KR20110082088A - 개선된 모드 분리를 갖는 코리올리 유량계 - Google Patents

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Abstract

하나 이상의 유동관(103) 및 구동 주파수에서 상기 하나 이상의 유동관(103)을 진동시키도록 구성된 구동기(104A, 104B)를 포함하는 유량계(20)가 제공된다. 유량계(20)는 보강판(260)을 포함한다. 상기 구동 주파수와 적어도 제 2 진동 주파수 사이에서 주파수 분리(frequency separation)가 증가되도록 하기 위해 상기 유동관(103)에 연결되고 유동관(103)을 따라 연장하는 보강판(gusset, 206)이 제공된다.

Description

개선된 모드 분리를 갖는 코리올리 유량계{CORIOLIS FLOW METER WITH IMPROVED MODE SEPARATION}
본 발명은 진동 유량계에 관한 것으로, 더 상세하게는 진동하는 유량계의 2개 이상의 진동 주파수들 사이에서 분리를 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
유량계들은 질량 유량, 밀도, 및 유동 물질들의 다른 특성들을 측정하기 위해 사용된다. 유동 물질은 액체, 가스, 액체들 또는 가스에 부유하는 고체, 또는 이들의 임의의 결합을 포함할 수 있다. 코리올리 질량 유량계 및 진동 밀도계와 같은 진동하는 도관 센서들은 유동 물질을 포함하는 진동 도관의 움직임을 검출함으로써 작동한다. 질량 유동, 밀도 등과 같은 도관에서 물질과 관련된 속성들은 도관과 관련된 운동 트랜듀서로부터 수용된 측정 신호를 프로세싱하여 결정될 수 있다. 진동 물질-충전 시스템의 진동 모드들은 일반적으로 도관 및 그 안에 포함된 물질의 결합 질량, 강성 및 댐핑 특성들에 의해 영향을 받는다.
전형적인 코리올리 질량 유량계는 파이프 또는 다른 수송 시스템에 인라인으로 연결되어 물질, 예를 들어 시스템에서 유체들, 슬러리들 및 동류의 것을 운반하는 하나 이상의 도관들을 포함한다. 각각 도관은, 예를 들면 단순 벤딩, 비틀림, 방사형(radial), 측방향 및 커플링된 모드를 포함하는 한 세트의 고유 진동를 갖는 것으로 볼 수 있다. 전형적인 코리올리 질량 유동 측정 어플리케이션에서, 도관은 도관을 통해 물질이 유동함에 따라 하나 이상의 진동 모드들로 여자되어(excited), 도관의 움직임이 도관을 따라 이격된 포인트들에서 측정된다. 자극은 전형적으로 주기적인 방식으로 섭동(perturb)을 일으키는 액츄에이터, 예컨대 보이스 코일-타입 드라이버와 같은 전자기계식 장치에 의해 제공된다. 질량 유량은 트랜듀서들에서 운동들 사이의 시간 지연 또는 위상 차이를 측정하여 결정될 수 있다. 유동 물질의 밀도는 유량계의 진동 응답의 주파수로부터 결정될 수 있다. 2 개의 이러한 트랜듀서(또는 픽오프 센서들)가 전형적으로 사용되어 유동 도관 또는 도관들의 진동 응답을 측정하고 액츄에이터의 상류 및 하류의 위치에 전형적으로 위치된다. 2개의 픽업 오프 센서들은 2 개의 독립적 쌍의 와이어들과 같이, 케이블에 의해 전자 기기에 실질적으로 연결된다. 상기 기기류는 두 픽오프 센서들로부터 신호를 수신하고 질량 유량 측정을 도출하기 위해 신호를 프로세싱한다.
작동에서, 유동관들은 서로에 대해 위상이 다르게 구동된다. 구동력이 자연 응답 주파수에서 유동관들의 위상이 다른 진동들을 발생시키는 전자기계식 구동기에 의해 발생된다. 설명을 위해, 유동관들은 구동기에 의해 수직 평면에서 구동되는 것으로 말해질 수 있다. 이러한 수직 진동은 유동관들의 제 1 위상차 벤딩 모드에 있고 그 공진 주파수에서 구동되기 때문에 상대적으로 크다.
물질 유동을 갖는 진동하는 유동관들의 코리올리 편향은 구동 진동과 동일한 수직 평면에서 발생한다. 코리올리 편향들은 구동 주파수에서 발생하지만 관 편향은 더 높은 주파수에 의해 벤딩 모드의 형상을 갖는다. 따라서, 코리올리 편향의 진폭은 유동관 구동 주파수 진동의 보다 상당히 작다. 코리올리 응답의 진폭이 상대적으로 작다고 하더라도, 계기 전자회로에 의해 프로세싱되어 목표된 질량 유량을 발생시키는 픽오프 출력 신호들 및 유량 물질에 관한 다른 정보를 발생시키는 것은 코리올리 응답이다. 많은 코리올리 유량계들은 약 0.15 % 이하의 출력 오차를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 정밀성을 달성하기 위해, 노이즈 및 불필요한 신호들이 최소화되어야 한다.
