KR100825278B1

KR100825278B1 - 코리올리 질량 유량 센서

Info

Publication number: KR100825278B1
Application number: KR1020010049826A
Authority: KR
Inventors: 바거마이클제이; 딜조셉씨; 스코트티모시더블유; 휘틀리제프리엘
Original assignee: 에머슨 일렉트릭 컴파니
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-08-18
Publication date: 2008-04-28
Also published as: CA2720414C; EP1182433B1; MXPA01008412A; CA2720414A1; EP1182433A2; JP4898029B2; CA2720501A1; JP4842384B2; CA2720501C; JP4691186B2; EP1182433A3; JP2010160159A; JP2011180152A; JP2009300462A; RU2277227C2; CN1340694A; PL349182A1; CA2354957C; CA2354957A1; BR0103431A

Abstract

코리올리 질량 유량 센서는 흐름관과, 이 흐름관의 제1 측면에 인접하게 위치 설정된 광원과, 상기 흐름관의 제2 측면에 인접하게 위치 설정된 광 검출기를 포함한다. 구동 장치가 흐름관을 진동시키기 위해 흐름관에 대해 작동적으로 배치되어 흐름관이 광원과 광 검출기 사이에 형성된 경로를 통하여 운동한다. 본 발명의 다른 태양에서, 코리올리 질량 유량 센서는 흐름관과, 이 흐름관이 장착되는 프레임을 포함한다. 구동 장치는 프레임을 진동시키기 위해 프레임에 대해 작동적으로 배치되고, 1개 이상의 픽오프 센서가 코리올리 힘으로 인한 흐름관의 비틀림을 측정하기 위해 흐름관에 대해 배치된다. 본 발명의 다른 태양은 직관형 코리올리 질량 유량 센서에 관한 것이다. 유연한 흐름관은 대체로 선형 흐름 경로를 형성한다. 구동 장치는 흐름관을 작동시키도록 위치 설정되고, 제1 및 제2 픽오프 센서가 흐름관의 제1 및 제2 단부 각각에 위치 설정된다. 제1 및 제2 픽오프 센서는 흐름관의 운동에 응답하여 신호를 출력하며, 이 경우 흐름관을 통한 물질의 흐름에 의해 형성된 코리올리 힘이 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 출력된 신호 사이의 위상 전이를 유발시킨다.

Description

코리올리 질량 유량 센서{CORIOLIS MASS FLOW SENSOR}

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 태양에 따른 코리올리 질량 유량 컨트롤러 및 센서를 개념적으로 예시하는 블럭도이며,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 소자를 채용한 코리올리 질량 유량 센서를 예시하고 있는 도면이며,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 소자를 채용한 코리올리 질량 유량 센서를 예시하고 있는 도면이며,

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 소자를 채용한 코리올리 질량 유량 센서를 예시하고 있는 도면이며,

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 채용한 코리올리 질량 유량 센서를 예시하고 있는 도면이며,

도 6은 본 발명에 따라 코리올리 힘 유도 위상 전이를 측정하기 위한 록-인 증폭기의 개략도이며,

도 7은 본 발명에 따라 코리올리 힘 유도 위상 전이를 측정하기 위한 이중 채널 록-인 증폭기의 개략도이며,

도 8은 본 발명에 따라 신호 처리 방법을 이용하여 감지관 위치 센서로부터 입력 신호의 진폭 사이의 관계를 예시한 그래프이며,

도 9는 본 발명에 따라 코리올리 힘 유도 위상 전이를 측정하기 위한 이중 록-인 증폭기의 개략도이며,

도 10은 본 발명에 따라 기준 주파수 조정부를 포함하여 코리올리 힘 유도 위상 전이를 측정하기 위한 이중 록-인 증폭기의 개략도이며,

도 11은 본 발명에 따른 정전 용량 변위 탐침의 제1 실시예를 예시하고 있는 도면이며,

도 12는 본 발명에 따른 정전 용량 변위 탐침의 제2 실시예를 예시하고 있는 도면이며,

도 13은 본 발명에 따른 정전 용량 변위 탐침의 제3 실시예를 예시하고 있는 도면이며,

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 사시도이며,

도 15는 도 14에 도시된 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 단면도이며,

도 16은 도 15에 도시된 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 분해도이며,

도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 밀봉된 나사 결합식 밸브 및 선행 기술의 나사 결합식 밸브의 연결 태양을 각각 예시하고 있는 도면이며,

도 18은 본 발명의 다른 태양에 따른 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 일 실시예의 사시도이며,

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 광학적인 픽오프 센서를 채용한 코리올리 질량 유량 장치를 예시하고 있는 도면이며,

도 20은 도 19에 도시된 바와 같은 광학적인 픽오프 센서를 채용한 코리올리 질량 유량 컨트롤러를 예시한 블럭도이며,

도 21은 본 발명의 태양에 따른 센서 픽오프 및 구동 회로의 여러 부분을 예시한 블럭도이며,

도 22는 본 발명의 태양에 따른 응용 및 제어 회로의 여러 부분을 예시한 블럭도이며,

도 23은 본 발명에 따른 코리올리 질량 유량 컨트롤러용 HART 인터페이스의 여러 부분을 개념적으로 예시한 블럭도이며,

도 24a 및 도 24b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 흐름 감지부의 전방 및 측방 단면도이며,

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 코리올리 질량 유량 감지관을 예시하고 있는 도면이며,

도 26a 및 도 26b는 도 25에 예시된 혼성 관 구성을 위한 압전 저항 센서로서 기능을 하는 휘트스톤 브릿지를 예시하고 있는 도면이며,

도 27은 본 발명에 따른 직관형 유량 센서를 개략적으로 예시한 블럭도이며,

도 28은 본 발명에 따른 다른 직관형 유량 센서를 개략적으로 예시한 블럭도이며,

도 29a 및 도 29b는 본 발명에 따른 대표적인 압전 틸트형 액츄에이터(piezoelectric tilt actuator)를 개략적으로 예시하고 있는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 코리올리 센서

2, 16 : 감지관

3, 10, 20, 30, 40 : 구동 장치

4, 50 : 변위 게이지

6 : 밸브

12, 14 : 자석

22 : 충전판

24 : 유전판

32 : 스피커

52 : 증폭기

본 발명은 일반적으로는 질량 유량 측정 및 제어에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 코리올리 힘 효과에 기초하고, 관련된 감지, 제어 및 통신 전자 소자를 가진 일체형 유량 제어 밸브를 구비한 질량 유량 측정 및 제어 장치에 관한 것이다.

코리올리 힘 효과에 기초한 질량 유량 측정은 이하의 방식으로 달성된다. 코리올리 힘은 질점이 설정 방향으로 이동한 후에, 이 설정 방향의 흐름에 대해 법선 방향의 벡터 성분에 의해 강제로 방향을 변경시키도록 하는 효과를 초래한다. 이는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.

여기에서,

(코리올리 힘 벡터)는

(유동 질량의 운동량 벡터)와

(회전 좌표계의 각속도 벡터)의 벡터곱의 결과이다.

회전계에서, 각속도 벡터는 회전 축선을 따라 정렬된다. "오른손 법칙"을 이용하는 경우, 손가락은 회전 방향을 가리키고, 엄지는 펴진 경우에 각속도 벡터 방향을 가리킨다. 전형적인 코리올리 힘, 유량 센서의 경우, 관이 진동되며, 이를 통해 유체 흐름이 형성될 수 있다. 이 관은 1개 이상의 루프 형상을 취하는 경우가 종종 있다. 이 루프 형상은 질량 유량 벡터가 루프의 상이한 부분에서 반대 방향으로 향하도록 되어 있다. 관 루프는 예컨대 "U"자형, 직사각형, 삼각형 또는 "델타"형 또는 코일형일 수 있다. 특수한 경우로서 직선형 관인 경우에, 관의 고정점에 일치하는 2개의 각속도 벡터가 동시에 존재하는 반면에, 질량 유량 벡터는 단일의 방향이다.

각속도 벡터는 방향을 변화시키는데, 그 이유는 진동계에서 회전 방향이 변하기 때문이다. 그 결과, 어떤 주어진 시점에서, 코리올리 힘은 반대 방향으로 작용하며, 여기에서 질량 유량 벡터 또는 각속도 벡터도 반대 방향으로 향하게 된다. 각속도 벡터는 진동계로 인하여 항상 변동하기 때문에, 코리올리 힘도 역시 항상 변동한다. 그 결과, 관의 최대 진자 운동이 요구되는 동적인 비틀림 운동이 생긴다. 비틀림의 크기는 주어진 각속도를 위한 질량 유량에 비례한다.

질량 유량 측정은 감지관을 통과하는 유체에 의해 발생된 코리올리 힘으로 인한 감지관의 비틀림을 측정함으로써 달성된다. 전형적인 공지의 장치는 코리올리 힘의 유도 변위가 최대라고 예측되는 흐름관에 배치된 자석과 코일 쌍으로 이루어진 픽오프 센서(pick off sensor)를 이용한다. 이 코일과 자석은 마주보는 구조물에 장착되며, 예를 들어 자석은 관에 장착되고, 코일은 고정 패키지 벽에 장착된다. 코일 벽은 자기장을 통과하여 코일에 전류를 유도하게 된다. 이 전류는 코일에 대한 자석의 속도에 비례한다. 이것은 속도 측정이기 때문에, 그 속도 및 그에 따른 신호는 흐름관이 그 휴지점을 교차(영점 교차)할 때 최대이다. 이 코리올리 힘의 유도 비틀림은 2개의 속도 센서 사이에서 영점 교차 시간의 차이를 측정함으로써 검출되는 속도 신호의 위상 전이를 유발시킨다. 실제로, 이것은 시간 측정 회로 설계에 대한 정밀도 부담을 크게 한다. 이는 이 기술에 의한 질량 유량 측정의 최종 감도를 제한할 수 있다.

또한, 코리올리 기술에 기초한 공지 장치의 유량 능력은 종종 많은 용례에 필요한 것보다 더 많은 유량으로 제한되어 있다. 게다가, 기존의 코리올리 질량 유량 측정 장치는 일체적인 유량 제어 능력없이 질량 유량을 감지할 뿐이다. 유량을 제어하기 위한 어떤 수단을 제공하는 것이 사용자의 부담으로 남아 있다.

본 발명은 선행 기술과 관련된 단점을 해결한다.

본 발명의 일 태양에 있어서, 코리올리 질량 유량 센서는 흐름관과, 이 흐름관의 제1 측면에 인접하게 위치 설정되는 광원과, 이 흐름관의 제2 측면에 인접하게 위치 설정되는 광 검출기와, 흐름관이 광원과 광 검출기 사이에 형성된 경로 전체에서 흐름관에 대하여 작동적으로 배치되여 흐름관을 진동시키는 구동 장치를 포함한다. 어떤 실시예에 있어서, 광원은 적외선 광 다이오드와 조합하여 사용되는 적외선 발광 다이오드와 같이 적외선을 방사한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 유연한 관 코리올리 질량 유량 센서는 제1 및 제2 단부를 가진 유연한 흐름관을 포함한다. 이 흐름관은 대체로 선형 흐름 경로를 제공하고, 구동 장치는 흐름관을 작동시키도록 위치 설정된다. 제1 및 제2 픽오프 센서는 흐름관의 제1 및 제2 단부 각각에 위치 설정된다. 제1 및 제2 픽오프 센서는 각각 흐름관의 운동에 응답하여 신호를 출력하며, 여기에서는 흐름관을 통한 물질의 흐름에 의해 형성된 코리올리 힘이 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 출력된 신호 사이의 위상 전이를 유발시킨다.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 코리올리 질량 유량 센서는 흐름관과, 흐름관이 장착되는 프레임과, 이 프레임에 대해 작동적으로 위치 설정되어 프레임을 진동시키는 구동 장치와, 코리올리 힘으로 인한 흐름관의 비틀림을 측정하기 위해 흐름관에 대해 배치되는 1개 이상의 픽오프 센서를 포함한다. 예컨대, 프레임은 스테인리스 강 유량 감지관이 부착되는 실리콘 프레임을 구비할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 후술된다. 여기에서는 간결성을 위해, 실제의 실시예에 대한 모든 특징이 설명되는 것은 아니다. 물론, 그러한 실제 실시예를 개발함에 있어서는 하나의 실시예에서 다른 실시예까지 변하게 될 개발자의 구체적인 목표를 달성하기 위해, 예컨대 시스템 관련 및 업무 관련 제한 사항에 맞추기 위해 수많은 실시예에 대한 구체적인 결정이 이루어져야만 한다. 게다가, 그러한 개발 노력은 복잡하면서 시간이 많이 들지만, 그럼에도 불구하고 이러한 개시 내용으로부터 이익을 얻는 기술 분야의 통상의 기술자에게는 일상적인 일이라고 생각될 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 코리올리를 기초로 한 질량 유량 센서 및 컨트롤러를 예시하고 있다. 이 실시예는 2개의 독립 작동 장치, 즉 코리올리 센서 픽업 및 구동 장치(A) 및 응용 및 제어 장치(B)를 주요 구성으로 하고 있다. 이 코리올리 센서 픽업 및 구동 장치(Ａ)는 코리올리 센서(1)와 상호 접속된다. 이 응용 및 제어 장치(B)는 사용자(5)를 위한 인터페이스를 제공하고, 밸브(6)와 같은 유량 제어 장치에 제어 신호를 전송한다.

