科里奥利质量流量计 |
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| 申请号 | CN201610947958.0 | 申请日 | 2016-10-26 | 公开(公告)号 | CN106996812A | 公开(公告)日 | 2017-08-01 |
| 申请人 | 株式会社压电; | 发明人 | 村上英一; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出了一种使用轻量的测量管获得能小型化且经济的科里奥利 质量 流量计。本发明涉及一种科里奥利质量流量计。在测量管11的曲管部11a配设着卡止部11d，在该卡止部11d的前端有沿上下方向穿设着孔部11e，在孔部11e的外侧的内壁面设着圆锥凹部11f。连结部12的连结环12a卡合于该孔部11e，在连结环12a中的与圆锥凹部11f对向的内壁面抵接着供抵接于圆锥凹部11f的枢轴针12b。连结环12a的另一端经由以 拉伸 弹簧 构成的弹性构件14而被弹性地向固定部13侧牵引。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种科里奥利质量流量计，其特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 科里奥利质量流量计技术领域[0001] 本发明涉及一种弹性保持测量管的一部分的科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flow Meter)。 背景技术[0002] 因作用于以速度V朝向旋转振动系统的旋转中心、或离开旋转中心的质量m的质点上的科里奥利力和质量m与速度V的乘积成正比例，所以，科里奥利质量流量计是测量出科里奥利力而求出质量流量这种方式的流量计。 [0003] 与压差式、电磁式、容积式等流量计相比，科里奥利质量流量计在以下各方面具有良好的特长：可直接获得质量流量；不存在产生磨损等的机械可动部分；维护性优良；及原理上能通过测量管的振动频率的计量而计量密度等。 [0004] 例如，专利文献1中已公开一种图10所示的使用U字形测量管的科里奥利质量流量计。测量管是由1根U字形测量管1构成，悬臂梁状的U字形测量管1将经由安装法兰2a、2b而固定的点作为中心，以加振的共振频率反复上下振动。 [0005] 流入该测量管1内的测量流体从入口流向U字形的弯曲部时，根据相对于测量管1的速度而产生科里奥利力，使测量管1产生变形，当测量流体从曲管部流向出口时，因科里奥利力而赋予测量管1逆向的变形而形成振动。 [0007] 使测量管1内流有测量流体，驱动振子3且对测量管1进行加振。若振子3的振动方向的角速度设为ω、测量流体的流速设为ν，则作用有Fc＝-2mω×ν的科里奥利力，利用移位检测传感器4a、4b检测与该科里奥利力Fc成正比例的振动的振幅，进行运算便能测量出质量流量。 [0008] [现有技术文献] [0009] [专利文献] [0010] [专利文献1]日本专利特开平3-41319号公报。 发明内容[0011] [发明所要解决的问题] [0012] 然而，此现有例的科里奥利质量流量计中，测量管1通常使用金属管，以使得即便测量管1内充满测量流体，也不会例如由于U字状部分因自重等产生垂下等变形而导致产生测量误差。然而，金属管难以加工，难以加工出特性相同的金属管，使用时其支撑构造大型化、重量也变重，价格也变高。 [0013] 而且，例如当测量半导体制造装置等中使用的腐蚀性液体时，不得不使用抗蚀性大的氟树脂管等，当使用合成树脂管时，虽然测量管的加工性有利且能轻量化，然而需要减少变形且增大对于振动的刚性的支撑构造。 [0014] 本发明的目的在于提供一种能解决所述问题、在1个点弹性保持测量管、实现小型化且经济的科里奥利质量流量计。 [0015] [解决问题的技术手段] [0016] 为了实现所述目的，本发明的科里奥利质量流量计具有：测量管，供测量流体向一个方向流通；固定部，相对于该测量管配置在规定的位置；弹性构件，配置在所述测量管与所述固定部之间；加振驱动部，赋予所述测量管振动；及移位检测部，在所述测量管的往路管和返路管的2个部位检测所述测量管的移位；所述固定部经由所述弹性构件而弹性保持所述测量管。 [0017] [发明的效果] [0019] 图1是实施例1的科里奥利质量流量计的立体图。 [0020] 图2是侧视图。 [0021] 图3是主要部分的放大结构图。 [0022] 图4是温度测量部的结构图。 [0023] 图5是实施例2的主要部分的放大立体图。 [0024] 图6是实施例3的立体图。 [0025] 图7是侧视图。 [0026] 图8是实施例4的侧视图。 [0027] 图9是实施例5的侧视图。 [0028] 图10是现有例的科里奥利质量流量计的立体图。 具体实施方式[0029] 根据图1至图9所示的实施例详细说明本发明。 [0030] [实施例1] [0031] 图1是实施例1的科里奥利质量流量计的立体图，图2是侧视图。该实施例1的科里奥利质量流量计主要由以下机构构成：测量管11，供测量流体向一个方向流通；连结部12，用于保持测量管11；固定部13，相对于连结部12处于规定的位置；弹性构件14，安装于连结部12与固定部13之间；加振驱动部15，对测量管11进行加振；移位检测部16，检测测量管11的移位；温度测量部17，对测量流体进行测温；及未图示的运算控制部，进而对这些机构输入输出检测信号、控制信号，算出测量流体的流量。 [0032] 测量管11是由合成树脂制的例如氟树脂管构成，直径例如为3.2mm，中央部具有U字状的曲管部11a。另外，若测量流体不具有腐蚀性，则测量管11也可并非氟树脂管，而是通常的合成树脂管。然而，测量管11须为具有能充分传递振动的硬度的弹性系数且并不柔软的材质。测量管11的直径为1例，当然可使用任意直径的测量管11。 [0033] 以测量管11的曲管部11a为分界的往路管11b与返路管11c的平行的2个部位被配置在基板18上的壳体19夹着，由此，测量管11被固定于壳体19。 [0034] 如图3所示的主要部分的放大截面图所示，在测量管11的曲管部11a配设着卡止部11d，在卡止部11d的前端沿上下方向穿设着角孔状的孔部11e，在孔部11e的外侧的内壁面设着圆锥凹部11f。 [0035] 连结部12的角环状的连结环12a卡合于孔部11e，在朝向圆锥凹部11f的内壁面，突出有作为针状构件的枢轴针12b，该枢轴针12b的前端抵接于圆锥凹部11f。并且，在连结环12a与固定部13之间，安装着由螺旋弹簧等构成的弹性构件14。另外，卡止部11d、连结环12a既可为金属制也可为合成树脂制，但若考虑到耐久性，则优选的是至少圆锥凹部11f、枢轴针12b为金属制。 [0037] 并且，通过使枢轴针12b的前端抵接于圆锥凹部11f的底部，能利用弹性构件14，以枢轴针12b的前端的1个点而将卡止部11d弹性地向固定部13侧牵引。另外，弹性构件14的作用方向是和往路管11b与返路管11c连成的面平行的方向，而且保持位置是作用于测量管11的往路管11b、返路管11c的科里奥利力的中心位置，所以不会对科里奥利力产生较大影响。 [0038] 而且，在基板18上，设着用于产生科里奥利力的加振驱动部15。在卡止部11d的下侧，作为加振体15a的永久磁铁是将磁极面朝下方安装，且该加振体15a作为加振驱动部15的一部分而发挥功能。在加振体15a下方的基板18上，设着电磁石即电磁线圈15b，该电磁线圈15b与加振体15a磁性上配合地作为加振驱动部15。 [0039] 对卷绕在电磁线圈15b的铁芯15c上的线圈15d一面切换电流的方向一面通电，通过切换铁芯15c的端部产生的磁束的方向，反复对加振体15a作用磁吸引力、磁排斥力。