JPH0526710A - 振動式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はセンサチューブの熱膨張を吸収する
ベローズが流体圧力によりセンサチューブを圧縮しない
よう構成した振動式測定装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 振動式測定装置としての質量流量計１はケー
シング２内に一対のセンサチューブ７，８を設け、セン
サチューブ７と８との間に加振器１３、ピックアップ１
４，１５を設けてなる。流入管５と流入側マニホールド
６との間、及び流出側マニホールド９と流出管１０との
間に保持機構４Ａ，４Ｂが介在する。保持機構４Ａ，４
Ｂは夫々内周ベローズ１１と外周ベローズ１２とを同心
状に配した２重構成であり、センサチューブ７，８の熱
膨張を吸収するとともに、内周ベローズ１１が流体圧力
により管路延在方向に伸びることが外周ベローズ１２に
より規制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動式測定装置に係り、
特に直線状の管路の軸方向の変位を吸収するよう構成し
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。

【０００３】流量を計測する場合、被測流体の流量は流
体の種類、物性（密度、粘度など）、プロセス条件（温
度、圧力）によって影響を受けない質量で表わされるこ
とが望ましい。

【０００４】そのため、被測流体の質量流量を計測する
種々の質量流量計が開発されつつあり、その中の一つと
して振動するセンサチューブ内に流体を流したときに生
ずるコリオリの力を利用して質量流量を直接計測するコ
リオリ式質量流量計がある。この種の従来の質量流量計
の一例としては、特開昭６３−３０７２１号公報により
開示された流量計がある。この公報の質量流量計は、被
測流体が通過する際の圧力損失を低減するため直線状に
延在するセンサチューブを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検出
するよう構成されている。さらに、センサチューブは流
入口、流出口を有するフランジ近傍に高温流体の流量計
測時センサチューブの軸方向の熱膨張を許容する蛇腹状
のベローズが設けられている。

【０００５】又、振動式密度計の場合、上記コリオリ式
質量流量計と同様な構成とされ、センサチューブの固有
振動数より流体の密度を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記振動式測定装置で
は、センサチューブの軸方向の変位を吸収するため、ベ
ローズを設けた場合、ベローズの谷部の内径（最小内
径）とセンサチューブの内径をほぼ同一径とするため、
ベローズの有効断面積がセンサチューブの総断面積より
大きくなる。そのため、管路を流れる流体の圧力により
ベローズが管路方向に伸びることになり、センサチュー
ブに圧縮応力が作用して、センサチューブに歪が生じセ
ンサチューブの振動特性が変動してしまうという課題が
ある。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決した振動
式測定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測流体が流
入する流入口と被測流体が流出する流出口との間で直線
状に延在する直管部を有する管路と、前記直管部を半径
方向に振動させる加振器と、前記直管部の振動に伴う直
管部の半径方向の変位を検出するピックアップと、前記
直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路に設
けられたベローズと、該ベローズの管路延在方向の伸び
変位を規制する規制部材と、よりなる。

【０００９】

【作用】ベローズの管路延在方向の伸び変位が規制部材
により規制されるため、流体圧力がベローズに作用して
も管路延在方向への伸びを抑えて直管部がベローズによ
り圧縮されることを防止する。

【００１０】

【実施例】図１及び図２に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を示す。

【００１１】尚、振動式測定装置としてはコリオリ式質
量流量計と振動式密度計がある。コリオリ式質量流量計
は振動式流量計と実質同様な構成であるので、本実施例
では質量流量計について詳細に説明する。

【００１２】両図中、質量流量計１は密閉された箱状の
ケーシング２内に被測流体が通過する管路３と、管路３
の両端部に管路３を軸方向に変位可能に保持する保持機
構４Ａ，４Ｂとを設けてなる。管路３は流入口５ａを有
する流入管５と、流入側マニホールド６と、一対のセン
サチューブ７，８と、流出側マニホールド９と、流出口
１０ａを有する流出管１０とより形成されている。

【００１３】流入管５は流入側端部に上流側配管（図示
せず）に連結されるフランジ５ｂを有し、流入管５の他
端はケーシング２の側壁２ａを貫通してケーシング２内
部に形成された室２ｂに延出している。

【００１４】流入側マニホールド６は、上流側の保持機
構４Ａが接続固定される上流側接続口６ａと、センサチ
ューブ７，８の上流側端部が接続固定される下流側接続
口６ｂ，６ｃとを有する。上流側接続口６ａと下流側接
続口６ｂ，６ｃとは分流路６ｄ，６ｅを介して連通され
ている。

