JP2003097991A - 弓形管式コリオリメータ及びその形状決定方法 - Google Patents
弓形管式コリオリメータ及びその形状決定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 計測流体が温度突変を起こしたときに、応力
を所定の値に低く抑え、かつ、最もコンパクトになるよ
うにチューブ形状を決定する。 【解決手段】 ２本のフローチューブはそれぞれ、中央
の円弧部とその両側のそれぞれの直線部からなる弓形形
状に形成される。まず、最大流量におけるマニフォール
ドと弓形形状フローチューブを含む目標圧力損失と、最
大流量における振動検出センサーからのサイン波出力の
目標時間位相差と、チューブの目標固有振動数とに基づ
いてチューブ内径とチューブ端点間の直線長さを決定す
る。直線部の長さを計測流体の突変温度による熱応力が
少なくなるように選択し、かつ前記直線部の長さを変化
させても熱応力が略一定となる範囲内ではフローチュー
ブの垂直方向高さを小さくなるようにしてフローチュー
ブ形状を決定する。
を所定の値に低く抑え、かつ、最もコンパクトになるよ
うにチューブ形状を決定する。 【解決手段】 ２本のフローチューブはそれぞれ、中央
の円弧部とその両側のそれぞれの直線部からなる弓形形
状に形成される。まず、最大流量におけるマニフォール
ドと弓形形状フローチューブを含む目標圧力損失と、最
大流量における振動検出センサーからのサイン波出力の
目標時間位相差と、チューブの目標固有振動数とに基づ
いてチューブ内径とチューブ端点間の直線長さを決定す
る。直線部の長さを計測流体の突変温度による熱応力が
少なくなるように選択し、かつ前記直線部の長さを変化
させても熱応力が略一定となる範囲内ではフローチュー
ブの垂直方向高さを小さくなるようにしてフローチュー
ブ形状を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、並列２本の弓形フ
ローチューブを用いるタイプの弓形管式コリオリメータ
及びその形状決定方法に関する。
ローチューブを用いるタイプの弓形管式コリオリメータ
及びその形状決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】被測定流体の流通する流管の両端を支持
し、該支持点回りに流管を該流管の流れ方向と垂直な方
向に振動したとき、流管（以下振動が加えられるべき流
管を、フローチューブという）に作用するコリオリの力
が質量流量に比例することを利用した質量流量計（コリ
オリメータ）は周知である。
し、該支持点回りに流管を該流管の流れ方向と垂直な方
向に振動したとき、流管（以下振動が加えられるべき流
管を、フローチューブという）に作用するコリオリの力
が質量流量に比例することを利用した質量流量計（コリ
オリメータ）は周知である。
【０００３】さらに、このようなフローチューブは、並
列２本のチューブにして、この２本のフローチューブを
互いに反対位相で共振駆動すると共に、２本のフローチ
ューブに等しく測定流体を流すことにより、流体の種類
が変わっても、温度の変動があっても、常に２本のフロ
ーチューブの固有振動数を等しくし、これによって、効
率よく安定に駆動することができると共に、外部振動や
温度影響の無いコリオリメータを構成できることが知ら
れている。
列２本のチューブにして、この２本のフローチューブを
互いに反対位相で共振駆動すると共に、２本のフローチ
ューブに等しく測定流体を流すことにより、流体の種類
が変わっても、温度の変動があっても、常に２本のフロ
ーチューブの固有振動数を等しくし、これによって、効
率よく安定に駆動することができると共に、外部振動や
温度影響の無いコリオリメータを構成できることが知ら
れている。
【０００４】このような従来の並列２本のコリオリメー
タのフローチューブは、中央部でコイルとマグネットか
ら構成されている駆動装置によって、この２本のフロー
チューブを互いに反対位相で共振駆動している。また、
コイルとマグネットから構成されている一対の振動検出
センサが、駆動装置の取付位置に対して左右両側の対称
位置に設置され、コリオリの力に比例した位相差を検知
している。
タのフローチューブは、中央部でコイルとマグネットか
ら構成されている駆動装置によって、この２本のフロー
チューブを互いに反対位相で共振駆動している。また、
コイルとマグネットから構成されている一対の振動検出
センサが、駆動装置の取付位置に対して左右両側の対称
位置に設置され、コリオリの力に比例した位相差を検知
している。
【０００５】測定流体は、入口側のフランジを介して接
続される外部流管より流入し、２本のフローチューブに
等しく分岐される。そしてフローチューブの出口側で合
流して、出口側のフランジを介して接続される外部流管
に流出する。このような並列２本のコリオリメータに
は、湾曲管型のものと直管型のものが知られている。
続される外部流管より流入し、２本のフローチューブに
等しく分岐される。そしてフローチューブの出口側で合
流して、出口側のフランジを介して接続される外部流管
に流出する。このような並列２本のコリオリメータに
は、湾曲管型のものと直管型のものが知られている。
【０００６】湾曲管型の並列２本のコリオリメータは、
本体から横方向に伸びるフローチューブ脚部の振動を利
用しかつ測定するものであるから、この横方向脚部に必
要な長さを確保する必要がある。即ち、形状的にサイズ
が大きくなるという問題がある。
本体から横方向に伸びるフローチューブ脚部の振動を利
用しかつ測定するものであるから、この横方向脚部に必
要な長さを確保する必要がある。即ち、形状的にサイズ
が大きくなるという問題がある。
