KR20060088116A - 코리올리 유량계용 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

다중 모드를 이용한 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 본 발명에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용한 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용한 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 각각의 모드에 관련된 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용한 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향을 결정하는 수단을 더 포함한다. 다중 모드를 이용한 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 기초한 유량 및 밀도값에 대한 유량 영향을 계산하는 수단을 포함한다.

Description

코리올리 유량계용 진단 장치 및 방법 {DIAGNOSTIC APPARATUS AND METHODS FOR A CORIOLIS FLOW METER}
본 발명은 코리올리 유량계용 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
1985년 1월 1일에 제이. 이. 스미스(J. E. Smith) 외 다수에 의해 출원되고 1982년 2월 11일에 제이. 이. 스미스(J. E. Smith)에게 Re. 31,450 및 미국 특허 번호 4,491,025호에 개시된 바와 같이 질량 흐름 및 파이프라인을 통해 흐르는 물질의 다른 정보를 측정하는 코리올리 질량 유량계가 공지되었다. 이러한 유량계는 상이한 구성의 하나 이상의 튜브를 갖는다. 각각의 도관 형태는 예를 들면, 단순 벤딩형, 토션형, 방사형, 및 연결형 모드를 포함하는 고유 진동 모드 세트로 보여 질 수 있다. 일반적인 코리올리 질량 흐름 측정 응용례에서, 도관 형태는 물질이 도관을 통해 유동할 때 하나 이상의 진동 모드로 자극되어 도관의 운동은 도관을 따라 이격되는 지점에서 측정된다.
물질로 충전된 시스템의 진동 모드는 흐름관 내에서 흐름관 및 물질의 결합된 질량에 의해 부분적으로 형성된다. 물질은 유량계의 유입면 상에 연결된 파이프로부터 유량계 내로 흐른다. 물질은 그 후 흐름관 또는 흐름관들을 통해 지향되어 유출면 상에 연결된 파이프로 유량계에서 유출된다.
구동기는 힘을 흐름관에 인가한다. 힘은 흐름관이 진동하게 한다. 유량계를 통해 어떠한 물질 흐름도 없을 때, 흐름관을 따라 모든 점은 동일한 위상으로 진동한다. 물질이 흐름관을 통해 흐르기 시작할 때, 코리올리 가속은 흐름관을 따르는 각각의 점이 흐름관을 따르는 다른 점에 대해 상이한 위상을 갖는 원인이 된다. 흐름관의 유입면 상의 위상은 구동기보다 지상(lag)이며, 유출면 상의 위상은 구동기보다 진상(lead)이다. 센서는 흐름관 상의 상이한 점에 위치하여 상이한 점에서 흐름관의 운동에 대한 정현파 신호를 발생시킨다. 센서로부터 수용된 신호의 위상차는 시간 단위(units of time)로 계산된다.
센서 신호 사이의 위상차는 흐름관 또는 흐름관들을 통해 흐르는 물질의 질량 유량(flow rate)에 비례한다. 물질의 질량 유량은 위상차를 흐름 보정 계수(calibration constant)로 곱하는 것에 의해 결정된다. 흐름 보정 계수는 보정 프로세스에 의해 결정된다. 보정 프로세스에서, 공지된 유체는 주어진 유량 및 위상차 사이의 비례로 흐름관을 통과하여 유량이 보정된다.
코리올리 유량계의 한가지 장점은 진동하는 흐름관에서 어떠한 운동하는 부품이 없다는 것이다. 유량은 흐름관 상의 두 점 사이의 위상차와 흐름 보정 계수를 곱하여 결정된다. 위상차는 흐름관 상의 두 점의 진동을 나타내는 센서로부터 수용되는 정현파 신호로부터 계산된다. 흐름 보정 계수는 흐름관의 단면 및 물질에 비례한다. 따라서, 위상차 및 흐름 보정 계수의 측정은 유량계의 부품을 운동시키는 것에 의해 영향을 받지 않는다.
