい構成となっている。
【０１０６】
センサチューブ１０２，１０４の基端は、支持部材１４０，１４２に支持されており、支持部材１４０，１４２は、取付ベース１４４と収納ケース１１６，１２０のフランジ１１６ａ，１２０ａとの間で挟持される。
【０１０７】
また、収納ケース１１６，１２０の先端側のフランジ１１６ｂ，１２０ｂは、連通部材１４６に締結される。連通部材１４６は、内部にコ字状に形成された通路１４６ａを有する。通路１４６ａは、一端が収納ケース１１６の管路１１８に連通され、他端が収納ケース１２０の管路１２２に連通されている。
【０１０８】
従って、センサチューブ１０２，１０４は、通路１４６ａを介して連通された管路１１８，１２２に挿通されており、同じ圧力とされた管路１１８，１２２内で加振される。
【０１０９】
また、センサチューブ１０２，１０４は、先端部分が自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振力に対する変形量（振幅）を大きくすることが可能な構成になっている。そのため、質量流量計１００では、センサチューブ１０２，１０４が振動しやすくなっているので、比較的コリオリ力の小さい微小流量域での計測精度を高められ、被測流体を正確に計測することが可能になる。
【０１１０】
さらに、センサチューブ１０２，１０４は、先端が自由端であるので、高温流体を計測する場合でも熱膨張に伴う長手方向（Ｙ方向）の伸縮量が計測に影響しない構成になっている。
【０１１１】
尚、上記実施例では、ＣＮＧのような可燃性ガスを被測流体として流量計測する場合を例に挙げたが、これに限らず、他の高圧、高温の流体を計測するのにも適用できるのは勿論である。
【０１１２】
【発明の効果】
上述の如く、上記請求項１記載の発明によれば、駆動用磁石及び検出用磁石の表面を被測流体から隔離するように覆う非磁性体のカバー部材を設けたため、磁石が被測流体に直接接触することを防止して磁石の物理特性の劣化を防止することが可能になると共に、被測流体が可燃性流体であっても安全に計測することができる。
【０１１３】
上記請求項２記載の発明によれば、カバー部材をオーステナイト系ステンレス材により形成したため、カバー部材に被測流体に接触してもカバー部材が劣化することを防止することができる。特に磁石の磁力を損なわないように非磁性のステンレス材を使用しており、被測流体としての水素に対する強度を確保すると共に、磁石の磁力パターンを乱さないように構成できる。
【０１１４】
上記請求項３記載の発明によれば、カバー部材の内部空間と磁石との隙間に非圧縮流体を充填したため、カバー部材の耐圧強度をより高めることが可能になると共に、カバー部材の変形が防止されて磁石に影響することを防止できる。
【０１１５】
上記請求項４記載の発明によれば、カバー部材が、磁石の形状に対応する形状の収納凹部が形成された第１のカバーと、第１のカバーの縁部を同一形状に形成された第２のカバーと、よりなるため、第１のカバーの縁部と第２のカバーの縁部とを接合することにより、収納凹部が接合時に変形することが防止され、特に溶接のように熱を加える場合に収納凹部に収納された磁石に直接熱の影響を与えることがなく、磁石が溶接熱によって変形したり、磁気特性が変化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる振動式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質量流量計の横断面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図３】図１中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図４】加振器１５がセンサチューブ１４を振動させる状態を模式的に示す図である。
【図５】振動するセンサチューブ１４に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。
【図６】マグネット１６ａの第１実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図７】マグネット１６ａの第２実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図８】マグネット１６ａの第３実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図９】マグネット１６ａの第４実施例の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図１０】第４実施例のマグネットの取付構造を示す縦断面図である。
【図１１】変形例１の質量流量計４０の構成を示す横断面図である。
【図１２】図１１中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図１３】図１１中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。
【図１４】変形例２の質量流量計６０の構成を示す横断面図である。
【図１５】図１４中Ｅ−Ｅ線に沿う縦断面図である。
【図１６】図１４中Ｆ−Ｆ線に沿う縦断面図である。
【図１７】
変形例３の質量流量計１００の構成を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，６０，１００  質量流量計
１２  収納ケース
１４  センサチューブ
１６，４６，１０６，１０８  加振器
１６ａ，１６ｂ  駆動用マグネット
１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ  検出用マグネット
１８，４８，１１０  流入側ピックアップ
２０，５０，１１２  流出側ピックアップ
２２，２４  フランジ
２６  内部空間
２８  流入側支持板
３０  流出側支持板
３４  通路
３６ａ〜３６ｆ  ケーブル
３８  流量計測制御回路
４８ｃ，４８ｄ，５０ｃ，５０ｄ  磁気センサ
５２  保持部材
７０  永久磁石
７２，７３，８０，８６  カバー部材
７４，８８  収納部材
７６，９０  蓋部材
７８，９２  溶接
８２  隙間
８４  非圧縮流体
１０２  流入側センサチューブ
１０４  流出側センサチューブ
１１６，１２０  流入側収納ケース
１１８，１２２  管路
１２４，１２６  検出用マグネット
１２８，１３０  駆動用マグネット
１３２，１３４  センサコイル
１３６，１３８  駆動コイル
１４０，１４２  支持部材
１４４  取付ベース
１４６  連通部材
【図１】
2004294090.tif 000003
【図２】
2004294090.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004294090.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004294090.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004294090.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004294090.tif 000016
【図１５】
2004294090.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2004294090.tif 000019