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公開番号2024178860
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-25
出願番号2023097340
出願日2023-06-13
発明の名称コリオリ質量流量計
出願人横河電機株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G01F 1/84 20060101AFI20241218BHJP(測定;試験)
要約【課題】容易に測定感度を高めること。
【解決手段】コリオリ質量流量計100は、両端が固定され、両端の中心を軸に回転対称の形状であり、両端の一端側から他端側へ被測定対象の流体が流れる測定管1と、測定管1に対して軸を中心とする回転振動を与えるエキサイター2、3と、回転振動させた測定管1に作用するコリオリ力の方向において回転振動の振幅に比例して測定管1に生じる変位、速度または加速度を検出するセンサ4と、検出された変位、速度または加速度に基づいて流体の質量流量を算出する変換器12と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
両端が固定され、前記両端の中心を軸に回転対称の形状であり、前記両端の一端側から他端側へ被測定対象の流体が流れる測定管と、
前記測定管に対して前記軸を中心とする回転振動を与える励振部と、
前記回転振動させた測定管に作用するコリオリ力の方向において前記回転振動の振幅に比例して前記測定管に生じる変位、速度または加速度を検出するセンサ部と、
検出された前記変位、前記速度または前記加速度に基づいて前記流体の質量流量を算出する算出部と、
を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記励振部は、前記測定管の前記軸に対して一方向側に設けられた第１の励振部と、前記測定管の前記軸に対して他方向側に設けられた第２の励振部とを含み、前記第１の励振部および前記第２の励振部が互いに逆位相で駆動することで前記回転振動を与える、
ことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項３】
前記センサ部は、前記軸上に１つ設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項４】
前記測定管は、前記一端側から延在する第１の管部と、前記第１の管部から直角に屈曲して延在する第２の管部と、前記第２の管部から直角に屈曲して前記他端側に延在する第３の管部とを有するコ字形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項５】
前記算出部は、前記変位をｙ
ｐ
、前記測定管のたわみ量と等分布荷重の比例係数をＫ、前記回転振動における前記測定管のねじれ角をθ、前記質量流量をＱ
ｍ
、前記回転振動の振幅をＦ
ｅｘ０
、前記第２の管部の幅をＬ
ｂｍ
、前記軸回りの前記測定管の運動に対する減衰係数をＤ
θ
、前記励振部の駆動振動数をω
θ
および前記励振部の励振力に対する位相遅れをφ
θ
とした次の式（１）をもとに、
TIFF
2024178860000007.tif
14
170
前記変位、前記速度または前記加速度に基づく前記質量流量を算出する、
特徴とする請求項４に記載のコリオリ質量流量計。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリオリ質量流量計に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、測定管内を流れる流体の流量を測定する流量計として、コリオリ質量流量計が知られている。図６は、従来のコリオリ質量流量計の構成および動作の概要を説明する説明図である。
【０００３】
図６に示すように、被測定対象の流体が流れる測定管１０１は、Ｚ軸（例えば鉛直方向）を中心として１８０°回転対称の「コ」字の形状である。測定管１０１において、流体が流入および流出する両端部は、Ｘ軸上に固定される。
【０００４】
測定管１０１において、流体の流入口側の管部には、（速度）変位を検出するセンサ１０２が設置されている。また、センサ１０２と同じ高さ（Ｚ座標）の、流出口側の管部には、（速度）変位を検出するセンサ１０３が設置されている。このセンサ１０２、１０３は、同じ高さ（Ｚ座標）の設置部位における測定管１０１の（速度）変位を検出する。
【０００５】
測定管１０１の中央（Ｚ軸上）には、測定管１０１を励振させる励振装置としてエキサイター１０４が設置されている。エキサイター１０４は、変換器１１１によって動作が制御され、Ｙ方向の調和励振力１０５を与える。エキサイター１０４は、Ｙ方向の調和励振力１０５により、図中の点線で示すように、測定管１０１をＹ方向にたわませる振動モード（たわみモード）で共振させる。
【０００６】
測定管１０１に生じる振動振幅は微小であるため、エキサイター１０４の調和励振力１０５による測定管１０１の振幅は、測定管１０１のＸ軸まわりの回転振動とみなせる。また、測定管１０１を基準にすると、Ｘ軸は、測定管１０１の共振周波数で回転振動する回転座標系である。
【０００７】
ここで、測定管１０１における流体の流れに沿って、測定管１０１を眺めた時に流入口から最初に屈曲する箇所までを流入口側、最後に屈曲した箇所から流出口までを流出口側と呼ぶ。流入口側における流体の流速ベクトル１０６は、正のＺ軸方向のベクトルとなる。また、流出口側における流体の流速ベクトル１０７は、流速ベクトル１０６とは逆ベクトル（負のＺ軸方向のベクトル）となる。
【０００８】
Ｚ軸方向における流速ベクトル１０６、１０７は、回転座標系における軸ベクトル（Ｘ軸方向）と直交するため、Ｙ方向には流体によるコリオリ力が発生する。具体的には、流入口側には正のＹ方向に働くコリオリ力１０８、流出口側には負のＹ方向に働くコリオリ力１０９が発生する。このコリオリ力１０８、１０９は、流体の質量流量に比例する。
【０００９】
図６の矢印右側の図は、流入口側に働くコリオリ力１０８と、流出口側に働くコリオリ力１０９を取り出したものを示している。コリオリ力１０８、１０９の大きさは等しいため、コリオリ力１０８、１０９は、測定管１０１をＺ軸まわりに回転させるねじれ振動１１０となる。したがって、測定管１０１には、たわみモードの振動運動のみならず、Ｚ軸まわりのねじれ振動１１０が重畳する。このねじれ振動１１０における振動成分の振幅（ねじれ角）は、コリオリ力に比例する。
【００１０】
このとき、上記のセンサ１０２、１０３で検出される(速度)変位は、基本的にたわみモードの振動となるが、ねじれ振動１１０が互いに逆位相でそれぞれに重畳する。したがって、センサ１０２、１０３が検出する振動波形には、わずかな位相差が生じる。この位相差は、ねじれ振動１１０に由来し、そのねじれ角に比例する。
（【００１１】以降は省略されています）

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