KR20070026807A - 제1 및 제2 픽오프 센서와 배선에서의 신호차를 결정하기위한 방법 및 코리올리 유량계 - Google Patents
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Abstract
코리올리 유량계는 제1 및 제2 픽오프 센서, 이 제1 및 제2 픽오프 센서에 연결된 배선, 및 이 배선에 연결되는 신호 주입 장치를 포함한다. 이 신호 주입 장치는 하나 이상의 기준 신호를 발생시키도록 구성되며 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 안으로 이 하나 이상의 기준 신호를 전송하고, 이 하나 이상의 기준 신호의 위상은 실질적으로 동일하다. 코리올리 유량계는 배선에 연결되는 신호 조절 회로를 더 포함한다. 이 신호 조절 회로는 하나 이상의 기준 신호에 응답해서 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서로부터 제1 및 제2 응답 신호를 수신하고 제1 응답 신호와 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정하도록 구성된다.
Description
본 발명은 배선(cabling) 및 제1 및 제2 픽오프 센서에서의 신호차(signal difference)를 결정하기 위한 방법 및 코리올리 유량계에 관한 것이다.
코리올리 질량 유량계와 같은 진동관 센서는 유동하는 물질을 포함하는 진동관의 운동을 검출함으로써 통상적으로 작동한다. 질량 유량, 밀도 등과 같은, 도관 내의 물질과 연관된 물성들은 도관과 연관된 운동 트랜스듀서로부터 수신되는 측정 신호를 처리함으로써 결정될 수 있다. 이 진동 물질-충진식 시스템의 진동 모드는 대개 물질을 포함하는 도관 및 포함된 물질의 혼합된 질량, 강성도 및 감쇠 특성에 의해 영향을 받는다.
전형적인 코리올리 질량 유량계는 하나 이상의 도관을 포함하는데, 이러한 도관은 파이프라인 또는 다른 운송 시스템 내에 직렬로 연결되며 예컨대 유체, 슬러리 등과 같은 물질을 운반한다. 각각의 도관은 예컨대 단순 굽힘형, 비틀림형, 방사형, 및 이들의 결합 모드를 포함하는 일련의 자연 진동 모드를 구비하는 것으로 보일 수 있다. 전형적인 코리올리 질량 유량 측정 분야에 있어서, 물질이 도관 을 통해 유동할 때 도관이 하나 이상의 진동 모드로 여기되며, 도관의 운동은 도관을 따라 이격된 지점에서 측정된다. 주기적인 방식으로 도관에 섭동을 일으키는 예컨대, 보이스 코일형 구동기(voice coil-type driver)와 같은 전기기계적 장치인 액츄에이터에 의해 통상적으로 여기가 제공된다. 트랜스듀서 위치에서의 운동 사이의 시간 지연 또는 위상차를 측정함으로써 질량 유량을 결정할 수 있다. 흐름관 또는 도관의 진동 응답을 측정하기 위해 이러한 2개의 트랜스듀서(또는 픽오프 센서)를 사용하며, 이들 트랜스듀서는 통상적으로 액츄에이터의 상류 및 하류의 위치에 위치한다. 2개의 픽오프 센서는 독립적인 2쌍의 와이어를 배선 연결함으로써 전자 장치에 접속된다. 전자 장치는 질량 유량 측정을 도출하기 위해 2개의 픽오프 센서로부터 신호들을 수신하고 신호들을 처리한다.
코리올리 유량계의 흐름관 또는 도관이 비어 있는 경우, 이때 2개의 픽오프 신호들 사이의 위상차는 이상적으로 영(zero)이다. 반대로, 정상적으로 작동되는 동안, 코리올리 유량계를 통과하는 유동은 코리올리 효과로 인해 2개의 픽오프 신호들 사이에 위상 변화(phase shift)를 야기시킨다. 이 위상 변화는 도관을 통과하는 물질 유동에 정비례한다. 따라서, 신호차를 정확하게 측정함으로써, 코리올리 유량계가 질량 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
픽오프 센서로부터의 신호들 사이의 신호차를 결정하는 것은 유량계 장치의 중요한 작동이다. 이러한 신호 결정은 센서와 유량계 장치 사이의 배선이 측정 신호에 영향을 줄 지라도 정확하게 실시되어야만 한다. 모든 배선은 고유하며 분포된 인덕턴스, 캐퍼시턴스 및 저항 특성을 포함한다. 또한, 픽오프 센서는 신호차 에 추가의 영향을 주는 고유한 특성을 가질 수 있다. 각각의 픽오프 신호는 배선을 통해 전송되어야 하며, 따라서, 신호의 정확도는 신호가 유량계의 측정 기구에 도달하기 전에 감소될 수 있다.
