JP2004061124A

JP2004061124A - 振動式測定装置

Info

Publication number: JP2004061124A
Application number: JP2002215577A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Kawasaki; 川嵜　一政; Koyata Sugimoto; 杉本　小弥太; Koji Ogasawara; 小笠原　恒治; Futoshi Takahashi; 高橋　太
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】本発明はセンサチューブを振動しやすくして計測精度を高めることを課題とする。
【解決手段】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１５と、振動するセンサチューブ１４の変位を検出するピックアップ１６とを有する。センサチューブ１４は、一端１４ａが流入側の蓋１８に保持され、他端１４ｂが収納ケース１２の内部空間２４に延在している。センサチューブ１４は、他端１４ｂが自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振器１５の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１０では、センサチューブ１４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。
【選択図】　　　　図１

Description

【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、例えば特開平６−３３１４０６号により開示されたものがある。この公開公報に記載された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。
【０００５】
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。
【０００６】
又、上記構成とされた質量流量計においては、センサチューブ、ピックアップ及び加振器等が箱状の収納ケース内に収納されており、これらの流量計測部分を保護する構成となっている。そして、収納ケース内には、不活性ガス（例えばアルゴンガス等）が大気圧に充填されている。
【０００７】
ところが、例えば自動車の燃料として使用されるＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ＮａｔｕｒａｌＧａｓ）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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の振動式測定装置では、センサチューブの両端が収納ケースの壁部に固定されており、センサチューブの中間部分を加振させて振動させる構成であるので、センサチューブの振幅を大きくすることが難しく、その分、被測流体に比例するコリオリ力による変位量をより大きくすることができないので、検出感度を高めることが難しいという問題があった。
【００１１】
さらに、従来の振動式測定装置では、収納ケースの両端部分が上流管路及び下流管路に締結されており、被測流体が高温の場合、センサチューブが長手方向に熱膨張するため、収納ケースの両端部分からの反力によりセンサチューブ自体に圧縮応力が作用してしまい、これによる歪がセンサチューブに生じてセンサチューブの振動特性が変化してしまうという問題があった。
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。
【００１２】
【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、内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、一端が収納ケースに固定され、他端が空間内に延在する自由端とされ、一端または他端から流入された被測流体が流れるセンサチューブと、センサチューブの他端を加振する加振器と、センサチューブの変位を検出するピックアップと、からなり、自由端となったセンサチューブの他端を加振させることで、センサチューブの振幅を大きくすることが可能になると共に、被測流体が高温である場合のセンサチューブの熱膨張によって歪が生じることを防止してセンサチューブの振動特性が変化することを防止する。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、一端が収納ケースに固定され、他端が空間内に延在する自由端とされ、一端から被測流体が流入される流入側センサチューブと、一端が収納ケースに固定され、他端が空間内に延在する自由端とされ、他端から空間内に吐出された被測流体を外部に流出させる流出側センサチューブと、流入側センサチューブ、流出側センサチューブを加振する加振器と、流入側センサチューブ、流出側センサチューブの変位を検出するピックアップと、からなり、自由端となったセンサチューブの他端を加振させることで、センサチューブの振幅を大きくすることが可能になると共に、被測流体が高温である場合のセンサチューブの熱膨張によって歪が生じることを防止してセンサチューブの振動特性が変化することを防止する。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、流入側センサチューブの他端に対向する位置に被測流体の流れを邪魔する遮蔽板を設けたものであり、流入側センサチューブを通過した被測流体が直接的に流出側センサチューブに流入することを防止する。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、流入側センサチューブの他端と流出側センサチューブの他端が夫々逆方向から近接し、かつ平行となるように配置されたものであり、流入側センサチューブを通過した被測流体が直接的に流出側センサチューブに流入することを防止する。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、流入側センサチューブ及び流出側センサチューブの、一端が収納ケースの一端に固定され、他端が収納ケースの内部に同一方向に延在するように形成されたものであり、流入側センサチューブを通過した被測流体が直接的に流出側センサチューブに流入することを防止する。
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
図１及び図２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を加振する加振器１５と、振動するセンサチューブ１４の変位を検出するピックアップ１６とを有する。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蓋１８，２０によって閉塞されている。尚、蓋１８，２０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。
