KR20160003043A - 질량 흐름 계측기 및 밀도 계측기를 포함하는 체적 흐름 센서 시스템 - Google Patents

질량 흐름 계측기 및 밀도 계측기를 포함하는 체적 흐름 센서 시스템 Download PDF

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Abstract

흐름 레이트 센서 시스템(200)이 제공된다. 흐름 레이트 센서 시스템(200)은, 프로세스 유체의 밀도 또는 비중 측정치를 생성하도록 구성된 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b) 및 센서 어셈블리(204a)를 포함하는 밀도 또는 비중 계측기(202)를 포함한다. 흐름 레이트 센서 시스템(200)은, 프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 생성하도록 구성되고 그리고 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b)와 전기 통신하는 질량 흐름 계측 전자장치(205b) 및 센서 어셈블리(205a)를 포함하는 질량 흐름 계측기(203)를 더 포함한다. 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b) 또는 질량 흐름 계측 전자장치(205b) 중 오직 하나와 전기 통신하는 원격의 프로세싱 시스템(207)이 제공된다. 원격의 프로세싱 시스템(207)은, 생성된 밀도 또는 비중 측정치 및 생성된 질량 흐름 레이트에 기초하여 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b) 또는 체적 계측 전자장치(205b)에 의해 생성된 프로세스 유체의 체적 또는 에너지 흐름 측정치를 수신하도록 구성된다.