상기 센서 픽업 및 구동 장치(A)의 목적은 코리올리 힘의 함수로서 상대 질량 유량과, 공진 주파수의 함수로서 상대 밀도를 측정하기 위해 코리올리 센서(1)의 운동을 제어 및 감지한다. 전형적인 센서 픽업 및 구동 장치(A)는 응용 및 제어 장치(B)에 3개의 데이터 값을 전송한다. 즉,

1. ΔT : 상대적인 질량 유량을 나타내는 감지관의 타측에 대한 일측 위상 지연에 관한 시간차.

2. 주파수 : 측정된 물질의 상대 밀도에 관한 감지관의 공진 주파수

3. 온도 : 감지관의 온도를 결정하기 위해 RTD가 측정되었다.

상기 응용 및 제어 장치(B)는 사용자(5)에게 원하는 질량 유량 유닛을 제공하기 위해 교정 상수(calibration constant)와 조합하여 ΔT를 사용한다. 또한, 이 장치는 사용자(5)에게 원하는 밀도 유량 유닛 및 체적 유량 유닛 중 하나 이상을 제공하기 위해 교정 상수와 조합하여 주파수를 사용한다. 질량 유량과 밀도 교정 모두를 보상하기 위해 온도가 사용된다. 이 응용 및 제어 장치(B)는 원하는 세팅에 유량을 조절하는 밸브(6)를 제어하기 위해 사용자의 설정점의 입력과 비교되는 질량 또는 체적 유량 유닛의 출력을 이용한다.

도 1b는 본 발명의 다수 태양에 따른 코리올리 질량 유량 센서를 개략적으로 예시한 블럭도이다. 이 코리올리 질량 유량 센서(1)는 유량 감지관(2)을 포함하며, 이 유량 감지관(2)을 진동시키기 위해 구동 장치(3)가 유량 감지관(2)에 배치되어 있다. 코리올리 힘에 의한 상기 감지관(2)의 비틀림을 측정하기 위해 변위 게이지(4)가 유량 감지관(2)에 배치되어 있다.

상기 감지관(2)용의 전형적인 재료는 316L 스테인리스 강이다. 이 316L 스테인리스 강을 사용하는 이유는 수많은 물질로부터 화학적인 공격에 견디는 힘이 있다는 점과, 정상적인 공정 압력으로부터 파열에 견디는 힘이 있다는 점과, 통상적으로 오염이 일어나지 않고 원하는 형상의 코리올리 감지관로 쉽게 성형될 수 있다는 점에 있다. 그러나, 상기 316L 스테인리스 강은 모든 용도에 적합한 것은 아니다. 따라서, 316L 스테인리스 강에 부적합한 용도를 보완하기 위해서는 다른 관 재료도 이용될 수 있다는 점이 요구된다. 이 316L 스테인리스 강에 대한 대체 재료로서 공지된 장치는 실리콘을 사용한다. 이 316L 스테인리스 강과 비교해서 실리콘이 가지는 장점은 상기 316L 스테인리스 강에 의해 실현될 수 있는 것보다 더 작은 형태로 감지관이 제조될 수 있다는 점이다.

상기 감지관(2)용 재료를 선택하기 위한 기타의 고려 사항은 응력에 의해 유도되거나 상승된 부식에 대한 저항이다. 이 응력은 관(管)이 장착되는 만곡 아암의 베이스에서 발생된다. 다결정 재료의 경우, 응력은 재료 내부의 불순물을 확산시켜 미세 결정립 영역 사이의 입계에 집중하도록 한다. 이것은 대부분의 경우 다결정 결정립 사이의 결합력을 약화시켜 재료가 화학적인 공격에 보다 취약해질 수 있게 한다. 실리콘 또는 사파이어와 같은 단결정 재료는 이러한 방식의 영향을 덜 받을 가능성이 있다.

상기 316L 스테인리스 강과 같은 금속은 통상 다결정이고, 따라서 상당한 정도까지 이러한 종류의 화학적인 공격에 취약해질 수 있다. 규산 유리(silica glass) 및 일부 플라스틱과 같은 무정질 재료도 역시 응력에 의해 유도된 화학적 공격에 보다 우수한 저항력을 가지고 있는데, 그 이유는 이들 재료가 다결정 재료와 같은 결정립 구조로 되어 있지 않기 때문이다. 화학적 공격에 취약할 수 있는 관 재료도 표면이 개질되거나 코팅될 수 있으며, 이때 기본 재료의 사용은 표면 부식 또는 공격이 없는 경우에 매력적이라면 표면 부식 또는 공격을 최소화하는 그런 방식으로 표면이 개질되거나 코팅될 수 있다.

표면 개질은 이온 주입, 열확산, 화학적 반응 또는 전기 화학적 반응에 의해 달성될 수 있다. 여기에서 목적하는 바는 화학적인 저항층을 표면에 남기는 원소 또는 분자 종을 제거, 재분배, 또는 도입하는 것이다. 표면 코팅은 높은 온도에서 표면에 침투하는 증기, 액체 또는 분말로부터 열적으로 활성화된 증착에 의해 달성될 수 있다. 또한, 화학적인 반응 종이 플라즈마에 의해, 또는 레이저의 형태로서 고밀도 광자 선속(intense photon flux)에 의해 여기(勵起)되거나 이온화되는 경우라면, 더 낮은 온도가 이용될 수 있다. 화학적 공격에 저항하는 다른 재료는 열 또는 전자 빔 증발에 의해 또는 이온 스퍼터링에 의해 달성되는 그러한 무반응성 물리적 기상 증착법에 의해 증착될 수 있다. 고에너지의 이온 빔을 이용하여 스퍼터링을 실시하여 스퍼터링된 종이 화학적으로 여기되거나 이온화되는 경우, 그때 표면에 대한 화학 반응도 마찬가지로 달성되며, 이는 임의의 증착된 재료에 대해서도 바람직할 수 있다. 또한, 이 표면에서 화학 반응은 화학 종의 가속에 의해 달성될 수 있기 때문에, 운동 에너지가 화학 반응을 활성화시키거나 강화시키는 데에 이용될 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예에서 코리올리 유량 감지관(2)용으로 사용되는 관 재료는 오스테나이트 스테인리스 강, 마르텐사이트 스테인리스 강, 고함량 니켈 합금, 티타늄 합금, 지르코늄 합금, 티타늄-지르코늄 합금, 특히 Ti-V-Al 합금 및 지르칼로이(zircalloy)[이들 재료의 고항복 강도 및 낮은 영 계수(Young's modulus)를 위함], 실리콘, 사파이어, 실리콘 탄화물, 규산 유리, 그리고 플라스틱이다. 본 발명에 따라 이용되는 관의 코팅 재료는 실리콘 탄화물, 니켈, 크롬, 다이아몬드, 내화 탄화물, 내화 금속 질화물, 및 내화 금속 산화물이다.

다른 실시예에서, 감지관은 기계적으로 부착된 이종(異種) 재료 조성물로 이루어진 혼성 구조물이며, 이 구조물의 각 부분에 대한 가장 우수한 재료 특성을 이용한다. 이 센서 구조물은 예컨대 습윤부와 비습윤부로 분할된다. 이 습윤부는 세라믹 및 실리카 관을 포함하여, 응용 유체와 친화적인 어떤 재료로 이루어진 관이다. 이 관은 이를 적절한 진동 방식으로 운동시켜 코리올리 힘을 유도하는 프레임과 같은 진동 구조물에 부착된다. 이 진동 구조물은 습윤관이 끼워넣어지는 관 자체일 수 있거나, 관이 부착되는 프레임일 수 있다. 진동 구조물은 습윤관을 지지하기 위해 빔의 형태로 성형될 수 있는 재료일 수 있다. 일례로는, 흐름을 전달할 관으로 성형될 수 있는 스테인리스 강, 플라스틱 또는 다른 재료일 수 있는 습윤관을 지지하는 형상으로 웨이퍼로부터 에칭된 실리콘일 수 있다.

도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 코리올리 질량 유량 센서(1)를 예시하고 있다. 이 코리올리 질량 유량 센서(1)는 예시된 실시예에서는 사인파 신호원을 포함하는 신호원(도시 생략)에 의해 구동되는 전자석(12)을 구비하는 전자기 구동 장치(10)를 채용하고 있다. 이 전자석(12)은 감지관(16) 상에 장착된 소형 영구 자석(14)에 인접하게 배치된다. 이 감지관(16)은 일측 포트(19)에서 감지관(16)을 통과하여 타측 포트(19)까지의 흐름 경로를 형성하기 위해 제1 및 제2 포트(19, 19)를 포함하는 베이스(18)에 연결된다. 여기에 개시된 실시예에서 도시된 예시적인 감지관(16)은 예컨대, 델타 형상, 직사각형, 코일형, 또는 직선형과 같은 다른 형상의 관도 역시 이용될 수도 있지만, 일반적으로는 "U"자 형상이다. 다른 관은 이하에서 자세히 설명된다. 게다가, 다중 병렬 감지관을 채용하는 추가의 실시예도 상정되며, 중복성, 레인저빌리티(rangeability)(여기에서는, 선택된 관이 내외측에서 밸브로 조절될 수 있음), 더 높은 정확성 등을 제공한다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 실시예와 유사하지만, 정전기 구동 장치를 사용하는 실시예를 예시하고 있다. 이 정전기 구동 장치(20)는 감지관(16)에 장착된 소형 유전판(24) 근처에 배치되는 충전판(22)을 포함한다. 이 감지관(16)이 유전 물질로 제조되는 경우, 상기 충전판(22)은 감지관(16) 근처에 배치되고, 상기 유전판(24)은 제거될 수 있다. 또 한편으로는, 상기 충전판은 사인파 신호원과 같은 신호원(도시 생략)에 의해 구동된다. 충전판(22)에 인가되는 전압은 충전판과 유전판(24) 사이에 전기장을 생성시킨다. 이것은 유전판(24)에 표면 전하를 생성시킨다. 전압 극성이 충전판(22)에서 급속하게 변함에 따라, 그에 따른 충전판과 유전판(24) 사이의 전기장은 번갈아 가면서 인력 또는 척력을 띠면서 유량 감지관(16)을 진동시킨다.

도 4a 및 도 4b는 신규한 음향 구동 장치(30)를 채용하고 있는 코리올리 질량 유량 센서(1)의 다른 실시예를 예시하고 있다. 이 음향 구동 장치(30)는 감지관(16) 근처에 배치된 소형 스피커(32)를 포함한다. 이 스피커(32)에 의해 발생된 압력파는 감지관(16)을 진동시킨다.

도 5a, 도 5b 및 5c에서는, 코리올리 질량 유량 센서(1)의 또 다른 실시예가 예시되어 있다. 이들 도 5a, 도 5b 및 5c의 코리올리 질량 유량 센서(1)는 압전 구동 장치(40)를 사용하며, 여기에서는 2개의 압전 스택(42)이 유량 감지관(16)의 양측 다리에 각각 배치되며, 실제로는 도 5에 도시된 바와 같이 각 감지관(16)의 다리에 2개의 바이몰프(bimorph)를 생성한다. 압전 및 역압전 효과는 감지관(16)의 편향을 구동 및/또는 감지하는 데에 이용된다.

