KR20070057198A - 코리올리 유량계를 위한 보정 방법 및 장치 - Google Patents

코리올리 유량계를 위한 보정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코리올리 유량계를 위한 온도 유동률 보정을 제공하는 방법 및 기기(121)에 관한 것이다. 개시하는 보정은, 유동 검정을 보정할 뿐만 아니라 본 기술 분야에서 일반적으로 "제로(zero)"라고 불리는 공칭 시간 지연을 보정한다. 코리올리 유량계가 처리부 내에 설치된 이후, 검정이 사용되던 또는 실제 처리가 사용되던 설치 이후 한 번의 제로화만이 필요하다. 이는, 압력 및 온도의 약간의 변화 이후에 재-제로화가 필요할 수 있는 코리올리 유량계에 있어서 중요한 개선 사항이다.

Description

코리올리 유량계를 위한 보정 방법 및 장치{COMPENSATION METHOD AND APPARATUS FOR A CORIOLIS FLOW METER}
발명 분야
본 발명은 코리올리 유량계를 위한 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.
문제점
파이프라인을 통해 유동하는 물질의 질량 유동 및 기타 정보를 측정하기 위한 코리올리 효과 유량계를 사용하는 것은 공지되었으며, 1985년 1월 1일에 공지된 J.E.Smith 등에 의한 미국 특허 제 4,491,025호 및 1982년 2월 11일의 J.E.Smith의 Re. 31,450호에 개시된다. 코리올리 유량계는 하나 또는 그 이상의 유동 튜브를 가지며, 그 각각은 단순 굽힘(bending), 비틀림(torsional) 또는 꼬임(twisting) 타입일 수 있는 일련의 자연 진동 모드를 갖는다. 유동 튜브에 채워진 각각의 물질들은 이러한 자연 모드들 중 하나에서 공진하여 진동하도록 구동된다. 자연 진동 모드는 유동 튜브의 질량과 유동 튜브 내의 물질의 질량의 혼합된 질량에 의해 일부 정의된다. 물질은 입구측 상에 연결된 파이프라인으로부터 유량계 내로 유동한다. 다음, 물질은 유동 튜브 또는 유동 튜브들을 통하도록 향해지며 출구측에 연결된 파이프라인으로 전달된다.
구동기가 유동 튜브가 진동하도록 힘을 적용한다. 코리올리 유량계를 통하는 유동이 없는 경우, 유동 튜브를 따르는 모든 지점은 동일한 위상으로 진동한다. 물질이 유동함에 따라 코리올리 가속이 유동 튜브를 따르는 각각의 저점들이 유동 튜브를 따르는 다른 지점들에 대해 상이한 위상을 갖도록 한다. 유동 튜브의 입구측 위상은 구동기에 비해 떨어지며; 출구측 위상인 구동기보다 앞선다. 유동 튜브 상의 픽-오프 센서(pick-off sensor)들은 유동 튜브의 움직임을 대표하는 사인파 신호를 제공한다. 2개의 센서 신호 사이의 위상차는 유동 튜브 또는 유동 튜브들을 통해 유동하는 물질의 질량 유동률에 비례한다.
상이한 유동 튜브 구조를 갖는 코리올리 유량계를 사용하는 것은 공지되었다. 이러한 구성들로는, 단일 튜브, 이중(dual) 튜브, 곧은형 튜브, 굽은형 튜브 및 불규칙한 구성의 유동 튜브들이 있다. 대부분의 코리올리 유량계는 알루미늄, 강, 스테인레스 강 및 티타늄과 같은 금속으로 이루어진다. 유리로 이루어진 유동 튜브도 공지되었다. 본 기술 분야에서는 현재 대부분의 일련의 곧은형 경로 코리올리 유량계가 금속 특히 티타늄으로 이루어진다.
작동 인자가 변함에 따라 코리올리 유량계의 특징이 영향을 받는 것이 공지되었다. 이러한 인자들은 코리올리 유량계의 트랜스미터와 연관된 전기 성분의 변화와 같은 내부 효과일 수 있으며, 또는 라인 압력, 밀도, 점도, 또는 주변 온도의 변화의 변동 및 코리올리 유량계의 구동 주파수와 같은 외부 효과일 수 있다. 대부분의 종래 기술은 회로 설계를 업그레이드하거나 수정함으로써 또는 유동 계산 인자를 조절함으로써 이러한 변화들을 보정하는데 주안점을 두었다. 이러한 방법 들의 예들이, Zolock에 의한 미국 특허 제5,231,884호 및 Van Cleve 등에 의한 미국 특허 출원 제09/343,836호에 개시된다.
코리올리 유량계는 제어된 조건 하에서 작동할 수 있으며, 상기 제어된 조건 하에서 압력, 밀도 및 점도가 일정하게 유지되어 이러한 파라미터들 상의 변동을 보정하는 복잡한 절차를 제거한다. 그러나 코리올리 유량계가 작동하는 환경의 처리 물질의 온도 상의 변동을 방지하는 것은 종종 어렵기 때문에 이러한 방법이 쉽지 않다. 압력, 밀도, 및 점도가 일정한 경우, 코리올리 유량계의 온도 보정은 코리올리 유량계의 하나 또는 그 이상의 부분에 부착된 (일반적으로 RTD로서 지칭되는) 열 센서를 사용하여 이루어질 수 있다. RTD는 고정된 유량계 부분의 작동 온도를 측정한다. RTD 정보와 구동 주파수 정보는 질량 유동률 출력을 보정하는 온도를 생성하는 계측 전자부품(meter electronics)에 적용된다. 유동 튜브 픽-오프 신호는 보정되지 않은 질량 유동 신호를 생성하며, 이는 보정되지 않은 수용된 질량 유동률 신호를 변경하는 계측 전자부품에 적용되어, 주파수 보정된 질량 유동률 출력 신호를 생성한다.
온도 보정을 위해 RTD 센서를 사용하는 것과 관련한 단점이 있다. 제 1 단점은, 열 센서는 센서의 추가된 무게가 유동 튜브의 진동 특징을 변경시킬 수 있으며 출력 신호의 정밀성을 떨어뜨릴 수 있기 때문에 유동 튜브의 진동 부분에 부착될 수 없다는 점이다. 따라서 열 센서는 반드시 코리올리 유량계의 다른 곳에 또는 코리올리 유량계의 입구측이나 출구측 라인에 부착되어야 한다. 이로 인하여, 열 센서는 유동 튜브의 진동 부분 내의 처리 물질의 온도를 직접적으로 측정하는데 사용될 수 없다. 정확한 온도 보정은 측정될 유동 튜브의 작동 부분 내의 물질의 온도를 측정할 것을 요구하기 때문에, 유동 튜브의 입구측 또는 출구측 라인과 같은 다른 고정 위치의 사용은 바람직한 온도와 상이한 온도를 야기할 수 있다. 이는 계측 전자부품에 의해 생성된 온도 보정된 유동률 출력 신호의 부정확성을 야기한다.
열 센서를 사용하는 제 2 단점은, 이들이 진동 튜브의 작동 부분 상에 고정되지 못하기 때문에 열 센서가 열 변화를 감지하는 시각과 유동 튜브의 온도가 변하는 시각 사이에 내재된 차이가 있다는 점이다. 이러한 시간차 역시 유량계에 의해 생성된 보정된 질량 유동률 출력 신호의 부정확성을 야기한다.
