KR101777154B1 - 다중 미터 유체 유동 시스템의 차동 유동 특성을 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

유체 유동 시스템(300)이 제공된다. 유체 유동 시스템(300)은 유동 유체를 가진 파이프라인(302)을 포함한다. 유체 유동 시스템(300)은, 파이프라인(302) 내부에 위치되어 제 1 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 1 센서 어셈블리(10)를 포함하는 제 1 진동계(5)를 더 포함한다. 파이프라인(302) 내부에 위치되어 제 1 센서 어셈블리(10)와 유체 연통하며 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 된 제 2 센서 어셈블리(10')를 포함하는 제 2 진동계(5')가 제공된다. 유체 유동 시스템(300)은 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')와 전기 통신하는 시스템 컨트롤러(310)를 더 포함한다. 시스템 컨트롤러(310)는 제 1 및 제 2 유량을 수신하고, 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하도록 구성된다. 시스템 컨트롤러(310)는 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고, 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 하나 이상의 유동 특성을 수정하도록 더 구성되어 있다.

Description

다중 미터 유체 유동 시스템의 차동 유동 특성을 결정하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING DIFFERENTIAL FLOW CHARACTERISTICS OF A MULTIPLE METER FLUID FLOW SYSTEM}

후술하는 실시예들은 진동계(vibrating meter)에 관한 것으로, 구체적으로는 다중 진동계를 구비한 유체 유동 시스템의 차동 유동 특성(differential flow characteristics)을 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

예컨대, 진동 덴시토미터(vibrating densitometers) 및 코리올리 유량계(유량계)(Coriolis flow meters)와 같은 진동 센서들은 일반적으로 공지되어 있으며, 유량계 내의 도관을 통해 유동하는 재료들의 질량 유동 및 다른 정보를 측정하는데 사용된다. 예시적인 코리올리 유량계들은 모두 J.E. Smith 등에 의한 미국 특허 제4,109,524호, 미국 특허 제4,491,025호, 및 Re. 31,450에 개시되어 있다. 이들 유량계는 직선 또는 곡선 형태의 하나 이상의 도관을 구비한다. 코리올리 질량 유량계에서의 각 도관 형태는, 단순한 굽힘, 비틀림, 또는 결합된 타입으로 이루어질 수 있는 일련의 고유 진동 모드를 갖는다. 각 도관은 바람직한 모드로 요동하도록 구동될 수 있다.

재료는 유량계의 입구측에 있는 연결 파이프라인으로부터 유량계 내로 유동하고, 도관(들)을 통해 안내되며, 유량계의 출구측을 통해 유량계를 나간다. 진동하는, 재료로 채워진 시스템의 고유 진동 모드들은 부분적으로는 도관들 및 도관들 내부를 유동하는 재료의 결합된 질량에 의해 규정된다.

유량계를 통한 유동이 없을 경우에는, 도관(들)에 가해진 구동력은 도관(들)을 따르는 모든 지점을, 동일 위상으로 또는 제로 유동(zero flow)에서 측정된 시간 지연인 작은 "제로 오프셋(zero offset)"으로 요동시킨다. 재료가 유량계를 통해 유동을 개시함에 따라, 코리올리 힘들은 도관(들)을 따르는 각 지점에 상이한 위상을 갖게 한다. 예컨대, 유량계의 입구 단부에서의 위상은 집중된 드라이버 위치에서의 위상에 뒤처지지만, 출구에서의 위상은 집중된 드라이버 위치에서의 위상에 앞선다. 도관(들)에 있는 픽-오프(pick-off) 센서들은 도관(들)의 운동을 나타내는 사인곡선 신호들을 생산한다. 픽-오프 센서들로부터 출력된 신호들은 픽-오프 센서들간의 시간 지연을 결정하도록 처리된다. 2개 이상의 픽-오프 센서들간의 시간 지연은 도관(들)을 통해 유동하는 재료의 질량 유량(mass flow rate)에 비례한다.

드라이버에 접속된 계측 전자기기(meter electronics)는 드라이버를 동작시키는 구동 신호를 발생시키고, 픽-오프 센서들로부터 수신된 신호들로부터 재료의 질량 유량 및 다른 성질들을 결정한다. 드라이버는 다수의 잘 알려진 배치구조 중 하나를 포함하지만, 자석 및 대향 구동 코일이 유량계 산업에서 대성공을 가져왔다. 원하는 유동 튜브 진폭 및 주파수로 도관(들)을 진동시키기 위해 구동 코일에 교류가 통과된다. 드라이버 배치구조와 매우 유사한 자석 및 코일 배치구조로서 픽-오프 센서들을 제공하는 것 역시 본 기술분야에 공지되어 있다. 그러나, 드라이버가 운동을 유발하는 전류를 수신하는 동안, 픽-오프 센서들은 드라이버에 의해 제공된 운동을 사용해서 전압을 유발할 수 있다. 픽-오프 센서들에 의해 측정된 시간 지연의 규모는 매우 작고; 종종 나노초로 측정된다. 그러므로, 매우 정확한 트랜스듀서 출력을 가질 필요가 있다.

일반적으로, 코리올리 유량계는 초기에 보정될 수 있으며, 제로 오프셋과 함께 유동 보정 인자가 발생될 수 있다. 사용 중, 유동 보정 인자는 제로 오프셋을 뺀 픽-오프 센서들에 의해 측정된 시간 지연으로 곱해져서 질량 유량을 발생시킬 수 있다. 대부분의 상황에서는, 코리올리 유량계는 통상적으로 제조자에 의해 초기에 보정되고, 후속 보정할 필요 없이 정확한 측정을 제공하는 것으로 상정된다. 또한, 종래의 접근방법은, 유동을 정지시키고, 밸브들을 폐쇄하고, 그에 따라 처리 조건들에 대한 제로 유량 기준을 유량계에 제공함으로써, 설치 이후에 유량계를 유저가 제로 보정하는 것을 수반한다.

상술한 바와 같이, 코리올리 유량계를 포함하는 다수의 진동 센서들에 있어서는, 종래의 접근방법들이 초기에 수정하는 제로 오프셋이 존재할 수 있다. 이러한 초기에 결정된 제로 오프셋이 제한된 환경에서의 측정들을 적절히 수정할 수 있을 지라도, 제로 오프셋은 다양한 동작 조건, 주로 온도의 변화로 인해 시간 경과에 따라 변화되어서, 결국 부분적인 수정만을 초래할 수 있다. 그러나, 압력, 유체 밀도, 센서 장착 조건 등을 포함하는 다른 동작 조건들도 제로 오프셋에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 제로 오프셋은 미터들간에 상이한 비율로 변화될 수 있다. 이는 동일한 유체 유동이 측정되는 경우에 각각의 미터가 동일하게 판독하도록 둘 이상의 미터가 연속으로 접속되는 상황에서 특히 주목될 수 있다. 상기와 같은 상황들의 예는 연료 소모 및 누설 검출 적용분야를 포함한다.

본 출원인에게 양도되고 모든 교시 내용이 인용에 의해 본원에 포함되는 국제 공보 WO/2011/019344호에 교시된 바와 같이, 미터들을 통해 유동하는 유량이 실질적으로 동일할 때 2개의 미터를 실질적으로 동일한 유량을 판독하도록 구성하기 위해 차동 제로 오프셋을 결정하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 다중 센서 시스템으로부터 얻는 차동 측정을 개선할 필요성은 여전히 존재한다. 후술되는 실시예들은 이것 및 다른 문제점들을 극복하고, 본 기술분야의 진전을 달성한다. 후술되는 실시예들은, 결정된 차동 유동이 임계값 또는 대역(threshold value or band)을 하회하는 경우에, 결정된 차동 유동을 다른 유동 특성들과 함께 수정하는 낮은 차동 유동 컷오프(cutoff)를 포함함으로써 2개 이상의 진동계로부터 얻는 차동 유동 측정을 더 개선한다.

