KR101215169B1 - 유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다양한 상이한 방식의 액체 유동 측정 및 제어 시스템에서 사용하는 액체 유동 감지 및 제어를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 액체 유동 센서 시스템은 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 감지하고, 기포가 센서 도관 내에 존재하는지를 신호 면에서의 특성 변화를 검출함으로써 결정하기 위해 유동 신호를 분석한다. 시스템이 기포가 존재한다고 결정한 경우에, 이것은 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 피드백 소스로서 유동 센서를 합체한 유동 제어 시스템이 기포가 센서 도관으로부터 배출된 때까지 유동 제어 파라미터를 일시적으로 동결함으로써 기포의 검출에 응답할 수 있다. 유동 제어 시스템은 기포가 부착된 것을 검출한 경우에 센서 도관으로부터 기포를 제거하는 절차를 실시할 수 있다.
액체 유동 센서, 액체, 유동 속도, 측정 방법, 센서 도관, 기포

Description

유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING A FLOW RATE OF A LIQUID FLOW}
본 발명은 액체 유동을 측정 및 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 기포가 액체 유동 내에 존재할 수 있는 경우에 그 환경 내의 액체 유동을 측정 및 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도관, 파이프 또는 튜브 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 여러 기술이 존재한다. 이들은 열 유량계(thermal flow meter), 코리올리 힘 유량계(coriolis flow meter), 차압 유량계(differential pressure flow meter) 및 초음파 유량계(ultrasonic flow meter)를 포함한다. 일반적으로, 액체 유량계는 액체의 유동 속도(예컨대, 체적 또는 질량)에 대응하도록 교정될 수 있는 유동의 1개 이상의 파라미터를 감지한다. 이러한 유량계는 관심 대상 시스템을 통한 액체 유동의 수동 감시자(즉, 유량계) 또는 관심 대상 시스템 내의 액체 유동을 제어하는 폐쇄형-루프 피드백 시스템 내의 센서 요소(즉, 유동 속도 제어기 내의 유량계) 중 어느 하나로서 사용될 수 있다.
기포가 임의의 방식의 유량계의 센서 도관 내로 진입할 때, 유량계가 그 유동 측정에서 기초로 하는 신호가 교란될 수 있다. 이것은 부정확한 측정을 초래할 수 있다. 유량계가 폐쇄형-루프 유동 제어기의 센서 요소로서 동작 중인 경우에, 폐쇄형 루프 시스템은 부정확한 신호에 반응할 수 있고, 액체의 유동 속도 면에서의 변화로서 해석한 것을 보상하려고 시도할 수 있다. 이것은 유동 제어 면에서의 불안정성을 유도할 수 있으며, 이것은 설정 수치(전형적으로 사용자-설정됨)에 대응하는 속도로 안정된 유동을 제공하기 위한 제어기의 목적을 방해한다.
기포의 존재는 임의의 방식의 유량계 또는 제어기에 (그리고 변화 가능한 정도로) 영향을 미칠 수 있지만, 이것은 초음파-방식의 유량계에 대해 특별히 문제가 되며, 특히 이러한 초음파 유량계가 비교적 낮은 유동 속도(예컨대, 5 내지 50 ㎖/분 이하)를 측정 또는 제어하는 데 사용될 때 문제가 된다. 본 발명의 출원인들의 인식에 따르면, 종래의 초음파 유량계 및 유동 제어기는 특히 이러한 비교적 낮은 유동 속도를 측정 및/또는 제어하는 데 사용되는 경우에 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하고 그에 응답하는 능력 그리고 센서 도관 내에서의 기포의 존재에도 불구하고 안정된 상태로 존속하는 능력 면에서 부족하다.
본 발명의 출원인들은 기포가 센서 시스템을 통과할 때에도 액체 유동 제어의 안정된 동작을 달성하는 시스템 및 방법을 개발하였다. 본 발명의 출원인들에 의해 개발된 시스템 및 방법은 액체 유동 측정 또는 액체 유동 속도 제어에 대한 기포의 영향을 최소화할 수 있다.
예시 실시예에서, 본 발명의 액체 유동 센서 시스템은 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 감지한다. 시스템은 기포가 센서 도관 내에 존재하는지를 예컨대 신호 면에서의 특성 변화를 검출함으로써 결정하기 위해 유동 신호를 분석한다. 시스템이 기포가 존재한다고 결정한 경우에, 이것은 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 폐쇄형-루프 제어를 위한 피드백 소스로서 유동 센서를 합체하고 기포 검출을 포함하는 유동 제어 시스템의 예시 실시예에서, 유동 제어 시스템은 기포가 센서 도관으로부터 배출된 때까지 유동 제어 파라미터를 일시적으로 동결함으로써 기포의 검출에 응답할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 폐쇄형-루프 유동 제어가 기포의 존재에 의해 유발되는 부정확한 유동 센서 신호를 추적하려고 시도함으로써 유발되는 유동 속도 면에서의 불안정성을 회피할 수 있다.
본 발명의 태양에 따르면, 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 방법이 제공되며, 액체 유동 센서는 센서 도관을 포함하며, 액체는 그 내에 형성된 복수개의 기포를 포함한다. 이 방법은 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 반복적으로 감지하는 단계와, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계와, 가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호를 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않는다는 결정에 응답하여 제공하는 단계와, a) 가장 최근에 감지된 유동 신호 및 적어도 1개의 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 기초로 하는 유동 속도 신호와, b) 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호 중 적어도 1개를 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 제공하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에 따르면, 액체 유동 센서는 초음파 액체 유동 센서를 포함하며, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터는 초음파 유동 신호 진폭을 포함한다. 이러한 실시예에 따르면, 이 방법은 초음파 유동 신호 진폭의 수치의 이동 평균 등의 가중 평균을 반복 감지 단계에 응답하여 계산하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 결정 단계는 초음파 유동 신호 진폭의 가장 최근에 감지된 수치가 소정의 크기를 초과한 크기만큼 가중 평균으로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 액체 유동 센서는 초음파 액체 유동 센서를 포함하며, 유동 신호는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호를 포함하며, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기를 포함한다. 추가의 실시예에 따르면, 결정 단계는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기가 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이전의 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기는 센서 도관 내에서의 기포의 존재의 조기 검출을 제공하기 위해 초음파 유동 신호 진폭을 기초로 하여 기포의 검출과 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 제어 가능한 밸브 및 액체 유동 센서에 커플링되는 유동 도관을 통한 액체의 유동 속도를 제어하는 방법이 제공된다. 액체 유동 센서는 센서 도관을 포함하며, 액체는 그 내에 형성된 복수개의 기포를 포함하며, 이 방법은 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 반복적으로 감지하는 단계와, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계와, 가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브를 위한 제어 파라미터를 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않는다는 결정에 응답하여 제공하는 단계와, 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브를 위한 제어 파라미터를 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 제공하는 단계와, 제어 파라미터에 따라 제어 가능한 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에 따르면, 이 방법은 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 수치의 이동 평균 등의 가중 평균을 반복 감지 단계에 응답하여 계산하는 단계를 추가로 포함하며, 결정 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 가장 최근에 감지된 수치가 소정의 크기를 초과한 크기만큼 가중 평균으로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 제어 파라미터를 제공하는 단계는 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 이전에 결정되었던 가장 최근에 제공된 제어 파라미터를 제공하는 단계를 포함한다.
추가의 실시예에 따르면, 이 방법은 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 소정의 기간을 대기하는 단계와, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치되는지를 소정의 기간 후에 결정하는 단계와, 센서 도관 내의 액체로부터 적어도 1개의 기포를 제거하기 위해 힘 제어 절차를 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치된다는 결정에 응답하여 실행하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 힘 제어 절차는 제어 가능한 밸브를 개방 및 폐쇄하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 유동 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 시스템이 그 내에 형성된 복수개의 기포를 포함할 수 있는 액체를 위해 제공된다. 시스템은 유동 도관에 유체 커플링되는 센서 도관을 포함하는 액체 유동 센서 그리고 기포 검출 모듈을 포함한다. 액체 유동 센서는 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 감지하도록 그리고 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 제공하도록 구성된다. 기포 검출 모듈은 유동 신호를 수용하기 위해 그리고 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하기 위해 액체 유동 센서에 커플링된다. 기포 검출 모듈은 가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호를 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않는다는 결정에 응답하여 제공하도록, 그리고 a) 가장 최근에 감지된 유동 신호 및 적어도 1개의 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 기초로 하는 유동 속도 신호, 그리고 b) 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호 중 적어도 1개를 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 제공하도록 구성된다.
유동 제어기에 관한 하나의 실시예에 따르면, 시스템은 제어 가능한 밸브에 제공되는 제어 파라미터를 기초로 하여 유동 도관 내에서 유동하는 유체의 유동 속도를 제어하기 위해 유동 도관과 유체 연통하는 제어 가능한 밸브와, 액체 유동 센서로부터 유동 신호를 수용하기 위해 그리고 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하기 위해 액체 유동 센서 및 제어 가능한 밸브에 커플링되는 제어기를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에 따르면, 기포 검출 모듈은 제어기에서 실시되며, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정 시, 제어기는 가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하며, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정 시, 제어기는 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공한다.
