KR101817522B1 - 유량계용 센서 하우징 - Google Patents

유량계용 센서 하우징

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KR101817522B1
KR101817522B1 KR1020157004704A KR20157004704A KR101817522B1 KR 101817522 B1 KR101817522 B1 KR 101817522B1 KR 1020157004704 A KR1020157004704 A KR 1020157004704A KR 20157004704 A KR20157004704 A KR 20157004704A KR 101817522 B1 KR101817522 B1 KR 101817522B1
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마이크로 모우션, 인코포레이티드
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Abstract

유량계(5)용 센서 조립체(10)를 포함하는 센서 시스템(30)이 제공된다. 센서 조립체(10)는 하나 또는 그 초과의 유체 도관(103A, 103B)들을 포함한다. 센서 조립체(10)는 또한 하나 또는 그 초과의 유체 도관(103A, 103B)들의 적어도 일 부분을 둘러싸는 케이스(101)를 포함한다. 상기 센서 시스템(30)은 또한 케이스 지지부(300)를 포함한다. 상기 케이스 지지부(300)는 상기 케이스(101)의 적어도 일 부분을 둘러싼다. 상기 케이스 지지부(300)는 상기 케이스(101)의 적어도 일 부분을 따라 연장하고, 적어도 상기 케이스(101)가 한계 양을 초과하여 변형될 때 상기 케이스(101)와 접촉하는 하나 또는 그 초과의 리브(330)들을 포함한다.

Description

유량계용 센서 하우징 {SENSOR HOUSING FOR A FLUID METER}
아래에서 설명된 실시예들은 유량계들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 조립체의 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸는 케이스 지지부를 구비한 유량계용 센서 시스템에 관한 것이다.
예를 들면, 밀도계들, 용적 유량계들, 및 코리올리 유량계들과 같은 유량계들은 예를 들면 밀도, 질량 유량, 용적 유량, 총 질량 유량, 온도, 및 다른 정보와 같은 물질들의 하나 또는 그 초과의 특성들을 측정하기 위해 사용된다. 진동 유량계들은 예를 들면, 직선형, U자형, 또는 불규칙한 형태들과 같은 다양한 형상들을 가질 수 있는, 하나 또는 그 초과의 도관들을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 도관들은 측정된 유체의 1차 봉쇄(primary containment)를 제공한다. 측정된 유체는 액체, 가스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유체는 부유 입자들을 포함할 수 있다.
하나 또는 그 초과의 도관들은 예를 들면, 단순 벤딩, 토셔널(torsional), 레이디얼(radial), 및 커플링 모드들을 포함하는 한 세트의 고유 진동 모드들을 갖는다. 하나 또는 그 초과의 도관들은 물질의 특성을 판단하기 위해, 이하 구동 모드로서 지칭되는, 이러한 모드들 중 하나의 모드에서 하나 이상의 구동기에 의해 공진 주파수로 진동된다. 하나 또는 그 초과의 계측 전자 장치는 정현파 구동기 신호(sinusoidal driver signal)를, 전형적으로 자석/코일 조합체인, 하나 이상의 구동기로 전송하는데, 자석은 전형적으로 도관에 부착되고 코일은 장착 구조물 또는 다른 도관에 부착된다. 구동기 신호는 구동기가 구동 모드에서 하나 또는 그 초과의 도관들을 구동 주파수로 진동시키도록 한다. 예를 들면, 구동기 신호는 코일로 전송되는 주기적 전류일 수 있다.
하나 또는 그 초과의 픽-오프(pick-off)들은 도관(들)의 운동을 감지하고 진동 도관(들)의 운동을 나타내는 픽-오프 신호를 발생시킨다. 픽-오프는 전형적으로 자석/코일 조합체인데, 자석은 전형적으로 하나의 도관에 부착되고 코일은 장착 구조물 또는 다른 도관에 부착된다. 픽-오프 신호는 하나 또는 그 초과의 전자 장치로 전송되고; 주지된 원리들에 따라, 픽-오프 신호는, 필요한 경우, 물질의 특성을 판단하거나 구동기 신호를 조정하기 위해 하나 또는 그 초과의 전자 장치에 의해 사용될 수 있다.