해결책
본 발명은 전술한 문제 및 기타 다른 문제를 해결하며, 열 센서의 사용을 피하는 코리올리 유량계를 위한 열 보정 방법 및 기기를 제공함으로써 종래 기술에 비해 진보된 것이다. 본 발명의 방법 및 기기는 유동 튜브의 구동 주파수를 모니터링하여 열 보정을 제공한다. 코리올리 유량계는, 유동 튜브 주파수에 영향을 주는 온도를 제외한 모든 파라미터가 일정한 환경에서 작동한다. 이러한 인자들은 강도 또는 검정 인자 민감도와 같은 것을 포함하는데, 이들 모두 구동 주파수에 영향을 줄 수 있다. 다른 파라미터들은 재료 밀도, 점도 및 압력이다. 이러한 제어된 환경에서, 진동 주파수의 변화는 영의 법칙에서 온도의 변화 및 유동 튜브 강도의 진동으로 인해 발생할 수밖에 없다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 디자인된 코리올리 유량계는 보정 면에 있어서 장점을 갖는다. 본 발명은 유동 검정(flow calibration)을 보정할 뿐만 아니라 본 기술 분야에서 일반적으로 "제로(zero)"라고 불리는 공칭 시간 지연(Δt0)을 제어한다. 이는, 코리올리 유량계가 처리부 내에 설치된 이후, 검정이 사용되던 또는 실제 처리가 사용되던 설치 이후 한 번의 제로화만이 필요함을 의미한다. 이는, 압력 및 온도의 약간의 변화 이후에 재-제로화가 필요할 수 있는 코리올리 유량계에 있어서 중요한 개선 사항이다.
계측 시각에서, 유동 튜브 상의 온도 효과를 계측 검정하는 것은 물질 유동으로서 주파수 및 온도 변화를 모니터링하는 것을 특징으로 하며, 실제 온도가 변한다. 다음, 유동을 보정하기 위해 사용되는 검정 상수들이 결정되고 계측 전자부품에 저장된다. 작동 동안, 물질 유동 및 유동 튜브의 진동 주파수가 모니터링된다. 계측기로부터의 결과적인 온도 변화 및 주파수 정보가 계측 전자부품에 적용되며, 이는 저장된 검정 상수들을 사용하여 온도 보정된 질량 유동률(
Figure 112007023595229-PCT00001
)을 계산한다.
주파수 변화 탐지에 있어서 보정된 질량 유동률 신호의 변화를 생성하는데 주파수 변화가 탐지되기 때문에, 유동 튜브 주파수를 온도 보정된 질량 유동에 사용하는 것은 열 센서의 사용보다 바람직하다. 순간적인 유동 튜브 주파수의 변화가 계측 전자부품에 적용되며, 이는 수정된 보정 질량 유동률 신호를 유동 튜브 온도의 변화에 상응하여 증진된 정확도로서 생성한다.
본 발명의 일 양상은, 하나 이상의 유동 튜브를 갖는 코리올리 유량계의 열 보정을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은:
상기 유동 튜브의 코리올리 편차(deflection)를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 단계;
상기 유량계의 특징을 나타내는 제 2 신호를 생성하는 단계로서, 상기 특징은 상기 코리올리 유량계의 구동 주파수(F) 및 유도된 시간 지연(induced time delay)(Δt)을 포함하는, 제 2 신호 생성 단계를 포함하며, 그리고
상기 제 1 및 제 2 신호를 사용하여 상기 코리올리 유량계의 출력 신호를 위한 열 보정을 제공하는 계측 전자부품을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은:
마스터 코리올리 유량계(master Coriolis flow meter)로부터 검정된 질량 유동률을 수용하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은:
상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 검정 상수들을 추론하는 단계; 및
상기 검정 상수들을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은, 상기 제 1 및 제 2 신호의 생성 및 상기 코리올리 유량계를 위한 상기 열 보정 제공에 응답하여, 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은:
상기 코리올리 유량계의 검정 상수들을 나타내는 제 3 신호를 수용하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 및 제 3 신호와 상기 검정 상수들을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은:
상기 제 2 신호로부터 구동 주파수(F)를 결정하는 단계;
제로를 위한 선형 주파수 검정 상수(linear frequency calibration constant)(
Figure 112007023595229-PCT00002
)를 추론하는 단계; 및
제로를 위한 상기 선형 주파수 검정 상수(
Figure 112007023595229-PCT00003
) 및 상기 구동 주파수(F)를 사용하여 상기 열 보정 유동률을 추론하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은,
유동을 위한 계수(
Figure 112007023595229-PCT00004
)를 추론하는 단계; 및
제로를 위한 상기 선형 주파수 검정 상수(
Figure 112007023595229-PCT00005
)와 상기 구동 주파수(F)를 사용하고 그리고 유동을 위한 상기 상수(
Figure 112007023595229-PCT00006
)를 사용하여 상기 열 보정 유동률을 추론하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 방법은,
유동을 위한 선형 주파수(온도) 상수(
Figure 112007023595229-PCT00007
)를 추론하는 단계; 및
제로를 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
Figure 112007023595229-PCT00008
)와 상기 구동 주파수(F)를 사용하고 그리고 유동을 위한 상기 상수(
Figure 112007023595229-PCT00009
) 및 유동을 위한 상기 선형 주파수(온도) 상수(
Figure 112007023595229-PCT00010
)를 사용하여, 상기 열 보정 질량 유동률을 추론하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들을 추론하는 단계는,
마스터 코리올리 유량계로부터 질량 유동률(
Figure 112007023595229-PCT00011
)을 수용하는 단계; 및
상기 코리올리 유량계의 상기 검정 상수들을 추론하도록 상기 제 2 신호 및 상기 수용된 질량 유동률(
Figure 112007023595229-PCT00012
)을 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들을 생성하는 단계는,
상기 코리올리 유량계의 상기 구동 주파수(F) 및 유동 유도된 시간 지연(Δt)을 추론하도록 상기 제 2 신호를 수용하는 단계; 및
상기 코리올리 유량계의 상기 검정 상수들을 추론하도록 상기 구동 주파수(F) 및 상기 유동 유도된 시간 지연(Δt) 및 상기 제 1 신호를 사용하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들을 생성하는 단계는,
공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 선형 구동 주파수 상수(
Figure 112007023595229-PCT00013
)를 추론하는 단계; 및
상기 공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
Figure 112007023595229-PCT00014
) 및 상기 구동 주파수(F)를 사용하여 상기 검정 상수들을 추론하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들은 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00015
,
Figure 112007023595229-PCT00016
,
Figure 112007023595229-PCT00017
이다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들을 추론하는 단계는 이하의 수식을 푸는 단계를 포함하며,
Figure 112007023595229-PCT00018
여기에서,
Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
Figure 112007023595229-PCT00019
는, 질량 유동률이고,
F는, 구동 주파수이고
F0는, -일반적인 제로 유동에서- 구동 주파수이고,
Figure 112007023595229-PCT00020
는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
Figure 112007023595229-PCT00021
는, FCF에 관한 계수이고,
Figure 112007023595229-PCT00022
는, 선형 주파수(온도) 상수이다.
바람직하게는, 상기 열 보정 질량 유동률을 결정하는 단계는 이하의 수식을 푸는 단계를 포함하며,
Figure 112007023595229-PCT00023
여기에서,
Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
Figure 112007023595229-PCT00024
는, 질량 유동률이고,
F는, 구동 주파수이고
F0는, 제로 구동 주파수이고,
Figure 112007023595229-PCT00025
는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
Figure 112007023595229-PCT00026
는, FCF에 관한 상수이고,
Figure 112007023595229-PCT00027
는, 선형 FCF 주파수(온도) 상수이다.
본 발명의 또 다른 양상은, 하나 이상의 유동 튜브를 갖는 코리올리 유량계의 열 보정을 제공하는 기기에 관한 것으로, 상기 기기는,
상기 유동 튜브의 코리올리 편차를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 기기;
상기 유량계의 특징을 나타내는 제 2 신호를 생성하는 기기로서, 상기 특징은 상기 코리올리 유량계의 구동 주파수(F) 및 유도된 시간 지연(Δt)을 포함하는, 기기를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 신호를 사용하여 상기 코리올리 유량계의 출력 신호를 위 한 열 보정을 제공하는 계측 전자부품의 제공을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 기기는,
마스터 코리올리 유량계로부터 검정된 질량 유동률을 수용하는 기기; 및
상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 기기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 기기는.
