KR101159957B1 - 유동 장치 및 유동 장치를 작동하기 위한 방법 - Google Patents

유동 장치 및 유동 장치를 작동하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동 물질의 특성을 측정하는 유동 장치 및 유동 장치를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 공진 주파수로 상기 하나 이상의 도관(20)을 진동시키기 위해 제 1 신호(55)를 수신하며 상기 공진 주파수와 상이한 주파수로 상기 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 제 2 신호(56)를 수신하는 드라이브(40)가 제공된다. 다른 실시예에서, 상기 하나 이상의 도관(120)을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호(155)를 수신하는 것 및 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 2 픽-오프 신호(145)를 제공하는 것 사이에서 교대로 작동하는 드라이브(140)가 제공된다. 다른 실시예에서, 상기 하나 이상의 도관(20, 120)의 진동 모드를 결정하고, 및 상기 하나 이상의 도관(20, 120)에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 하나 이상의 기준 진동 모드에 상기 결정된 진동 모드를 비교하는 하나 이상의 전자장치(50, 150)가 제공된다. 본 발명의 원칙은 도관(20) 내에서 물질이 유동하는지, 도관(20) 내에서 물질이 유동하는 방향, 도관(20) 내에서 물질 유동의 질량 유량을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 원칙은 픽-오프(30) 및 다른 픽-오프(30)가 유동 장치에서 적절하게 기능하는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

Description

유동 장치 및 유동 장치를 작동하기 위한 방법{A FLOW DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A FLOW DEVICE}
본 발명은 진동하는 관 내에서 물질의 하나 이상의 유동 특성을 결정할 수 있는 진동하는 유동 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 밀도계(densitometer) 또는 코리올리 유량계와 같은 진동하는 유동 장치는 다양한 크기 및 유동 용량(flow capacities)에서 사용가능하다. 밀도계는 전형적으로 직선, U-자형, 또는 밀도계 내의 물질의 밀도를 결정하기 위해 공진 주파수로 드라이브에 의해 횡으로 진동되는 불규칙적인 구성의 하나 이상의 도관들을 갖는다. 하나 이상의 도관이 진동하는 특정 공진 주파수는 하나 이상의 진동하는 도관 내에서 물질의 밀도에 의해 부분적으로 결정된다. 따라서, 하나 이상의 진동하는 도관 내의 물질 밀도가 변함에 따라 공진이 일어나는 주파수가 변할 것이다. 그러므로, 잘 알려진 시간 시험 원칙(time-tested principals)을 이용하여, 공진이 일어나는 특정 주파수가 하나 이상의 도관 내에서 물질의 밀도를 컴퓨팅하기 위해 사용될 수 있다.
밀도계는 드라이브에 정현파 드라이브 신호를 전송하는 하나 이상의 전자장치를 포함하고, 이것은 전형적으로 유동관에 전형적으로 부착되는 자석 및 지지하는 구조물 또는 다른 유동관에 부착되는 코일을 갖는 자석/코일 결합이다. 드라이브 신호는 드라이브가 공진 주파수로 하나 이상의 도관을 진동시키는 것을 야기한다. 예를 들어, 드라이브 신호가 코일에 전송되는 주기적인 전류일 수 있다. 픽-오프는 하나 이상의 도관의 진동 주파수를 검출하고 유동관의 진동 주파수를 포함하는, 유동관의 운동을 나타내는 정현파 픽-오프 신호를 발생시킨다. 정현파 픽-오프 신호는 하나 이상의 전자장치에 전송되어 하나 이상의 도관이 진동하는 주파수를 결정하도록 하나 이상의 전자장치에 의해 사용된다. 하나 이상의 도관이 공진 주파수로 진동하고 있다면, 전자장치는 유동관 내의 물질의 밀도를 결정하기 위해 픽-오프 신호를 사용할 수 있다. 하나 이상의 도관이 비-공진 주파수로 진동하고 있다면, 전자장치는 하나 이상의 도관이 공진 주파수로 진동하도록 드라이브에 전송된 드라이브 신호를 조절할 수 있다.