통상의 유량계 배선은 환경 및 설치에 따라 길이가 변화될 수 있다. 유량계 배선은 1,000 피트(feet)까지 연장될 수 있다. 인덕턴스, 캐퍼시턴스 및 저항과 같은, 분포된 케이블 매개변수는 배선을 통해 전송되는 사인파 신호에 대해 약간의 신호차를 야기시킬 것이다. 이 결과, 케이블의 단부에서는, 케이블을 통해 전송되는 독립적인 2개의 측정 신호들은, 이들 신호들이 정확하게 동일한 케이블 매개변수를 경험하지 않는다면, 케이블에 의해 야기되는 신호차를 경험할 수 있다. 측정 기구는 신호차를 질량 유량에 연관시키므로, 배선 및 센서 시스템은 유량 측정에 원치않는 에러값을 추가한다.
2개의 케이블 쌍 사이의 불일치에 추가로, 분포된 배선 및 센서 시스템 매개변수는 온도에 의해 변화될 것이다. 이러한 온도 변수는, 예컨대 유량계가 설치될 때 또는 대기 온도가 일정량 이상으로 변화될 때, 제거화 작동(zeroing operation)을 필요로 할 수 있다. 제로화 작동 동안(즉, 유동이 없는 상태 하에서), 측정 장치는 (픽오프 불일치, 배선 불일치, 장치 불일치를 포함한) 시스템에 의해 발생되는 신호차를 포착하고, 모든 연속적인 위상 측정으로부터 이러한 오프셋(offset)을 차감한다. 그러나, 배선/센서 시스템 특성이 시간이 지나서 변화될 수 있고 변화될 것이므로, 한 번의 제거화 작동은 적절한 작동을 보장하지 않는다.
종래의 유량계는 배선 및 픽오프 센서의 고유한 특성으로 인해 자율적이고 연속적으로 신호차를 보상하지 못 한다. 종래의 유량계는 유량계 전자장치의 외부에서 보상을 실시하지 못 한다.
본 발명은 유량계의 배선 및 픽오프의 고유한 특성과 연관된 문제들을 해결하는 것을 돕는다.
본 발명의 일 실시예에 따라 코리올리 유량계가 제공된다. 이 코리올리 유량계는 제1 및 제2 픽오프 센서와, 이 제1 및 제2 픽오프 센서에 연결되는 배선과, 상기 배선에 연결되는 신호 주입 장치를 포함한다. 이 신호 주입 장치는 하나 이상의 기준 신호를 발생시키도록 구성되며, 이 하나 이상의 기준 신호는 실질적으로 위상이 동일하다. 이 신호 주입 장치는 배선과 제1 및 제2 픽오프 센서로 하나 이상의 기준 신호를 송신하도록 추가로 구성된다. 이 코리올리 유량계는 배선에 연결되는 신호 조절 회로를 추가로 포함한다. 이 신호 조절 회로는 하나 이상의 기준 신호에 응답해서 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서로부터 제1 및 제2 응답 신호를 수신하고 제1 응답 신호와 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은, 실질적으로 위상이 동일한 하나 이상의 기준 신호를 발생시키는 단계와, 하나 이상의 기준 신호를 상기 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내에 송신하는 단계와, 그리고 하나 이상의 기준 신호에 응답해서 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서로부터 되돌아오는 제1 응답 신호와 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정하는 단계를 포함한다.
일 양상에서, 신호 주입 장치가, 디지털 주파수 명령을 수신하며 주파수 입력을 출력하도록 구성되는 디지털 아나로그(D/A) 컨버터, D/A 컨버터로부터 주파수 입력을 수신하며 주파수 입력에 의해 특정되는 주파수의 단일의 주파수 신호를 출력하는 기준 신호 발생기; 및 단일의 기준 신호를 상기 하나 이상의 기준 신호로 변환시키는 트랜스포머를 포함한다.
다른 양상에서, 트랜스포머가 철심 트랜스포머를 포함한다.
또 다른 양상에서, 트랜스포머가 1차 권선 및 제1 및 제2의 2차 권선을 포함하며, 상기 제1 및 제2의 2차 권선에 대한 상기 1차 권선의 권선비가 실질적으로 7:1:1의 권선비를 포함한다.
또 다른 양상에서, D/A 컨버터가 신호 조절 회로로부터 디지털 주파수 명령을 수신한다.
또 다른 양상에서, 하나 이상의 기준 신호가 위상 및 진폭이 실질적으로 동일하다.
또 다른 양상에서, 신호차가 신호 조절 회로에 의해 제1 및 제2 측정 신호로부터 실질적으로 제거되며, 제1 및 제2 측정 신호가 흐름관 진동에 응답해서 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생된다.
또 다른 양상에서, 신호 조절 회로가 신호차를 사용하여 배선과 제1 및 제2 픽오프 센서에 대한 보상을 실행하도록 추가로 구성된다.