유동 제어기에 관한 대체 실시예에서, 기포 검출 모듈은 가장 최근에 감지된 유동 신호 및 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 적어도 1개의 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 기초로 하여 유동 속도 신호를 제공하며, 시스템은 제어 가능한 밸브에 제공되는 제어 파라미터를 기초로 하여 유동 도관 내에서 유동하는 유체의 유동 속도를 제어하기 위해 유동 도관과 유체 연통하는 제어 가능한 밸브와, 유동 속도 신호 및 경고 신호를 수용하기 위해 그리고 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하기 위해 기포 검출 모듈에 커플링되는 제어기를 추가로 포함한다.
추가의 실시예에서, 경고 신호에 응답하여, 제어기는 이전의 수치로 제어 가능한 밸브에 제공된 제어 파라미터를 동결한다. 또 다른 실시예에서, 경고 신호에 응답하여, 제어기는 소정의 기간을 대기하도록 구성되며, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치되고 소정의 기간이 경과하였다는 결정 시, 센서 도관 내의 액체로부터 적어도 1개의 기포를 제거하기 위해 힘 제어 절차를 실시한다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법의 예시 실시예가 첨부 도면을 참조하면 이해될 것이며, 첨부 도면은 일정한 축척으로 도시되어 있지 않다. 도면에서, 다양한 도면에 도시되어 있는 각각의 동일 또는 거의 동일한 부품은 동일한 도면 부호에 의해 표시되어 있다. 명료화의 목적을 위해, 모든 도면 내의 모든 부품에 대해 도면 부호가 할당되어 있지는 않다. 도면에서:
도1은 액체 유동 측정 및/또는 제어 시스템의 예시 실시예의 개략도이다.
도2는 액체 유동 측정 및/또는 제어 시스템의 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하고 그에 응답하는 방법의 예시 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도3은 액체 유동 측정 및/또는 제어 시스템의 센서 도관으로부터의 기포의 배출을 검출하고 그에 응답하는 방법의 예시 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도4는 액체 유동 시스템의 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하는 방법의 예시 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도5는 액체 유동 시스템의 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하는 방법의 예시 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도6은 액체 유동 시스템의 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하는 방법의 예시 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도7A는 기포가 센서 도관 내로 진입하기 전의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도7B는 기포가 센서 도관의 입구에 도달한 때의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도7C는 기포가 제1 변환기를 통과한 때의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도7D는 기포가 도관의 중앙부를 횡단할 때의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도7E는 기포가 제2 변환기에 도달한 때의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도7F는 기포가 도관의 출구 단부에 도달한 때의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도7G는 기포가 센서 도관으로부터 배출된 후의 초음파 센서 도관에서의 신호를 도시하고 있다.
도8은 기포가 유동 센서의 센서 도관을 횡단할 때 시간에 대해 플롯되는 초음파 유동 센서 신호를 도시하고 있다.
도9는 기포가 유동 센서의 센서 도관을 횡단할 때 시간에 대해 플롯되는 초음파 유동 센서로부터 얻어지는 차등 전파-시간 신호를 도시하고 있다.
도10은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 초음파 유량계 센서 도관의 예시 실시예를 도시하고 있다.
도1을 참조하면, 본 발명의 태양에 따른 액체 제어 시스템의 하나의 예의 개략 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같은 시스템(100)은 선/화살표 104에 의해 표시된 바와 같이 그를 통해 유체가 유동하는 제어 가능한 밸브(108)를 포함한다. 다음의 논의는 주로 제어 가능하거나 변화 가능한 밸브(108)인 요소(108)를 언급할 것이지만 요소(108)는 또한 예컨대 펌프 등의 또 다른 방식의 액체 작동기일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 밸브(108)는 예컨대 시스템을 통한 액체의 유동 속도를 변화시키도록 조정될 수 있는 전자 제어 가변 밸브일 수 있다. 밸브(108)는 선 114에 의해 표시된 바와 같이 제어기(120)에 의해 제어된다. 제어기(120)는 예컨대 마이크로프로세서-기반 제어기일 수 있다. 액체 유량계(110)가 도시된 바와 같이 밸브(108)의 하류에 배치될 수 있다. 대체예에서, 액체 유량계(110)는 밸브(108)의 상류에 위치될 수 있다. 액체의 유동은 선 119를 통해 직접적으로 또는 선 118 및 122에 의해 표시된 바와 같이 간접적으로 중 어느 하나의 방식으로 제어기(120)와 통신할 수 있는 유량계(110)에 의해 측정될 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 하나의 예에서, 유량계(110)는 액체 라인(104)에 일체형일 수 있으며, 그 결과 액체 라인(104) 내에서 유동하는 액체가 또한 유량계(110)를 통해 유동한다. 유량계(110)는 액체 라인(104)과 일체형일 수 있거나 전체의 액체 스트림의 일부만을 측정할 수 있도록 지선 또는 우회 액체 라인 내에 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
종래의 액체 유동 제어 시스템에서, 액체 유동 속도를 표시하는 유량계로부터의 신호가 제어기(120)로 전송될 수 있으며, 제어기(120)는 액체의 유동 속도를 감시하기 위해 그리고 밸브(108)를 제어하고 그에 의해 원하는 유동 속도를 성취하기 위해 유량계(110)에 의해 제공되는 액체의 유동 속도 등의 정보를 사용하는 데 적절하게 적용되고, 그에 의해 시스템(100) 내에서의 액체 유동의 폐쇄형-루프 제어를 제공한다. 예컨대, 하나의 실시예에서, 액체 유동 속도의 제어는 액체 유량계(110)가 폐쇄형-루프 시스템 내의 피드백 요소인 제어 시스템에 의해 성취된다. 유량계(110)는 액체 라인(104)을 통한 액체의 유동 속도를 표시하는 전자 신호를 발생시킨다. 유량계 신호는 액체 유동의 실시간 피드백을 제공할 수 있고, 제어기(120)로 입력될 수 있다. 제어기(120)에 의해 제공되는 신호가 (선 114에 의해 표시된 바와 같이) 밸브(108)를 구동시키는 작동기로 입력되고, 원하는 액체 유동 속도를 성취하기 위해 요구되는 바와 같이 유동 속도를 변화시키기 위해 밸브(108)를 제어하는 데 사용될 수 있다. 원하는 액체 유동 속도는 또한 제어기(120)로의 입력 파라미터일 수 있다. 예컨대, 액체는 예컨대 시스템(100) 내의 상류 요소일 수 있는 공급원(102) 즉 저장 요소 등으로부터 시스템(100)의 도시된 부분 내로 진입할 수 있다. 공급원(102)은 이용 가능한 액체의 양, 온도, 압력, 농도, 밀도 등 그리고 아마도 액체의 초기 유동 속도의 설정-수치 및 한계 등의 선 112에 의해 표 시된 바와 같은 제어기(120)로의 정보를 제공할 수 있는 센서를 또한 포함할 수 있다. 제어기(120)는 액체 라인(104) 내에서의 액체의 유동 속도를 조정하기 위해 이러한 정보 및 다른 입력을 사용하는 데 적절하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 유동 제어 시스템의 예시 실시예에서, 기포 검출 모듈(124)이 선 118에 의해 표시된 바와 같이 유량계에 의해 제공되는 1개 이상의 신호를 분석할 수 있다. 기포 검출 모듈(124)은 그 다음에 선 122에 의해 도시된 바와 같이 제어기(120)로 정보를 보낼 수 있다. 제어기(120)로 보내진 정보는 현재의 유량계 신호(118), 1개 이상의 이전의 유량계 신호 및/또는 유량계(110) 내에서의 기포의 존재 또는 부존재를 표시하는 경고 신호[불 플래그(Boolean flag) 등]를 포함할 수 있다. 기포 검출 모듈(124)은 별개의 모듈로서 도1에 도시되어 있지만, 다른 실시예에서 이것은 유량계(110) 내로 또는 제어기(120) 내로 합체될 수 있다. 기포 검출 모듈(124)이 유량계(110) 내로 합체되는 경우에, 이것은 제어기로 정보를 보내기 전에 기포의 존재에 대해 유량계 신호를 분석할 수 있다. 기포 검출 모듈이 제어기(120)로 합체되는 경우에, 이것은 제어기가 아래에서 추가로 더 상세하게 설명되는 바와 같이 그에 따라 응답할 수 있도록 기포의 존재에 대해 유량계(118)로부터의 진입 신호를 분석할 수 있다.