일반적으로, 도관들뿐만 아니라 구동기 및 픽-오프들은 케이스 내에 동봉된다. 상기 케이스는 내부 컴포넌트들의 보호와 같은 다양한 이익들을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들면 유체 도관들에서 균열이 전개되는 경우, 유체의 2차 봉쇄(secondary containment)를 제공할 수 있다. 케이스가 적절한 2차 봉쇄를 제공하도록, 케이스의 파열 압력(컴포넌트가 손상되는 압력)은 적어도 젖은(wetted) 유체 통로(유체 도관들, 매니폴드, 플랜지, 등)의 작동 압력만큼 높아야 한다. 현재 시판 중인 많은 진동 계기들은 약 15,000 psi(1,034 바(bar))의 파열 압력을 가진 젖은 유체 통로를 가지지만; 이러한 수치는 젖은 유체 통로에 사용된 재료, 계기(meter)의 크기, 등에 따라 변화할 수 있다. 이때 젖은 유체 경로에 대한 압력 정격은 파열 압력 또는 소정의 다른 분석 방정식을 기반으로 관리 기관 또는 안전 기관에 의해 할당될 수 있다. 2차 봉쇄 압력 정격은 전형적으로 정격 압력이 실제 파열 압력 미만이 되도록 하는 안전 인자를 포함한다. 예를 들면, 미국 기계 학회(American Society of Mechanical Engineers; ASME)은 현재 재료 특성들에 따라, 약 6 내지 10의 안전 인자 및 채용된 용접 방법들을 시행한다. 따라서, 안전 인자가 10이라 가정할 때, 약 15,000 psi (1,034 바)의 파열 압력을 가지는 젖은 유체 경로에 대해, ASME 압력 정격은 단지 1,500 psi (103 바)이다. 관리 기관들의 어느 정도의 보수적인 압력 정격들 때문에, 상기 케이스의 파열 압력은 승인된 2차 봉쇄를 제공하기 위해 또한 대폭 증가하여야 한다. 케이스의 파열 압력의 이러한 극단적인 증가는, 특히 케이스의 직경이 젖은 경로 컴포넌트들의 직경보다 항상 상당히 더 커야할 것을 고려할 때, 문제가 된다.
케이스의 압력 정격을 증가시키는 방식을 이해하기 위해, 상기 케이스의 형상은, 상기 케이스 내의 압력이 후프 응력(hoop stress)을 생성시키는(create) 상기 케이스의 벽들에 맞닿아 작용하는, 얇은 벽을 가진 원통-형상의 컴포넌트로서 단순화되고 특징화될 수 있다. 후프 응력은 방정식 (1)로 특징화될 수 있다.
σ=P*ID/2t (1)
여기서:
σ는 후프 응력이고;
P는 내압이고;
ID는 케이스의 내경이고; 그리고
t는 케이스 두께이다.
축방향 응력과 같은 다른 응력들이 또한 존재하지만, 후프 응력이 전형적으로 가장 크며 따라서 바람직한 압력 정격에 대한 최소 두께를 선택하는데 가장 큰 관련성이 있다. 다수의 상황에서, 최대로 허용가능한 후프 응력은 관리 기관들 또는 다른 안전 표준들에 의해 통제된다. 비록 케이스에 의해 경험된 응력들은 실제로 방정식(1)에 의해 표현된 것보다 더 복잡하지만, 상기 방정식은 케이스에 작용하는 메인 포스(main force)에 대한 기본적 이해를 제공할 수 있다. 방정식 (1)로부터 인정될 수 있는 바와 같이, 더 높은 압력을 허용하지만 수용 가능한 후프 응력을 유지하는 하나의 접근은 케이스의 내경을 감소시키는 것이 될 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 또한 유체 도관들의 크기를 줄이지 않고는 좀처럼 가능하지 않다. 다른 접근법은 케이스 두께를 증가시키는 것이 될 것이다. 상기 케이스는, 비록 플라스틱과 같은 다른 재료들이 사용될 수 있지만, 종종 스테인리스 강 또는 탄소 강과 같은 금속으로 형성된다. 비교적 더 작은 계기 크기들에서, 즉 도관 내경이 약 1 인치(2.54 cm) 미만인 계기 크기들에서, 표준 케이스는 종종 유체에 대한 적절한 2차 봉쇄를 제공할 정도로 충분히 강하고, 또는 대안적으로 강 케이스에 추가 두께를 제공하는 것이 합리적이고 비교적 비용이 적게 든다. 인정될 수 있는 바와 같이, 도관 직경이 증가함에 따라, 상기 케이스 크기는 전형적으로 또한 증가한다. 결론적으로, 약 1 인치(2.54 cm) 내경보다 더 큰 도관 크기들을 포함하는 진동계들에서, 도관 손상시 유체 압력을 억제하는 케이스의 능력이 약화되고 케이스의 두께를 증가시키는 것은 심각한 결점들을 갖는다. 예를 들면, 소정의 큰 유량의 진동계들은 10인치(25.4 cm) 또는 그 초과의 내경을 구비한 케이스를 가질 수 있다. 이러한 크기의 계기들은 2차 봉쇄가 더욱 중요해지고 있는 오일 및 가스 산업에서 종종 보여진다. 이러한 치수의 케이스들은 15,000 psi(1,034 바)의 젖은 경로 파열 압력 다수 배 미만인, 약 860 psi(59.3 바)의 파열 압력을 종종 갖는다. 이러한 크기의 치수들에 의해, 케이스는 약 2 인치(5.08 cm)의 두께를 요구하게 되어, 15,000 psi(1,034 바)의 파열 압력을 갖기 위해 2,000 파운드(908 kg) 이상의 케이스 중량을 초래한다. 인정될 수 있는 바와 같이, 이 같은 접근법은 진동계 케이스에 대해 과도한 비용 및 중량을 초래한다.
어느 정도로 케이스의 두께 증가와 관련된 높은 비용 및 중량 때문에, 이러한 더 큰 계기들에 대해 종래 기술에서 사용된 케이스들은 단순히 진동계의 전기적 컴포넌트들 및 도관들을 보호하기 위해 제공되었지만, 수용가능한 2차 유체 봉쇄를 제공하지 않았다. 이는 도관 손상이 케이스 손상을 거의 즉시 초래하는 상황을 만들어 낸다. 최근의 오일 유출, 화학물 유출, 및 환경적 우려에 부가하여 계속 진행되는 안전 우려로 의해, 유체 도관이 손상되는 경우 진동계들의 케이스들이 2차 봉쇄를 제공하는 것을 보장하기 위한 요구가 증가된다.
