(57)【要約】【課題】振動チューブの安定的な振動を発生可能なコリオリ式質量流量計を実現すること。【解決手段】  コイルおよびマグネットからなる駆動手段により２本の振動チューブを相互に近接および離間する方向に振動させ、該振動チューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２つの振動センサにより検出して、前記振動チューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計において、前記振動チューブの振動に同期して振動し、前記振動チューブの撓みによる重心移動を相殺するカウンタバランス手段を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2012013648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルおよびマグネットからなる駆動手段により２本の振動チューブを相互に近接および離間する方向に振動させ、該振動チューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２つの振動センサにより検出して、前記振動チューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計において、
前記振動チューブの振動に同期して振動し、前記振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を相殺するカウンタバランス手段を備えたことを特徴とするコリオリ式質量流量計。
【請求項２】
前記カウンタバランス手段は、
中空部を有するフレーム部材と、
前記中空部を横切る弾性を有する梁部と、
前記中空部内に位置し、前記梁部に装着された錘部と、
前記振動チューブの振動に同期して前記錘部を振動させる錘駆動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項３】
前記錘駆動手段は、
コイルおよび磁石の引力または反発力に基づいて前記錘部を振動させる、または、静電気力に基づき前記錘部を振動させることを特徴とする請求項２記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項４】
前記駆動手段の前記コイルに印加する駆動電流を検出すると、前記錘部を振動させるための電流を前記錘駆動手段に出力する駆動電流検出手段を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項５】
前記梁部は、
バネから構成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のコリオリ式質量流量計。
【請求項６】
前記駆動電流検出手段は、
前記錘駆動手段に出力する電流を制御して前記振動チューブと前記錘部の振動を共振状態にし、前記振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を、カウンタバランス手段が発生する振動で相殺することを特徴とする請求項４または５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、コイルおよびマグネットからなる駆動手段（励振手段）により２本の振動チューブ（センサチューブ）を相互に近接および離間する方向に振動させ、該振動チューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２つの振動センサにより検出して、振動チューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計に関し、振動チューブの安定的な振動を実現可能なコリオリ式質量流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来のコリオリ式質量流量計の一例を示す構成説明図である。
図２において、従来のコリオリ式質量流量計は、被測定流体が流れる２本の振動チューブ（センサチューブ）１、２を駆動手段（励振手段）３により相互に近接および離間する方向に振動させ、流量に比例したコリオリ力による振動チューブ１、２の相対変位を２つの振動センサ４、５により検出する。
【０００３】
振動チューブ１、２は、一端に流入口を、他端に流出口（図示略）をそれぞれ有するベース６上に平行に配列され、流入口および流出口に連通するようにベース６に両端部が連結されたＵ字形の２本のセンサ用のチューブである。
【０００４】
