KR102135803B1 - 진동 센서 및 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법 - Google Patents

진동 센서 및 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법 Download PDF

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Abstract

진동 센서(5)는 진동 엘리먼트(104), 진동 엘리먼트(104)로부터 진동 신호를 수신하는 수신기 회로(134) 및 드라이브 신호를 생성하는 드라이브 회로(138)를 포함한다. 드라이브 회로(138)는 폐-루프 드라이브(143) 및 개-루프 드라이브(147)를 포함한다. 계측 전자장치(20)는, 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 커맨드된 제 1 주파수(commanded first frequency)에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하고, 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하고, 상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정한다.

Description

진동 센서 및 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법{VIBRATORY SENSOR AND METHOD OF VARYING VIBRATION IN A VIBRATORY SENSOR}
본 발명은 진동 센서 및 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법에 관한 것이다.
진동 농도계(vibratory densitometer)들 및 진동 점도계(vibratory viscometer)들과 같은 진동 센서들은, 특징화될 유체의 존재하에서 진동하는 진동 엘리먼트의 모션을 검출함으로써 동작한다. 밀도, 점도, 온도 등과 같이 유체와 연관된 특성들은 진동 엘리먼트와 연관된 하나 또는 그 초과의 모션 트랜스듀서들로부터 수신된 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱함으로써 결정될 수 있다. 진동 엘리먼트의 진동은 일반적으로, 유체와 결합된 진동 엘리먼트의 결합된 질량, 강성도, 및 감쇠(damping) 특징들에 의해 영향을 받는다.
유체의 점도는 결합된 유체 및 진동 센서의 공진 주파수(ω0)보다 높고 낮은 주파수들(ω1 및 ω2)의 진동 응답들을 생성함으로써 측정될 수 있다. 공진 주파수(ω0)에서, 위상 차이(Φ0)는 약 90도일 수 있다. 2개의 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은 드라이브 신호 위상 및 진동 신호 위상이 각각 위상 차이(Φ1 및 Φ2) 만큼 차이나는 드라이브 주파수들로서 정의된다. 위상 차이(Φ1)는 드라이브 신호 위상과 진동 신호 위상 간의 위상 차이가 약 135도인 지점으로서 정의될 수 있다. 위상 차이(Φ2)는 드라이브 신호 위상과 진동 신호 위상 간의 위상 차이가 약 45도인 지점으로서 정의될 수 있다. 이들 2개의 주파수 지점들(ω1 및 ω2) 간의 거리(즉 ω1과 ω2 간의 주파수 차이)는 다음의 수학식에 의해 근사될 수 있고 점도에 비례하는 항(Q)를 결정하는데 이용된다:
Figure 112019027037766-pat00001
(1)
공진 주파수(ω0)는 2개의 주파수 지점들(ω1 및 ω2) 간의 중심에 있다. 그러므로 공진 주파수(ω0)는 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112019027037766-pat00002
(2)
주파수 지점들(ω1 및 ω2)은, 센서 엘리먼트가 특징화될 유체와 상호작용할 때 동작 동안 결정된다. 주파수 지점들(ω1 및 ω2)을 적절히 결정하기 위해, 종래 기술의 드라이브 시스템은 폐루프 드라이브를 이용하여 2개의 위상 차이 지점들(Φ1 및 Φ2) 간에 교번하도록 센서 엘리먼트를 드라이빙하고, 이들 지점들의 진동 주파수들(ω1 및 ω2)을 레코딩한다. 폐-루프 드라이브를 이용함으로써, 종래 기술의 드라이브 시스템은, 진동 주파수(ω1 및 ω2)가 결정될 때 위상 차이 측정이 안정되는 것을 보장한다.
대안적으로, 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은, 진동 신호의 전력이 공진 주파수(ω0)의 전력의 1/2을 갖거나, 또는 반-전력 지점 진폭(Ahalf)이
Figure 112019027037766-pat00003
인 주파수 지점들을 이들이 포함할 때 반-전력 지점들로서 정의된다. A0 항은 공진 주파수(ω0)에서 진동 신호의 진폭이다. 2개의 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은 또한, 진동 신호 전력이 공진 주파수 전력으로부터 3dB 아래 있는 3dB 지점들로서 알려진다.
도 1은 진동 센서 엘리먼트 및 센서 엘리먼트에 커플링된 신호 프로세서를 포함하는 종래 기술의 진동 센서를 나타낸다. 종래 기술의 진동 센서는, 센서 엘리먼트를 진동시키기 위한 드라이버 및 진동에 응답하여 진동 신호를 생성하는 픽오프(pickoff) 센서를 포함한다. 진동 신호는 본질적으로 사인 곡선적(sinusoidal)이다. 신호 프로세서는 진동 신호를 수신하고 그 진동 신호를 프로세싱하여 하나 또는 그 초과의 유체 특징들 또는 유체 측정들을 생성한다. 신호 프로세서는 진동 신호의 주파수 및 진폭 모두를 결정한다. 진동 신호의 주파수 및 진폭은 유체의 밀도를 결정하도록 더 프로세싱될 수 있거나, 또는 점도와 같은 부가적인 또는 다른 유체 특성들을 결정하도록 프로세싱될 수 있다.
종래 기술의 신호 프로세서는 폐-루프 드라이브 회로를 이용하여 드라이버에 대한 드라이브 신호를 생성한다. 드라이브 신호는 통상적으로 수신된 진동 신호에 기초하며, 여기서 종래 기술의 폐-루프 드라이브 회로는 드라이브 신호를 생성하도록 수신된 진동 신호를 프로세싱한다. 드라이브 신호는 수신된 진동 신호의 주파수 및 진폭에 기초할 수 있으며, 수신된 진동 신호는 종래 기술의 드라이브 시스템이 타겟 진동을 달성하는 것을 가능케 하는 피드백을 포함한다. 종래 기술의 진동 센서는 폐-루프 드라이브를 이용하여 그리고 피드백 엘리먼트를 이용하여 센서 엘리먼트를 드라이빙하며, 여기서 폐-루프 드라이브는 원하는 타겟 지점이 도달될 때까지 드라이브 주파수를 증분적으로 변화시키고 피드백 엘리먼트를 모니터링한다. 원하는 종단점은 위상 차이(Φ1) 또는 위상 차이(Φ2)를 달성하는, 결과적인 픽오프 신호와 드라이브 신호 간의 위상 차이(Φ)를 포함한다.
도 2는 유체 점도를 측정하기 위한 종래 기술의 진동 센서의 동작의 방법의 흐름도이다. 아래의 단계(1-4)는 제 1 주파수 지점(ω1)의 주파수를 결정하는 반면에, 단계들(5-8)은 제 2 주파수 지점(ω2)의 주파수를 결정한다.
단계(1)에서, 진동 세트포인트가 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅되고 센서 진동 엘리먼트는 현재 진동 주파수로부터 진동된다. 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)는 현재 진동 주파수에서 시작해서, 드라이브 신호의 주파수를 변동시킴으로써 달성된다. 현재 진동 주파수는 점진적으로 현재 위상 차이와 타겟 위상 차이 간의 차이에 관한 피드백과 같은 수신된 피드백에 따라 그리고 폐-루프 방식으로 점진적으로 변화된다. 진동 주파수는 위상 차이가 증가 또는 감소되는지에 의존하여 현재 진동 주파수로부터 증분적으로 램프 업(ramp up) 또는 다운된다.
단계(2)에서, 현재 위상 차이는 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 비교된다. 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)가 달성되면, 방법은 단계(4)로 진행된다. 그렇지 않으면, 방법은 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)가 달성될 때까지 단계(3)로 분기된다.
단계(3)에서, 대기(wait)가 수행된다. 결과적으로, 방법은, 진동 세트포인트가 달성될 때까지 루핑 및 대기한다. 종래 기술의 진동 센서는 이에 따라 센서 진동 엘리먼트의 실제 진동이 진동 세트포인트에 도달하기를 대기한다. 폐-루프 드라이브 동작으로 인해, 센서 엘리먼트는 적어도 알려진 대기 시간이 경과할 때까지 진동 세트포인트의 진동을 달성하지 못한다.