질량 유량 측정은 감지관을 통과하는 유체에 의해 발생된 코리올리 힘으로 인한 감지관의 비틀림을 측정함으로써 달성된다. 예를 들어, 공지된 코리올리 질량 유량 센서에서, 자석과 코일 쌍을 가진 픽오프 센서는 코리올리 힘 유도 변위가 최대라고 예상되는 유량 감지관 상에 통상 배치된다. 코일과 자석은 마주보는 구조물에 장착되며, 예컨대, 자석은 관에 장착되고, 코일은 고정 패키지 벽에 장착된다. 코일은 자기장의 안팎으로 움직이게 되고, 코일의 전류를 유도한다. 이 전류는 코일에 대한 자석의 속도에 비례한다. 이는 속도 측정이기 때문에, 속도와, 그에 따른 신호는 유량 감지관이 그 휴지점을 교차하는(영점 교차하는) 경우에 최대이다. 코리올리 힘 유도 비틀림은 2개의 속도 센서 사이의 영점 교차 시간의 차이를 측정함으로써 검출되는 속도 신호의 위상 전이를 유발한다. 실제, 이는 시간 측정 회로 설계에 대한 정확도에 커다란 부담이 되고 있다. 이는 이러한 기술에 의한 질량 유량 측정의 최종 감도(感度)를 제한한다.

본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,555,190호에는 여기에 개시된 코리올리 질량 유량 감지 장치와 관련하여 개시된 관과 같은 진동 센서의 주파수와 위상의 상관 관계를 결정하기 위한 디지털 신호 처리 방법 및 장치가 개시되어 있다. 상기 미국 특허 제5,555,190호의 전체 개시 내용은 여기에 참조용으로 병합되어 있다.

본 발명의 태양은 보다 낮은 유량 능력을 제공하고, 보다 더 직접적이고, 회로에 있어서 통상의 시간에 기초한 신호 조절 기법보다 더 낮은 정밀도를 필요로 하는 유량 측정 기법을 제공한다. 도 2 내지 도 4에 예시된 실시예를 참조하면, 진동 감지관의 변위는 용량성 픽오프 센서에 의해 측정된다. 2개의 정전 용량 변위 게이지(50)는 감지관(16)의 형상에 대칭적인 위치에 있는 감지관(16) 근처에 배치하여 감지관(16)을 지나는 유체에 의해 발생된 코리올리 힘으로 인한 감지관(16)의 비틀림을 측정한다. 본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, 정전 용량 변위 게이지(50)는 극소형으로 되어 센서 패키지 벽에, 또는 유량 감지관의 로프 내부에 삽입된 센서 블럭에 표면 장착된다. 코리올리 힘으로 인한 감지관(16)의 비틀림은 정전 용량 변위 게이지(50)의 2개의 신호 사이의 위상 전이에 이른다. 이는 변위 측정이기 때문에, 신호는 변위에 정비례한다. 감지관의 측면 각각의 상대적인 변위는 위상 전이로서 측정된다. 게이지 구동 장치와 신호 조절 전자 소자는 감지관(16)의 상대적인 변위를 하이 레벨 신호로 바꾸며, 이 하이 레벨 신호는 흐름이 감지관(16) 전체에 걸쳐 형성되는 경우에 코리올리 효과를 측정하는 데에 이용될 수 있는 위상 전이의 함수이다.

제1 신호 처리 기법은 기준 신호가 일측 변위 게이지(50)에 의해 전송되고, 입력 신호가 타측 변위 게이지(50)에 의해 전송되는 록-인(lock in) 증폭기를 이용한다. 이 록-인 증폭기는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 상기 변위 게이지(50)는 모두 기준 신호 또는 입력 신호를 전송할 수 있다. 이 록-인 증폭기로부터의 위상 출력은 유량에 비례한다. 도 6은 록-인 증폭기(52)의 기능적인 개략도이며, 이에 의해 본 발명에 따른 코리올리 힘 유도 위상 변위를 측정하기 위한 방법이 수행될 수 있다. 도 6에 예시된 바와 같이, 신호는 좌측에서 우측으로 이동한다. 좌측 입력부(100)의 신호와 우측 입력부(102)의 신호는 좌우측 변위 게이지(50) 각각으로부터 생긴다. 예를 들어, 좌측 입력부(100) 신호는 기준 신호로서 이용될 수 있다. 사인파 출력부(103) 신호는 구동 신호이며, 그 위상은 좌측 입력부(100) 신호에 동기화된다. 이는 유량 감지관(16)을 공진시키게 된다. 우측 입력부(102) 신호는 2개의 위상 감지 검출기(Phase Sensitive Detector: PSD)(106)에서 좌측/기준 입력부(100) 신호 및 이의 90°위상 전이부(104) 신호와 혼합된다. 기능적으로 말하면, 이 PSD(106)는 2개의 신호를 승산(乘算)해서, 고주파 성분과 DC 성분을 생성한다. 저역 필터(108)는 X 출력부(110) 및 Y 출력부(112)에서 DC 전압을 생성하는 고주파 성분을 제거한다. 상기 X 출력부(110)의 출력은 "동위상(in-phase)" 성분으로 불리워지고, Y 출력부(112)의 출력은 기준 신호에 대하여 벡터 신호의 "구적(quadrature)" 성분으로 불리워진다. 이들 성분 각각은 위상 민감형이지만, 벡터 크기와 위상 성분은 이하의 수학식에 의해 분리될 수 있다.

록-인 증폭기(52)의 출력과 변위 게이지(50)의 출력 사이의 관계는 다음과 같이 유도된다.

2개의 신호가 임의의 진폭과 임의의 위상차를 가진 사인파라고 고려해보자. 각각의 신호는 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.

하단 PSD(106)에서, 이하의 연산이 일어난다. 즉,

이 신호는 2배의 주파수에서 DC 전압 성분과 AC 성분을 가진다. 저역 필터(LPF)(108)는 AC 성분을 제거하여 이하를 남긴다.

상단 PSD(106)에서, 이하의 연산이 일어난다. 즉,

cosωt = sin(ωt + 90°)이기 때문에, 코사인 승수(乘數)가 얻어진다.

다시, AC 및 DC 성분을 가진 신호가 얻어지는데, 이들 성분이 LPF(108)를 통과한 후에는 다음의 결과에 이른다. 즉,

상기 수학식 2 및 3로부터 크기 Ｒ 및 위상각 θ를 계산하면, 이하의 결과를 얻는다.

및

θ=

이들 계산은 적합한 디지털 또는 아날로그 처리 장치(120)에 의해 수행될 수 있다. 벡터 위상은 질량 유량에 비례한다.

본 발명의 실시예에 따른 다른 방법은 기준 신호 및 1개의 입력 신호가 일측 변위 게이지(50)에 의해 전송되고, 다른 1개의 입력 신호가 타측 변위 게이지(50)에 의해 전송되는 이중 채널 록-인 증폭기를 필요로 한다. 이 록-인 증폭기는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 그때, 2개의 입력 신호 사이의 차이는 기준 신호에 대해 측정된다. 그 결과로서, 록-인 증폭기로부터의 위상 출력은 유량에 비례한다. 도 7은 이중 채널 록-인 증폭기(54)의 기능적인 개략도이다. 신호는 도 6에서와 동일한 방식으로 이동하고, 동일하게 해석된다. 좌측 입력부(100) 신호가 마찬가지로 기준 신호로서 이용된다. 전술한 바와 같이, 사인파 출력부(103) 신호는 구동 신호이며, 그 위상은 좌측 입력부(100) 신호에 동기화된다. 이 경우에, 좌측 입력부(100) 신호는 우측 입력부(102) 신호로부터 감산(減算)되어, 2개의 위상 감지 검출기(PDS)(106)에서 좌측/기준 입력부(100) 신호 및 이의 90°위상 전이부(104) 신호와 혼합된다. 내부 기능은 도 6의 록-인 증폭기(52)와 동일하다.

다음의 유도식은 록-인 증폭기(54)의 출력과 변위 게이지(52)의 입력 사이의 관계를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 계산을 수행하기 위해 어떤 적합한 디지털 또는 아날로그 처리 장치(120)가 이용될 수 있다.

2개의 신호가 임의의 진폭과 임의의 위상차를 가진 사인파라고 고려해보자. 각각의 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.

이 경우에, 저잡음 차동 증폭기(114)의 출력은 Ｖ _ref - Ｖ _right 일 것이다.

하단 PSD(106)에서, 다음의 연산이 일어난다.

이 신호는 2배의 주파수에서 DC 전압 성분과 AC 성분을 가진다. 저역 필터(LPF)(108)는 AC 성분을 제거하여 다음을 남긴다.

하단 PSD(106)에서, 이하의 연산이 일어난다. 즉,

다시, AC 및 DC 성분을 가진 신호가 얻어지는데, 이들 성분이 LPF를 통과한 후에는 다음의 결과에 이른다. 즉,

및

θ는 더 이상 위상각이 아닌 역탄젠트로서, 좌우측 입력 신호의 위상각 및 진폭의 함수이다. 이 방정식을 분석하면, θ는 확실한

의 함수이다. 실제, 입력 신호의 상대적인 진폭은 이 함수의 세기를 조절한다. 이것은 도 8에 도시된 그래프에 예시될 수 있으며, 여기에서 A 및 B는 좌우측 신호 각각의 진폭이다. 진폭이 더욱 가깝게 일치함에 따라, 감도는 록-인 증폭기 출력 θ에 비해 더 높아진다. 심지어 2% 내에 일치되는 진폭에 대해서도,

에 대한 θ의 감도는 표준 록-인 증폭기 구성의 감도에 비해 거의 100배이다.

도 9는 본 발명에 따른 코리올리 힘 유도 위상 전이를 측정하기 위한 다른 예시적인 방법이 수행되는 이중 록-인 증폭기(56)의 기능적인 개략도이다. 이 록-인 증폭기는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 신호는 전술한 바와 동일한 방식으로 이동하고, 동일하게 해석된다. 좌측 입력부(100) 신호도 마찬가지로 기준 신호로서 이용된다. 이전과 같이, 사인파 출력부(103) 신호는 구동 신호이며, 그 위상은 좌측 입력부(100) 신호에 동기화된다. 이 경우에, 좌측 입력부(100) 신호는 상단 록-인 증폭기(58)에 있는 2개의 위상 감지 검출기(PSD)(106)에서 그 자체 신호와 이의 90°위상 전이된 신호와 혼합된다. 하단 록-인 증폭기(60)에서, 우측 입력부(102) 신호는 2개의 위상 감지 검출기(PSD)(106)에서 좌측 입력부(100) 신호 및 이의 90°위상 전이된 신호와 혼합된다. 위상 전이되지 않은 PSD(106)와 위상 전이된 PSD(106)으로부터의 쌍을 이룬 출력은 저잡음 차동 증폭기(114)에서 구분된다. 신호의 DC 성분은 저역 필터(108)를 통과하여 통상의 록-인 증폭기로 출력된다. 어떤 적합한 디지털 또는 아날로그 처리 장치(120)에 의해 수행될 수 있는 연산은 비록 연산이 일어나는 순서는 다르지만, 도 7과 관련하여 위에서 요약된 방법에서와 동일하다. 도 7의 이중 채널 록-인 기법에서, 2개의 하이 레벨 신호가 매우 작은 차이로 감산된다. 이때, 2개의 레벨 신호는 하이 레벨 신호로 승산되며, 아날로그 회로에 잡음을 도입할 수 있고, 디지털 회로에 반올림 에러(round off error)를 도입할 수 있다. 도 9의 이중 록-인 기법에서는, 하이 레벨 신호가 먼저 승산되고 나서, 그에 따른 비슷한 진폭 상태의 신호가 감산되어 더 적은 잡음을 가진 출력에 이른다.

록-인 증폭기의 사용은 더 높은 진폭의 잡음 속에 섞여 있는 로우 레벨 신호를 측정하는 것과 관련하여 가장 잘 알려져 있다. 이것은 극도로 좁은 대역 필터로서 역할을 하는 록-인 증폭기에 의해 수행된다. 신호와 잡음이 기준 사인파와 코사인파에 의해 승산되고 나서, 저역 필터를 통과하여 기준 주파수를 제거한다. 이 승산/필터 연산의 결과는 복소 벡터(x + iy)를 나타내는 DC 신호이다. 기준 주파수와 관련 신호 사이의 위상차는 tan^-1(y/x)에 의해 결정될 수 있다.