실시예에 따라 유체 유동 시스템이 제공된다. 유체 유동 시스템은 유동 유체를 가진 파이프라인과, 파이프라인 내부에 위치되어 제 1 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 1 센서 어셈블리를 포함하는 제 1 진동계를 포함한다. 실시예에 따르면, 유체 유동 시스템은 파이프라인 내부에 위치되어 제 1 센서 어셈블리와 유체 연통하고 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 2 센서 어셈블리를 포함하는 제 2 진동계를 더 포함한다. 실시예에 따르면, 유체 유동 시스템은 제 1 또는 제 2 진동계의 적어도 하나와 전기 통신하는 시스템 컨트롤러를 더 포함한다. 시스템 컨트롤러는 제 1 및 제 2 유량을 수신하고, 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하도록 구성된다. 실시예에 따르면, 시스템 컨트롤러는 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고, 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적으면 하나 이상의 유동 특성을 수정하도록 더 구성된다.

파이프라인 내부에 위치되며, 계측 전자기기와 전기 통신하는 진동계의 제 2 센서 어셈블리와 유체 연통하는 제 1 센서 어셈블리용 계측 전자기기가 실시예에 따라 제공된다. 계측 전자기기는 제 1 센서 어셈블리로부터 센서 신호들을 수신해서, 제 1 유체 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된다. 실시예에 따르면, 계측 전자기기는 제 2 진동계로부터 제 2 유체 유량을 수신하고, 제 1 및 제 2 유체 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하도록 더 구성된다. 실시예에 따르면, 계측 전자기기는 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고, 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 하나 이상의 유동 특성을 수정하도록 더 구성된다.

제 1 진동계 및 제 1 진동계와 유체 연통하는 제 2 진동계를 포함하는 유체 유동 시스템을 동작시키는 방법이 실시예에 따라 제공된다. 상기 방법은 제 1 진동계로부터 제 1 센서 신호들을 수신하고, 제 2 진동계로부터 제 2 센서 신호들을 수신하는 단계를 포함한다. 실시예에 따르면, 상기 방법은 제 1 및 제 2 센서 신호들에 기초하여 제 1 및 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하는 단계, 및 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하는 단계를 더 포함한다. 실시예에 따르면, 상기 방법은 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하는 단계, 및 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 하나 이상의 유동 특성을 수정하는 단계를 더 포함한다.

양태들( ASPECTS )

일 양태에 따르면, 유체 유동 시스템은:

유동 유체를 가진 파이프라인;

상기 파이프라인 내부에 위치되어 제 1 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 1 센서 어셈블리를 포함하는 제 1 진동계;

상기 파이프라인 내부에 위치되어 상기 제 1 센서 어셈블리와 유체 연통하고 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 2 센서 어셈블리를 포함하는 제 2 진동계; 및

상기 제 1 및 제 2 진동계와 전기 통신하는 하며,

상기 제 1 및 제 2 유량을 수신하고,

상기 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하고,

상기 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고,

상기 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적으면 하나 이상의 유동 특성을 수정하도록 구성된 시스템 컨트롤러를 포함한다.

바람직하게는, 상기 수정은 상기 차동 유량을 제로로 설정하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나는 차동 제로 오프셋을 사용하여 결정된다.

바람직하게는, 상기 시스템 컨트롤러는 상기 차동 유량이 상기 임계값보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 더 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 시스템 컨트롤러는 상기 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 임계값보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 더 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 시스템 컨트롤러는, 상기 제 1 및 제 2 유량이 실질적으로 동시에 발생하는 유량들을 나타내도록, 상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나에 그룹 지연을 적용하도록 더 구성되어 있다.

다른 양태에 따르면, 파이프라인 내부에 위치되며, 계측 전자기기와 전기 통신하는 진동계의 제 2 센서 어셈블리와 유체 연통하는 제 1 센서 어셈블리용 계측 전자기기는,

상기 제 1 센서 어셈블리로부터 센서 신호들을 수신해서, 제 1 유체 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하고;

제 2 진동계로부터 제 2 유체 유량을 수신하고;

상기 제 1 및 제 2 유체 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하고;

상기 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고;

상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 하나 이상의 유동 특성을 수정하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 수정은 상기 차동 유량을 제로로 설정하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 계측 전자기기는 상기 제 1 유체 유량을 차동 제로 오프셋을 사용하여 결정하도록 더 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 계측 전자기기는 상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 더 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 계측 전자기기는 상기 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 더 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 계측 전자기기는 상기 제 1 및 제 2 유량이 실질적으로 동시에 발생하는 유량들을 나타내도록, 상기 제 1 유량에 적용된 그룹 지연을 사용하여 상기 차동 유량을 결정하도록 더 구성되어 있다.

다른 양태에 따르면, 제 1 진동계 및 상기 제 1 진동계와 유체 연통하는 제 2 진동계를 포함하는 유체 유동 시스템을 동작시키는 방법은,

상기 제 1 진동계로부터 제 1 센서 신호들을 수신하고, 상기 제 2 진동계로부터 제 2 센서 신호들을 수신하는 단계;

상기 제 1 및 제 2 센서 신호들에 기초하여 제 1 및 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하는 단계;

상기 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하는 단계;

상기 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하는 단계; 및

상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 상기 하나 이상의 유동 특성을 수정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 수정하는 단계는 상기 차동 유량을 제로로 설정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나는 차동 제로 오프셋을 사용하여 결정된다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 차동 유량을 결정하는 단계는, 상기 제 1 및 제 2 유량이 실질적으로 동시에 발생하는 유량들을 나타내도록, 상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나에 그룹 지연을 적용하는 단계를 포함한다.

도 1은 실시예에 따른 진동계를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 진동계의 계측 전자기기를 도시한다.
도 3은 실시예에 따른 유체 유동 시스템을 도시한다.
도 4는 질량 유량 대 시간의 그래프를 도시한다.
도 5는 공급 유량의 변경에 따른 질량 유량 대 시간의 그래프를 도시한다.
도 6은 다양한 그룹 지연이 있는 차동 유량 및 엔진 소모의 그래프를 도시한다.
도 7은 실시예에 따른 처리 루틴을 도시한다.

도 1 내지 도 7 및 하기의 설명은 진동계 시스템의 실시예들의 최선의 모드를 어떻게 구성하고 사용할 것인지를 당업자에게 교시하기 위한 구체적인 예들을 나타낸다. 발명의 원리들의 교시를 위해, 몇몇 종래의 양태는 간략화 또는 생략되어 있다. 당업자라면, 본 기재의 범위 내 속하는 이들 예로부터의 변형을 인식할 것이다. 당업자라면, 후술하는 특징구성들이 진동계 시스템의 다중 변형을 형성하기 위해 다양한 방식으로 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 결과적으로, 후술하는 실시예들은 후술하는 구체적인 예들에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위 및 그 등가물에 의해서만 한정된다.

도 1은 센서 어셈블리(10) 및 하나 이상의 계측 전자기기(20)를 포함하는 코리올리 유량계 형태의 진동계(5)의 일례를 도시한다. 계측 전자기기(20)는, 예컨대, 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 합계 질량 유동, 온도, 및 다른 정보와 같은 재료의 하나 이상의 유동 특성을 측정하기 위해 리드(100)들을 통해 센서 어셈블리(10)에 접속된다.