상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 검정 상수들을 추론하는 기기; 및
상기 검정 상수들 및 상기 제 1 및 제 2 신호 및 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 기기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 기기는. 상기 제 1 및 제 2 신호의 생성 및 상기 코리올리 유량계를 위한 상기 열 보정 제공에 응답하여, 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 기기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 기기는, 상기 코리올리 유량계의 검정 상수들을 나타내는 제 3 신호를 수용하는 기기; 및
상기 제 1 및 제 2 및 제 3 신호와 상기 검정 상수들을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 기기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 열 보정 제공 기기는, 상기 제 2 신호로부터 구동 주파수(F)를 결정하는 기기;
제로를 위한 선형 주파수 검정 상수(
Figure 112007023595229-PCT00028
)를 추론하는 기기;
유동을 위한 계수(
Figure 112007023595229-PCT00029
)를 추론하는 기기;
유동을 위한 선형 주파수(온도) 상수(
Figure 112007023595229-PCT00030
)를 추론하는 기기; 및
제로를 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
Figure 112007023595229-PCT00031
)와 상기 구동 주파수(F)를 사용하고 그리고 유동을 위한 상기 상수(
Figure 112007023595229-PCT00032
) 및 유동을 위한 상기 선형 주파수(온도) 상수(
Figure 112007023595229-PCT00033
)를 사용하여, 상기 열 보정 질량 유동률을 추론하는 기기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들을 추론하는 기기는,
마스터 코리올리 유량계로부터 질량 유동률(
Figure 112007023595229-PCT00034
)을 수용하는 기기;
상기 코리올리 유량계의 상기 구동 주파수(F) 및 유동 유도된 시간 지연(Δt)을 추론하도록 상기 제 2 신호를 수용하는 기기;
공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 선형 구동 주파수 상수(
Figure 112007023595229-PCT00035
)를 추론하는 기기; 및
상기 공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
Figure 112007023595229-PCT00036
) 및 상기 구동 주파수(F) 및 상기 질량 유동률(
Figure 112007023595229-PCT00037
)을 사용하여, 상기 검정 상수들을 추론하는 기기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들은 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00038
,
Figure 112007023595229-PCT00039
,
Figure 112007023595229-PCT00040
이다.
바람직하게는, 상기 검정 상수들을 추론하는 상기 기기는 이하의 수식을 푸는 기기를 포함하며,
Figure 112007023595229-PCT00041
여기에서,
Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
Figure 112007023595229-PCT00042
는, 질량 유동률이고,
F는, 구동 주파수이고
F0는, -일반적인 제로 유동에서- 구동 주파수이고,
Figure 112007023595229-PCT00043
는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
Figure 112007023595229-PCT00044
는, FCF에 관한 계수이고,
Figure 112007023595229-PCT00045
는, 선형 FCF 주파수(온도) 상이다.
바람직하게는, 상기 열 보정 질량 유동률을 추론하는 기기는 이하의 수식을 풀며,
Figure 112007023595229-PCT00046
여기에서,
Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
Figure 112007023595229-PCT00047
는, 질량 유동률이고,
F는, 구동 주파수이고
Figure 112007023595229-PCT00048
는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
Figure 112007023595229-PCT00049
는, FCF에 관한 상수이고,
Figure 112007023595229-PCT00050
는, 선형 주파수(온도) 상수이다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 이러한 장점 및 기타 장점과 특징들을 첨부된 도면을 참고하여 후술할 설명을 통해 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명을 구현하는 제 1 실시예의 코리올리 유량계의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 실시예의 평면도이다.
도 3은, 도 1의 실시예의 정면도이다.
도 4는, 도 2의 선 4-4를 따라 취한 단면도이다.
도 5는, 구동 주파수와 유동 튜브 온도 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은, 구동 주파수의 물질 밀도 사이의 관례를 도시한 그래프이다.
도 7~9는, 검정 동안 정보 수집을 도시하는 그래프이다.
도 10~11은, 코리올리 유량계를 검정하고 질량 유동률
Figure 112007023595229-PCT00051
을 결정하도록 사용되는 방법의 순서도이다.
도 12는, 검정 상수 유도식을 도시한다.
도 13 및 14는, 주파수 변화를 사용하는 것과 열 보정을 제공하는 RTD를 사용하는 것 사이의 정확도를 비교하여 도시한다.
도 15는, 도 1의 계측 전자부품(121)의 상세도를 도시한다.
상세한 설명
용어의 정의
FCF 종래 기술 상의 유동 검정 인자(Flow Calibration Factor)
α 종래 기술 상의 FCF 온도 계수
Δt 유동 유도된 시간 지연
Δt0 제로 유동에서의 공칭 시간 지연
Figure 112007023595229-PCT00052
질량 유동률
F 작동 구동 주파수
F0 공칭 구동 주파수 (일반 열 조건 하)
제조자에 의해 선택된 바와 같음
ZERO(F) 효과 주파수가 공칭 시간 지연 Δt0을 가짐을 기술하는 항
Δt0 + (F - F0)
Figure 112007023595229-PCT00053
과 동일
Figure 112007023595229-PCT00054
제로를 위한 선형 주파수 계수
Figure 112007023595229-PCT00055
Figure 112007023595229-PCT00056
Figure 112007023595229-PCT00057
Figure 112007023595229-PCT00058
질량 유동에 대한 Δt에 관한 비례 계수
종래 기술의 FCF와 유사
Figure 112007023595229-PCT00059
Figure 112007023595229-PCT00060
를 위한 선형 주파수(온도) 계수
종래 기술의 α와 유사
FMUT 테스트 하의 유량계(Flow Meter Under Test)
도 1의 설명
도 1은 본 발명을 구현하는 코리올리 유량계의 제 1 실시예의 사시도이다. 이는 베이스(101)의 레그(117, 118)를 통해 삽입된 유동 튜브(102)를 갖는 유량계(100)를 개시한다. 픽-오프(LPO, RPO)들 및 구동기(D)는 유동 튜브(102)에 연결된다. 유량계(100)는 공급 튜브(104)를 통해 처리 물질 유동을 수용하고 처리 연결부(108)를 통해 유동 튜브(102)에 유동을 연장시킨다. 유동 튜브(102)는 구동기(D)에 의해 물질 유동을 구비하여 공진 주파수로 진동된다. 결과적인 코리올리 편향이 컨덕터(112, 114)를 넘어 코리올리 유량계 전자부품(121)에 신호를 적용하는 픽-오프(LPO, RPO)에 의해 탐지된다. 코리올리 유량계 전자부품(121)은 픽-오프 신호를 수용하고, 그 사이의 위상차를 결정하고, 진동 주파수를 결정하고, 그리고 물질 유동에 관련된 출력 정보를 출력 경로(122) 너머 도시되지 않은 사용 회로에 적용한다. 계측 전자부품(121)은 도 15에서 상세히 도시된다.
물질 유동은 유동 튜브(102)로부터 튜브(106)를 통하며, 이를 통해 물질 유동은 회귀 튜브(103)로 다시 향하여 처리 연결부(107)를 통해 물질 유동을 사용자 적용부에 전달하는 출구 튜브(105)로 향한다.
처리 연결부(107, 108, 109 및 110)는 튜브(104, 105 및 106)를 유동 튜브(102) 및 회귀 튜브의 단부와 연결한다. 처리 연결부는 나사산(124)을 포함하는 고정부(111)를 갖는다. 잠금 홀(130)은 세팅 나사(411)를 수용하며, 이는 부재(111)를 베이스(101)에 고정적으로 연결하며, 도 4에 도시된다. 처리 연결부(107 내지 110)의 이동 가능 부분은 수-나사(male thread)(124)에 나사 결합되어 각각의 튜브를 처리 연결부의 고정 바디에 연결하며, 그 일부가 6각형 너트부(111)이다. 이러한 처리 연결부는 공지된 나팔 모양의 구리 튜빙과 유사한 방법으로 기능하여 처리 연결부가 튜브(104, 105 및 106)를 유동 튜브(102) 및 회귀 튜브(103)의 단부에 연결한다. 처리 연결부의 상세한 내용이 도 4에 도시된다.