따라서, 잘 알려진 원칙을 이용하여 밀도계를 진동시키는 것은 물질의 밀도를 측정하는데 수년동안 사용되어져 왔다. 그러나, 단일 드라이브 및 단일 픽-오프에 의해 구성된 진동하는 밀도계는, 예를 들어 하나 이상의 도관 내의 물질이 유동하고 있는지, 물질이 어느 방향으로 유동하고 있는지, 또는 물질의 질량 유량과 같은, 도관 내의 유동 물질의 하나 이상의 특성을 검출할 수 없었다. 특히, 특정 어플리케이션에서 물질이 유동하는지를 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 유동의 존재를 검출하기 위해, 드라이버에 의해 유도된 진동 주파수와 픽-오프에 의해 검출된 진동 주파수 사이의 시간 이동(time shift)에서의 변화가 이용될 수 있다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 드라이버에 의해 유도된 진동 주파수에 의해 그리고 픽-오프에 의해 검출된 진동 주파수에 의해 분할되는, 드라이버에 의해 유도된 진동 주파수와 픽-오프에 의해 검출된 진동 주파수 사이의 위상 차와 상기 시간 이동이 동등하다는 것을 이해할 것이다.
그러나, 지금까지, 단일 드라이브 및 단일 픽-오프 밀도계 시스템에서, 픽-오프에 의해 검출되는 주파수는 드라이브에 의해 인가된 주파수에 대해 위상 고정(phase-locked)된다. 따라서, 유동이 발생하거나 변함에 따라, 드라이브에 의해 인가된 진동 주파수 및 픽-오프에 의해 검출된 진동 주파수 사이의 시간 이동은 유동이 발생하거나 변하는 동안 변하지 않는다. 따라서, 과거에, 두개 이상의 픽-오프들이 유동 존재의 검출, 유동 방향의 검출, 및 물질의 질량 유량의 결정을 위해 요구되었다.
본 발명은 이것 및 종래 기술의 밀도계에 내재하는 단점들을 극복하는데 방향을 두고 있다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 오직 한정되며, 이 발명의 간단한 설명 내의 진술에 의해 어떠한 경우에도 영향받지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 유동 장치는 하나 이상의 도관, 픽-오프, 드라이브, 및 하나 이상의 전자장치를 포함한다. 픽-오프는 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위한 픽-오프 신호를 제공한다. 드라이브는 공진 주파수로 하나 이상의 도관을 진동시키기 위한 제 1 신호를 수신하고 공진 주파수와 상이한 주파수로 하나 이상의 도관을 진동시키기 위한 제 2 신호를 수신한다. 하나 이상의 전자장치는 제 1 및 제 2 신호들을 발생시키고, 픽-오프로부터 픽-오프 신호를 수신하며, 드라이버에 의해 인가된 제 2 신호 주파수와 픽-오프에 의해 검출된 제 2 신호 주파수 사이의 시간 이동에서 변화를 측정한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 유동 장치는 하나 이상의 도관, 픽-오프, 드라이브, 및 하나 이상의 전자장치를 포함한다. 픽-오프는 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위한 제 1 픽-오프를 제공한다. 드라이브는 공진 주파수로 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 것과 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위한 제 2 픽-오프 신호를 제공하는 것 사이에서 교대로 작동한다. 하나 이상의 전자장치는 픽-오프 및 드라이브로부터 제 1 및 제 2 픽-오프 신호들을 수신하고 드라이브 신호를 발생시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유동 장치는 하나 이상의 도관, 픽-오프, 드라이브, 및 하나 이상의 전자장치를 포함한다. 픽-오프는 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위한 픽-오프 신호를 제공한다. 드라이브는 공진 주파수로 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신한다. 하나 이상의 전자장치는 드라이브 신호를 발생시키고, 하나 이상의 도관의 진동 모드를 결정하며, 물질이 하나 이상의 도관에서 유동하고 있는지를 결정하기 위해 하나 이상의 기준 진동 모드(reference modes of vibration)에 결정된 진동 모드를 비교한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 제 1 신호를 수신하며 하나 이상의 도관에서 상기 공진 주파수와 상이한 주파수로 상기 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 제 2 신호를 수신하는 드라이브를 사용하는 단계; 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프를 사용하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 신호를 발생시키고, 상기 픽-오프로부터 상기 픽-오프 신호를 수신하며 상기 드라이브에 의해 인가된 상기 제 2 신호 주파수와 상기 픽-오프에 의해 검출된 상기 제 2 신호 주파수 사이에서 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하기 위해 하나 이상의 전자장치를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 상기 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 것 및 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 2 픽-오프 신호를 제공하는 것 사이에서 교대로 작동하는 드라이버를 사용하는 단계; 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 1 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프를 제공하는 단계; 상기 픽-오프 및 상기 드라이브로부터 상기 제 1 및 제 2 픽-오프 신호를 수신하며 상기 드라이브 신호를 발생시키는 하나 이상의 전자장치를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 드라이브를 사용하는 단계; 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프를 사용하는 단계; 및 상기 드라이브 신호를 발생시키고, 상기 하나 이상의 도관의 진동 모드를 결정하며, 상기 하나 이상의 도관에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 하나 이상의 기준 진동 모드에 상기 결정된 진동 모드를 비교하는 하나 이상의 전자장치를 사용하는 단계를 포함한다.