駆動手段３、振動センサ１、２は、共にコイルおよびマグネットから構成され、この場合、２本のセンサチューブのうちの一方にコイルが、そのうちの他方にマグネットがそれぞれ取付けられる。
【０００５】
駆動装置３は、２本の振動チューブ１、２を相互に近接および離間する方向に振動させる、つまり、対称に振動させる。
【０００６】
上記のように構成したコリオリ式質量流量計１０は、主に、以下のように被測定流体の質量流量を計測する。
（１）被測定流体が、ベース６の流入口を介し２本の振動チューブ１、２内に流入する。
（２）駆動手段３の励振コイル等（図示せず）に（交番）電流を供給し、マグネット（図示せず）との電磁作用で２本の振動チューブ１、２を相互に近接および離間する方向に振動させる。
【０００７】
（３）被測定流体の質量に応じた大きさのコリオリ力が振動チューブ１、２に作用する。このとき、２本の振動チューブ１、２の流入側と流出側とでは、それぞれ反対方向に同じ大きさのコリオリ力が作用し、これにより２本の振動チューブ１、２に相対的なよじれが発生する。
【０００８】
（４）振動センサ４、５は、２本の振動チューブ１、２の振動（速度）を検出し、その検出信号を信号線（図示せず）を介して制御装置（図示せず）内の演算回路へ送出される。
【０００９】
（５）このとき、各振動センサ４、５により検出された振動波形（センサ内の一対の検出コイルに誘起された検出波形）は、一方のセンサチューブ３の振動波形Ａと他方の振動チューブの振動波形Ｂとの合成波形（Ａ＋Ｂ）となる。
【００１０】
（６）制御装置内の演算回路は、振動センサ４による検出結果に基づく合成波形と振動センサ５からの検出信号に基づく合成波形との位相差（時間差）から被測定流体の質量流量を演算し、その結果を表示手段（図示せず）に表示する。
【００１１】
このように、従来のコリオリ式質量流量計は、駆動装置３が２本の振動チューブ１、２を相互に近接および離間する方向に振動させる（対称に振動させる）ため、ベース６に伝達される励振方向の振動がキャンセルしあって音叉の節のような場所を形成することにより、振動エネルギーの漏洩が少なり（内部の振動の外部への漏洩が少なくなり）振動のＱ値が向上する。
なお、振動のＱ値は大きいほど、振動が安定的であることを意味し、Ｑ値が向上すればその分だけ質量流量の計測精度が向上する。
【００１２】
たとえば、従来のコリオリ式質量流量計に関連する先行技術文献として下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２０９２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来のコリオリ式質量流量計では、駆動手段が２本の振動チューブを対称に振動させる際に、振動チューブが撓んでしまい、振動チューブの重心の（例えば管軸方向の）移動が生じ振動エネルギーの漏洩が発生してしまうという問題点があった。
このため、振動のＱ値の向上を妨げてしまい振動チューブの安定的な振動を実現できず、高精度に質量流量の計測ができないという問題点があった。
【００１５】
図３は従来のコリオリ式質量流量計の問題点の説明図である。図３に示すように、駆動手段が２本の振動チューブ１、２を対称に振動させる際に、振動チューブ１、２が撓んでしまう。このため、振動チューブ１、２は振動する際に重心の位置が（例えば管軸方向に）移動してしまい、振動が歪んでしまう。
そうすると振動エネルギーの漏洩が発生して（たとえば振動がベース６に漏れて）しまい、その振動がベース６等を介して振動チューブ１、２に戻ると、振動チューブ１、２の振動が不安定になり質量流量の正確な測定ができなくなるという問題点があった。
【００１６】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、その目的は、振動チューブの安定的な振動を発生可能なコリオリ式質量流量計を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、
コイルおよびマグネットからなる駆動手段により２本の振動チューブを相互に近接および離間する方向に振動させ、該振動チューブの相対変位を、コイルおよびマグネットからなる２つの振動センサにより検出して、前記振動チューブ内を流れる被測定流体の質量流量を測定するコリオリ式流量計において、
前記振動チューブの振動に同期して振動し、前記振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を相殺するカウンタバランス手段を備えたことを特徴とするコリオリ式質量流量計。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のコリオリ式質量流量計において、