【００１９】
また、収納ケース１２は、被測流体がＣＮＧのような高圧流体であっ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。
【００２０】
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が流入側の蓋１８を貫通する取付孔１８ａに挿通され、且つ筒状のスリーブ２２によって保持されている。また、センサチューブ１４の他端１４ｂは、収納ケース１２の内部空間２４に延在しており、内部空間２４と連通するように開口されている。
【００２１】
また、センサチューブ１４は、他端１４ｂが自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振器１５の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１０では、センサチューブ１４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。
【００２２】
さらに、センサチューブ１４は、他端１４ｂ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。
【００２３】
また、流入側の蓋２０には、内部空間２４に充填された被測流体を外部に流出させる貫通孔２０ａが貫通している。
【００２４】
さらに、貫通孔２０ａとセンサチューブ１４の他端１４ｂとの間には、センサチューブ１４から流出された被測流体の流れを邪魔する遮蔽板２５が起立している。従って、センサチューブ１４から流出された被測流体は、図１において矢印で示すように、遮蔽板２５によって流れ方向が外周方向に導かれて収納ケース１２の内部空間２４を対流する流れとなり、その一部が遮蔽板２２と収納ケース１２の内壁との隙間を通過して貫通孔２０ａへ向かう流れとなる。
【００２５】
本実施例では、一本のセンサチューブ１４が収納ケース１２の内部空間２４に挿入される構成であるため、２本のセンサチューブの両端を集合させるマニホールドを設ける必要がないので、その分、部品点数の削減及びコンパクト化が図られており、且つ全長も短くすることが可能になる。
【００２６】
さらに、センサチューブ１４を通過した被測流体は、収納ケース１２の内部空間２４に充填された後、貫通孔２０ａから流出されるため、センサチューブ１４の内部と外部の圧力が均等に保たれる。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。
【００２７】
センサチューブ１４の他端１４ｂの外周には、固定ベルト２６を介して加振器１５のマグネット１５ａ，１５ｂ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の長手方向（Ｘ方向）の中間部分の外周には、固定ベルト２８を介してピックアップ１６のマグネット１６ａ，１６ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。
【００２８】
さらに、収納ケース１２の外周には、マグネット１５ａ，１５ｂに対向する駆動コイル１５ｃ，１５ｄと、マグネット１６ａ，１６ｂに対向するセンサコイル１６ｃ，１６ｄ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１５ｃ，１５ｄ及びセンサコイル１６ｃ，１６ｄが収納ケース４２の外周に設けられているので、例えば、被測流体がＣＮＧのような可燃性ガスであっ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。
【００２９】
加振器１５は、上記マグネット１５ａ，１５ｂと、駆動コイル１５ｃ，１５ｄとから構成されており、駆動コイル１５ｃ，１５ｄ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１５ａ，１５ｂが吸引または反発することで、センサチューブ１４の他端１４ｂを横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００３０】
ピックアップ１６は、上記マグネット１６ａ，１６ｂと、センサコイル１６ｃ，１６ｄとから構成されており、マグネット１６ａ，１６ｂ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１６ｃ，１６ｄに対して近接・離間するため、センサコイル１６ｃ，１６ｄからマグネット１６ａ，１６ｂの変位量に応じた検出信号を出力する。
【００３１】
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２４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１５の駆動力を小さくすることが可能になり、加振器１５の駆動コイル１５ｃ，１５ｄ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。
【００３２】
しかも、センサチューブ１４は、他端１４ｂが自由端であるので、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。
【００３３】
加振器１５の駆動コイル１５ｃ，１５ｄ及びピックアップ１６のセンサコイル１６ｃ，１６ｄは、ケーブル３２ａ〜３２ｄを介して流量計測制御回路３０と接続されている。流量計測制御回路３０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。
【００３４】
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３０によって加振器１５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の他端１４ｂを横方向（Ｙ方向）に加振させる。
【００３５】
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、これにより加振器１５への入力信号に対してピックアップ１６の出力信号が位相差を生じる。
【００３６】
流量計測制御回路３０は、上記入力信号と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の変位がピックアップ１６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３０により質量流量に変換される。
【００３７】
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。
【００３８】
図３は加振器１５がセンサチューブ１４の他端１４ｂを振動させる状態を模式的に示す図である。図４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。
【００３９】