양태들
본 발명의 일 양태에 따라, 유동 장치는
하나 이상의 도관;
상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프;
상기 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 제 1 신호를 수신하며 상기 공진 주파수와 상이한 주파수로 상기 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 제 2 신호를 수신하는 드라이버; 및
상기 제 1 및 제 2 신호를 발생시키고, 상기 픽-오프로부터 상기 픽-오프 신호를 수신하며 상기 드라이버에 의해 인가된 상기 제 2 신호 주파수와 상기 픽-오프에 의해 검출된 상기 제 2 신호 주파수 사이의 시간 이동에서의 변화를 측정하는 하나 이상의 전자장치를 포함한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는 방향을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질 유동의 질량 유량을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 유동 장치는 다른 픽-오프를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전자장치는 상기 픽-오프 및 상기 다른 픽-오프가 적절하게 기능하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서 변화를 측정한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 유동 장치는
하나 이상의 도관;
상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 1 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프;
상기 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 것 및 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 2 픽-오프 신호를 제공하는 것 사이에서 교대로 작동하는 드라이버; 및
상기 픽-오프 및 상기 드라이브로부터 상기 제 1 및 제 2 픽-오프 신호를 수신하고 상기 드라이브 신호를 발생시키는 하나 이상의 전자장치를 포함한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는 방향을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질 유동의 질량 유량을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 유동 장치는 다른 픽-오프를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전자장치(150)는 상기 픽-오프 및 상기 다른 픽-오프가 적절하게 기능하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서 변화를 측정한다.
바람직하게, 유동 장치는 스위치를 더 포함하고,
상기 스위치가 제 1 구성에 있을 때 상기 드라이브가 상기 드라이브 신호를 수신하여 상기 하나 이상의 도관을 상기 공진 주파수로 진동시키고; 및
상기 스위치가 제 2 구성에 있을 때 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 드라이브 픽-오프로부터 상기 제 2 픽-오프 신호를 수신한다.
바람직하게, 상기 스위치가 상기 제 1 위치에 있을 때, 상기 제 2 픽-오프 신호가 상기 하나 이상의 전자장치에 의해 수신되지 않는다.
바람직하게, 상기 스위치가 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 드라이브 신호가 상기 드라이브에 의해 수신되지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 유동 장치는
하나 이상의 도관;
상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프;
상기 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 드라이브; 및
상기 드라이브 신호를 발생시키고, 상기 하나 이상의 도관의 진동 모드를 결정하고, 및 상기 하나 이상의 도관에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 하나 이상의 기준 진동 모드에 상기 결정된 진동 모드를 비교하는 하나 이상의 전자장치를 포함한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 제 1 신호를 수신하며 하나 이상의 도관의 상기 공진 주파수와 상이한 주파수로 상기 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 제 2 신호를 수신하는 드라이브를 사용하는 단계;
상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프를 사용하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 신호를 발생시키고, 상기 픽-오프로부터 상기 픽-오프 신호를 수신하며 상기 드라이브에 의해 인가된 상기 제 2 신호 주파수와 상기 픽-오프에 의해 검출된 상기 제 2 신호 주파수 사이에서 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하기 위해 하나 이상의 전자장치를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는 방향을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질 유동의 질량 유량을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 다른 픽-오프를 사용하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전자장치는 상기 픽-오프 및 상기 다른 픽-오프가 적절하게 기능하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서 변화를 측정한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은
상기 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 것 및 상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 2 픽-오프 신호를 제공하는 것 사이에서 교대로 작동하는 드라이버를 사용하는 단계;
상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 1 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프를 사용하는 단계;
상기 픽-오프 및 상기 드라이브로부터 상기 제 1 및 제 2 픽-오프 신호를 수신하며 상기 드라이브 신호를 발생시키는 하나 이상의 전자장치를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는 방향을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질 유동의 질량 유량을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
바람직하게, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 다른 픽-오프를 사용하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전자장치는 상기 픽-오프 및 상기 다른 픽-오프가 적절하게 기능하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서 변화를 측정한다.