【０００７】これに対して、直管式のコリオリメータ
は、外部流管ライン方向に直管構成のフローチューブを
配置し、両端を支持された直管の中央部で直管軸に垂直
な方向に振動したとき、直管の支持部と中央部との間で
コリオリの力による直管の変位差、即ち位相差信号とし
て質量流量を検知するものであるから、このような直管
式のコリオリメータは、シンプル、コンパクトで堅牢な
構成にすることが可能になる。
は、外部流管ライン方向に直管構成のフローチューブを
配置し、両端を支持された直管の中央部で直管軸に垂直
な方向に振動したとき、直管の支持部と中央部との間で
コリオリの力による直管の変位差、即ち位相差信号とし
て質量流量を検知するものであるから、このような直管
式のコリオリメータは、シンプル、コンパクトで堅牢な
構成にすることが可能になる。
【０００８】しかし、直管式のコリオリメータのフロー
チューブは、その両側で固定支持される必要があるため
に温度影響を受ける。即ち、測定流体の温度が変わる
と、フローチューブは直ちに追随して温度が変わるのに
対して、フローチューブを固定する外筐のような固定構
造体の温度変動には遅れが生じる。このため、フローチ
ューブと固定構造体とは伸びに差を生じて、長手方向に
応力が発生し、これによるバネ定数の変化によりチュー
ブの固有振動数が変化する。それ故、直管式のコリオリ
メータは、その対策のため、ダイヤフラム、ベローズ等
の別途の応力吸収手段が必要になる。
チューブは、その両側で固定支持される必要があるため
に温度影響を受ける。即ち、測定流体の温度が変わる
と、フローチューブは直ちに追随して温度が変わるのに
対して、フローチューブを固定する外筐のような固定構
造体の温度変動には遅れが生じる。このため、フローチ
ューブと固定構造体とは伸びに差を生じて、長手方向に
応力が発生し、これによるバネ定数の変化によりチュー
ブの固有振動数が変化する。それ故、直管式のコリオリ
メータは、その対策のため、ダイヤフラム、ベローズ等
の別途の応力吸収手段が必要になる。
【０００９】このような温度変動による長手方向の伸び
に対する問題は、フローチューブを弓形に構成すること
により解決できる。米国特許第５，７９６，０１１号
は、このような弓形構成のフローチューブを開示する。
図７は、従来の弓形構成のフローチューブを有するコリ
オリメータの動作を説明するための概念図である。弓形
構成のフローチューブは、応力を分散させることがで
き、耐震性に優れている。しかし、従来構成の弓形チュ
ーブは、マニフォールドとフローチューブの接続が管軸
方向であった。そのため、図７の上側の図に、中央のＲ
と、その両側の２つのｒで示すように、フローチューブ
の曲げの工数が３回以上必要となり、特に、対称性が求
められる二本管チューブにおいては不利であった。ま
た、図７の下側の図は、上下振動中のフローチューブの
２つの状態を示しているが、そこに示されているよう
に、基板で固定された振動の節自体が、振動の際に上下
動してしまうことがあり、精度のよい計測を行うことが
できなかった。
に対する問題は、フローチューブを弓形に構成すること
により解決できる。米国特許第５，７９６，０１１号
は、このような弓形構成のフローチューブを開示する。
図７は、従来の弓形構成のフローチューブを有するコリ
オリメータの動作を説明するための概念図である。弓形
構成のフローチューブは、応力を分散させることがで
き、耐震性に優れている。しかし、従来構成の弓形チュ
ーブは、マニフォールドとフローチューブの接続が管軸
方向であった。そのため、図７の上側の図に、中央のＲ
と、その両側の２つのｒで示すように、フローチューブ
の曲げの工数が３回以上必要となり、特に、対称性が求
められる二本管チューブにおいては不利であった。ま
た、図７の下側の図は、上下振動中のフローチューブの
２つの状態を示しているが、そこに示されているよう
に、基板で固定された振動の節自体が、振動の際に上下
動してしまうことがあり、精度のよい計測を行うことが
できなかった。
【００１０】また、上記米国特許第５，７９６，０１１
号は、図８に示されるような円弧構成のフローチューブ
も開示する。しかし、このような単純な円弧構成のフロ
ーチューブは、入口導管或いは出口導管と一直線になっ
た滑らかな接続をすることができない。
号は、図８に示されるような円弧構成のフローチューブ
も開示する。しかし、このような単純な円弧構成のフロ
ーチューブは、入口導管或いは出口導管と一直線になっ
た滑らかな接続をすることができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の観点
で、弓形構成のフローチューブは、一方向の単純な曲げ
構成にするだけでなく、入口導管及び出口導管と一直線
にして滑らかに接続する必要がある。そのためには、弓
形構成のフローチューブを、図６に示すように、中央の
円弧部とその両側の直線部により構成して、入口導管及
び出口導管を、所定立ち上がり角度にして、フローチュ
ーブと同一方向にして結合することが望まれる。ただ、
その際には、フローチューブをコンパクトに設計するだ
けでなく、熱影響についても考慮した形状にする必要が
ある。
で、弓形構成のフローチューブは、一方向の単純な曲げ
構成にするだけでなく、入口導管及び出口導管と一直線
にして滑らかに接続する必要がある。そのためには、弓
形構成のフローチューブを、図６に示すように、中央の
円弧部とその両側の直線部により構成して、入口導管及
び出口導管を、所定立ち上がり角度にして、フローチュ
ーブと同一方向にして結合することが望まれる。ただ、
その際には、フローチューブをコンパクトに設計するだ
けでなく、熱影響についても考慮した形状にする必要が
ある。
【００１２】そこで、本発明は、かかる観点から、フロ