그러나, 물질 속성(material properties), 흐름관의 단면 속성 및 강성 (stiffness)은 코리올리 유량계의 작동 동안 변화할 수 있다는 문제점이 있다. 물질 속성, 흐름관의 횡단면 속성 및 강성의 변화는 흐름관을 통해 흐르는 물질에 의해 흐름관의 피막(coating), 침식(erosion), 부식(corrosion)의 원인이 되어, 파이프 라인의 마운팅(mounting) 및 온도를 변화시킨다. 흐름관의 단면 속성을 변화시키는 일례는 흐름관 부식에 의해 원인이 되는 관성 모멘트의 변화이다. 흐름관의 단면 속성 및 물질의 변화에 대한 두번째 실예는 관을 통해 흐르는 물질에 의해 흐름관의 피막에 의한 흐름관 질량의 증가 및 단면 영역의 감소이다. 물질 속성, 흐름관의 단면 속성 및 강성의 변화는 유량계의 흐름 및 밀도 보정 계수를 변화시킬 수 있다. 유량계의 흐름 보정 계수가 변한다면, 원래의 흐름 보정 계수를 이용하여 계산되는 유량은 부정확하다. 따라서, 코리올리 유량계에 의해 측정된 질량 유량이 부정확할 수 있다는 것을 나타내는 흐름관의 물질 속성, 단면 속성 및/또는 강성의 가능한 변화를 감지하는 시스템을 위한 기술이 요구된다.
질량 흐름 및 밀도를 나타내는 다양한 파라미터의 결정 및 비교를 통해 코리올리 유량계의 무결성(integrity)을 진단하기(validate) 위한 시스템을 제공하여 상기 및 다른 문제점이 해결되며 기술의 진보가 달성된다. 예를 들면, 1997년 11월 11일에 버틀러(Buttler) 외 다수에 허여된 미국 특허 번호 5,687,100호에 개시된 바와 같이, 질량 흐름 및 밀도는 주파수에 대한 질량 흐름 영향(mass flow effect)에 기초하여 결정된다.
다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법은 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 단계를 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법은 각각의 모드에 관련된 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 단계를 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향(flow rate effect)을 결정하는 단계를 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 기초한 유량 및 밀도값에 대한 유량 영향을 계산하는 단계를 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 각각의 목표된 모드에 관련된 유량의 결정을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 유량을 비교하는 단계 및 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 단계를 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 각각의 목표된 모드에 관련된 물질 흐름 밀도를 결정하는 단계를 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 각각의 모드에 관련된 밀도값을 비교하는 단계 및 비교에 대응하는 에러 조건을 감지하는 단계를 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 단계를 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 각각의 모드에 관련된 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 단계를 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향을 결정하는 단계를 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 각각의 모드에 대한 밀도 및 밀도값에 대한 유량 영향으로부터 각각의 모드에 대해 유량을 계산하는 단계를 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 유량을 비교하는 단계 및 비교에 대응하는 에러 조건을 감지하는 단계를 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 상기 방법은 다수의 목표된 모드로 유량계를 보정하는 단계를 포함한다. 보정 후에, 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향이 결정된다. 각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향을 알고난 다음, 각각의 목표된 모드에 대한 유량 보상 밀도(a flow rate compensated density)가 계산된다. 그 후 밀도값의 비교가 이루어져서 비교에 대응하는 에러 조건이 감지된다.
다중 모드를 이용하여 물질 흐름의 온도를 결정하는 방법은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 본 방법은 보정 상수를 확인하기 위해 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 단계를 포함한다. 보정한 후, 관 주기(tube period)가 각각의 목표된 모드에 대해 계산된다. 각각의 모드에 대한 보정 상수 및 관 주기를 이용하여, 물질 흐름 온도가 결정될 수 있다.
다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 각각의 모드에 관련된 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향을 결정하는 수단을 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 기초한 유량 및 밀도값에 대한 유량 영향을 계산하는 수단을 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 관련된 유량을 결정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 모드에 대해 결정된 유량을 비교하는 수단 및 각각의 목표된 모드에 관련된 비교된 밀도값에 대응하는 에러 조건을 감지하는 수단을 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 관련된 물질 흐름 밀도를 결정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 밀도값을 비교하는 수단을포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 비교된 밀도값에 대응하는 에러 조건을 감지하는 수단을 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 본 발명에 따른 실시예를 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 모드에 관련된 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 수단을 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향을 결정하는 수단을 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 유량계를 계산하는 수단을 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 유량을 비교하는 수단 및 비교된 유량 값에 대응하는 에러 조건을 감지하는 수단을 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 밀도에 대한 유량 영향을 결정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대해 유량 보상 밀도를 계산하는 수단을 더 포함한다. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템은 밀도값을 비교하는 수단 및 비교된 밀도값에 대응하는 에러 조건을 감지하는 수단을 더 포함한다.