바람직하게, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 스위치를 사용하는 단계를 더 포함하고;
상기 스위치가 제 1 구성에 있을 때 상기 드라이브가 상기 드라이브 신호를 수신하여 상기 공진 주파수로 상기 하나 이상의 도관을 진동시키며; 및
상기 스위치가 제 2 구성에 있을 때 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 드라이브 픽-오프로부터 상기 제 2 픽-오프 신호를 수신한다.
바람직하게, 상기 스위치가 상기 제 1 위치에 있을 때, 상기 제 2 픽-오프 신호가 상기 하나 이상의 전자장치에 의해 수신되지 않는다.
바람직하게, 상기 스위치가 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 드라이브 신호가 상기 드라이브에 의해 수신되지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 유동 장치를 작동하기 위한 방법은 하나 이상의 도관을 공진 주파수로 진동시키기 위해 드라이브 신호를 수신하는 드라이브를 사용하는 단계;
상기 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호를 제공하는 픽-오프를 사용하는 단계; 및
상기 드라이브 신호를 발생시키고, 상기 하나 이상의 도관의 진동 모드를 결정하며, 상기 하나 이상의 도관에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 하나 이상의 기준 진동 모드에 상기 결정된 진동 모드를 비교하는 하나 이상의 전자장치를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전자장치가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밀도계를 도시한다.
도 2는 유동의 작용에 따라 드라이브에 의해 인가된 그리고 픽-오프에 의해 검출된 제 2 주파수 사이의 시간 이동을 보여주는 챠트를 도시한다.
도 3은 제 1 구성으로 스위치를 도시한 본 발명의 실시예에 따른 밀도계를 도시한다.
도 4는 제 2 구성으로 스위치를 도시한 본 발명의 실시예에 따른 밀도계를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밀도계(10)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 밀도계(10)는 도관(20), 픽-오프(30), 드라이브(40), 및 하나 이상의 전자장치(50)가 제공된다. 도관(20)의 단부(21, 22)는 유입구(60) 및 유출구(70)에 각각 연결된다.
본 발명의 실시예에서, 도관(20)은 일반적으로 직선 형으로 제공되나, 도관(20)은 U-자형 또는 불규칙한 형태와 같이 다른 형태가 제공될 수 있다. 도관(20)은 물질을 수용하기 위한 캐비티(23)를 형성한다. 물질은 액체, 겔, 슬러리, 가스, 및/또는 고체를 포함할 수 있다. 물질은 유입구(60)를 통해 도관(20)에 상시 유입되고, 캐비티(23)를 통해 유동하며, 유출구(70)를 통해 도관에서 유출된다. 대안적으로, 특정 상황에서, 물질의 유동 방향은 역으로 유출구(70)를 통해 도관(20)에 유입되고, 캐비티(23)를 통해 흐르며, 유입구(60)를 통해 도관에서 유출할 수 있다.
밀도계(10)는 물질이 도관(20)의 캐비티(23)를 통해 유동하는 동안 물질의 밀도를 측정한다. 물질이 캐비티(23) 내에 있는 동안, 하나 이상의 전자장치(50)는 드라이브(40)에 드라이브 신호(55)를 보내고, 드라이브는 공진 주파수로 도관(20)을 진동시킨다. 이것이 발생하는 동안, 공진이 발생하는 특정 주파수는 캐비티 내에서 유동하는 물질의 밀도에 따라 가변된다. 픽-오프(30)는 진동 주파수를 검출하고 하나 이상의 전자장치(50)에 픽-오프 신호(35)를 전송한다. 하나 이상의 전자장치(50)는 이러한 정보를 사용하여 도관(20)이 공진 주파수로 진동하도록 드라이브(40)에 적절한 드라이브 신호(55)를 제공하고 또한 도관(20)에 유동하는 물질의 밀도를 측정한다. 도관(20) 내의 물질의 밀도는 다음의 방정식에 따라 결정될 수 있다:
Figure 112010028207105-pct00001
여기서
D는 밀도(kg/m3)이고
K0, K1, K2는 기기 교정 인자(calibration factors)이며,
τ는 기기 시간 주기(μs).