ーチューブを円弧セグメントと直線セグメントから構成
して、応力分散、耐震性に優れたものとした並列２本の
弓形管式のコリオリメータにおいて、計測流体が温度突
変を起こしたときに、応力を所定の値に低く抑え、か
つ、最もコンパクトになるようにチューブ形状を決定す
ることを目的としている。
ーチューブを円弧セグメントと直線セグメントから構成
して、応力分散、耐震性に優れたものとした並列２本の
弓形管式のコリオリメータにおいて、計測流体が温度突
変を起こしたときに、応力を所定の値に低く抑え、か
つ、最もコンパクトになるようにチューブ形状を決定す
ることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の弓形管式コリオ
リメータ、及びその形状決定方法は、並列２本のフロー
チューブと、測定流体流入口より２本のフローチューブ
に分岐する入口側マニフォールドと、２本のフローチュ
ーブに流れる測定流体を合流して測定流体流出口より流
出させる出口側マニフォールドと、一方のフローチュー
ブを他方のフローチューブに対して互いに反対位相で共
振駆動させる駆動装置と、該駆動装置の取付位置に対し
て左右両側の対称位置に設置されてコリオリの力に比例
した位相差を検出する一対の振動検出センサとを備えて
いる。この２本のフローチューブはそれぞれ、中央の円
弧部とその両側のそれぞれの直線部からなる弓形形状に
形成される。最大流量におけるマニフォールドと弓形形
状フローチューブを含む目標圧力損失と、最大流量にお
ける振動検出センサーからのサイン波出力の目標時間位
相差と、チューブの目標固有振動数とに基づいてチュー
ブ内径とチューブ端点間の直線長さを決定する。直線部
の長さを計測流体の突変温度による熱応力が少なくなる
ように選択し、かつ前記直線部の長さを変化させても熱
応力が略一定となる範囲内ではフローチューブの垂直方
向高さを小さくなるようにしてフローチューブ形状を決
定する。
リメータ、及びその形状決定方法は、並列２本のフロー
チューブと、測定流体流入口より２本のフローチューブ
に分岐する入口側マニフォールドと、２本のフローチュ
ーブに流れる測定流体を合流して測定流体流出口より流
出させる出口側マニフォールドと、一方のフローチュー
ブを他方のフローチューブに対して互いに反対位相で共
振駆動させる駆動装置と、該駆動装置の取付位置に対し
て左右両側の対称位置に設置されてコリオリの力に比例
した位相差を検出する一対の振動検出センサとを備えて
いる。この２本のフローチューブはそれぞれ、中央の円
弧部とその両側のそれぞれの直線部からなる弓形形状に
形成される。最大流量におけるマニフォールドと弓形形
状フローチューブを含む目標圧力損失と、最大流量にお
ける振動検出センサーからのサイン波出力の目標時間位
相差と、チューブの目標固有振動数とに基づいてチュー
ブ内径とチューブ端点間の直線長さを決定する。直線部
の長さを計測流体の突変温度による熱応力が少なくなる
ように選択し、かつ前記直線部の長さを変化させても熱
応力が略一定となる範囲内ではフローチューブの垂直方
向高さを小さくなるようにしてフローチューブ形状を決
定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の並列２本の弓形フ
ローチューブを用いる弓形管式のコリオリメータを例示
に基づき説明する。図１は、本発明を適用するコリオリ
メータを例示する図であり、入口配管及び出口配管を水
平にして取り付けたと仮定して、その正面から見た部分
的断面図（左側図）と、中央部で切断した側面図（右側
図）である。図示のコリオリメータは、使用に際して、
水平方向に取り付けること或いは垂直方向に取り付ける
ことのいずれも可能であり、さらに水平方向に取り付け
る際にも、図１に示したようにフローチューブ中央の湾
曲凸部を上にして取り付けること、或いは逆に下にして
取り付けることのいずれも可能である。ただ、ガス計測
の場合には、液体がフローチューブ中央の湾曲凸部に滞
留しないように、湾曲凸部を、図示したように上にする
ことが望ましく、また、逆に液体計測の場合には、気泡
が滞留しないように、湾曲凸部を下にして取り付けるこ
とが望ましい。
ローチューブを用いる弓形管式のコリオリメータを例示
に基づき説明する。図１は、本発明を適用するコリオリ
メータを例示する図であり、入口配管及び出口配管を水
平にして取り付けたと仮定して、その正面から見た部分
的断面図（左側図）と、中央部で切断した側面図（右側
図）である。図示のコリオリメータは、使用に際して、
水平方向に取り付けること或いは垂直方向に取り付ける
ことのいずれも可能であり、さらに水平方向に取り付け
る際にも、図１に示したようにフローチューブ中央の湾
曲凸部を上にして取り付けること、或いは逆に下にして
取り付けることのいずれも可能である。ただ、ガス計測
の場合には、液体がフローチューブ中央の湾曲凸部に滞
留しないように、湾曲凸部を、図示したように上にする
ことが望ましく、また、逆に液体計測の場合には、気泡
が滞留しないように、湾曲凸部を下にして取り付けるこ
とが望ましい。
【００１５】例示したコリオリメータのフローチューブ
１、２は、弓形に湾曲した同一形状の流管であり、各々
の両端部は、入口側及び出口側マニフォールド２５に溶
接などにより結合されている。なお、以下の説明におい
て、測定流体は、図１の左側より流入し、右側に流出す
ると仮定している。測定流体は、フランジ１８を介して
接続されている外部流管より流入し、入口側マニフォー
ルドで２本のフローチューブ１、２に等しく分岐され
る。そしてフローチューブ１、２の出口側では、出口側
マニフォールド２５で合流して、フランジ１９を介して
接続されている外部流管に流出する。