다중 모드를 이용하여 물질 흐름의 온도를 결정하는 시스템은 본 발명의 실시예에 따라 제공된다. 다중 모드를 이용하여 물질 흐름의 온도를 결정하는 시스템은 보정 상수를 확인하기 위해 다수의 목표된 모드에 대해 유량계를 보정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 물질 흐름의 온도를 결정하는 시스템은 각각의 목표된 모드에 대한 관 주기를 결정하는 수단을 포함한다. 다중 모드를 이용하여 물질 흐름의 온도를 결정하는 시스템은 각각의 모드에 대해 보정 상수 및 관 주기를 이용하여 물질 흐름 온도를 결정하는 수단을 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 실예에 따른 코리올리 유량계의 도면이며,
도 2는 본 발명의 실예에 따른 진단 시스템을 도시하며,
도 3는 본 발명의 실예에 따른 진단 시스템을 도시하며,
도 4는 본 발명의 실예에 따른 유량을 결정하는 프로세스를 도시하며,
도 5는 본 발명의 실예에 따른 진단 시스템을 도시하며,
도 6은 본 발명의 실예에 따른 진단 시스템을 도시하며, 및
도 7은 본 발명의 실예에 따른 온도에 대한 프로세스를 도시한다.
도 1 내지 도 7 및 다음의 상세한 설명은 본 발명의 가장 양호한 모드를 만들고 이용하는 법을 당업자가 실시할 수 있도록 상세한 실예를 기술한다. 본 발명의 원리을 알리기 위해, 소정의 통상적인 양태가 간략화되거나 생략되었다. 당업자는 본 발명의 사상 범위 내의 이러한 실시예로부터 변형예들을 이해할 수 있을 것이다. 아래의 실예는 간략화를 위해 2 가지 모드를 이용하여 표현되었다. 2 가지 이상의 모드가 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 당업자는 아래에 기술된 형태가 본 발명의 다중 변형례를 형성하도록 다양한 방식으로 결합될 수 있다는 것 을 이해할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 아래에 기술된 특정한 실시예에 국한되지 않으며, 또한 청구항 및 그 균등물에 국한되지 않는다.
도 1은 유량기 조립체(10) 및 유량계 전자 기기부(20)를 포함하는 코리올리 유량계(5)를 도시한다. 유량계 조립체(10)는 질량 유량 및 프로세스 물질 밀도에 대응한다. 유량계 전자기기부(20)는 밀도, 질량 유량, 및 경로(26) 상의 온도 정보, 및 기타 본 발명과 관계없는 다른 정보를 제공한다. 본 발명이 코리올리 질량 유량계에 의해 제공되는 추가적인 측정 능력없이 진동하는 관 밀도 측정기(tube densitometer)로 실행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할지라도 코리올리 유량계 구조가 기술된다.
유량계 조립체(10)는 한 쌍의 매니폴드(150 및 150'), 플랜지 넥(110 및 110')을 갖는 플랜지(103 및 103'), 한 쌍의 평행 흐름관(130 및 130'), 구동 메카니즘(180), 온도 센서(190), 및 한 쌍의 속도 센서(170L 및 170R)를 포함한다. 흐름관(130 및 130')은 흐름관 마운팅 블록(120 및 120')에서 서로를 향하여 수렴하는 두개의 실질적인 직선 유입 레그(131 및 131') 및 유출 레그(134 및 134')를 갖는다. 흐름관(130 및 130')은 길이를 따라 2개의 대칭 위치(symmetrical location)에서 구부러지며 전체 길이에서 실질적으로 평행하다. 브레이스 바(140 및 140')는 각각의 흐름관이 진동하는 축선(W 및 W')를 형성한다.
흐름관(130 및 130')의 측면 레그(131, 131' 및 134, 134')는 흐름관 마운팅 블록(120 및 120')에 고정되게 부착되어, 이들 블록은 차례로 매니폴드(150 및 150')에 고정되게 부착된다. 이것은 코리올리 유량계 조립체(10)를 통한 연속적인 폐쇄 물질 경로를 제공한다.