지금까지, 진동하는 밀도계가 물질의 밀도를 측정하는데 수년 동안 사용되어져 왔던 반면, 밀도계를 단일 드라이브 및 단일 픽-오프를 구비한 진동하는 밀도계는 유동의 존재를 검출할 수 없었다. 따라서, 도 1에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 전자장치(50)는 드라이브(40)에 2 개의 상이한 신호(55, 56)를 인가하도록 구성된다. 제 1 신호(55)는 드라이브 신호에 상응하고 공진 주파수로 도관(20)을 진동시키기 위해 드라이브(40)에 의해 사용된다. 제 2 신호(56)는 또한 드라이브(40)에 전송된다. 제 2 신호(56)는 드라이브(40)가 공진 주파수와 상이한 주파수로 도관(20)을 진동시키는 것을 야기한다. 제 1 및 제 2 신호(55, 56)의 주파수들은 함께 가산되고 드라이브(40)에 의해 도관(20)에 인가될 수 있다.
드라이브(40)에 의해 인가된 제 1 신호(55)의 주파수와 픽-오프(30)에 의해 검출된 제 1 신호(55)의 주파수 사이에 시간 이동은 여전히 고정되나, 드라이브(40)에 의해 인가된 제 2 신호(56)의 주파수와 픽-오프(30)에 의해 검출된 제 2 신호(56)의 주파수 사이의 시간 이동은 도관(20) 내의 물질의 유량에 따라 가변된다. 이러한 방식으로, 유동의 존재, 유동의 방향, 및 물질의 질량 유량을 검출하는 것이 가능하다.
일 예시에서, 도관(20) 내의 물질은 물이고 제 1 신호(55)는 드라이브(40)가 공진 주파수로 도관(20)을 진동시키도록 야기한다. 도관(20)이 공진 주파수와 상이한 주파수로 진동하는 것을 야기하는 제 2 신호(56)는 제 1 신호(55)에 가산된다. 드라이브(40)에 의해 인가된 제 2 신호(56)의 주파수와 픽-오프(30)에 검출된 제 2 신호(56)의 주파수 사이의 시간 이동은 도 2 에 도시된 챠트 상에서 유동의 작용에 따라 도시된다.
도 2에서, 하부 곡선은 도관(20)의 캐비티(23)를 통해 물의 실제 물질 유량이다. 도 2에 도시된 상부 곡선은 드라이브(40)에 제 2 신호(56)의 전송으로 유도된 주파수의 시간 이동의 작용에 따라 생성된 검출된 유량이다. 따라서, 제 2 신호(56)의 전송을 통해 시간 이동에서 변화의 작용에 따라 유동의 존재 및 질량 유량을 결정하는 것이 가능하다. 도 2에서, 물의 유동이 역방향이었다면, 상부 곡선은 (영점 유동 위로 연장되게) 반전될(inverted) 것이다. 따라서, 유동의 존재 및 질량 유량을 검출하는 것에 덧붙여, 도 1에 도시된 장치를 사용하여 유동 방향을 검출하는 것이 또한 가능하다.
도 3 및 도 4는 유동의 존재, 유동 방향, 및 물질의 질량 유량의 검출을 허용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 여기에 도시된 바와 같이, 밀도계(110)는 도관(120), 픽-오프(130), 드라이브(140), 하나 이상의 전자장치(150) 및 스위치(160)가 제공된다. 도관(120)의 단부(121, 122)는 유입구(160) 및 유출구(170)에 각각 연결된다.