대기는 고정된 미리 결정된 시간에 대한 것일 수 있거나, 또는 길이가 변동될 수 있다. 환경 조건들은 타겟 위상 차이를 달성하는데 예상된 시간보다 더 긴 시간을 요구할 수 있다. 대기의 길이는 다양한 팩터들에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 초기 위상 차이로부터 타겟 위상 차이까지의 거리에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 센서 진동 엘리먼트의 물리적 특성에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 측정되는 유체의 성질(유체의 밀도 및/또는 점도를 포함함)에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 종래 기술의 진동 센서에 대해 이용 가능한 전력에 의존할 수 있다.
단계(4)에서, 진동 세트포인트가 달성되고, 드라이브 센서 신호와 픽오프 센서 신호 간의 위상 차이가 제 1 위상 차이(Φ1)에 대응하는 경우, 대응하는 제 1 진동 주파수(ω1)가 레코딩된다. 제 1 주파수 지점(ω1)은 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 생성하는 진동 주파수를 포함한다. 제 1 진동 주파수(ω1)는, 드라이브 신호 위상과 픽오프 신호 위상 간의 위상 차이가 예를 들어, 약 135도인 주파수를 포함할 수 있다.
단계(5)에서, 진동 세트포인트는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅되고, 센서 진동 엘리먼트는 현재 진동 주파수로부터 진동된다. 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)는 현재 진동 주파수로부터 시작해서, 드라이브 신호의 주파수를 변동시킴으로써 달성된다. 현재 진동 주파수는 현재 위상 차이와 타겟 위상 차이 간의 차이에 관한 피드백과 같은 수신된 피드백에 따라 그리고 폐-루프 방식으로 점진적으로 변화된다. 진동 주파수는, 위상 차이가 증가 또는 감소되는지에 의존하여, 현재 진동 주파수로부터 증분적으로 램프 업 또는 다운된다. 시작 진동 주파수는 이에 따라 위의 단계(4)에서 획득된 진동 주파수를 포함하는 현재 진동 주파수라는 것이 이해되어야 한다.
단계(6)에서, 현재 위상 차이는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교된다. 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)가 달성되는 경우, 방법은 단계(8)로 진행된다. 그렇지 않으면, 방법은, 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)가 달성될 때까지 단계(7)로 분기한다.
단계(7)에서, 대기가 수행된다. 결과적으로, 방법은 진동 세트포인트가 달성될 때까지 루핑 및 대기한다. 폐-루프 드라이브 동작으로 인해, 센서 진동 엘리먼트는, 앞서 논의된 바와 같이 적어도 알려진 대기 시간이 경과할 때까지 진동 세트포인트의 진동을 달성하지 못한다.
단계(8)에서, 진동 세트포인트가 달성되고, 드라이브 센서 신호와 픽오프 센서 신호 간의 위상 차이가 제 2 위상 차이(Φ2)에 대응하는 경우, 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)이 레코딩된다. 제 2 주파수 지점(ω2)은 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 생성하는 진동 주파수를 포함한다. 제 2 주파수 지점(ω2)은, 드라이브 신호 위상과 픽오프 신호 위상 간의 위상 차이가 예를 들어, 약 45도인 주파수를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 종래 기술의 진동 센서의 폐-루프 진동 응답의 그래프이다. 수직 축은 진동 주파수(ω)를 나타내고, 수평 축은 시간(t)을 나타낸다. 종래 기술의 진동 센서는 제 1 주파수 지점(ω1)에서 그리고 그 후 제 2 주파수 지점(ω2)에서 교번적으로 진동된다는 것을 알 수 있으며, 이 패턴은 반복적으로 반복된다. 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은 반드시 일정하지는 않다는 것이 이해되어야 한다. 제 1 및 제 2 진동 주파수들(ω1 및 ω2)은 예를 들어, 진동 센서에 의해 특징화되는 유체의 변화들로 인해 변할 수 있다.
종래 기술의 진동 센서의 드라이브 부분의 폐-루프 설계로 인해, 실제 진동 주파수가 스무스하게(smoothly) 그리고 연속적으로, 그러나 느리게 변한다는 것을 알 수 있다. 드라이브 주파수의 각각의 변화는, 타겟 위상 차이를 달성하는데 이용된 피드백으로 인해 폐-루프 시간 기간(TCL)을 달성하도록 요구한다. 그 결과, 종래 기술의 진동 타인 센서는 ω1 및 ω2의 급속 변화들을 측정할 수 없고, 그에 따라 특징화될 유체의 점도의 급속 변화를 측정할 수 없다. 또한, 시간 기간(TCL)이 작은 경우 조차도, 시간 기간(TCL)은 반복되고, 그에 따라 증가할 것이고, 종래 기술의 진동 센서의 동작에 영향을 미칠 것이란 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 양상에서,
진동 센서는,
진동 신호를 생성하도록 구성된 진동 엘리먼트; 및
상기 진동 엘리먼트로부터 상기 진동 신호를 수신하는 수신기 회로; 및
상기 수신기 회로 및 상기 진동 엘리먼트에 커플링되고, 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하는 드라이브 회로를 포함하고, 상기 드라이브 회로는 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 커맨드된 제 1 주파수(commanded first frequency)에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하고, 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하고, 상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정한다.
바람직하게는, 진동 센서는 진동시키고 결정하는 단계를 반복적으로 수행한다.
바람직하게는, 상기 커맨드된 제 1 주파수는 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))을 포함하고, 상기 커맨드된 제 2 주파수는 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))을 포함한다.
바람직하게는, 상기 드라이브 회로는 현재 진동 주파수에서 시작하고 타겟 위상 차이를 달성하도록 상기 드라이브 신호를 생성하는 폐-루프 드라이브 및 커맨드된 제 1 또는 제 2 주파수에서 시작하고 타겟 위상 차이를 달성하도록 드라이브 신호를 생성하는 개-루프 드라이브를 포함한다.
바람직하게는, 개-루프 방식으로 상기 진동 센서의 진동 엘리먼트를 진동시키는 것은, 상기 드라이브 회로가 진동 세트포인트(vibration setpoint)를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅하는 것; 상기 드라이브 회로가 상기 커맨드된 제 1 주파수에서 그리고 상기 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것; 상기 드라이브 회로가 현재 제 1 위상 차이를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 대해 비교하고 상기 현재 제 1 위상 차이가 실질적으로 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일할 때까지 대기하는 것; 상기 현재 제 1 위상 차이가 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일한 경우, 상기 드라이브 회로는 상기 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 레코딩하는 것 ― 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트에서 상기 제 1 주파수 지점(ω1)을 생성함 ― ; 상기 드라이브 회로가 상기 진동 세트포인트를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅하는 것; 상기 드라이브 회로가 상기 커맨드된 제 2 주파수에서 그리고 상기 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것; 상기 드라이브 회로가 현재 제 2 위상 차이를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교하고 상기 현재 제 2 위상 차이가 실질적으로 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일할 때까지 대기하는 것; 및 상기 현재 제 2 위상 차이가 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일한 경우, 상기 드라이브 회로는 상기 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 레코딩하는 것을 포함하고, 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트에서 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 생성한다.
바람직하게는, 상기 드라이브 회로는 추가로, 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하도록 ― 상기 진동은 상기 현재 진동 주파수에서 시작함 ― ; 및 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하도록 ― 상기 진동은 상기 현재 진동 주파수에서 시작함 ― ; 구성된다.
바람직하게는, 상기 드라이브 회로는 특징화되는 유체가 실질적으로 안정되는 경우 상기 개-루프 동작을 선택한다.
바람직하게는, 상기 드라이브 회로는 추가로, 상기 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 근사시키기 위해 상기 커맨드된 제 1 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키도록; 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하도록; 상기 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 근사시키기 위해 상기 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키도록; 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 상기 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하도록; 그리고 상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 상기 특징화되는 유체의 점도를 결정하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 수신기 회로는 상기 드라이브 회로에 커플링되고, 상기 수신기 회로는 진동 신호 진폭 및 진동 신호 주파수를 상기 드라이브 회로에 제공하고, 상기 드라이브 회로는 상기 진동 신호 진폭 및 상기 진동 신호 주파수를 이용하여 상기 진동 엘리먼트에 대한 드라이브 신호를 생성한다.
바람직하게는, 진동 센서는 진동 타인 센서(vibratory tine sensor)를 포함하고, 상기 진동 엘리먼트는 튜닝 포크 구조(tuning fork structure)를 포함한다.
본 발명의 일 양상에서, 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법은,
특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 커맨드된 제 1 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 진동 센서의 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하는 단계;
제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 상기 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하는 단계; 및
상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 방법은 진동시키고 결정하는 단계들을 반복적으로 수행한다.