図３に示されるように、流量計測時は、加振器１５の駆動コイル１５ｃ，１５ｄに対して上記流量計測制御回路３０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が共振状態で振動する。
【００４０】
すなわち、加振器１５は、一方の駆動コイル１５ｃがマグネット１５ａに対して反発力を付与すると共に、他方の駆動コイル１５ｄがマグネット１５ｂに対して吸引力を付与する。これにより、加振器１５は、センサチューブ１４の他端１４ｂ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、一端１４ａを節として一点鎖線で示すように円弧状に撓む。
【００４１】
また、加振器１５は、一方の駆動コイル１５ｃがマグネット１５ａに対して吸引力を付与すると共に、他方の駆動コイル１５ｄがマグネット１５ｂ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、一端１４ａを節として破線で示すように円弧状に撓む。
【００４２】
このように、駆動コイル１５ｃ，１５ｄ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、他端１４ｂが一定の周期、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。
【００４３】
また、駆動コイル１５ｃ，１５ｄ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。
【００４４】
図４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。
【００４５】
すなわち、センサチューブ１４の一端１４ａ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の中間部分にコリオリ力＋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の中間部分にコリオリ力−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。
【００４６】
このセンサチューブ１４の変位は、ピックアップ１６のセンサコイル１６ｃ，１６ｄにより検出され、流量計測制御回路３０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。
【００４７】
即ち、流量計測制御回路３０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。
【００４８】
尚、上記実施例では、センサチューブ１４の一端１４ａから被測流体が流入し、蓋２０の貫通孔２０ａから被測流体が流出するものとして説明したが、これに限らず、蓋２０の貫通孔２０ａから被測流体が流入し、センサチューブ１４の一端１４ａから被測流体が流出するようにして流量計測することも可能である。
【００４９】
ここで、変形例について説明する。
図５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。
【００５０】
図５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４２の内部に挿入された流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６と、流入側センサチューブ４４を加振する第１の加振器４８と、流出側センサチューブ４６を加振する第２の加振器５０と、振動する流入側センサチューブ４４の変位を検出する第１のピックアップ５２と、振動する流出側センサチューブ４６の変位を検出する第２のピックアップ５４とを有する。収納ケース４２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蓋５８，６０によって閉塞されている。尚、蓋５８，６０は、収納ケース４２の端部に溶接等によって一体的に固着される。
【００５１】
また、収納ケース４２は、被測流体がＣＮＧのような高圧流体であっ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。
【００５２】
流入側センサチューブ４４は、直管状に形成された金属パイプからなり、一端４４ａが流入側の蓋５８を貫通する取付孔５８ａに挿通され、且つ筒状のスリーブ６２によって保持されている。また、流入側センサチューブ４４の他端４４ｂは、収納ケース４２の内部空間６４に直管状に延在しており、内部空間６４と連通するように開口されている。
【００５３】
流出側センサチューブ４６は、直管状に形成された金属パイプからなり、一端４６ａが流出側の蓋６０を貫通する取付孔６０ａに挿通され、且つ筒状のスリーブ６６によって保持されている。また、流出側センサチューブ４６の他端４６ｂは、収納ケース４２の内部空間６４に直管状に延在しており、内部空間６４と連通するように開口されている。
【００５４】
流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とは、夫々蓋５８，６０に挿通された状態で内部空間６４に平行に延在するように取り付けられている。そのため、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とは、互いに非接触であるので、高温流体を計測する場合でも夫々の熱膨張が互いに干渉せず、温度変化に伴う長手方向の伸縮量が影響しない構成になっている。
【００５５】
また、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂが自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振器４８，５０の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４０では、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６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。
【００５６】
さらに、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂ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。
【００５７】
流入側センサチューブ４４の他端４４ｂと流出側センサチューブ４６の他端４６ｂとの間には、被測流体の流れを邪魔する遮蔽板６８が起立している。そのため、流入側センサチューブ４４の他端４４ｂから流出された被測流体は、遮蔽板６８によって外周側へ流れ方向が変化し、収納ケース４２の内部空間６４を対流する流れになる。そして、一部の被測流体は、遮蔽板６８と収納ケース４２の内壁との隙間を通過して内部空間６４の流出側へ流入し、対流しながら流出側センサチューブ４６の他端４６ｂへ流入する。
【００５８】