도 3 및 도 4의 실시예에서, 드라이브(140)는 드라이브 픽-오프로서 기능한다. 본 발명의 일 양태에 따라, 드라이브(140)는 공진 주파수로 도관(120)을 진동시킨다. 본 실시예의 다른 양태에 따라 드라이브(140)는 도관(120)이 진동하는 주파수를 검출한다. 바람직하게, 일단 도관(120)이 공진 주파수로 진동하고 있으면, 드라이브(140)에 드라이브 신호(155)의 전송이 없을 때에도 소정의 시간 동안 이러한 주파수로 계속하여 진동할 것이다. 따라서, 본 실시예에서, 드라이브(140)는 드라이브로서 기능하는 것과 픽-오프로서 기능하는 것 사이에서 교대로 작동한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 밀도계(110)는 스위치(160)를 포함한다. 스위치(160)가 도 3에 도시된 제 1 구성(161)에 있을 때, 드라이브 신호(155)는 하나 이상의 전자장치(150)에서 드라이브(140)로 전송된다. 스위치가 도 4에 도시된 제 2 구성(162)에 있을 때, 픽-오프 신호(145)는 드라이브(140)에서 하나 이상의 전자장치(150)로 전송된다. 따라서, 도관(120)이 공진 주파수로 진동하고 있는 동안, 하나 이상의 전자장치(150)는 픽-오프(130)로부터 제 1 픽-오프 신호(135) 및 드라이브(140)로부터 제 2 픽-오프 신호(145)를 수신할 수 있다. 이후 하나 이상의 전자장치(150)는 유동의 존재 및 질량 유량을 결정하기 위해 제 1 픽-오프 신호(135) 및 제 2 픽-오프(145)의 주파수 사이에서 시간 이동을 측정할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예가 스위치(160)을 도시하고, 상기 스위치는 드라이브(140)가 공진 주파수로 하나 이상의 도관(120)을 진동시키기 위해 드라이브 신호(155)를 수신하는 것과 하나 이상의 도관의 운동을 측정하기 위해 제 2 픽-오프 신호(145)를 제공하는 것 사이에서 교대로 작동하도록 구성된다 할지라도, 대안적인 배치를 사용하는 것은 본 발명의 범주 내이다. 비제한적인 예시로서, 대안적인 실시예에서, 드라이브 신호(155)가 인가되지 않을 때 드라이브(140)가 제 2 픽-오프 신호(145)를 제공하기 위해 드라이브 신호(155)를 단속적인 간격으로 인가하도록 하나 이상의 전자장치(150)가 구성되거나 프로그램될 수 있다.
다른 실시예와 마찬가지로 도 1, 도 3 및 도 4에서 밀도계 조립체(10, 110)는 도관(20 또는 120)이 공진 주파수로 진동하고 있을 때 발생하는 진동 모드의 결정을 통해 질량 유동을 결정하기 위해 또한 사용될 수 있다. 진동 모드는 간단한 벤딩, 트위스팅, 토션된, 또는 커플링된 타입일 수 있다. 예를 들어, 도관(20 또는 120)이 공진 주파수로 진동할 때 및 물질이 도관(20 또는 120)에서 유동하고 있을 때 트위스트 진동 모드가 발생할 것이다. 따라서, 도관(20 또는 120)의 진동 모드에 기초한 유량의 존재를 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 픽오프(30)는 픽-오프 신호(35)를 제공하여 도관(20)의 진동 모드가 하나 이상의 전자장치(50)에 의해 결정되도록 할 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시된 픽-오프(130) 및/또는 드라이브(140)가 제 1 픽-오프 신호(35) 및/또는 제 2 픽-오프 신호(45)를 제공하여 도관(120)의 진동 모드가 하나 이상의 전자장치(150)에 의해 결정되도록 할 수 있다. 결정된 진동 모드는 이후 공지된 유동 및/또는 비-유동 조건들 하에서 결정되는 하나 이상의 기준 진동 모드와 비교될 수 있다. 진동 모드가 유동 및 비-유동 조건들 사이에서 구별가능하기 때문에, 유동의 존재는 이러한 방식으로 검출될 수 있다.
본 명세서는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 본 발명의 최상 모드를 구성하고 사용하는 법을 교시하기 위해 특정 예시들을 기술한다. 독창적인 원리를 교시하기 위해, 소정의 종래 양태들이 간단화되거나 생략되었다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 예시들로부터 변형예를 통찰할 것이다.