코리올리 유량계의 작동에서, 픽업 오프들에서 유도된 신호들은 목표된 작은 진폭 코리올리 응답 신호들을 포함할 뿐만 아니라, 또한 목표된 코리올리 응답 신호들과 함께 프로세싱 회로에 인가된 불필요한 신호를 포함한다. 이러한 불필요한 신호들은 정확한 출력 신호들을 생성하는 프로세싱 회로의 능력을 손상시킨다.
불필요한 픽오프 신호들은 주변 환경으로부터의 주위 노이즈에 의해 야기된다. 주위 노이즈는 근접 기계류 및 동류의 것에 기인할 수 있다. 그것은 또한 코리올리 유량계가 연결되어 있는 파이프라인의 진동에 의해 발생할 수 있다. 주위 노이즈는 외부 진동으로부터 유량계를 격리하기 위한 유량계의 적절한 장착에 의해 극복될 수 있다. 연결된 파이프라인 진동으로부터 노이즈는 파이프라인에서 유량계를 적절히 격리함으로써 극복될 수 있다.
불필요한 신호들에 대한 다른 소스는 유량계에서의 불필요한 진동들이다. 이러한 불필요한 진동들은 극복하기 더 어려우며 최소화될 수 있지만, 유량계 설계를 개선하는 것에 의해 일반적으로 제거될 수 없다.
대부분의 진동 유량계들은 유량계를 공진 주파수에서 구동시키는 결과로서 일어나는 다양한 모드 형상들을 가진다. 전형적인 유량계는 다음과 같은 그들의 형상으로 나타난다.
동상 벤딩(In-phase bend, IPB)
동상 측방향(In-phase lateral, IPL)
위상차 벤딩(구동)
위상차 측방향(Out-of phase lateral, OPL)
위상차 벤딩은 일반적으로 목표된 구동 모드이나 나머지는 전형적으로 불필요한 모드들이다. 상기 전술된 모드들은 코리올리 유량계를 포함하여 대부분의 진동 유량계들에서 내재되어 있다. 이들 모드들의 주파수들은 일반적으로 유량 물질의 밀도에 의해 변한다. 모드가 주파수를 변경할 때, 유량계가 불안정해져서 부정확한 출력 데이터를 생성하도록 야기할 수 있는 이웃하는 모드들 사이의 상호 작용에 대한 가능성이 있다. 전술된 바와 같이, 목표되고 유량계의 목표된 출력 정보를 생성하는데 사용된 모드는 위상차 벤딩 구동 모드이다. 코리올리력을 발생시키는 것은 이 모드이다. 결과적인 코리올리 응답은 유량계 출력 정보를 제공하는데 사용되는 신호들을 발생시키는 픽오프들에 의해 검출된다.
상기 동상 측방향 및 위상차 측방향 진동들은 코리올리력을 나타내는 픽오프들에 의해 수신된 신호들을 프로세싱할 때 문제를 발생시킬 수 있다. 측방향 모드 진동들은 전형적으로 구동 평면으로부터 오프셋된다. 측방향 모드 진동들은 일반적으로 구동 모드 진동들에 실질적으로 수직하다. 측방향 평면은 인가된 오실레이션에 실질적으로 횡방향이다.
2 개의 상이한 측방향 주파수들의 역효과를 최소화하는 하나의 방법은 구동 모드 주파수와 불필요한 측방향 주파수들 간에 분리를 증가시키는 것이다. 이들 바람직하지 않은 측방향 모드 신호들이 과도한 진폭을 갖거나 및/또는 코리올리 응답 신호의 주파수에 근접한다면, 전자 프로세싱 회로는 목표된 정확성를 갖는 출력 정보를 생성하도록 코리올리 신호를 프로세싱할 수 없다.
코리올리 응답 신호의 프로세싱 및 유량계의 출력 신호의 출력 정확성이 손상되지 않도록 바람직하지 않은 모드들에 의해 발생된 신호들의 악영향을 최소화하는 것이 코리올리 유량계들의 설계 및 작동에서 문제점이라는 것이 상기로부터 이해될 수 있다.
구동 모드 주파수 및 측방향 모드 주파수의 분리를 증가시키도록 시도되었던 다수의 종래 기술 접근 방식들이 있었다. 하나는 이러한 접근 방식은 본 출원인에게 양도된 미국 특허 6,314,820호에서 제공된다. '820 특허는 측방향 진동 주파수를 상승시키기 위해 유동관 위에 슬라이딩되고 유동관의 측방향 부분에 강성을 부여하도록 내측으로 연장하는 연장부들을 포함하는 측방향 모드 안정기들을 포함한다. 안정기들은 밸런스 바를 사용하여 홀딩된다. '820 특허의 개시된 방법이 적절한 결과를 제공한다고 하더라도, 그것은 밸런스 바에 덧붙여 과도한 수의 부품들을 요구한다. 덧붙여, 측면 모드 안정기들이 만곡된 유동관 설계에서 구현될 수 있다고 하더라도, 이들은 직선관 설계들에 더 많이 적용 가능하다.