바람직하게는, 커맨드된 제 1 주파수는 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))을 포함하고, 상기 커맨드된 제 2 주파수는 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))을 포함한다.
바람직하게는, 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트를 진동시키는 것은,
진동 세트포인트를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅하는 단계; 상기 커맨드된 제 1 주파수에서 그리고 상기 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 단계; 현재 제 1 위상 차이를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 대해 비교하고 상기 현재 제 1 위상 차이가 실질적으로 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일할 때까지 대기하는 단계; 상기 현재 제 1 위상 차이가 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일한 경우, 상기 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 레코딩하는 단계 ― 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트에서 상기 제 1 주파수 지점(ω1)을 생성함 ― ; 상기 진동 세트포인트를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅하는 단계; 상기 커맨드된 제 2 주파수에서 그리고 상기 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 단계; 상기 드라이브 회로가 현재 제 2 위상 차이를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교하고 상기 현재 제 2 위상 차이가 실질적으로 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일할 때까지 대기하는 것; 및 상기 현재 제 2 위상 차이가 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일한 경우, 상기 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 레코딩하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트에서 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 생성한다.
바람직하게는, 방법은, 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하는 예비 단계 ― 상기 진동은 상기 현재 진동 주파수에서 시작함 ― ; 및 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 상기 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하는 예비 단계 ― 상기 진동은 상기 현재 진동 주파수에서 시작함 ― 를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 특징화되는 유체가 실질적으로 안정되는 경우 상기 개-루프 동작을 선택한다.
바람직하게는, 방법은, 상기 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 근사시키기 위해 상기 커맨드된 제 1 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 단계; 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하는 단계; 상기 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 근사시키기 위해 상기 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 상기 개-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 단계; 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 상기 폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하는 단계; 및 상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 상기 특징화되는 유체의 점도를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진동 센서는 진동 타인 센서를 포함하고, 상기 진동 엘리먼트는 튜닝 포크 구조를 포함한다.
동일한 참조 번호는 모든 도면들에서 동일한 엘리먼트를 나타낸다. 도면들은 반드시 제 축적은 아니다.
도 1은 진동 센서 엘리먼트 및 센서 엘리먼트에 커플링되는 신호 프로세서를 포함하는 종래 기술의 진동 센서를 도시한다.
도 2는 유체 점도를 측정하기 위한 종래 기술의 진동 센서의 동작의 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 1의 종래 기술의 진동 센서의 폐-루프 진동 응답의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법의 흐름도이다.
도 7은 진동 센서의 결합된 폐-루프 및 개-루프 진동 응답의 그래프이다.
도 4 내지 도 7 및 후술하는 상세한 설명은, 본 발명의 실시예들의 최선의 형태를 형성하고 이용하는 방법에 대해 당업자들에게 교시하기 위한 구체적인 예시들을 도시한다. 신규의 원리들을 교시하는 목적을 위해, 몇몇 종래의 양상들은 간략화되거나 또는 생략되었다. 당업자들은 본 발명의 범위에 포함되는 이러한 예시들로부터의 변동들을 인식할 것이다. 당업자들은, 이하 설명되는 특성들이 본 발명의 다수의 변동들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 결합될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 그 결과, 본 발명은 이하 설명되는 특정 예시들로 제한되는 것이 아니라 오직 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 센서(5)를 나타낸다. 진동 센서(5)는 진동 엘리먼트(104) 및 계측 전자장치(20)를 포함할 수 있고, 여기서 진동 엘리먼트(104)는 리드 또는 리드들(100)에 의해 계측 전자장치(20)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 진동 센서(5)는 진동 타인(tine) 센서 또는 포크(fork) 밀도 센서(도 5 및 첨부 논의 참조)를 포함할 수 있다. 그러나 다른 진동 센서들도 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
진동 센서(5)는 특징화될 유체 내부로 적어도 부분적으로 침지될 수 있다. 예를 들어, 진동 센서(5)는 파이프 또는 도관에 장착될 수 있다. 진동 센서(5)는 유체를 보유하기 위한 탱크 또는 컨테이너 또는 구조에 장착될 수 있다. 진동 센서(5)는 유체 유동을 지향시키기 위한 매니폴드 또는 유사한 구조에 장착될 수 있다. 그러나 다른 장착 어레인지먼트들이 고려되고, 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
유체는 액체 또는 가스를 포함할 수 있다. 유체는 가스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 유체는, 혼입된(entrained) 기체, 혼입된 고체, 다수의 액체들, 또는 이들의 조합들을 포함하는 액체와 같은 멀티-위상 유체를 포함할 수 있다.
진동 센서(5)는 유체 측정들을 제공하기 위해 동작할 수 있다. 진동 센서(5)는, 유동 또는 비-유동 유체를 포함하는 유체에 대한 유체 밀도 및 유체 점도의 하나 또는 그 초과를 포함하는 유체 측정들을 제공할 수 있다. 진동 센서(5)는, 유체 질량 유량, 유체 체적 유량, 및/또는 유체 온도를 포함하는 유체 측정들을 제공할 수 있다. 이러한 목록은 완전한 것은 아니며, 진동 센서(5)는 다른 유체 특징들을 측정 또는 결정할 수 있다.
계측 전자장치(20)는 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 엘리먼트(104)에 전기 전력을 제공할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 엘리먼트(104)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 계측 전자장치(20)는 드라이브 신호를 생성하고 드라이브 신호를 진동 엘리먼트(104)에 공급할 수 있으며, 여기서 진동 엘리먼트(104)는 드라이브 신호를 이용하여 하나 또는 그 초과의 진동 컴포넌트들 내에 진동을 생성한다. 드라이브 신호는 진동 진폭을 제어할 수 있다. 드라이브 신호는 진동 주파수를 제어할 수 있다. 드라이브 신호는 진동 지속기간 및/또는 진동 타이밍을 제어할 수 있다.
계측 전자장치(20)는 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 엘리먼트(104)로부터 진동 신호 또는 신호들을 수신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 예를 들어, 밀도 측정을 생성하기 위해 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱할 수 있다. 다른 또는 부가적인 측정들이 진동 신호 또는 신호들로부터 생성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
계측 전자장치(20)는 신호 또는 신호들의 주파수를 결정하기 위해 진동 엘리먼트(104)로부터 수신된 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱할 수 있다. 주파수는 유체의 공진 주파수를 포함할 수 있다. 공진 주파수는 유체의 밀도를 결정하는데 이용될 수 있다. 게다가, 또는 이에 더해, 계측 전자장치는, 예를 들어, 점도 또는 유체 유량을 결정하기 위해 프로세싱될 수 있는 신호들 간의 위상 시프트와 같은 유체의 다른 특징들을 결정하기 위해 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱할 수 있다. 다른 진동 응답 특징들 및/또는 유체 측정들이 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)에 추가로 커플링될 수 있다. 계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)를 통해 진동 신호를 통신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 측정 값 또는 값들을 생성하기 위해 수신된 진동 신호를 프로세싱할 수 있고 통신 링크(26)를 통해 측정 값 또는 값들을 통신할 수 있다.
이에 더해, 계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)를 통해 정보를 수신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)를 통해 커맨드들, 업데이트들, 동작 값들 또는 동작 값 변화들, 또는 프로그래밍 업데이트들 또는 변화들을 수신할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 본 발명의 진동 센서(5)를 나타낸다. 도시된 실시예에서 진동 센서(5)는, 도시된 실시예에서 샤프트(115)에 의해 진동 엘리먼트(104)에 커플링되는 계측 전자장치(20)를 비롯해서, 진동 타인 센서(5)를 포함한다. 샤프트(115)는 임의의 원하는 길이일 수 있다. 샤프트(115)는 적어도 부분적으로 정공(hollow)일 수 있고 배선들 또는 다른 컨덕터들은 샤프트(115)를 통해 진동 엘리먼트(104)와 계측 전자장치(20) 사이를 연장할 수 있다.
계측 전자장치(20)는, 도시된 실시예에서 수신기 회로(134), 드라이브 회로(138) 및 인터페이스 회로(136)와 같은 회로 컴포넌트들을 포함한다.