또 다른 양상에서, 신호 조절 회로가 신호차를 사용하여 배선과 제1 및 제2 픽오프 센서에 대한 보상을 주기적으로 실행하도록 추가로 구성된다.
또 다른 양상에서, 제1 및 제2 응답 신호가 제1 및 제2 측정 신호와 주파수가 상이하며, 제1 및 제2 측정 신호가 흐름관 진동에 응답해서 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생된다.
또 다른 양상에서, 제1 및 제2 응답 신호가 제1 및 제2 측정 신호와 실질적으로 주파수가 동일하고, 제1 및 제2 측정 신호가 흐름관 진동에 응답해서 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생된다.
또 다른 양상에서, 신호 조절 회로가 배선 내에서 그리고 제1 및 제2 픽오프 센서 내에서의 개방 회로를 검출하기 위해 제1 및 제2 응답 신호를 사용하도록 추가로 구성된다.
또 다른 양상에서, 신호 조절 회로가 배선 내에서 그리고 제1 및 제2 픽오프 센서 내에서의 단락 회로를 검출하기 위해 제1 및 제2 응답 신호를 사용하도록 추가로 구성된다.
또 다른 양상에서, 신호 조절 회로가 자동 게인 조절을 실행하기 위해 제1 및 제2 응답 신호를 사용하도록 추가로 구성된다.
또 다른 양상에서, 신호 조절 회로가 제1 및 제2 응답 신호와 함께 하나 이상의 기준 신호를 수신하며, 신호 조절 회로가 하나 이상의 기준 신호를 제거하도록 추가로 구성된다.
도 1은 유량계 조립체 및 유량계 전자장치를 포함하는 코리올리 유량계를 도 시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코리올리 유량계의 다이어그램이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따라 코리올리 유량계의 제1 및 제2 픽오프 센서와 배선에서의 신호차를 결정하는 방법의 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코리올리 유량계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호차를 결정하는 방법의 플로우챠트이다.
도 1 내지 도 5 및 다음의 상세한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 어떻게 제작하고 사용하는지를 당업자에게 교시하기 위한 특정한 실례를 나타내며, 일부의 통상의 양상들은 단순화되거나 생략되었다. 당업자라면 본 발명의 범위 내에 해당하는 이들 실례로부터의 변형예를 이해할 것이다. 또한, 당업자는 본 발명의 다수의 변형예를 형성하기 위한 여러 방법들에서 아래에 설명되는 특징이 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 이 결과, 본 발명은 아래에 설명되는 특정 실례가 아닌, 청구범위 및 이들의 균등물에 의해서만 제한된다.
도 1은 유량계 조립체(10) 및 유량계 전자장치(20)를 포함하는 코리올리 유량계(5)를 도시한다. 유량계 전자장치(20)는 리드(100)를 통해 유량계 조립체(10)에 연결되어, 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 총 질량 유량, 온도, 및 다른 정보를 경로(26)를 통해 제공한다. 본 발명은 구동기, 픽오프 센서, 흐름관, 또는 진동의 작동 모드의 개수와 무관하게 임의의 유형의 코리올리 유량계로 사용될 수 있음을 당업자가 명확히 이해해야 한다.
유량계 조립체(10)는 한 쌍의 플랜지(101 및 101'), 매니폴드(102 및 102'), 구동기(104), 픽오프 센서(105-105'), 및 흐름관(103A 및 103B)을 포함한다. 구동기(104) 및 픽오프 센서(105-105')는 흐름관(103A 및 103B)에 연결된다.
플랜지(101 및 101')는 매니폴드(102 및 102')에 부착된다. 매니폴드(102 및 102')는 스페이서(106)의 양 단부에 부착된다. 스페이서(106)는 흐름관(103A 및 103B)에서의 바람직하지 않은 진동을 방지하기 위해 매니폴드(102 및 102') 사이에 간격을 유지시킨다. 측정하고자 하는 물질을 운반하는 파이프라인(도시 안됨) 안으로 유량계 조립체(10)가 삽입되면, 플랜지(101)를 통해 물질이 유량계 조립체(10)에 유입되고, 입구 매니폴드(102)를 통과하는데, 여기서, 물질의 총량이 흐름관(103A 및 103B)으로 인도되고, 흐름관(103A 및 103B)을 통해 유동해서 출구 매니폴드(102')로 되돌아 나오며, 여기서, 물질은 플랜지(101')를 통해 유량계 조립체(10)에서 유출된다.
흐름관(103A 및 103B)은 굽힘축선(W-W 및 W'-W') 각각에 대해 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트, 및 탄성 모듈을 가지도록 선택되고 입구 매니폴드(102) 및 출구 매니폴드(102')에 적절하게 장착된다. 이들 흐름관은 필수적으로 평행한 방식으로 매니폴드로부터 외측으로 연장한다.