추가로, 도1에 도시된 바와 같이, 제어기(120)는 예컨대 그래픽 기반 사용자 인터페이스일 수 있는 사용자 인터페이스(128)에 커플링될 수 있다. 사용자 인터페이스(128)는 선 126에 의해 표시된 바와 같이 사용자가 시스템을 감시하게 하고 제어기(120)로 입력을 제공하게 할 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스(128)를 통해 시스템의 파라미터[제어기(120)에 의해 또는 유량계(110)에 의해 제공됨]를 관찰하는 것, 및/또는 예컨대 액체의 원하는 유동 속도(즉, 액체 유동 속도 설정 수치) 및/또는 유동 속도 상한 및 하한 등의 제어기(120)로의 입력을 제공하는 것이 가능하다. 제어기(120)는 예컨대 실제의 유동 속도, 한계-이탈 경고를 포함한 다양한 정보 그리고 데이터 관리 및 데이터 결정 지원 정보를 사용자 인터페이스(128)로 출력할 수 있다. 제어기(120)는 사용자 인터페이스(128)에 커플링되는 것 대신에 또는 그에 추가하여 또 다른 시스템 컴퓨터에 커플링될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 기포 검출 모듈(124)이 또한 선 130에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이 사용자 인터페이스(128)에 커플링될 수 있다. 이와 같이, 예컨대, 사용자 인터페이스(128)는 경고를 표시함으로써 기포의 존재를 표시하는 긍정의 경고 신호의 기포 검출 모듈(124)로부터의 수용에 응답할 수 있다. 기포 검출 모듈이 유량계(110) 또는 제어기(120) 내로 합체되는 실시예에서, 사용자 인터페이스는 유량계(110) 또는 제어기(120)로부터 직접적으로 기포 경고 상태를 수용할 수 있다.
제어기(120)는 밸브(108)를 제어하는 다양한 프로그램들 중 하나로 프로그래밍될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 제어기는 예컨대 공동-소유의 미국 특허 제6,962,164호에서의 열 질량 유량계/제어기와 관련하여 상세하게 기재된 프로그램 등의 비례 적분(PI: proportional integral) 제어, 비례 적분 미분(PID: proportional integral differential) 제어 등을 이용하도록 프로그래밍될 수 있으며, 이것은 온전히 참조로 여기에 합체되어 있다. 또 다른 예에서, 제어기는 밸브(108)를 구동시키기 위해 "모델링 없는(model-free)" 적응성 제어 알고리즘을 사 용하는 데 적절하게 적용될 수 있다. 이러한 방법은 시스템 내에서 유동하는 특정 액체와 독립적이고 시스템의 동력학의 연역적 지식을 요구하지 않는 피드백 "뉴런-기반(neuron-based)" 제어 알고리즘을 포함한다. 이러한 방법의 적어도 1개의 실시예가 조지 슈-싱 쳉에게 허여된 미국 특허 제6,684,112호에 상세하게 기재되어 있으며, 이것은 온전히 참조로 여기에 합체되어 있다.
하나의 실시예에 따르면, 유량계(110)는 액체의 유동 속도를 결정하기 위해 액체를 통해 전파되는 초음파의 파라미터를 사용하는 데 적절하게 적용되는 초음파 유량계일 수 있다. 이러한 파라미터는 진폭, 주파수 및/또는 액체를 통해 전파되는 초음파 신호의 전파-시간을 포함할 수 있다. 초음파 신호가 액체의 유동 속도를 결정하는 데 사용될 수 있는 방식의 예시 예가 예컨대 발명의 명칭이 "초음파 액체 유동 제어기(Ultrasonic Liquid Flow Controller)"이고 제US0050288873A1호로서 공개된 공동 소유의 미국 출원 제10/878,974호에 기재되어 있으며, 이것은 온전히 참조로 여기에 합체되어 있다. 다른 실시예에서, 코리올리 유량계, 열 유량계 또는 당업계에 공지된 다른 유량계를 제한 없이 포함하는 다른 방식의 유량계가 채용될 수 있다.
도2는 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하고 그에 응답하기 위해 유량계 및/또는 유량 제어기 시스템에 의해 수행될 수 있는 예시 방법을 포괄적 관점에서 기능적으로 도시하는 흐름도이다. 시스템은 개시 시 또는 예컨대 유동 제어를 개시시키는 사용자로부터의 입력으로써 시작될 수 있다(블록 200). 예시 실시예에서, 시스템은 유량계를 통해 유동을 주기적으로 측정하고, 그에 의해 유량계 신호 를 수용한다(블록 202). 유량계 신호의 성질은 시스템 내에서 사용된 유량계의 방식에 의존할 것이다. 수용된 유량계 신호는 유량계로부터의 미처리 신호, 전체적으로 시스템 내에서의 액체 유동 속도에 대응하는 교정된 신호 또는 미처리 신호 파라미터 및 교정된 측정치의 어떤 조합 중 어느 하나일 수 있다. 일부의 실시예에서, 수용된 유량계 신호는 제어기(120), 유량계(110) 또는 기포 검출 모듈(124)과 관련되는 메모리 내에 기록 또는 저장될 수 있다.
블록 204에서, 시스템은 유량계 신호를 분석하고, 신호가 기포가 유량계의 센서 도관 내에 존재한다는 것을 표시하는지를 결정한다(블록 208). 기포의 존재는 센서 도관 내로의 기포의 진입 및/또는 그로부터의 기포의 배출을 검출하기 위해 유량계 신호(또는 시간에 따른 유량계 신호 파라미터의 전개)를 분석하는 것을 가능케 하는 특성 방식으로 유량계 신호를 방해할 수 있다. 유량계 신호 면에서의 이러한 특성 변화의 예가 아래에서 추가로 논의된다.
유량계 신호 또는 다수개의 수용된 유량계 신호의 분석이 기포가 센서 도관 내에 존재한다는 것을 표시하는 경우에, 예시 시스템이 유량계 및 기포 검출 시스템이 도1에 도시된 시스템 등의 유량 제어 시스템의 일부로서 배치되는지에 따라 다양한 방식으로 응답할 수 있거나, 시스템을 통한 액체 유동의 파라미터의 측정치를 표시, 기록 또는 로그 기록하는 데 사용 중이다(블록 210). 유량계가 액체 유동의 측정치를 표시, 기록 또는 로그 기록하는 데 사용 중인 경우에, 기포의 검출 시, 시스템은 기포의 검출 전에 기록되는 1개 이상의 유동 속도 신호를 기초로 하는 유동 속도 신호를 제공할 수 있다. 예컨대, 시스템은 기포의 검출 전에 측정된 최종의 유동 속도로 또는 기포의 검출 전에 취해진 어떤 고정된 개수의 유동 속도 측정치의 평균으로 표시, 기록 또는 로그 기록된 수치를 동결할 수 있다(블록 212). 이러한 방식으로, 유량계의 동작 중의 기포의 교란의 결과로서 일어나는 유동 속도의 부정확한 판독 수치가 표시 또는 기록되지 않을 것이다. 유동 속도를 동결하는 단계(블록 212) 대신에 또는 그에 추가하여, 유량계는 기포가 검출되었다는 것(그에 따라 기포의 존재 동안에 제공되는 임의의 유동 속도 측정치가 정확하지 않을 수 있다는 것)을 사용자 및/또는 시스템의 다른 부분에 통지하는 데 사용될 수 있는 경고 신호를 또한 발생시킬 수 있다. 예컨대, 경고 신호는 설정될 수 있고 제어기[예컨대, 별개의 신호로서 또는 도1에서 신호(122)의 일부로서] 및/또는 사용자 인터페이스[즉, 도1에서 신호(130)]로 보내질 수 있는 및/또는 측정 로그에 기록될 수 있는 불 플래그일 수 있다.
유량계 및 기포 검출 시스템이 유동 제어 시스템 내로 합체되는 경우에(즉, 유동 제어가 예인 경우에), 시스템은 그에 의해 제어기(120)가 제어 가능한 밸브(108)를 제어하는 유동 제어 파라미터를 동결함으로써 센서 도관 내에서의 기포의 검출에 응답할 수 있다(블록 214). 이러한 방식으로, 유동 제어기 추적 그리고 센서 도관 내에서의 기포의 존재에 의해 유발되는 부정확한 유량계 신호에 응답하는 대신에, 안정된 유동이 기포가 존재하는 동안에 유지될 수 있다. 제어 파라미터를 동결하는 단계(블록 214)는 다양한 방식으로 성취될 수 있다. 하나의 예시 실시예에서, 제어기(120)는 기포의 존재를 표시하는 긍정의 경고 신호를 기포 검출 모듈(124)로부터 수용하고, 그 신호에 응답하여 제어 파라미터(제어 가능한 밸브 설정 등)를 동결한다. 다른 실시예[기포 검출 모듈(124)이 유량계(110)와 일체형인 실시예를 포함함]에서, 제어 파라미터는 예컨대 이전의 유량계 신호를 기초로 하여 고정된 유량계 신호를 제어기(120)에 제공함으로써 효과적으로 동결될 수 있다. 제어기(120)가 수용한 유량계 신호를 기초로 하여 제어 파라미터를 계산하는 실시예에서, 이것은 고정된 유량계 신호를 수용 중이기만 하면 제어 파라미터를 변경하지 않을 것이다. 이러한 고정된 유량계 신호는 기포의 검출 전에 수집된 최종의 유량계 신호일 수 있다. 대체예에서, 고정된 유량계 신호는 다수개의 이전에 기록된 유량계 신호의 가중 평균일 수 있거나, 이것은 기포가 센서 도관 내에 존재하는 동안에 제어기 응답[그에 따라 도관(104)을 통한 유동]을 안정화하는 데 적절한 임의의 고정된 유량계 신호일 수 있다.