센서 어셈블리(10)는 한 쌍의 플랜지(101 및 101'), 매니폴드(102 및 102'), 및 도관(103A 및 103B)을 포함한다. 매니폴드(102, 102')는 도관(103A, 103B)의 대향하는 단부들에 부착된다. 본 실시예의 플랜지(101 및 101')는 매니폴드(102 및 102')에 부착된다. 본 실시예의 매니폴드(102 및 102')는 스페이서(106)의 대향 단부들에 부착된다. 스페이서(106)는 본 실시예에서는 매니폴드들(102 및 102') 사이에 간격을 유지해서 도관(103A 및 103B)의 원치 않는 진동을 방지한다. 도관(103A 및 103B)은 기본적으로 평행하게 매니폴드들로부터 외향으로 연장된다. 센서 어셈블리(10)가 유동 재료를 운반하는 파이프라인 시스템(도 3 참조)에 삽입되면, 재료는 플랜지(101)를 통해 센서 어셈블리(10)에 진입하고, 도관(103A 및 103B)에의 진입을 위해 재료의 총량이 안내되는 입구 매니폴드(102)를 통과하고, 도관(103A 및 103B)을 통해 유동하고 나서, 플랜지(101')를 통해 센서 어셈블리(10)를 나가게 되는 출구 매니폴드(102')로 복귀한다.

센서 어셈블리(10)는 드라이버(104)를 포함한다. 드라이버(104)는, 드라이버가 도관(103A, 103B)을 구동 모드로 진동시킬 수 있는 위치에서 도관(103A 및 103B)에 부착된다. 구체적으로, 드라이버(104)는 도관(103A)에 부착된 제 1 드라이버 구성요소(도시되지 않음) 및 도관(103B)에 부착된 제 2 드라이버 구성요소(도시되지 않음)를 포함한다. 드라이버(104)는 도관(103A)에 장착된 자석 및 도관(103B)에 장착된 대향 코일과 같이, 다수의 잘 알려진 배치구조 중 하나를 포함할 수 있다.

본 예에 있어서, 구동 모드는 제 1 이상(out of phase) 굽힘 모드이고, 도관(103A, 103B)은 바람직하게 선택되고 입구 매니폴드(102) 및 출구 매니폴드(102')에 적절히 장착되어, 제각기 굽힘 축선들(W-W 및 W'-W')을 중심으로 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트, 및 탄성 모듈을 갖는 평형 시스템을 제공한다. 본 예에 있어서, 구동 모드가 제 1 이상 굽힘 모드인 경우에, 도관(103A, 103B)은 그들 각각의 굽힘 축선(W-W 및 W'-W')을 중심으로 반대 방향으로 드라이버(104)에 의해 구동된다. 교류 형태의 구동 신호는, 예컨대 경로(110)를 통해 계측 전자기기(20)에 의해 제공되고, 양 도관(103A, 103B)을 요동시키도록 코일을 통과될 수 있다. 당업자라면, 본 실시예의 범위 내에서 다른 구동 모드들이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

센서 어셈블리(10)는 도관(103A, 103B)에 부착되는 한 쌍의 픽-오프 센서(105, 105')를 또한 포함한다. 구체적으로, 제 1 픽-오프 구성요소(도시되지 않음)는 도관(103A)에 위치되고, 제 2 픽-오프 구성요소(도시되지 않음)는 도관(103B)에 위치된다. 도시된 실시예에 있어서, 픽-오프 센서(105, 105')는 도관(103A, 103B)의 속도 및 위치를 나타내는 픽-오프 신호들을 생산하는, 예컨대 픽-오프 자석들 및 픽-오프 코일들인 전자기 검출기들일 수 있다. 예컨대, 픽-오프 센서(105, 105')는 경로(111, 111')를 통해 계측 전자기기(20)에 픽-오프 신호들을 공급할 수 있다. 당업자라면, 도관(103A, 103B)의 운동이 도관(103A, 103B)을 통해 유동하는 재료의 특정 유동 특성, 예컨대 질량 유량, 밀도, 체적 유량 등에 비례한다는 것을 인식할 것이다.

센서 어셈블리(10)가 이중 유동 도관 센서 어셈블리를 포함하는 것으로 상술되어 있지만, 본 실시예의 범위 내에서 단일 도관 센서 어셈블리를 구현해도 된다는 것을 인식해야 한다. 또한, 유동 도관(103A, 103B)이 곡선 유동 도관 형태를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 실시예는 직선 유동 도관 형태를 포함하는 센서 어셈블리로 구현될 수 있다. 따라서, 상술한 센서 어셈블리(10)의 특정 실시예는 단지 일례일 뿐이며, 본 실시예의 범위를 결코 제한하는 것이 아니다.

도 1에 도시된 실시예에 있어서, 계측 전자기기(20)는 픽-오프 센서(105, 105')로부터 픽-오프 신호들을 수신한다. 경로(26)는 계측 전자기기(20)가 조작자 또는 다른 계측 전자기기와 상호작용하는 것을 허용하는 입력 및 출력 수단을 제공한다(도 3 참조). 계측 전자기기(20)는 위상차, 주파수, 시간 지연, 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 합계 질량 유동, 온도, 미터 검증, 및 다른 정보와 같이, 시스템의 하나 이상의 특성을 측정한다. 구체적으로, 계측 전자기기(20)는 픽-오프 센서(105, 105') 및 하나 이상의 온도 센서(도시되지 않음)로부터 하나 이상의 신호를 수신하고, 이 정보를 사용해서 재료의 다양한 특성을 측정할 수 있다.

센서 어셈블리(10)는, 도관(103A, 103B) 내부의 유체 온도를 측정하기 위해, 저항 온도 디바이스(RTD)와 같은 온도 센서(107)를 추가로 포함할 수 있다. RTD는 리드(112)를 통해 계측 전자기기(20)와 전기 통신할 수 있다.

예컨대, 코리올리 유량계 또는 덴시토미터와 같은 진동계들이 유동 특성들을 측정하는 기술은 잘 이해될 것이기 때문에, 본 기재의 간결성을 위해 상세한 논의는 생략한다.

위에서 간략히 살펴본 바와 같이, 코리올리 유량계와 같은 진동계와 연관된 한 가지 문제점은 제로 유체 유동에서 픽-오프 센서(105, 105')의 측정된 시간 지연인 제로 오프셋이 존재한다는 점이다. 유량 및 다양한 다른 유동 특성의 계산에 제로 오프셋이 고려되지 않으면, 측정된 유동 특성은 통상적으로 측정에 있어서 에러를 포함하게 된다. 제로 오프셋을 보상하기 위한 통상적인 종래의 접근방법은, 일반적으로 밸브들의 폐쇄 및 제로 유동 기준 조건의 제공을 수반하는 초기 보정 프로세스 동안 초기 제로 오프셋(Δt₀)을 측정하는 것이다. 상기와 같은 보정 프로세스들은 일반적으로 본 기술분야에 공지되어 있으므로, 기재의 간결성을 위해 상세한 논의는 생략한다. 초기 제로 오프셋이 결정되면, 작동 중에, 유동 측정은 식 (1)에 따라 측정된 시간 지연으로부터 초기 제로 오프셋을 감산함으로써 수정된다.

식 (1)은 단지 예로서 제공된 것일 뿐, 본 실시예의 범위를 제한하려는 것이 아니라는 점을 인식해야 한다. 식 (1)이 질량 유량을 계산하기 위해 제공되어 있지만, 다양한 다른 유동 측정이 제로 오프셋에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 수정될 수도 있음을 인식해야 한다.

이 접근방법이 단일 센서 어셈블리 시스템에서의 적절한 결과를 제공할 수 있지만, 다수의 센서 어셈블리가 연속으로 포함되는 몇몇 상황이 존재한다. 예컨대, 상술한 국제 공보 WO/2011/019344호에 설명되어 있는 바와 같이, 몇몇 상황은 어느 하나의 개별 센서 어셈블리에 의해 결정된 절대 유량보다 2개 이상의 센서 어셈블리에 의해 결정된 2개의 측정 유량간의 차이(차동 유량)와 더 관련된다. 상기와 같은 상황들에서는, 2개의 미터를 통한 유동이 동등할 때, 하나의 진동계는 기준 미터를 포함할 수 있으며, 다른 진동계는 실질적으로 동등한 질량 유량을 제공하도록 보정된다.