도시된 실시예에서, 수신기 회로(134) 및 드라이브 회로(138)는 도시된 실시예에서, 진동 엘리먼트(104)의 리드들에 직접 커플링된다. 대안적으로, 계측 전자장치(20)는 진동 엘리먼트(104)와는 별도의 컴포넌트 또는 디바이스를 포함할 수 있고, 여기서 수신기 회로(134) 및 드라이브 회로(138)는 도 4에서 도시된 바와 같이, 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 엘리먼트(104)에 커플링된다.
도시된 실시예에서 진동 센서(5)의 진동 엘리먼트(104)는 튜닝 포크 구조(tuning fork structure)(104)를 포함하고, 여기서 진동 엘리먼트(104)는 측정되고 있는 유체 내에 적어도 부분적으로 침지되어 있다. 진동 엘리먼트(104)는, 파이프, 도관, 탱크, 용기(receptacle), 매니폴드, 또는 임의의 다른 유체-처리 구조와 같은 다른 구조에 고정될 수 있는 하우징(105)을 포함한다. 하우징(105)은 진동 엘리먼트(104)를 보유하는(retain) 반면, 진동 엘리먼트(104)는 적어도 부분적으로 노출된 채로 남겨진다. 따라서, 진동 엘리먼트(104)는 유체 내에 침지되도록 구성된다.
도시된 실시예에서 진동 엘리먼트(104)는, 유체 내부로 적어도 부분적으로 연장하도록 구성된 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)을 포함한다. 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)은 임의의 원하는 교차-단면 형상을 가질 수 있는 세장형(elongated) 엘리먼트들을 포함한다. 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)은 본질적으로 적어도 부분적으로는 플랙서블하거나 또는 탄력적일 수 있다.
진동 센서(5)는 압전 결정 엘리먼트(piezo-electric crystal element)들을 포함하는 대응하는 제 1 및 제 2 압전 엘리먼트들(122 및 124)을 추가로 포함한다. 제 1 및 제 2 압전 엘리먼트들(122 및 124)은 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114) 각각에 인접하게 위치된다. 제 1 및 제 2 압전 엘리먼트들(122 및 124)은 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)과 접촉하고 기계적으로 상호작용하도록 구성된다.
제 1 압전 엘리먼트(122)는 제 1 타인(112)의 적어도 일부와 접촉할 수 있다. 제 1 압전 엘리먼트(122)는 드라이브 회로(138)에 전기적으로 커플링될 수 있으며 드라이브 회로(138)는 시변(time-varying) 드라이브 신호를 제 1 압전 엘리먼트(122)에 제공한다. 제 1 압전 엘리먼트(122)는, 시변 드라이브 신호를 받을 때 팽창 및 수축될 수 있다. 그 결과, 제 1 전압 엘리먼트(122)는 대안적으로, 진동 모션(점선 참조)에서 좌우로 제 1 타인(112)을 변형시키고 변위시킬 수 있으며, 주기적이고 왕복하는 방식으로 유체를 동요시킨다.
제 2 압전 엘리먼트(124)는, 유체 내에서의 제 2 타인(114)의 변형들에 대응하는 시변 진동 응답 신호를 생성하는 수신기 회로(134)에 커플링될 수 있다. 제 2 타인(114)의 움직임은 이에 따라 제 2 압전 엘리먼트(124)에 의해 대응하는 전기 진동 신호가 생성되게 할 수 있다. 제 2 압전 엘리먼트(124)는 진동 신호를 계측 전자장치(20)에 송신한다. 계측 전자장치(20)는 진동 신호를 프로세싱하고 진동 신호의 진동 신호 주파수 및/또는 진동 신호 진폭을 측정할 수 있다.
계측 전자장치(20)는 인터페이스 회로(136)를 포함한다. 인터페이스 회로(136)는 외부 디바이스들과 통신하도록 구성될 수 있다. 인터페이스 회로(136)는, 진동 측정 신호 또는 신호들을 통신하고, 결정된 유체 특징들을 하나 또는 그 초과의 외부 디바이스들에 통신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 진동 신호의 진동 신호 주파수 및/또는 진동 신호 진폭과 같은 진동 신호 특징들을 인터페이스 회로(136)를 통해 송신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 무엇보다도, 유체의 밀도 및/또는 점도와 같은 유체 측정들을 인터페이스 회로(136)를 통해 송신할 수 있다. 다른 유체 측정들이 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다. 이에 더해, 인터페이스 회로(136)는, 예를 들어, 측정 값들을 생성하기 위한 커맨드들 및 데이터를 포함하는 통신들을 외부 디바이스들로부터 수신할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 수신기 회로(134)는 드라이브 회로(138)에 커플링되며, 수신기 회로(134)는 진동 신호 진폭 및 진동 신호 주파수를 드라이브 회로(138)에 제공하며, 드라이브 회로(138)는 진동 신호 진폭 및 진동 신호 주파수를 이용하여 진동 엘리먼트(104)에 대한 드라이브 신호를 생성한다.
드라이브 회로(138)는 진동 신호를 수신하고 진동 신호로부터 드라이브 신호를 생성할 수 있고, 드라이브 신호를 생성하기 위해 진동 신호의 특성들을 수정할 수 있다. 진동 엘리먼트(104)는 일반적으로 주변 유체에 의해 영향을 받는 공진 주파수에서 유지된다. 진동 엘리먼트(104)는 통상적으로 드라이브 회로(138)에 의해 공진 주파수에서 유지된다. 드라이브 회로(138)는 유체에서 원하는 진동 동요(vibrational disturbance)를 생성하도록 진동 신호를 수정할 수 있다. 드라이브 회로(138)는 추가로, 예를 들어, 계측 전자장치(20)와 진동 엘리먼트(104) 간의 리드들의 길이를 보상하고 및/또는 진동 신호에서 다른 손실들을 보상하도록 진동 신호를 수정할 수 있다.
드라이브 회로(138)는 폐-루프 드라이브(143) 및 개-루프 드라이브(147)를 포함할 수 있다. 폐-루프 드라이브(143) 또는 개-루프 드라이브(147) 중 어느 하나는 드라이브 신호를 생성하고 드라이브 신호를 진동 엘리먼트(104)(즉, 제 1 압전 엘리먼트(122))에 공급하기 위해 드라이브 회로(138)에 의해 이용될 수 있다.
폐-루프 드라이브(143)는 폐-루프 드라이브 신호를 생성하며, 폐-루프 드라이브(143)는 드라이브 신호를 생성하도록 진동 엘리먼트(104)로부터(즉, 제 2 압전 엘리먼트(124)로부터) 수신된 진동 신호를 이용한다. 폐-루프 드라이브(143)는 이에 따라 피드백 및 피드백 알고리즘에 기초하여 동작한다. 피드백은 현재 진동과 커맨드된 진동 타겟 간의 차이를 포함한다. 드라이브 신호는, 진동 신호(즉, 피드백)가 진동 타겟에 도달할 때까지 폐-루프 드라이브(143)에 의해 스무스하게 그리고 연속적으로 변동된다. 그러므로 제 1 주파수 지점(ω1)이 커맨드되는 경우, 폐-루프 드라이브(143)는, ω1의 타겟 진동이 결국 달성될 때까지 ω2의 현재 진동 주파수로부터 증분적으로 변할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 드라이브 회로(138)는 타겟 위상 차이를 달성하도록 현재 진동 주파수에서 시작해서 드라이브 신호를 생성하는 폐-루프 드라이브(143) 및 타겟 위상 차이를 달성하도록 커맨드된 진동 주파수에서 시작해서 드라이브 신호를 생성하는 개-루프 드라이브(147)를 포함한다.
개-루프 드라이브(147)는 커맨드된 진동 타겟에 기초하여 드라이브 신호를 생성하도록 구성된다. 그러므로 제 1 진동 주파수가 커맨드되는 경우, 개-루프 드라이브(147)는, 드라이브 회로(138)가 제 2 진동 주파수로 진동 엘리먼트(104)를 진동시킨 경우에도 제 1 진동 주파수의 드라이브 신호를 생성할 것이다. 개-루프 드라이브(147)는 피드백에 기초하여 동작하지 않고, 그에 따라 개-루프 드라이브(147)는 커맨드된 진동 타겟에서 즉시 진동할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 드라이브 회로(138)는 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 커맨드된 제 1 주파수 시작하고 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하고, 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 커맨드된 제 2 주파수 시작하고 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하고, 제 1 주파수 지점(ω1) 및 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정한다.