도 2의 설명
도 2에는 도 1의 유량계(100)의 평면도가 도시된다. 픽-오프(LPO, RPO) 및 구동기(D)가 코일(C)을 각각 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 부재들 각각이 유동 튜브(102)의 바닥부에 고정된 자석을 더 포함한다. 이러한 부재들 각각은 구동기(D)를 위한 (143)과 같은 베이스 및 구동기를 위한 (133)과 같은 얇고 긴 물질을 더 포함한다. 얇고 긴 물질은 인쇄 회로 기판(printed wiring board)을 포함할 수 있으며, 여기에 코일(C)과 그 권선 터미널(winding terminal)이 고정된다. 또한, 픽-오프(LPO, RPO)는 상응하는 베이스 및 상기 베이스 부재의 상부에 고정된 얇고 긴 물질을 갖는다. 유동 튜브 하측에 자석(M)을 접착하고, (구동 기(D)를 위해) 코일(C)을 인쇄 회로 기판(133)에 접착하고, 자석(M) 둘레로 코일(C) 내의 개구부를 위치시키고, 자석(M)이 완전히 코일(C) 내에 진입하도록 코일(C)을 상방으로 이동시키고, 그 다음 베이스 부재(143)를 인쇄 회로 기판(133) 아래에 위치시키고, 그리고 베이스(143)의 바닥이 매시브 베이스(massive base)(116)의 표면에 접착함으로써 고정되도록 이러한 부재들을 함께 접착하는 단계에 의해 구동기 및 픽-오프의 고정이 수행되도록 이러한 배열체가 기능을 한다.
처리 연결부(107 ~ 110)의 수-나사(124)는 도 2에 도시된다. 각각의 부재들의 상세한 내부는 도 4에 도시된다. 개구부(132)는 컨덕터(112, 113 및 114)를 수용한다. 도 1의 코리올리 유량계 전자부품(121)은 도면의 복잡성을 최소화하도록 도 2에 도시되지 않는다. 하지만, 컨덕터(112, 113, 및 114)는 개구부(132)를 통해 연장되고 나아가 도 1의 경로(123)를 너머 도 1의 코리올리 유량계 전자부품에 연장됨을 이해하여야 한다.
도 3 및 4의 설명
도 3은 픽-오프(LPO, RPO) 및 구동기(D)를 도시하며, 유동 튜브(102)의 바닥부에 고정된 자석(M)과 부재들(LPO, RPO)과 구동기(D) 각각의 베이스에 고정된 코일(C)을 포함한다.
도 4는 도 2의 선 4-4를 따라 취한 단면도이다. 도 4는 도 3의 모든 부재를 개시하며, 처리 연결부(108, 109) 및 O형-링(430)을 상세히 개시한다. O형-링(430)은 유동 튜브(102)를 베이스(401)에 연결한다. 또한, 도 4는 베이스(101) 내의 개구부(402, 403 및 404)를 개시한다. 이러한 개구부들 각각의 상부는 픽-오프(LPO, RPO) 및 구동기(D)의 베이스의 낮은 표면에 연장된다. 이러한 부재들과 연관된 자석(M)과 코일(C)도 도 4에 도시된다. 도 1의 코리올리 유량계 전자부품(121)은 도면의 복잡성을 최소화하도록 도 3에 도시되지 않는다. 처리 연결부(108) 내의 부재(405)는 유동 튜브(102)의 입구부이며, 처리 연결부(109) 내의 부재(406)는 유동 튜브(102)의 출구부이다.
처리 연결부(108)의 고정부(111)는 베이스(401) 내에 위치하는 수용 홀(420) 내의 짝이 되는 나사 내에 나사 결합되는 수-나사(409)를 포함하여, 베이스(101)의 세그먼트(401)에 고정부(111)를 부착한다. 오른쪽 처리 연결부(109)의 고정부가 유사하게 장착되어 베이스(101)의 부재(401) 내에 위치한 수용 홀(420) 내에 나사(409)에 의해 결합한다.
처리 연결부(108)의 고정 부재(111)는 나사산이 처리 연결부(108)의 이동 가능 부분(415)을 수용하는 나사 부분(124)을 더 포함한다. 처리 연결부(109)는 유사하게 장착된다. 왼쪽 처리 연결부(108)의 고정 부재(111)는 원뿔형 스터브(413)를 더 포함하며, 이는 이동 가능 부재(415)와 함께 나팔 모양의 체결로써 고정부(111)의 원뿔형 스터브(413)를 너머 입력 튜브(104)의 오른쪽 단부에 힘을 가하도록 작용한다. 이는 가압 체결(compression fitting)을 생성하여, 공급 튜브(104)의 나팔 모양 개구부를 처리 연결부의 고정부(111)의 원뿔형 스터브 부분(413)에 밀봉 가능하게 고정한다. 유동 튜브(102)의 입구부는 처리 연결부 고정부(111) 내에 위치하며, 스터브(413)의 표면(425)과 같은 높이이다. 이러한 방법 으로, 공급 튜브(104)에 의해 전달되는 처리 물질은 유동 튜브(102)의 입구부(405)에 의해 수용된다. 처리 물질은 유동 튜브(102)를 통해 오른쪽으로 처리 연결부(109)의 고정부(111)에 유동하며 여기에서 유동 튜브(102)의 출구부(406)가 스터브(413)의 표면(425)과 같은 높이이다. 이는 유동 튜브(102)의 출구부를 커넥터(109)에 밀봉 가능하게 부착한다. 도 1의 다른 처리 연결부(107, 110)가 도 4의 처리 연결부(108, 109)의 상세한 설명과 동일하다.
도 5~12의 설명
본 발명은, 유동 튜브 온도 변화의 지시기로서 구동 주파수를 사용하여 코리올리 유량계의 질량 유동 출력의 온도 보정을 달성한다. 코리올리 유량계는, 코리올리 유량계의 진동하는 유동 튜브의 작동 부분의 입구측 단부와 출구측 단부 사이의 시간 지연(Δt)을 계산함으로써 질량 유동을 직접적으로 측정한다. 제로 유동(Δt0)에서의 오프셋 시간 지연이 계산되고, 유동 동안 계산된 시간 지연으로부터 감산되어, 종래 기술의 검정 인자(FCF)에 상응하는 비례 상수(
Figure 112007023595229-PCT00061
)를 통해 유동 튜브에 직접 비례하는 값을 생성한다.
유체 밀도 역시 유동 튜브의 구동 주파수에 영향을 준다. 온도 및 밀도에 대한 주파수의 민감도를 이해하여, 밀도는 온도 효과에 대해 특징되고 비교되어야 한다. 본 발명의 코리올리 유량계는 그 질량이 다소 제한되는 슬러리(slurry)에 사용될 수 있다. 주파수가 온도 보정을 위해 사용되는 경우, 유체 밀도의 변화 효 과는 질량 유동을 결정하기 위해 반드시 계산되고 결정되어야 한다.
유동 튜브 물질은 온도 변화에 반응한다. 이러한 변화는 정확한 질량 유동률을 계산하기 위해 고려되어야 한다. 종래, RTD 열 센서가 온도를 직접 측정하도록 사용되었다. 이들은 코리올리 튜브의 비작동 표면에 직접 위치한다. 이는 일반적으로 브레이스 바(들)(brace bar(s))의 외측이다. 계시한 코리올리 유량계는 단일-곧은형 유동 튜브를 갖는다. 여기에는 유동 튜브를 나타내는 온도 측정이 출력 정확성에 영향을 주지 않으면서 유동 튜브 상에 위치하는 열 센서에 의해 이루어질 수 있는 유동 튜브의 비작업 섹션이 없다.