구멍(102 및 102')을 갖는, 플랜지(103 및 103')가 유입 단부(104) 및 유출 단부(104')를 통해 측정되고 있는 프로세스 물질을 운반하는 프로세스 라인(미도시) 내로 연결될 때, 플랜지(103)의 오리피스(101)를 통해 유량계의 물질 유입 단부(104)는 표면(121)을 갖는 흐름관 마운팅 블록(120)에 매니폴드(150)을 통해 안내된다. 매니폴드(150) 내에서 물질은 분배되어 흐름관(130 및 130')를 통해 루트를 돈다. 흐름관(130 및 130')을 유출하자마자, 프로세스 물질은 매니폴드(150') 내에서 단일 흐름으로 재결합된 후 프로세스 라인(미도시)을 향해 볼트 구멍(102')을 갖는 플랜지(103')에 의해 연결되는 유출 단부(104')로 루트를 돈다.
흐름관(130 및 130')은 각각 굽힘 축선(bending axes; W--W 및 W'--W')에 대한 실질적으로 동일한 질량 분배, 관성 모멘트 및 영률(Young's modulus)을 가질 수 있도록 흐름관 마운팅 블록(120 및 120')에 선택되어 적합하게 장착된다. 이러한 굽힘 축선은 브레이스 바(140 및 140')를 가로 지른다. 흐름관의 영률이 온도에 따라 변화하고 이러한 변화가 흐름 및 밀도의 계산에 영향을 미치므로, 저항 온도 감지기(RTD; 190)는 흐름관(130')에 장착되어, 흐름관 온도를 연속적으로 측정한다. 흐름관의 온도 및 이로 인해 통전하는 주어진 전류에 대한 저항 온도 감지기(RTD)를 가로질러 나타나는 전압은 흐름관을 통과하는 물질 온도에 의해 지배된다. 저항 온도 감지기(RTD)를 가로질러 나타나는 온도 의존 전압은 흐름관 온도의 어떠한 변화로 인해 흐름관(130 및 130')의 탄성률에 있어서의 변화를 보상하기 위해 유량계 전자기기부(20)에 의해 잘 공지된 방법으로 이용된다. 저항 온도 감지 기(RTD)는 리드(195)에 의해 유량계 전자기기부(20)에 연결된다.
흐름관(130 및 130') 양자는 각각의 굽힘 축선(W 및 W')에 대해 반대 방향으로 구동기(180)에 의해 구동되며 이는 유량계의 제 1 굽힘 모드로 지칭된다. 구동 메카니즘(180)은 많은 잘 공지된 배치, 예를 들면 두 개 흐름관을 진동시키기 위해 교류 전류가 통과하는 흐름관(130')에 장착되는 자석 및 흐름관(130)에 장착되는 대향 코일(opposing coil) 중 어떠한 하나라도 포함할 수 있다. 적합한 구동 신호는 유량계 전자기기부(20)에 의해 리드(185)를 통해, 구동 메카니즘(180)에 인가된다.
유량계 전자기기부(20)는 리드(195) 상에 저항 온도 감지기(RTD) 온도 신호, 및 각각 리드(165L 및 165R) 상에 나타나는 좌우 속도 신호를 수용한다. 유량계 전자기기부(20)는 구성요소(180)를 구동시켜서 흐름관(130 및 130')을 진동시키기 위해 리드(185) 상에 나타나는 구동 신호를 발생시킨다. 유량계 전자기기부(20)는 좌우 속도 신호 및 저항 온도 감지기(RTD) 신호를 처리하여 유량계 조립체(10)를 통과하는 질량 유량 및 물질 밀도를 계산한다. 다른 정보와 함께, 이러한 정보는 유량계 전자기기부(20)에 의해 경로(26)를 거쳐 이용 수단(29)에 인가된다.
코리올리 유량계(5)는 공진 주파수로 진동하여 코리올리 유량계(5)가 질량 및 밀도를 측정하게 한다. 질량 측정은 다음의 식에 기초한다.
Figure 112006021740138-PCT00001
여기서,
Figure 112006021740138-PCT00002
은 질량 유량;
FCF는 흐름 보정 계수;
Figure 112006021740138-PCT00003
는 시간 지연; 및
Figure 112006021740138-PCT00004
는 영점 흐름(zero flow)에서 시간 지연이다.