도3은 센서 도관으로부터의 기포의 배출에 대한 유량계 또는 유동 제어기 시스템의 예시 실시예의 응답을 도시하는 흐름도이다. 블록 214(도2)에서 기포의 검출 시 제어 파라미터 및/또는 유동 측정치를 동결한 후, 예시 시스템이 이제 센서 도관으로부터의 기포의 배출을 특징으로 하는 유량계 신호의 검출을 대기할 수 있다(블록 300). 시스템은 유량계로부터의 신호를 주기적으로 기록할 수 있고(블록 302), 센서 도관으로부터의 기포의 배출을 특징으로 하는 특징에 대해 이들 신호를 분석할 수 있다(블록 304). 센서 도관 내에서의 기포의 존재를 검출하는 경우에서와 같이, 시스템은 아래에서 추가로 상세하게 논의되는 바와 같이 센서 도관으로부터의 기포의 배출을 특징으로 하는 변화를 검출하기 위해 유량계 신호, 다수개의 기록된 유량계 신호의 집합 및/또는 유량계 신호 파라미터의 시간 전개를 분석할 수 있다. 시스템은 유량계 및 기포 검출 시스템이 도1에 도시된 시스템 등의 유동 제어 시스템의 일부로서 배치되는지 또는 시스템을 통한 액체 유동의 측정치를 표시, 기록 또는 로그 기록하기 위해 수동적으로 사용되는 중인지에 따라(블록 310) 기포의 배출의 검출(블록 308)에 다수개의 상이한 방식으로 응답할 수 있다. 유량계 및 기포 검출 시스템이 액체 유동의 측정치를 표시, 기록 또는 로그 기록하는 데 사용 중인 예시 실시예에서, 기포의 배출의 검출 시, 시스템은 새로운 측정 수치의 표시, 기록 또는 로그 기록을 간단하게 재개할 수 있다(블록 318). 일부의 실시예에서, 유량계 시스템은 (측정치의 표시 또는 기록을 재개하는 것에 추가하여 또는 그 대신에) 경고 신호를 리셋할 수 있고 및/또는 기포의 부존재를 표시하는 신호를 전송할 수 있다. 이러한 신호는 예컨대 사용자 인터페이스(128) 및/또는 제어기(120)에 의해 수용될 수 있다.
유량계 및 기포 검출 시스템이 유동 제어 시스템 내로 합체되는 실시예에서, 시스템은 유동 제어를 재개함으로써 즉 제어기(120)가 유량계 신호에 응답하여 유동 제어 파라미터를 변경하게 함으로써 센서 도관으로부터의 기포의 배출의 검출에 응답할 수 있다(블록 320). 이것은 다양한 방식으로 성취될 수 있다. 하나의 예시 실시예에서, 제어기(120)는 기포의 배출을 표시하는 신호(예컨대, 기포의 검출에 응답하여 발생된 경고 신호의 취소)를 기포 검출 모듈(124)로부터 수용하고, 그 신호에 응답하여 동적 유동 제어를 재개한다. 다른 실시예[기포 검출 모듈(124)이 유량계(110)와 일체형인 실시예를 포함함]에서, 제어 파라미터는 유량계(110)로부터 제어기(120)로의 현재의 유량계 신호의 제공을 재개함으로써 효과적으로 동결되 지 않을 수 있다.
어느 경우에나 - 유량계 및 기포 검출 시스템이 도1에 도시된 시스템 등의 유동 제어 시스템의 일부로서 배치되거나, 시스템을 통한 액체 유동의 측정치를 표시, 기록 또는 로그 기록하는 데 수동적으로 사용 중이거나 - 시스템은 기포의 배출의 검출과 동적 유동 제어 및/또는 측정치의 표시 또는 기록의 재개 사이의 지연을 포함할 수 있다(블록 312 및 블록 314). 이러한 지연은 측정치의 기록을 재개하기 전에 또는 동적 유동 제어를 재개하기 전에 센서 도관을 통한 기포의 통과에 의해 유발되는 유량계 신호, 유동 속도 또는 매끄러운 층류의 임의의 교란이 진정되게 하는 데 유용할 수 있다.
이와 같이, 예시 실시예에서, 센서 도관으로부터의 기포의 배출의 검출에 응답하여(블록 308), 카운트다운이 소정 크기의 시간[또는, 디지털 제어 루프의 경우에, 소정 개수의 공정 또는 스레드 사이클(thread cycle)] 동안 시작될 수 있고, 보류된 유량계 측정치 및/또는 제어기 파라미터는 카운트다운이 종료될 때까지 연장될 수 있다. 이러한 지연된 래칭은 기포가 센서 도관으로부터 제거된 후에 측정 및/또는 유동 제어를 재개하기 전에 임의의 부정확한 신호가 진정되게 한다. 예시 실시예에서, 지연은 부정확한 신호 또는 유동 난류가 아직 진정되지 않을 정도로 작지 않도록 그러나 유동 파라미터가 설정 수치로부터 벗어날 기회를 가질 정도로 길지 않도록 최적화된다. 예시 실시예에서, 약 100-150 ms의 지연이 실시간 측정 및 제어의 재개를 반드시 지연시키지 않고 임의의 부정확한 신호 또는 유동 난류가 없어지게 할 정도로 충분하지만, 더 긴 지연이 일부의 실시예를 위해 필요할 수 있 다. 적절한 지연은 유동 속도, 액체 점도, 전형적인 기포 크기, 센서 도관의 직경 또는 배향 등의 파라미터를 포함한 유량계 및 유동 제어 시스템의 특정 실시 형태에 의존할 것이다.
예시 유량계 또는 유동 제어 시스템이 또한 제1 기포의 배출에 의해 개시된 카운트다운 공정 동안에 센서 도관 내로 진입하는 제2 기포에 응답하는 데 적절하게 적용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제2 기포가 제1 기포의 배출 직후에 즉 블록 312 및/또는 블록 314에 의해 표시되는 지연 기간 동안에 센서 도관 내로 진입하는 경우에, 유동 측정치 및/또는 제어기 파라미터의 재개는 추가로 지연될 수 있다. 제2 기포의 배출이 검출되면, 새로운 카운트다운이 시작될 수 있다.
대체 실시예에서, 위에서 설명된 바와 같이 센서 도관으로부터의 기포의 배출을 검출하는 대신에, 유량계 및/또는 유동 제어기 시스템은 소정 크기의 시간 또는 소정 개수의 공정 또는 스레드 사이클 후에 경고 신호를 리셋하도록, 측정치 로그 기록을 재개하도록 및/또는 동적 유동 제어를 재개하도록 구성될 수 있다. 적절한 소정의 기간이 경험적으로 결정될 수 있고, 유동 속도, 액체 점도, 전형적인 기포 크기, 센서 도관의 직경 또는 배향 등의 파라미터를 포함한 다양한 시스템 파라미터에 의존할 수 있다.