다른 종래 기술 접근 방식은 일 단부 상에서 구동기에 근접한 유동관에 부착되고 다른 단부 상에서 베이스에 부착된 브레이스(brace)를 사용하는 미국 특허 5,115,683에 개시된다. 브레이스는 가요성이어서 코리올리 반응으로 인한 유동관의 움직임을 허용하지만 유동관이 측방향으로 변위하는 능력을 제한한다. 다시, '683호는 손상 받기 쉬운 과도한 수의 부품들을 요구한다.
또 다른 종래 기술 접근 방식??은 본 출원인에 양도된 미국 특허 6,354,154호에 개시되고, 여기서 측방향 진동의 주파수를 상승시키도록 바람직하지 않은 측방향 진동을 억제하는 측면 리브들을 갖는 밸런스 바를 사용한다. 미국 특허 6,598,489호는 '154 특허와 유사한 아이디어를 사용하지만 리브를 형성하여 구동 모드 대 측방향 모드의 공진 주파수를 상승시킨다. '154 특허와 '489 특허 모두의 한계는 밸런스 바의 요구이다. 밸런스 바들은 전형적으로 듀얼 유동관 유량계에서 구현되지 않기 때문에, 이러한 접근 방식은 응용 가능성을 제한하였다.
다른 종래 기술 접근 방식은 측방향 모드 주파수를 증가시켜서 구동 모드로부터 분리하는 방식으로 2 개의 유동관을 함께 연결하는 플레이트들 또는 브레이스들의 사용을 개시한 미국 특허 7,275,449 및 미국 특허 4,781,069에서 공개되었다. 이러한 접근 방식이 갖는 문제점은 플레이트들이 2 개의 분리된 유동관들을 함께 연결하기 때문에, 구동 모드가 또한 악영향을 받을 수 있다는 것이다. 이것은 특히 저유량 어플리케이션에 대해 사실일 수 있다.
따라서, 본 발명이 속한 기술 분야에서 적어도 2 개의 진동 모드들을 분리할 수 있는 유량계 설계가 필요성이 존재한다. 또한, 과도한 부품들을 요구하는 것 없이 적어도 2 개의 진동 모드를 분리할 필요성이 존재한다. 본 발명은 이러한 것 및 다른 문제점들을 극복하고 본 발명이 속한 기술 분야에서 기술 진전이 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따라, 하나 또는 2 이상의 유동관 및 상기 유동관을 구동 주파수로 진동시키도록 구성된 구동기를 포함하는 유량계로서,
상기 유동관이 상기 구동 주파수와 적어도 제 2 진동 주파수 사이에서 주파수 분리(frequency separation)가 증가되도록 하기 위해 상기 유동관에 연결되고 유동관을 따라 연장하는 보강판(gusset)을 포함한다.
바람직하게, 상기 보강판은 유동관의 일 부분을 따라 연장된다.
바람직하게, 보강판이 실질적으로 전체 유동관을 따라 연장된다.
바람직하게, 보강판이 유동관의 2개 또는 3개 이상의 일부분과 함께 연결된다.
바람직하게, 적어도 제 2 진동 주파수가 측방향 진동 모드를 포함한다.
바람직하게, 보강판은 유량계의 일부분이 강성을 갖도록 유량계에 연결된다.
바람직하게, 보강판이 측방향 진동 모드의 주파수를 상승시키도록 구성된다.
바람직하게, 보강판은 유동관의 통합형 부품으로서 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 하나 또는 2 이상의 유동관 및 상기 유동관을 구동 주파수로 진동시키도록 구성된 구동기를 포함하는 유량계로서,
보강판은 유량계의 일부분이 강성을 갖도록 유량계에 연결되고 유량계를 따라 연장된다.
바람직하게, 보강판이 유동관의 일부분을 따라 연장된다.
바람직하게, 보강판이 실질적으로 전체 유동관을 따라 연장된다.
바람직하게, 보강판이 유동관의 2개 또는 3개 이상의 일부분과 함께 연결된다.
바람직하게, 보강판이 2개 또는 3개 이상의 진동 모드들 사이에서 주파수 분리를 증가시키도록 구성된다.
바람직하게, 보강판이 구동 진동 주파수와 측방향 진동 주파수 사이의 분리를 증가시키도록 구성된다.
바람직하게, 보강판은 측방향 진동의 주파수를 상승시키도록 구성된다.
바람직하게, 보강판은 유동관의 통합형 부품으로 구성된다.
본 발명의 일 양태에 따라, 진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법으로서, 상기 진동 유량계는 하나 또는 2 이상의 유동관 및 상기 하나 또는 2 이상의 유동관을 구동 평면에서 구동 주파수로 진동하도록 구성된 구동기를 포함하고,
상기 방법은 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리가 증가되도록 유동관에 보강판을 연결하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 유동관에 보강판을 연결하는 단계는 유동관의 일부분을 따라 보강판을 연장하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 유동관에 보강판을 연결하는 단계가 실질적으로 유동관의 전체 길이를 따라 보강판을 연장하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 유동관에 보강판을 연결하는 단계가 유동관의 2개 또는 3개의 일부분을 함께 연결하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들이 구동 주파수 및 측방향 진동 주파수를 포함한다.