FCF 항(term)은 유량계의 강성에 비례한다. 강성은 유량계의 성능에 영향을 미치는 지배적인 파라미터이다. 즉, 유량계의 강성이 변하면 유량계의 FCF가 변할 것이다. 유량계 성능의 변화는 부식, 침식 및 피막에 의해 원인이 될 수 있다.
식(1)은 강성을 반영하여 다시 세워질 수 있다.
Figure 112006021740138-PCT00005
여기서,
G는 특정 센서에 관련된 기하 상수(geometric constant)이며,
E는 영률이며,
I는 관성 모멘트이다.
유량계의 흐름관이 변할 때, 면적 관성 모멘트(area moment of inertia; I)는 변한다. 예를 들면, 관이 부식되어 벽 두께를 감소시키면, 면적 관성 모멘트가 감소된다.
도 2는 유량의 나타난 변화로부터 유량계 구조 변화를 감지하여 구별하는(differentiating) 프로세스(200)를 도시한다. 프로세스(200)는 다음 식으로부터 단계(210 및 220)에서 다중 모드를 이용하여, 질량 유량,
Figure 112006021740138-PCT00006
의 결정으로 시작한다.
Figure 112006021740138-PCT00007
다중 모드가 여기될 때, 흐름 노이즈 또는 강제 진동으로부터, 모드 진동은 각각의 모드에 대한 코리올리 응답의 원인이 되는 흐름관을 통과하는 질량 흐름과 연결(couple)된다. 코리올리 응답은 각각의 모드에 대해 질량 흐름 판독값(mass flow reading)을 계산하는데 이용되는 관련(associated)
Figure 112006021740138-PCT00008
로 귀착된다.
단계(230)는 각각의 모드에 대해 질량 흐름 판독값을 비교한다. 결과적인 질량 유량은 각각의 모드에 대해 동일하여야 한다. 질량 흐름 판독값이 동등하면, 단계(250)는 "적합한 작동" 신호를 발생시키며 프로세스는 단계(210)을 재시작한다. "적합한 작동" 신호는 사용자에 시각적이거나 청각적인 신호 형태일 수 있다.
오차가 질량 유량 사이에 발생하고 이것이 수용할 수 있는 한계를 벗어날 때, 에러 신호가 단계(240)에서 발생된다. 단계(240)에서 발생된 에러 신호는 다양한 조치(action)의 원인이 될 수 있다. 예를 들면, 에러 신호는 프로세스가 종료되게 하거나 적합한 조치를 취하는 작동자에게 경고하는 시각적 또는 청각적 신호를 발생시킬 수 있다.
코리올리 유량계(5)의 밀도 측정은 다음 식에 기초한다.
Figure 112006021740138-PCT00009
여기서,
k는 조립체 강성이며,
m은 조립체 질량이며,
f는 진동 주파수이며,
τ는 진동 주기이다.
식(4)은 단일 자유도 시스템(single degree-of-freedom system)에 대한 운동 식의 해답이다. 영점 흐름에서 코리올리 유량계는 식(4) 산출 확장에 의해 나타난다.
Figure 112006021740138-PCT00010
여기서,
E는 영률이며,
I는 단면적 관성 모멘트이며,
Gρ는 기하 상수이며,
A는 단면적이며,
ρ는 밀도이며,
f는 유량계의 유체를 나타내며,
t는 흐름관(들) 물질을 나타낸다.
재배열된 항에 의해, 식(5)은 다음과 같이 다시 정리할 수 있다.
Figure 112006021740138-PCT00011
여기서,
Figure 112006021740138-PCT00012
Figure 112006021740138-PCT00013
기하 상수(Gρ)는 예를 들면 관 길이 및 형태와 같은 기하 파라미터를 설명한다. 상수 C1 및 C2는 2개의 상이한 유체에 대한 영점 흐름에서 정상적인 보정 프로세스의 부분으로서 결정된다.
도 3은 나타난 밀도의 변화로부터 유량계 구조 변화를 감지하여 구별하는 프로세스(300)를 도시한다. 프로세스(300)는 밀도(ρ)의 결정으로 시작하여, 단계(310 및 320)에서 다중 모드를 이용한다. 다중 모드는 흐름 노이즈 또는 강제 진동으로부터 자극된다.