흐름관(103A 및 103B)은 구동기(104)에 의해 이들 각각의 굽힘 축선(W 및 W')을 중심으로 마주하는 방향으로 구동되며, 이것을 코리올리 유량계의 제 1 이상 굽힘 모드(first out of bending mode)라고 한다. 구동기(104)는 흐름관(103A)에 장착되는 자석 및 흐름관(103B)에 장착되는 코일과 같이, 다수의 널리 공지된 배열체 중 하나를 포함할 수 있다. 양 흐름관을 진동시키기 위해 마주하는 코일을 통해 교류가 흐른다.
유량계 전자장치(20)는 리드(111, 111') 상으로 센서 신호들을 각각 수신한다. 유량계 전자장치(20)는 구동기(104)가 흐름관(103A 및 103B)을 진동시키게 하는 구동 신호를 리드(110) 상에 발생시킨다. 유량계 전자장치(20)는 질량 유량을 계산하기 위해 픽오프 센서(105-105')로부터의 좌측 및 우측 속도 신호를 처리한다. 경로(26)는 유량계 전자장치(20)가 작동자와 인터페이스로 연결할 수 있게 하는 입력 및 출력 수단을 제공한다. 도 1의 상세한 설명은 단순히 코리올리 유량계의 작동의 실례로서 제공되는 것이며 본 발명의 교시를 제한하고자 함이 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코리올리 유량계(200)의 다이어그램이다. 코리올리 유량계(200)는 제1 픽오프 센서(201a), 제2 픽오프 센서(201b), 신호 조절 회로(202), 및 신호 주입 장치(203)를 포함한다. 신호 조절 회로(202)는 배선(205)에 의해 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)에 연결된다. 또한, 신호 주입 장치(203)는 배선(205)에 연결된다. 일 실시예에서, 신호 주입 장치(203) 및 신호 조절 회로(202)는 유량계 전자장치(20)의 성분들을 포함한다(도 1 참조).
제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)는 배선(205)에 의해 신호 조절 회로(202)에 연결된다. 이 배선(205)은 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오 프 센서(201b)를 신호 조절 회로(202)에 전기적으로 접속시키는 임의의 유형의 와이어, 케이블, 섬유 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 배선(205)은 도 1의 리드(100)를 포함한다. 결국, 신호 조절 회로(202)는 코리올리 유량계(5)의 흐름관 또는 흐름관들의 진동에 응답해서 배선(205)을 통해 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로부터 제1 및 제2 측정 신호들을 수신한다.
신호 주입 장치(203)는 제1 및 제2 기준 신호들을 발생시킨다. 제1 및 제2 기준 신호들은 실질적으로 동일한 위상을 갖는다. 대안으로, 제1 및 제2 기준 신호들은 위상 및 진폭 모두가 실질적으로 동일할 수 있다. 신호 주입 장치(203)가 기준 신호를 생성시킬 수 있으며, 여기서, 하나의 기준 신호가 예컨대 도 4의 신호 주입 장치(203)에 의해 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b) 모두에 전송됨이 이해되어야 한다. 신호 주입 장치(203)는 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로 제1 및 제2 기준 신호를 추가로 전송한다. 따라서, 신호 주입 장치(203)는 배선(205)으로 그리고 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로 제1 및 제2 기준 신호를 전송한다. 결국, 이 기준 신호에 응답해서 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)에 의해 제1 및 제2 응답 신호가 생성된다. 이러한 제1 및 제2 응답 신호는 기준 신호의 반영을 포함하지만, 이 기준 신호들은 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)의 임의의 고유한 특성으로 인한 제1 응답 신호와 제2 응답 신호 사이의 신호차(signal difference)를 보여준다. 이러한 신호차는 위상차, 시간 지연, 코리올리-유도형 픽오프 차 등을 포함한다. 이러한 고유한 특성은 예컨대 배선(205) 과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)의 분포된 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 특성을 포함할 수 있다. 이러한 신호차는 신호 조절 회로(202)에 의해 수신, 검출 및 측정될 수 있다. 센서 시스템이 완벽하게 균형을 이룬다면, 이러한 신호차가 영(zero)을 포함한 임의의 값을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)에 의해 발생되는 신호차를 결정 및 측정할 수 있다.
신호 조절 회로(202)는 질량 유량 측정값들을 생성하기 위해 제1 및 제2 측정 신호를 처리한다. 또한, 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 기준 신호에 응답해서 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로부터 되돌아오는 제1 응답 신호와 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정한다. 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 응답 신호를 연속해서 처리하기 위해 제1 및 제2 응답 신호로부터 제1 및 제2 기준 신호를 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 신호 조절 회로(202)는 예컨대 디지털 필터에 의해 제1 및 제2 응답 신호로부터 제1 및 제2 기준 신호를 필터링한다. 기준 신호의 필터링은 도 5 및 첨부의 문서와 관련해서 보다 상세하게 설명한다.