커맨드된 제 1 및 제 2 주파수들은 단지 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)의 근사치들일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 커맨드된 제 1 및 제 2 주파수들은 예컨대, 유체의 밀도가 시간에 따라 변동되는 경우, 정확히 실제 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)의 최종 값들이 아닐 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 개-루프 방식으로 진동 센서(5)의 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것은 드라이브 회로(138)가 진동 세트포인트를 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅하는 것, 드라이브 회로(138)가 커맨드된 제 1 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것, 드라이브 회로(138)가 현재 제 1 위상 차이를 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 비교하고 현재 제 1 위상 차이가 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 실질적으로 동일할 때까지 대기하는 것, 현재 제 1 위상 차이가 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일한 경우, 드라이브 회로(138)가 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 레코딩하는 것(제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하는 것은 진동 엘리먼트(104)의 제 1 주파수 지점(ω1)을 생성함), 드라이브 회로(138)가 진동 세트포인트를 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅하는 것, 드라이브 회로(138)가 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것, 드라이브 회로(138)가 현재 제 2 위상 차이를 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 비교하고 현재 제 2 위상 차이가 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 실질적으로 동일할 때까지 대기하는 것, 현재 제 2 위상 차이가 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일한 경우, 드라이브 회로(138)가 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 레코딩하는 것을 포함하며, 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하는 것은 진동 엘리먼트(104)의 제 2 주파수 지점(ω2)을 생성한다.
몇몇 실시예들에서, 드라이브 회로(138)는 커맨드된 제 1 주파수에서 시작하고 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 근사하기 위해 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고, 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하고, 특징화되는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 근사하도록 커맨드된 제 2 주파수에서 시작하고 개-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고, 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하도록 폐-루프 방식으로 진동 엘리먼트(104)를 진동시키고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하고, 제 1 주파수 지점(ω1) 및 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정하도록 구성된다.
비-피드백 제어기로 또한 불릴 수 있는 개-루프 제어기는 시스템의 현재 상태 및 시스템의 모델만을 이용하여 시스템에 대한 그의 입력을 컴퓨팅한다. 개-루프 제어기의 특징은, 그것은 출력이 입력의 원하는 목적을 달성했는지를 결정하는데 피드백을 이용하지 않는다는 것이다. 이는, 시스템이 제어하는 프로세스들의 출력을 관찰하지 않는다는 것을 의미한다. 결과적으로, 진정한 개-루프 시스템은 그의 원하는 그리고 달성된 값들의 에러들을 정정할 수 없다. 그것은 또한 시스템의 동요들을 보상할 수 없을 수 있다. 그러나 진보된 개-루프 시스템이 이용되며, 여기서 제어 방법론은 자가-학습(self-learning) 및 적응식일 수 있다. 그 결과, 실시예들 중 임의의 것에 따른 진동 센서는 종래의 개-루프 제어 프로세스를 이용할 수 있거나, 또는 적응식 개-루프 제어 프로세스를 이용할 수 있으며, 여기서 몇몇 피드백 또는 외부 값들은 드라이브 신호 위상과 진동 신호 위상 간의 실제 위상 차이가 타겟 위상 차이에 근사하거나 근접하게 접근한다는 것을 보장하는데 이용된다.
드라이브 회로(138)는 주파수 지점의 마지막 측정된 값에서 진동하도록 개-루프 드라이브 신호로 그것을 드라이빙함으로써 원하는 진동 주파수 근처에 있는 진동 주파수로 진동 엘리먼트(104)를 강제한다. 예를 들어, ω1의 마지막 측정된 값(ω1time=(t-1)로서 지칭됨)으로부터 획득된 주파수를 갖는 ω1에서 센서를 드라이빙함으로써, 드라이브 시스템은 제 1 주파수 지점(ω1)의 새로운 값을 대략적으로 로케이팅할 수 있다. 커맨드된 제 1 주파수가 달성되면, 드라이브는 폐-루프 동작 또는 적응식 개-루프 동작으로 역으로 천이하고 ω1의 정확한 값을 로케이팅할 수 있다. 유사하게, ω2의 마지막 측정된 값(ω2time=(t-1)로서 지칭됨)으로부터 획득된 주파수를 갖는 ω2에서 센서를 드라이빙함으로써, 드라이브 시스템은 제 2 주파수 지점(ω2)의 새로운 값을 대략적으로 로케이팅할 수 있다. 커맨드된 제 2 주파수가 달성되면, 드라이브는 폐-루프 동작 또는 적응식 개-루프 동작으로 역으로 천이하고 ω2의 정확한 값을 로케이팅할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 순수 폐-루프 진동은 진동 센서의 진동을 개시하는데 이용될 수 있다. 진동은 그 후 개-루프 진동으로 스위칭될 수 있거나, 또는 결합된 개-루프 및 폐-루프 진동을 이용하여 스위칭될 수 있으며, 여기서 반복의 개-루프 부분은 반복 시간을 크게 단축한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 계측 전자장치(20)는 다양한 환경 팩터들을 검사함으로써 예컨대 각각의 반복에서 개-루프 진동들을 이용할지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 계측 전자장치(20)는 특징화되는 유체가 수락 가능하게 안정되는 경우 개-루프 진동을 이용할 수 있다. 유체의 측정된 밀도는, 그것이 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐서 미리 결정된 밀도 허용오차를 초과하여 변동되지 않은 경우 안정된 것으로 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법의 흐름도(600)이다. 아래의 폐-루프 방법 단계들(601-604)은 폐-루프 방식으로 제 1 주파수 지점(ω1)의 주파수를 결정하는 반면에, 폐-루프 방법 단계들(605-608)은 폐-루프 방식으로 제 2 주파수 지점(ω2)의 주파수를 결정한다. 아래의 개-루프 방법 단계들(620-624)은 개-루프 방식으로 제 1 주파수 지점(ω1)의 주파수를 결정하는 반면에, 개-루프 방법 단계들(625-629)은 개-루프 방식으로 제 2 주파수 지점(ω2)의 주파수를 결정한다.
단계(601)에서, 진동 세트포인트는 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅되고 진동 엘리먼트는 진동된다. 타겟 위상 차이는 현재 진동 주파수에서 시작해서, 드라이브 신호의 주파수를 변동시킴으로써 달성된다. 현재 진동 주파수는, 폐-루프 방식으로 그리고 현재 위상 차이와 타겟 위상 차이 간의 차이에 관한 피드백과 같은 수신된 피드백에 따라 점진적으로 변화된다. 진동 주파수는, 위상 차이가 증가 또는 감소되는지에 의존하여, 현재 진동 주파수로부터 증분적으로 램프 업 또는 다운된다.
단계(602)에서, 현재 위상 차이는 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 대해 비교된다. 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)가 달성되면, 방법은 단계(604)로 진행된다. 그렇지 않으면, 방법은, 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)가 달성될 때까지 단계(603)로 분기한다. 단계(603)에서, 대기가 수행된다. 결과적으로, 방법은 진동 세트포인트가 달성될 때까지 루핑하고 대기한다. 진동 센서는 그에 따라 진동 엘리먼트의 실제 진동이 진동 세트포인트에 도달하기를 대기한다. 폐-루프 드라이브 동작으로 인해, 진동 엘리먼트는 적어도 알려진 대기 시간이 경과할 때까지 진동 세트포인트의 진동을 달성하지 못한다.
대기는 고정된 미리 결정된 시간에 대한 것일 수 있거나, 또는 길이가 변동될 수 있다. 환경 조건들은 타겟 위상 차이를 달성하도록 예상된 시간보다 더 긴 시간을 요구할 수 있다. 대기의 길이는 다양한 팩터들에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 초기 위상 차이로부터 타겟 위상 차이까지의 거리에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 진동 엘리먼트의 물리적 특징에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 측정되는 유체의 성질(유체의 밀도 및/또는 점도를 포함함)에 의존할 수 있다. 대기의 길이는 진동 센서에 대해 이용 가능한 전력에 의존할 수 있다. 이용 가능한 전기 전력이 제한되는 경우, 진동 센서는 타겟 위상 차이 및 대응하는 주파수 지점(ω1 또는 ω2)으로 빠르게 램핑할 수 없을 수 있다.
