(57)【要約】【課題】本発明は、二重直管型のコリオリメータが有するシンプルで、コンパクトな構成を採用して、位相差に比例した質量流量を安定して検出することが可能としつつ、さらに、アウターチューブとインナーチューブの共振をより安定に強制することを可能にすると共に、Ｓ／Ｎ比を改善する。【解決手段】本発明は、カウンタバランサ５と、被測定流体が流れるフローチューブ４とが両側の連結ブロック６により同軸に固着された二重管を有する。フローチューブ４とカウンタバランサ５の被測定流体流れ方向の中央部には、該フローチューブと該カウンタバランサとを互いに反対位相で共振駆動するための駆動装置７を取り付け、この駆動装置７の両側の対称位置に、コリオリの力によるフローチューブの位相差を検知するための一対のセンサ８を設置する。そして、本発明は、カウンタバランサの断面形状を楕円形状にする。【選択図】      図１
2004354266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウターチューブであるカウンタバランサと、被測定流体が流れるインナーチューブであるフローチューブとが両側の連結ブロックにより同軸に固着された二重管を有し、
前記フローチューブと前記カウンタバランサの被測定流体流れ方向の中央部には、該フローチューブと該カウンタバランサとを互いに反対位相で共振駆動するための駆動装置を取り付け、
該駆動装置の両側の対称位置に、コリオリの力によるフローチューブの位相差を検知するための一対のセンサを設置し、
前記カウンタバランサの断面形状を、前記駆動装置による加振方向に短径を配置した楕円形状にしたことから成るコリオリメータ。
【請求項２】
前記フローチューブの断面形状を楕円形状にした請求項１に記載のコリオリメータ。
【請求項３】
前記フローチューブの断面形状を、前記連結ブロックによる固着部及びその近辺でのみ楕円形状にした請求項１に記載のコリオリメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アウターチューブであるカウンタバランサと、被測定流体が流れるインナーチューブであるフローチューブとが同軸に固着された二重管を有するコリオリメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリオリメータは、測定媒体が流れる両端支持された測定管を振動させたとき、測定管に作用するコリオリの力が測定媒体の質量流量に比例することを利用して質量流量の測定を行うものである。振動させる測定管としての形状は湾曲管と直管とに大別されるが、直管式のコリオリメータとして、並列２本の直管状フローチューブを用いるものが知られている。
【０００３】
並列２本の直管状フローチューブを用いる従来技術のコリオリメータは、流入側で２本のフローチューブに分岐し、かつ流出側で合流する。このような構成は、２本の並列フローチューブに分流、或いは合流させるための分岐管を有しているために、流入口から流出口を見通すことができず、それ故、洗浄が困難であるという問題を生じている。特許文献１に開示の技術は、このような問題を解決するために、振動方向に扁平した形状を有する並列２本のフローチューブを用いる。扁平形状を有することによって、フローチューブが加振方向に変形しやすく、感度を上げることが可能になるという効果も有している。
【０００４】
これに対して、１本の計測チューブに同軸のカウンタバランスチューブを逆位相で振動させ、振動バランスを保つよう構成した直管式のコリオリメータは、流入側、流出側に分岐管を備える必要もなく、コンパクトで液溜まりが無いなどの特徴で注目されている。
【０００５】
このような従来のコリオリメータについて、図２により説明する（例えば、特許文献１参照）。このコリオリメータは、二重直管型であって、両端に接続フランジ２を有する中空円筒状の外筐１を有し、外筐１内には、該外筐１と同軸に、フローチューブ４とカウンタバランサ５とから成る二重管が配設されている。直管状のフローチューブ４には被測定流体が流れ、このフローチューブ４とカウンタバランサ５は、その両側で連結ブロック６により同軸に固着されている。
【０００６】
更に、フローチューブ４とカウンタバランサ５の中央部には、フローチューブ４とカウンタバランサ５とを互いに反対位相で共振駆動するための駆動装置７が取り付けられ、そして駆動装置７の両側の対称位置に、コリオリの力によるフローチューブ４の位相差を検知するための一対のセンサ８が設置されている。また、直管状のフローチューブ４は、温度変化に対して安定した計測結果を得るために、両端が軸方向に弾性変形し易い拡大開口部９を有しており、その端部外周でそれぞれ接続フランジ２に固着されている。
【０００７】
このように二重直管型のコリオリメータは、シンプルで、コンパクトな構成にして、位相差に比例した質量流量を安定して検出することが可能となっている。しかし、このようなコリオリメータは、アウターチューブ（カウンタバランサ５）とインナーチューブ（フローチューブ４）を共振させた場合、励振方向に対し直角方向のみでなく、どの角度の方向に対しても断面二次モーメントが同じであるので、励振方向のみでなくどの方向へもたわむ可能性を持っている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２３０８０４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２５５５２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