１、２は、弓形に湾曲した同一形状の流管であり、各々
の両端部は、入口側及び出口側マニフォールド２５に溶
接などにより結合されている。なお、以下の説明におい
て、測定流体は、図１の左側より流入し、右側に流出す
ると仮定している。測定流体は、フランジ１８を介して
接続されている外部流管より流入し、入口側マニフォー
ルドで２本のフローチューブ１、２に等しく分岐され
る。そしてフローチューブ１、２の出口側では、出口側
マニフォールド２５で合流して、フランジ１９を介して
接続されている外部流管に流出する。
【００１６】流入側と流出側は対称に構成されているの
で、図示した流出側について説明すると、マニフォール
ド２５は、その流出口（フランジ１９との接続部）から
円弧を描いて滑らかに上方の所定角度方向に転向して、
フローチューブ１、２との接続口に至る。このように、
マニフォールドのチューブ接続口をチューブ立ち上がり
角度とすることで、フローチューブ自体は単純な一方向
の湾曲をさせるのみで、接続されたフローチューブとマ
ニフォールドは、全体として滑らかな弓形形状を構成す
る。また、マニフォールドは、１つの流出口から、２本
のフローチューブ１、２に分岐するよう２つの流路を形
成する。
で、図示した流出側について説明すると、マニフォール
ド２５は、その流出口（フランジ１９との接続部）から
円弧を描いて滑らかに上方の所定角度方向に転向して、
フローチューブ１、２との接続口に至る。このように、
マニフォールドのチューブ接続口をチューブ立ち上がり
角度とすることで、フローチューブ自体は単純な一方向
の湾曲をさせるのみで、接続されたフローチューブとマ
ニフォールドは、全体として滑らかな弓形形状を構成す
る。また、マニフォールドは、１つの流出口から、２本
のフローチューブ１、２に分岐するよう２つの流路を形
成する。
【００１７】このように、振動測定のために重要な機能
を果たすフローチューブ１、２自体は、一方向の単純な
湾曲をさせた構成を有するのみであって、流路を２本の
フローチューブから外部配管方向に向ける複雑な流路変
更は、マニフォールドで対応している。フローチューブ
１、２は、マニフォールドと溶接などにより固着するこ
とができ、可撓部は必要なく、熱ストレスはフローチュ
ーブを弓形形状にしたことにより吸収し、また配管スト
レスにも強い構造となる。
を果たすフローチューブ１、２自体は、一方向の単純な
湾曲をさせた構成を有するのみであって、流路を２本の
フローチューブから外部配管方向に向ける複雑な流路変
更は、マニフォールドで対応している。フローチューブ
１、２は、マニフォールドと溶接などにより固着するこ
とができ、可撓部は必要なく、熱ストレスはフローチュ
ーブを弓形形状にしたことにより吸収し、また配管スト
レスにも強い構造となる。
【００１８】また、フローチューブ１、２の両端近傍に
は、駆動したとき振動の節部を形成させるための基板２
８が設けられ、かつこれは、フローチューブ１、２が並
列に維持されるように相互固着している。この基板２８
は、これを備えるときには、基板２８による固着点が振
動の第１の支点になると共に、フローチューブ１、２と
入口側及び出口側マニフォールド２５の上端との結合端
が第２の支点となって振動する。
は、駆動したとき振動の節部を形成させるための基板２
８が設けられ、かつこれは、フローチューブ１、２が並
列に維持されるように相互固着している。この基板２８
は、これを備えるときには、基板２８による固着点が振
動の第１の支点になると共に、フローチューブ１、２と
入口側及び出口側マニフォールド２５の上端との結合端
が第２の支点となって振動する。
【００１９】駆動装置１５は、弓形フローチューブの中
央部において、駆動装置コイルが一方のフローチューブ
１に、駆動装置マグネットが他方のフローチューブ２に
それぞれ取付具を介して取り付けられている。駆動装置
コイルへの配線は、フレキシブルプリント板１２を介し
て、かつ、配線取出部３４を介して、このコリオリメー
タ外部に接続される。配線取出部３４は、断面半円形状
の基部３０に支持されると共に、それを貫通している。
この基部３０には、カバー３１が一体に接合されて、マ
ニフォールド部の鍔部２６と協同して、内部に気密空間
を形成している。一対の振動検出センサ１６、１７は、
駆動装置１５の両側において、一方のフローチューブ１
に検出センサマグネットが、他方のフローチューブ２に
検出センサコイルがそれぞれ取付具を介して取り付けら
れている。
央部において、駆動装置コイルが一方のフローチューブ
１に、駆動装置マグネットが他方のフローチューブ２に
それぞれ取付具を介して取り付けられている。駆動装置
コイルへの配線は、フレキシブルプリント板１２を介し
て、かつ、配線取出部３４を介して、このコリオリメー
タ外部に接続される。配線取出部３４は、断面半円形状
の基部３０に支持されると共に、それを貫通している。
この基部３０には、カバー３１が一体に接合されて、マ
ニフォールド部の鍔部２６と協同して、内部に気密空間
を形成している。一対の振動検出センサ１６、１７は、
駆動装置１５の両側において、一方のフローチューブ１
に検出センサマグネットが、他方のフローチューブ２に
検出センサコイルがそれぞれ取付具を介して取り付けら
れている。
【００２０】動作において、駆動装置１５は、並列２本
のフローチューブ１、２の中央部で、２本のフローチュ
ーブ１、２を互いに反対位相で共振駆動する。一対の振
動検出センサ１６、１７は、駆動装置１５の取付位置に
対して左右両側の対称位置に設置されて、コリオリの力
に比例した位相差を検知する。なお、図示した駆動装置
１５及び一対の振動検出センサ１６、１７は、いずれ
も、フローチューブ１とフローチューブ２の間のチュー
ブ軸間に配置されている。言い換えると、図１に示すよ