【００１５】流出側マニホールド９は、センサチューブ
７，８の下流側端部が接続固定される一対の接続口９
ａ，９ｂと、下流側の保持機構４Ｂの上流側端部が接続
される接続口９ｃとを有する。又、流出側マニホールド
９内には一対の接続口９ａ，９ｂと接続口９ｃとを連通
する流路９ｄ，９ｅが穿設されている。

【００１６】一対のセンサチューブ７，８は流体の流れ
方向（Ｘ方向）に直線状に延在する直管よりなり、上記
流入側マニホールド６と流出側マニホールド９との間で
平行に設けられている。直管よりなるセンサチューブ
７，８は被測流体が通過する際の圧力損失が少ないばか
りか複雑な形状に加工する必要もないので製作が容易で
ある。

【００１７】流出管１０は上流側端部が流出側マニホー
ルド９の接続口９ｃに接続固定され、下流側端部がケー
シング２の側壁２ｃを貫通して下流側（Ｘ方向）へ突出
している。尚、流出管１０の下流側端部には流出口１０
ａが開口し、その外周には下流側配管（図示せず）に連
結されるフランジ１０ｂが設けられている。

【００１８】上流側の保持機構４Ａは流入管５と流入側
マニホールド６との間に介在するよう管路３途中に設け
られている。即ち、図２に示す如く、保持機構４Ａは小
径な内周ベローズ１１と大径な外周ベローズ１２とを有
し、両ベローズ１１，１２の上流側端部１１ａ，１２ａ
は流入管５の取付部５ｃの内外周に溶接等により固着さ
れ、下流側端部１１ｂ，１２ｂは流入側マニホールド６
の接続口６ａの内外周に溶接等により固着されている。

【００１９】内周ベローズ１１は例えばステンレス製パ
イプを蛇腹状に形成したものであり、円弧状の複数の谷
部１１ｃ₁ 〜１１ｃ₃ と山部１１ｄ₁ 〜１１ｄ₄ とが交
互に連続形成されてなる。この谷部１１ｃ及び山部１１
ｄは例えばセンサチューブ７，８の熱膨張による軸方向
の力が作用すると軸方向に伸縮して、熱膨張による応力
を吸収し、軸方向の配管振動が伝達された場合もこれを
吸収する。

【００２０】内周ベローズ１１は有効径Ｄ_a −Ｄの有効
断面積がセンサチューブ７，８の内径の断面積の合計よ
りも大きくなるように谷部１１ｃ、山部１１ｄが形成さ
れている。

【００２１】外周ベローズ１２はその内部に内周ベロー
ズ１１が挿入され、内周ベローズ１１の山部１１ｄ₁ 〜
１１ｄ₄ より外側に離間するように設けられている。

【００２２】又、外周ベローズ１２は前述した内周ベロ
ーズ１１と同様ステンレス製パイプを蛇腹状に形成した
ものであり、円弧状の複数の谷部１２ｃ₁ 〜１２ｃ₃ と
山部１２ｄ₁ 〜１２ｄ₄ とが交互に形成されている。

【００２３】そして、外周ベローズ１２は常温状態にお
いて、流入管５の取付部５ｃと流入側マニホールド６の
接続口６ａとの間で引張り応力を受けた状態で取り付け
られているので内圧による内周ベローズ１１の管路延在
方向の伸びを打ち消す上で望ましい。

【００２４】このように、保持機構４Ａでは径の異なる
内周ベローズ１１と外周ベローズ１２とが同心状に配設
された２重構造となっており、流入管５より流入した流
体は内周ベローズ１１の内部を通過して流入側マニホー
ルド６へ流れる。

【００２５】外周ベローズ１２は接液せず、センサチュ
ーブ７，８が熱膨張したとき、内周ベローズ１１ととも
に収縮してセンサチューブ７，８の管路延在方向の伸び
変位を吸収する。又、外周ベローズ１２は、内周ベロー
ズ１１より大径なため剛性が大であり、内周ベローズ１
１よりも強固に流入側マニホールド６を保持できるた
め、内周ベローズ１１を流体圧力により管路延在方向に
伸ばそうとする力が作用しても伸び変位を規制する規制
部材として機能する。

【００２６】又、保持機構４Ａはベローズ１１と１２が
２重構造であるので、万が一内周ベローズ１１が腐食し
たり、あるいは破損して流体が漏れても外周ベローズ１
２により流体が外部に漏れ出すことが防止され、安全性
が高められている。