어떤 상황에서, 예컨대 유동이 낮은 유동 속도 및/또는 낮은 액체 압력을 특징으로 하는 경우에, 기포가 센서 도관을 통과하는 데 비교적 긴 시간을 소요할 수 있고, 그에 의해 정확한 유동 파라미터 감지의 연장된 교란을 유발시킨다. 그 이유 때문에, 일부의 실시예의 유동 제어기는 특히 기포가 부착된 것처럼 보이는 경 우에 센서 도관으로부터의 기포의 가압 제어를 위한 수단을 포함할 수 있다. 가압 제어 는 전형적으로 도관의 외부로 기포를 압박하기 위해 센서 도관을 통한 유동 속도를 일시적으로 변경하는 단계를 포함한다. 예시 실시예에서, 가압 제어를 위한 수단은 도관으로부터 기포를 타격하기 위해 밸브를 신속하게 개방 및 폐쇄하는 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
일부의 실시예에서, 제어기는 유동 제어 시스템 내에서의 기포의 존재의 검출 시 또는 기포의 존재를 표시하는 경고 신호의 유량계 또는 기포 검출 모듈로부터의 수용 시 계산 시간 및/또는 스레드 사이클을 시작할 수 있다. 추가로, 제어기에는 센서 도관을 통한 기포의 예상 통과 시간이 프로그래밍 또는 (사용자 인터페이스 또는 다른 데이터 소스를 통해) 제공될 수 있다. 그 정보와 관련하여, 시스템은 기포의 통과가 예상 통과 시간보다 훨씬 길게 소요하는 가압 제어 절차에 따라 응답할 수 있다. 기포의 추정 통과 시간은 다양한 시스템 파라미터(액체 유동 속도, 점도, 도관 직경 등) 그리고 또한 시스템 내에서 발생하기 쉬운 기포의 크기에 의존할 수 있다. 예컨대, 더 작은 기포가 더 서서히 이동하며, 이것은 액체가 도관을 따라 기포를 압박하기보다 더 작은 기포 주위에서 이동하기 쉽기 때문이다. 대조적으로, 더 큰 기포가 액체 유동 속도와 더불어 유동하기 쉽지만, (도관 직경에 대한 기포 크기의 비율에 따라) 도관 내에 부착되기 쉬울 수 있고 및/또는 불안정한 난류 또는 슬러그 유동을 유발시키기 쉽다. 센서 도관의 배향에 따라(예컨대, 센서 도관이 중력 또는 다른 가속도의 힘과 정렬되거나 그에 횡단하는 방향으로 배치되는지에 따라) 어떤 실시 형태가 부착된 기포를 검출하고 및/또는 그에 응답하는 수단을 포함하지만 다른 실시 형태는 그렇지 않을 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
하나의 예시 실시예에서, 예상 통과 시간보다 긴 시간이 시스템이 기포의 배출을 검출하지 못한 상태에서 경과한 경우에, 제어기는 그에 따라 제어 밸브의 신속한 개방 및 폐쇄를 실행할 수 있고, 그에 의해 외부로 기포를 가압하기 위해 센서 도관을 통한 유동 속도를 일시적으로 증가시킨다. 이러한 실시예에서, 폐쇄형-루프 동작은 이러한 절차를 실행하기 전에 보류될 수 있고 그 후 재개될 수 있고, 그에 의해 그 제어 수준으로 복귀시킨다. 가압 제어 절차의 실행 후, 유량계 신호의 분석이 기포가 유동 도관 내에 여전히 존재한다는 것을 표시하는 경우에, 가압 제어 절차는 특성적으로 정상인 유동 신호가 성취될 때까지 및/또는 기포-검출 신호가 기포가 더 이상 존재하지 않는다는 것을 표시할 때까지 반복될 수 있다.
유동 제어기와 달리, 수동 유량계는 센서 도관의 외부로 폐쇄된 기포를 가압할 수 없다. 유량계 분야에서, 구성 가능한 경고 출력이 기포가 센서 도관 내에 부착된 것처럼 보이는 비정상 또는 교란 유동 조건을 신호하는 데 사용될 수 있다. 일부의 실시예에서, 이러한 플래그는 설정될 수 있고 사용자 인터페이스로 보내질 수 있고 및/또는 유량계로부터의 측정치와 더불어 기록 또는 로그 기록될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 센서 도관 내에서의 기포의 존재 또는 그로부터의 기포의 배출이 특성 변화에 대한 유량계 신호 파라미터의 분석에 의해 검출될 수 있다. 예시의 기포 검출 시스템이 이제 설명된다.
당업계에 공지되어 있는 하나의 예의 유동 제어기는 제어기에 액체 유동 속 도 피드백을 제공하기 위해 초음파 유동 센서를 채용한다. 초음파 유동 센서는 액체를 통해 1개 이상의 초음파 신호를 전파시킴으로써 그리고 유동하는 액체가 전파 신호에 미칠 수 있는 1개 이상의 영향을 측정함으로써 센서 도관을 통한 액체 유동 속도를 측정한다. 예컨대, 초음파 액체 유동 센서는 통과 시간(전파-시간)을 결정하고 그에 의해 유동 속도를 측정하기 위해 유동하는 액체를 통해 전파되는 초음파 신호의 주파수, 위상 또는 시간 면에서의 변화를 검출할 수 있다. 이러한 초음파 센서 그리고 이들을 합체한 제어기는 예컨대 미국 특허 제6,055,868호, 제5,974,897호 및 제3,575,050호 그리고 또한 공개된 출원 제US2005/0288873A1호에 기재되어 있다.
예시의 초음파 유동 센서에서 기포의 존재를 표시하는 특성 신호의 예가 도7A 내지 도7G에 도시되어 있다. 초음파 유동 센서(700)는 센서 도관(712) 및 초음파 변환기(702, 704)를 포함한다. 초음파 유량계에서 사용하는 대체예의 센서 도관(1000)이 도10에 도시되고 발명의 명칭이 "초음파 유동 센서(Ultrasonic Flow Sensor)"이고 토마스 오웬 마기니스 및 킴 응옥 부에 의해 발명되고 2006년 8월 10일 자로 대리인 문서 번호 제C1138-700910호 하에서 제출되고 여기에 참조로 합체되어 있는 공동-소유의 동시 계속 중인 미국 특허 출원에 기재된 형상 등의 상이한 형상을 가질 수 있다. 도7A의 도시된 실시예에서, 액체는 유동 방향 710을 따라 도관(712)을 통해 유동한다. 동작 중, 초음파 신호가 각각의 변환기(702, 704)에서 발생되고, 다른 변환기에 의한 검출을 위해 유동하는 액체를 통해 전파되게 된다. 액체 유동 속도는 예컨대 주파수 또는 위상의 상호-관계 분석, 또는 전파-시 간을 수립하기 위해 유동 방향 710을 거슬러 전파되는 초음파 신호와 비교된 유동 방향 710을 따라 전파되는 초음파 신호의 시간 차이로부터 결정될 수 있다.
예시 실시예에서, 도7A에서 도면 부호 720에 의해 표시된 신호 등의 처프 신호(chirp signal)가 변환기(702)에서 발생되고, 변환기(704)로 액체를 통해 전파되게 된다. 그 진폭 면에서의 변화는 기포(708)가 센서 도관(712) 내에 존재하는지를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 변화는 도7A 내지 도7G에 개략적으로 도시되어 있고, 도8에서 시간에 대해 개략적으로 플롯되어 있다. [이러한 논의는 초음파 신호가 유동 방향을 따라 전파되는 예시의 경우를 고려하고 있지만, 일부의 실시예에서 처프 신호(720)는 변환기(704)에서 발생되고, 변환기(702)로 상류 방향으로 전파된다. 추가의 실시예에서, 양쪽 모두의 방향으로 전파되는 신호가 채용된다.]
도7A에서, 기포(708)가 센서 도관 내로 진입하기 전, 수용된 신호 진폭은 시간에 따라 비교적 정상 상태에 있다(도8에서 지점 A). 기포(708)가 도7B에 도시된 바와 같이 센서 도관의 측정 섹션으로의 입구에 접근함에 따라, 수용된 신호의 진폭은 도7B에서 도면 부호 722에 의해 그리고 도8에서 지점 B에서 도시된 바와 같이 순간적으로 증가한다. 수용된 신호의 진폭 면에서의 이러한 순간적인 증가는 (이것이 전형적으로 유량계 전자 장치에서 이득 제어의 응답 시간보다 훨씬 작은 기간에 걸쳐 일어나기 때문에) 유량계 전자 장치에 의해 수용된 유동 신호에 인가된 이득 면에서의 변화와 관련된 것처럼 보이지 않고, 도관(712)으로의 입구에서 기포(708)로부터 다시 반사되고 변환기(704)의 방향을 향해 이동 중인 전송 파면과 위상 면에서 보강하는 초음파 신호에 기인 가능한 것으로 믿어진다. 물리 기구와 무관하게, 신호 진폭 면에서의 관찰된 변화는 기포의 존재를 특징으로 하므로, 기포를 검출하는 데 사용될 수 있다.
기포(708)가 도7C에 도시된 바와 같이 변환기(702)에 도달한 때, 변환기(704)에서 검출된 신호의 진폭은 도면 부호 724에 의해 도시된 바와 같이 급격하게 감쇠하기 시작한다(도8에서 지점 C). 도7D는 기포(708)가 센서 도관(712)의 중심 영역을 횡단 중일 때의 수용된 신호(728)를 도시하고 있다(도8에서 지점 D). 이들 도면은 기포(708)의 존재를 보상하는 시스템이 중요한 이유를 도시하고 있으며, 이러한 시스템이 없으면, 신호 진폭 면에서의 이들 과도 변화는 제어 시스템이 보상하려고 시도할 유동 속도 면에서의 변화로서 제어 시스템에 나타날 것이며, 이것은 불안정한 유동을 초래할 수 있다.