단계(604)에서, 진동 세트포인트가 달성되고, 드라이브 센서 신호와 픽오프 센서 신호 간의 위상 차이가 제 1 위상 차이(Φ1)에 대응하는 경우, 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)이 레코딩된다. 제 1 주파수 지점(ω1)은 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 생성하는 진동 주파수를 포함한다. 제 1 주파수 지점(ω1)은 몇몇 실시예들에서 드라이브 신호 위상과 픽오프 신호 위상 간의 위상 차이가 약 135도인 주파수를 포함한다.
단계(605)에서, 진동 세트포인트는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅되고, 진동 엘리먼트는 현재 진동 주파수로부터 진동된다. 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)는 현재 진동 주파수에서 시작해서, 드라이브 신호의 주파수를 변동시킴으로서 달성된다. 현재 진동 주파수는, 폐-루프 방식으로, 그리고 현재 위상 차이와 타겟 위상 차이 간의 차이에 관한 피드백과 같은 수신된 피드백에 따라 점진적으로 변화된다. 진동 주파수는, 위상 차이가 증가 또는 감소되는지에 의존하여 현재 진동 주파수로부터 증분적으로 램프 업 또는 다운된다. 시작 진동 주파수는 그에 따라 위의 단계(604)에서 획득된 진동 주파수를 포함하는 현재 진동 주파수라는 것이 이해되어야 한다.
단계(606)에서, 현재 위상 차이는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교된다. 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)가 달성되면, 방법은 단계(608)로 진행된다. 그렇지 않으면, 방법은 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)가 달성될 때까지 단계(607)로 분기한다.
단계(607)에서, 대기가 수행된다. 결과적으로, 방법은 진동 세트포인트가 달성될 때까지 루핑하고 대기한다. 폐-루프 드라이브 동작으로 인해, 진동 엘리먼트는 앞서 논의된 바와 같이, 적어도 알려진 대기 시간이 경과할 때까지 진동 세트포인트의 진동을 달성하지 않는다.
단계(608)에서, 진동 세트포인트가 달성되고 드라이브 센서 신호와 픽오프 센서 신호 간의 차이가 제 2 위상 차이(Φ2)에 대응하는 경우, 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)이 레코딩된다. 제 2 진동 주파수 지점(ω2)은 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 생성하는 진동 주파수를 포함한다. 몇몇 실시예들에서 제 2 주파수 지점(ω2)은 몇몇 실시예들에서 드라이브 신호 위상과 픽오프 신호 위상 간의 위상 차이가 약 45도인 주파수를 포함한다.
위의 폐-루프 방법 단계들(601-608)은 진동 유량계에 대한 초기 또는 시동 반복을 포함할 수 있다. 폐-루프 방법 단계들(601-608)은 몇몇 실시예들에서, 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)의 초기 값을 생성하는데 이용될 수 있다. 폐-루프 방법 단계들(601-608)은 방법이 아래의 개방-루프 방법 단계들(620-629)로 진행되기 이전에 한번 이상 반복될 수 있다.
단계(620)에서, 진동 세트포인트는 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅된다.
단계(621)에서, 진동 센서는 커맨드된 제 1 주파수에서 진동된다. 결과적으로, 진동 센서의 진동은 현재 진동 주파수(즉, 이 단계 바로 이전의 진동 주파수)로부터 커맨드된 제 1 주파수에서 주어진 바와 같은 주파수 값으로 불연속적으로 천이한다. 그러므로 이 단계의 초기 진동 주파수는 현재 진동 주파수가 아니란 것이 이해되어야 한다. 진동 센서의 진동은 그에 따라 적어도 일정 시간의 기간 동안 개-루프 진동 프로세스를 포함한다. 개-루프 방식으로 진동하는 결과로서, 결과적인 위상 차이는, 진동이 커맨드된 제 1 주파수에서 시작할 때 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 바로 근접(또는 매우 근접)하게 될 것이다.
몇몇 실시예들에서, 커맨드된 제 1 주파수는 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))을 포함한다. 아래첨자[time=(t-1)]는 제 1 주파수 지점(ω1)이 (현재 반복[time = t]에서) 이전의 시간 기간으로부터의 것이라는 것을 나타낸다. 몇몇 실시예들에서, 이전의 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))은 위의 단계(604)의 이전의 반복에서 획득된 바와 같은, 또는 아래의 단계(624)의 이전의 반복에서 획득된 바와 같은 제 1 주파수 지점(ω1)을 포함할 수 있다. 그러나 방법은 바로 이전의 주파수 값으로 제한되지 않고, 값은 더 뒤의 시간의 반복으로부터의 것일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 대안적으로, 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))은 특징화되는 미리 결정된 유체에 대한 예상된 주파수 값과 같이 진동 센서 내에서 이전에 결정되거나 수신되고 저장된 이상적인 값을 포함할 수 있다.
개-루프 진동 천이가 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))으로 천이한 이후, 진동은 이어서 폐-루프 또는 적응식 개-루프 진동 프로세스로 리턴할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 피드백(또는 다른 또는 부가적인 정보)은 그 후 진동을 정제하고 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 초점을 맞추는데 이용될 수 있다.
단계(622)에서, 현재 위상 차이는 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 대해 비교된다. 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)가 달성된 경우, 방법은 단계(624)로 진행된다. 그렇지 않으면, 방법은 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)가 달성될 때까지 단계(623)로 분기한다.
단계(623)에서, 대기가 수행된다. 결과적으로 방법은 진동 세트포인트가 달성될 때까지 루핑 및 대기한다. 대기는 고정된 미리 결정된 시간에 대한 것일 수 있거나, 또는 길이가 변동될 수 있다. 대기의 길이는 초기 위상 차이로부터 타겟 위상 차이까지의 거리, 진동 엘리먼트의 물리적 특성, 측정되는 유체의 성질(유체의 밀도 및/또는 점도를 포함함) 및 진동 센서에 대해 이용 가능한 전력과 같은 다양한 팩터들에 의존할 수 있다. 그러나 단계(623)의 대기는 위의 단계(603)의 대기 길이보다 상당히 더 짧게 될 것이다. 단계(621)가 개-루프 방식으로 진동 센서를 진동시키고, 최종 주파수에 근접하게 되는 주파수에서 시작하기 때문에, 진동 센서가 타겟 위상 차이를 달성하는데 필요한 시간의 양은 상당히 감소된다.
단계(624)에서, 진동 세트포인트가 달성되고, 드라이브 센서 신호와 픽오프 센서 신호 간의 위상 차이가 제 1 위상 차이(Φ1)에 대응하는 경우, 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)이 레코딩된다. 제 1 주파수 지점(ω1)은 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 생성하는 진동 주파수를 포함한다. 제 1 주파수 지점(ω1)은 몇몇 실시예들에서 드라이브 신호 위상과 픽오프 신호 위상 간의 위상 차이가 약 135도인 주파수를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 새롭게-결정된 제 1 주파수 지점(ω1)은 개-루프 방법 단계들(620-624)의 미래의 반복(또는 반복들)에서 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))으로서 이용될 수 있다.
단계(625)에서, 진동 세트포인트는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅된다.
단계(626)에서, 진동 센서는 커맨드된 제 2 주파수에서 진동된다. 결과적으로, 진동 센서의 진동은 현재 진동 주파수(즉, 이 단계 바로 이전의 진동 주파수)로부터 커맨드된 제 2 주파수에서 주어진 바와 같은 주파수 값으로 불연속적으로 천이한다. 그러므로 이 단계의 초기 진동 주파수는 현재 진동 주파수가 아니란 것이 이해되어야 한다. 진동 센서의 진동은 그에 따라 적어도 일정 시간의 기간 동안 개-루프 진동 프로세스를 포함한다. 개-루프 방식으로 진동하는 결과로서, 결과적인 위상 차이는, 진동이 커맨드된 제 2 주파수에서 시작할 때 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 바로 근접(또는 매우 근접)하게 될 것이다.
몇몇 실시예들에서, 커맨드된 제 2 주파수는 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))을 포함한다. 아래첨자[time=(t-1)]는 제 2 주파수 지점(ω2)이 (현재 반복[time = t]에서) 이전의 시간 기간으로부터의 것이라는 것을 나타낸다. 몇몇 실시예에서, 이전의 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))은 위의 단계(608)의 이전의 반복에서 획득된 바와 같은, 또는 아래의 단계(629)의 이전의 반복에서 획득된 바와 같은 제 2 주파수 지점(ω2)을 포함할 수 있다. 그러나 방법은 바로 이전의 주파수 값으로 제한되지 않고, 값은 더 뒤의 시간의 반복으로부터의 것일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 대안적으로, 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))은 특징화되는 미리 결정된 유체에 대한 예상된 주파수 값과 같이 진동 센서 내에서 이전에 결정되거나 수신되고 저장된 이상적인 값을 포함할 수 있다.