본 발명은 구동 주파수를 모니터링함으로써 유동 튜브 온도의 변화를 탐지한다. 본 발명에 따른 온도 변화 및 유동 출력 보정을 결정하기 위한 구동 주파수의 사용은 결과들을 야기한다. 종래 기술은 유동 튜브의 제 2 부분 또는 비작동 부분 상에 고정된 RTD 열 센서를 사용하여 온도를 측정하고 코리올리 유동 튜브 온도를 추론한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 온도 결정의 정확성을 증진시키며, 또한 감지되는 온도 변화의 계측 반응 시간을 증진시킨다.
온도 변화를 감지하고 보정하도록 주파수를 사용하는 경우, Δt의 테일러 급수 전개가 주파수 및 Δt 상의 질량 유동 효과를 분리시킨다. 전개는 유동식처럼 보이도록 배열되고 최소 자승(least-squares) 유사 역행렬(pseudo-inverse) 식이 설정된다. 픽-오프 지연 Δt이 질량 유동 및 구동 주파수의 함수라고 가정한다.
Figure 112007023595229-PCT00062
이는 테일러 급수에 의해 작동 지점에 관해 전개될 수 있다.
Figure 112007023595229-PCT00063
식 1.2는 완전 전개식이며, 보다 높은 차수의 항의 무한대로 취해질 수 있다. 최적의 값은, 온도에 선형인 FCF와 제로 유동을 이루는 항과 온도에 2차인 FCF와 제로를 이루는 항을 취함으로써 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 센서의 작동 온도(18~28C)에 걸쳐서, 그 작동은 FCF와 Δt0를 선형으로 이루게 하는 주파수 항만을 사용하는데 충분한 선형이다. 이를 통하여, 이를 부분 정리하면 다음과 같다.
Figure 112007023595229-PCT00064
이제, 제로 유동에 관련된 것과 유동에 관련된 것을 다시 묶어서 항을 재배열한다.
Figure 112007023595229-PCT00065
편의상 공칭
Figure 112007023595229-PCT00066
=0이 되어, 식 1.4는 유동식과 같이 보이도록 배열될 수 있다.
Figure 112007023595229-PCT00067
종래 기술의 유동식은 다음과 같았다.
Figure 112007023595229-PCT00068
식 1.5와 식 1.6 사이에서 비교해보면, 주파수의 함수로서 "제로"에 대한 식 1.5의 일부는
Figure 112007023595229-PCT00069
이고, 주파수의 함수로서 "유동 검정 인자(FCF)"에 대한 식 1.5의 일부는 다음과 같다.
Figure 112007023595229-PCT00070
식 1.4를 벡터 방정식으로 다시 기술하면 최소 자승 유사 역행렬 식으로 설정된다.
Figure 112007023595229-PCT00071
마스터 코리올리 유량계에 연결된 시리즈로부터 질량 유동을 기록하는 동안 코리올리 유량계로부터 Δt와 구동 주파수를 기록할 수 있다고 가정하면, 행벡터의 유사 역행렬를 양측에 곱함으로써 식 1.4의 열백터(column vector)를 풀 수 있다.
Figure 112007023595229-PCT00072
식 1.10이 본 발명에 의해 사용되는 필요한 수식이며, 센서 온도 종속성이 최적화된 특징이다.
전술한 바와 같이, 구동 주파수는 온도에 따른 선형이다. 이로 인해, 구동 주파수를 사용하여 온도 효과를 위한 유동을 보정하는 것이 바람직하다.
도 5의 설명
도 5는, 선(501, 502) 상의 2개의 유동 튜브를 위한 온도와 구동 주파수 사이의 관계를 도시한다. 이러한 유동 튜브 센서는, 그 온도가 15 내지 35C 사이에서 순환되는 열기기(oven) 내에 놓여 있다. 선형 기울기인 선은, 선(501, 502)의 각각의 일련의 데이터에 맞추어졌으며, 센서의 특정 작동 범위는 점선(503, 504) 사이인 것으로 도시된다. 각각의 선(501, 502)의 기울기를 사용하여, 전체 스케일 온도 범위당 14Hz로서 구동 주파수의 민감도를 계산할 수 있다.
도 6의 설명
도 6은, 선(601, 602) 상의 동일한 2개의 센서의 유체 특정 질량에 대한 구동 주파수 그래프이다. 센서들이 슬러리의 유동률에 특정되며, 슬러리의 유체 밀도는 1.0 내지 1.3 SG이며 선(603, 604)로 도시된다. 이러한 유체들이 센서의 밀 도 작동 범위에 걸쳐 사용되었다. 3개의 데이터 지점이 각각의 센서에 취해졌으며, 선은 데이터에 맞추어졌다. 각각의 선의 경사도를 사용하여, FS 밀도 범위당 4Hz의 구동 주파수의 민감도를 계산할 수 있다. 이 결과가 중요하게 보이지만, 각각의 코리올리 유량계는 이러한 범위 내의 특정 유체를 사용하는 특별한 처리에 설치될 수 있다. 더욱이, 한번 설치되면 사용자는 실제 유동 출력에 대한 처리를 검정하여 장치 내의 새로운 처리 유체로 인한 에러를 제거할 수 있다.
도 7~12의 설명
도 7~12는 유체식 1.5의 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00073
,
Figure 112007023595229-PCT00074
,
Figure 112007023595229-PCT00075
가 본 발명의 검정 절차를 사용하여 유추되는 방법을 개시한다. 이러한 검정 상수는 식 1.10을 사용하여 추론된다. 일단 추론되면, 이들은 구동 주파수 F와 Δt(유동 유도된 시간 지연)의 측정된 값과 함께 유동식 1.5에 사용되어 측정된 유동률
Figure 112007023595229-PCT00076
을 결정한다. 이에 대해서는 다음 문단에서 후술한다. 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00077
,
Figure 112007023595229-PCT00078
,
Figure 112007023595229-PCT00079
는 후술할 4단계 절차를 사용하여 추론된다.
마스터 코리올리 유량계와 검정될 코리올리 유량계가 연속적으로 연결되어 테스트 유동이 적용된다. 표 1의 구간 1~4에 상응하는 유동 데이터가 검정을 위해 사용된다. Δt에 대한 온도/주파수 구성 및 마스터 테스트 계측기의 동일 질량 유동을 위한 테스트 매트릭스가 표 1에 도시된다. 연속적으로 연결된 테스트되는 코리올리 유량계 및 마스터 코리올리 유량계로부터 측정된 질량 유동이 도 7에 도시 된다.
구간 질량 유동 (g/min) 유체 온도 C
1 350 28
2 50 28
3 350 18
4 50 18
표 1의 4개의 구간을 사용하여 연속적으로 연결된 테스트 코리올리 유량계 및 마스터 코리올리 유량계로부터 측정된 질량 유동이 도 7에 도시된다. 4개의 구간은 사용된 마스터 코리올리 유량계를 위한 상응하는 온도 값, 주파수, 구동 주파수 및
Figure 112007023595229-PCT00080
과 함께 도 7에 도시된다. 선(703)이 마스터 코리올리 유량계의 유동률을 나타낸다.
도 8은 도 7의 4개의 테스트를 위해 측정된 데이터를 개시한다. 이들은 식 1.10을 위해 후술할 바와 같이 사용된 데이터 프로파일이며, 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00081
,
Figure 112007023595229-PCT00082
,
Figure 112007023595229-PCT00083
의 값을 추론한다. 선(803)이 마스터 코리올리 유량계의 유동률을 나타낸다.