단계(330)는 각각의 모드에 대해 밀도 판독값을 비교한다. 결과적인 밀도 판독값은 각각의 모드에 대해 동일하여야 한다. 밀도 판독값이 동등하면, 단계(350)는 "적합한 작동" 신호를 발생시키고 프로세스는 단계(310)에서 재시작한다. "적합한 작동" 신호는 사용자에게 시각적 또는 청각적 신호의 형태일 수 있다.
오차가 수용할 수 있는 한계를 벗어나는 밀도 판독값 사이에서 발생할 때, 에러 신호가 단계(340)에서 발생된다. 단계(340)에서 발생된 에러 신호는 다양한 조치가 발생하게 할 수 있다. 예를 들면, 에러 신호는 프로세스가 종료되는 원인이 되거나 적합한 조치를 취하는 작동자에 경고하는 시각적 또는 청각적 신호일 수 있다.
질량 흐름을 결정하는 식(1)에서 기술된 방법에 추가하여, 밀도는 또한 질량 흐름을 계산하는데 이용될 수 있다. 1997년 11월 11일에 버틀러 외 다수에 허여된 미국 특허 번호 5,687,100에 더 전체적으로 기술된 바와 같이, 밀도 항에 대한 제 2자 흐름 영향이 식(6)에 추가되어 다음과 같다.
Figure 112006021740138-PCT00014
여기서,
Figure 112006021740138-PCT00015
은 질량 유량이며,
FD는 밀도 상수에 대한 흐름 영향이다.
FD항은 모든 유량에 대한 상수이지만, 주어진 모드 형태에 대한 모든 밀도에서 FD항은 각각의 모드의 형태 및 관 기하(tube geometry)에 대해 상이하다.
유량계(5)가 다중 모드로 구동되거나 다중 모드로 측정될 때, 다중 식 및 다중 미지수가 유추될 수 있다. 예를 들면, 유량계(5)가 2개의 모드에서 구동되는 경우에, 밀도 식은 다음과 같이 세워진다.
Figure 112006021740138-PCT00016
Figure 112006021740138-PCT00017
여기서,
a는 제 1 모드 형상이며;
b는 제 2 모드 형상이며;
Figure 112006021740138-PCT00018
은 모드 a를 이용한 실제 밀도(ρa)이며,
Figure 112006021740138-PCT00019
은 모드 b를 이용한 실제 밀도(ρb)이며,
ρfa는 밀도 측정에 대한 흐름 영향에 대해 수정된 실제 밀도이며,
ρfb는 밀도 측정에 대한 흐름 영향에 대해 수정된 실제 밀도이다.
식(10) 및 식(11)는 영점 흐름에서, 2개의 모드를 이용하여, 흐름 영향에 대해 수정된 2 개의 독립적인 밀도 판독값이다. ρfa 및 ρfb가 동등하기 때문에, 식(10) 및 식(11)이 다음과 같이 결합될 수 있다.
Figure 112006021740138-PCT00020
단일 흐름 경로에 대해, ma = mb이므로, 다음과 같은 질량 흐름에 대한 해답이 된다.
Figure 112006021740138-PCT00021
도 4는 밀도에 기초한 지량 흐름을 결정하는 프로세스(400)를 도시한다. 프 로세스(400)는 단계(410)의 "a" 및 "b" 모드를 이용한 유량계(5)의 보정으로 시작한다. 보정 프로세스는 2개의 상이한 유체 밀도, 즉, 공기 및 물을 이용하여 상수 C1a 및 C2a 및 C1b 및 C2b를 정한다.
단계(420)는 상기 식(6)으로부터 밀도값(ρa및ρb)을 결정한다. 단계(430)는 밀도값(ρa및ρb)을 비교하여 밀도값이 일치하는지 여부를 결정한다. 밀도값이 일지하지 않는다면 보정은 단계(410)에서 다시 수행되어져야 한다. 밀도값이 일치하면, 단계(440 및 450)는 "a" 및 "b" 모드에 대해 관련 FD 값을 결정한다. 일단 FD 값이 결정되면, 질량 흐름은 식(13)을 이용하여 단계(460)에서 계산된다.
상기 결정된
Figure 112006021740138-PCT00022
값은 또한 변화가 유량계에서 발생되었을 때 결정하도록 이용될 수 있다. 도 5는 유량계 구조를 감지하여 구별하는 프로세스(500)는 유량에서 나타난 변화로부터 변한다. 프로세스(500)는 단계(510)에서 도 4의 단계(460)로부터 질량 유량(
Figure 112006021740138-PCT00023
)의 결정으로 시작한다.