개-루프 진동 천이가 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))으로 천이한 이후, 진동은 이어서 폐-루프 또는 적응식 개-루프 진동 프로세스로 리턴할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 피드백(또는 다른 또는 부가적인 정보)은 그 후 진동을 정제하고 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 초점을 맞추는데 이용될 수 있다.
단계(627)에서, 현재 위상 차이는 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교된다. 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)가 달성된 경우, 방법은 단계(629)로 진행된다. 그렇지 않으면, 방법은 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)가 달성될 때까지 단계(628)로 분기한다.
단계(628)에서, 대기가 수행된다. 결과적으로 방법은 진동 세트포인트가 달성될 때까지 루핑 및 대기한다. 대기는 고정된 미리 결정된 시간에 대한 것일 수 있거나, 또는 길이가 변동될 수 있다. 대기의 길이는 초기 위상 차이로부터 타겟 위상 차이까지의 거리, 진동 엘리먼트의 물리적 특성, 측정되는 유체의 성질(유체의 밀도 및/또는 점도를 포함함) 및 진동 센서에 대해 이용 가능한 전력과 같은 다양한 팩터들에 의존할 수 있다. 그러나 단계(628)의 대기는 위의 단계(607)의 대기 길이보다 상당히 더 짧게 될 것이다. 단계(626)가 개-루프 방식으로 진동 센서를 진동시키고, 최종 주파수에 근접하게 되는 주파수에서 시작하기 때문에, 진동 센서가 타겟 위상 차이를 달성하는데 필요한 시간의 양은 상당히 감소된다
단계(629)에서, 진동 세트포인트가 달성되고, 드라이브 센서 신호와 픽오프 센서 신호 간의 위상 차이가 제 2 위상 차이(Φ2)에 대응하는 경우, 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)이 레코딩된다. 제 2 주파수 지점(ω2)은 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 생성하는 진동 주파수를 포함한다. 제 2 주파수 지점(ω2)은 드라이브 신호 위상과 픽오프 신호 위상 간의 위상 차이가 몇몇 실시예들에서 약 45도인 주파수를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 새롭게-결정된 제 2 주파수 지점(ω2)은 개-루프 방법 단계들(625-629)의 미래의 반복(또는 반복들)에서 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))으로서 이용될 수 있다.
실시예들 중 임의의 것에 따른 진동 센서(5)는 개-루프 동작을 이용하여 특징화되는 유체의 더 빠른 변화들에 반응한다.
폐-루프 방법 단계들(601-608)은, 폐-루프 방법 단계들(601-608)이 적어도 한번 실행되는 초기 또는 시동 프로세스를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 폐-루프 방법 단계들(601-608)은 초기 또는 시동 프로세스 이후 또는 정상 동작 동안 실행될 수 없다. 몇몇 실시예들에서, 개-루프 방법 단계들(620-629)은 반복적으로 실행될 수 있고, 폐-루프 방법 단계들(601-608)은 단지 주파수 지점들(ω1 및 ω2)의 초기 값들을 유도하기 위해 실행된다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 폐-루프 방법 단계들(601-608)은 예를 들어, 요구 사항 근거(as-needed basis)로 간헐적으로 또는 주기적으로 실행될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은 진동 신호의 전력을 측정하고 진동 신호의 반-전력의 지점들로부터 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)을 결정함으로써 발견될 수 있다. 전력을 측정함으로써 발견되는 주파수 지점들은 위상 차이를 모니터링함으로써 발견되는 주파수 지점들과 대략 동일하지만, 정확히 동일하진 않을 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 7은 도 4 내지 도 5의 진동 센서의 결합된 폐-루프 및 개-루프 진동 응답들 및/또는 도 6의 방법의 결합된 폐-루프 및 개-루프 진동 응답들의 그래프이다. 수직 축은 진동 주파수(ω)를 나타내고, 수평 축은 시간(t)을 나타낸다. 종래 기술의 진동 센서는 제 1 주파수 지점(ω1)에서 그리고 그 후 제 2 주파수 지점(ω2)에서 교번적으로 진동된다는 것을 알 수 있으며, 여기서 이 패턴은 반복적으로 반복된다. 주파수 지점들(ω1 및 ω2)이 일정한 것으로서 도시되지만, 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은 예를 들어, 진동 센서에 의해 특징화되는 유체의 변화들로 인해 변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 제 1 및 제 2 주파수 지점들(ω1 및 ω2)은 예를 들어, 환경 조건들의 변화들로 인해, 예컨대 온도 및/또는 압력의 변화들로 인해 변할 수 있다.
최초 2개의 진동 발생들은 2개의 폐-루프 시간 기간들(TCL)에 스패닝한다. 최초 2개의 진동 발생들은 폐-루프 방식의 진동을 포함하며, 여기서 진동은 주파수 지점(ω1)에서 시작하고, 진동은 진동이 주파수 지점(ω2)을 달성할 때까지 스무스하게 그리고 연속적으로 변동되거나, 또는 진동이 주파수 지점(ω2)에서 시작하고, 진동이 주파수 지점(ω1)을 달성할 때까지 진동이 스무스하게 그리고 연속적으로 변동된다. 최초 2개의 진동 발생들의 폐-루프 진동으로 인해, 실제 진동 주파수는 스무스하게 그리고 연속적이지만 느리게 변한다는 것을 알 수 있다. 드라이브 주파수의 각각의 변화는, 타겟 위상 차이를 달성하는데 이용되는 피드백으로 인해 폐-루프 시간 기간(TCL)을 달성하도록 요구한다. 그 결과, 종래 기술의 진동 타인 센서는 주파수 지점들(ω1 및 ω2)의 급속 변화들을 측정할 수 있고, 그에 따라 특징화되는 유체의 밀도 및/또는 점도의 급속 변화들을 측정할 수 없다.
도면에서 도시되는 후속 7개의 진동 발생들은 개-루프 시간 기간들(TOL)에 스패닝한다. 후속 7개의 진동 발생들은 개-루프 방식의 진동을 포함하고, 진동은 커맨드된 타겟 진동에서 시작하고 진동은 이전의 진동으로부터 커맨드된 타겟 진동으로 불연속적으로 천이한다. 예를 들어, 진동 주파수가 현재 제 2 주파수 지점(ω2)에 있는 최초의 개-루프 시간 기간(TOL)의 초반(그래프 상의 지점(A))에, 진동은 그럼에도, 돌연히 그리고 불연속적으로 제 1 주파수 지점(ω1)(지점(B))으로 천이한다.
위에서 언급된 바와 같이, 순수 폐-루프 진동은 진동을 개시하는데 이용될 수 있다. 진동은 그 후 순수 개-루프 진동을 이용하도록 스위칭할 수 있거나, 또는 결합된 계-루프 및 폐-루프 진동을 이용하도록 스위칭할 수 있으며, 여기서 반복의 개-루프 부분은 반복 시간을 크게 단축한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 계측 전자장치(20)는 예컨대, 각각의 반복에서, 다양한 환경 팩터들을 검사함으로써 개-루프 진동을 이용할지 판단할 수 있다. 예를 들어, 계측 전자장치(20)는 특징화되는 유체가 실질적으로 안정된 경우 개-루프 진동을 이용할 수 있다. 유체의 측정된 밀도는, 그것이 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐서 미리 결정된 밀도 허용오차 초과하여 변동하지 않는 경우 안정된 것으로 결정될 수 있다.