일 실시예에서 신호차는 코리올리 유량계(5)에 대한 보상을 실행하기 위해 사용된다. 이 신호차는 신호 조절 회로(202)의 측정 신호로부터 차감되거나 또는 그렇지 않으면 제거된다. 이러한 방법으로, 코리올리 유량계(5)는 배선 및 센서의 유형, 배선의 길이, 배선 및 센서에 대한 온도 영향에 의해 생성되는 코리올리 유량계(5)에 대한 영향을 소거시킬 수 있으며, 배선 및 센서들의 파손 및/또는 제조 결함을 검출할 수 있다.
주입되는 기준 신호들은 이들 사이에 영(zero) 위상차를 가지므로, 신호 조절 회로(202)에 의해 측정되는 임의의 신호차는 온도 유도 효과를 포함하는 2개의 신호 경로 사이의 불일치로 인한 것이다. 보상 신호가 와이어링 상에 주입되므로, 임의의 케이블 유도 변환도 측정된다. 따라서, 신호 조절 회로(202)는 시스템 보상 신호에서 측정되는 임의의 신호차에 의해 실제 픽오프 센서 측정을 조절할 수 있다. 최종적으로, 위상 보상형 유동 측정을 포함한 시스템 보상형 유동 측정이 된다.
일 실시예에서, 이 신호차는 측정 신호로부터 차감된다. 다른 실시예에서, 신호차 값은 승수(multiplier) 또는 비율을 포함한다. 결과적으로, 측정 신호들은 보상을 실행하기 위해 신호값 승수 또는 신호값 비와 곱해진다. 본 발명의 상세한 설명 및 청구항의 범위 내에 있는 다른 보상 방법을 사용할 수 있음을 이해해야 한다.
제1 및 제2 기준 신호가 측정 신호들보다 높거나 또는 낮은 주파수를 포함할 수 있음을 이해해야 한다(측정 신호 주파수는 물질 유동에 대한 코리올리 유량계(5)의 응답과 흐름관(들)의 진동 주파수에 좌우된다). 대안으로, 제1 및 제2 기준 신호는 측정 신호들과 동일한 주파수를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 기준 신호가 필수적으로 연속해서 발생되므로, 신호 조절 회로(202)는 필수적으로 연속적으로 응답 신호를 수신하고 보상을 실행할 수 있다. 대안으로, 제1 및 제2 기준 신호는 주기적으로 발생되며 미리정해진 시간 간격으로 보상을 실행한다.
신호 조절 회로(202)는 프로세서(도시 안됨) 및 신호차 결정 보상 소프트웨어 루틴(routine)을 포함할 수 있다. 결국, 프로세서는 루틴을 실행시킬 수 있고, 제1 및 제2 기준 신호의 발생을 제어할 수 있으며, 제1 및 제2 응답 신호를 수신할 수 있고, 그리고 제1 및 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정할 수 있다. 대안으로, 신호 조절 회로(202)는 상술한 작동을 실행하는 균등한 회로 및/또는 특수화된 회로 성분을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)에서 신호차를 결정하기 위한 방법의 플로우챠트(300)이다. 단계(301)에서, 신호 주입 장치(203)는 제1 및 제2 기준 신호를 발생시킨다. 제1 및 제2 기준 신호는 실질적으로 위상이 동일하다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 기준 신호는 위상 및 진폭 모두가 실질적으로 동일하다. 그러나, 제1 및 제2 기준 신호의 진폭이 일치할 필요가 없음을 이해해야 한다.
단계(302)에서, 제1 및 제2 기준 신호는 신호 주입 장치(203)에 의해 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로 주입된다. 주입된 제1 및 제2 기준 신호는 제1 및 제2 응답 신호를 발생시킬 것이다. 제1 및 제2 응답 신호는 신호 조절 회로(202)에 의해 수신될 수 있다.
단계(303)에서, 제1 및 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정한다. 이 신호차 결정은 예컨대 신호 조절 회로(202)에 의해 실행될 수 있다. 이 신호차는 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b) 내에 존재하는 인덕턴 스, 커패시턴스 및 저항과 같은 센서 시스템 특성의 영향일 수 있다. 이 신호차는 위상차, 시간 지연, 코리올리-유도형 픽오프 차 등을 포함할 수 있다.
단계(304)에서, 결정된 신호차를 사용하여 보상을 실행한다. 이 보상은 예컨대 신호 조절 회로(202)에 의해 실행될 수 있다. 이 보상은 배선(205)과 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로 인한 신호차를 실질적으로 제거하기 위해 실행될 수 있다. 이 보상은 예컨대 위상 보상을 포함할 수 있다.