【００２７】尚、下流側の保持機構４Ｂは上記保持機構
４Ａと同様な構成であるので、その説明は省略する。

【００２８】１３は加振器で、実質電磁ソレノイドと同
様な構成であり、一対のセンサチューブ７，８の略中間
部の間に設けられている。

【００２９】１４は上流側のピックアップで、加振器１
３より上流側のセンサチューブ７，８間に設けられてい
る。

【００３０】１５は下流側のピックアップで、加振器１
３より下流側のピックアップで、加振器１３より下流側
のセンサチューブ７，８間に設けられている。ピックア
ップ１４，１５は夫々電磁ソレノイドと同様な構成であ
り、加振器１３により加振されたセンサチューブ７，８
の変位を検出する。

【００３１】流量計測時、一対のセンサチューブ７，８
は加振器１３により近接、離間する方向（Ｙ方向）に加
振される。上流側配管（図示せず）から供給された被測
流体は流入口５ａより内周ベローズ１１を通ってマニホ
ールド６に至り、さらにマニホールド６の流路６ｄ，６
ｅを通過して振動するセンサチューブ７，８内に流入す
る。そして、センサチューブ７，８を通過した流体はマ
ニホールド９の流路９ａ，９ｂより下流側の保持機構４
Ｂに設けられた内周ベローズ１１を通って流出口１０ａ
より下流側配管（図示せず）に流出する。

【００３２】このように、振動するセンサチューブ７，
８に流体が流れると、その流量に応じたコリオリ力が発
生する。そのため、直管状のセンサチューブ７，８の流
入側と流出側で動作遅れが生じ、これによりピックアッ
プ１４と１５との出力信号に位相差があらわれる。この
位相差が流量に比例するため、ピックアップ１４，１５
からの出力信号の位相差に基づいて流量が求まる。

【００３３】ここで、高温流体の流量計測をする場合の
動作について説明する。上記流量計測時と同様流入口５
ａより高温流体が供給されると、Ｘ方向に延在するセン
サチューブ７，８による熱膨張が発生する。上、下流側
のフランジ５ｂ，１０ｂは夫々上、下流側配管に接続固
定されているので、センサチューブ７，８の熱膨張によ
る軸方向の歪応力は上，下流側の各ベローズ１１，１２
の収縮により吸収される。

【００３４】これにより、センサチューブ７，８の熱膨
張による器差レベルの変動が防止され、正確な流量計測
が行える。

【００３５】次に、流量計測時流体圧力が変動した場合
の動作について説明する。

【００３６】例えば、流量計測中に流体の圧力が上昇し
た場合、内周ベローズ１１の内壁に高圧流体の圧力が作
用する。

【００３７】内周ベローズ１１の内壁に内圧が作用する
と内周ベローズ１１の山部１１ｄはわずかにふくらみ、
そして受圧面積に相当する力が軸方向に発生する。

【００３８】２つのピックアップ１４，１５の検出位置
の振幅は、理論的には同程度の位相の変化であるので、
センサチューブ７，８が２本の場合にはその位相の変化
分が相殺されて、センシングには影響が出ないはずだ
が、実際には極わずかな溶接の条件の違いや、各種部品
の取り付け位置の極わずかなずれの影響などにより、セ
ンサチューブ７，８が応力を受けた場合にその位相の変
化分は２つのピックアップ１４と１５とで異なってしま
う。

【００３９】つまり、センサチューブ７，８に作用した
応力により、ピックアップ１４，１５で位相差が生じて
しまう。その結果、コリオリ力によってセンサチューブ
７，８の位相差が２つのピックアップ１４，１５で生じ
るのと全く同じ現象がセンサチューブ７，８に生じてし
まい、正確な流量が測定できなくなってしまう。

【００４０】しかしながら、本発明では、内周ベローズ
１１の外側に規制部材としての外周ベローズ１２が設け
られているので、内周ベローズ１１が流体圧力を受けて
も管路延在方向に伸長せず、前述したように内周ベロー
ズ１１の伸び変位による応力がセンサチューブ７，８に
作用しないようになっている。

【００４１】尚、上記実施例では、センサチューブ７，
８の上，下流側に夫々保持機構４Ａ，４Ｂを設けるよう
にしたが、どちらか一方だけを設けるようにしても良
い。従って、内周ベローズ１１の谷部１１ｃ、山部１１
ｄの内，外径を従来より大きくして圧力損失を軽減する
ことができる。その場合でも流体圧力により内周ベロー
ズ１１がセンサチューブ７，８を圧縮することが外周ベ
ローズ１２により防止される。

【００４２】図３に本発明の変形例を示す。

【００４３】同図中、保持機構４Ａ，４Ｂにおいて上記
外周ベローズ１２の代わりに薄い金属板により筒状に形
成された規制部材としてのケース１６をベローズ１１の
外側に設ける。