うに、２本のフローチューブを重なる方向に見たとき
に、駆動装置１５及び一対の振動検出センサ１６、１７
のそれぞれを、両フローチューブの間で、しかも両フロ
ーチューブのそれぞれの中心軸を結ぶ線上を中心として
配置したものである。これによって、両フローチューブ
の中心軸を結ぶ線上で駆動力を作用させ、かつこの駆動
力に基づくコリオリ力を検出することができるから、振
動慣性力による慣性モーメントが生じることはない。
のフローチューブ１、２の中央部で、２本のフローチュ
ーブ１、２を互いに反対位相で共振駆動する。一対の振
動検出センサ１６、１７は、駆動装置１５の取付位置に
対して左右両側の対称位置に設置されて、コリオリの力
に比例した位相差を検知する。なお、図示した駆動装置
１５及び一対の振動検出センサ１６、１７は、いずれ
も、フローチューブ１とフローチューブ２の間のチュー
ブ軸間に配置されている。言い換えると、図１に示すよ
うに、２本のフローチューブを重なる方向に見たとき
に、駆動装置１５及び一対の振動検出センサ１６、１７
のそれぞれを、両フローチューブの間で、しかも両フロ
ーチューブのそれぞれの中心軸を結ぶ線上を中心として
配置したものである。これによって、両フローチューブ
の中心軸を結ぶ線上で駆動力を作用させ、かつこの駆動
力に基づくコリオリ力を検出することができるから、振
動慣性力による慣性モーメントが生じることはない。
【００２１】温度センサが図示したように、２カ所に設
けられている。フローチューブ両側の固定端間の距離の
変動は、振動周波数に影響を与えるので、補正する必要
がある。図示の装置は、この補正を、基部３０の代表温
度を計測することにより、その伸びを推測することによ
り行うものである。さらに、フローチューブのマニフォ
ールド結合端近くで温度測定するためのセンサが備えら
れる。これは、フローチューブの温度が変動することに
より剛性が変動するのを補正するためのものである。
けられている。フローチューブ両側の固定端間の距離の
変動は、振動周波数に影響を与えるので、補正する必要
がある。図示の装置は、この補正を、基部３０の代表温
度を計測することにより、その伸びを推測することによ
り行うものである。さらに、フローチューブのマニフォ
ールド結合端近くで温度測定するためのセンサが備えら
れる。これは、フローチューブの温度が変動することに
より剛性が変動するのを補正するためのものである。
【００２２】図１に示した弓形構成のフローチューブ
は、中央の円弧部とその両側の直線部により構成して、
入口導管及び出口導管を、所定立ち上がり角度にして、
フローチューブと同一方向にして結合している。このよ
うなフローチューブの形状は、コンパクトに設計するだ
けでなく、熱影響についても考慮した上で最適のものに
決定する必要がある。
は、中央の円弧部とその両側の直線部により構成して、
入口導管及び出口導管を、所定立ち上がり角度にして、
フローチューブと同一方向にして結合している。このよ
うなフローチューブの形状は、コンパクトに設計するだ
けでなく、熱影響についても考慮した上で最適のものに
決定する必要がある。
【００２３】以下、計測流体が温度突変を起こしたとき
に、応力を所定の値に低く抑え、かつ、最もコンパクト
になるようにチューブ形状を決定する方法を図２〜図４
を参照して説明する。
に、応力を所定の値に低く抑え、かつ、最もコンパクト
になるようにチューブ形状を決定する方法を図２〜図４
を参照して説明する。
【００２４】図２において、フローチューブの入口側及
び出口側マニフォールドとの接続点をそれぞれＣ’点及
びＣ点、その中間のフローチューブ上の天頂点をＡ点、
中央の円弧部と直線部との接続点をＢ点と表示してい
る。Ａ点を座標原点として、そこから右方向にｘ軸正方
向、下方向にｙ軸正方向としている。円弧部の円弧中心
とＡ点を結ぶ線を基準として、円弧状の任意の点までの
角度をφ、円弧部端点（即ちＢ点）までの角度をφ0 、
円弧部半径をＲと表示している。さらに、フローチュー
ブの高さをｈ、Ｃ’点とＣ点を結ぶ直線長さ（端点間直
線距離）の半分をＬ／２、この直線とフローチューブの
直線部とのなす角度をφ1 と表示している。
び出口側マニフォールドとの接続点をそれぞれＣ’点及
びＣ点、その中間のフローチューブ上の天頂点をＡ点、
中央の円弧部と直線部との接続点をＢ点と表示してい
る。Ａ点を座標原点として、そこから右方向にｘ軸正方
向、下方向にｙ軸正方向としている。円弧部の円弧中心
とＡ点を結ぶ線を基準として、円弧状の任意の点までの
角度をφ、円弧部端点（即ちＢ点）までの角度をφ0 、
円弧部半径をＲと表示している。さらに、フローチュー
ブの高さをｈ、Ｃ’点とＣ点を結ぶ直線長さ（端点間直
線距離）の半分をＬ／２、この直線とフローチューブの
直線部とのなす角度をφ1 と表示している。
【００２５】このようなフローチューブの形状の決定手
順として、まず、フローチューブの端点間直線距離Ｌ
と、フローチューブの垂直方向高さｈとの比ｈ／Ｌ＝1/
3 〜1/4 （0.33〜0.25) とする。本発明は、前述した観
点から、応力分散、耐震性に優れたものとした並列２本
の弓形管式のコリオリメータを前提としている。なお、
通常、従来の湾曲管型のフローチューブは、ｈ／Ｌ＞1.
3 に構成され、かつ、直管型のフローチューブは当然ｈ
＝０であり、ｈ／Ｌ＝０に構成されている。
順として、まず、フローチューブの端点間直線距離Ｌ
と、フローチューブの垂直方向高さｈとの比ｈ／Ｌ＝1/
3 〜1/4 （0.33〜0.25) とする。本発明は、前述した観
点から、応力分散、耐震性に優れたものとした並列２本
の弓形管式のコリオリメータを前提としている。なお、
通常、従来の湾曲管型のフローチューブは、ｈ／Ｌ＞1.