또한, 다른 목적을 위해 기준 신호 주입을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 응답 신호는 코리올리 유량계(5) 내의 자동 게인 조절을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 결국, 실질적으로 동일한 진폭의 제1 및 제2 기준 신호를 생성시키기 위해, 제1 및 제2 기준 신호의 진폭을 결정하는데 제1 및 제2 응답 신호를 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b) 내의 개방 및/또는 단락 회로 상태를 검출하기 위해 제1 및 제2 응답 신호를 사용할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 응답 신호가 수신되지 않는다면, 신호 조절 회로(202)는 대응하는 픽오프 센서 및/또는 배선 부분이 단락되었음을 결정할 수 있다. 대안으로 제1 및 제2 응답 신호가 즉시 그리고 실질적으로 완전하게 반영된다면, 신호 조절 회로(202)는 대응하는 픽오프 센서 및/또는 배선 부분이 개방 회로를 포함함을 결정할 수 있다. 다른 경우에, 신호 조절 회로(202)는 에러 상태를 결정하고 예컨대 경보 발생 또는 에러 메세지 전송과 같은 적절한 액션을 취할 수 있다. 또한, 신호 조절 회로(202)는 반형 시간을 선택적으로 측정하고 배선(205)의 길이를 결정할 수 있다. 또한, 신호 조절 회로(202)는 배선(205)의 길이보다 작은 반영 거리를 결정함으로써 배선(205)에서의 파손 또는 결함의 위치를 선택적으로 결정할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 응답 신호는 코리올리 유량계(5)의 고객 오-배선(mis-wiring) 또는 잘 못된 설치를 검출하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 응답 신호는 전자장치 에러를 검출하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 응답 신호는 신호 주입 장치(203)와 신호 조절 회로(202) 사이의 전송 문제를 검출하는데 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코리올리 유량계(400)를 도시한다 도 2와 공통인 성분들은 동일한 도면 부호로 나타낸다. 코리올리 유량계(400)는 제1 픽오프 센서(201a), 제2 픽오프 센서(201b), 및 신호 조절 회로(202)를 포함한다. 이 실시예에서, 신호 주입 장치(203)는 디지털 아나로그(D/A) 컨버터(408), 기준 신호 발생기(406), 및 트랜스포머(407)를 포함한다. 디지털 아나로그 컨버터(408)는 신호 조절 회로(202)와 기준 신호 발생기(406)에 접속된다. 기준 신호 발생기(406)는 트랜스포머(407)에도 접속된다.
디지털 아나로그 컨버터(408)는 신호 조절 회로(202)로부터 디지털 주파수 명령을 수신한다. 디지털 아나로그 컨버터(408)는 디지털 주파수 명령을 주파수 입력으로 변환하고 기준 신호 발생기(406)로 보내는데, 이 주파수 입력은 생성되는 (단일의) 기준 신호의 주파수를 특정한다. 기준 신호 발생기(406)는 기준 신호를 발생시키고 트랜스포머(407)의 1차 권선(410)에 이 기준 신호를 전송한다.
트랜스포머(407)는 2차로 스플릿 트랜스포머를 사용하여 제1 및 제2 기준 신 호를 발생시키는데, 이 트랜스포머(407)의 2차 권선(411)은 실질적으로 동일한 쌍의 2차 권선을 포함한다. 이러한 방법으로, 트랜스포머(407)의 1차 권선(410)에서의 기준 신호는 2차 권선(411)에서의 제1 및 제2 기준 신호로 변환된다. 트랜스포머(407)는 제1 및 제 2의 2차 권선(411) 사이에서 온도에 대해 정확한 위상 일치를 제공하도록 특수하게 구성되는 것이 바람직하다. 2개의 2차 권선(411)은 배선(205)에 접속되며 그리고 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)에 접속되는데, 여기서, 제1 및 제2 기준 신호가 이들 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)에 주입된다. 이전과 마찬가지로, 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 기준 신호의 주입의 결과로 생성되는 제1 및 제2 응답 신호를 수신한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2의 2차 권선에 대한 1차 권선의 권선비는 실질적으로 7:1:1의 권선비를 포함한다. 이 결과, 본 실시예에서, 1차 권선은 140회전을 포함할 수 있는 한편, 제1 및 제2의 2차 권선은 20회전을 포함할 수 있다. 필요하다면 다른 권선비를 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 권선은 #36 AWG 와이어로 구성된다.
일 실시예에서, 트랜스포머(407)는 철심 트랜스포머(407)를 포함할 수 있다. 철심은 철, 페라이트 물질, 또는 임의의 유형의 철 합금 또는 철 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 트랜스포머는 직경이 약 7mm인 페라이트 코어를 포함한다. 그러나, 임의의 트랜스포머 구성이 사용될 수 있음을 주지하고, 모든 트랜스포머 구성 및 구조들은 본 명세서 및 청구항의 범위 내에 있다.