상기 실시예의 상세한 설명은 본 발명의 범주 내에 있도록 발명자에 의해 고려된 모든 실시예의 철저한 설명이 아니다. 실제로, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 전술된 실시예의 특정 구성요소들이 추가적인 실시예를 생성하기 위해 다양하게 결합되거나 제거될 수 있으며, 이러한 추가적인 실시예가 본 발명의 범주 및 교시 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 비제한적인 예시로서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 밀도계 조립체(10 및 110)에 단일 도관(20 또는 120)이 제공되는 것이 본 발명의 범주 내라는 것을 통찰할 것이다. 더욱이, 비제한적인 예시로서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 밀도계 조립체(10 및 110)에 하나 이상의 픽-오프(30 또는 130) 및 하나 이상의 드라이브(40, 140)가 제공되는 것이 본 발명의 범주 내라는 것을 통찰할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 원칙은 2 개의 픽-오프들이 적절하게 기능하는지 결정할 목적으로 두개 이상의 픽-오프들 및 하나 이상의 드라이브를 갖는, 그 개시가 본 발명에서 참조된 미국 특허 번호 6,782,325호에 기술된 코리올리 유량계(5)를 포함하는 코리올리 유량계와 같은 다른 유동 장치들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 2 개 픽-오프들로부터 발생된 정보가 픽-오프들 중 하나 또는 양쪽이 적절하게 기능하는지를 결정할 목적으로 본 발명의 원칙에 따라 발생된 정보와 비교될 수 있다. 더욱이, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 픽-오프 및/또는 드라이브가 하나 이상의 도관의 진동 주파수 이외에 하나 이상의 도관의 운동들을 측정할 수 있다는 것을 통찰할 수 있다. 예를 들어, 픽-오프 및/또는 드라이브가 도관(20)을 따라 상이한 포인트들 사이에서 상대적 운동 또는 진동 모드를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 전술된 실시예가 본 발명의 범주 및 교시 내에서 추가적인 실시예를 생성하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 결합될 수 있다는 것이 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 또한 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 특정 실시예 및 예시들이 여기서 설명적 목적을 위해 기술된다 할지라도, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 인식하는 바와 같이, 다양한 균등한 수정예들이 본 발명의 범부 내에서 가능하다. 본 발명에서 제공된 교시들은 전술되고 첨부된 도면에 도시된 것과 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 다음의 청구범위로부터 결정된다.

Claims (30)

  1. 하나 이상의 도관(20);
    상기 하나 이상의 도관(20)의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호(35)를 제공하는 픽-오프(30);
    상기 하나 이상의 도관(20)을 공진 주파수로 진동시키기 위해 제 1 신호(55)를 수신하며 상기 공진 주파수와 상이한 주파수로 상기 하나 이상의 도관을 진동시키기 위해 제 2 신호(56)를 수신하는 드라이버(40); 및
    상기 제 1 및 제 2 신호(55, 56)를 발생시키고, 상기 픽-오프(30)로부터 상기 픽-오프 신호(35)를 수신하며 상기 드라이버(40)에 의해 인가된 상기 제 2 신호(56)와 상기 픽-오프(30)에 의해 검출된 상기 제 2 신호(56) 사이의 시간 이동(time shift)에서의 변화를 측정하는 하나 이상의 전자장치(50)를 포함하는
    유동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자장치(50)가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자장치(50)가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는 방향을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자장치(50)가 상기 하나 이상의 도관 내에서 유동하는 물질의 질량 유량을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    다른 픽-오프(30)를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 전자장치는 상기 픽-오프(30) 및 상기 다른 픽-오프(30)가 기능하고 있는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치.
  6. 하나 이상의 도관(20)을 공진 주파수로 진동시키기 위해 제 1 신호(55)를 수신하며 하나 이상의 도관(20)의 상기 공진 주파수와 상이한 주파수로 상기 하나 이상의 도관(20)을 진동시키기 위해 제 2 신호(56)를 수신하는 드라이브(40)를 사용하는 단계;
    상기 하나 이상의 도관(20)의 운동을 측정하기 위해 픽-오프 신호(35)를 제공하는 픽-오프(30)를 사용하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 신호(55, 56)를 발생시키고, 상기 픽-오프(30)로부터 상기 픽-오프 신호(35)를 수신하며 상기 드라이브(40)에 의해 인가된 상기 제 2 신호(56)와 상기 픽-오프(30)에 의해 검출된 상기 제 2 신호(56) 사이에서 시간 이동에서의 변화를 측정하기 위해 하나 이상의 전자장치(50)를 사용하는 단계를 포함하는
    유동 장치를 작동하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자장치(50)가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치를 작동하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자장치(50)가 상기 하나 이상의 도관 내에서 물질이 유동하는 방향을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치를 작동하기 위한 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자장치(50)가 상기 하나 이상의 도관 내에서 유동하는 물질의 질량 유량을 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치를 작동하기 위한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    다른 픽-오프(30)를 사용하는 단계를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 전자장치는 상기 픽-오프(30) 및 상기 다른 픽-오프(30)가 기능하고 있는지를 결정하기 위해 상기 시간 이동에서의 변화를 측정하는
    유동 장치를 작동하기 위한 방법.
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