전술한 실시예들의 상세한 설명들은, 발명자들에 의해 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되는 모든 실시예들의 철저한 설명은 아니다. 사실상, 당업자들은, 앞서-설명된 실시예들의 특정 엘리먼트들이 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 결합되거나 또는 제거될 수 있고, 이러한 추가적인 실시예들은 본 발명의 범위 및 교시들 내에 포함된다는 점을 인식할 것이다. 또한, 앞서-설명된 실시예들은 본 발명의 범위 및 교시들 내에서 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 결합될 수 있다는 점이 당업자들에게 명백하게 될 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims (18)

  1. 진동 센서(5)로서,
    진동 신호를 생성하도록 구성된 진동 엘리먼트(104); 및
    상기 진동 엘리먼트(104)로부터 상기 진동 신호를 수신하는 수신기 회로(134); 및
    상기 수신기 회로(134) 및 상기 진동 엘리먼트(104)에 커플링되고, 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하는 드라이브 회로(138)
    를 포함하고,
    상기 드라이브 회로(138)는:
    특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하기 위해 커맨드된 제 1 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것을 시작하도록 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하고,
    제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하기 위해 커맨드된 제 2 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것을 시작하도록 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하고, 상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정하고,
    상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1) 및 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하기 위해 상기 진동 센서의 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것은,
    상기 드라이브 회로(138)가 진동 세트포인트(vibration setpoint)를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅하는 것;
    상기 드라이브 회로(138)가 상기 커맨드된 제 1 주파수와 상이한 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것;
    상기 드라이브 회로(138)가 현재 제 1 위상 차이를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 대해 비교하고 상기 현재 제 1 위상 차이가 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일할 때까지 대기하는 것;
    상기 현재 제 1 위상 차이가 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일한 경우, 상기 드라이브 회로(138)는 상기 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 레코딩하는 것 ― 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트(104)에서 상기 제 1 주파수 지점(ω1)을 생성함 ― ;
    상기 드라이브 회로(138)가 상기 진동 세트포인트를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅하는 것;
    상기 드라이브 회로(138)가 상기 커맨드된 제 2 주파수와 상이한 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것;
    상기 드라이브 회로(138)가 현재 제 2 위상 차이를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교하고 상기 현재 제 2 위상 차이가 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일할 때까지 대기하는 것; 및
    상기 현재 제 2 위상 차이가 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일한 경우, 상기 드라이브 회로(138)는 상기 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 레코딩하는 것
    을 포함하고,
    상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트(104)에서 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 생성하는,
    진동 센서(5).
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 진동 센서(5)는 진동시키고 결정하는 단계를 반복적으로 수행하는,
    진동 센서(5).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커맨드된 제 1 주파수는 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))을 포함하고, 상기 커맨드된 제 2 주파수는 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))을 포함하는,
    진동 센서(5).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브 회로(138)는 타겟 위상 차이를 달성하도록 상기 드라이브 신호를 생성하고 현재 진동 주파수에서 시작하는 폐-루프(closed-loop) 드라이브(143) 및 타겟 위상 차이를 달성하도록 상기 드라이브 신호를 생성하고 커맨드된 제 1 또는 제 2 주파수에서 시작하는 개-루프 드라이브(147)를 포함하는,
    진동 센서(5).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브 회로(138)는 추가로,
    폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시켜 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하고 그리고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정함으로써 상기 제 1 커맨드 주파수를 결정하고; 그리고
    폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시켜 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정함으로써 상기 제 2 커맨드 주파수를 결정하도록
    구성되는,
    진동 센서(5).
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브 회로(138)는 특징화되는 유체가 실질적으로 안정되는 경우 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하는,
    진동 센서(5).
  7. 진동 센서(5)로서,
    진동 신호를 생성하도록 구성된 진동 엘리먼트(104); 및
    상기 진동 엘리먼트(104)로부터 상기 진동 신호를 수신하는 수신기 회로(134); 및
    상기 수신기 회로(134) 및 상기 진동 엘리먼트(104)에 커플링되고, 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하는 드라이브 회로(138)
    를 포함하고,
    상기 드라이브 회로(138)는:
    특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하기 위해 커맨드된 제 1 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것을 시작하도록 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하고;
    제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하기 위해 커맨드된 제 2 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것을 시작하도록 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하고;
    상기 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 접근하기 위해 상기 커맨드된 제 1 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것을 시작하도록 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하고;
    상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하기 위해 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키도록 폐-루프 진동 프로세스를 사용하고;
    상기 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 접근하기 위해 상기 커맨드된 제 2 주파수에서 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키는 것을 시작하도록 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하고;
    상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하기 위해 상기 진동 엘리먼트(104)를 진동시키도록 상기 폐-루프 진동 프로세스를 사용하고; 그리고
    상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 상기 특징화되는 유체의 점도를 결정하도록
    구성되는,
    진동 센서(5).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기 회로(134)는 상기 드라이브 회로(138)에 커플링되고, 상기 수신기 회로(134)는 진동 신호 진폭 및 진동 신호 주파수를 상기 드라이브 회로(138)에 제공하고, 상기 드라이브 회로(138)는 상기 진동 신호 진폭 및 상기 진동 신호 주파수를 이용하여 상기 진동 엘리먼트(104)에 대한 드라이브 신호를 생성하는,
    진동 센서(5).
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 진동 센서(5)는 진동 타인 센서(vibratory tine sensor)(5)를 포함하고, 상기 진동 엘리먼트(104)는 튜닝 포크 구조(tuning fork structure)(104)를 포함하는,
    진동 센서(5).
  10. 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법으로서,
    특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하기 위해 커맨드된 제 1 주파수에서 진동 센서의 진동 엘리먼트를 진동시키는 것을 시작하도록 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하는 단계;
    제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하기 위해 커맨드된 제 2 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것을 시작하도록 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1) 및 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하기 위해 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것은,
    진동 세트포인트를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)로 세팅하는 것;
    상기 커맨드된 제 1 주파수와 상이한 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것;
    현재 제 1 위상 차이를 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 대해 비교하고 상기 현재 제 1 위상 차이가 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일할 때까지 대기하는 것;
    상기 현재 제 1 위상 차이가 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)와 동일한 경우, 상기 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 레코딩하는 것 ― 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트에서 상기 제 1 주파수 지점(ω1)을 생성함 ― ;
    상기 진동 세트포인트를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)로 세팅하는 것;
    상기 커맨드된 제 2 주파수와 상이한 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것;
    현재 제 2 위상 차이를 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 대해 비교하고 상기 현재 제 2 위상 차이가 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일할 때까지 대기하는 것; 및
    상기 현재 제 2 위상 차이가 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)와 동일한 경우, 상기 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 레코딩하는 것
    을 포함하고,
    상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하는 것은 상기 진동 엘리먼트에서 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 생성하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 방법은,
    진동시키고 결정하는 단계들을 반복적으로 수행하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 커맨드된 제 1 주파수는 이전-시간 제 1 주파수 지점(ω1time=(t-1))을 포함하고, 상기 커맨드된 제 2 주파수는 이전-시간 제 2 주파수 지점(ω2time=(t-1))을 포함하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시켜 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정함으로써 상기 제 1 커맨드 주파수를 결정하는 예비 단계; 및
    폐-루프 방식으로 상기 진동 엘리먼트를 진동시켜 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정함으로써 상기 제 2 커맨드 주파수를 결정하는 예비 단계
    를 더 포함하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 방법은 특징화되는 유체가 실질적으로 안정되는 경우 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  15. 진동 센서의 진동을 변동시키는 방법으로서,
    특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하기 위해 커맨드된 제 1 주파수에서 진동 센서의 진동 엘리먼트를 진동시키는 것을 시작하도록 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하는 단계;
    제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하기 위해 커맨드된 제 2 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것을 시작하도록 개-루프 진동 프로세스를 사용하고 그리고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 특징화되는 유체의 점도를 결정하는 단계;
    상기 커맨드된 제 1 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것을 시작하기 위해 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하여 상기 특징화되는 유체에 대한 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)에 접근하는 단계;
    상기 진동 엘리먼트를 진동시키기 위해 폐-루프 진동 프로세스를 사용하여 상기 제 1 타겟 위상 차이(Φ1)를 달성하고 대응하는 제 1 주파수 지점(ω1)을 결정하는 단계;
    상기 커맨드된 제 2 주파수에서 상기 진동 엘리먼트를 진동시키는 것을 시작하기 위해 상기 개-루프 진동 프로세스를 사용하여 상기 특징화되는 유체에 대한 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)에 접근하는 단계;
    상기 진동 엘리먼트를 진동시키기 위해 상기 폐-루프 진동 프로세스를 사용하여 상기 제 2 타겟 위상 차이(Φ2)를 달성하고 대응하는 제 2 주파수 지점(ω2)을 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 주파수 지점(ω1) 및 상기 제 2 주파수 지점(ω2)을 이용하여 상기 특징화되는 유체의 점도를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 진동 센서는 진동 타인 센서를 포함하고, 상기 진동 엘리먼트는 튜닝 포크 구조를 포함하는,
    진동 센서의 진동을 변동시키는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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