2개의 미터가 동등한 조건하에서 동등한 측정을 생산하도록 구성되기 때문에, 미터들의 절대 제로 오프셋은 단일 미터 시스템에서만큼 중요하지는 않다. 따라서, 실시예에 따르면, 계측 전자기기(20) 또는 하나 이상의 계측 전자기기는 2개 이상의 센서 어셈블리간의 차동 제로 오프셋을 발생시키도록 구성될 수 있다. 차동 제로 오프셋은 2개 이상의 센서 어셈블리간의 차동 에러와 결합된 센서 어셈블리의 초기 제로 오프셋을 포함할 수 있다. 차동 제로 오프셋은 보정되는 센서 및 기준 센서를 통해 실질적으로 동등한 유량을 발생시키기 위해 필요해질 수 있다. 즉, 상기 식 (1)을 참조하면, 동일한 유체 유량이, 보정되는 센서 및 기준 센서를 통해 유동하는 경우에는, 2개의 센서는 식 (1)을 사용하여 센서마다 2개의 질량 유량을 발생시킬 수 있다. 기준 센서의 질량 유량이, 보정되는 센서 어셈블리의 질량 유량과 동등한 것으로 추정되면, 보정되는 센서의 차동 제로 오프셋이 계산될 수 있다. 이 새로운 오프셋이 기본적으로 차동 오프셋이며, 식 (2) 및 식 (3)에 도시된다.

식 (3)은 보정되는 센서의 제로 오프셋과 차동 에러를 결합함으로써 더 줄여질 수 있다. 그 결과가 식 (4)에 도시되는 차동 제로 오프셋을 규정하는 식이다.

따라서, '344호 공보에 설명된 바와 같이, 차동 제로 오프셋은 실질적으로 동일한 유동을 측정하는 2개 이상의 센서 어셈블리간의 측정된 유동 특성들에 있어서의 차이를 설명할 수 있다. 식 (1)을 풀기 위해 보정된 센서에서 초기 제로 오프셋보다는 오히려 차동 제로 오프셋이 사용될 경우에, 센서 쌍의 차동 측정 성능은 현격하게 향상될 수 있다. 차동 제로 오프셋은, 예컨대 계측 전자기기(20)에 저장될 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 계측 전자기기(20)를 도시한다. 계측 전자기기(20)는 인터페이스(201) 및 처리 시스템(203)을 포함할 수 있다. 처리 시스템(203)은 저장 시스템(204)을 포함할 수 있다. 저장 시스템(204)은 도시된 바와 같이 내부 메모리를 포함할 수 있거나, 또는 대안으로서, 외부 메모리를 포함할 수 있다. 계측 전자기기(20)는 구동 신호(211)를 발생시키고, 구동 신호(211)를 드라이버(104)에 공급할 수 있다. 또한, 계측 전자기기(20)는 아래에 나타낸 유량계(10) 및/또는 센서 어셈블리(10')로부터 픽-오프 센서 신호들과 같은 센서 신호(210)들을 수신할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 센서 신호(210)들은 드라이버(104)로부터 수신될 수 있다. 계측 전자기기(20)는 덴시토미터로서 동작할 수 있거나, 또는 코리올리 질량 유량계로서 동작하는 것을 포함하여 질량 유량계로서 동작할 수 있다. 계측 전자기기(20)는 몇몇 다른 타입의 진동계로서 동작할 수도 있으며, 제공된 특정 예들은 본 실시예의 범위를 제한하려는 것이 아님을 인식해야 한다. 계측 전자기기(20)는 도관(103A, 103B)을 통해 유동하는 재료의 하나 이상의 유동 특성을 발생시키기 위해 센서 신호(210)들을 처리할 수 있다. 하나 이상의 유동 특성은 저장된 차동 제로 오프셋(213)을 사용하여 발생될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 계측 전자기기(20)는, 예컨대 하나 이상의 저항 온도 디바이스(RTD) 센서 또는 다른 온도 측정 디바이스로부터 온도 신호(212)를 수신할 수 있다.

인터페이스(201)는 드라이버(104) 또는 픽-오프 센서(105, 105')로부터 리드(110, 111, 111')를 통해 센서 신호(210)들을 수신할 수 있다. 인터페이스(201)는 임의의 방식의 포맷팅, 증폭, 버퍼링 등과 같이, 임의의 필요한 또는 원하는 신호 조정을 수행할 수 있다. 대안으로서, 신호 조정의 일부 또는 전부는 처리 시스템(203)에서 수행될 수 있다. 또한, 인터페이스(201)는 계측 전자기기(20)와 외부 장치간의 통신을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스(201)는 전자, 광학, 또는 무선 통신의 어느 방식으로 가능할 수 있다.

일 실시예에 있어서의 인터페이스(201)는 디지타이저(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 여기서의 센서 신호는 아날로그 센서 신호를 포함한다. 디지타이저는 아날로그 센서 신호를 샘플링 및 디지털화해서, 디지털 센서 신호를 생산할 수 있다. 디지타이저는 임의의 필요한 데시메이션(decimation; 재샘플링)을 수행할 수도 있으며, 여기서의 디지털 센서 신호는 필요한 신호 처리량을 줄이기 위해, 또한 처리 시간을 줄이기 위해 데시메이트된다.

처리 시스템(203)은 계측 전자기기(20)의 작업들을 수행하고, 유량계(10)로부터 유동 측정을 처리할 수 있다. 처리 시스템(203)은 센서의 제로 오프셋에서의 드리프트(drift)가 보상되는 하나 이상의 유동 특성을 생산하기 위해 차동 오프셋 결정 루틴(213)과 같은 하나 이상의 처리 루틴을 실행할 수 있으며, 그에 따라 유동 측정을 처리할 수 있다.

처리 시스템(203)은 범용 컴퓨터, 마이크로프로세싱 시스템, 논리 회로, 또는 몇몇 다른 범용 또는 주문형 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 처리 시스템(203)은 다중 처리 디바이스들 사이에 분포될 수 있다. 처리 시스템(203)은 저장 시스템(204)과 같은 통합형 또는 독립형 전자 저장 매체의 임의의 방식을 포함할 수 있다.

계측 전자기기(20)가 본 기술분야에 일반적으로 공지되어 있는 다양한 다른 구성요소 및 기능을 포함할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 그 추가적인 특징구성들은 간략화를 위해 본 기재 및 도면에서는 생략되어 있다. 따라서, 본 실시예는 도시 및 설명된 구체적인 형태에 제한되지 않아야 한다.

상술한 진동계가 단일 진동계 시스템으로서 구현될 수 있지만, 다중 진동계를 연속으로 이용하는 다수의 적용분야가 존재한다. 이들 다수의 적용분야에 있어서, 개개의 센서 어셈블리 각각에 의해 측정된 절대 유량은 특별히 주목되지 않으며, 오히려 다양한 센서 어셈블리에 의해 측정된 유량들간의 차이, 즉 차동 유량이 유저 또는 조작자가 주목하는 주된 유동 특성이다. 상기와 같은 상황의 2가지 공통적인 예는 연료 소모 측정 및 누설 검출 측정의 적용분야에 있다. 연료 소모 적용분야가 도 3에 도시되지만, 도면은 다수의 센서 어셈블리가 연속으로 구현되고 적어도 2개의 센서 어셈블리간의 측정 차이가 주목받는 누설 검출 시스템과 같은 다른 상황에도 동등하게 적용 가능하다.

도 3은 실시예에 따른 유체 유동 시스템(300)의 블록도이다. 유체 유동 시스템(300)이 통상의 연료 소모 시스템으로서 도시되어 있지만, 연료는 단지 하나의 예시적인 유체일 뿐이며, 유체 유동 시스템(300)은 다른 유체에도 동등하게 적용 가능하다는 점을 인식해야 한다. 따라서, 연료의 사용은 본 실시예의 범위를 제한하는 것이 아니다.