流入側センサチューブ４４を通過した被測流体は、収納ケース４２の内部空間６４に充填された後、流出側センサチューブ４６に流出されるため、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の内部と外部の圧力が平衡に保たれる。これにより、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６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流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の肉厚を厚くして耐圧強度を高める必要が無く、加振器４８，５０の駆動力を増大させる必要もない。
【００５９】
流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の他端４４ｂ，４６ｂの外周には、固定ベルト６６，６７を介して加振器４８，５０のマグネット４８ａ，４８ｂ，５０ａ，５０ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。また、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の長手方向（Ｘ方向）の中間部分の外周には、固定ベルト６９，７０を介してピックアップ５２，５４のマグネット５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂが１８０度の間隔で取り付けられている。
【００６０】
さらに、収納ケース４２の外周には、マグネット４８ａ，４８ｂ，５０ａ，５０ｂに対向する駆動コイル４８ｃ，４８ｄ，５０ｃ，５０ｄと、マグネット５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂに対向するセンサコイル５２ｃ，５２ｄ，５４ｃ，５４ｄとが取り付けられている。
【００６１】
第１の加振器４８は、上記マグネット４８ａ，４８ｂと、駆動コイル４８ｃ，４８ｄとから構成されており、駆動コイル４８ｃ，４８ｄ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４８ａ，４８ｂが吸引または反発することで、流入側センサチューブ４４の他端４４ｂを横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００６２】
第２の加振器５０は、上記マグネット５０ａ，５０ｂと、駆動コイル５０ｃ，５０ｄとから構成されており、駆動コイル５０ｃ，５０ｄ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５０ａ，５０ｂが吸引または反発することで、流出側センサチューブ４６の他端４６ｂを横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００６３】
第１のピックアップ５２は、上記マグネット５２ａ，５２ｂと、センサコイル５２ｃ，５２ｄとから構成されており、マグネット５２ａ，５２ｂが流入側センサチューブ４４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５２ｃ，５２ｄに対して近接・離間するため、センサコイル５２ｃ，５２ｄからマグネット５２ａ，５２ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。
【００６４】
第２のピックアップ５４は、上記マグネット５４ａ，５４ｂと、センサコイル５４ｃ，５４ｄとから構成されており、マグネット５４ａ，５４ｂが流出側センサチューブ４６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５４ｃ，５４ｄに対して近接・離間するため、センサコイル５４ｃ，５４ｄからマグネット５４ａ，５４ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。
【００６５】
質量流量計４０では、上記のように収納ケース４２の内部空間６４に被測流体が充填されて流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の内部と外部との圧力差が小さくなるので、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の肉厚を小さくすることで、加振器１５の駆動力を小さくすることが可能になり、加振器４８，５０の駆動コイル４８ｃ，４８ｄ，５０ｃ，５０ｄ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。
【００６６】
しかも、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂが自由端であるので、コリオリ力による流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の変形・変位が大きくなり、ピックアップ５２，５４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。
【００６７】
加振器４８，５０の駆動コイル４８ｃ，４８ｄ，５０ｃ，５０ｄ及びピックアップ５２，５４のセンサコイル５２ｃ，５２ｄ，５４ｃ，５４ｄは、ケーブル７２ａ〜７２ｈを介して流量計測制御回路７４と接続されている。流量計測制御回路７４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。
【００６８】
流量計測時、上記構成になる質量流量計４０において、流量計測制御回路７４によって加振器４８，５０が駆動され、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の振動特性（固有振動数）に応じた周期、振幅で流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の他端４４ｂ，４６ｂを横方向（Ｙ方向）に加振させる。
【００６９】
このように、振動する流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６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、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６で動作遅れが生じ、これによりピックアップ５２，５４の出力信号が位相差を生じる。尚、コリオリ力を測定する原理は、上記実施例（図３及び図４を参照）と同様であるので、その説明は省略する。
【００７０】
流量計測制御回路７４は、上記流入側検出信号と流出側検出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、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６との変位がピックアップ５２，５４により検出されると、上記流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６の振動に伴う上記位相差が流量計測制御回路７４により質量流量に変換される。