前記カウンタバランス手段は、
中空部を有するフレーム部材と、前記中空部を横切る弾性を有する梁部と、前記中空部内に位置し、前記梁部に装着された錘部と、前記振動チューブの振動に同期して前記錘部を振動させる錘駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載のコリオリ式質量流量計において、
コイルおよび磁石の引力または反発力に基づいて前記錘部を振動させる、または、静電気力に基づき前記錘部を振動させることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項２または３に記載のコリオリ式質量流量計において、
前記駆動手段の前記コイルに印加する駆動電流を検出すると、前記錘部を振動させるための電流を前記錘駆動手段に出力する駆動電流検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載のコリオリ式質量流量計において、
前記梁部は、バネから構成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項４または５に記載のコリオリ式質量流量計において、
前記駆動電流検出手段は、
前記錘駆動手段に出力する電流を制御して前記振動チューブと前記錘部の振動を共振状態にし、前記振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を、カウンタバランス手段が発生する振動で相殺することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、振動チューブの振動に同期して振動し、振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を相殺するカウンタバランス手段を備えたことにより、振動チューブの撓みによる生じる重心移動を起因とするベースに伝達される全部または一部の振動が打ち消されるため、振動のＱ値が向上し、振動チューブの安定的な振動を実現でき、高精度に質量流量を計測できる。
【００２４】
請求項４によれば、中空部を有するフレーム部材と、中空部を横切る弾性を有する梁部と、中空部内に位置し梁部に装着された錘部と、振動チューブの振動に同期して錘部を振動させる錘駆動手段から構成され、振動チューブの振動に同期して振動し、振動チューブの撓みによる重心移動を相殺するカウンタバランス手段と、駆動手段のコイルに印加する駆動電流を検出すると、カウンタバランス手段の錘部を振動させるための電流を錘駆動手段に出力する駆動電流検出手段を備えたことにより、カウンタバランス手段の錘部の振動により振動チューブの撓みによる生じる重心移動を起因とするベースに伝達される全部または一部の振動が打ち消されるため、振動のＱ値が向上し、振動チューブの安定的な振動を実現でき、高精度に質量流量を計測できる。
【００２５】
請求項６によれば、駆動電流検出手段は、錘駆動手段に出力する電流を制御して振動チューブと錘部の振動を共振状態にし、振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を、カウンタバランス手段が発生する振動で相殺することにより、非共振状態よりも多くの振動を打ち消すことができる点で有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のコリオリ式質量流量計の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】従来のコリオリ式質量流量計の一例を示す構成説明図である。
【図３】従来のコリオリ式質量流量計の問題点の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１の実施例＞
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は本発明のコリオリ式質量流量計の一実施例を示す構成説明図であり、図２と共通する部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図１（Ａ）はコリオリ式質量流量計全体の構成説明図、（Ｂ）はカウンタバランス手段の構成説明図である。
【００２８】
図１と図２との相違点は、振動チューブの振動（振動周波数）に同期して振動し、振動チューブの撓みによる重心移動を相殺するカウンタバランス手段を備えた点である。
【００２９】
（構成の説明）