由此，能经由加振体15a、卡止部11d对测量管11以非接触的方式施加规定的振动。 [0040] 另外，此振动优选的是施加在测量管11的左右对称的中心位置。而且，振动频率是测量管11中充满测量流体的状态下测量管11的共振频率、或其整数倍，通常为利用自动调谐技术求出的数10至数100Hz，且会根据测量管11的弹性系数、形状、测量流体的种类而不同。 [0041] 另外，加振驱动部15的加振量是微量的，所以即便测量管11被牵引至固定部13侧，也能对测量管11进行加振。而且，加振体15a除了永久磁铁以外，还可使用由铁、钴、镍、或它们的合金构成的强磁体。另外，加振驱动部15也可使用电磁线圈15b以外的其他加振驱动机构。 [0042] 为了检测流量测量中的测量管11因加振所致的移位的大小、也就是科里奥利力的大小，在测量管11的平行部分的往路管11b、返路管11c的2个部位，配置着采用光传感器的移位检测部16。在测量管11分别安装着光反射部16a，在光反射部16a下方的基板18上分别配置着送光受光部16b。 [0043] 在该移位检测部16，将来自送光受光部16b的光束送向光反射部16a，利用送光受光部16b接收其反射光，从而检测出反射光的位置偏移。根据该位置偏移分别测量送光受光部16b到光反射部16a的距离、也就是送光受光部16b到往路管11b与返路管11c的距离，由运算控制部利用时间差检测而求出相当于因科里奥利力所致的往路管11b与返路管11c的扭转量的量。并且，根据这些检测量求出流量，其运算方式等为公知的，所以省略其说明。 [0044] 另外，该移位检测部16是利用位置偏移检测方式测量距离，但也可利用模糊检测方式、光干扰方式等检测距离。或，也可代替光检测方式，而替代使用例如电磁式的移位检测器等。然而，光检测方式不会对测量管11作用有力，所以不会影响微小的科里奥利力而进行检测，能高精度地进行流量测量。 [0045] 在测量管11下方的基板18上，配置着远程地且以不接触的方式对测量管11内的测量流体进行测温的温度测量部17。测量管11若根据测量流体的温度而变暖或变冷则弹性系数会变化，从而测量管11的共振振动频率或扭转面会微微地变化，因此，为了对这些进行修正，优选的是对测量管11内的流体进行测温。另外，该测量流体若在该科里奥利质量流量计以外的其他部位测温，则无需使用该温度测量部17进行测温。 [0046] 图4表示用作温度测量部17的例如红外线放射温度计的结构图，温度测量部17具有透镜光学系统17a和温度感测元件17b。透镜光学系统17a使所得的红外光的焦点自身与由透明或半透明的合成树脂材构成的测量管11内部的测量流体和温度感测元件17b共轭。温度感测元件17b经由未图示的波长选择性光学滤波器而感测依存于测量管11内的流体温度的红外光且远程地进行测温。另外，实施例中，利用罩体罩住该科里奥利质量流量计使内部成为暗室，所以周围的外光不会成为测温的外部干扰。 [0047] [实施例2] [0048] 图5是实施例2的主要部分放大立体图，固定部13并未经由实施例1的连结部12，而是经由弹性构件14a而直接保持测量管11。即，在配设在测量管11上的卡止部11d的前端，突出有例如金属制的半圆弧状的连结环11g。通过将由拉伸螺旋弹簧等构成的弹性构件14a连接于连结环11g的前端，而使卡止部11d连结于固定部13。 [0049] 此种结构的实施例2中，测量管11也是利用连结环11g、弹性构件14a而在1个点被弹性牵引且保持在固定部13侧。 [0050] [实施例3] [0051] 图6是本实施例3的立体图，图7是侧视图，与实施例1相同的符号表示相同的构件。固定部13的上部伸出到卡止部11d的上方，且在固定部13与卡止部11d之间安装着由拉伸螺旋弹簧等构成的弹性构件14b。曲管部11a经由弹性构件14b而从和往路管11b与返路管11c连成的面正交的方向也就是从上方的固定部13弹性地悬挂。 [0052] 测量管11中的由弹性构件14b保持的位置也就是卡止部11d中的弹性构件14b的安装位置位于往路管11b、返路管11c的中间，而且几乎是在1个点弹性保持，所以不会对应测量的科里奥利力产生较大影响。 [0053] [实施例4] [0054] 图8是实施例4的侧视图。相对于实施例3，在卡止部11d的下侧，还安装着以下方的基板18作为固定部且由螺旋弹簧等构成的另一个第2弹性构件14c，卡止部11d也被向下方牵引。另外，上侧的弹性构件14b与下侧的第2弹性构件14c的卡止部11d的安装位置在上下方向上一致。 [0055] 此种结构的实施例4中，曲管部11a也是利用弹性构件14b、14c而几乎在1个点被弹性地向彼此相反的上下两个方向牵引，其位置保持在弹性构件14b、14c的平衡位置。由此，实施例4中也能获得与实施例3相同的作用效果。 [0056] [实施例5] [0057] 图9是实施例5的侧视图。实施例4中，在卡止部11d的下侧设置第2弹性构件14c，从而也向下方牵引卡止部11d，而本实施例5中，代替第2弹性构件14c，而使用利用电磁力向下方牵引的牵引机构。 [0058] 在卡止部11d的下表面，安装着由永久磁铁等构成的磁性作用体15e。在磁性作用体15e下方的基板18上配置着电磁线圈15f，电磁线圈15f的铁芯15g的磁极是与磁性作用体15e对向地配置。 [0059] 若利用卷绕在铁芯15g上的线圈15h产生吸引磁性作用体15e的磁束，则曲管部11a会经由卡止部11d而被电磁线圈15f向下方吸引，从而与上方的弹性构件14b的牵引力平衡地保持在规定位置。 [0060] 此时，利用例如光传感器感测卡止部11d的上下方向位置，若控制电磁线圈15f的吸引力以使曲管部11a在相同位置达到平衡，则曲管部11a会始终保持在同一位置。 [0061] 而且，对于线圈15h上流动的电流，若一面以共振频率或其整数倍的频率向电流赋予大小一面通电，则来自铁芯15g的磁束会作用于磁性作用体15e，且反复作用有强弱的磁吸引力，从而作为加振驱动部发挥功能。由此，能一面弹性保持曲管部11a，一面同时对测量管11进行加振以进行测量。另外，此时也可使用另一个机构来对测量管11进行加振。 [0062] 而且，各实施例中，测量管11是配置在水平方向，但也可配置在铅垂方向以便于检测科里奥利力。 [0063] 另外，实施例4、5中，利用包括电磁线圈的弹性构件将测量管11向基板18侧牵引，但也可代替这些弹性构件，而对曲管部11a以使其从基板18侧回推的方式进行作用而使曲管部11a平衡。也就是说，可使用压缩螺旋弹簧等可作用回推力的弹性构件，此时也能控制电磁线圈的回推力而将曲管部11a准确地保持在规定位置。 [0065] [产业上的可利用性] [0066] 本发明适宜用于采用包括实施例以外的直管方式在内的各种形状的测量管的科里奥利质量流量计。而且，即便测量管是金属制的，也能在几乎1个部位弹性保持测量管，所以可不使用刚性大的支撑构造，价格上有利。 [0067] 符号的说明 [0068] 11：测量管 [0069] 11a：曲管部 [0070] 11b：往路管 [0071] 11c：返路管 [0072] 11d：卡止部 [0073] 11e：孔部 [0074] 11f：圆锥凹部 [0075] 11g：连结环 [0076] 12：连结部 [0077] 12b：枢轴针 [0078] 13：固定部 [0079] 14、14a至14c：弹性构件 [0080] 15：加振驱动部 [0081] 15a：加振体 [0082] 15b、15f：电磁线圈 [0083] 16：移位检测部 [0084] 17：温度测量部 [0085] 18：基板 [0086] 19：壳体 |
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