【００７１】
従って、上記流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６の相対変位を検出するピックアップ５２，５４では、２倍のコリオリ力＋Ｆ，−Ｆ（図４を参照）を検出することが可能になり、計測感度が高められると共に、外部振動が流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６に入力された場合でも流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６の相対変位によって外部振動を相殺することが可能になり、計測精度がより一層高められている。
【００７２】
図６は変形例２の質量流量計８０の構成を示す横断面図である。図７は図６中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。尚、図６及び図７において、上記図５に示す質量流量計４０と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図６に示されるように、質量流量計８０は、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とが互い違いになるように蓋５８，６０に対して偏心した位置に設けられた取付孔５８ａ，６０ａに挿通されている。すなわち、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とは、夫々逆方向からＹ方向に延在する向きに配置され、且つ他端４４ｂ，４６ｂが互いに近接するように取り付けられている。
【００７４】
従って、質量流量計８０では、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とが互い違いに配置されているので、前述した質量流量計４０よりもＹ方向の全長が短く形成されている。
【００７５】
また、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂが自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振器４８，５０の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８０では、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６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。
【００７６】
さらに、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂ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。
【００７７】
変形例２においては、第１の加振器４８は、上記マグネット４８ｂと、駆動コイル４８ｄとから構成されており、駆動コイル４８ｄ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４８ｂが吸引または反発することで、流入側センサチューブ４４の他端４４ｂを横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００７８】
第２の加振器５０は、上記マグネット５０ａと、駆動コイル５０ｃとから構成されており、駆動コイル５０ｃ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５０ａが吸引または反発することで、流出側センサチューブ４６の他端４６ｂを横方向（Ｙ方向）に振動させる。
【００７９】
第１のピックアップ５２は、上記マグネット５２ｂと、センサコイル５２ｄとから構成されており、マグネット５２ｂが流入側センサチューブ４４と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴ってマグネット５２ｂに対して近接・離間するため、センサコイル５２ｄからマグネット５２ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。
【００８０】
第２のピックアップ５４は、上記マグネット５４ａと、センサコイル５４ｃとから構成されており、マグネット５４ａが流出側センサチューブ４６と共に横方向（Ｙ方向）に振動するのに伴ってマグネット５４ａに対して近接・離間するため、センサコイル５４ｃからマグネット５４ａの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力する。
【００８１】
変形例２の構成では、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の外周のうち収納ケース４２の内壁に接近した側のみにマグネット４８ｂ、５０ａ，５２ｂ，５４ａを設ける構成であるので、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６を往復駆動することはできない。しかしながら、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の端部４４ｂ，４６ｂは、振動の慣性により駆動方向と逆方向にも変位して殆ど同じ振幅でＹ方向に振動する。
【００８２】
また、変形例２の質量流量計８０の計測動作は、前述した変形例１と同様であるので、その説明は省略する。
【００８３】
図８は変形例３の質量流量計９０の構成を示す横断面図である。尚、図８において、上記図５及び図６に示す質量流量計４０，８０と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
図８に示されるように、質量流量計９０は、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とが同一方向から平行に延在するように蓋６０に設けられた取付孔６０ａ，６０ｂに挿通されている。すなわち、流入側センサチューブ４４と流出側センサチューブ４６とは、夫々同一方向からＹ方向に延在する向きに配置され、且つ他端４４ｂ，４６ｂが互いに近接するように取り付けられている。
【００８５】
また、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂが自由端であるので、撓みやすい構成になっており、加振器４８，５０の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９０では、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６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。
【００８６】