도 9는 정적 유동 상태를 위한 보정 온도(RTD) 및 주파수를 모두 사용한 결과를 도시한다. 양쪽 방법 모두 정적 유동 상태 조건에서는 코리올리 유량계의 검정을 위해 맞는 양호한 데이터를 제공한다. 도 9는 선(901)의 구동 주파수, 선(902)의 온도, 선(903) 상의 각각의 구간의 유동률
Figure 112007023595229-PCT00084
및 선(905)의 에러율을 도시한다. 보정하는 양쪽 방법 모두 정적 상태인 유동에서 합동이기 때문에 선(906)에 의해 보정하는 양쪽 방법의 결과가 나타난다. 4개의 모든 테스트 구간에서 선(905)을 따라 양쪽 방법 모두에서 에러가 없으므로 인하여 그 정확성이 지시된다.
도 1 및 15에 도시된 계측 전자부품(121)이 도 7~9에 도시된 작동을 수행하는데 필요한 데이터 처리 기능을 수행한다.
도 10 및 11의 설명
도 10은 본 발명의 방법 및 장치가 어떻게 검정 상수를 추론하는지를 개시하는 순서도(1000)이다. 도 10은, 코리올리 유량계 전자부품(121)의 메모리(1502) 내에 저장된 하나 또는 그 이상의 프로그램 지시를 각각 나타내는 다수의 처리 또는 프로그램 단계를 개시한다. 지시는 코리올리 유량계 전자부품(121)의 프로세서(1502)에 의해 수행되며, 유량계 전자부품의 메모리(1501)에 저장되거나 또는 경로(122)를 통해 사용자에게 출력한다. 도 10의 절차는 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00085
,
Figure 112007023595229-PCT00086
,
Figure 112007023595229-PCT00087
를 추론한다. 추론된 검정 상수는 도 13에 입력되며, 여기에서 온도 보정된 질량 유동률
Figure 112007023595229-PCT00088
을 추론하도록 사용된다.
도 10에서, 단계(1002)는 도 1의 (LPO, RPO)으로부터 입력 픽-오프 신호를 수용하며, 이를 단계(1004)에 적용하며 수용된 정보를 사용하여 테스트 하의 유량계의 구동 주파수 F와 탐지된 Δt를 추론한다. 단계(1006)는 단계(1003)로부터 연속으로 연결된 참고 유량계의 측정된 유동률
Figure 112007023595229-PCT00089
을 나타내는 신호를 수용한다. 단계(1006)는 단계(1004, 1003)로부터 전술한 정보를 수용하며 이들을 사용하여 식 1.10을 계산함으로써 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00090
,
Figure 112007023595229-PCT00091
,
Figure 112007023595229-PCT00092
를 추론한다.
추론된 검정 상수는 도 11의 단계(1006) 내지 단계(1106)로부터 확장된다. 단계(1102)는 테스트 하의 유량계를 위해 도 1의 픽-오프(LPO, RPO)로부터 입력 픽-오프 신호를 수용한다. 이러한 정보는 단계(1104)에서 확장되어 테스트 하의 유량계를 위한 구동 주파수 F와 Δt를 추론하며, 단계(1106)로 확장된다. 단계(1106)는 단계(1104, 1106)의 출력을 수용하여, 단계(1106)에 지시된 식 1.5를 사용하여 테스트 하의 유량계의 온도 보정된 질량 유동률을 추론한다. Δt와 Δt0는 단계(1006)에서 추론된다. 식 1.5의 분자 및 분모 모두에 있는 F-F0의 값은 단계(1104)로부터 단계(1106)에 의해 획득된다.
Figure 112007023595229-PCT00093
는 단계(1004)에 의해 획득된다.
Figure 112007023595229-PCT00094
,
Figure 112007023595229-PCT00095
는 단계(1104)에 의해 획득된다.
단계(1106)는 식 1.5의 우항에 있는 모든 수를 채택하여 온도 보정된 질량 유동률 출력을 도 1의 출력부(122)를 통해 계측 전자부품(121)으로부터 사용자에게 제공한다.
도 12의 설명
도 12는 식 1.10을 이용하여 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00096
,
Figure 112007023595229-PCT00097
,
Figure 112007023595229-PCT00098
를 추론하도록 채택된 본 발명의 방법을 도시한다. 테스트 하의 유량계(FMUT; Flow Meter Under Test)의 검정 상수 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00099
,
Figure 112007023595229-PCT00100
,
Figure 112007023595229-PCT00101
의 추론은 다음을 필요로 한다.
- 테스트 하의 코리올리 유량계에 연속적으로 연결된 연속 연결 참고 유량계로부터의 실제 유동 측정
- FMUT로부터의 온도 측정
- FMUT로부터의 구동 주파수 측정
이러한 측정은, FMUT가 아래의 표 2에 도시된 조건을 처리하는 동안 이루어진다.
구간 이상적 참고 질량 유동 (g/min) 이상적 유동 온도 (C)
1 350 28
2 50 28
3 350 18
4 50 18
FMUT가 검정되는 동안의 유동 조건 제어의 한계로 인하여, 실제 참고 질량 유동과 유체 온도는 이상적 참고 질량 유동 및 유체 온도와 상이할 수 있다.
표 2의 각각의 구간에서, 실제 질량 유동의 다수의 측정, FMUT 온도 및 FMUT 구동 주파수가 설정된다. 여기에서 다음과 같이 가정한다.
M = 구간 1 동안 전술한 3개의 값의 측정 횟수(#)
N = 구간 2 동안 전술한 3개의 값의 측정 횟수(#)
O = 구간 3 동안 전술한 3개의 값의 측정 횟수(#)
P = 구간 4 동안 전술한 3개의 값의 측정 횟수(#)
도 8의 검정 구간 동안, 참고 질량 유동
Figure 112007023595229-PCT00102
, FMUT 온도 및 FMUT 구동 주파수가 각각 M+N+O+P회 측정된다. M+N+O+P는 식 1.10을 사용하여 풀 수 있는 파라미터의 개수와 적어도 같아야 할 것이 요구된다. 그러나 M+N+O+P의 합이 풀어야 하는 파라미터의 개수보다 많이 클 것이 추천된다. 이는 풀려고 시도하는 최소-자승 문제를 해결하기 위함이다.
혼동을 없애도록, M=N=O=P라고 가정하여, 참고 질량 유동, FMUT 온도 및 FMUT 구동 주파수의 총 측정수가 M의 4배로 가정한다. 측정을 위해, 표 2에 지시되고 도 8에 나타난 식 1.10에 도시된 검정 문제가 도 12에 도시된다.
일단, 도 8의 데이터가 취해지고 식 1.10이 풀렸다면, 4개의 값, 즉 Δt0,
Figure 112007023595229-PCT00103
,
Figure 112007023595229-PCT00104
,
Figure 112007023595229-PCT00105
이 획득된다. 이들은 바람직한 검정 상수이다. Δt0는 FMUT의 제로 오프셋이다. 상기 값은 종래의 방법에 의해 계량기를 제로화함으로써 (즉, 제로 버튼을 누름으로써) 취해진다.
Figure 112007023595229-PCT00106
는 FMUT의 제로 오프셋 상에서 선형 주파수(따라서 온도) 효과이다.
Figure 112007023595229-PCT00107
는 FMUT의 유동 검정 인자(FCF; Flow Cal Factor)이다.
Figure 112007023595229-PCT00108
는 FMUT의 FCF 상의 선형 주파수(따라서 온도)이다. 이러한 검정 인자는 식 1.5에서 사용될 수 있어서, 주파수(따라서 온도) 효과를 위해 보정된 FMUT 질량 유동을 계산한다.
도 1 및 15에 도시된 계측 전자부품(121)은 도 12에 도시된 작동을 수행하는데 필요한 데이터 처리를 실행한다.