유체 유동 시스템(300)은 연료 공급부(301), 파이프라인(302), 파이프라인(302) 내에 위치된 제 1 센서 어셈블리(10), 연료 출구(304), 및 파이프라인(302) 내에 위치된 제 2 센서 어셈블리(10')를 포함한다. 따라서, 파이프라인(302)은 제 1 및 제 2 센서 어셈블리(10, 10') 사이에 유체 연통로를 제공한다. 제 2 센서 어셈블리(10')는 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 센서 어셈블리(10)와 유사한 센서 어셈블리를 포함할 수 있다. 통상적으로, 엔진 또는 다른 연료 소모 장치는 제 1 및 제 2 센서 어셈블리(10, 10') 사이에서 연료 출구(304)에 위치되게 되지만, 도면의 복잡성을 줄이기 위해 해당 도면에서는 장치가 생략되어 있다.

또한, 도 3에는, 리드(100, 100')를 통해 상응하는 센서 어셈블리(10, 10')와 전기 통신하는 제 1 및 제 2 계측 전자기기(20, 20')가 도시된다. 부가적으로, 제 1 계측 전자기기(20)는 리드(26)를 통해 제 2 계측 전자기기(20')와 전기 통신한다. 따라서, 제 2 계측 전자기기(20')는 양 센서 어셈블리(10, 10')로부터 센서 신호들을 수신할 수 있다. 대안으로서, 제 1 계측 전자기기(20)는 제 1 센서 어셈블리(10)로부터의 센서 신호들을 처리하고, 측정된 유동 특성들을 제 2 계측 전자기기(20')에 제공할 수 있다. 제 2 계측 전자기기(20')는 리드(26')를 통해 시스템 컨트롤러(310)와 전기 통신하는 것으로 도시된다. 시스템 컨트롤러(310)는 정보를 호스트 시스템(도시되지 않음)에 출력할 수 있다. 따라서, 시스템 컨트롤러(310)는, 계측 전자기기(20, 20') 모두로부터 수신된 신호들을 처리할 수 있는, 중앙 집중 처리 시스템, 범용 컴퓨터, 또는 몇몇 다른 타입의 범용 또는 주문형 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 시스템 컨트롤러(310)는 진동계(5, 5')의 일부를 포함하는 것이 아니라, 오히려 진동계(5, 5')로부터의 신호들을 처리하도록 구성될 수 있다. 시스템 컨트롤러(310)는 유저 인터페이스(도시되지 않음)와 전기 통신하는 것으로 될 수도 있다. 이는 유저가 시스템 컨트롤러(310)를 유저의 기호 또는 요망에 따라 구성하는 것을 허용할 수 있다.

다른 실시예들에 있어서, 양 센서 어셈블리(10, 10')는 동일한 계측 전자기기에 직접 결합될 수 있다. 대안으로서, 양 계측 전자기기(20, 20')는 시스템 컨트롤러(310)에 결합될 수 있다. 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')는 코리올리 유량계를 포함한다. 그러나, 진동계들은 코리올리 유량계들의 측정 능력이 결여된 다른 타입의 진동 센서들을 포함할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 코리올리 유량계에 제한되지 않아야 한다.

사용 중, 연료와 같은 유체는 파이프라인(302)을 통해 제 1 센서 어셈블리(10)에 공급될 수 있다. 제 1 진동 센서(5)는 상술한 바와 같이, 제 1 유체 유량을 포함하여, 다양한 유동 특성을 계산할 수 있다. 이후, 연료는 제 1 센서 어셈블리(10)를 나가고 나서, 연료 소모 장치를 향해 연료 출구(304) 또는 제 2 진동계(5')로 유동한다. 예컨대, 엔진이 가동해서 연료를 소모하는 경우와 같이, 연료가 연료 출구(304)로부터 취출되면, 엔진이 공급된 연료를 모두 연소시키는 것은 아니기 때문에, 제 1 센서 어셈블리(10)를 나가는 연료의 일부만이 제 2 센서 어셈블리(10')로 유동하게 된다. 제 2 진동계(5')는 제 2 유체 유량을 포함하여 다양한 유동 특성을 계산할 수 있다. 엔진이 가동해서 연료를 소모하면, 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')에 의해 측정된 제 1 및 제 2 유량은, 식 (5)에 의해 규정된 바와 같이, 차동 유량에 있어서 상이한 결과로 되게 된다.

식 (5)가 질량 유량에 관하여 제공되어 있지만, 당업자라면, 체적 유량에 대해서도 유사한 식이 어떻게 전개될 수 있는지를 쉽게 인식할 것이다. 차동 유량은 본질적으로 엔진에 의해 소모되는 연료의 양과 동등하기 때문에, 연료 소모 목적상, 유량에 주목한다.

미사용 연료는 제 2 센서 어셈블리(10')를 통해 유동해서, 도시된 바와 같이 연료 공급부(301)로 환류될 수 있다. 유체 유동 시스템(300)은 1개의 연료 출구(304) 및 2개의 진동계(5, 5')만을 도시하고 있지만, 일부 실시예에 있어서는, 다수의 연료 출구 및 그에 따라 2개 이상의 진동계가 존재할 수 있음을 인식해야 한다.

'344호 출원에 기술된 바와 같이, 연료 출구(304)를 나가는 연료의 유량(유체 소모)은 통상적으로 대형화된 센서 어셈블리(10, 10')를 초래하는 공급 및 환류 도관(302, 306) 내의 유량보다 현저히 작다. 개별 미터 각각의 제로 오프셋에 있어서의 작은 드리프트조차 전체 시스템에 악영향을 미칠 수 있다는 점을 쉽게 이해할 수 있다. 그러나, 두 유량에 있어서의 차이가 주목하고 있는 값이기 때문에, 개별 진동계(5, 5')의 절대 제로 오프셋은 측정의 수정에 필요하지 않다. 오히려, 제 1 진동계(5)의 초기에 보정된 제로 오프셋이 사용될 수 있고, 앞서 규정되어 있으며 '344호 출원에서 보다 상세히 설명되어 있는 차동 제로 오프셋이 제 2 진동계(5')에 대하여 보정될 수 있다. 제 2 진동계(5')가 제 1 진동계(5)의 하류에 도시되어 있지만, 본 실시예의 범위 내에서 순서를 전환할 수 있다. 예로서, 제 2 진동계(5')가 제 1 진동계(5)에 대한 기준이 될 수 있다. 그러나, 기준 미터로서 사용된 특정 미터가 중요한 것은 아니다. 따라서, 제로 오프셋이 차동 제로 오프셋을 포함하는 실시예들에 있어서는, 진동계들 중 하나가 기준 미터로 고려될 수 있으며, 다른 진동계의 제로 오프셋은 기준 미터에 합치하도록 보정된다. 따라서, 차동 제로 오프셋은 상기 식 (4)를 사용해서 계산될 수 있다.

차동 제로 오프셋을 사용하는 것에 의해 차동 유동 측정에 있어서의 개량을 이룰 수 있지만, 2개의 미터가 동일한 유동을 측정하고 있을 경우에, 때로는 제로화(zeroing) 작업들 사이에 발생할 수 있는 작은 차이들이 여전히 존재할 수 있다. 차이들은 보통 작지만, 시간의 경과에 따라 합쳐질 때에는 차이가 현저해질 수 있다. 예컨대, 시스템을 통해 여전히 연료가 유동하고 있는 상태에서, 장기간 동안 엔진이 꺼지면, 제 1 및 제 2 미터(5, 5')로부터의 두 유량간의 합계 차동 유량은 심각한 에러로 누적될 수 있다. 상기와 같은 상황 동안, 제 2 진동계(5')가 제 1 진동계(5)에 의해 측정된 유량보다 적은 유량을 측정하면, 유저 또는 조작자는 시스템에 누설이 있다고 추정할 수 있다. 반대로, 제 2 진동계(5')가 제 1 진동계(5)에 의해 측정된 유량보다 큰 유량을 측정하면, 시스템은 기본적으로 엔진이 명확하게 진짜 연료가 아닐 수 있는 연료를 발생시키고 있다고 가정한다.