アウターチューブとインナーチューブが同心状の円管であると上述のごとく共振が不安定になる恐れがあった。
【００１０】
本発明は、係る問題点を解決して、二重直管型のコリオリメータが有するシンプルで、コンパクトな構成を採用して、位相差に比例した質量流量を安定して検出することが可能としつつ、さらに、アウターチューブとインナーチューブの共振をより安定に強制することを可能にすると共に、Ｓ／Ｎ比を改善することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のコリオリメータは、アウターチューブであるカウンタバランサと、被測定流体が流れるインナーチューブであるフローチューブとが両側の連結ブロックにより同軸に固着された二重管を有する。フローチューブとカウンタバランサの被測定流体流れ方向の中央部には、該フローチューブと該カウンタバランサとを互いに反対位相で共振駆動するための駆動装置を取り付け、この駆動装置の両側の対称位置に、コリオリの力によるフローチューブの位相差を検知するための一対のセンサを設置する。そして、本発明は、カウンタバランサの断面形状を、前記駆動装置による加振方向に短径を配置した楕円形状にしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明は、フローチューブの断面形状を楕円形状にすることができる。
本発明は、フローチューブの断面形状を、連結ブロックによる固着部及びその近辺でのみ楕円形状にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を具体化する楕円形状のアウターチューブを持つ直管型コリオリメータの第１の例を示す図である。図１（Ａ）は、フローチューブ及びカウンタバランサ部分を取り出して示す横方向断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す検出センサ部分で切断した断面図である。この例示の構成には、図２を参照して説明したような外筐、フランジ等が付加されて、コリオリメータとして完成する。
【００１４】
図示の例において、カウンタバランサ５が楕円形状を有しているのを除いて、図２を参照して説明した二重直管型のコリオリメータと同一構成を有している。即ち、外筐（図示省略）と同軸に、フローチューブ４とカウンタバランサ５とから成る二重管が配設されている。直管状のフローチューブ４には被測定流体が流れ、このフローチューブ４とカウンタバランサ５は、その両側で連結ブロック６により同軸に固着されている。更に、フローチューブ４とカウンタバランサ５の中央部には、フローチューブ４とカウンタバランサ５とを互いに反対位相で共振駆動するための駆動装置７が取り付けられ、そして駆動装置７の両側の対称位置に、コリオリの力によるフローチューブ４の位相差を検知するための一対のセンサ８が設置されている。また、直管状のフローチューブ４は、両端が軸方向に弾性変形し易い拡大開口部９を有しており、その端部外周でそれぞれ接続フランジ（図示省略）に固着されている。
【００１５】
そして、図示のアウターチューブ（カウンタバランサ５）は、楕円型に構成して、振動方向のインナーチューブ（フローチューブ４）との共振を安定させる。例えば長短径比２：１とすると、振動方向の断面二次モーメントが１／２．８６倍となり、振動しやすくなり、振動方向と直角方向への振動成分を減じることができる。
【００１６】
これについて、さらに説明するために、図１（Ｂ）に示すように、アウターチューブの寸法を定める。即ち、駆動装置７及び一対のセンサ８を設置することにより加振して振動を検出するその加振方向（図中上下方向）に、楕円形状のアウターチューブの短軸（Ｙ−Ｙ軸）を配置する。それと直角方向に、アウターチューブの長軸（Ｘ−Ｘ軸）を配置する。そして、Ｙ−Ｙ軸方向のアウターチューブ短径の内径及び外径を、それぞれ２Ｂ１、２Ｂ２とし、Ｘ−Ｘ軸方向のアウターチューブ長径の内径及び外径を、それぞれ２Ａ１、２Ａ２とする。
【００１７】
このとき、図示の楕円形アウターチューブのＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸に関する慣性モーメントは次式で表される。
【００１８】
【数１】
2004354266.tif 000003
【００１９】
【数２】
2004354266.tif 000004
【００２０】
今チューブ肉厚をｔとすると、Ａ２＝Ａ１＋ｔ，Ｂ２＝Ｂ１＋ｔであるから、（１）、（２）式を変形すると
【００２１】
【数３】
2004354266.tif 000005
【００２２】
ｔ／Ｂ１、及びｔ／Ａ１≪１の場合（３）式は二項定理によって
【００２３】
【数４】
2004354266.tif 000006
【００２４】
同様に（２）式は
【００２５】
【数５】
2004354266.tif 000007
【００２６】
と表される。従ってＸ軸及びＹ軸に関する慣性モーメント比は長短径比をα＝Ａ１／Ｂ１とすると、
【００２７】
【数６】
2004354266.tif 000008
【００２８】
と表される。
一方Ｘ軸に関する慣性モーメント増加比は真円のとき、すなわちＡ１＝Ｂ１のとき慣性モーメントＩＣは
【００２９】
【数７】
2004354266.tif 000009
【００３０】
であるから、
【００３１】
【数８】
2004354266.tif 000010
【００３２】
で表される。（６）、（７）式を長短径比を横軸にとって表すと図５のようになる。
これは楕円チューブの肉厚と短径を一定にし、長径を増やしていったときの慣性モーメントアスペクトをあらわすものである。