3 に構成され、かつ、直管型のフローチューブは当然ｈ
＝０であり、ｈ／Ｌ＝０に構成されている。
【００２６】さらに、形状決定の前提として、最大流量
におけるマニフォールドと弓形チューブを含む圧力損失
を１bar 以下にすることを目標とする。（入口側マニフ
ォールドの絞り効果と出口側マニフォールドの拡大効果
による圧力損失及び弓形チューブ全長を等価直管長さに
した圧力損失の合計）。また、最大流量における2 本の
チューブセンサーコイルからのサイン波出力の時間位相
差を６μｓ以上とすることを目標とする。チューブの固
有振動数を商用周波数より高い250 〜400Hz に設定す
る。
におけるマニフォールドと弓形チューブを含む圧力損失
を１bar 以下にすることを目標とする。（入口側マニフ
ォールドの絞り効果と出口側マニフォールドの拡大効果
による圧力損失及び弓形チューブ全長を等価直管長さに
した圧力損失の合計）。また、最大流量における2 本の
チューブセンサーコイルからのサイン波出力の時間位相
差を６μｓ以上とすることを目標とする。チューブの固
有振動数を商用周波数より高い250 〜400Hz に設定す
る。
【００２７】以上の前提から、チューブ内径Diと端点間
直線距離Ｌが決定される。次に、このようにして概略決
定された弓形チューブで、計測流体の突変温度による応
力が少ない形状の詳細を求める。結論的には、後述の(2
4)式に示されるとおり、固定端に発生する最大応力を求
めることができる。そして、この最大応力は、直線部の
長さL1と関連づけて求めることができるから、最大応力
が小さくなる長さL1と共に、チューブの垂直方向高さｈ
を求めることができる。以下、これについて詳細に説明
する。
直線距離Ｌが決定される。次に、このようにして概略決
定された弓形チューブで、計測流体の突変温度による応
力が少ない形状の詳細を求める。結論的には、後述の(2
4)式に示されるとおり、固定端に発生する最大応力を求
めることができる。そして、この最大応力は、直線部の
長さL1と関連づけて求めることができるから、最大応力
が小さくなる長さL1と共に、チューブの垂直方向高さｈ
を求めることができる。以下、これについて詳細に説明
する。
【００２８】図２に示すように、図中A 点が弓形チュー
ブの天頂点で、A −B 間が円弧チューブ（の半分）、B
−C 間が直線チューブであり、C 点とC'点は固定されて
いる。チューブ連続の条件からφ0 ＝φ１とする。今チ
ューブの内部を流れる液体の温度が突然ｔ１からｔ２に
変化（突変）した時のチューブに発生する熱応力を求め
るが、A 点からｙ軸方向にｄだけ移動した点、即ち弾性
中心( 熱膨張によるモーメント0 の点）を原点に取って
解析する。この弾性中心を原点とした座標を（ｘ1 、ｙ
1 ）で表している。即ち、ｘ1 ＝ｘ、ｙ1 ＝ｙ−ｄであ
る。
ブの天頂点で、A −B 間が円弧チューブ（の半分）、B
−C 間が直線チューブであり、C 点とC'点は固定されて
いる。チューブ連続の条件からφ0 ＝φ１とする。今チ
ューブの内部を流れる液体の温度が突然ｔ１からｔ２に
変化（突変）した時のチューブに発生する熱応力を求め
るが、A 点からｙ軸方向にｄだけ移動した点、即ち弾性
中心( 熱膨張によるモーメント0 の点）を原点に取って
解析する。この弾性中心を原点とした座標を（ｘ1 、ｙ
1 ）で表している。即ち、ｘ1 ＝ｘ、ｙ1 ＝ｙ−ｄであ
る。
【００２９】チモシェンコによれば、図３に示すような
固定アーチで座標の原点をＡ点から点Ｏに動かし、チュ
ーブ材料の縦弾性係数をＥ、チューブの断面２次モーメ
ント＝π／６４（Do4 -Di 4 ) をＩとすると、新しい縦
座標y1＝y −d が、次の条件
固定アーチで座標の原点をＡ点から点Ｏに動かし、チュ
ーブ材料の縦弾性係数をＥ、チューブの断面２次モーメ
ント＝π／６４（Do4 -Di 4 ) をＩとすると、新しい縦
座標y1＝y −d が、次の条件
【００３０】
【数１】
【００３１】を満たすように、距離ｄを選ぶとｄは(2)
式で表される。
式で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】まず最初に、温度突変によるｘ方向の膨張
による弾性歪エネルギーＵx を考える。ｓ：アーチ（弓
形）の任意位置での長さ、ｄｓ：アーチの任意位置での
微小長さ、U ：弾性歪エネルギー、Mx:X軸方向のモーメ
ント、My：Y 軸方向のモーメント、N ：チューブの圧縮
力、α：チューブ材料の温度膨張係数、ｔ：チューブの
温度または温度差とし、弾性中心（Ｏ点）における水平
方向の力である圧縮力Ｈo と弾性中心（Ｏ点）における
曲げモーメントＭo を不静定量に取るとカステリアーノ
の第２定理から、
による弾性歪エネルギーＵx を考える。ｓ：アーチ（弓
形）の任意位置での長さ、ｄｓ：アーチの任意位置での
微小長さ、U ：弾性歪エネルギー、Mx:X軸方向のモーメ
ント、My：Y 軸方向のモーメント、N ：チューブの圧縮
力、α：チューブ材料の温度膨張係数、ｔ：チューブの
温度または温度差とし、弾性中心（Ｏ点）における水平
方向の力である圧縮力Ｈo と弾性中心（Ｏ点）における
曲げモーメントＭo を不静定量に取るとカステリアーノ
の第２定理から、
【００３４】
【数３】
【００３５】
【数４】
【００３６】が成り立つ。ここに
【００３７】
【数５】
【００３８】弾性中心の条件によりＭo ＝０であるから
【００３９】
【数６】
【００４０】が得られる。(5) 、(6) 式によって弓形チ
ューブの任意断面の曲げモーメントと圧縮力が求められ
る。図２に示すような円弧と直線による弓形チューブの
諸元を入れて(2) 式のｄを解くと
ューブの任意断面の曲げモーメントと圧縮力が求められ
る。図２に示すような円弧と直線による弓形チューブの
諸元を入れて(2) 式のｄを解くと
【００４１】
【数７】
【００４２】ここで、R ：アーチ型チューブの円弧部分
の円弧半径である。
の円弧半径である。
【００４３】従って頂点A から弾性中心までの距離は
【００４４】
【数８】
【００４５】と表される。同様にして(6) 式を解くと
【００４６】
【数９】
【００４７】となる。ここで
【００４８】
【数１０】
【００４９】
【数１１】
【００５０】(5),(9),(10),(11) 式より任意チューブ断
面の曲げモーメント及び圧縮力N が求まる。ここで、A