단계(520)는 식(1)으로부터 전형적인 질량 유량(
Figure 112006021740138-PCT00024
)를 계산하여 단계(530)에서
Figure 112006021740138-PCT00025
및
Figure 112006021740138-PCT00026
을 비교한다. 질량 흐름 판독값이 동등하면, 단계(550)는 "적합한 작동" 신호를 발생시키며 프로세스가 단계(510)에서 재시작한다. "적합한 작동" 신호는 사용자에게 시각적인 또는 청각적인 신호 형태일 수 있다.
오차가 수용할 수 있는 한계를 벗어나는 밀도 판독값 사이에서 발생할 때, 에러 신호가 단계(540)에서 발생된다. 단계(540)에서 발생된 에러 신호는 다양한 조치가 발생하게 할 수 있다. 예를 들면, 에러 신호는 프로세스가 종료되는 원인이 되거나 적합한 조치를 취하는 작동자에 경고하는 시각적 또는 청각적 신호일 수 있다.
상기 결정된 ρfa 및 ρfb값은 또한 변화기 유량계에서 발생하였을 때 결정되도록 이용될 수 있다. 도 6은 유량 영향에 대한 수정된 밀도의 나타난 변화로부터 유량계 구조 변화를 감지하여 구별하는 프로세스(600)를 도시한다.
프로세스(600)는 단계(610)에서 모드 "a" 및 "b"를 이용한 유량계(5)의 보정으로 시작한다. 보정 프로세스는 2개의 상이한 유체 밀도, 즉, 공기 및 물을 이용하여 상수 C1a 및 C2a 및 C1b 및 C2b를 정한다. 다중 모드가 이용될 수 있으며 이러한 실예에서 2개의 모드 사용이 단지 예시를 위한 목적이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
단계(620)는 "a" 및 "b" 모드에 대해 관련 FD 값을 결정한다. 일단 FD 값이 결정되면, ρfa 및 ρfb는 식(10) 및 식(11)을 이용하여 단계(660)에서 계산된다.
단계(640)는 밀도 판독값(ρfa 및 ρfb)을 비교한다. 밀도 판독값은 각각의 모드에 대해 동일하여야 한다. 밀도 판독값이 동등하면, 단계(660)는 "적합한 작동" 신호를 발생시키고 프로세스는 단계(620)에서 재시작한다. "적합한 작동" 신호는 사용자에게 시각적 또는 청각적 신호의 형태일 수 있다.
오차가 수용할 수 있는 한계를 벗어나는 밀도 판독값 사이에 발생할 때, 에 러 신호가 단계(650)에서 발생된다. 단계(650)에서 발생된 에러 신호는 다양한 조치가 발생하게 할 수 있다. 예를 들면, 에러 신호는 프로세스가 종료되는 원인이 되거나 적합한 조치를 취하는 작동자에 경고하는 시각적 또는 청각적 신호일 수 있다.
다중 모드 밀도 결정은 또한 물질 흐름의 온도를 확인하는데 이용될 수 있다. 온도 함수로서, 밀도는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112006021740138-PCT00027
ρn은 모드 n을 이용하는 온도 보상 밀도이며,
C1n은 모드 n을 이용하는 제 1 상수이며,
C2n은 모드 n을 이용하는 제 2 상수이며,
τ는 관 주기이며,
T는 물질 흐름의 온도이다.
다중 모드를 이용하여, 물질 흐름의 온도는 식(14)을 이용하여 확인될 수 있다. 예를 들면, 2가지 작동 모드를 이용하여, 식(14)은 2 가지 식으로서 표현될 수 있다.
Figure 112006021740138-PCT00028
Figure 112006021740138-PCT00029
ρfa 및 ρfb이 동등하다면, 식(15) 및 식(16)은 다음과 같이 세워질 수 있다.
Figure 112006021740138-PCT00030
T에 대한 해답은 다음과 같다.
Figure 112006021740138-PCT00031
도 7은 다중 모드 밀도 결정에 기초하여 물질 흐름 온도를 확인하는 프로세스(170)를 도시한다. 프로세스(700)는 단계(710)에서 모드 "1" 및 "2"를 이용하여 유량계(5)를 보정하는 것으로 시작된다. 보정 프로세스는 2개의 상이한 유체 밀도, 즉, 공기 및 물을 이용하여 상수 C11 및 C21 및 C12 및 C22을 정한다.