도 4는 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')로부터 취해진 예시적인 유량 측정의 그래프를 도시한다. 0시와 대략 12시 사이에, 유체 유동 시스템(300)을 통과하는 유량은 대략 2,600 kg/hr이다. 그러나, 대략 12시에, 엔진을 켜고 연료가 연료 출구(304)를 나감으로써 소모되기 시작한다. 그 결과, 제 1 진동계(5)에 의해 측정되는 도 4에서 선(405)으로 도시된 적절한 연료가 엔진에 공급되는 것을 보장하기 위해, 공급된 연료는 대략 2,750 kg/hr까지 약간 증가된다. 그러나, 제 2 진동계(5')는 선(405')에 의해 도시된 바와 같이 대략 1,850 kg/hr의 질량 유량을 측정한다. 따라서, 계측 전자기기(20') 또는 시스템 컨트롤러(310)는 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')에 의해 측정된 유량들에 있어서의 차이, 즉 제 1 및 제 2 진동계(5, 5') 사이의 차동 유량이 대략 900 kg/hr라고 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이 차동 유량은 연료 소모 적용분야에서 주목하는 값이다.

도 4는 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')에 의해 측정된 질량 유량이 실질적으로 동등해지는 대략 18시에 엔진이 정지하는 것을 또한 도시한다. 실시예에 따르면, 계측 전자기기(20')는, 엔진이 정지하고, 그에 따라 연료를 소모하고 있지 않은 상태에서 측정된 차동 유량이 수정되는 것을 보장할 수 있다. 실시예에 따르면, 예컨대 계측 전자기기(20')는 결정된 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교할 수 있다. 결정된 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적은 경우에는, 시스템 컨트롤러(310) 또는 계측 전자기기(20')는 유체 유동 시스템(300)의 하나 이상의 유동 특성을 수정할 수 있다.

실시예에 따르면, 수정은 차동 유량이 제로임을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 제 2 진동계(5')에 의해 결정된 제 2 유량을 제 1 진동계(5)에 의해 결정된 제 1 유량과 동등하게 설정함으로써, 차동 유량이 제로로 설정될 수 있다. 즉, 계측 전자기기(20') 또는 시스템 컨트롤러(310)는, 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')에 의해 결정된 유량들이 동등하지 않더라도, 제로의 차동 유량을 출력할 수 있다. 이는 종래의 단일 미터 시스템들에 공지된 바와 같이 낮은 유동 컷오프 값과 유사하다. 그러나, 각각의 진동계(5, 5')가 여전히 센서 어셈블리(10, 10')를 통한 상당한 유체 유동을 갖고 있기 때문에, 낮은 유동 컷오프 값은 유체 유동 시스템(300)의 일부 실시예들에서는 사용될 수 없다. 따라서, 낮은 유동 컷오프를 이용하기보다는, 차동 유량이 임계값 또는 대역(값들의 범위)과 비교될 수 있다. 임계값 또는 대역은 차동 유량을 포함할 수 있으며, 그것을 하회하는 결정된 차동 유량은 실제 차동 유동보다는 에러에 기인한다. 임계값 또는 대역에 사용된 특정 값들은 일반적으로 유체 유동 시스템(300)의 특정 환경에 의존하게 된다. 예컨대, 통상의 차동 유량 값은 정상 사용 동안의 것을 포함한다. 바람직하게는, 임계값 또는 대역은, 엔진이 연료를 소모하고 있을 때 결정된 임계 유량들이 임계값 또는 대역을 하회하지 않게 되는 통상의 차동 유량로부터 충분히 멀어지게 된다.

다른 실시예에 따르면, 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하는 것을 결정할 때 수행된 수정은 새로운 차동 제로 오프셋을 결정함으로써 차동 유량을 제로로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하면, 결정된 차동 유량은 앞서 결정된 바와 같은 차동 제로 오프셋에서의 변화에 기인할 수 있다. 그 결과, 예컨대 계측 전자기기(20')는, 진동계(5, 5')를 통한 유량이, 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하고 새로운 차동 제로 오프셋이 결정될 수 있을 때와 실질적으로 동등하다고 추정할 수 있다. 실시예에 따르면, 새로운 차동 제로 오프셋은 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하는 임의의 시간에 결정될 수 있다. 대안으로서, 새로운 차동 제로 오프셋은 미리 정해진 양의 시간 동안 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하는 임의의 시간에 결정될 수 있다. 새로운 차동 제로 오프셋은, 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 임계값 또는 대역을 하회할 때 및 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')를 통한 유량이 실질적으로 일정할 때, 결정될 수 있다. 이는 맥동 유동 중에 새로운 차동 제로 오프셋이 결정되는 것을 방지할 수 있다. 다른 대안적인 실시예에 있어서, 새로운 제로 오프셋은 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하는 상태에서 유저가 새로운 제로화 루틴을 개시하는 경우에 결정될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적다고 결정할 때의 하나 이상의 유동 특성의 수정은 유량 이외의 유동 특성에 대한 수정을 포함할 수 있다. 예컨대, 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적으면, 실질적으로 동일한 유체가 양 센서 어셈블리(10, 10')를 통해 유동하고 있다. 따라서, 실질적으로 온도가 일정하다고 가정하면, 밀도, 점도, 체적 유량 등의 유동 특성들은 실질적으로 동등해야 한다. 따라서, 임계값 또는 대역을 하회하는 차동 유량에 의하면, 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')에 의해 결정된 다양한 유동 특성들은 결정된 특성들이 실질적으로 동등한 것을 보장하도록 서로 비교될 수 있다. 특성들이 동등하지 않거나 또는 서로의 임계 한도 이내이면, 계측 전자기기(20, 20') 또는 시스템 컨트롤러(310)는, 2개의 진동계가 다양한 유동 특성에 대한 실질적으로 동등한 값들을 계산하도록, 진동계(5, 5') 중 하나 또는 둘 모두를 재보정할 수 있다. 대안으로서, 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적을 때 다양한 유동 특성들이 임계 한도 이내에 실질적으로 합치하지 않을 경우에는, 상기 수정은 에러 메시지의 보고를 포함할 수 있다. 당업자라면, 온도가 엔진 또는 다른 유체 소모 장치 내측에서 급격하게 변화될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')를 통해 유동하는 밀도 및/또는 점도는 유량이 실질적으로 동일할 경우에도 유체의 온도 변화로 인해 상이할 수 있다. 따라서, 유체의 온도가 제 1 및 제 2 진동계(5, 5') 내에서 상이하면, 상응하는 수정이 필요해질 수 있다. 예컨대, 유량들이 질량 유량로서 측정되면, 체적 유량은 표준 온도에서 밀도를 사용하여 변환함으로써 얻어질 수 있다.

제 1 및 제 2 진동계(5, 5') 사이에서 경시적으로 발생할 수 있는 차동 제로 오프셋의 변화 외에, 다중 미터 시스템과 연관된 다른 문제점은 2개 이상의 진동계 사이에서 신호들이 전송될 때 발생할 수 있는 지연이다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 계측 전자기기(20)는 리드(26)를 통해 제 2 계측 전자기기(20')와 전기 통신한다. 리드(26)가 다양한 여러 통신 프로토콜을 포함할 수 있지만, 유량계 산업에서 특히 보편적인 하나의 통신 프로토콜은 Hart® 프로토콜이다. 본 기술분야에 일반적으로 공지되어 있는 바와 같이, Hart® 프로토콜은 종종 측정에 영향을 미칠 수 있는 신호가 송신되는 시간과 신호가 수신되는 시간 사이에 지연이 존재한다.