일 실시예에서, 1차 권선은 약 25 밀리헨리(milliHenrys; mH)의 인덕턴스를 가지도록 구성되는 한편, 제1 및 제2의 2차 권선은 약 500 마이크로헨리(microHenrys; μH)의 인덕턴스를 가지도록 구성된다. 이 인덕턴스는 "본질적으로 안전한" 유량계 응용 분야를 위한 코리올리 유량계(5)라면, 비교적 낮게 선택될 수 있다. 트랜스포머(407)는 또한 2차 권선 사이에 약 50 볼트 RMS(root mean squre) 절연, 1차 권선과 2차 권선 사이에 약 100 볼트 RMS 절연을 가지도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호차를 결정하는 방법의 흐름도(500)이다. 단계(501)에서, 신호 주입 장치(203)는 상술한 바와 같이 제1 및 제2 기준 신호를 발생시킨다.
단계(502)에서, 제1 및 제2 기준 신호는 상술한 바와 같이 배선(205)와 제1 픽오프 센서(201a) 및 제2 픽오프 센서(201b)로 주입된다.
단계(503)에서, 제1 및 제2 기준 신호 및 제1 및 제2 응답 신호를 신호 조절 회로(202)에 검출한다. 이 제1 및 제2 기준 신호는 픽오프 센서(105-105')에 동시에 주입되며 신호 조절 회로(202)에 전송됨을 이해해야 한다.
단계(504)에서, 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 기준 신호를 제거한다. 신호 조절 회로(202)에 필요하지 않지만, 제1 및 제2 응답 신호를 발생시키는데에만 필요하다. 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 기준 신호를 필터링하여 제거할 수 있다. 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 기준 신호를 제거하기 위한 임의의 유형의 필터 또는 필터들을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 신호 조절 회로(202)는 제1 및 제2 기준 신호를 제거하기 위해 디지털 필터링을 사용한다. 일 실시예 에서, 신호 조절 회로(202)는 디지털 신호 프로세서(DSP)와 같은 디지털 필터링을 위한 특수한 신호 프로세서를 포함할 수 있다.
단계(505)에서, 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 응답 신호에서 신호차를 결정한다.
단계(506)에서, 상술한 바와 같이, 위상 보상을 포하한 보상을 실행한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계 및 방법은 필요하다면 몇 가지 장점을 제공하기 위해 임의의 실시예들에 따라 사용될 수 있다. 본 발명은 센서 시스템의 자동식의 자율적인 제로화를 실행하는 유량계를 제공한다. 본 발명은 배선 및 픽오프 센서의 가변적인 특성들을 자율적으로 소거할 수 있다. 본 발명은 배선 및 센서들 내의 제조 결함, 배선 및 센서들에 대한 온도 영향, 배선의 길이, 배선 및 센서들에 의해 생성되는 유량계에 대한 영향 등을 제거할 수 있다. 본 발명은 각각의 개별의 유량계의 특성을 검출할 수 있으며, 특정 유량계에 대한 검출 및 보상을 실행할 수 있다. 본 발명은 우상 보상 및 시간-변화 보상을 포함한, 환경 변화로 인해 요구되는 보상을 실행할 수 있다.
본 발명은 첨단 시스템 진단을 실행할 수 있다. 본 발명은 자동 게인 조절을 실행하기 위해, 픽오프 센서 및 배선 내의 개방 및 단락 상태를 검출하기 위해, 전자장치 에러 검출을 실행하기 위해, 그리고 소비자 또는 설치 오-배선을 검출하기 위해 픽오프 센서에 ㅈ거용되는 기지(known)의 기준 신호를 사용할 수 있다.
본 발명은 총 유량계 시스템 비용을 줄일 수 있다. 본 발명은 정밀한 허용 오차를 갖는 고가의 배선에 대한 필요성을 제거한다. 본 발명은 신호 조절 회로 내의 정밀한 수동 성분에 대한 필요성을 제거한다. 본 발명은 보다 적은 비용으로 보다 작은 허용 오차 성분을 허용함으로써 유량계의 비용을 감소시킬 수 있다.
Claims (26)
- 제1 및 제2 픽오프 센서와;상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 연결되는 배선과;상기 배선에 연결되며, 실질적으로 위상이 동일한 하나 이상의 기준 신호를 발생시키도록 구성되고, 상기 배선과 상기 제1 및 제2 픽오프 센서로 상기 하나 이상의 기준 신호를 송신하도록 구성되는 신호 주입 장치와; 그리고상기 배선에 연결되며, 상기 하나 이상의 기준 신호에 응답해서 상기 배선 및 상기 제1 및 제2 픽오프 센서로부터 제1 및 제2 응답 신호를 수신하고 상기 제1 응답 신호와 상기 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정하도록 구성되는 신호 조절 회로를 포함하는 코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 주입 장치가:디지털 주파수 명령을 수신하며 주파수 입력을 출력하도록 구성되는 디지털 아나로그(D/A) 컨버터;상기 D/A 컨버터로부터 주파수 입력을 수신하며 상기 주파수 입력에 의해 특정되는 주파수의 단일의 주파수 신호를 출력하는 기준 신호 발생기; 및상기 단일의 기준 신호를 상기 하나 이상의 기준 신호로 변환시키는 트랜스포머를 포함하는,코리올리 유량계.