図１において、本発明に係るコリオリ式質量流量計２０は、主に、被測定流体が流れる２本の振動チューブ（センサチューブ）１、２と、振動チューブ１、２を相互に近接および離間する方向に振動させる駆動手段（励振手段）３と、流量に比例したコリオリ力による振動チューブ１、２の相対変位を検出する２つの振動センサ（ピックアップ）４、５と、一端に流入口、他端に流出口（図示せず）を有する流体が流れる支持管等のベース６と、振動チューブ１、２の振動（振動周波数）に同期して振動し、振動チューブ１、２の撓みによる重心移動を相殺するベース６に取り付けられたカウンタバランス手段７を備える。
【００３０】
振動チューブ１、２は、一端に流入口を、他端に流出口（図示せず）をそれぞれ有するベース６上に平行に配列され、流入口および流出口に連通するようにベース６に両端部が連結されたＵ字形の２本のセンサ用のチューブである。
【００３１】
ベース６の内部には、流入口から分岐された二股の流入側流路と流出口に集合する二股の流出側流路（図示せず）とが形成されており、２本の振動チューブ１、２の両端部が、これら二股の流入側流路および流出側流路に連通するようにベース６に連結される。
したがって、流入口からベース６内に供給された被測定流体は、二股の流入側流路により均等に分流されて２本の振動チューブ１、２に流入し、さらに二股の流出側流路から流出口で合流して外部へ流出する。
【００３２】
駆動手段３、振動センサ４、５は、共にコイルおよびマグネットから構成され、この場合、２本の振動チューブ１、２のうちの一方にコイルが、そのうちの他方にマグネットがそれぞれ取付けられる。
【００３３】
駆動装置３のマグネットは、たとえば振動センサ４、５と同様に、同磁極が励振コイルに挿入されるように配置されている。
駆動装置３の（励振）コイルには、振動チューブ１、２の固有振動数にほぼ等しい振動数の（交番的な）電流が供給されるようになっており、この電流供給によりマグネットに対して吸引力および反発力が作用し、両者の電磁的な相互作用によって２本の振動チューブ１、２が相互に近接および離間する方向へ振動する。
【００３４】
振動センサ４、５は、２本の振動チューブ１、２の相対変位を検出するもので、振動センサ４は振動チューブ１、２の流体の流入側に設置され、振動センサ５は振動チューブ１、２の流体の流出側に設置される。
振動センサ４、５は、各振動チューブ１、２の直管部に近接する部分に取付けられた検出コイルとマグネットとから構成される。各マグネットは、たとえば同磁極が検出コイルに挿入されるように配置されている。振動センサ４、５は、検出コイルとマグネットとの間に相対変位が生じると、検出コイルに電磁誘導電流が流れ、各振動チューブ１、２の振動（速度）に応じた大きさの検出信号を出力する。
【００３５】
カウンタバランス手段７は、ベース６に取り付けられ、たとえばベース６の表面の一部であって振動チューブ１、２の両端部を結んで形成される四角形の領域内に設置される。
【００３６】
このカウンタバランス手段７は、振動チューブの振動に同期して錘部を振動させ、その振動をベース６に伝達することより、振動チューブ１、２の撓みにより生じた重心移動を起因とするベース６に伝達される振動の全部または一部を打消す（相殺する）。
【００３７】
カウンタバランス手段７は、主に、中空部７１を有するフレーム部材７２と、中空部７１を横切る弾性を有する梁部７３と、中空部７１内に位置し（内設され）梁部７３に装着された錘部７４と、振動チューブ１、２の振動に同期して錘部７３を振動させる錘駆動手段７５を備える。
【００３８】
梁部７３は、中空部７１を横切る、いいかえれば中空部７１の周縁の一端から他端にかけて橋渡しするような構成であって、弾性を有する材料から構成されるものであればどのようなものでもよく、たとえば板バネ、巻線型のバネであってもよい。
錘部７４は、磁力の影響を受ける性質を有する材料から構成される。
錘駆動手段７５は、コイルおよびマグネットから構成され、外部から供給される電流に基づきコイルおよび磁石の引力または反発力により錘部７３を振動させる（または、静電気力に基づき錘部７３を振動させるものでもよい）。
この錘駆動手段７５は、外部より供給される電流に基づいて、振動チューブ１、２の振動周波数に同期させるように錘部７３を振動させる。
【００３９】
また、本発明に係るコリオリ質量流量計２０は、駆動手段３がコイルに出力する駆動電流を検出すると、錘部７３を振動させるための（駆動）電流を錘駆動手段７５に出力する駆動電流検出手段８も備える。駆動電流検出手段８と錘駆動手段７５とは電気的に接続される。
【００４０】
なお、駆動電流検出装置８は、錘駆動手段７５に供給する駆動力（駆動電流）を、駆動電流検出装置８で検出した振動チューブ１、２を振動させるための駆動装置３のコイルの駆動電流が最小のものとなるように制御するものでもよい。