아래에서 설명되는 실시예들은 이러한 및 다른 문제점들을 극복하고 기술 분야에서의 진보를 달성한다. 아래에서 설명되는 실시예들은 센서 조립체의 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸는 케이스 지지부를 구비한 센서 시스템을 제공한다. 케이스 지지부는 부가 중량을 최소화하면서 케이스의 파열 압력을 급격히 증가시킬 수 있고 케이스의 진동 주파수들에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 케이스 지지부에 의해 부가된 중량은 케이스의 중심 부분으로부터 연장하는 복수의 리브(rib)들을 구비한 케이스 지지부들을 형성함으로써 감소될 수 있다. 상기 리브는 부가 중량을 최소화하면서 케이스의 파열 압력을 증가시킬 수 있다.
유량계용 센서 조립체를 포함하는 센서 시스템이 일 실시예에 따라 제공된다. 센서 조립체는 하나 또는 그 초과의 유체 도관들 및 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 둘러싸는 케이스를 포함한다. 일 실시예에 따라, 센서 시스템은 케이스 지지부를 더 포함한다. 케이스 지지부는 상기 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싼다. 일 실시예에 따라, 케이스 지지부는 케이스의 적어도 일 부분을 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브들을 포함한다.
유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키는 방법이 일 실시예에 따라 제공된다. 센서 조립체는 하나 또는 그 초과의 유체 도관들을 포함한다. 일 실시예에 따라, 상기 방법은 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 케이스로 둘러싸는 단계를 포함한다. 일 실시예에 따라, 상기 방법은 케이스의 적어도 일 부분을 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브들을 포함하는 케이스 지지부로 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에 따라, 상기 방법은 적어도 상기 케이스가 한계 양만큼 외측으로 변형될 때 상기 케이스와 상기 하나 또는 그 초과의 리브들을 접촉시키는 단계를 더 포함한다.
양태
양태에 따라, 센서 시스템은:
유량계용 센서 조립체 및 케이스 지지부를 포함하며,
상기 유량계용 센서 조립체는:
하나 또는 그 초과의 유체 도관들; 및
상기 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 둘러싸는 케이스를 포함하며,
상기 케이스 지지부는 상기 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸며, 상기 케이스의 적어도 일 부분을 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브들을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 상기 케이스가 한계 양만큼 외측으로 변형될 때 상기 하나 또는 그 초과의 리브들은 상기 케이스와 접촉한다.
바람직하게는, 상기 케이스 지지부는 상기 케이스의 적어도 일 부분에 커플링된다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 초과의 리브들은 외측 림에 커플링된다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 초과의 리브들은 중심 허브와 상기 외측 림 사이로 연장한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 초과의 리브들은 상기 케이스의 면(face)을 따라 연장한다.
바람직하게는, 상기 케이스 지지부는 상기 케이스 주위에서 서로 커플링되는 제 1 케이스 지지 부분 및 제 2 케이스 지지 부분을 포함한다.
다른 양태에 따라, 하나 또는 그 초과의 유체 도관들을 포함하는 유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법은:
상기 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 케이스로 둘러싸는 단계;
상기 케이스의 적어도 일 부분을, 상기 케이스의 적어도 일 부분을 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브들을 포함하는 케이스 지지부로 둘러싸는 단계; 및
적어도 상기 케이스가 한계 양만큼 외측으로 변형될 때 상기 케이스와 상기 하나 또는 그 초과의 리브들을 접촉시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 케이스의 적어도 일 부분을 상기 케이스 지지부로 둘러싸는 단계는 케이스의 변형 압력을 증가시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 케이스 지지부를 상기 케이스에 커플링하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 둘러싸는 단계는 케이스 조인트를 생성하도록 제 1 케이스 부분을 제 2 케이스 부분에 커플링하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 케이스 지지부를 상기 케이스에 커플링하는 단계는 외측 링을 상기 케이스 조인트에 근접한 케이스에 커플링하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 케이스 지지부를 상기 케이스에 커플링하는 단계는 외측 림과 중심 허브 사이로 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브들을 상기 케이스에 커플링하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸는 단계는 제 1 케이스 지지 부분을 상기 케이스 주위의 제 2 케이스 지지 부분에 커플링하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸기 전에 상기 케이스 지지부를 가열하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 케이스에 대한 압축력을 가하도록 상기 케이스 지지부가 상기 케이스 주위를 생각시키는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유량계를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 유량계의 센서 조립체로부터 케이스의 일 부분이 제거된 유량계를 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 케이스 지지부를 도시한다.
도 3b는 일 실시예에 따른 케이스 지지부를 구비한 센서 조립체를 도시한다.