도 13의 설명
도 13은, 주파수 결정을 사용한 결과로서, RTD 열 센서의 사용에 비교하여, 유동 튜브 주파수를 모니터링하고 열 보정을 제공하도록 열 보정을 얻은 것을 도시한다. 도 13은, RTD의 사용에 비교하여 주파수 기초 온도 보정의 장점을 명백히 도시한다. 선(1303)은 마스터 코리올리 유량계에 의해 제공된 질량 유동을 도시한다. 실선(1308)은 RTD 센서를 사용하여 확득된 결과를 나타낸다. 점선(1309)은 본 발명에 따라서 제공된 주파수 모니터링을 사용한 것을 도시한다.
선(1303)은 구동 주파수를 도시한다. 선(1302)은 온도를 도시한다. 선(1301)은 결과적인 질량 유동률을 도시한다. 선(1303)의 곧은 부분에서, 마스터, RTD, 및 주파수 사용 결과는 겹치고 (1305, 1306, 1307)으로 표시되는 나타나는 부분에서만 분기되며, 이는 질량 유동률의 갑작스러운 변화를 나타낸다. 단계(1305)는 선(1303, 1308, 1309)를 포함한다. 선(1303)은 마스터의 질량 유동률을 나타낸다. 선(1308)은 RTD의 응답을 나타낸다. 선(1309)은 주파수 모니터링을 사용한 응답을 나타낸다. 선(1303)과 선(1309)가 단계(1305)에 의해 나타나는 전이 영역에서 실질적으로 동일함을 볼 수 있다. 또한, 단계(1305)의 응답(1308)이 마스터의 응답에 비교하여 상당히 분기되어 나감을 지시하는 것을 볼 수 있다. 동일한 관찰 결과가 단계(1306)와 (1307)과 관련하여 이루어지는데, 여기에서 선(1309)으로 나타나는 주파수 보정을 사용하여 획득되는 결과는 RTD 열 보정을 사용하여 획득된 결과를 나타내는 선(1308)으로 나타나는 결과와 비교하여 선(1303)으로 나타나는 마스터의 반응에 보다 근접한다.
도 13의 질량 유동률
Figure 112007023595229-PCT00109
1,
Figure 112007023595229-PCT00110
2,
Figure 112007023595229-PCT00111
3,
Figure 112007023595229-PCT00112
4는 도 7, 8 및 9의 상응하게 할당된 부재들에 대응된다.
도 13의 분석으로부터 이를 수 있는 결과는, 질량 유동률의 일시적 조건 동안 정확성이 요구되는 경우 열 보정을 제공하기 위한 주파수 보정의 사용이 RTD의 사용에 의한 것보다 우월하다는 것이다.
도 1 및 15에 도시되는 계측 전자부품(121)은 도 13에 도시된 작동을 수행하는데 필요한 데이터 처리를 수행한다.
도 14의 설명
도 14는 RTD의 사용에 비교하여 주파수 모니터링을 사용하는 반응의 상대적인 정확도를 개시한다. 선(1401)은 구동 주파수를 나타내고, 선(1402)은 온도를 나타내며, 그리고 선(1403)은 질량 유동률을 나타낸다. 선(1414)은 RTD의 사용에 비교하여 주파수 모니터링의 사용에 의해 발생하는 보정 에러를 나타낸다. 질량 유동률이 거의 일정한 경우, RTD의 사용은 주파수 모니터링의 사용에 비교할만한 결과를 가져옴을 알 수 있다. 그러나, 단계(1405, 1406, 1407)는 질량 유동률이 일시적으로 발생중인 조건을 지시한다. 단계(1405)에 도시된 바와 같이, 주파수 모니터링(1415)의 사용의 응답은 RTD의 사용의 응답(1405)에 비해 마스터 질량 유동률(1414)에 보다 근접하도록 상응한다.
도 1 및 15에 도시되는 계측 전자부품(121)은 도 14에 도시된 작동을 수행하는데 필요한 데이터 처리를 수행한다.
도 15의 설명
도 15에 도시된 바와 같이, 계측 전자부품(121)은 프로세서(1501)와 메모리(1502)를 포함한다.
프로세서(1501)는 종래의 CPU를 포함할 수 있다. 대안적으로, 이는 특별한 또는 일반적 목적의 프로세서 또는 DSP를 포함할 수 있다. 메모리(1502)는, 장기간으로 그리고 단기간으로 모두 정보를 저장하기 위한 플래시 메모리 또는 종래의 ROM 및 RAM과 같은 어떠한 타입의 메모리 시스템이라도 포함할 수 있다.
계측 전자부품(121)은 경로(123)를 통해 입력 정보를 수용하며, 그 출력 정보를 경로(122)를 통해 사용자에게 전한다. 계측 전자부품(121)은 픽-오프(LPO, RPO)로부터 경로(123)를 너머 입력 신호를 수용한다. 이러한 픽-오프 신호는 도 10에 단계(1002)로 도시된다. 픽오프 신호는 단계(1002)부터 단계(1004)로 적용되며, 여기에서 지시한 기능을 수행하고 그 정보를 단계(1006)에 출력한다. 단계(1002, 1004)는 도 11의 단계(1102, 1104)와 동일하다. 도 10의 단계(1006)는 단계(1004, 1003)의 출력을 수용하여 지시된 검정 상수들을 추론한다. 도 15의 메모리(1502)와 프로세서(1501)는 이러한 기능을 위해 사용된다.
도 11의 단계(1106)는 단계(1006)와 단계(1104)의 출력을 수용하여, 식 1.5를 풀어서 지시된 질량 유동률을 추론한다. 이러한 기능은 도 15의 메모리(1502)와 프로세서(1501)에 의해 수행된다.
또한, 계측 전자부품(121)의 메모리(1502)와 프로세서(1501)는 도 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13 및 14에 도시된 다양한 계산 및 기능을 수행하도록 사용된다.
청구하는 본 발명은 개시한 바람직한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 개념의 범위 및 사상 내의 다른 수정안 및 대안을 포함함을 이해하여야 한다. 특정 실시예 및 수식이 본 발명과 관련하여 개시되었으나, 본 발명은 개시한 수식 및 관계의 수정안을 포함하여 이를 사용하도록 실행될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 방법 및 기기가 코리올리 유량계와 관련하여 도시되었으나, 본 발명의 방법 및 기기는 금속, 플라스틱 또는 유리 유동 튜브(들)를 갖는 코리올리 유량계를 포함하는 코리올리 유량계에 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (24)

  1. 하나 이상의 유동 튜브를 갖는 코리올리 유량계의 열 보정을 제공하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상기 유동 튜브의 코리올리 편차(deflection)를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 단계;
    상기 유량계의 특징을 나타내는 제 2 신호를 생성하는 단계로서, 상기 특징은 상기 코리올리 유량계의 구동 주파수(F) 및 유도된 시간 지연(Δt)을 포함하는, 제 2 신호 생성 단계를 포함하며, 그리고
    상기 제 1 및 제 2 신호를 사용하여 상기 코리올리 유량계의 출력 신호를 위한 열 보정을 제공하는 계측 전자부품(meter electronics)을 특징으로 하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    마스터 코리올리 유량계(master Coriolis flow meter)로부터 검정된 질량 유동률을 수용하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 단계를 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 검정 상수(calibration constants)들을 추론하는 단계; 및
    상기 검정 상수들을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 단계를 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    상기 제 1 및 제 2 신호의 생성 및 상기 코리올리 유량계를 위한 상기 열 보정 제공에 응답하여, 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    상기 코리올리 유량계의 검정 상수들을 나타내는 제 3 신호를 수용하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 및 제 3 신호와 상기 검정 상수들을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    상기 제 2 신호로부터 구동 주파수(F)를 결정하는 단계;
    제로(zero)를 위한 선형 주파수 검정 상수(linear frequency calibration constant)(
    Figure 112007023595229-PCT00113
    )를 추론하는 단계; 및
    제로를 위한 상기 선형 주파수 검정 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00114
    ) 및 상기 구동 주파수(F)를 사용하여 상기 열 보정 유동률을 추론하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    유동을 위한 계수(
    Figure 112007023595229-PCT00115
    )를 추론하는 단계; 및
    제로를 위한 상기 선형 주파수 검정 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00116
    )와 상기 구동 주파수(F)를 사용하고 그리고 유동을 위한 상기 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00117
    )를 사용하여 상기 열 보정 유동률을 추론하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 방법은,
    유동을 위한 선형 주파수(온도) 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00118
    )를 추론하는 단계; 및
    제로를 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00119
    )와 상기 구동 주파수(F)를 사용하고 그리고 유동을 위한 상기 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00120
    ) 및 유동을 위한 상기 선형 주파수(온도) 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00121
    )를 사용하여, 상기 열 보정 질량 유동률을 추론하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 검정 상수들을 추론하는 단계는,
    마스터 코리올리 유량계로부터 질량 유동률(
    Figure 112007023595229-PCT00122
    )을 수용하는 단계; 및
    상기 코리올리 유량계의 상기 검정 상수들을 추론하도록 상기 제 2 신호 및 상기 수용된 질량 유동률(
    Figure 112007023595229-PCT00123
    )을 사용하는 단계를 포함하는.