예로서, 실시예에 따르면, 제 2 계측 전자기기(20')는 제 1 계측 전자기기(20)로부터 측정 신호들을 얻을 수 있다. 그러나, 제 2 계측 전자기기(20')가 수신한 측정 신호들은 제 1 계측 전자기기(20)가 센서 어셈블리(10)로부터 센서 신호들을 초기에 수신한 시간에서 소정의 간격만큼 지연될 수 있다. 예컨대, 제 2 계측 전자기기(20')는 센서 어셈블리(10)로부터 0.5초 앞서 취한 센서 신호들에 기초하여 측정 신호들을 수신할 수 있다. 지연은 처리 지연 또는 샘플링 지연에 기인할 수 있다. 측정 신호들을 수신하면, 차동 유량을 결정하기 위해 제 2 계측 전자기기(20')는 제 1 진동계(5)로부터 얻은 제 1 유량을 제 2 센서 어셈블리(10')로부터 수신한 센서 신호들에 기초하여 결정된 제 2 유량과 비교할 수 있다. 이 샘플링 시간 동안 유량이 실질적으로 일정하게 유지되는 한, 수용 가능한 차동 유량이 결정될 수 있다. 그러나, 샘플링 시간들 사이에서 유량이 변화하면, 제 2 센서 어셈블리(10')로부터의 센서 신호들은 제 1 진동계(5)로부터 수신된 잘못된 유량과 비교될 수 있고, 즉 제 2 계측 전자기기(20')는 상이한 시간들에 취해진 2개의 상이한 유량에 기초하여 얻어진 측정들을 비교하게 된다. 이 문제점은 도 5에 도시된다.

도 5는 질량 유동 대 시간의 그래프를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 연료 공급부(301)로부터 공급된 질량 유동은 시간 경과에 따라 변경된다. 부가적으로, 엔진으로의 질량 유동은, 예컨대 엔진의 시동 및 정지에 기인하여 변경된다. 연료 소모가 변경됨에 따라, 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')로부터의 제 1 및 제 2 측정 유량에 기초하여 결정되는 측정 차동 유량도 변화된다. 그러나, 연료 소모의 변경에 기인한 차동 유량의 변화 외에, 그래프는 연료 공급의 변경에 따라, 결정된 차동 유량의 다양한 순간적인 스파이크(spike)(501)들을 도시한다. 스파이크들은 연료 소모율에 대한 변화 없이 발생한다. 결정된 차동 유량에서의 스파이크(501)들은 샘플링 시간들 사이에서 공급 유량이 갑자기 변화될 때 발생하는 처리 지연에 기인한다. 이는 상이한 시간들에 취해진 센서 신호들을 사용하여 차동 유량이 결정되게 한다. 처리 지연을 극복하기 위해, 제 2 센서 어셈블리(10')로부터의 센서 신호들에 지연이 더해질 수 있다. 소위 "그룹 지연(group delay)"은, 차후의 시점에 제 1 계측 전자기기(20)로부터 측정 신호들이 수신되더라도, 제 1 센서 어셈블리(10)로부터 센서 신호들이 수신되는 시간을 보다 양호하게 합치시키기 위해 제 2 센서 어셈블리(10')로부터 센서 신호들이 수신되는 시간에 더해질 수 있다.

도 6은 제 2 센서 어셈블리(10')로부터 수신된 센서 신호들에 다양한 그룹 지연들이 적용되어 있는, 질량 유량 대 시간의 그래프를 도시한다. 별도의 유량계(도시되지 않음)에 의해 결정되는 엔진 소모는 제 1 및 제 2 센서 어셈블리(10, 10')로부터 수신된 센서 신호들에 기초하여 결정되는 차동 유량과 비교된다. 최우측에 도시된 바와 같이, 측정에 그룹 지연이 적용되지 않으면, 엔진 소모가 급속하게 증가 또는 감소될 때, 결정된 차동 유량에서 큰 스파이크들이 확인된다. 반대로, 제 2 센서 어셈블리(10')로부터의 센서 신호들에 그룹 지연이 적용되면, 스파이크들이 대폭 감소됨으로써, 결정된 차동 유량이 향상된다. Hart® 프로토콜에 대해서는, 그룹 지연이 대략 650ms 내지 700ms이지만, 센서 신호들에 적용된 특정 그룹 지연은 적용분야에 따라 다를 수 있다. 따라서, 예시된 특정 값들은 결코 본 실시예의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

본 실시예는 제 1 계측 전자기기(20)로부터 제 2 계측 전자기기(20')까지 측정 신호들을 전송하는 것에 의해 야기된 처리 지연에 기인하여 제 2 센서 어셈블리(10')로부터 수신된 센서 신호들에 적용되는 그룹 지연을 구현한다. 그룹 지연은 제 1 센서 어셈블리(10)로부터 수신된 센서 신호들에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 필요한 특정 그룹 지연은 사용된 특정 통신 프로토콜에 의존할 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 그룹 지연은 단일의 계측 전자기기가 양 센서 어셈블리(10, 10')로부터 센서 신호들을 수신하는 실시예들에서 필요해질 수도 있다. 부가적으로, 당업자라면, 추가의 처리를 위해 측정 신호들이 제 1 및 제 2 계측 전자기기(20, 20')로부터 시스템 컨트롤러(310)에 전송되는 실시예들, 예컨대 시스템 컨트롤러(310)가 차동 유동 계산을 수행하는 실시예들에서도 그룹 지연이 필요해질 수 있음을 쉽게 인식할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 처리 루틴(700)을 도시한다. 처리 루틴(700)은, 예컨대 계측 전자기기들 중 하나(20 또는 20')에 저장되어, 그것에 의해 수행될 수 있다. 대안으로서, 처리 루틴(700)은 시스템 컨트롤러(310)에 저장되어, 그것에 의해 수행될 수 있다. 처리 루틴(700)은 허위 차동 유동량들이 보고되어 합쳐지는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 처리 루틴(700)은 보정된 진동 센서의 차동 제로 오프셋을 갱신하기 위해 사용될 수도 있다.

처리 루틴은 제 1 센서 신호들이 제 1 센서 어셈블리(10)로부터 수신되고 제 2 센서 신호들이 제 2 센서 어셈블리(10')로부터 수신되는 스텝(701)에서 시작한다.

스텝(702)에서, 제 1 및 제 2 센서 신호들에 기초하여 제 1 및 제 2 유동 특성이 결정된다. 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 유동 특성은 제 1 및 제 2 유량을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나는 상술한 바와 같이 차동 제로 오프셋을 사용하여 결정될 수 있다. 제 1 및 제 2 유량은 질량 유량을 포함할 수 있다. 대안으로서, 제 1 및 제 2 유량은 체적 유량을 포함할 수 있다.

스텝(703)에서, 제 1 및 제 2 유동 특성에 기초하여 차동 유량이 결정된다. 실시예에 따르면, 차동 유량은, 실질적으로 동시에 취해진 제 1 및 제 2 유량을 사용하여 차동 유량이 결정되도록, 제 2 유량에 적용된 그룹 지연을 사용하여 결정될 수 있다.

스텝(704)에서, 차동 유량이 임계값 또는 대역과 비교된다. 임계값 또는 대역은 제조자에 의해 미리 정해질 수 있다. 대안으로서, 임계값 또는 대역은, 예컨대 유저에 의해 선택될 수 있다. 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적으면, 스텝(705)에서 계측 전자기기(20')는 제 1 또는 제 2 진동계(5, 5')의 하나 이상의 유동 특성을 수정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 차동 유량은 다양한 이유로 임계값 또는 대역을 하회할 수 있다. 상술한 연료 소모 적용분야에 있어서, 차동 유량은 엔진 정지시에는 임계값 또는 대역을 하회할 수 있다.