도 1 내지 도 3b 및 아래의 설명은 센서 조립체의 실시예들의 최상의 모드를 형성하여 제조하는 방법을 당업자에게 교시하도록 특정 실시예들을 설명한다. 본 발명의 원리들의 교시를 위해, 일부 종래의 양태들이 단순화되거나 생략되었다. 당업자는 본 설명의 범주 내에 있는 이러한 예들로부터의 변화들을 인정할 것이다. 당업자는 아래에서 설명된 특징들이 센서 조립체의 다수의 변형들을 형성하도록 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 결과적으로, 아래에서 설명된 실시예들은 아래에서 설명된 특정 예들로 제한되지 않고 단지 청구범위 및 이들의 균등예들에 의해서만 제한된다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 유량계(5)를 도시한다. 유량계(5)는 센서 조립체(10) 및 계측 전자 장치(20)를 포함한다. 유량계(5)는 코리올리 유량계, 용적 유량계, 밀도계, 등을 포함할 수 있다. 유량계(5)는 진동계, 또는 비-진동계를 포함할 수 있다. 센서 조립체(10) 및 계측 전자 장치(20)는 예를 들면, 리드(100)들을 통해 전기적 연통될 수 있다. 계측 전자 장치(20) 및 리드(100)들은 도면을 단순화하도록 도 2에 도시되지 않는다. 계측 전자 장치(20)는 출력부(26)를 통해 컴퓨터와 같은 사용자 인터페이스 또는 외부 프로세싱 시스템과 추가 통신될 수 있다. 유량계(5)는 예를 들면, 유체 밀도, 질량 유량, 용적 유량, 총 질량 유동, 온도와 같은 물질의 하나 또는 그 초과의 특성들 및 경로(26)에 걸친 다른 정보를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 센서 조립체(10)는 케이스(101)를 포함한다. 도 1에서, 케이스(101)는 완전히 조립되고 유체 도관(103A, 103B)들을 둘러싼다. 그러나, 도 2에서, 케이스(101)의 전방 부분(101a)이 제거되어 센서 조립체(10)의 내부 컴포넌트들을 보여준다. 도 1로부터 인정될 수 있는 바와 같이, 전방 및 후방 부분(101a, 101b)들은 케이스 조인트(102)를 따라 함께 커플링될 수 있다. 일 실시예에 따라, 케이스 조인트(102)는 예를 들면 용접 조인트를 포함할 수 있다. 그러나, 접착제들, 경납땜, 등과 같은, 다른 방법들이 케이스(101)의 전방 및 후방 부분(101a, 101b)들을 연결하기 위해 사용될 수 있다. 그 사이로 케이스 조인트(102)가 연장하는, 각각의 케이스 부분(101a, 101b)은 각각 면(111a, 111b)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 면(111a, 111b)들은 일반적으로 평면형이고 전형적으로 케이스(101)의 가장 약한 부분들을 포함하고 이에 따라 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 압력에 의한 가장 큰 변형을 받는다. 당업자는 케이스(101)가 두 개의 부분(101a, 101b)들을 포함하는 것으로서 도시되지만, 다른 실시예들에서, 케이스(101)는 두 개 이상의 부분들을 포함할 수 있다는 것을 당업자가 용이하게 인정할 것이다.
본 예의 센서 조립체(10)는 한 쌍의 매니폴드(102, 102')들, 구동기(104), 픽 오프(105, 105')들, 및 도관(103A, 103B)들을 포함한다. 구동기(104) 및 픽-오프(105, 105')들은 유체 도관(103A 및 103B)들에 커플링된다. 구동기(104)가 구동 모드에서 도관(103A, 103B)들의 일 부분을 진동시킬 수 있는 위치에, 유체 도관(103A, 103B)에 부착된 구동기(104)가 도시된다. 픽-오프(105, 105')들은 도관(103A, 103B)의 운동을 감지하도록 도관(103A, 103B)들에 부착된다.
코리올리 유량계의 측정 성능들이 결여되는 유량계들을 포함하는, 임의의 유형의 유량계와 관련하여 여기서 설명된 원리들을 사용하는 것이 본 발명의 범주 내에 있다는 것이 당업자에 의해 인정되어야 한다.
센서 조립체(10)가 물질을 운반하는 파이프 라인 시스템(도시안됨) 내로 삽입될 때, 물질은, 입구 매니폴드(102)를 통하여 센서 조립체(10)로 들어가며 그 센서 조립체에서 재료의 총량이 도관(103A, 103B)들로 들어가도록 지향되고, 도관(103A, 103B)들을 통하여 그리고 물질이 센서 조립체(10)로부터 나오는 출구 매니폴드(102')로 먼쪽으로 유동한다.
인정될 수 있는 바와 같이, 도관(103A, 103B)들 내의 유체가 종종 상승된 온도 및/또는 압력에 있고 환경에 해로울 수도 있다. 또한, 아주 최근에 유체 도관(103A, 103B) 내에서 전개될 수 있는 균열들을 감지하는 것은 종종 어렵다. 따라서, 센서 조립체(10)는 종종 케이스(101)를 포함한다. 비록 케이스(101)가 도관(103A, 103B)들을 실질적으로 완전히 둘러싸는 것으로서 도면들에 도시되지만, 다른 실시예에서, 케이스(101)는 단지 도관(103A, 103B)들의 일 부분만을 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 케이스(101)는 구동기(104) 및 픽-오프(105, 105')들이 위치되는 도관(103A, 103B)들의 부분만을 둘러쌀 수 있다. 인정될 수 있는 바와 같이, 케이스(101)는 리드(100)들에 대한 하나 또는 그 초과의 관통공(feedthru; 120)들을 포함할 수 있다.