さらに、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６は、他端４４ｂ，４６ｂ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。
【００８７】
変形例３においては、上記変形例２の場合と同様に、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の外周のうち収納ケース４２の内壁に接近した側のみにマグネット４８ｂ、５０ａ，５２ｂ，５４ａを設ける構成であるので、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６を往復駆動することはできない。しかしながら、流入側センサチューブ４４及び流出側センサチューブ４６の端部４４ｂ，４６ｂは、振動の慣性により駆動方向と逆方向にも変位して殆ど同じ振幅でＹ方向に振動する。
【００８８】
また、変形例３の質量流量計９０の計測動作は、前述した変形例１，２と同様であるので、その説明は省略する。
【００８９】
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。
【００９０】
【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、内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、一端が収納ケースに固定され、他端が空間内に延在する自由端とされ、一端または他端から流入された被測流体が流れるセンサチューブと、センサチューブの他端を加振する加振器と、センサチューブの変位を検出するピックアップと、からなるため、自由端となったセンサチューブの他端を加振させることで、センサチューブの振幅を大きくすることが可能になると共に、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。また、被測流体が高温である場合のセンサチューブの熱膨張によって歪が生じることを防止してセンサチューブの振動特性が変化することを防止できる。
【００９１】
また、請求項２記載の発明によれば、内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、一端が収納ケースに固定され、他端が空間内に延在する自由端とされ、一端から被測流体が流入される流入側センサチューブと、一端が収納ケースに固定され、他端が空間内に延在する自由端とされ、他端から空間内に吐出された被測流体を外部に流出させる流出側センサチューブと、流入側センサチューブ、流出側センサチューブを加振する加振器と、流入側センサチューブ、流出側センサチューブの変位を検出するピックアップと、からなるため、自由端となったセンサチューブの他端を加振させることで、センサチューブの振幅を大きくすることが可能になると共に、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。また、被測流体が高温である場合のセンサチューブの熱膨張によって歪が生じることを防止してセンサチューブの振動特性が変化することを防止できる。
【００９２】
また、請求項３記載の発明によれば、流入側センサチューブの他端に対向する位置に被測流体の流れを邪魔する遮蔽板を設けたため、流入側センサチューブを通過した被測流体が直接的に流出側センサチューブに流入することを防止できる。
【００９３】
また、請求項４記載の発明によれば、流入側センサチューブの他端と流出側センサチューブの他端が夫々逆方向から近接し、かつ平行となるように配置されたため、流入側センサチューブを通過した被測流体が直接的に流出側センサチューブに流入することを防止できる。
【００９４】
また、請求項５記載の発明によれば、流入側センサチューブ及び流出側センサチューブの、一端が収納ケースの一端に固定され、他端が収納ケースの内部に同一方向に延在するように形成されたため、流入側センサチューブを通過した被測流体が直接的に流出側センサチューブに流入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】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４】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５】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６】変形例２の質量流量計８０の構成を示す横断面図である。
【図７】図６中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図８】変形例３の質量流量計９０の構成を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，８０，９０　質量流量計
１２，４２　収納ケース
１４　センサチューブ
１５　加振器
１６　ピックアップ
１８，２０，５８，６０　蓋
２４，６４　内部空間
３０，７４　流量計測制御回路
４４　流入側センサチューブ
４６　流出側センサチューブ
４８　第１の加振器
５０　第２の加振器
５２　第１のピックアップ
５４　第２のピックアップ
６８　遮蔽板

Claims

内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、
一端が前記収納ケースに固定され、他端が前記空間内に延在する自由端とされ、前記一端または他端から流入された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の他端を加振する加振器と、
前記センサチューブの変位を検出するピックアップと、
からなることを特徴とする振動式測定装置。
内部に密閉された空間が形成された収納ケースと、
一端が前記収納ケースに固定され、他端が前記空間内に延在する自由端とされ、前記一端から被測流体が流入される流入側センサチューブと、
一端が前記収納ケースに固定され、他端が前記空間内に延在する自由端とされ、前記他端から前記空間内に吐出された被測流体を外部に流出させる流出側センサチューブと、
前記流入側センサチューブ、前記流出側センサチューブを加振する加振器と、
前記流入側センサチューブ、前記流出側センサチューブの変位を検出するピックアップと、
からなることを特徴とする振動式測定装置。
前記流入側センサチューブの他端に対向する位置に被測流体の流れを邪魔する遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項２記載の振動式測定装置。
前記流入側センサチューブの他端と前記流出側センサチューブの他端が夫々逆方向から近接し、かつ平行となるように配置されたことを特徴とする請求項２記載の振動式測定装置。
前記流入側センサチューブ及び前記流出側センサチューブは、一端が前記収納ケースの一端に固定され、他端が前記収納ケースの内部に同一方向に延在するように形成されたことを特徴とする請求項２記載の振動式測定装置。