- 제2항에 있어서,상기 트랜스포머가 철심 트랜스포머를 포함하는,코리올리 유량계.
- 제2항에 있어서,상기 트랜스포머가 1차 권선 및 제1 및 제2의 2차 권선을 포함하며, 상기 제1 및 제2의 2차 권선에 대한 상기 1차 권선의 권선비가 실질적으로 7:1:1의 권선비를 포함하는,코리올리 유량계.
- 제2항에 있어서,상기 D/A 컨버터가 상기 신호 조절 회로로부터 상기 디지털 주파수 명령을 수신하는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 하나 이상의 기준 신호가 위상 및 진폭이 실질적으로 동일한,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호차가 상기 신호 조절 회로에 의해 제1 및 제2 측정 신호로부터 실질적으로 제거되며, 상기 제1 및 제2 측정 신호가 흐름관 진동에 응답해서 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 상기 신호차를 사용하여 상기 배선과 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 대한 보상을 실행하도록 추가로 구성되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 상기 신호차를 사용하여 상기 배선과 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 대한 보상을 주기적으로 실행하도록 추가로 구성되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가 제1 및 제2 측정 신호와 주파수가 상이하며, 상기 제1 및 제2 측정 신호가 흐름관 진동에 응답해서 상기 제1 및 제2 픽오프 센 서에 의해 발생되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가 제1 및 제2 측정 신호와 실질적으로 주파수가 동일하고, 상기 제1 및 제2 측정 신호가 흐름관 진동에 응답해서 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 상기 배선 내에서 그리고 상기 제1 및 제2 픽오프 센서 내에서의 개방 회로를 검출하기 위해 상기 제1 및 제2 응답 신호를 사용하도록 추가로 구성되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 상기 배선 내에서 그리고 상기 제1 및 제2 픽오프 센서 내에서의 단락 회로를 검출하기 위해 상기 제1 및 제2 응답 신호를 사용하도록 추가로 구성되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 자동 게인 조절을 실행하기 위해 상기 제1 및 제2 응답 신호를 사용하도록 추가로 구성되는,코리올리 유량계.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 상기 제1 및 제2 응답 신호와 함께 하나 이상의 기준 신호를 수신하며, 상기 신호 조절 회로가 상기 하나 이상의 기준 신호를 제거하도록 추가로 구성되는,코리올리 유량계.
- 코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법으로서:실질적으로 위상이 동일한 하나 이상의 기준 신호를 발생시키는 단계와;상기 하나 이상의 기준 신호를 상기 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내에 송신하는 단계와; 그리고상기 하나 이상의 기준 신호에 응답해서 상기 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서로부터 되돌아오는 제1 응답 신호와 제2 응답 신호 사이의 신호차를 결정하는 단계를 포함하는, 코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 하나 이상의 기준 신호가 위상 및 진폭에서 실질적으로 동일한,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 신호차가 흐름관 진동에 응답해서 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생되는 제1 및 제2 측정 신호로부터 실질적으로 제거되는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 신호차를 사용하여 상기 배선과 상기 제1 및 제2 픽오프 센서를 보상하는 단계를 더 포함하는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 신호차를 사용하여 상기 배선과 상기 제1 및 제2 픽오프 센서를 주기적으로 보상하는 단계를 더 포함하는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가, 흐름관 진동에 응답해서 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생되는 제1 및 제2 측정 신호와 주파수가 상이한,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가, 흐름관 진동에 응답해서 상기 제1 및 제2 픽오프 센서에 의해 발생되는 제1 및 제2 측정 신호와 주파수가 실질적으로 동일한,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가 상기 배선 내에서 그리고 상기 제1 및 제2 픽오프 센서 내에서 개방 회로를 검출하는데 추가로 사용되는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가 상기 배선 내에서 그리고 상기 제1 및 제2 픽오프 센서 내에서 단락 회로를 검출하는데 추가로 사용되는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2 응답 신호가 자동 게인 조절을 실행하는데 추가로 사용되는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
- 제16항에 있어서,상기 신호 조절 회로가 상기 제1 및 제2 응답 신호와 함께 하나 이상의 기준 신호를 수신하며, 상기 신호 조절 회로가 상기 하나 이상의 기준 신호를 제거하도록 구성되는,코리올리 유량계의 배선 및 제1 및 제2 픽오프 센서 내의 신호차를 결정하는 방법.
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