상기 케이스(101)는 센서 조립체(10)의 다른 바람직한 컴포넌트들과 함께 유체 도관(103A, 103B)들을 둘러쌀 수 있다. 종종, 상기 케이스(101)는 스테인리스 강, 탄소 강과 같은 금속으로 제조되지만, 다른 재료들이 사용될 수 있다. 상기 케이스(101)는 일반적으로 도 2에서 더 잘 보이는, 매니폴드(102, 102')들에 커플링된다. 예를 들면, 케이스(101)는 매니폴드(102, 102')들에 용접될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 케이스(101)는, 유체 도관(103A, 103B)들을 둘러싸도록 합쳐져서 용접되거나 그렇지 않으면 위에서 설명된 바와 같이 함께 커플링되는, 위에서 언급된 두 개의 케이스 부분(101a, 101b)들을 포함한다.
일 실시예에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 케이스(101)는 젖은 유체 경로의 파열 압력보다 낮은 파열 압력을 갖는다. 즉, 젖은 유체 경로에서 균열이 전개되는 경우, 케이스(101)는 잠재적으로 불길한 상황을 초래하는 압력에 의해 유사하게 손상될 것이다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 케이스(101)는 적절한 2차 봉쇄를 제공하지 않는다. 케이스의 파열 압력을 증가시키기 위해 단순히 케이스의 두께를 증가시키는 것은 종종 상기 접근법과 관련된 과도한 중량 및 비용 때문에 위에서 논의된 바와 같이 실행가능한 선택이 아니다.
도 3a는 일 실시예에 따른 케이스 지지부(300)를 도시한다. 일 실시예에 따라, 상기 케이스 지지부(300)는 센서 조립체(30)를 제공하도록 센서 조립체(10)와 함께 제공될 수 있다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 케이스 지지부(300)는 중심 허브(331)와 외측 림(332) 사이로 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브(330)들을 포함할 수 있다.
도 3b는 일 실시예에 따른 센서 시스템(30)을 도시한다. 센서 시스템(30)은 센서 조립체(10) 및 케이스 지지부(300)를 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 케이스 지지부(300)가 제공된다. 케이스 지지부(300)는 케이스(101)의 변형을 제한하도록 케이스(101)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 장치를 포함한다. 일 실시예에 따라, 케이스 지지부(300)는 예를 들면 내압에 의해 케이스(101)의 변형을 제한할 수 있다. 케이스 지지부(300)는 적어도 케이스가 한계 양만큼 외측으로 변형할 때 케이스(101)와 접촉함으로써 케이스 변형을 제한할 수 있다. 일부 실시예들에서 아래에서 설명된 바와 같이, 케이스(101)가 한계 양만큼 변형하지 않을 때조차 케이스 지지부(300)는 항상 케이스(101)와 접촉할 수 있다.
일부 실시예들에서, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)를 형성하도록 사용된 동일 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 케이스(101)가 탄소 강으로 제조되는 경우, 케이스 지지부(300)는 또한 탄소 강으로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 재료들이 사용될 수 있고 케이스 지지부(300)를 형성하도록 사용된 특별한 재료는 케이스(101)의 압력 정격에서의 바람직한 증가 및 특별한 적용에 따를 수 있다.
일 실시예에 따라, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)의 적어도 일 부분을 둘러싸는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 변형 압력(케이스(101)의 적어도 일 부분이 한계 양만큼 변형하는 압력)을 초과하는 케이스(101) 내의 압력에 의해 케이스(101)가 한계 양만큼 변형하는 경우, 케이스 지지부(300)는 단지 케이스(101)의 부분들과 접촉할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 면(111a, 111b)들이 한계 양만큼 외측으로 변형하지 않으면, 케이스 지지부(300)는 면(111a, 111b)들과 접촉하지 않을 수 있다. 이 같은 실시예들에서, 케이스 지지부(300)는 정상 작동 동안 단지 케이스 조인트(102)와 접촉될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 케이스 지지부(300)는 외부 요소(도시안됨)가 현수될 수 있어서 케이스(101)가 변형 압력 미만을 받을 때, 케이스 지지부(300)의 어느 부분도 케이스(101)와 접촉하지 않는다.
일 실시예에 따라, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)의 적어도 일 부분에 커플링될 수 있다. 예를 들면, 케이스 지지부(300)는 용접될 수 있거나 그렇지 않으면 케이스(101)에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 케이스 지지부(300)의 단지 일부 부분들은 케이스(101)에 커플링될 수 있지만, 다른 부분들은 단순히 케이스(101)와 접촉한다. 예를 들면, 케이스 지지부(300)는 케이스 조인트(102)에 근접한 케이스(101)에 커플링될 수 있지만, 단지 케이스(101)의 면(111a, 111b)들과 접촉한다. 이 같은 구성은 필요한 용접을 최소화하면서 과 가압화에 의한 변형에 대한 적절한 지지를 제공할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)에 커플링되지 않으면서 케이스(101)와 단순히 접촉할 수 있다. 예를 들면, 케이스 지지부(300)는 서로 커플링될 수 있고 케이스(101)의 적어도 일 부분을 둘러싸는 두 개 또는 그 초과의 부분(300a, 300b)들을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 케이스 지지부(300)는 제 1 케이스 지지 부분(300a) 및 제 2 케이스 지지 부분(300b)을 포함한다. 비록 제 2 케이스 지지 부분(300b)의 단지 작은 부분만이 보이지만, 두 개의 케이스 지지 부분(300a, 300b)들은 실질적으로 동일하며 이에 따라 제 2 케이스 지지 부분(300b)을 도시하는 도면은 간결성을 위해 생략된다.