코리올리 힘을 측정하는 것과 관련하여, 동일한 주파수를 가진 2개의 신호 사이의 위상차가 관심 대상이다. 이는 각각이 도 10에 도시된 바와 같이 동일한 기준 주파수로 구동되는 이중 록-인 증폭기를 사용하여 수행될 수 있다. 도 10에 예시된 기능적인 개략도에서, 좌우측 입력부(100, 102) 신호는 기준 주파수 발생기(144)에 의해 제공된 기준 사인파 및 코사인파에 의해 승산된다. 입력부(100, 102) 신호는 PSD(106)에서 사인파 및 코사인파와 혼합되고 나서, 도 6, 도 7 및 도 9와 관련하여 설명된 5차 베셀 IIR 저역 필터(148)를 통과한다. 전술한 승산/필터 프로세스는 기준 주파수에 대한 각각의 신호의 최종 위상차 출력(X, Y)을 이용하여 좌우측 입력부(100, 102) 신호에 대하여 수행된다. 이 2개의 출력(X, Y) 신호는 2개의 입력부(100, 102) 신호 사이의 위상차를 나타낸다. 코리올리 질량 유량의 경우에, 이 위상차는 질량 유량(152)을 나타낸다.

코리올리 질량 유량과 결부된 극도로 작은 위상차를 측정하기 위해 록-인 증폭기를 사용하는 경우, 기준 주파수를 조정해서 관련 신호에 일치시키는 것이 필요하다. 기준 신호가 관련 신호에 매우 밀접하지 못한 경우, 매우 낮은 주파수 AC 신호는 저역 필터(148)의 출력부에 나타난다. 코리올리 센서의 주파수는 질량 유량, 온도, 밀도 및 압력에 따라 변동하고, 나아가 측정 프로세스를 복잡하게 만든다.

기준 주파수는 입력부(100, 102) 신호 중 하나로부터 출력 벡터를 처리함으로써 정확하게 조정될 수 있다, 먼저, 출력 벡터의 도함수가 계산된다. 이는 2개의 연속하는 출력 벡터 사이의 복소 차이를 계산함으로써 달성된다. 그때, 원래의 출력 벡터는 90°로 회전되며, 이 벡터와 도함수의 스칼라곱이 계산되며, 그 결과 기준 주파수 발생기(144)에 제공되는 에러 신호(150)에 이른다. 이 에러 신호(150)는 기준 주파수가 각각 하향으로, 상향으로 또는 변화없이 조정될 필요가 있는 경우에 음, 양 또는 제로이다.

기준 주파수 조정량은 위상 측정의 정확도에 의존하지만, 일반적으로는 조정이 정밀할수록, 다수의 출력 샘플에 대한 표준 편차를 계산함으로써 결정되는 정확도는 더 높아진다. 그러나, 기준 주파수의 보다 정밀한 조정(작은 스텝 변화)은 단일의 주파수에서 스텝 변화가 있는 경우에 불리하게 되는데, 그 이유는 기준 주파수 발생기(144)가 의도한 주파수에 도달하는 데에 걸리는 시간이 너무 길기 때문이다. 만약 신호 주파수가 빈번한 스텝 변화를 겪는다면, PID 또는 적응 알고리듬이 더 나은 응답 방식으로 기준 주파수를 조정하는 데에 이용될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 정전 용량 변위 탐침(50)이 압전 액츄에이터에 탑재될 수 있으며, 이 액츄에이터는 먼저 상기 정전 용량 변위 탐침(50)을 3차원으로 정렬한다. 또한, 압전 액츄에이터가 이중 채널 록-인 증폭기 또는 이중 록-인 증폭기로 여기에 개시된 방법을 이용하는 경우, 이 압전 액츄에이터는 유량 센서의 감도를 동적으로 조정할 수 있으며, 이에 의해 동작 범위가 확장된다.

그러한 동적인 위치 설정은 제조 변동성을 보상하며, 특히 정전 용량 변위 탐침에 대한 유량 센서의 위치 설정을 보상한다. 또한, 동적인 위치 설정은 다양한 구성 요소의 상대적인 열 팽창으로 인한 치수 변동을 보상한다. 이중 채널 록-인 증폭기 또는 이중 록-인 증폭기와 조합하여 사용되면, 동적인 위치 설정에 의해 2개의 변위 신호는 조정 가능한 감도를 유량에 제공하도록 긴밀하게 일치될 수 있다. 낮은 감도는 높은 유량 조건을 위해 사용되는 반면에, 높은 감도는 늘어난 낮은 유량 조건을 위해 사용되며, 이에 의해 유량 측정의 동적 범위가 증가된다.

본 발명의 실시예는 개량된 정전 용량 측정 기법, 특히 새로운 기하학적 구조의 정전 용량 변위 탐침을 추가적으로 제공한다. 통상적으로는, 물체의 변위는 정정 용량 변위 탐침에 대해 법선 방향의 거리로서 측정된다. 또한, 이 변위는 정전 용량 변위 탐침에 대해 접선 방향의 거리로서 측정될 수 있다. 도 11을 참조하면, 이는 2개의 판(130) 사이의 균일한 틈새(132)가 도 11에 도시된 바와 같이 운동[화살표(136)로 표시]에 대해 접선 방향의 평면에서 감지관(134)에 인접하게 배치되는 상태로 이들 판(130)을 나란하게 배치함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 이들 판(130)은 동일한 전위에 있고, 감지관(134)은 접지 전위에 있다. 이 감지관(134)은 이들 판(130) 사이의 틈새(132) 바로 위에 배치되고, 예측되는 운동(136)이 상기 틈새에 대해 법선 방향이므로, 감지관(134)의 주기 운동은 타측 판(130) 보다 일측 판(130)에 더 가깝게 감지관(134)을 배치하도록 한다. 이들 판(130) 각각과 감지관(134) 사이에서 상대적인 정전 용량이 측정된다. 감지관(134)이 일측 판(130)에서 타측 판으로 이동함에 따라, 정전 용량에 기인하는 면적량은 변할 것이고, 따라서 상대적인 정전 용량이 측정된다.

다른 구성에서는, 틈새(132)가 도 12에 도시된 바와 같이 감지관(134)을 비스듬하게 가로지르고 있다. 이 구성은 판(130)의 평면에 대한 감지관(134)의 배치를 덜 정확하게 할 수 있다. 감지관(134)의 오정렬은 평행한 틈새(132)에 비해 신호 부정합을 더 작게 유발한다.

또 다른 실시예에서는, 상기 틈새(132)는 도 13에 도시된 바와 같이 "톱니" 패턴을 취한다. 이는 평행하든 비스듬하든 간에 틈새(132)에 대한 감지관(134)의 각도 오정렬이 2개의 판(130) 사이의 정전 용량의 변동율의 차이를 유발하게 된다는 점에서 대각 방향의 틈새(132)에 비해 개량된 것이다. 이것은 2개의 신호 사이의 위상의 원치 않는 변동을 유발하게 된다. 상기 "톱니" 패턴은 감지관(134)의 어떤 각도 오정렬을 균분하게 되며, 이에 의해 더욱 대칭적인 신호가 제공된다.

도 14, 도 15 및 도 16에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 픽오프 센서를 채용한 예시적인 저유량 코리올리 질량 유량 컨트롤러(200)가 도시되어 있다. 이 코리올리 질량 유량 컨트롤러(200)는 유량 센서부(202) 및 유량 제어부(204)를 포함한다. 이 질량 유량 컨트롤러(200)에 대해 내측 또는 외측에 있는 프로세서는 설정점 또는 원하는 질량 유량의 표시를 수신한다. 이 설정점 값은 유량 센서부(202)에 의해 표시되는 바와 같이 실제의 질량 유량에 비교되고 나서 에러 값을 발생시킨다. 상기 유량 제어부(204)는 유량을 조정해서 에러를 최소화하도록 조작되는 값을 포함한다. 특정 제어 장치의 수행은 이러한 개시 내용으로부터 이득을 누리는 기술 분야의 숙련자에게는 통상적인 작업일 수 있으며, 따라서 그러한 수행에 대한 구체적인 사항을 여기에서는 상세하게 설명하지 않는다.

엔클로저(205)에 의해 둘러싸여 있는 유량 센서부(202)는 루프 모양으로 만곡되어 있는 감지관(206)과, 구동 장치(208)와, 감지관(206)의 양측에 배치되어 감지관(206)의 측면의 변위를 측정하는 2개의 픽오프 센서(210)를 포함한다.

기존의 코리올리 장치의 경우, 센서는 통상적으로 용접된 금속 하우징 속에 수용된다. 또한, 이 하우징 내부의 감지관은 전선이 피드쓰루(feedthrough)를 통해 하우징 외측의 전자 소자에 접속되는 상태로 변위 또는 속도 센서에 부착되어 있다. 그와 같은 장치의 감지관은 비교적 대형이고, 약 100 Hz의 공진 주파수를 가지고 있다. 본 발명의 실시예에서와 같이 보다 소형의 감지관의 경우, 공진 주파수는 다소 높은데, 200 Hz 및 그 이상이다. 주파수가 높아짐에 따라, 센서 엔클로저 내부의 대기압 조건으로 인한 점성 댐핑 효과도 상승하게 된다. 이 엔클로저를 진공으로 만들어 그 내부에 진공 친화적인 재료를 이용함으로써, 점성 댐핑은 감소될 수 있거나, 심지어 제거될 수 있다. 따라서, 도시된 예시적인 실시예에서는, 감지관(206)이 진공 센서 하우징(207) 내부에 배치되어 있다.

감지관(206)은 관 루프의 다리를 접속시키는 라인에 대해 직교하는 방향으로 탄성 만곡할 수 있는 구조로 되어 있다. 이 루프는 그 중심선 근처에서 탄성 비틀림이 일어날 수 있을 정도로 충분히 넓다. 낮은 유량으로 코리올리 힘을 측정하기 위해, 상기 감지관(206)은 최소화될 필요가 있다. 관의 크기 조정은 중요한 일이며, 그 이유는 관이 소형으로 될 필요는 있지만, 여전히 높은 압력에서 유체를 수용할 수 있어야 하기 때문이다. 또한, 픽오프 센서(210)는 비접촉되는 것이 바람직하며, 그 이유는 감지관(206)에 대한 어떠한 접촉 또는 질량 로딩도 코리올리 힘을 억제할 수 있기 때문이다.

픽오프 센서 기술은 (전기) 용량성, 자기(磁氣), 압전 저항 및 광학 기술을 포함한다. 압전 저항식 스트레인 게이지 변위 센서는 변위가 최소이고 스트레인이 최고인 루프의 베이스에서만 관과 접촉한다. 이는 관의 진동에 대하여 최소의 영향을 미친다. 광학 기술은 다양한 레이저 및 백색광 간섭 변위 기법, 삼각 기법, 다중 내부 반사 및 빔 명암(beam occultation) 기법을 포함한다. 자기(磁氣) 변위 기술은 홀 효과(Hall effect), 와류, 가변 릴럭턴스, 및 자기 저항(magnetoresistive) 기법을 포함한다.

용량성 픽오프 센서 기술은 도 14 내지 도 16에 예시된 실시예에서 사용되는데, 그 이유는 이 센서가 관의 변위를 측정하는 데에 필요한 감도를 가지고 있고, 비접촉하고 있고, 자기 구동 소자에 의해 영향을 받지 않기 때문이다. 용량성 픽오프 센서(210) 각각은 1개 이상의 도전판(300)을 포함하고, 이 도전판은 주어진 전압 포텐셜에 접속되고, 이들 사이에 틈새를 형성하기 위해 유량 감지관(206) 근처에 배치된다. 이 유량 감지관(206)은 도전판(300)과는 다른 전압 포텐셜에 접속된다. 도전판(300)과 유량 감지관(206) 사이의 정전 용량은 유량 감지관(206)이 진동될 때에 이들 도전판(300)과 유량 감지관(206)의 상대적인 운동으로 인하여 변동한다.