기포가 도7E에 도시된 바와 같이 변환기(704)에 도달하고 변환기(704)를 통과함에 따라, 수용된 신호(730)는 급격하게 상승한다(도8에서 지점 E). 일반적으로, 신호 레벨은 정상 상태 수치로 안정화되기 전에 오버슈트될 수 있다. 오버슈트는 기포가 변환기(704)에 도달함에 따라 변환기(702)로부터 이동하는 1차 초음파 파면 그리고 기포(708)로부터의 반사된 파동의 위상 면에서의 보강에 적어도 부분적으로 기인될 수 있다. 반사된 신호는 기포(708)가 도7F에 도시된 바와 같이 센서 도관의 측정 섹션을 통해 이동함에 따라 사라진다(도8에서 지점 F). 최종적으로, 도7G에 도시된 바와 같이, 기포(708)가 센서 도관(712)으로부터 배출됨에 따라, 수용된 신호 진폭(734)은 그 정상 상태 수치로 복귀된다(도8에서 지점 G).
예시의 기포 검출 공정은 기포(708)의 존재를 검출하기 위해 도7A 내지 도7G 및 도8에 도시된 것 등의 검출된 신호 진폭의 특성 시간 전개를 이용한다. 도7A 내지 도7G 및 도8에 도시된 검출된 신호 진폭의 시간 전개가 특정 범위의 유동 속도에 걸쳐 특정 유동 센서로 얻어지는 측정치를 반영한다는 것 그리고 검출된 신호 진폭의 특성 시간 전개가 다른 센서 구성 및 다른 유동 속도와 함께 사용될 때 변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 경험적 측정이 기포의 존재가 검출된 신호 진폭에 영향을 미칠 수 있으며 기포 검출 공정이 그 다음에 그 특성 표현을 반영하는 데 적절하게 적용될 수 있는 방식을 식별하기 위해 다른 센서 구성과 함께 그리고 다른 유동 속도로 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이전의 신호 진폭과 연속으로 검출된 신호 진폭을 비교하는 도4에 기능적으로 도시된 예시의 기포 검출 공정이 제공되고, 그에 의해 도7A 내지 도7G 및 도8에 도시된 것들 등의 기포의 존재를 표시하는 특성을 구한다. 하나의 예시 실시예에서, 기포 검출 시스템이 유량계로부터 신호 진폭 수치를 수용할 수 있다(블록 402). 하나의 실시예에서, 다수개의 수용된 신호 진폭이 유량계, 유동 제어기 또는 기포 검출 모듈과 관련되는 메모리 내에 저장될 수 있다. 시스템은 이전에 수용 및 저장된 진폭 또는 대체예에서 다중의 이전에 수용 및 저장된 진폭과 수용된 진폭을 주기적으로 비교한다(블록 404). 시스템이 신호 진폭 면에서의 특성 변화(도7A 내지 도7G 및 도8에 도시된 것 등)를 검출하는 경우에(블록 408), 이것은 그에 응답하여 위에서 설명된 바와 같이 경고 신호를 발생시킬 수 있다(블록 410).
추가의 예시 실시예가 검출된 유량계 신호 진폭의 가중 평균을 계산하고, 유량계 신호의 진폭의 수용된 수치가 예컨대 어떤 소정의 문턱치 또는 크기만큼 가중 평균으로부터 벗어나는 경우에, 그에 응답하여 긍정의 기포 검출 신호를 전송한다. 예컨대, 도5에 도시된 실시예는 검출된 초음파 신호 진폭의 이동 평균을 계산하고, 유량계 신호의 진폭의 수치가 이동 평균으로부터 벗어나는 경우에, 그에 응답하여 긍정의 기포 검출 신호를 전송한다. 검출된 초음파 신호 진폭의 이동 평균이 이러한 실시예에서 사용되지만 검출된 초음파 신호 진폭의 다른 형태의 가중 평균이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 하며, 이것은 본 발명이 그렇게 제한되지 않기 때문이다. 예컨대, 이동 평균을 단순히 계산하지 않고, 유량계 신호의 진폭의 더 최근에 수용된 수치에 덜 최근에 수용된 수치들과 상이한(예컨대, 더 높은) 가중치가 부여될 수 있다. 가중 평균은 유량계, 유동 제어기 또는 기포 검출 모듈과 관련되는 프로세서에 의해 계산될 수 있지만, 이러한 가중 평균은 대체예에서 예컨대 저역 필터를 사용하여 수용된 유량계 신호를 필터링함으로써 결정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도5에 도시된 실시예에 따르면, 수용된 신호의 진폭은 주기적으로 샘플링되고 버퍼 내에 저장될 수 있고(블록 502), 그에 의해 어떤 소정의 시간 간격으로 유동 측정치를 샘플링한다. 어떤 개수 N개의 샘플(예컨대, 하나의 예시 실시예에서 20개의 샘플)이 저장될 수 있다. 하나의 예시 실시예에서, 신호 샘플은 새롭게 수용된 신호가 샘플링됨에 따라 새로운 데이터가 상부에 배치되며 오래된 데이터가 적층체 아래로 압박되도록 적층체 내에 저장될 수 있다. 데이터가 소정 개수의 N 개 샘플에 대해 수집된 후, 평균 신호 진폭이 계산된다. 소정의 수치를 저장하지 않고 실시간으로 이동 평균 진폭을 결정하는 장점은 상이한 센서 구성이 센서의 물리 장착부, 특정 배열에서의 유동 파라미터 그리고 다른 인자에 따라 상이한 신호 강도를 유도할 수 있다는 것이다. 이와 같이, 소정 수치의 진폭(즉, 유사한 센서로부터의 측정치 등을 기초로 하여 교정 동안에 결정됨)이 기준으로서 채용될 수 있지만, 실시간으로 이동 평균 신호 진폭을 결정하는 것이 양호하다.
새로운 샘플이 취해짐에 따라, 가장 새로운 샘플은 적층체의 상부에 저장되며, (적층체의 저부에서의) 가장 오래된 샘플은 폐기된다. 버퍼 내의 N개의 샘플의 이동 평균은 주기적으로 계산된다(블록 504). 예시 실시예에서, 이동 평균 신호 진폭은 새로운 샘플이 버퍼 내에 배치될 때마다 계산될 수 있다.
하나의 예시 실시예에서, 이동 평균 수치 상하에서 연장하는 문턱치 레벨 창이 기포 검출 문턱치로서 선택되며, 그 결과 유량계 신호의 진폭의 수용된 수치가 이러한 문턱치를 초과할 때 또는 그 아래로 감소할 때, 기포가 검출된 것으로 추정되며, 긍정의 기포 검출 신호가 발생된다(블록 508 및 블록 510). 문턱치는 이동 평균 수치 상하로의 어떤 백분율 편차이도록 선택될 수 있다. 예컨대, 문턱치는 이동 평균 수치로부터 10, 15 또는 20% 편차일 수 있다. 문턱 수치는 다수개의 시스템 파라미터 및 동작 조건에 따라 더 크거나 더 작을 수 있다. 문턱치는 이동 평균 수치에 대해 대칭일 것이 필요하지 않다. 문턱 수치의 결정에 기여하는 인자는 그 유동이 측정 중인 액체의 점도, 동작 온도 및 압력, 액체가 슬러리일 때의 입자 함량 등을 (제한 없이) 포함할 수 있다. 실제로, 최적의 문턱치가 예컨대 센 서 도관 내로 기포를 신중하게 주입함으로써 그리고 기포 검출의 원하는 효율을 가능케 하는 문턱치 레벨을 설정함으로써[즉, 검출되지 않은 기포의 개수 그리고 오탐(false positive)의 횟수를 최소화함으로써] 수치를 시행 착오법에 의해 또는 교정 동안에 결정될 수 있다. 문턱치에 대한 유량계 신호의 진폭의 수용된 수치의 비교는 오탐 기포 검출의 가능성을 감소시킨다.
도5에 도시된 실시예에 따르면, 유동 신호의 수용된 진폭 수치가 상위 문턱 수치를 초과하거나 하위 문턱 수치 아래로 떨어지는 경우에, 시스템은 그에 응답하여 긍정의 기포-검출 신호를 발생시킨다(블록 508). 하나의 예시 실시예에서, 긍정의 기포-검출 신호가 단순히 기포-존재 플래그를 표출하는 단계(즉, 어떤 특정 수치까지 변화 가능한 불 기포-존재 변수를 설정하는 단계)를 수반할 수 있다. 기포-존재 플래그는 기포가 센서 도관(또는 적어도 센서 도관의 측정 섹션)을 떠날 때까지 표출된 상태로 존속할 수 있다. 기포-존재 플래그는 위에서 설명된 바와 같이 제어 파라미터를 동결하는 것 그리고 기록된 측정 수치를 동결하는 것 등의 다른 제어 및 데이터 저장 동작을 위한 트리거 신호로서 사용될 수 있다.