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검정 상수들을 생성하는 단계는,
    상기 코리올리 유량계의 상기 구동 주파수(F) 및 유동 유도된 시간 지연(Δt)을 추론하도록 상기 제 2 신호를 수용하는 단계; 및
    상기 코리올리 유량계의 상기 검정 상수들을 추론하도록 상기 구동 주파수(F) 및 상기 유동 유도된 시간 지연(Δt) 및 상기 제 1 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 검정 상수들을 생성하는 단계는,
    공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 선형 구동 주파수 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00124
    )를 추론하는 단계; 및
    상기 공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00125
    ) 및 상기 구동 주파수(F)를 사용하여 상기 검정 상수들을 추론하는 단계를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검정 상수들은 Δt0,
    Figure 112007023595229-PCT00126
    ,
    Figure 112007023595229-PCT00127
    ,
    Figure 112007023595229-PCT00128
    인,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  13. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검정 상수들을 추론하는 단계는 이하의 수식을 푸는 단계를 포함하며,
    Figure 112007023595229-PCT00129
    여기에서,
    Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
    Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
    Figure 112007023595229-PCT00130
    는, 질량 유동률이고,
    F는, 구동 주파수이고
    F0는, -일반적인 제로 유동에서- 구동 주파수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00131
    는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00132
    는, FCF에 관한 계수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00133
    는, 선형 주파수(온도) 상수인,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  14. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 보정 질량 유동률을 결정하는 단계는 이하의 수식을 푸는 단계를 포 함하며,
    Figure 112007023595229-PCT00134
    여기에서,
    Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
    Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
    Figure 112007023595229-PCT00135
    는, 질량 유동률이고,
    F는, 구동 주파수이고
    F0는, 제로 구동 주파수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00136
    는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00137
    는, FCF에 관한 상수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00138
    는, 선형 FCF 주파수(온도) 상수인,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 방법.
  15. 하나 이상의 유동 튜브를 갖는 코리올리 유량계의 열 보정을 제공하는 기기에 있어서, 상기 기기는:
    상기 유동 튜브의 코리올리 편차를 나타내는 제 1 신호를 생성하는 기기(1002);
    상기 유량계의 특징을 나타내는 제 2 신호를 생성하는 기기(1004)로서, 상기 특징은 상기 코리올리 유량계의 구동 주파수(F) 및 유도된 시간 지연(Δt)을 포함하는, 기기를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 신호를 사용하여 상기 코리올리 유량계의 출력 신호를 위한 열 보정을 제공하는 계측 전자부품(121)의 제공을 특징으로 하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 기기는,
    마스터 코리올리 유량계로부터 검정된 질량 유동률을 수용하는 기기(1003); 및
    상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 기기(1006, 1106)를 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 기기는,
    상기 제 1 및 제 2 신호와 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올 리 유량계를 위한 검정 상수들을 추론하는 기기(1006); 및
    상기 검정 상수들 및 상기 제 1 및 제 2 신호 및 상기 검정된 질량 유동률을 사용하여 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정을 제공하는 기기(1106)를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 기기는,
    상기 제 1 및 제 2 신호의 생성 및 상기 코리올리 유량계를 위한 상기 열 보정 제공에 응답하여, 상기 코리올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 기기(1106)를 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 기기는,
    상기 코리올리 유량계의 검정 상수들을 나타내는 제 3 신호를 수용하는 기기(1106); 및
    상기 제 1 및 제 2 및 제 3 신호와 상기 검정 상수들을 사용하여 상기 코리 올리 유량계를 위한 열 보정 유동률을 결정하는 기기를 더 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 보정 제공 기기는,
    상기 제 2 신호로부터 구동 주파수(F)를 결정하는 기기(1004);
    제로를 위한 선형 주파수 검정 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00139
    )를 추론하는 기기(1006);
    유동을 위한 계수(
    Figure 112007023595229-PCT00140
    )를 추론하는 기기(1006);
    유동을 위한 선형 주파수(온도) 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00141
    )를 추론하는 기기(1006); 및
    제로를 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00142
    )와 상기 구동 주파수(F)를 사용하고 그리고 유동을 위한 상기 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00143
    ) 및 유동을 위한 상기 선형 주파수(온도) 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00144
    )를 사용하여, 상기 열 보정 질량 유동률을 추론하는 기기(1106)를 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 검정 상수들을 추론하는 기기(1006)는,
    마스터 코리올리 유량계로부터 질량 유동률(
    Figure 112007023595229-PCT00145
    )을 수용하는 기기(1006);
    상기 코리올리 유량계의 상기 구동 주파수(F) 및 유동 유도된 시간 지연(Δt)을 추론하도록 상기 제 2 신호를 수용하는 기기(1006);
    공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 선형 구동 주파수 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00146
    )를 추론하는 기기(1006); 및
    상기 공칭 시간 지연(Δt0)을 위한 상기 선형 구동 주파수 상수(
    Figure 112007023595229-PCT00147
    ) 및 상기 구동 주파수(F) 및 상기 질량 유동률(
    Figure 112007023595229-PCT00148
    )을 사용하여, 상기 검정 상수들을 추론하는 기기(1006)를 포함하는,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  22. 제 17 항, 제 19 항 및 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검정 상수들은 Δt0,
    Figure 112007023595229-PCT00149
    ,
    Figure 112007023595229-PCT00150
    ,
    Figure 112007023595229-PCT00151
    인,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  23. 제 19 항 또는 제 21 항에 있어서
    상기 검정 상수들을 추론하는 상기 기기(1006)는 이하의 수식을 푸는 기기를 포함하며,
    Figure 112007023595229-PCT00152
    여기에서,
    Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
    Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
    Figure 112007023595229-PCT00153
    는, 질량 유동률이고,
    F는, 구동 주파수이고
    F0는, -일반적인 제로 유동에서- 구동 주파수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00154
    는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00155
    는, FCF에 관한 계수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00156
    는, 선형 주파수(온도) 상수인,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
  24. 제 18 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 열 보정 질량 유동률을 추론하는 기기(1106)는 이하의 수식을 풀며,
    Figure 112007023595229-PCT00157
    여기에서,
    Δt는, 유동 유도된 시간 지연이고,
    Δt0는, 공칭 시간 지연이고,
    Figure 112007023595229-PCT00158
    는, 질량 유동률이고,
    F는, 구동 주파수이고
    Figure 112007023595229-PCT00159
    는, 제로를 위한 선형 주파수 상수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00160
    는, FCF에 관한 상수이고,
    Figure 112007023595229-PCT00161
    는, 선형 FCF 주파수(온도) 상수인,
    코리올리 유량계를 위한 열 보정 제공 기기.
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