도 14 내지 도 16에 도시된 실시예에 있어서, 도전판은 도 11 - 13과 관련하여 전술한 바와 같이 제1 및 제2 판을 구비한다. 예시된 구체적인 실시예에서는, 도 13에 예시된 바와 같은 톱니 형상의 판이 이용된다. 용량성 픽오프(210)는 센서 엔클로저(207) 속으로 끼워맞추도록 크기 조정되고, 누름 핀(302)에 의해 엔클로저(207)의 뒤벽에 치수적으로 기준이 되는 일체형 센서 블럭(301)에 조립된다. 용량성 픽오프 센서(210)의 도전판(300)은 기생 정전 용량(parasitic capacitance)을 최소화할 보호층과, 센서 블럭(301)에 솔더링하기 위한 지지 접촉층을 제공하기 위해 다층 인쇄 회로 기판 상에 제조된다. 용량성 픽오프 센서(210)는 진공에서 작동될 필요가 있기 때문에, 낮은 가스 방출 재료가 예시된 실시예에서 이용된다. 표준 유리 섬유 재료는 진공에 대해 비친화적이다. 원하는 재료 특성으로서는, 이 재료가 진공 친화적이고, 납땜될 수 있고, 낮은 가스 방출 접착제와 다층으로 접착될 수 있고, 게다가 단순한 보호층 설계를 위한 낮은 유전 상수를 가지는 것이다. 구체적인 실시예에서는, 상업적으로 입수 가능한 DUROID가 이용된다.

용량성 픽오프 센서(210)를 수용하는 센서 블럭(301)은 감지관(206)에 대한 공간을 최적화도록 조정될 수 있다. 이는 전자 방전 가공된 힌지 판을 이용하여 달성된다. 테이퍼진 고정 나사는 용량성 픽오프 센서의 선형 운동 및 각(角) 운동을 수행하기 위해 틈새를 넓힌다. 또한, 용량성 픽오프 센서의 도전판(300)은 센서 엔클로저(207) 외부에 정전 용량 변위 전자 소자와 인터페이싱하는 기밀적으로 밀봉된 전기 커넥터에 용량성 픽오프 센서(210)를 상호 접속시키는 센서 블럭의 전면에 있는 인쇄 회로 기판(303)에 와이어가 납땜될 수 있게 하거나, 와이어가 접착될 수 있게 하는 접촉 패드를 포함한다.

구동 장치(208)는 감지관(206)을 만곡 진동 모드로 구동시켜 이를 진동시킨다. 예시된 실시예에서는, 구동 장치(208)는 감지관(206)에 납땜된 소형 자석(304)과, 이 자석(304)을 번갈아 밀고 당기는 소형 전자기 코일(306)로 구성된다. 도 16에 도시된 실시예에서는, 비희토류 자석, 보다 구체적으로는 니켈 도금된 사마륨 코발트 자석이 이용된다. 이 사마륨 코발트 자석은 중량비에 대비하여 우수한 자력을 가진다. 이 실시예에서는, 자석은 대략 20 ㎎의 중량을 가진다. 이 자석(304)은 감지관(206)의 최상부 중심에 배치되며, 그 결과 자극은 관의 우선 변위 방향에 대해 평행하게 향하게 된다.

상기 코일(306)은 센서 엔클로저(207)의 외부에 배치되고, 인쇄 기판(209)에 결합된다. 이 센서 엔클로저(207)는 자성이 없으며, 따라서 자기장에 투과성을 띤다. 상기 코일(306)은 토로이드(toroid) 구조에 반대되는 개방 코일 타입이다. 이 실시예에서는, 코일(306)은 적어도 1 mＨ 등급의 상업적으로 입수 가능한 파워 인덕터(power inductor)이다. 코일(306)의 중심 축선은 자석(304)의 표면에 대해 수직 방향으로 정렬된다. 감지관(206)은 용량성 픽오프 센서 중 하나의 신호를 위상 동기화 루프(PLL : Phase Locked Loop) 함수를 통해 코일 구동 회로에 대한 피드백으로서 이용하여 공진 구동된다.

감지관(206)은 유량 인입구(214)와 유량 배출구(216)를 구비하고 있는 베이스부(212)에 장착되며, 그 결과 흐름 통로가 인입구에서, 유량 감지관(206) 및 유량 제어부(204)를 거쳐 센서 흐름 배출구(216)를 통과하게 된다. 유량 제어부(204)는 계량기 본체(222)를 구비하며, 이 본체 속에는 밸브 코일(228)과 코일 덮개(230)가 배치되어 있다. 이 밸브 코일(228) 속에는 밸브 스템(232)과 플런저(234)가 배치되고, 밸브 본체(236)는 계량기 본체(222)에 결합되고, 이들 본체 사이에는 시일(238)이 있다. 밸브 본체(236) 내부에는 밸브 시트(240), 스프링(242) 및 오리피스(244)가 배치된다. 유량 제어부(204)의 양단부에는 단부 블럭(224, 225)이 배치되며, 상기 계량기 본체(222)와 단부 블럭(224) 사이에, 그리고 밸브 본체(236)와 단부 블럭(225) 사이에는 시일(226)이 설치된다. 일 실시예에서, 이 시일(226)은 전주 가공된 니켈 시일을 구성한다.

예시적인 실시예에서, 코리올리 유량 컨트롤러(200)는 다음의 방식으로 조립된다. 계량기 본체(222), 센서 엔클로저(207), 베이스 판(310), 중심 기둥(312) 및 감지관(206)이 조립되고 나서, 감지관(206)을 센서 엔클로저(207)의 벽에 치수적으로 기준을 맞추는 고정 기구에 의해 적소에 유지된다. 나머지 부품은 누름 핀(330)에 의해 인덱싱된다. 그 다음에, 이들 부품은 단일의 유닛으로서 브레이징된다. 자석(304)은 감지관(206)에 솔더링된다. 센서 블럭(301)은 누름 핀(302)을 이용하여 센서 엔클로저(207) 속으로 조립 설치된다. 이 누름 핀(302)은 대략 0.5 ㎜ 만큼 센서 엔클로저(207)의 후면을 돌출한다. 기밀적으로 밀봉된 커넥터(320)가 센서 엔클로저(207)의 후면 구멍(322) 속으로 가압된다. 센서 블럭 누름 핀(302)과 기밀적으로 밀봉된 커넥터(320)은 기밀적으로 밀봉하기 위해 레이저 용접되거나 전자 빔 용접된다. 덮개(324)는 진공 환경에서 센서 엔클로저(207)의 전면에 걸쳐 배치되고 나서, 원래 위치로 레이저 용접 또는 전자 빔 용접되어 진공 기밀 환경을 제공한다.

이어서, 단부 블럭(22, 225)과 나머지 밸브 구성 요소가 계량기 본체(222)와 조립된다. 전주 가공된 니켈 시일(226)이 사용될 수 있으며, 그렇지 않으면 탄성 중합체의 Ｏ-링이 교정을 위해 이용될 수 있고, 그 경우 니켈 시일과 교체될 수 있다. 전자 소자들이 완성된 조립체에 조립 설치된다. Ｏ-링(332)이 베이스 판(310)에 설치되고, 이 Ｏ-링(332) 위에서 엔클로저(205)가 아래로 눌러진다. 베이스 판(310)에 있는 캠 잠금쇠(cam lock)는 회전되어 엔클로저(205)를 하향으로 잠근다. 다른 Ｏ-링(334)은 전자 소자 덮개 캡(336)에 설치된다. 이 전자 소자 캡(336)은 사용자 인터페이스 커넥터(338) 위에 배치된다. 이 전자 소자 캡(336) 은 엔클로저(205)에 대해 원래 위치로 가압되어 Ｏ-링 밀봉을 수행한다. 조립된 질량 유량 컨트롤러(200)는 나중에 테스팅되어 교정된다.

상기 예시적인 코리올리 질량 유량 컨트롤러(200)는 다양한 장점을 제공하는 모듈 구조이다. 전술한 바와 같이, 전자 소자 패키징은 [엔클로저(205)의 하단부와 베이스 판(310) 사이의] 유량 컨트롤러 본체에서, 그리고 [엔클로저(205)의 상단부와 전자 소자 캡(336) 사이의] 사용자 인터페이스 캡에 대해 최상부에서 Ｏ-링 밀봉을 수행하는 구조로 되어 있다. 이 전자 소자 캡(336)은 코리올리 질량 유량 컨트롤러(200)의 내부에 있는 사용자 인터페이스 기판(340)에 결합되며, 또 감지 및 제어 전자 소자에도 접속된다. 전자 소자 캡(336)과 사용자 인터페이스 기판(340)은 함께 사용자 전자 소자에 대한 인터페이스를 형성한다. 이는 각각의 사용자 구성을 위해 상이한 감지 및 제어 전자 소자 및 엔클로저를 설계할 필요없이 사용자의 요구 조건에 따라 인터페이스를 유연하게 구성할 수 있게 해준다.

예를 들어, 사용자 인터페이스 캡의 변형례는 IP-65/NEMA 4X 컴플라이언트 장치를 제공하기 위해 시일 및 전기 도관을 가진다. 그러한 장치의 일례(400)는 도 18에 도시되어 있다. 비교해 볼때, 도 14 내지 도 16에 예시된 실시예는 사용자 인터페이스 기판(340)에 결합된 커넥터(342)를 포함한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 전자 소자 캡(337)은 연장되어 특정 용도에 필요한 추가의 구성 요소를 위한 공간을 제공한다.

Ｏ-링 밀봉된 엔클로저(205)의 다른 특징은 제3 유체 수용부를 제공한다는 점에 있으며, 감지관(206)은 제1 유체 수용부이고, 센서 엔클로저(207)는 제2 유체 수용부를 제공한다.

제어 대상 유체 속에 다수의 기포가 존재하는 경우에, 종래의 밸브 플런저 둘레의 환형 구멍은 이들 기포가 밸브의 배출구로 통과하는 것을 억제한다. 이들 기포는 액체 흐름이 제한되어 흐름 제어가 상실되는 시점까지 환형 구멍의 입구에 모인다. 이 환형 구멍이 확장되는 경우, 밸브 코일에 대한 플런저의 증가된 간격은 자기(磁氣) 회로에서 자기장의 세기를 감소시키며, 따라서 유체에 의해 생성된 유압에 대항하여 밸브를 개방하거나 폐쇄하기 위해 얻어질 수 있는 유효 힘을 감소시킨다. 따라서, 예시된 코리올리 질량 유량 컨트롤러(200)에서, 원형 홀(246)이 플런저(234)를 관통하도록 형성된다. 이 원형 홀(246)은 기포의 모양 및 크기에 맞추어질 수 있으며, 기포가 밸브를 더욱 자유롭게 통과할 수 있게 한다. 이는 기포에 의해 유발되는 흐름 제한(flow restriction)의 가능성을 최소화시킨다. 플런저(234)의 중심을 관통하는 홀(246)은 자기 회로에 대한 임의의 영향을 최소화하기 때문에, 유압에 대항하여 밸브를 개폐하는 힘이 유지된다.

통상의 기존 밸브의 경우, 밸브 플런저는 임의의 변형 가능한 재료로부터 제조되어 오리피스의 안착부(land)를 향해 눌러지는 경우 유량에 대해 시일을 형성하는 계류 시트(captive seat)를 구비한다. 정상적으로 폐쇄된 솔레노이드 타입 밸브의 경우에, 상기 계류 시트에 대항하는 힘은 솔레노이드 동작이 시트를 오리피스 안착부로부터 들어올리도록 평형 조정된 스프링에 의해 발생될 수 있다. 정상적으로 개방된 솔레노이드 타입 밸브의 경우, 시트에 대항하는 힘은 솔레노이드 동작에 의해 발생되고 나서, 자기장이 제거되었을 때 스프링이 시트를 오리피스로부터 들어올리도록 균형 조정되어 있다. 이러한 시트 재료는 탄성 중합체, 플라스틱 또는 연성 금속(ductile metal)일 수 있다.