【００４４】ケース１６はベローズ１１の周囲を覆う筒
部１６ａと、筒部１６ａの両端より内側に折曲された端
部１６ｂと１６ｃとよりなり、両端部１６ｂ，１６ｃは
夫々流入管５の取付部５ｃの外周、流入側町６の流入口
６ａの外周に望ましくは引張り応力を受けるように溶接
されている。このケース１６は薄い金属板により形成さ
れているため、ベローズ１１が圧縮応力を受けて縮む方
向に変位するとき、円筒部１６ａが外側にふくらむよう
に撓んでベローズ１１の収縮を許容する。これにより、
センサチューブ７，８の熱膨張が吸収される。

【００４５】しかし、流体圧力がベローズ１１に作用し
て、ベローズ１１が管路延在方向に伸びようとしても、
ケース１６の筒部１６ａが伸長できずベローズ１１の伸
び変位が規制される。

【００４６】又、図４に本発明の別の変形例を示す。

【００４７】同図中、保持機構４Ａ，４Ｂにおいて、上
記外周ベローズ１２の代わりにベローズ１１の圧縮方向
の収縮変位のみを許容し、伸び変位を規制する規制部材
１７が設けられている。

【００４８】規制部材１７はベローズ１１の外側をまた
ぐように装架されたボルト１７ａとナット１７ｂとより
なり、流入管５の外周及び流入側マニホールド６の外周
に溶接されたブラケット１８，１９の孔１８ａ，１９ａ
にボルト１７ａを挿通し、ボルト１７ａの先端のネジ部
１７ｃにナット１７ｂを螺合させる。

【００４９】尚、規制部材１７はベローズ１１の外側に
少なくとも２個以上設けられており、各規制部材１７の
ボルト１７ａに対しブラケット１８，１９がベローズ１
１の圧縮方向にのみ摺動できるようになっている。

【００５０】即ち、センサチューブ７，８が熱膨張した
ときは、ベローズ１１が圧縮されるとともにブラケット
１８，１９が互いに近接する方向に変位する。ところ
が、流体圧力によりベローズ１１が管路延在方向に伸び
ようとすると、ブラケット１８，１９がナット１７ｂ、
ボルト１７ａの頭部に当接して伸び方向の変位を規制さ
れる。

【００５１】又、上記規制部材１７はナット１７ｂの締
付けによりブラケット１８，１９の離間距離を調整する
ことができる。そのため、例えばセンサチューブ７，８
の長さあるいはケーシング２の全長にバラツキがあって
もナット１７ｂを回すことにより対応できる。

【００５２】尚、振動式密度計は上記実施例の質量流量
計と同様な構成であるので、その説明は省略する。振動
式密度計の場合、センサチューブ７，８の固有振動数が
流体の密度によって変化することを利用して密度を測定
するようになっており、図２，３，４に示す外周ベロー
ズ１２、ケース１６、規制部材１７を設けることにより
流体圧力によりベローズ１１が圧縮応力を受けることが
防止され、密度測定がより正確に行える。

【００５３】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる振動式測定装
置は、ベローズの管路延在方向の伸び変位を規制する規
制部材を有するため、流体圧力によりベローズが伸びて
センサチューブに圧縮応力が作用することを防止でき、
センサチューブを安定的に振動させることができるので
流量計測の器差レベルを小さく抑えることができる。さ
らに、流体圧力によるベローズの伸び変位が規制される
ため、ベローズの内径寸法を従来よりも大きくしてベロ
ーズでの圧力損失を小さくすることができる等の特長を
有する。

【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を示す縦断面図である。

【図２】本発明の要部を拡大して示す縦断面図である。

【図３】本発明の変形例を説明するための縦断面図であ
る。

【図４】本発明の別の変形例を説明するための縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ケーシング ３ 管路 ４Ａ，４Ｂ 保持機構 ５ 流入管 ６ 流入側マニホールド ７，８ センサチューブ ９ 流出側マニホールド １０ 流出管 １１ 内周ベローズ １２ 外周ベローズ（規制部材） １３ 加振器 １４，１５ ピックアップ １６ ケース（規制部材） １７ 規制部材 １７ａ ボルト １７ｂ ナット １８，１９ ブラケット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測流体が流入する流入口と被測流体が
   流出する流出口との間で直線状に延在する直管部を有す
   る管路と、 前記直管部を半径方向に振動させる加振器と、 前記直管部の振動に伴う直管部の半径方向の変位を検出
   するピックアップと、 前記直管部の管路延在方向の変位を吸収するように管路
   に設けられたベローズと、 該ベローズの管路延在方向の伸び変位を規制する規制部
   材と、 よりなることを特徴とする振動式測定装置。