：チューブの断面積＝π・（Do2 −Di2 ）/4 、Do：
チューブ外径、Di：チューブ内径である。
面の曲げモーメント及び圧縮力N が求まる。ここで、A
：チューブの断面積＝π・（Do2 −Di2 ）/4 、Do：
チューブ外径、Di：チューブ内径である。
【００５１】次に熱膨張による垂直方向に関しては図４
のように、不静定力をＨ1 、不静定モーメントをＭ1 と
すると次式が成り立つ。
のように、不静定力をＨ1 、不静定モーメントをＭ1 と
すると次式が成り立つ。
【００５２】
【数１２】
【００５３】カステリアーノの第２定理から、弾性歪エ
ネルギーをＵy とすると、
ネルギーをＵy とすると、
【００５４】
【数１３】
【００５５】また、
【００５６】
【数１４】
【００５７】これより
【００５８】
【数１５】
【００５９】が得られる。ここで
【００６０】
【数１６】
【００６１】
【数１７】
【００６２】
【数１８】
【００６３】MxもMyも同じ向きなので加算され合成モー
メントM は
メントM は
【００６４】
【数１９】
【００６５】となる。また最大モーメントは固定端C に
おける値でこれをM max とすると最大曲げ応力は
おける値でこれをM max とすると最大曲げ応力は
【００６６】
【数２０】
【００６７】となる。ここでZ ：アーチの断面係数＝
（π／３２）・ （Do4 −Di4 ) ／Doである。またC 点の
圧縮応力は
（π／３２）・ （Do4 −Di4 ) ／Doである。またC 点の
圧縮応力は
【００６８】
【数２１】
【００６９】従って合応力は
【００７０】
【数２２】
【００７１】なお、計算の結果、σC はσMmaxの2 〜3
％と小さく無視できることが分かった。即ち、
％と小さく無視できることが分かった。即ち、
【００７２】
【数２３】
【００７３】としてよい。従って最大応力は固定端に発
生し
生し
【００７４】
【数２４】
【００７５】と表される。
【００７６】例えば口径25mmでチューブ材料にステンレ
ス製を用い、諸元をチューブ内径Di＝15mm、チューブ肉
厚0.75mmとし突変温度110 ℃とした時、L=371.4 ｍｍ＝
一定とし、φ1=φ0=40°とした場合、直線長さL1を変え
た時の最大応力σmax 及びチューブ高さｈをグラフに示
すと図５のようになる。この図から分かるように最大応
力σmax はL1≧130mm で最小値( 約125N/mm2) に収斂す
る。しかしL1を大きく取るとｈが増大するのでL1=130mm
に取ると最大応力も少なく、寸法もコンパクトになる
（白抜きのマークがそのポイントである。）のでこのポ
イントに決定することができる。
ス製を用い、諸元をチューブ内径Di＝15mm、チューブ肉
厚0.75mmとし突変温度110 ℃とした時、L=371.4 ｍｍ＝
一定とし、φ1=φ0=40°とした場合、直線長さL1を変え
た時の最大応力σmax 及びチューブ高さｈをグラフに示
すと図５のようになる。この図から分かるように最大応
力σmax はL1≧130mm で最小値( 約125N/mm2) に収斂す
る。しかしL1を大きく取るとｈが増大するのでL1=130mm
に取ると最大応力も少なく、寸法もコンパクトになる
（白抜きのマークがそのポイントである。）のでこのポ
イントに決定することができる。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、計測流体が温度突変を
起こしたときに、応力を所定の値に低く抑え、かつ、最
もコンパクトになるようにチューブ形状を決定すること
が可能になる。
起こしたときに、応力を所定の値に低く抑え、かつ、最
もコンパクトになるようにチューブ形状を決定すること
が可能になる。
【００７８】また、本発明は、フローチューブを円弧セ
グメントと直線セグメントから構成した並列２本の弓形
管式であるために、応力分散、耐震性に優れているとい
う効果を有している。
グメントと直線セグメントから構成した並列２本の弓形
管式であるために、応力分散、耐震性に優れているとい
う効果を有している。
【図１】本発明を適用するコリオリメータを例示する図
であり、入口配管及び出口配管を水平にして取り付けた
と仮定して、その正面から見た部分的断面図（左側図）
と、中央部で切断した側面図（右側図）である。
であり、入口配管及び出口配管を水平にして取り付けた
と仮定して、その正面から見た部分的断面図（左側図）
と、中央部で切断した側面図（右側図）である。
【図２】弓形チューブの諸元図である。
【図３】固定アーチを示す図である。
【図４】垂直方向の熱膨張によるモーメント図である。
【図５】直線長さL1を変えた時の最大応力σmax 及びチ
ューブ高さｈを示すグラフである。
ューブ高さｈを示すグラフである。
【図６】中央の円弧部とその両側の直線部により構成さ
れる弓形構成のフローチューブを説明するための図であ
る。
れる弓形構成のフローチューブを説明するための図であ
る。
【図７】従来の弓形構成のフローチューブを有するコリ
オリメータの動作を説明するための概念図である。
オリメータの動作を説明するための概念図である。
【図８】従来の円弧構成のフローチューブを説明するた
めの図である。
めの図である。
１ フローチューブ
２ フローチューブ
１２ フレキシブルプリント板
１５ 駆動装置
１６，１７ 振動検出センサ
１８，１９ フランジ
２５ マニフォールド
２６ 鍔部
２８ 基板
３０ 基部
３１ カバー
３４ 配線取出部
フロントページの続き
(72)発明者 助村 典郎
東京都新宿区上落合３丁目10番８号 株式
会社オーバル内
(72)発明者 小川 胖
東京都新宿区上落合３丁目10番８号 株式
会社オーバル内
(72)発明者 五味 信吾
東京都新宿区上落合３丁目10番８号 株式
会社オーバル内
Ｆターム(参考） 2F035 JA02
Claims (2)
- 【請求項１】 並列２本のフローチューブと、測定流体
流入口より２本のフローチューブに分岐する入口側マニ
フォールドと、前記２本のフローチューブに流れる測定
流体を合流して測定流体流出口より流出させる出口側マ
ニフォールドと、一方のフローチューブを他方のフロー
チューブに対して互いに反対位相で共振駆動させる駆動
装置と、該駆動装置の取付位置に対して左右両側の対称
位置に設置されてコリオリの力に比例した位相差を検出