바람직하게, 상기 유량계에 보강판을 연결하는 단계가 측방향 진동 모드의 주파수가 증가되도록 유동관의 2 개 또는 3 개 이상의 일부분에 보강판을 연결하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 유량계에 보강판을 연결하는 단계는 유동관의 일부분이 강성을 가지도록 유동관의 2 개 또는 3 개 일부분에 보강판을 연결하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래의 유량계를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유동관들(gussets)의 외측 벤딩에 연결된 보강판들을 포함하는 유량계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동관들의 내측 벤딩들에 연결된 보강판들을 포함하는 유량계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동관의 내측 및 외측 벤딩들에 연결된 보강판들을 포함하는 유량계를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동관들의 3 개의 직선 부분에 연결된 단일 보강판을 포함하는 유량계를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동관들의 외측 벤딩들을 가로질러 연결된 보강판들을 포함하는 유량계를 도시한다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 유동관들의 직선 부분 및 벤딩 부분에 연결된 보강판들을 포함하는 유량계를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유동관에 연결된 보강판들을 포함하는 직선관 유량계를 도시한다.
도 1 내지 도 8 및 후속하는 명세서는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 최선의 모드를 만들고 사용하는 법을 교시하는 특정 예시들을 도시한다. 본 발명의 원리를 교시하기 위해, 몇몇의 종래 양태들이 간단화 또는 생략된다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 예시들로부터 변형례들을 이해할 것이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기에 기술된 특징들이 다양한 방식으로 결합되어 본 발명의 다중 변형들을 형성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 하기에 기술된 구체적인 사례들, 및 청구범위 및 균등물들로 제한되지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 코리올리 유량계(10)를 도시한다. 유량계(10)는 예를 들어 코리올리 유량계를 포함할 수 있다. 유량계(10)는 유입 플랜지(101) 및 유출 플랜지(101')를 포함한다. 유량계(10)는 유입 및 유출 플랜지(101, 101')를 통해 유체 파이프라인 또는 동류의 것에 연결되도록 구성된다. 유체가 유입 플랜지(101)에 유입됨에 따라, 매니폴드(102)에 의해 2개의 분리 스트림들로 분리된다. 액체가 분리되어 유동관들(103 또는 103') 중 하나에 유입된다. 프로세스 유체가 유동관들(103, 103')에서 유출되는 동안, 매니폴드(102')는 유체가 유출 매니폴드(101')를 통해 유출하기 전에 프로세스 유체를 재결합한다. 유량계(10)는 또한 자석(104A) 및 코일 조립체(104B)를 포함하는 드라이버(104)를 또한 포함할 수 있다. 유사하게, 유량계(10)는 자석(105A(미도시), 106A), 및 코일 조립체(105B, 106B)를 포함하는 제 1 픽오프 센서(105) 및 제 2 픽오프 센서(106)를 포함한다.
유동관(103, 103')은 후속하는 섹션들 내로 실질적으로 분리될 수 있다. 그러나, 유동관(103, 103')이 전형적으로 단일의 연속적인 구성요소로서 형성되기 때문에 설명된 섹션들은 단지 설명을 위한 것이라는 것이 이해되어져야 한다. 또한, 섹션들은 도면에서 도시된 바와 같이 U-자형 유동관에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 직선 유동관들(도 8 참조)에 동등하게 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 유량계가 이중 유동관 유량계로서 도시되었다고 할지라도, 본 발명이 단일 유동관 유량계에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 도면들에서 도시된 실시예들에 국한되는 것이 아니라, 오히려 청구범위의 범주 내에 있는 변형예들을 인식할 것이다.
제 1 벤딩(151, 151')은 제 1 직선 부분(150, 150')을 제 2 직선 부분(152, 152')에 연결한다. 제 2 벤딩(153, 153')은 제 2 직선 부분(152, 152')을 제 3 직선 부분(154, 154')에 연결한다. 제 3 벤딩(155, 155')은 제 3 직선 부분(154, 154')을 제 4 직선 부분(156, 156')에 연결한다. 제 4 벤딩(157, 157')은 제 4 직선 부분(156, 156')을 제 5 직선 부분(158, 158')에 연결한다. 본 발명이 속한 기술분야에서 다른 구성들이 일반적으로 알려져 있고, 따라서 본 발명은 전술된 모든 부분들에 국한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명은 위에 나열된 것보다 더 많은 섹션들을 갖는 유동관들에서 구현될 수 있다.