대개의 경우, 시일이 복귀될 수 있도록 소성 변형에 비해 탄성 변형이 일어나는 것이 바람직하다. 선택적으로는, 경질 재료가 시트 및 안착부 용도로 이용될 수 있으며, 그러나 시트와 안착부 사이의 고도의 정합면을 포함하여 극소의 공차로 제조될 수 있다. 이는 고비용적인 기법이다. 시트와 안착부 사이의 간격 조정은 밸브 작동에 중요한데, 그 이유는 플런저에 미치는 자력이 변위에 선형적이 아니기 때문이다. 정상적으로 개방된 밸브의 경우, 플런저의 평균 위치와, 그에 따른 안착부에 대한 시트의 위치는 시트가 안착부를 향해 이동하는 경우에 최대의 힘을 제공하도록 최적화될 필요가 있으며, 이때 개방 위치에서 최대의 유량이 허용된다. 정상적으로 폐쇄된 밸브의 경우, 안착부에 대한 시트의 힘은 스프링에 의해 발생된다. 이 스프링의 힘은 유압에 대항하여 폐쇄시킬 정도로 충분할 필요는 있지만, 자력이 안착부로부터 최대 유량을 허용할 수 있을 정도의 충분한 거리로 시트를 들어올릴 수 있도록 최소화될 필요가 있다.

기존의 장치는 안착부 또는 시트 아래에 끼움쇠(shim)를 배치하거나, 오리피스 구성 요소 속에 나사 결합식 조정 나사를 구비하는 것을 포함하여, 시트와 안착부 사이의 간격을 조정하기 위해 다양한 수단을 이용할 수 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 오리피스에서 통상의 나사 결합식 조정은 오리피스 본체(250)와 밸브 본체(252) 사이를 밀봉시키지 못하여 나사부(256) 사이에 누설 경로(254)를 남긴다. 그러한 나사 결합식 조정은 나사부(256)가 유체 누설에 대해 밀봉되는 것을 필요로 한다. 이러한 밀봉을 위해 별도의 시일, 예컨대 Ｏ-링 또는 가스킷이 제공된다.

본 발명의 태양에 따르면, 오리피스(244) 및 안착부 중 적어도 하나는 정밀 오리피스를 가진 나사 결합식 구성 요소로 기계 가공될 수 있는 플라스틱 재료, 예컨대 VESPEL

로 제조된다. 도 17b에 도시된 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 나사부(256)는 더 큰 치수로 기계 가공되기 때문에 오리피스 본체(250)와 밸브 본체(252) 사이에 억지 끼워 맞춤부(258)가 존재하며, 따라서 밀봉이 이루어지며, 별도의 시일(Ｏ-링 또는 가스킷)의 필요성이 없어진다. 이제, 오리피스 안착부는 밸브 시트(240) 및 플런저(234)의 구조 및 제조를 단순화시키는 변형 가능한 부재이다(도 15 및 도 16 참조).

그러나, 본 발명은 어떠한 특정 밸브 플런저 구성에 제한될 필요는 없다. 다른 실시예의 경우, 밸브 대신에 펌프가 이용된다. 예를 들어, 계량 펌프가 유체를 제어하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 복수 개의 압전 관 부분을 가진 압전 펌프가 채용될 수 있다. 이 압전 관 부분은 상이한 관 부분의 수축 또는 팽창을 유발시키는 방식으로 제어되며, 그에 따라 유체 흐름이 원하는 대로 제어될 수 있다.

도 19는 본 발명의 또 다른 태양에 따른 다른 예시적인 코리올리 질량 유량 감지 소자를 예시하고 있다. 예시된 코리올리 질량 유량 감지 소자(500)는 먼저 관의 변위를 측정하여 관을 통과하는 질량 유량으로 인한 코리올리 힘을 검출하는 다른 구조물을 포함한다. 광원(510)이 변위가 최대일 것으로 예측되는 흐름관(502)의 최상부에 또는 이의 근처 측면에 배치된다. 그 다음에, 광 다이오드 또는 다른 광 검출기(512)가 광원(510)에 대향하는 흐름관(502)의 양측에 배치될 수 있다. 광 검출기(512)는 센서 전자 소자에 접속되며, 이 전자 소자는 광 검출기(512)로부터 수신된 신호를 처리한다. 이 센서 전자 소자는, 예컨대 미국 특허 제5,555,190호에 개시된 신호 처리 방법 또는 도 6 -11에 예시된 실시예와 관련하여 본 명세서에 개시된 록-인 증폭기와 같은 디지털 신호 처리 소자를 이용할 수 있다. 모드 감지 또는 사인파 커브 피트(sinusoidal curve fit)를 이용하는 다른 실시예도 상정되며, 이 경우 수신 신호는 예컨대 최소 제곱 위상 결정법(least square phase determination)을 이용하여 기준 신호와 비교된다.

구체적인 일 실시예에서, 광원(510)과 광 검출기(512)는 광학적인 감지 인쇄 회로 기판(PCB)에 실시되는 광학적인 감지 회로의 부품이다. 이들 광원(510)과 광 검출기(512)는 감지관(502)의 운동을 감지하기 위한 적외선 LED 및 광 다이오드로 구성된다. 도 19에 도시된 바와 같이, 2개 세트의 LED(510) 및 광 다이오드(512)가 존재하며, 1개의 세트는 감지관(502)의 각각의 측면을 감지하게 된다.

도 20은 도 19에 도시된 광학적인 코리올리 질량 유량 감지 소자(500)를 채용한 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 일부분을 개략적으로 예시한 블럭도이다. 상기 광학적인 코리올리 질량 유량 감지 소자(500)는 광학적인 감지 PCB(520)의 일부분을 구성한다. 이 광학적인 감지 PCB(520)는 [감지관(502)의 좌우측 부분에 대응하는] 좌우측 출력부(521, 522) 신호를 광학적인 구동 PCB(540)를 경유하여 주기판 PCB(526)에 있는 센서 픽오프 및 구동 회로(524)로 전송한다. 또한, 이 주기판 PCB(526)에는 응용 및 제어 회로(528)가 실장된다. 디지털 신호 처리(DSP) PCB(530)는 DSP 프로세서(532), 플래시 EEPROM(534), 고속 SRAM(536), 그리고 논리 및 감시 회로(538)를 구비한다. 상기 DSP 프로세서(532)로서는 50 ㎒ 에서 동작하는 텍사스 인스트루먼트사의 TMS320C32 프로세서가 본 발명의 일 실시예에서 그 기능을 담당한다. 감지관 온도를 측정하기 위해, RTD(542)가 광학적인 구동 PCB(540)를 경유하여 센서 픽오프 및 구동 회로(524)로 출력을 제공한다. 또한, 이 센서 픽오프 및 구동 회로(524)는 출력 신호를 감지관(502)의 진동을 제어하기 위한 구동 코일(513)로 전송한다.

상기 흐름관(502)은 이의 공진 주파수에서 사인파로 구동되는 코일(513)을 이용하여 (도 19에 예시된 도면 용지의 안팎으로) 진동된다. 코일(513)(예를 들면, 도 14 내지 도 16과 관련하여 전술한 실시예에서와 같이 1 mH 인턱터)에 의해 생성된 자력은 감지관(502)에 부착된 자석(514)를 밀고 당기며, 따라서 운동시킨다. 흐름관(502)이 진동하는 경우, LED(510)로부터 광 다이오드(512)에 도달하는 적외선의 양은 흐름관(502)이 광 경로 전후로 운동함에 따라 증가 또는 감소된다. 광학적인 감지 회로는 광 변화를 관의 위치를 나타내는 전압으로 변환시킨다.

감지관(502)이 진동할 때, 광학적인 감지 회로의 출력은 감지관(502)의 좌우측 측면의 운동을 표시하는 2개의 사인파로서 나타난다. 어떠한 질량 유량도 감지관(502) 전체에 제공되지 않는 경우, 이 감지관(502)의 좌우측 측면은 평행 일치하며, 따라서 2개의 사인파는 위상이 동일하여 제로 유량을 나타낸다. 질량 유량이 감지관(502) 전체에서 증가하는 경우, 감지관(502)의 좌우측 측면의 운동 사이의 위상차는 (질량 유량과 함께 선형으로) 증가한다.

센서 픽오프 및 구동 회로(524)는 광학적인 감지 PCB 출력부(521, 522)로부터 센서 구동 신호를 발생시킨다. 따라서, 감지관(502), 광학적 픽오프부(510, 512) 및 구동 코일/자석 장치(513, 514)는 감지관(502) 자체의 기계적인 특성에 의해 결정된 주파수에서 진동하는 폐쇄된 시스템을 구성한다. 이러한 개념은 기계적인 대상물[감지관(502)] 대신에 결정체를 이용하는 전자 발진기와 유사하다.

상기 DSP PCB(530)와 센서 픽오프 및 구동 회로(524)의 관련 전자 소자는 좌우측 감지관의 출력부(521, 522) 신호를 감지관(502)의 좌우측 사이의 실질적인 위상차를 나타내는 수치값으로 변환시킨다. 이 위상차는 질량 유량을 나타낸다.

도 21에 도시된 바와 같이, 센서 픽오프 및 구동 회로(524)는 스테레오 A/D 컨버터(550)를 포함하며, 이 컨버터는 감지관(502)의 좌우측 사이의 위상차와, 이 감지관(502)의 진동 주파수와, 이 감지관(502)의 구동 레벨을 결정하기 위한 광학적인 감지 PCB(520)로부터 좌우측 출력부(521, 522)를 샘플링하는 데에 이용된다. RTD A/D 컨버터(552)는 RTD(542)로부터 출력을 수신하여 RTD를 통해 감지관(502)의 온도를 측정한다. 승산 D/A 컨버터(554)는 감지관의 구동 레벨을 조정하는 데에 이용된다. 상기 DSP PCB(430)는 스테레오 A/D 컨버터(550), RTD A/D 컨버터(552) 및 승산 D/A 컨버터(554)를 제어한다.

도 20을 다시 참조하면, 광학적인 구동 PCB(540)는 구동 신호 출력을 90° 위상 전이시키는 기능 뿐만 아니라, 감쇠시키는 기능을 하고, 좌우측 출력부(521, 522)에 광학적인 감지 PCB(520)를 AC 결합시킨다. 또한, 광학적인 구동 PCB(540)는 RTD(542)를 주기판 PCB(526)의 센서 픽오프 및 구동 회로(524)에 전기적으로 접속시킨다.

신호 전달에 관한 설명은 광학적인 구동 PCB(540)의 목적을 더욱 명료하게 하고, 감지관(502)이 그 공진 주파수에서 구동되는 방법을 예시하고 있다. 감지관(502)의 운동은 광학적인 감지 PCB(520)를 통해 2개의 사인파[좌우측 출력부(521, 522) 신호]를 발생시킨다. 이들 신호는 광학적인 구동 PCB(540)로 전송되며, 이 경우 이들 출력부는 임의의 DC 오프셋(offset)을 제거하기 위해 AC 결합되고, 진폭을 감소시켜 주기판 PCB(526)의 센서 픽오프 및 구동 회로(524)의 스테레오 A/D 컨버터(550)로 입력에 적합한 진폭이 되도록 감쇠시킨다.

상기 센서 픽오프 및 구동 회로(524)는 이들 신호를 버퍼링해서 스테레오 A/D 컨버터(550)를 이용하여 샘플링하며, 또 구동 이득을 조정하기 위한 승산 D/A 컨버터(554)를 통해 좌측 출력부(521) 신호를 공급한다. 승산 D/A 컨버터(554) 다음에, 신호가 광학적인 구동 PCB(540)로 피드백되며, 여기에서는 신호가 센서 구동 코일(513)로 전송되기 전에 90°위상 지연이 유도된다. 이 90°위상 전이 회로 설계가 필요하며, 그 이유는 기계적인 발진기가 공진하는 동안에 [구동 코일 및 자석(513, 514)을 통해] 에너지를 장치로 피드백하는 것은 센서(502)의 운동에 따라 90°의 위상차를 필요로 하기 때문이다.

당업자에게 명백한 바와 같이, 감쇠부(減衰部), AC 결합 및 90°위상 전이는 광학적인 감지 PCB(520) 또는 주기판 PCB(526)에 통합될 수 있다. 그러나, 별도의 PCB에 이들 기능을 부여함으로써, 광학적인 감지 PCB(520) 및 광학적인 구동 PCB(540)는 시스템으로부터 제거될 수 있고, 다른 질량 유량 센서가 주기판 PCB(526)에 직접 접속될 수 있다. 주기판 PCB(526)의 픽오프 입력부 및 구동 출력부는 실시를 위해 특정 질량 유량 센서의 대응하는 출력 및 구동 장치와 호환적이어야만 하며, 또는 적절한 인터페이스가 제공되어야만 한다.