する一対の振動検出センサとを備える弓形管式コリオリ
メータにおいて、 前記２本のフローチューブはそれぞれ、中央の円弧部と
その両側のそれぞれの直線部からなる弓形形状に形成
し、 最大流量におけるマニフォールドと弓形形状フローチュ
ーブを含む目標圧力損失と、最大流量における振動検出
センサーからのサイン波出力の目標時間位相差と、チュ
ーブの目標固有振動数とに基づいてチューブ内径とチュ
ーブ端点間の直線長さを決定し、 前記直線部の長さを計測流体の突変温度による熱応力が
少なくなるように選択し、かつ前記直線部の長さを変化
させても熱応力が略一定となる範囲内ではフローチュー
ブの垂直方向高さを小さくなるようにしてフローチュー
ブ形状を決定した、 ことを特徴とする弓形管式コリオリメータ。 - 【請求項２】 並列２本のフローチューブと、測定流体
流入口より２本のフローチューブに分岐する入口側マニ
フォールドと、前記２本のフローチューブに流れる測定
流体を合流して測定流体流出口より流出させる出口側マ
ニフォールドと、一方のフローチューブを他方のフロー
チューブに対して互いに反対位相で共振駆動させる駆動
装置と、該駆動装置の取付位置に対して左右両側の対称
位置に設置されてコリオリの力に比例した位相差を検出
する一対の振動検出センサとを備える弓形管式コリオリ
メータの形状決定方法において、 前記２本のフローチューブはそれぞれ、中央の円弧部と
その両側のそれぞれの直線部からなる弓形形状に形成
し、 最大流量におけるマニフォールドと弓形形状フローチュ
ーブを含む目標圧力損失と、最大流量における振動検出
センサーからのサイン波出力の目標時間位相差と、チュ
ーブの目標固有振動数とに基づいてチューブ内径とチュ
ーブ端点間の直線長さを決定し、 前記直線部の長さを計測流体の突変温度による熱応力が
少なくなるように選択し、かつ前記直線部の長さを変化
させても熱応力が略一定となる範囲内ではフローチュー
ブの垂直方向高さを小さくなるようにしてフローチュー
ブ形状を決定した、 ことを特徴とする弓形管式コリオリメータの形状決定方
法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001288260A JP3593513B2 (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 弓形管式コリオリメータ及びその形状決定方法 |
| CNB028033515A CN1245610C (zh) | 2001-09-21 | 2002-06-25 | 弓形管式科式流量计及其形状的确定方法 |
| US10/415,257 US6802224B2 (en) | 2001-09-21 | 2002-06-25 | Arch-shaped tube type coriolis meter and method for determining shape of the coriolis meter |
| CA002428495A CA2428495C (en) | 2001-09-21 | 2002-06-25 | Arcuate-tube-type coriolis flow meter and method for determining shape of the same |
| EP02743713A EP1429119A4 (en) | 2001-09-21 | 2002-06-25 | CORE-TYPE CORIOLIS-EFFECT COUNTER AND METHOD FOR DETERMINING THE FORM OF A CORIOLIS-EFFECT COUNTER |
| PCT/JP2002/006315 WO2003029761A1 (fr) | 2001-09-21 | 2002-06-25 | Compteur a effet de coriolis de type a tubulure arquee et procede pour determiner la forme d'un compteur a effet de coriolis |
| KR1020037006225A KR100541347B1 (ko) | 2001-09-21 | 2002-06-25 | 아치형 튜브 타입 코리올리 미터 및 그 형상 결정 방법 |
| TW091114653A TW565683B (en) | 2001-09-21 | 2002-07-02 | Arch-shaped tube type Coriolis meter and the method of determining shape of the Coriolis meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001288260A JP3593513B2 (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 弓形管式コリオリメータ及びその形状決定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003097991A true JP2003097991A (ja) | 2003-04-03 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3593513B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011520104A (ja) * | 2008-05-01 | 2011-07-14 | マイクロ モーション インコーポレイテッド | 超短波振動式フローメータ |
-
2001
- 2001-09-21 JP JP2001288260A patent/JP3593513B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011520104A (ja) * | 2008-05-01 | 2011-07-14 | マイクロ モーション インコーポレイテッド | 超短波振動式フローメータ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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