작동시에, 구동 신호가 계기 전자회로(20)에 의해 리드(110)를 통해 구동 코일(104B)에 전송된다. 구동 신호는 유동관들(103, 103')이 구동 평면에서 진동하게 한다. 구동 평면은 벤딩 축선(W, W')을 중심으로 각각 진동하는 유동관들(103, 103')에 의해 한정된다. 축선들(W, W')은 유량계(10)의 동작 영역을 제한하는 복수의 브레이스 바들(120-123)을 사용하여 부분적으로 한정된다. 진동 유동관들(103, 103')은 픽오프 센서들(105, 106)에서의 전압을 유도하고, 이러한 전압은 리드들(111 및 111')을 통해 계기 전자회로(20)에 전송된다. 계기 전자회로(20)는 픽-오프 센서들(105, 106)에 의해 전송된 신호들에 기초한 물질 밀도와 같은 다른 정보와 함께, 질량 유동 정보를 생성한다. RTDs(미도시) 등과 같은 온도 측정 장치들은 또한 온도 측정을 제공할 할 수 있다. 계측기 전자회로(20)는 리드(26)을 통해 하류 프로세스에 이러한 정보를 보낼 수 있다.
종래의 유량계(10)의 상대적으로 불안정한 유동관들(103, 103')은 측방향 모드 진동들에 의해 생성된 노이즈로부터 영향을 받기 쉽다. 측방향 모드 진동들은 전형적으로 구동 모드 진동들과 밀접하여서, 픽오프들(105A, 105B 및 106A, 106B)로부터 수신된 신호들에서 과도한 간섭을 야기한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 유량계(20)의 구성요소들의 일부, 예를 들어 브레이스 바들(120-123)은 간략화를 위해 생략되었다. 그러나, 대부분의 실시예들에서 이러한 구성요소들이 포함된다는 것을 이해해야한다. 유량계(20)가 코리올리 유량계로서 도시된다고 할지라도, 본 발명은 코리올리 유량계의 질량 유동 측정 능력을 결여한 다른 진동 유량계들에서 쉽게 구현될 수 있다는 것을 이해해야한다. 따라서, 본 발명은 코리올리 유량계들에 국한되는 것이 아니라, 오히려 예를 들어 진동 밀도계들과 같은 다른 진동하는 유량계들을 포함할 수 있다.
종래 기술의 유량계(10)에 포함된 구성요소들에 덧붙여, 본 발명의 실시예에 따른 유량계(20)는 하나 이상의 보강판들(260)을 포함한다. 하나 이상의 보강판들(260)은 유동관들(103, 103')에 커플링될 수 있다. 하나 이상의 보강판들(260)은 유동관들(103, 103')을 따라 연장될 수 있다. 하나 이상의 보강판들(260)은 유동관들(103, 103')의 일부를 따라 연장될 수 있고, 또는, 보강판들(260)은 실질적으로 전체 유동관들을 따라 연장될 수 있다. 후속하는 설명은 명료함을 위해 제 1 유동관(103)에 연결되는 보강판들(260)을 설명한다; 그러나, 많은 실시예들에서 유동관들(103 및 103') 양쪽은 하나 이상의 보강판들(260)을 포함할 수 있다는 것을 이해해야한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유량계(20)는 유동관(103)에 연결되고 유동관을 따라 연장하는 하나 이상의 보강판들(260)을 포함한다. 하나 이상의 보강판들(260)은 예를 들어 유동관(103)의 일부분에 연결되어 유동관을 따라 연장될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예들에서, 보강판들(260)은 유동관(103)의 하나 이상의 부분들에 연결되어 하나 이상의 부분들을 따라 연장된다. 본 발명의 실시예들에 따라, 하나 이상의 보강판들(260)은 유동관의 2개 이상의 직선 부분들을 함께 연결한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하나 이상의 보강판들(260)은 유동관(103)의 일부분이 강성을 가지도록 유동관(103)에 연결된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하나 이상의 보강판들(260)은 2개 이상의 진동 모드들 사이에서 주파수 분리가 증가되도록 하기 위해 유동관(103)에 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 두 개 이상의 진동 모드들은 구동 모드(drive mode)와 측방향 모드(lateral mode)를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 진동 모드들이 분리되도록 보강판들(260)이 유동관(103)에 연결될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 측방향 모드로부터 구동 모드의 진동 주파수를 분리하는데 국한되지 않아야 한다. 종래 기술과 다르게, 본 발명의 보강판들(260)은 유량계(20)의 추가적 구성요소들에 연결되는 것 없이 유동관(103)에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명은 두 개 이상의 진동 모드 사이의 주파수를 분리하면서 바람직하게 유량계 구조를 간단화할 수 있다.
일부 실시예들에서 보강판들(260)은 측방향 모드 주파수를 상승시킴으로써 구동 모드 주파수와 측방향 모드 주파수를 분리할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유동관(103)의 측방향 모드 주파수는 보강판들(260)을 사용하여 측방향으로 유동관(103)에 강성을 부여함(stiffening)으로써 상승된다. 이러한 강성은 구동 모드 주파수에 실질적으로 영향을 주는 것없이 측방향 모드 주파수를 증가시킨다. 유동관(103)의 벤딩들(151, 157)에 보강판들(260)을 위치시킴으로써, 측방향 평면에서 유동관 강성은 구동 평면에서의 강성보다 더 많이 영향을 받는다.