【００３３】
図１において、アウターチューブに付いたピックオフコイルとインナーチューブに付いたマグネットによって共鳴振動を発生させるわけであるが、材料力学で明らかなようにたわみは振動荷重に対し慣性モーメントに反比例する。従って慣性モーメントが小さいほどたわみ量が増え感度が良くなる。また振動方向はＹ方向成分が多いほど、流量計の性能が安定する。今までの二重円管構造の場合にはＸ軸、Ｙ軸方向の慣性モーメントが同一のため、とかく二重管がみそすり運動を生じやすかった。本発明はＹ軸方向にたわみやすく、Ｘ軸方向にたわみにくくしたものである。従って図５において慣性モーメント比Ｉｘ／Ｉｙが小さいほど良い。しかしあまり慣性モーメント比を小さくとると、慣性モーメントＩｘ自身が増加するので感度が悪くなる。すなわち慣性モーメント増加比は小さいほど良い。また固有振動周波数は慣性モーメントの平方根にほぼ比例する。
【００３４】
以上を考慮すると、本発明の長短径比の範囲は図示したごとくα＝１．６〜２．３３が好ましい。すなわちＹ方向の振動しやすさを２倍〜３．６倍にし、一方慣性モーメントの増加比を２倍以下に抑え、且つ固有振動数の増加を１．４１倍以下に抑えようとするものである。尚慣性モーメントの増加分はチューブ肉厚を減少させることによって、減少できることは論を待たない。
【００３５】
例えば、アウターチューブをＡ１：Ｂ１＝Ａ２：Ｂ２＝２：１の楕円管とすると、Ｉｘ／Ｉｙ＝１／２．８６となり、同じ曲げモーメントを受けた場合Ｘ−Ｘ軸に関するたわみはＹ−Ｙ軸より約３倍大きくなる。
【００３６】
アウターチューブが円形の場合Ｉｘ／Ｉｙ＝１であるから、インナーチューブと共振させた場合、Ｙ−Ｙ方向の振動が非常に安定する。即ちＳ／Ｎ比が約３倍良くなるとも言える。要するに、コリオリメータにおいて、加振方向にのみ撓ませることが望まれるのであって、それと直角方向には撓まないのが理想であるが、アウターチューブを楕円形状にすることにより、加振方向のみの撓みを強制することが可能になる。
【００３７】
なお、楕円形状は複数円弧の連続による擬似楕円によって構成することもできる。
【００３８】
図３は、本発明を具体化する楕円形状のアウターチューブを持つ直管型コリオリメータの第２の例を示す図であり、検出センサ部分で切断した断面図である。図示したように、アウターチューブを楕円形状にしたことに加えて、インナーチューブもまた、楕円形状にしたものである。コリオリメータにおいて、加振方向にのみ撓ませることが望まれるのは、アウターチューブだけでなく、インナーチューブもまた同様である。そこで、図示の例においては、アウターチューブに加えてインナーチューブもまた楕円形状にすることにより、さらに、加振方向のみの撓みを強制することができる。
【００３９】
図４は、本発明を具体化する楕円形状のアウターチューブを持つ直管型コリオリメータの第３の例を示す図である。図４（Ａ）は、フローチューブ及びカウンタバランサ部分を取り出して示す図であり、（Ｂ）のＸ−Ｘ軸で切断した横方向断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す検出センサ部分で切断した断面図である。
【００４０】
図示したように、結合ブロックによる固着部及びその近辺においてのみ、インナーチューブを楕円形状にしたものである。それ以外のインナーチューブ部分、及び拡大開口部は、真円形状のまま残したものである。インナーチューブには、被測定流体が流れて、圧力影響を受けるが、この圧力影響の観点からは、インナーチューブは楕円形状よりも円形状の方が望ましい。そこで、振動は、この固着部の剛性の影響が大きいので、例示のインナーチューブは、この部分でのみ楕円形状にしたものである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、アウターチューブを楕円にすることにより、短径方向に最も曲がりやすいので、その方向に加振装置を設置すれば、インナーチューブとより安定な振動を強制することができる。従って製造上の若干の相違による個体差が減じられ、均一な製品が期待できる。
【００４２】
また、コリオリメータを設置する配管に振動がある場合でも、励振方向のＳ／Ｎ比が良いので、影響を受けにくい。従ってゼロ点の安定性も増す。例えばアウターチューブの長短径比を２：１にすると短径方向に約３倍曲がりやすく水平方向に対しＳ／Ｎ比が約３倍改善されることになる。
【００４３】
さらに、インナーチューブを楕円形状にすることにより、さらに、加振方向のみの撓みを強制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化する楕円形状のアウターチューブを持つ直管型コリオリメータの第１の例を示す図である。
【図２】従来のコリオリメータを説明する図である。
【図３】本発明を具体化する楕円形状のアウターチューブを持つ直管型コリオリメータの第２の例を示す図であり、検出センサ部分で切断した断面図である。
【図４】本発明を具体化する楕円形状のアウターチューブを持つ直管型コリオリメータの第３の例を示す図である。
【図５】楕円チューブの長短径比による慣性モーメントアスペクトを示す図である。
【符号の説明】
１  外筐
２  接続フランジ
４  フローチューブ
５  カウンタバランサ
６  連結ブロック
７  駆動装置
８  センサ
９  拡大開口部
【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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