공지된 코리올리 질량 유량 센서는 구동 출력부에서 90°위상 전이를 필요로 하지 않는데, 그 이유는 통상적인 종래 기술의 코리올리 센서 픽오프부는 속도 감지형인 코일과 자석을 이용하며(픽오프 출력 진폭은 영점 교차에서 최대임), 이에 반해 본 명세서에 개시된 광학적인 또는 용량성 픽오프부는 위치 감지형이다(픽오프 출력 진폭은 피크에서 최대임). 속도는 위치의 도함수이고, 사인 함수의 도함수는 코사인 함수이며, 사인 함수가 90°위상 전이된 코사인이기 때문에, 속도 감지 픽오프부의 90°위상 전이는 당연히 발생한다.

감지관(502)의 진동을 개시하기 위해, 구동 이득은 평균 보다 훨씬 더 높게 증가된다. 항상 존재하는 주변 진동은 감지관(502)을 주로 그 공진 주파수에서 진동시킨다. 이러한 미세한 운동은 광학적인 픽오프부(510, 512)에 의해 검출되고, 감지관(502)을 (높은 이득 구동 회로를 통해) 더 큰 진폭으로 구동시키는 데에 이용된다. 감지관(502)의 진동이 원하는 진폭에 도달한 때에, 구동 회로는 평균 이득으로 스위칭되고, DSP PCB(530)는 승산 DAC(554)를 통해 감지관의 진폭을 제어하게 된다. 이 감지관 구동 진폭을 능동적으로 제어하지 못하는 경우, 감지관(502)은 진동하지 않거나 제어 범위를 벗어나 진동한다.

DSP PCB(530)에 의해 계산된 위상차, 감지관 주파수 및 감지관 온도는 예시된 실시예에서는 4800-baud 시리얼 링크를 통해 응용 및 제어 장치(528)로 전송된다.

도 22는 응용 및 제어 회로의 태양을 개략적으로 예시하고 있다. 주기판 PCB(526)도 역시 응용 및 제어 회로(528)용 회로망(circuitry)을 포함한다. 사용자 인터페이스(UI) PCB(560)는 주기판 PCB(526)에 플러그식 삽입될 수 있다. 이 주기판 PCB(526)은 마이크로 컨트롤러(562), 플래시 EEPROM(564), 고속 SRAM(566) 및 논리 및 감시 회로(568)을 포함한다. 하나의 특정 실시예는 모토롤라 68LC302 마이크로 컨트롤러를 사용하고, 25 ㎒에서 구동한다. 마이크로 컨트롤러(562)는 이하를 제어한다. 즉

1. 아날로그 설정점 입력 및 아날로그 밸브 오버라이드 입력(570)을 감지하는 데에 이용되는 A/D 컨버터,

2. 아날로그 유량 신호(572)를 출력하는 데에 이용되는 D/A 컨버터, 그리고

3. 밸브 제어 신호(574)를 출력하는 데에 이용되는 D/A 컨버터.

도 22에 도시된 사용자 인터페이스 PCB(560)는 다양한 통신 프로토콜을 제공하는 주기판 PCB(526)에 추가되는 선택 구성 요소이다. 이제까지 설명된 모든 전자 소자는 통신에 특유한 것은 아니다. 다양한 통신 프로토콜에 대한 호환성을 획득하기 위해, 독특한 사용자 인터페이스 PCB(560)에는 주기판 PCB(526)에 플러그식 삽입되는 공통의 사용자 인터페이스 PCB 형식 인자를 이용하여 각각의 원하는 프로토콜이 제공된다.

예를 들어, 공동의 통신 프로토콜은 HART 프로토콜이다. 이 아날로그/HART 사용자 인터페이스 PCB는 0(4) - 20 ㎃의 설정점 입력부 및 유량 출력부를 제공하며, 이 외에도 주기판 PCB(526)에 이미 존재하는 0(1) - 5 Ｖ의 입력부 및 출력부를 제공한다. 이 HART 물리 층도 역시 여기에 존재하며, 13 VDC - 30 VDC의 주 동력을 입력할 수 있는 차단된 동력 공급부도 제공된다.

도 23은 HART 인터페이스(580)를 예시하고 있다. 유량 출력 신호[0(4) - 20 ㎃](582)는 HART 통신 프로토콜이 출력 신호에 대하여 송신 및 수신될 수 있도록 적절한 캐리어를 이용하여 변조된다. HART 프로토콜은 데이터를 모니터링하기 위해, 그리고 소자의 교정 및 구성을 위해 코리올리 질량 유량 컨트롤러에 디지털 인터페이스를 제공한다. 또한, 유량 출력 신호(582)[0(4) - 20 ㎃]는 전류 외에 전압을 유량 모니터링하기 위한 0(1) - 5 Ｖ 신호(584)로 전환된다.

설정점 입력은 전압 입력(586) 및 전력 입력(588) 사이를 선택하기 위해 점퍼(jumper)를 제공한다. 설정점 입력은 전압으로 전환되고(만약 전류 입력이 선택되는 경우), 주기판 PCB(526)으로 전송되며, 주기판 PCB의 설정점 입력부(570)에 직접 접속된다. 주기판 PCB(526) 단독 구성에서 유량 출력 신호(572)용으로 이용되는 신호는 HART 인터페이스(580)에서 전류 출력으로 전환되고, 밀도 출력 신호(590)로서 해석된다. 또한, 밸브 오버라이드 입력(570)은 주기판 PCB(526) 밸브 오버라이드 입력으로 직접 전송된다.

주기판 PCB(526) 단독 구성은 동력 공급 복귀부와 모든 신호 복귀부 사이의 공통의 접지를 공유한다. 동력은 +15 VDC와 접지를 통해 공급된다. 별도의 접지 접속 수단이 입력 및 출력 신호를 위한 주기판 PCB 커넥터에 존재하는 경우라해도, 이들은 전기적으로 동일한 지점이다.

주기판 PCB(526)에 대한 +15 VDC 입력 전압(576)은 +15 VDC를 필요로 하는 모든 구성 요소에 직접 이용된다. 이 +15 VDC는 또 2개의 DC-DC 스위칭 컨버터를 구동하는 데에 이용된다. 하나는 +15 VDC를 +5 VDC로 전환하는 데에 이용되고, 다른 하나는 +15 VDC를 -9 VDC로 전환하는 데에 이용된다. 모든 전자 소자와 전기 회로(밸브 포함)는 본 발명에 따른 예시적인 코리올리 질량 유량 컨트롤러에서 이들 3개의 전압 공급원(+15 VDC, -9 VDC 및 +5 VDC)을 이용하여 에너지를 공급 받는다. 샤시 접지와 동력/신호 접지 사이의 유일한 접속 수단은 병렬 상태인 1 M 저항기(resistor)와 0.01 ㎌ 커패시터이다.

HART 인터페이스(580)를 부가하면, 동력 공급 입력(576)에 대한 차단이 이루어진다, HART 인터페이스의 입력 전압 범위는 +13 ∼ 30 VDC이고, 내부 전압원과 접지로부터 완전하게 격리된다. 상기 13 ∼ 30 VDC(도면 부호 592)를 15 VDC로 전환하는 DC-DC 컨버터는 격리를 제공한다. 이 격리는 갈바니 전류에 의한 것이고(주동력 전달), 광학적 (피드백)이다. DC-DC 컨버터의 출력은 절연된 +15 VDC와 접지이다.

도 24a 및 도 24b는 광학적 픽오프 센서를 채용한 본 발명의 일 실시예에 따른 코리올리 질량 유량 컨트롤러의 흐름 감지부(600)를 예시하고 있다. 도 24a 및 도 24b에 도시된 질량 유량 감지부(600)는 본 명세서의 도 14 내지 도 16에 예시된 컨트롤러(200)과 같은 질량 유량 컨트롤러에 사용하기에 적합하다. 일반적으로, 도 24a 및 도 24b의 유량 감지부(600)는 도 14 내지 도 16의 유량 센서부(202)를 대신하여 실시된다. 이 유량 감지부(600)는 유량 감지관(602)을 포함하며, 이 관에 자석(604)이 부착된다. 적외선 LED(606)와 광 다이오드(608)는 광학적인 감지 PCB(610)에 접속되고, 유량 감지관(602)의 양측에 배치된다. 이 유량 감지관(602), 자석(604), LED(606), 광 다이오드(608) 및 PCB(610)는 모두 하우징(612) 내부에 배치되며, 이 하우징에는 덮개(614)가 부착된다. 관을 구동시키기 위해 1 mH 인턱터가 코일(616)로서의 기능을 한다. 코일(616)은 하우징(612) 외부에 배치된다.

별법으로서, 감지관, 구동 소자 및 픽오프 센서는 모두 엔클로저 내부에 수용될 수 있으며, 또는 코일을 대신하거나, 코일에 추가하여 선택된 구성 요소가 엔클로저 외부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 어떤 실시예는 그 속에 윈도우가 형성된 엔클로저를 채용할 수 있다. 이에 의해, 광원 및 광 검출기 중 적어도 하나가 엔클로저 외부에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 센서 전자 소자는 예컨대 광섬유 케이블을 이용하여 엔클로저와 떨어져 있다. 이는 예컨대 코리올리 질량 유량 감지 소자가 위험한 환경에 사용되는 경우에 적합할 수가 있다.

전술한 바와 같이, 광원과 검출기는 적외선 광 다이오드와 조화를 이루는 적외선 LED 광원으로 구성될 수 있다. 광 다이오드 활성 표면의 치수는 관의 직경에 가깝지만, 이 보다 약간 더 크다. 관이 진동함에 따라, 관은 LED와 광 다이오드 사이의 경로를 통하여 운동하며, LED로부터 광을 차광시킨다. 이 관은 이것이 휴지 상태일 때 LED와 광 다이오드 사이의 광 경로가 부분적으로 파괴되도록 배치될 수 있다. 관은 그 휴지 위치 근처에서 진동 방식으로 운동함에 따라, 검출기에 도달하는 광은 검출기로부터 사인파 출력을 제공하면서 교대로 최소 또는 최대로 된다. 관의 각 측면으로부터 상대적인 출력은 코리올리 유도 유량 효과로 인한 위상차를 위해 측정될 수 있다.

여기에서 전술한 바와 같이, 유량 감지관은 다양한 재료 중 어느 하나로부터 제조된다. 또한, 유량 감지관은 혼성 재료로 구성될 수 있다. 그러한 혼성 구조물의 일례는 도 25에 예시되어 있다. 코리올리 질량 유량 센서(700)가 예시되어 있으며, 실리콘 프레임(702)과 스테인리스 강 감지관(704)을 구비한다. 코리올리 유량 센서(700)는 클램프(706)와 센서(708)를 더 구비하며, 이들 모두는 실리콘으로 실시된다. 추가의 재료도 사용될 수 있으며, 예컨대 클램프(706)는 금속, 유리, 플라스틱, 세라믹 등으로 제조될 수 있다. 얇은 실리콘 아암(710)은 프레임(702)으로부터 연장되고, 감지관(704)의 측면에 부착된다.

상기 센서(708)는 감지관(704)의 측면에 부착된 각각의 실리콘 아암(710)의 베이스에 휘트스톤 브릿지로 실시된 압전 저항기이다. 실제, 이 센서는 변형율 게이지이며, 실리콘 아암(710)의 만곡에 의해 유도되는 변형율을 측정한다. 도 26a는 제1 휘트스톤 브릿지(720)를 예시하고 있다. 휘트스톤 브릿지(720)는 각 아암(710)의 베이스에서 실시된다. 또한, 이 휘트스톤 브릿지(720)는 통상 실리콘으로 실시되고, 실리콘 프레임(702)에 증착되거나 주입된다. 상기 휘트스톤 브릿지(720)는 4개의 브릿지 저항기(R1, R2, R3, R4)를 포함하며, 이들 중에 브릿지 저항기(R1)와 저항기(R4)는 가변 압전 저항기이다. 상기 휘트스톤 브릿지(720)는 여기 공급 접속부(Vs), 신호 복귀 GND, 및 센서 출력 신호 접속부(-Vout, +Vout)를 더 포함한다.