つまり、駆動電流検出手段８は、錘駆動手段７５に出力する電流を制御して振動チューブ１、２と錘７３の振動を共振状態にし、振動チューブ１、２からベース６に伝達される振動を、カウンタバランス手段７による振動で打ち消す（相殺する）ものでもよい。共振状態とすれば、非共振状態よりも多くの振動を打ち消すことができる点で有効である。
【００４１】
（動作の説明）
本発明のコリオリ質量流量計２０は、上述のような構成で、主に、以下のように被測定流体の質量流量を計測する。
（１）被測定流体が、ベース６の流入口を介し２本の振動チューブ１、２内に流入する。
（２）駆動手段３の励振コイル等（図示せず）に電流を供給し、マグネット（図示せず）との電磁作用により２本の振動チューブ１、２を相互に近接および離間する方向に振動させる。
【００４２】
（３）駆動電流検出手段８は、駆動手段３のコイルに印加する駆動電流を検出すると、カウンタバランス手段７の錘部７３を振動させるための電流を錘駆動手段７５に出力する。
【００４３】
（４）カウンタバランス手段７の錘駆動手段７５は、供給される電流に基づいて、振動チューブ１、２の振動周波数に同期させて錘部７３を振動させる。
【００４４】
このため、錘部７３による振動がベース６を介して振動チューブ１、２に伝達されることにより、振動チューブ１，２の撓みによる生じる重心移動を起因とするベース６に伝達される振動が、全部または一部、打ち消される（相殺される）。
【００４５】
なお、駆動電流検出装置８は、錘駆動手段７５に供給する駆動力（駆動電流）を、駆動電流検出装置８で検出した振動チューブ１、２を振動させるための駆動装置３のコイルの駆動電流が最小のものとなるように制御するものでもよい。
【００４６】
（５）被測定流体の質量に応じた大きさのコリオリ力が振動チューブ１、２に作用する。このとき、２本の振動チューブ１、２の流入側と流出側とでは、それぞれ反対方向に同じ大きさのコリオリ力が作用し、これにより２本の振動チューブ１、２に相対的なよじれが発生する。
【００４７】
（６）振動センサ４、５は、２本の振動チューブ１、２の振動（速度）を検出し、その検出信号を信号線（図示せず）を介して制御装置（図示せず）内の演算回路へ送出される。
【００４８】
（７）このとき、各振動センサ４、５により検出された振動波形（センサ内の一対の検出コイルに誘起された検出波形）は、一方のセンサチューブ３の振動波形Ａと他方の振動チューブの振動波形Ｂとの合成波形（Ａ＋Ｂ）となる。
【００４９】
（８）制御装置内の演算回路は、振動センサ４による検出結果に基づく合成波形と振動センサ５からの検出信号に基づく合成波形との位相差（時間差）から被測定流体の質量流量を演算し、その結果を表示手段（図示せず）に表示する。
【００５０】
この結果、本発明に係るコリオリ式質量流量計は、振動チューブの振動に同期して振動し、振動チューブの撓みによる重心移動を相殺するカウンタバランス手段を備えたことにより、振動チューブの安定的な振動を実現できる。
【００５１】
また、本発明に係るコリオリ式質量流量計は、中空部を有するフレーム部材と、中空部を横切る弾性を有する梁部と、中空部内に位置し梁部に装着された錘部と、振動チューブの振動に同期して錘部を振動させる錘駆動手段から構成され、振動チューブの振動に同期して振動し、振動チューブの撓みによる重心移動を相殺するカウンタバランス手段と、駆動手段のコイルに印加する駆動電流を検出すると、カウンタバランス手段の錘部を振動させるための電流を錘駆動手段に出力する駆動電流検出手段を備えたことにより、カウンタバランス手段の錘部の振動により振動チューブの撓みによる生じる重心移動を起因とするベースに伝達される全部または一部の振動が打ち消されるため、振動のＱ値が向上し、振動チューブの安定的な振動を実現でき、高精度に質量流量を計測できる。
【００５２】
また、本発明に係るコリオリ式質量流量計は、駆動電流検出手段は、錘駆動手段に出力する電流を制御して振動チューブと錘部の振動を共振状態にし、振動チューブの撓みにより生じた重心移動を起因とする全部または一部の振動を、カウンタバランス手段が発生する振動で相殺することにより、非共振状態よりも多くの振動を打ち消すことができる。
【符号の説明】
【００５３】
２０  コリオリ質量流量計
１、２  振動チューブ
３  駆動手段
４、５  振動センサ
６  ベース
７  カウンタバランス手段
７１  中空部
７２  フレーム部材
７３  梁部
７４  錘部
７５  錘駆動手段
８  駆動電流検出手段
【図１】
2012013648.tif 000003
【図２】
2012013648.tif 000004
【図３】
2012013648.tif 000005