유동관(103)의 측방향 모드 강성이 유동관(103)의 두께를 증가시킴으로써 증가될 수 있다고 할지라도, 이러한 증가는 또한 구동 평면에서의 강성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 유동관(103)의 두께에서의 이러한 증가는 모드 분리에서 실질적인 향상으로 이어지지 않는다. 또한, 이것은 유동관 튜브를 진동시켜서 측정을 발생시키는데 더 많은 에너지가 요구되기 때문에 바람직하지 않다.
보강판들(260)은 본 발명이 속한 기술분야에서 일반적으로 알려진 방법들을 사용하여 연결될 수 있고, 브레이징(brazing), 용접 , 접착 등에 국한되지 않는다. 보강판들(260)이 브레이징 재료(261)를 사용하여 유동관(103)에 납땜되는 것처럼 도시된다고 할지라도, 유동관(103)에 보강판들(260)을 연결하기 위해 사용된 특정 방법은 본 발명의 목적을 위해 중요하지 않으며 따라서 본 발명의 범주를 제한하지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 보강판들(260)은 유동관들(103, 103')의 통합형 부품(integral part)으로서 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 미국 특허 6,450,042호 및 6,904,667호에 공개된 성형 기법을 사용하여 플라스틱에서 유량계를 형성하는 것이 알려져 있다. 따라서, 보강판들(260)은 유동관들을 성형하면서 형성될 수 있다.
바람직하게, 보강판들(260)은 실질적으로 강성 재료로 형성되어서 보강판들(260)이 유동관(103)에 강성을 부여하는 효과를 제공한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 보강판들(260)은유동관 소재만큼 적어도 큰 강성을 갖는 재료로부터 형성된다. 보강판들(260)은 유동관(103)만큼 큰 강성을 갖는 소재로 형성될 필요없으나, 유동관(103, 103')보다 작은 강성을 갖는 보강판들은 진동 모드들 사이에서 그 많큼의 주파수 분리를 제공하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 목표된 모드 분리는 보강판들(260)에 대해 선택된 특정 소재를 기초로 어느정도 제어될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 진동 모드 분리는 보강판들(260)의 크기를 조정함으로써 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유량계(20)는 유량계(103)의 제 1 직선부(150) 및 제 2 직선부(152)에 연결된 보강판(260)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 보강판(260)은 제 1 직선부(150)를 제 2 직선부(152)에 연결한다. 또한, 도 2에 도시된 실시예는 유동관(103)의 제 4 직선부(156)를 제 5 직선부(158)에 연결하는 제 2 보강판(260)을 포함한다. 도 2에 도시된 보강판들(260)의 양쪽은 동일한 기능을 제공하는데, 즉 실질적으로 구동 평면에서의 움직임을 억제하는 것없이 측방향으로 유동관(103)에 강성을 부여한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 보강판들(260)은 구동 모드 주파수에 실질적으로 악영향을 미치는 것없이 측방향 모드 주파수를 높일 수 있다. 이것은 측방향 모드 주파수와 구동 모드 주파수 사이의 분리를 실질적으로 증가시킨다. 보강판들(260)은 구동 모드 주파수에 영향을 미칠 수 있으나, 측방향 모드 주파수가 더 큰 정도로 영향을 받는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 도 2에 도시된 보강판들(260)은 외측 벤딩들(151, 157)에 연결된 것으로 도시된다. 이것은 유동관(103)의 강성을 증가시킬 수 있으며, 따라서 측면 모드 진동의 주파수를 높일 수 있다. 그러나, 하기에 기술된 바와 같이, 보강판들(260)은 벤딩들에 연결되어 있기보다 오히려 벤딩들에 걸쳐 연장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 도 3에 도시된 실시예는 보강판들(260)의 위치의 예외에 의해, 도 2에 도시된 보강판들(260)과 유사한 보강판들(260)을 포함한다. 도 3의 보강판들(260)은 도 2에 도시된 외측 벤딩(151, 157)보다 오히려 유동관(103)의 내측 벤딩들(153, 155)에 연결된다. 도 2에 도시된 보강판들(260)은 유동관(103)의 제 2의 직선부(152), 제 2 벤딩(153), 및 제 3 직선부(154)에 연결된다. 또한, 제 2 보강판(260)은 유동관(103)의 제 3 직선부(154), 제 3 벤딩(155), 및 제 4 직선부(155)에 연결된다. 따라서, 도 3에 도시된 제 1 보강판(260)은 제 3 직선부(154)에 제 2 직선부(152)를 연결하고 제 2 보강판(260)은 제 4 직선부(156)에 제 3 직선부(154)를 연결한다. 