케이스(101)가 유체 도관(103A, 103B)들의 적어도 일 부분 주위에 조립되면, 제 1 및 제 2 케이스 지지 부분(300a, 300b)들이 케이스(101)의 적어도 일 부분을 둘러싸도록 합쳐질 수 있다. 일 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 케이스 지지 부분(300a, 300b)들이 합쳐질 때, 두 개의 부분들은 서로 커플링될 수 있다. 예를 들면, 케이스 지지 부분(300a, 300b)들은 서로 용접될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 두 개의 케이스 지지 부분(300a, 300b)들은 서로 커플링되지 않을 수 있지만, 오히려 각각의 케이스 부분(300a, 300b)들이 케이스(101)에 커플링될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 케이스 지지 부분(300a, 300b)들은 서로뿐만 아니라 케이스(101)에 커플링될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 케이스 지지 부분(300a, 300b)들은, 유체 도관(103A, 103B)들 주위로 케이스를 데려오기 전에, 케이스(101) 주위에 위치 설정될 수 있다. 예를 들면, 제 1 케이스 지지 부분(300a)은 제 1 케이스 부분(101a)에 커플링될 수 있고 제 2 케이스 지지 부분(300b)은 제 2 케이스 부분(101b)에 커플링될 수 있다. 후속적으로, 케이스 부분(101a, 101b)들은 유체 도관(103a, 103b)들의 적어도 일 부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 케이스 부분(101a, 101b)들은 이어서 서로 커플링될 수 있다. 일 실시예에 따라, 실질적으로 동시에 또는 후속적으로, 두 개의 케이스 지지 부분(300a, 300b)들은 또한 서로 커플링될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 조립 순서는 중요하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따라, 케이스 지지부(300)는 하나 또는 그 초과의 리브(330)들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 중심 허브(331)에 연결될 수 있다. 그러나, 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 중심 허브(331)에 연결될 필요가 없다. 도시된 실시예에 따라, 중심 허브(331)는 케이스(101)의 면(111a)의 중심 근처에 위치 설정되지만, 다른 실시예에서, 중심 허브(331)가 케이스(101)의 면(111a)의 중심에서 벗어나서 위치될 수 있다. 예를 들면, 중심 허브(331)는 케이스의 강도가 최소인 케이스(101)의 상이한 위치 근처에 위치 설정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 중심 허브(331)와 외측 림(332) 사이로 연장할 수 있다. 외측 림(332)은 도 3에서 도시된 바와 같이 연속적이 아닐 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 리브(330)들의 길이를 따라 케이스(101)의 외측 표면에 순응하도록 형성될 수 있다. 리브(330)들은 케이스(101)에 커플링될 수 있거나 커플링되지 않을 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 중심 허브(331) 및 외측 림(332)은 케이스(101)에 커플링될 수 있는 반면 리브(330)들은 케이스(101)의 면(111a, 111b)들과 간단히 접촉한다. 다른 실시예들에서, 리브(330)들의 적어도 일 부분은 또한 케이스(101)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 단지 케이스(101)가 한계 양만큼 외측으로 변형되는 경우에만, 케이스(101)의 면(111a, 111b)들과 같이, 케이스(101)의 일 부분과 접촉할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 리브(330)들과 접촉할 때, 케이스(101)의 파열 압력을 증가시키도록 추가 변형이 제한된다. 리브(330)들이 면(111a, 111b)들과 주로 접촉하는 동안, 리브(330)들은 케이스(101)의 다른 부분들과 접촉할 수 있는 것이 인정되어야 한다.
케이스 부분(101a, 101b)들의 면(111a, 111b)들이 대형 다이어프램들로서 생각되면, 리브(330)들의 사용이 더 잘 이해될 수 있다. 당업자가 용이하게 인정하는 바와 같이, 주어진 재료 및 두께에 대해, 다이어프램의 표면적이 더 크면 클수록, 다이어프램을 변형하기 위해 요구된 압력은 더 작아진다. 그러나, 보강 리브들이 다이어프램의 후방면에 맞닿아 제공되면, 변형할 수 있는 유효 표면적이 실질적으로 감소될 수 있다. 이는 리브들에 맞닿아 접하는 다이어프램의 부분이 변형을 실질적으로 방지하기 때문이다. 오히려, 변형 전에 더 높은 압력을 견딜 수 있는 매우 더 작은 다수의 개별 표면적들이 제공된다. 즉, 다이어프램은 더 높은 변형 압력을 갖는다.