도 26b는 2개의 아암(710) 사이의 미분 변형율을 측정하기 위해 2개의 아암(710) 사이에서 실시되는 제2 휘트스톤 브릿지(722)를 예시하고 있다. 이 휘트스톤 브릿지(722)에서, 저항기(R1)와 저항기(R2)는 가변 압전 저항기이다. 유량은 미분 변형율에 직접 비례한다. 위상은 2개의 분리된 신호로부터 추출되지 않아야 한다.

본 발명의 다른 태양은 직선형 감지관을 채용하는 코리올리 유량 측정 소자를 포함하며, 흐름관은 일반적으로 선형 흐름 경로를 제공한다. 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 직관형 유량 센서(450)를 개략적으로 예시하고 있다. 먼저, 관(452)은 이의 단부 각각에 압전 구동 소자(454)를 부착함으로써 대개 수직 편극 모드로 작동될 수 있다. 어떤 실시예에서, 압전 구동 소자는 압전 층이 관(452)의 일측면에 부착된 상태로 압전 유니모프(unimorph)로 구성된다. 다른 실시예도 상정되며, 이 경우 압전 바이모프(bimorph)와 같은 다른 압전 구동 소자가 채용된다.

관의 양측에는 센서(456)로서 역할을 하도록 압전 저항층 또는 압전 층이 부착될 수 있다. 동기식으로 작동되는 유니모프(454) 쌍이 관(452)을 그 공진 방식으로 구동시킨다. 흐름이 관(452) 전체에 형성됨에 따라, 코리올리 힘은 피에조 센서(456)에 상대적인 변형율을 변경시키고, 그 출력 신호의 위상 전이를 발생시킨다.

도 28에는 다른 직관형 코리올리 센서(451)가 개략적으로 예시되어 있다. 직선형 관(452)은 2인의 줄넘기 방식과 유사하게, 원형 편극 모드로 작동될 수 있다. 코리올리 힘을 유도하는 질량 유량 벡터의 성분은 관(452)의 라인에 대해 수직 방향이다. 이 관(452)의 각 단부는 회전 방향 또는 반대 방향으로 배향되는 코리올리 힘을 받는다. 이는 관(452)의 양단부에서 위상 전이를 발생시킨다. 관은 예컨대 그 중심에 자석(460)을 배치하고 나서, 직교하도록 배치된 전자기 코일(462)을 이용하여 관을 원형 진동시킴으로써 작동될 수 있다. 각각의 구동 신호는 90°의 위상차를 가진다. 센서(456)는 관(452)의 양단에 배치되고, 별법으로서 센서(456)는 관(452) 상의 ⅓ 지점에서 자석(460) 및 구동 코일(462)과 유사한 직교하는 방식으로 배치될 수 있다. 센서(456)는 광학적 특성, 전기 용량 특성, 전자기적 특성이 부분적으로 관의 재료에 의존한다.

자석(460)과 코일(462) 구동 장치에 대한 변형례에서, 관의 각 단부에 부착된 압전 틸트 액츄에이터(piezoelectric tilt actuator)가 본 발명의 다른 실시예에서 이러한 방식을 위한 구동 장치로서 역할을 한다. 공지된 압전 틸트 액츄에이터는 통상적으로 광학 거울을 동역학적으로 정렬시키는 데에 이용된다. 전형적인 광학 거울 구성은 거울을 유지하는 플랫폼에 부착된 삼발이 형태로 배열된 3개의 압전 스택(stack)으로 이루어진다. 관을 원형 진동시키기 위해, 이 압전 스택은 3개의 사인파 신호로 구동되고, 각각의 신호는 이웃하는 다음 신호에 대해 위상이 120°앞선다. 이는 3상 모터 구동 장치와 유사하다. 압전 틸트 액츄에이터는 대개 고가이면서 주어진 거울에 비해 크기 때문에 이하의 변형례가 본 발명의 실시예에서 채용된다.

평면형 압전 유니모프는 전술한 3개의 스택 액츄에이터 보다 상당히 저렴하다. 이들 유니모프는 스택형 액츄에이터 보다 훨씬 작고 균등한 변위를 획득하는 데 더 낮은 전압을 요구한다. 도 29a 및 도 29b에는 예시적인 틸트 액츄에이터(470, 471)가 개념적으로 예시되어 있다. 이 틸트 액츄에이터(470, 471)는 각각 3개 아암 및 4개 아암 평면형 스파이럴 스프링(474, 475)을 채용하고 있다. 압전 소자는 평면형 스파이럴 스프링(474, 475)의 아암(476) 각각에 배열된다. 예시된 실시예에서는, 스프링(474)은 스프링(474, 475)의 외측 링 구조물(478) 근처의 각각의 아암(476)에 배열된 압전 유니모프(472)이다. 압전 또는 압전 저항 센서는 압전 액츄에이터(472)로부터 스프링(474)의 반대 측면에 부착된다. 센서는 관의 각 단부의 센서 사이의 상대적인 위상을 감지한다.

유니모프(472)에 전압을 인가하면, 그에 따라 각각의 아암(476)이 변위한다. 3개 아암 스프링(474)의 경우, 유니모프(472)는 전술한 3개 스택형 틸트 액츄에이터의 경우와 같이 3개 위상의 사인파 신호에 의해 구동되며, 그 결과 대체로 원형의 구동 운동을 하게 된다. 4개 아암 스프링(475)은 구조는 더욱 복잡하지만, 작동은 더욱 단순하다. 3개 위상 구동 장치 대신에, 2개 위상 구동 장치는 4개 아암 구조물에 필요하다. 각각의 구동 신호는 2개의 마주보는 아암(476)에 인가된다. 그 운동은 아날로그 오실로스코프에 대한 x축 및 y축 입력부에 2개의 사인파 신호를 인가해서, 리사주 도형을 관찰하는 것과 유사하다. 만약 2개의 신호가 90°의 위상차가 있고 동일한 진폭으로 이루어진 경우, 그 결과는 원(circle)으로 된다.

평면형 스파이럴 스프링(474, 475)은 도 27과 관련하여 개시된 박판형 유니모프(454)에 비해 장점이 있는데, 이는 스프링(474)이 박판형 유니모프(454)에서와 같이 직경을 변동할 필요없이 수직 방향의 변위를 수용한다는 점이다. 또한, 밀도는 관의 원심력의 증가에 의해 구동되는 센서 신호 진폭의 증가에 의해 측정될 수 있다. 이러한 작동 방식은 관 재료의 선택에 많은 유연성을 제공한다. 관은 공진 구조로 되어야만 하는 것은 아니다. 심지어 장치는 공진 상태로 되어야만 하는 것도 아니며, 왜냐하면 이 장치는 2인 줄넘기의 예의 경우와 꼭 마찬가지로 연속하는 주파수로 구동될 수 있기 때문이다.

전술한 구체적인 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명은 본 명세서에 교시된 내용으로부터 이익을 누리는 기술 분야의 숙련자에게는 상이하지만 명백한 균등한 방식으로 개량되어 실시될 수 있다. 게다가, 본 명세서에 도시된 구성 및 구조에 대한 세부 사항을 다음의 청구범위에 기재된 사항 외에는 결코 한정하려는 의도는 없다. 따라서, 전술한 구체적인 실시예는 변경 또는 개량될 수 있고, 그러한 변형례 모두는 본 발명의 범위 및 사상에 속하는 것으로 상정되는 것임은 자명하다. 따라서, 본 발명에서 추구하는 보호 범위는 다음의 청구범위에 기재된 바와 같다.

본 발명에 따른 코리올리 질량 유량 측정 장치에 따르면, 일체적인 유량 제어를 통해 질량 유량을 감지할 수 있으며, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims

흐름관;

상기 흐름관의 제1 측면에 인접하게 위치 설정되는 광원;

상기 흐름관의 제2 측면에 인접하게 위치 설정되는 광 검출기로서, 상기 제2 측면은 상기 제1 측면에 대향하고, 상기 광원과 상기 광 검출기는 서로에 대해 고정되어 있으며, 상기 흐름관은 상기 광원과 상기 광 검출기에 대해 이동 가능한 것인 광 검출기; 및

상기 흐름관이 상기 광원과 상기 광 검출기 사이에 형성된 경로를 통하여 운동하도록, 상기 흐름관을 진동시키기 위해 상기 흐름관에 대하여 배치되어 있는 구동 장치

를 포함하는 코리올리 질량 유량 센서.
제1항에 있어서, 상기 광원은 적외선을 방사하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제2항에 있어서, 상기 광원은 적외선 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제3항에 있어서, 상기 광 검출기는 적외선 광 다이오드를 포함하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제4항에 있어서, 상기 광 다이오드는 상기 흐름관의 직경보다 더 큰 활성 표면(active surface)을 형성하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제1항에 있어서, 상기 광원은, 진동하는 흐름관의 변위가 최대로 되는 지점에서, 흐름관에 대해 위치 설정되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제1항에 있어서, 상기 흐름관이 휴지(休止) 상태인 경우에 상기 광원과 상기 광 검출기 사이에 형성된 경로 내부에 상기 흐름관의 일부분이 배치되도록, 상기 광원이 흐름관에 대해 위치 설정되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서, 상기 흐름관이 장착되는 프레임을 더 포함하고,

상기 구동 장치는 상기 프레임을 진동시키기 위해 상기 프레임에 대해 배치되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제8항에 있어서, 상기 프레임은 상기 흐름관이 내부에 배치되는 관을 포함하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제8항에 있어서, 상기 흐름관과 프레임은 이종(異種)의 재료로 제조되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서, 상기 흐름관은 스테인리스 강으로 제조되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서, 상기 흐름관은 플라스틱으로 제조되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서, 상기 프레임은 실리콘으로 제조되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제1 및 제2 단부를 구비하고, 선형인 흐름 경로를 형성하는 가요성 흐름관;

상기 흐름관을 작동시키도록 상기 흐름관의 제1 단부 및 제2 단부에 각각 접속되어 있는 제1 및 제2 압전 유니모프(unimorph)를 포함하고, 복수 개의 압전 소자와 복수 개의 아암을 형성하는 평면형 스파이럴 스프링을 포함하며, 상기 아암의 각각에는 상기 압전 소자 중 하나가 부착되어 있는 것인 구동 장치; 및

상기 흐름관의 제1 및 제2 단부에 각각 위치 설정되는 제1 및 제2 픽오프(pick off) 센서로서, 이들 픽오프 센서는 상기 흐름관의 운동에 응답하여 각각 신호를 출력하고, 상기 흐름관을 통과하는 물질의 흐름에 의해 형성된 코리올리 힘이 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 출력된 신호 사이의 위상 전이를 유발시키는 것인 제1 및 제2 픽오프 센서

를 포함하는 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제14항에 있어서, 상기 구동 장치는 상기 흐름관을 수직 편극 모드로 작동시키는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제14항에 있어서, 상기 구동 장치는 상기 흐름관을 원형(圓形) 진동 방식으로 작동시키는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
제1 및 제2 단부를 구비하고, 선형인 흐름 경로를 형성하는 가요성 흐름관;

상기 흐름관을 원형 편극 모드로 작동시키도록, 상기 흐름관의 제1 단부 및 제2 단부에 각각 접속되어 있는 제1 및 제2 압전 유니모프를 포함하는 구동 장치; 및

상기 흐름관의 제1 및 제2 단부에 각각 위치 설정되는 제1 및 제2 픽오프 센서로서, 이들 픽오프 센서는 상기 흐름관의 운동에 응답하여 각각 신호를 출력하고, 상기 흐름관을 통과하는 물질의 흐름에 의해 형성된 코리올리 힘이 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 출력된 신호 사이의 위상 전이를 유발시키는 것인 제1 및 제2 픽오프 센서

를 포함하는 코리올리 질량 유량 센서.
제17항에 있어서, 상기 구동 장치는, 복수 개의 아암을 형성하는 평면형 스파이럴 스프링과, 복수 개의 압전 소자를 구비하며, 상기 아암의 각각에는 상기 압전 소자 중 하나가 부착되는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제18항에 있어서, 상기 복수 개의 아암은 3개의 아암을 포함하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제19항에 있어서, 압전 스택이 각각 이웃하는 압전 소자에 인가되는 사인파 신호보다 위상이 120°앞선 사인파 신호로 구동되도록, 상기 압전 소자는 전원에 각각 접속되어 있는 것인 코리올리 질량 유량 센서.
청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제18항에 있어서, 상기 복수 개의 아암은 4개의 아암을 포함하는 것인 코리올리 질량 유량 센서.