단계(720)는 상기 식(15) 및 식(16)으로부터 밀도값(ρ1 및 ρ2)을 결정한다. 단계(730)는 밀도값(ρ1및ρ2)을 비교하여 밀도값이 일치하는지를 결정한다. 밀도값이 일치하지 않으면 보정은 단계(710)에서 다시 수행되어져야 한다. 밀도값이 일치하면, 단계(740)는 "1" 및 "2" 모드에 대해 관련 관 주기 값을 결정한다. 일단 관 주기 값이 결정되면, 온도는 식(18)을 이용하여 단계(750)에서 계산된다.

Claims (20)

  1. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법으로서,
    각각의 목표된 모드에 관련된 유량을 결정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 관련된 유량을 비교하는 단계; 및
    각각의 목표된 모드에 관련된 유량의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 단계를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 단계를 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  3. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법으로서,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값을 비교하는 단계; 및
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 단계를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 단계를 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  5. 다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법으로서,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향를 결정하는 단계; 및
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 밀도값 및 밀도값에 대한 유량 영향을 계산하는 단계를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 방법.
  6. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법으로서,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향을 결정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 밀도값 및 밀도값에 대한 유량 영향을 이용 하여 제 1 유량을 계산하는 단계,
    위상 또는 시간 지연을 이용하여 제 2 유량을 계산하는 단계,
    상기 제 1 및 상기 제 2 유량을 비교하는 단계; 및
    상기 제 1 및 상기 제 2 유량의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 단계를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 단계를 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  8. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법으로서,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향을 결정하는 단계;
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 통해 흐르는 물질의 유량 보상 밀도를 결정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값을 결정하는 단계; 및
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 단계를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 단계를 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 방법.
  10. 다중 모드를 이용하는 물질 흐름의 온도를 계산하는 방법으로서,
    보정 상수를 결정하도록 각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 단계,
    각각의 목표된 모드에 관련된 관 주기를 결정하는 단계, 및
    각각의 목표된 모드에 대해 관 주기 및 상기 보정 상수를 이용하여 상기 물질 흐름의 온도를 측정하는 단계를 포함하는,
    다중 모드를 이용하는 물질 흐름의 온도를 계산하는 방법.
  11. 각각의 목표된 모드에 관련된 유량을 결정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량을 비교하는 수단; 및
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 수단을 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 수단을 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  13. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템으로서,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값을 비교하는 수단; 및
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 수단을 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 수단을 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  15. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템으로서,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향를 결정하는 수단; 및
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 밀도값 및 밀도값에 대한 유량 영향을 계산하는 수단를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계의 유량을 계산하는 시스템.
  16. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템으로서,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 유량계를 통해 흐르는 물질 밀도를 결정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향을 결정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 밀도값 및 밀도값에 대한 유량 영향을 이용하여 제 1 유량을 계산하는 수단,
    위상 또는 시간 지연을 이용하여 제 2 유량을 계산하는 수단,
    상기 제 1 및 상기 제 2 유량을 비교하는 수단; 및
    상기 제 1 및 상기 제 2 유량의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지하는 수단를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 수단를 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  18. 다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템으로서,
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 대해 밀도값에 대한 유량 영향을 결정하는 수단;
    각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 통해 흐르는 물질의 유량 보상 밀도를 결정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값을 결정하는 수단; 및
    각각의 목표된 모드에 관련된 상기 밀도값의 비교에 대응하여 에러 조건을 감지 수단를 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 에러 조건을 신호화하는 수단를 더 포함하는,
    다중 모드를 이용하여 유량계를 진단 시스템.
  20. 다중 모드를 이용하는 물질 흐름의 온도를 계산하는 시스템으로서,
    보정 상수를 결정하도록 각각의 목표된 모드에 대해 상기 유량계를 보정하는 수단,
    각각의 목표된 모드에 관련된 관 주기를 결정하는 수단, 및
    각각의 목표된 모드에 대해 관 주기 및 상기 보정 상수를 이용하여 상기 물 질 흐름의 온도를 측정하는 수단를 포함하는,
    다중 모드를 이용하는 물질 흐름의 온도를 계산하는 시스템.
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