예시 실시예에서, 기포-존재 플래그의 표출 시, 시스템은 그에 응답하여 시간(CPU 클럭 사이클, 또는 다수개의 공정 또는 스레드 사이클)을 계산하는 타이머를 시작시킨다. 이러한 타이머는 기포-존재 플래그의 표출이 존재하는 진정한 기포에 기인하는지 또는 데이터 집합 내의 순간적 오류에 기인하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 즉, 기포-존재 플래그가 소정의 최소 개수의 클럭 사이클 또는 스레드 사이클보다 짧은 시간 동안 표출된 상태로 존속하는 경우에, 시스템은 그에 응답하여 진정한 기포 이벤트가 아니라 오류로서 문턱치를 넘는 이탈을 처리할 수 있다. 반면에, 기포-존재 플래그가 어떤 소정의 최대 간격(또는 클럭 또는 스레드 사이클의 개수)보다 긴 시간 동안 표출되는 경우에, 기포가 센서 도관을 폐쇄하고 전체적으로 유동을 정지시켰을 가능성이 높다. 이러한 상황에서, 시스템은 그에 응답하여 위에서 논의된 바와 같이 정상의 정상-상태 동작 상태로 유동을 복귀시키기 위해 기포의 가압 제어를 위한 행동을 개시할 수 있다. 가압 제어 절차가 개시될 수 있는 소정의 최대 간격(또는 사이클의 개수)은 유동 속도, 액체 점도 등의 동작 조건에 따라 개시될 수 있다.
일부의 실시예에서, 센서 도관을 통한 그 통과에서 매우 이른 시기에 기포의 존재를 검출하는 것이 바람직하다. 특히, 초음파 유량계가 유동 제어기 내의 센서 부품으로서 사용되는 경우에, 기포가 제어 신호를 교란시키기 전에 바람직하게는 제어기가 기포의 존재에 의해 유발된 부정확한 신호에 응답하여 피드백 파라미터(그에 따라 유동 속도)를 변화시킬 기회를 갖기 전에 가능하면 조기에 기포를 검출하는 것이 바람직하다.
일부의 경우에, 위에서 설명된 이동 평균 문턱치 검출은 적절한 시기에 기포를 감지할 것이며, 제어기는 긍정의 기포-검출 신호에 응답할 것이고, 그에 의해 기포가 센서 도관으로의 그 통과를 완료할 때까지 제어기 파라미터를 유지한다. 그러나, 도7B 그리고 도8의 지점 B에 도시된 바와 같이, 신호의 진폭이 급격하게 상승하는 경우에, 이동 평균 신호 진폭(또는 어떤 다른 가중 평균)이 이것을 반영하기 전에 그리고 제어 시스템이 변화에 반응하기 전에 조기에 이러한 신호 스파이크에 대해 제어기를 변경하는 것이 유리할 수 있다. 그러므로, 기포 검출과 관련된 유량계의 하나의 예시 실시예는 제어기가 동작 파라미터의 변화로 넘어가기 전에 매우 이른 시기의 단계에서 기포를 검출하는 것을 보조하는 차등 문턱치 검출 방안을 채용할 수 있다.
하나의 실시예에서, 차등 문턱치 검출은 진폭 변화보다 더 민감한 x0으로서 여기에서 표시되는 전파-시간 지연 차이 파라미터의 수치 면에서의 변화를 기초로 한다. 전파-시간 지연 차이 파라미터 x0은 변환기(702)로부터 변환기(704)로 이동하는 초음파 신호(예컨대, 처프 신호)의 통과 시간과 변환기(704)로부터 변환기(702)로 역전 방향으로 이동하는 초음파 신호의 통과 시간 사이의 차이(즉, 하류 방향 통과 시간과 상류 방향 통과 시간 사이의 차이)이다. 현재의 수치 x0[t]와 이전의 수치 x0[t-1] 사이의 차이는 주기적으로 계산되고 이러한 결과의 차이는 그 다음에 소정의 문턱치와 비교된다(블록 608 및 블록 610).
도9는 도7A 내지 도7G 및 도8에 도시된 전체의 기포 통과 순서에 대해 시간에 대한 전파-시간 차이 수치 x0[t]-x0[t-1]의 대응하는 플롯을 도시하고 있다. x0 차이를 사용할 때 기포의 존재가 도8에서 관찰된 특성 신호 순서의 시작부에 가장 근접한 예리한 스파이크로서 보인다는 것을 도9로부터 알 수 있다.
이러한 차등 측정을 채용한 기포 검출 공정의 예시 실시예가 도6에 기능적으로 도시되어 있다. 전파-시간 지연 차이 파라미터의 수치 x0은 하류의 전파-시간을 측정함으로써(블록 602), 상류의 전파-시간을 측정함으로써(블록 604) 그리고 그 차이를 취함으로써(블록 606) 주기적으로 계산될 수 있다. 블록 602 및 블록 604는 역전된 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
하나의 예시 실시예에서, 전파-시간 차이 x0[t]-x0[t-1]은 새로운 x0 수치가 얻어질 때마다 계산된다. 차이가 소정의 문턱치(차등 문턱치)를 초과한다는 결정 시, 기포가 의심되며, 기포-존재 플래그를 표출하는 것 등의 긍정의 기포 검출 신호가 발생될 수 있다(블록 610 및 블록 612). 대체예에서, 오탐 응답의 빈도를 최소화하기 위해, 차등 문턱치 조건은 다음의 스레드 사이클에서 다시 점검될 수 있으며, 긍정의 기포 검출 신호는 문턱치 조건이 다시 충족되는 경우에만 발생된다. 어느 경우에나, 문턱 수치는 설정 수치 등의 시스템 파라미터 면에서의 단계 변화로 인해 일어날 수 있는 x0 면에서의 최대 변화보다 크도록 선택될 수 있으며, 그 결과 오탐 기포-검출 신호가 유동 파라미터가 신중하게 변화될 때 발생되지 않는다. 대체예에서, 차등 기포 검출이 일시적으로 폐쇄될 수 있거나 설정 수치 면에서의 변화 동안에 보류될 수 있다.
차등 문턱치를 초과하는 x0 면에서의 변화의 결과로서 발생되는 긍정의 기포 검출 신호가 피드백 파라미터 또는 측정 수치를 동결하기 위해 위에서 설명된 바와 같이 사용될 수 있고, 그에 의해 기포의 존재에 의해 발생되는 부정확한 신호에 대한 시스템 응답을 불안정화시키는 것을 방지한다.
차등 검출 기준은 이동 평균 검출보다 조기에 기포의 존재를 검출할 수 있으 므로, 조기 경고를 제공할 수 있고, 그에 의해 제어기 상태가 기포의 존재에 의해 유발된 부정확한 신호에 의해 변경되기 전에 시스템이 제어기 상태를 동결하게 한다. 차등 검출이 1개 또는 2개의 스레드 사이클 정도로 작은 사이클에 의해 이동 평균 검출을 진행하는 경우에도, 이것은 기포의 통과 동안에 제어 시스템의 안정된 동작을 용이하게 하는 데 여전히 유용할 수 있다.
예시 실시예에서, 차등 검출은 위에서 설명된 이동 평균 검출을 보충하고, 주로 센서 도관 내로의 기포의 진입 동안에 활동한다. 그러나, 이것은 도9에서 제2의 더 작은 피크에 의해 도시된 바와 같이 센서 도관으로부터의 기포의 배출을 검출하는 데 또한 사용될 수 있다.
본 발명은 주로 기포의 존재 하에서 유체 유동 속도의 정확한 측정 및/또는 제어를 제공하는 데 사용되는 것으로서 여기에서 설명되었지만, 본 발명의 태양들은 기포의 존재가 측정 및/또는 제어 공정에 영향을 미칠 수 있는 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제5,569,844호는 CMP 슬러리 등의 용액 내의 고체의 현탁액 내에서 고체의 입자 크기 및 분포를 측정하기 위한 초음파의 사용을 기재하고 있다. '844 특허는 기포의 존재가 이러한 측정의 정확도를 제한할 수 있다는 것을 기재하고 있고, 기포가 전형적으로 측정 전에 제거될 것이 필요하다는 것을 주목하고 있다. 본 발명의 태양들은 기포의 존재를 검출하기 위한 및/또는 기포가 검출되지 않는 기간으로 입자 크기 및 분포 측정을 제한하기 위한 이러한 입자 크기 및 분포 측정 방안에 용이하게 적절하게 적용될 수 있다. 기포의 존재가 측정 및/또는 제어에 영향을 미칠 수 있는 다른 기술로의 적절한 적용이 또 한 용이하게 구상될 수 있다.
이와 같이, 액체 유동을 측정 및 제어하는 본 발명의 시스템 및 방법의 실시예의 여러 태양을 설명하였지만, 다양한 변경, 변형 및 개선이 당업자에게 용이하게 착상될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 변경, 변형 및 개선은 본 발명의 개시 내용의 일부인 것으로 해석되어야 하고, 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 위의 설명 및 도면은 예일 뿐이다.