도 3에 도시된 보강판들(260)이 벤딩(153, 155)에 걸쳐 연장되기 때문에, 보강판들(160)은 측방향 모드 주파수를 실질적으로 증가시킬 수 있어서 구동 모드 주파수로부터 분리시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 도 4에 도시된 실시예에 따라, 유량계(20)는 유동관(103)의 벤딩들(151, 153, 155, 157)의 각각에 걸쳐 연결된다. 벤딩들(151, 153, 155, 157)의 각각에서 보강판들(260)을 제공하는 것은 측방향으로 강성을 최대화시켜서 도 2 또는 도 3에 도시된 실시예들 이상의 것에 의해 측방향 모드 주파수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 실시예들은 이전에 기술된 실시예들보다 측방향 모드 주파수와 구동 모드 주파수 사이의 더 큰 분리를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 도 5의 유량계(20)는 유동관(103)의 제 3 부분(154)에 걸쳐 실질적으로 완전히 연장되어 제 2 부분(152)과 제 4 부분(156)을 연결하는 단일 보강판(260)을 제공한다. 도 5에 도시된 보강판(260)은 이전 실시예들에 도시된 2 개의 보강판들에 대한 필요를 실질적으로 제거한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 도 6에 도시된 실시예에 따라, 보강판들(260)은 벤딩 섹션들(151, 157)을 연결하는 것없이 유동관(103, 103')의 두 부분들에 연결된다. 따라서, 보강판(260)의 단부들은 오직 유동관(103)에 연결된다. 이러한 구성은 벤딩들(151, 157)에 근접한 갭(670)을 남긴다. 그러나, 유동관(103)의 2 개의 직선부들은 함께 연결되기 때문에, 유동관(103)은 측방향 평면에서 강성이 부여된다. 따라서, 측방향 주파수는 구동 모드 주파수에 실질적으로 영향을 주는 것없이 실질적을 증가된다. 측방향 모드 주파수에 의해 야기된 노이즈가 감소되도록 두 진동 모드들은 실질적으로 분리된다. 벤딩들에 걸쳐 연장되는 보강판들(260)이 외측 벤딩들(151, 157)에 걸쳐 연정된 것으로 오직 도시된다할지라도, 유사한 구성이 내측 벤딩들(153, 155)에 걸쳐 연장되어 있는 보강판들 상에 활용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 도 7에 도시된 실시예에 따라, 보강판들(260)은 단지 단일 직선부 및 벤딩부분의 일부에 연결된다. 예를 들어, 제 1 보강판(260)은 제 1 벤딩(151) 및 제 2 직선부(152)에 연결되게 도시된다. 그러나, 도시된 제 1 보강판(260)은 제 1 직선부(150)에 연결되지 않는다. 마찬가지로, 제 2 보강판(260)은 제 4 직선부(156) 및 제 4 벤딩 섹션(157)에 연결된 것으로 도시된다. 그러나, 제 2 보강판(260)은 제 5 직선부(150)에 연결되지 않는다. 특정 실시예들에서, 이러한 감소된 크기를 갖는 보강판들은 2 개의 진동 모드들 사이의 주파수들이 적절하게 분리되도록 하기 위해 강성에서 적절한 증가를 제공할 수 있다. 따라서, 보강판들(260)이 유동관의 2 개의 부분들에 여전히 연결되는 반면, 상기 2 개의 부분들은 적절한 주파수 분리를 제공하도록 2개의 직선부들일 필요가 없다는 것을 이해해야 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량계(20)를 도시한다. 도 8에 도시된 실시예에서, 유량계(20)는 직선 유동관 구성을 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유량계(20)는 직선 유동관(103), 유량계 케이스(801), 밸런스 바(802), 및 보강판들(260)을 포함한다. 도시된 실시예에 따라, 구동기(104)는 유동관(103) 및 밸런스바(802)에 연결될 수 있다. 픽업 오프 센서들(105, 106)은 위에 설명된 바와 같이 결과적인 진동들을 검출할 수 있다. 도시되지 않았지만, 구동기(104) 및 픽-오프 센서들(105, 106)은 위에서 설명된 바와 같이, 계기 전자 회로들에 연결될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예들에 따라, 보강판들(260)은 유동관(103)에 연결되어 유동관(103)을 따라 연장될 수 있다. 도시된 실시예에서, 유량계(20)는 4개의 분리된 보강판들(260)을 포함하고, 이들 각각은 유동관(103)의 일부를 따라 연장된다. 보강판들(260)은 위에서 설명된 바와 같이, 2 개 이상의 진동 모드들 사이에서 주파수 분리를 증가시키도록 크기화되어 위치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유량계(20)는 실질적으로 전체 유동관(103)을 따라 연장되는 단일 봉간판(260)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동기(104) 및 픽-오프 센서들(105, 106)을 포함하는 진동 센서들은 유동관(103)에 직접 연결되기 보다 오히려 보강판들(260)에 연결될 수 있다.