또한, 케이스 지지부(300) 없이, 면(111a, 111b)들은 한계 압력 부근에서 작용할 때 변형될 수 있는 비교적 큰 표면적들을 포함한다. 한계 변형 압력은 작동 유체 압력 미만일 수 있으며 이에 따라 케이스(101)는 적절한 2차 봉쇄를 제공하지 않을 것이다. 그러나, 케이스 지지부(300)에 하나 또는 그 초과의 리브(330)들을 제공함으로써, 변형될 수 있는 케이스(101)의 표면적은 다수의 개별적으로 더 작은 표면적들 사이에서 분리된다. 리브(300)들과 접하는 케이스(101)의 부분들은 실질적으로 변형이 제한되고 이에 따라 한계 압력 미만에서, 단지 리브(300)들 사이의 케이스(101)의 부분들만이 변형될 수 있다. 결론적으로, 더 높은 변형 압력은 케이스 부분(101a, 101b)들을 변형시킬 것을 요구한다. 따라서, 더 높은 압력이 케이스 손상 전에 요구된다.
더욱이, 리브(330)들은 이격되어 제공될 수 있으며, 이는 단순히 케이스(101)의 두께를 증가시키는 것에 비해 케이스 지지부(300)의 작은 전체 중량을 초래한다. 일부 실시예들에서, 작은 중량은 케이스(101)들의 공진 주파수들에 적은 영향을 초래한다. 당업자가 인정하게 되는 바와 같이, 일반적으로 구동 주파수로부터 케이스의 공진 주파수를 분리하는 것이 바람직하다. 따라서, 또한 부가 중량을 최소화하면서 케이스(101)를 강화하는 것은 케이스의 공진 주파수를 구동 주파수 위로의 전반적인 증가를 초래할 수 있다.
일 실시예에 따라, 이용가능하고 변형가능한 표면적을 분리하는 하나 또는 그 초과의 리브(330)들에 의해, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)의 파열 압력을 증가시킬 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 두 개의 케이스 지지 부분(300a, 300b)들이 케이스(101) 주위에서 합쳐져서 함께 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 외측 림(332a, 332b)들은 케이스 조인트(102)에 근접하여 함께 용접될 수 있다. 따라서, 케이스 지지 부분(300a, 300b)들의 외측 림(332a, 332b)이 케이스 조인트(102)에 근접하게 함께 연결되고, 케이스 조인트(102)는 부가적으로 강화될 수 있다. 인정될 수 있는 바와 같이, 외측 림(332a, 332b)들은 케이스 조인트(102)와 접촉 중인 경우, 케이스 지지부(300)을 포함하지 않는 종래 기술의 시스템들보다 더 큰 압력이 케이스 조인트(102)를 변형하여 파손하는데 요구될 것이다.
예를 들면, 하나의 유한 요소 테스트에 따라, 케이스(101)는 대략 15,000 psi(1,034 바)로 가압되었다. 케이스 지지부(300)를 제공하기 전에, 케이스(101)의 부분들은 대략 3.71 인치(9.42 cm)로 변형되었다. 이러한 변형은 영구적이고 아마도 파열된 케이스(101)를 초래하지 않을 것이다. 그러나, 케이스(101)를 케이스 지지부(300)로 둘러싸고 동일한 15,000 psi(1,034 바) 압력으로 가압될 때, 감지된 최대 변형시 대략 0.37 인치(0.94 cm)로 감소되었다. 따라서, 케이스 지지부(300)는 케이스(101) 변형의 10배 감소를 초래한다. 변형에서 이러한 실질적인 감소는 케이스(101)를 영구적으로 변형하거나 케이스(101)를 파열하는 데 매우 더 높은 압력이 요구될 때, 케이스(101)의 압력 정격을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 위에 제공된 특별 값들이 하나의 테스트 및 케이스 형태를 기반으로 하며 이에 따라 본 실시예의 범주를 결코 제한하지 않아야 한다는 것이 인정되어야 한다.
일 실시예에 따라, 케이스(101)의 변형 압력을 추가로 증가시키도록, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)에 가해진 압축을 증가시키도록 예비-신장될 수 있다. 예를 들면, 케이스 지지부(300)는 가열될 수 있고, 그 결과 케이스 지지부(300) 및 특히 리브(330)들이 재료의 열 팽창 계수를 기초로하여 팽창할 것이다. 가열되는 동안, 케이스 지지부(300)는 케이스(101)의 적어도 일 부분 주위로 위치 설정될 수 있음으로써, 케이스(101)의 적어도 일 부분이 케이스 지지부(300)에 의해 둘러싸인다. 케이스 지지부(300)가 냉각될 때, 케이스 지지부는 케이스(101) 주위로 수축되고 케이스(101)에 대해 압축력을 가할 것이다. 일부 실시예들에서, 압축력은 케이스(101)를 변형시키도록 요구된 압력을 추가로 증가시킬 수 있다.