상술한 바와 같이, 수정은 제로의 차동 유량을 출력하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 수정은 새로운 차동 제로 오프셋을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 새로운 차동 제로 오프셋은 실질적으로 동등한 제 1 및 제 2 유량을 생성하기 위해 계산될 수 있다. 이후, 새로운 차동 제로 오프셋은 후속 측정들에 대하여 사용될 수 있다. 수정은 에러 메시지를 출력하는 것, 또는, 예컨대 결정된 밀도 또는 온도와 같은 다른 유동 특성들을 수정하는 것을 포함할 수도 있다. 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적지 않으면, 처리 루틴은 스텝(701)으로 복귀하거나 또는 종료될 수 있다.

상술한 실시예들은 다수의 진동계를 이용하는 유체 유동 시스템의 하나 이상의 유동 특성을 수정하는 장치 및 방법을 제공한다. 실시예들은 허위 차동 유량이 합쳐지거나 및/또는 실제 유동으로서 보고되는 것을 방지하는 방법을 제공한다. 오히려, 2개 이상의 진동계에 의해 결정되는 차동 유량이 임계값 또는 대역을 하회하면, 차동 유량은 제로로 설정될 수 있다. 차동 유량은 간단히 제로로 설정되어 출력될 수 있거나, 또는 제 1 및 제 2 유량이 동등해지도록 새로운 차동 제로 오프셋이 계산됨으로써, 차동 유량을 효율적으로 제로로 설정할 수 있다. 부가적으로, 상술한 실시예들은 시스템을 통한 유량이 변화되는 경우에 차동 유량에 영향을 미칠 수 있는 신호 처리 또는 신호 샘플링에 기인하는 지연을 설명할 수 있다.

상기 실시예들의 상세한 기재는 본 기재의 범위 내로 되는 발명자들에 의해 고려된 모든 실시예들을 전부 기재한 것은 아니다. 실제로는, 당업자라면, 상술한 실시예들의 특정 요소들이 다양하게 결합 또는 배제되어 추가의 실시예들을 이룰 수도 있으며, 상기와 같은 추가의 실시예들은 본 기재의 범위 및 교시에 포함된다는 것을 인식할 것이다. 또한, 상술한 실시예들이 전체적으로 또는 부분적으로 결합되어 본 기재의 범위 및 교시 내에서 추가의 실시예들을 이룰 수 있음이 당업자에게는 자명할 것이다.

따라서, 유체 유동 시스템의 구체적인 실시예들 및 예들이 예시 목적으로 여기에 기재되어 있지만, 당업자들이 인식하고 있는 바와 같이, 본 기재의 범위 내에서 다양한 동등한 변경이 가능하다. 여기에 제공된 교시들은, 상술한 및 첨부도면에 도시된 실시예들 뿐만 아니라, 다른 유동 시스템들에 적용될 수 있다. 따라서, 발명의 범위는 하기의 특허청구범위로부터 결정되어야 한다.

Claims (18)

1. 유체 유동 시스템(300)으로서,
   유동 유체를 가진 파이프라인(302);
   상기 파이프라인(302) 내부에 위치되어 제 1 유량(flow rate)을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 1 센서 어셈블리(10)를 포함하는 제 1 진동계(vibrating meter)(5);
   상기 파이프라인(302) 내부에 위치되어 상기 제 1 센서 어셈블리(10)와 유체 연통하고 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하도록 구성된 제 2 센서 어셈블리(10')를 포함하는 제 2 진동계(5'); 및
   시스템 컨트롤러(310);를 포함하며,
   상기 시스템 컨트롤러(310)는,
   상기 제 1 및 제 2 진동계(5, 5')와 전기 통신하며, 그리고,
   상기 제 1 및 제 2 유량을 수신하고,
   상기 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량(differential flow rate)을 결정하고,
   상기 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고,
   상기 차동 유량이 임계값 또는 대역보다 적으면 하나 이상의 유동 특성을 수정하고, 그리고,
   상기 제 1 및 제 2 유량이 동시에 발생하는 유량들을 나타내도록, 상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나에 그룹 지연(group delay)을 적용하도록, 구성되는
   유체 유동 시스템(300).
   
2. [청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]

   제 1 항에 있어서,
   상기 수정은 상기 차동 유량을 제로(zero)로 설정하는 것을 포함하는
   유체 유동 시스템(300).
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나는 차동 제로 오프셋(differential zero offset)을 사용하여 결정되는
   유체 유동 시스템(300).
   
4. [청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]

   제 3 항에 있어서,
   상기 시스템 컨트롤러(310)는 상기 차동 유량이 상기 임계값보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 추가로 구성되는
   유체 유동 시스템(300).
   
5. [청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]

   제 3 항에 있어서,
   상기 시스템 컨트롤러(310)는 상기 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 임계값보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 추가로 구성되는
   유체 유동 시스템(300).
   
6. 계측 전자기기(meter electronics)(20')와 전기 통신하는 진동계(5)의 제 2 센서 어셈블리(10)와 유체 연통되며 파이프라인(302) 내부에 위치되는, 제 1 센서 어셈블리(10')용 계측 전자기기(20')로서,
   상기 제 1 센서 어셈블리(10')로부터 센서 신호들을 수신해서, 제 1 유체 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하고;
   제 2 진동계(5)로부터 제 2 유체 유량을 수신하고;
   상기 제 1 및 제 2 유체 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하고;
   상기 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하고;
   상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 하나 이상의 유동 특성을 수정하고; 그리고,
   상기 제 1 및 제 2 유량이 동시에 발생하는 유량들을 나타내도록, 상기 제 1 유량에 적용된 그룹 지연을 사용하여 상기 차동 유량을 결정하도록 구성되는,
   계측 전자기기(20').
   
7. [청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]

   제 6 항에 있어서,
   상기 수정은 상기 차동 유량을 제로로 설정하는 것을 포함하는
   계측 전자기기(20').
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 유체 유량을 차동 제로 오프셋을 사용하여 결정하도록 추가로 구성되는
   계측 전자기기(20').
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 추가로 구성되는
   계측 전자기기(20').
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하도록 추가로 구성되는
    계측 전자기기(20').
    
11. 제 1 진동계 및 상기 제 1 진동계와 유체 연통하는 제 2 진동계를 포함하는 유체 유동 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    상기 제 1 진동계로부터 제 1 센서 신호들을 수신하고, 상기 제 2 진동계로부터 제 2 센서 신호들을 수신하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 센서 신호들에 기초하여 제 1 및 제 2 유량을 포함하는 하나 이상의 유동 특성을 결정하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 유량이 동시에 발생하는 유량들을 나타내도록, 상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나에 그룹 지연을 적용하는 것에 의하여, 상기 제 1 및 제 2 유량에 기초하여 차동 유량을 결정하는 단계;
    상기 차동 유량을 임계값 또는 대역과 비교하는 단계; 및
    상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 상기 하나 이상의 유동 특성을 수정하는 단계를 포함하는,
    유체 유동 시스템을 동작시키는 방법.
    
12. [청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]

    제 11 항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는 상기 차동 유량을 제로로 설정하는 단계를 포함하는
    유체 유동 시스템을 동작시키는 방법.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 유량 중의 하나는 차동 제로 오프셋을 사용하여 결정되는
    유체 유동 시스템을 동작시키는 방법.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 차동 유량이 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하는 단계를 추가로 포함하는
    유체 유동 시스템을 동작시키는 방법.
    
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 차동 유량이 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 임계값 또는 대역보다 적은 경우에 새로운 차동 제로 오프셋을 결정하는 단계를 추가로 포함하는
    유체 유동 시스템을 동작시키는 방법.
    
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

Images