위에 설명된 본 발명은 유량계에 증가된 모드 분리를 제공한다. 일부 실시예들에서, 분리된 2 개 모드는 구동 모드 및 측방향 모드를 포함한다. 이 실시예에 따르면, 측방향 모드 주파수는 하나 이상의 보강판들(260)을 제공함으로써 구동 모드 주파수에 대해 증가된다. 하나 이상의 보강판들(260)은 측방향 평면에서 유동관(103)에 강성을 부여하여서 측방향 모드 주파수를 증가시킨다.
위의 실시예들의 상세한 설명은 발명의 범주 내에서 있도록 하기 위해 발명자에 의해 심사숙고된 모든 실시예들의 완전한 설명이 아니다. 사실, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명한 실시예들의 특정 요소가 다양하게 결합되거나 추가적인 실시예를 만들 수 있고, 이러한 추가적인 실시예들이 본 발명의 범주 및 교시 내에 있다는 사실을 인식할 것이다. 위에서 설명한 실시예들이 전체 또는 부분적으로 결합되어 본 발명의 범주 및 교시들 내에 추가적인 실시예들을 만들 수 있다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 또한 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 특정 실시예들, 및 예시들은 여기에 도시적 목적으로 기술된다 할지라도, 다양한 균등 변형예들이 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 인식할 수 있다. 여기에 제공된 교시들은 다른 유량계에 적용되고, 또한 위에 기술되고 첨부된 도면들에 도시된 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 발명의 범위는 다음과 같은 청구범위에서 결정하여야 한다.

Claims (23)

  1. 하나 또는 2 이상의 유동관(103) 및 상기 유동관(103)을 구동 주파수로 진동시키도록 구성된 구동기(104A, 104B)를 포함하는 유량계(20)로서,
    상기 하나 또는 2 이상의 유동관(103)이 상기 구동 주파수와 적어도 제 2 진동 주파수 사이에서 주파수 분리(frequency separation)가 증가되도록 하기 위해 상기 유동관(103)에 연결되고 유동관(103)을 따라 연장하는 보강판(gusset, 260)을 포함하는
    유량계(20).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유동관(103)의 일 부분을 따라 연장된
    유량계(20).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 실질적으로 전체 유동관(103)을 따라 연장된
    유량계(20).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유동관(103)의 2개 또는 3개 이상의 일부분과 함께 연결된
    유량계(20).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 제 2 진동 주파수가 측방향 진동 모드를 포함하는
    유량계(20).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유량계(103)의 일부분이 강성을 갖도록 유량계(103)에 연결된
    유량계(20).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 측방향 진동 모드의 주파수를 상승시키도록 구성된
    유량계(20).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유량계(103)의 통합형 부품(integral part)으로서 형성된
    유량계(20).
  9. 하나 또는 2 이상의 유동관(103) 및 상기 유동관(103)을 구동 주파수로 진동시키도록 구성된 구동기(104A, 104B)를 포함하는 유량계(20)로서,
    상기 하나 또는 2 이상의 유동관(103)이 상기 유동관(103)의 일부분이 강성을 가지도록 유동관(103)에 연결되고 상기 유동관(103)을 따라 연장하는 보강판(gusset, 260)을 포함하는
    유량계(20).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유동관(103)의 일 부분을 따라 연장된
    유량계(20).
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 실질적으로 전체 유동관(103)을 따라 연장된
    유량계(20).
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유동관(103)의 2개 또는 3개 이상의 일부분과 함께 연결된
    유량계(20).
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 2개 또는 3개 이상의 진동 모드들 사이에서 주파수 분리를 증가시키도록 구성된
    유량계(20).
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 구동 진동 주파수와 측방향 진동 주파수 사이의 분리를 증가시키도록 구성된
    유량계(20).
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 측방향 진동의 주파수를 증가시키도록 구성된
    유량계(20).
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강판(260)이 유량계(103)의 통합형 부품을 포함하는
    유량계(20).
  17. 진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법으로서,
    상기 진동 유량계는 하나 또는 2 이상의 유동관 및 상기 하나 또는 2 이상의 유동관을 구동 평면에서 구동 주파수로 진동하도록 구성된 구동기를 포함하고, 상기 방법은 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리가 증가되도록 유동관에 보강판을 연결하는 단계를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유동관에 보강판을 연결하는 단계가 유동관의 일부분을 따라 보강판을 연장하는 단계를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 유동관에 보강판을 연결하는 단계가 실질적으로 유동관의 전체 길이를 따라 보강판을 연장하는 단계를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 유동관에 보강판을 연결하는 단계가 유동관의 2개 또는 3개의 일부분을 함께 연결하는 단계를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들이 구동 주파수 및 측방향 진동 주파수를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 유량계에 보강판을 연결하는 단계가 측방향 진동 모드의 주파수가 증가되도록 유동관의 2 개 또는 3 개 이상의 일부분에 보강판을 연결하는 단계를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 유량계에 보강판을 연결하는 단계는 유동관의 일부분이 강성을 가지도록 유동관의 2 개 또는 3 개 일부분에 보강판을 연결하는 단계를 포함하는
    진동 유량계의 2 개 또는 3 개 이상의 진동 주파수들 사이의 분리를 증가시키기 위한 방법.
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