위에서 설명된 실시예들은 센서 조립체(10) 및 케이스 지지부(300)를 포함하는 유량계(5)용 센서 시스템(30)을 제공한다. 과잉 압력에 의한 변형에 대한 부가 지지를 제공하도록, 케이스 지지부(300)는 센서 조립체의 케이스(101)의 적어도 일 부분을 둘러쌀 수 있다. 케이스 지지부(300)는 이에 따라 적절한 2차 봉쇄를 제공하도록 케이스(101)의 파열 압력을 증가시킬 수 있다. 당업자가 용이하게 인식하게 되는 바와 같이, 케이스 지지부(300)는 현재 2차 봉쇄가 결여된 적용들에 대해 적절한 2차 봉쇄를 제공하도록 이미 실제로 사용되는(in the field) 현존 센서 조립체에 부가될 수 있다.
상기 실시예들의 상세한 설명들은 본 설명의 범주 내에 있도록 발명자들에 의해 고려된 모든 실시예들에 대한 포괄적인 설명들이 아니다. 실제로, 당업자는 위에서 설명된 실시예들의 특정 요소들이 추가 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 조합되거나 제거될 수 있으며, 이러한 추가 실시예들은 본 설명의 범주 및 교시 내에 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 위에서 설명된 실시예들이 본 설명의 범주 및 교시들 내에서 부가 실시예들을 생성하도록 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 것이 당업자에게 또한 명백할 것이다.
이에 따라, 비록 특정 실시예들이 예시적 목적을 위해 여기서 설명되었지만, 관련 기술 분야의 기술자들이 인정하게 되는 바와 같이, 다양하고 균등한 수정예들이 본 설명의 범주 내에서 가능하다. 여기서 제공된 교시들은 다른 센서 시스템들에 적용될 수 있지만 위에서 설명되고 첨부 도면들에 도시된 실시예들에만 적용될 수 있는 것은 아니다. 따라서, 위에서 설명된 실시예들의 범주는 아래 청구범위로부터 결정되어야 한다.

Claims (16)

  1. 센서 시스템(30)으로서,
    유량계(5)용 센서 조립체(10) 및 케이스 지지부(300)를 포함하며,
    상기 센서 조립체(10)는 하나 또는 그 초과의 유체 도관(103A, 103B)들; 및
    상기 하나 또는 그 초과의 유체 도관(103A, 103B)들의 적어도 일 부분을 둘러싸는 케이스(101)를 포함하며,
    상기 케이스(101)의 적어도 일 부분을 둘러싸는 상기 케이스 지지부(300)는, 상기 케이스(101)의 적어도 일 부분을 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브(rib; 330)들을 포함하는,
    센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은, 적어도 상기 케이스(101)가 한계 양만큼 외측으로 변형될 때, 상기 케이스(101)와 접촉하는,
    센서 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 지지부(300)는 상기 케이스(101)의 적어도 일 부분에 커플링되는,
    센서 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 외측 림(outer rim; 332a, 332b)에 커플링되는,
    센서 시스템.
  5. [청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 4 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 중심 허브(331)와 상기 외측 림(332a, 332b) 사이로 연장하는,
    센서 시스템.
  6. [청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 5 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 리브(330)들은 상기 케이스(101)의 면(face; 111a, 111b)을 따라 연장하는,
    센서 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 지지부(300)는 상기 케이스(101) 주위에서 서로 커플링되는, 제 1 케이스 지지 부분(300a) 및 제 2 케이스 지지 부분(300b)을 포함하는,
    센서 시스템.
  8. 하나 또는 그 초과의 유체 도관들을 포함하는 유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법으로서,
    상기 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 케이스로 둘러싸는 단계; 및
    상기 케이스의 적어도 일 부분을, 상기 케이스의 적어도 일 부분을 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 리브들을 포함하는 케이스 지지부로 둘러싸는 단계를 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 상기 케이스가 한계 양만큼 외측으로 변형될 때 상기 케이스와 상기 하나 또는 그 초과의 리브들을 접촉시키는 단계를 더 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스의 적어도 일 부분을 상기 케이스 지지부로 둘러싸는 단계는 상기 케이스의 변형 압력을 증가시키는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스 지지부를 상기 케이스에 커플링하는 단계를 더 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 유체 도관들의 적어도 일 부분을 둘러싸는 단계는 케이스 조인트를 생성하도록 제 1 케이스 부분을 제 2 케이스 부분에 커플링하는 단계를 포함하며, 상기 케이스 지지부를 상기 케이스에 커플링하는 단계는 외측 링을 상기 케이스 조인트에 근접한 상기 케이스에 커플링하는 단계를 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  13. [청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 11 항에 있어서,
    상기 케이스 지지부를 상기 케이스에 커플링하는 단계는 외측 림과 중심 허브 사이로 연장하는 상기 하나 또는 그 초과의 리브들을 상기 케이스에 커플링하는 단계를 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  14. [청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 8 항에 있어서,
    상기 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸는 단계는 상기 케이스 주위에서 제 1 케이스 지지 부분을 제 2 케이스 지지 부분에 커플링하는 단계를 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  15. [청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 8 항에 있어서,
    상기 케이스의 적어도 일 부분을 둘러싸기 전에 상기 케이스 지지부를 가열하는 단계를 더 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
  16. [청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 15 항에 있어서,
    상기 케이스에 대해 압축력을 가하도록 상기 케이스 지지부가 상기 케이스 주위를 냉각시키는 것을 허용하는 단계를 더 포함하는,
    유량계용 센서 조립체의 파열 압력을 증가시키기 위한 방법.
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