Claims (38)

  1. 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 방법이며,
    액체 유동 센서는 센서 도관을 포함하고, 액체는 그 내에 형성된 복수개의 기포를 포함하며,
    상기 방법은,
    센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 반복적으로 감지하는 단계와,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계와,
    가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호를, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않는다는 결정에 응답하여 제공하는 단계와,
    a) 가장 최근에 감지된 유동 신호 및 적어도 1개의 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 기초로 하는 유동 속도 신호와, b) 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호 중 적어도 1개를, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제어 가능한 밸브 및 액체 유동 센서에 커플링되는 유동 도관을 통한 액체의 유동 속도를 제어하는 방법이며,
    액체 유동 센서는 센서 도관을 포함하며, 액체는 그 내에 형성된 복수개의 기포를 포함하며,
    상기 방법은,
    센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 반복적으로 감지하는 단계와,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계와,
    가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브를 위한 제어 파라미터를, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않는다는 결정에 응답하여 제공하는 단계와,
    가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브를 위한 제어 파라미터를, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 제공하는 단계와,
    제어 파라미터에 따라 제어 가능한 밸브를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터 면에서의 적어도 1개의 변화를 검출하는 단계를 포함하며, 상기 변화는 센서 도관 내의 액체 내에 위치된 적어도 1개의 기포의 존재를 검출하는데 사용되는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 유동 센서는 초음파 액체 유동 센서를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터는 초음파 유동 신호 진폭을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 초음파 유동 신호 진폭 면에서의 변화를 검출하는 단계를 포함하며, 상기 변화는 센서 도관 내의 액체 내에 위치된 적어도 1개의 기포의 존재를 검출하는데 사용되는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 초음파 유동 신호 진폭의 수치의 이동 평균을 반복 감지 단계에 응답하여 계산하는 단계를 추가로 포함하며,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 초음파 유동 신호 진폭의 가장 최근에 감지된 수치가 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이동 평균으로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제4항에 있어서, 유동 신호는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호를 포함하며, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기가 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이전의 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 수치의 가중 평균을 반복 감지 단계에 응답하여 계산하는 단계를 추가로 포함하며,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 가장 최근에 감지된 수치가 소정의 크기를 초과한 크기만큼 가중 평균으로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 수치의 이동 평균을 반복 감지 단계에 응답하여 계산하는 단계를 추가로 포함하며,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하는 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 가장 최근에 감지된 수치가 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이동 평균으로부터 벗어나는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호를 제공하는 단계는, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 감지된 유동 신호를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 감지된 유동 신호는, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 가장 최근에 감지된 유동 신호를 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호를 제공하는 단계는, 경고 신호와 더불어, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 감지된 유동 신호를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제2항에 있어서, 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 제어 파라미터를 제공하는 단계는, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 제공된 제어 파라미터를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제공된 제어 파라미터는, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 가장 최근에 제공된 제어 파라미터를 포함하는 방법.
  17. 제2항에 있어서, 제어 가능한 밸브를 제어하는 단계는,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 소정의 기간을 대기하는 단계와,
    유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치되는지를 소정의 기간 후에 결정하는 단계와,
    센서 도관 내의 액체로부터 적어도 1개의 기포를 제거하기 위해 힘 제어 절차를 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치된다는 결정에 응답하여 실행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치되는지를 결정하는 단계는 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터 면에서의 적어도 1개의 변화를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 변화는, a) 센서 도관 내의 액체 내에 위치된 적어도 1개의 기포의 존재와, b) 센서 도관 내의 액체로부터의 적어도 1개의 기포의 배출 중 하나를 검출하는데 사용되는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 힘 제어 절차를 실행하는 단계는, 제어 가능한 밸브를 개폐함으로써 제어가능한 밸브에 대한 제어 파라미터를 일시적으로 변경하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 힘 제어 절차를 실행하는 단계는 제어 가능한 밸브를 개방 및 폐쇄하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 유동 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 측정하는 시스템이며,
    액체는 그 내에 형성된 복수개의 기포를 포함하며,
    상기 시스템은,
    유동 도관에 유체 커플링되는 센서 도관을 포함하고, 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 감지하도록 그리고 센서 도관 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 신호를 제공하도록 구성되는 액체 유동 센서와,
    유동 신호를 수용하기 위해 그리고 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정하기 위해 액체 유동 센서에 커플링되는 기포 검출 모듈을 포함하며,
    상기 기포 검출 모듈은,
    가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호를, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않는다는 결정에 응답하여 제공하도록, 그리고
    a) 가장 최근에 감지된 유동 신호 및 적어도 1개의 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 기초로 하는 유동 속도 신호와, b) 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호 중 적어도 1개를, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 제공하도록 구성되는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 기포 검출 모듈은 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터 면에서의 적어도 1개의 변화를 검출하며, 상기 변화는 센서 도관 내의 액체 내에 위치된 적어도 1개의 기포의 존재를 검출하는데 사용되는 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 액체 유동 센서는 초음파 액체 유동 센서를 포함하는 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터는 초음파 유동 신호 진폭을 포함하는 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 기포 검출 모듈은 초음파 유동 신호 진폭 면에서의 변화를 검출하며, 상기 변화는 센서 도관 내의 액체 내에 위치된 적어도 1개의 기포의 존재를 검출하는데 사용되는 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 기포 검출 모듈은 초음파 유동 신호 진폭의 수치의 이동 평균을 계산하도록, 그리고
    초음파 유동 신호 진폭의 가장 최근에 감지된 수치가 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이동 평균으로부터 벗어나는지를 결정하도록 추가로 구성되는 시스템.
  27. 제23항에 있어서, 유동 신호는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호를 포함하며, 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터는 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호의 크기를 포함하는 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 기포 검출 모듈은 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호가 검출 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이전에 결정된 초음파의 전파 시간의 차이를 나타내는 유동 신호로부터 벗어나는지를 결정하도록 추가로 구성되는 시스템.
  29. 제21항에 있어서, 기포 검출 모듈은 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 수치의 가중 평균을 계산하도록, 그리고
    유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 가장 최근에 감지된 수치가 소정의 크기를 초과한 크기만큼 가중 평균으로부터 벗어나는지를 결정하도록 추가로 구성되는 시스템.
  30. 제21항에 있어서, 기포 검출 모듈은 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 수치의 이동 평균을 계산하도록, 그리고
    유동 신호의 적어도 1개의 파라미터의 가장 최근에 감지된 수치가 문턱 수치를 초과한 수치만큼 이동 평균으로부터 벗어나는지를 결정하도록 추가로 구성되는 시스템.
  31. 제21항에 있어서, 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 액체 유동 센서 내에서 유동하는 액체의 유동 속도를 표시하는 유동 속도 신호는, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 감지된 유동 속도 신호를 포함하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 감지된 유동 속도 신호는 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치되는지를 유동 신호의 적어도 1개의 파라미터를 기초로 하여 결정할 때, 어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치되지 않았다고 결정되었던 가장 최근에 감지된 유동 속도 신호를 포함하는 시스템.
  33. 제21항에 있어서, 제어 가능한 밸브에 제공되는 제어 파라미터를 기초로 하여 유동 도관 내에서 유동하는 유체의 유동 속도를 제어하기 위해 유동 도관과 유체 연통하는 제어 가능한 밸브와,
    액체 유동 센서로부터 유동 신호를 수용하기 위해 그리고 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하기 위해 액체 유동 센서 및 제어 가능한 밸브에 커플링되는 제어기를 추가로 포함하는 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 기포 검출 모듈은 제어기에서 실시되며,
    어떠한 기포도 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정 시, 제어기는 가장 최근에 감지된 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하며,
    적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정 시, 제어기 는 가장 최근에 감지된 유동 신호 이외의 유동 신호를 기초로 하여 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하는 시스템.
  35. 제21항에 있어서, 기포 검출 모듈은 가장 최근에 감지된 유동 신호 및 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 위치된다는 결정에 응답하여 적어도 1개의 기포의 존재를 표시하는 경고 신호를 기초로 하여 유동 속도 신호를 제공하며,
    시스템은,
    제어 가능한 밸브에 제공되는 제어 파라미터를 기초로 하여 유동 도관 내에서 유동하는 유체의 유동 속도를 제어하기 위해 유동 도관과 유체 연통하는 제어 가능한 밸브와,
    유동 속도 신호 및 경고 신호를 수용하기 위해 그리고 제어 가능한 밸브에 제어 파라미터를 제공하기 위해 기포 검출 모듈에 커플링되는 제어기를 추가로 포함하는 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 경고 신호에 응답하여, 제어기는 이전의 수치로 제어 가능한 밸브에 제공된 제어 파라미터를 동결하는 시스템.
  37. 제35항에 있어서, 경고 신호에 응답하여, 제어기는 소정의 기간을 대기하도록 구성되며, 적어도 1개의 기포가 센서 도관 내의 액체 내에 여전히 위치되고 소 정의 기간이 경과하였다는 결정 시, 센서 도관 내의 액체로부터 적어도 1개의 기포를 제거하기 위해 힘 제어 절차를 실시하는 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 힘 제어 절차는 제어 가능한 밸브를 개방 및 폐쇄하는 단계를 포함하는 시스템.
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