Description

질량 흐름 계측기 및 밀도 계측기를 포함하는 체적 흐름 센서 시스템{VOLUME FLOW SENSOR SYSTEM COMPRISING A MASS FLOWMETER AND A DENSITY METER}
이하 설명된 실시예들은, 조합 흐름 센서 시스템(combination flow sensor system)들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 질량, 체적 또는 에너지 흐름 측정치들을 출력하는 질량 흐름 계측기(mass flow meter)와 전기 통신하는 밀도/비중 계측기(density/specific gravity meter)에 관한 것이다.
질량 흐름 계측기들은 직접 유체의 질량 흐름 레이트를 측정할 수 있고 그리고 체적 흐름 레이트를 측정할 수 있다. 예를 들어, 체적을 결정할 때, 밀도 및 질량 계측기는 이하의 방정식을 이용해야만 한다:
Figure pct00001
여기서:
Figure pct00002
은 질량 흐름 레이트이고;
Q는 체적 흐름 레이트이며; 그리고
ρ는 밀도이다.
그러나, 매우 정확한 체적 흐름 측정 또는 에너지 흐름이 필요한 경우들에서, 사용자는 질량 흐름 계측기와 조합하여 밀도 계측기 또는 비중 계측기를 설치해야만 한다.
밀도 또는 비중 계측기와 질량 흐름 계측기의 조합에 있어서의 하나의 문제는, 매우 정확한 체적 흐름 레이트 또는 에너지 흐름 출력을 생성하기 위해 도 1에 나타낸 바와 같이 초과의 배선량이 수반된다는 것이다.
도 1은 종래 기술의 흐름 센서 시스템(10)을 나타낸다. 종래 기술의 흐름 센서 시스템(10)은 밀도 계측기(11) 및 질량 흐름 계측기(12)를 포함할 수 있다. 밀도 계측기(11) 및 질량 흐름 계측기(12)는 프로세스 유체를 운반하는 흐름 도관(5) 내에 포지셔닝된다. 밀도 계측기(11)는 진동 소자 밀도 계측기, 습도계, x-레이 농도계, 감마 농도계 등과 같은 잘-알려진 밀도 계측기들 중 임의의 하나를 포함할 수 있다. 질량 흐름 계측기(12)는, 콜리올리(Coriolis) 계측기, 열식 질량 계측기 등과 같은 질량 흐름 레이트를 측정하는 임의의 잘-알려진 계측기를 포함할 수 있다. 앞선 예시에서 그리고 본 출원서 전체적으로, 에너지 흐름 출력이 획득될 수 있도록, 밀도 계측기는 비중(SG; specific gravity) 계측기로 대체될 수 있다.
종래 기술의 흐름 센서 시스템(10)은 또한 중앙 프로세싱 시스템(13)을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 밀도 계측기(11)는 전기 리드들(14)을 통해 중앙 프로세싱 시스템(13)과 전기 통신한다. 유사하게, 질량 흐름 계측기(12)는 전기 리드들(15)을 통해 중앙 프로세싱 시스템(13)과 전기 통신한다. 따라서, 계측기들(11, 12) 각각은 중앙 프로세싱 시스템(13)에 신호들을 전송한다. 중앙 프로세싱 시스템(13)은 밀도 측정치를 생성하기 위해 밀도 계측기(11)로부터 수신된 신호들을 프로세싱한다. 마찬가지로, 중앙 프로세싱 시스템(13)은 질량 흐름 레이트를 생성하기 위해 질량 흐름 계측기(12)로부터 수신된 신호들을 프로세싱한다. 후속하여, 중앙 프로세싱 시스템(13)은 생성된 밀도 및 질량 흐름 레이트에 기초하여 체적 흐름 레이트를 생성할 수 있다. 다음으로, 체적 흐름 레이트는 리드들(16)을 통해 사용자 또는 다른 프로세싱 시스템에 제공될 수 있다. 대안으로서, 중앙 프로세싱 시스템(13)은 체적 흐름 레이트를 계산하지 않고 개별적인 밀도 및 질량 흐름 레이트를 간단하게 출력할 수 있다. 그후, 고객은 중앙 프로세싱 시스템(13)으로부터의 출력에 기초하여 체적 흐름 레이트를 결정하기 위해 다른 프로세싱 시스템을 이용해야만 한다.
종래 기술의 흐름 시스템(10)은 다수의 문제들을 겪는다. 하나의 문제는 요구되는 증가된 양의 배선 또는 신호 경로들로 인한 것이다. 밀도 계측기(11) 및 질량 흐름 계측기(12)가 종종 서로 비교적 가까이에 위치되지만, 중앙 프로세싱 시스템(13)은 밀도 계측기(11) 및 질량 흐름 계측기(12)로부터 원격으로 위치될 수 있다. 결과적으로, 각각의 계측기(11 및 12)가 중앙 프로세싱 시스템(13)과 개별적으로 통신하기 때문에, 배선의 양 또는 신호 경로들의 수는 중복된다(duplicative).
종래 기술의 시스템(10)에 따른 다른 문제는, 밀도 계측기(11) 또는 질량 흐름 계측기(12) 둘 중 하나가 대체될 필요가 있다면, 중앙 프로세싱 시스템(13)은 새로운 계측기로부터 새로운 신호들을 수신하기 위해 재프로그래밍되어야 한다는 것이다. 종종, 중앙 프로세싱 시스템(13)은 고객 소유의 장비일 수도 있고, 이에 따라 고객은 업데이트된 프로그래밍을 수행하도록 요구된다.
유사하게, 수많은 사용자들은, 단순하게 체적 흐름 레이트를 원하고, 특정 밀도 또는 질량 흐름 레이트를 인지하는 것을 필수적으로 필요로 하지 않는다. 그러나, 종래 기술 시스템(10)에서, 사용자에게는 오직 밀도 및 질량 흐름 레이트를 나타내는 신호들만이 제공되고 그리고 체적 흐름 레이트의 계산을 개별적으로 수행하도록 요구된다.
따라서, 밀도/SG 계측기 및 질량 흐름 레이트 계측기를 이용하여 체적 또는 에너지 흐름 출력을 제공할 수 있는 시스템에 대한 당업계에서의 필요성이 존재한다. 게다가, 특히 계측기들과 중앙 프로세싱 시스템 사이에서, 요구되는 신호 경로들 또는 배선을 감소시키거나 또는 제거할 수 있는 시스템에 대한 당업계에서의 필요성이 존재한다. 이하 설명된 실시예들이 이러한 문제들 및 다른 문제들을 극복하고, 본 분야에서의 진보가 달성된다. 이하 설명된 실시예들은 체적 또는 에너지 흐름 계산을 수행하기 위해 밀도/SC 계측기 및 질량 흐름 레이트 계측기 중 하나 또는 둘 다를 이용하는 체적 흐름 레이트 시스템을 제공한다. 결과적으로, 이 계측기들 중 오직 하나만이 중앙 프로세싱 시스템과 통신하고 있을 필요가 있으며, 그 결과 신호 경로들의 수에 있어서의 감소 및/또는 축소된 배선을 초래한다. 따라서, 시스템은 체적 흐름 레이트를 출력하고, 중앙 프로세싱 시스템과 통신하도록 요구되는 신호 경로들 및/또는 배선은 축소되거나 또는 제거된다.
일 실시예에 따른 조합 흐름 레이트 센서 시스템이 제공된다. 흐름 레이트 센서 시스템은 프로세스 유체의 밀도 측정치를 생성하도록 구성된 밀도 계측 전자장치 및 센서 어셈블리를 포함하는 밀도 계측기를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 흐름 레이트 센서 시스템은, 프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 생성하도록 구성되고 그리고 밀도 계측기의 계측 전자장치와 전기 통신하는 질량 흐름 계측 전자장치 및 센서 어셈블리를 포함하는 질량 흐름 계측기를 더 포함한다. 일 실시예에 따르면, 흐름 레이트 센서 시스템은 밀도 계측 전자장치 또는 질량 흐름 계측 전자장치 중 오직 하나와 전기 통신하는 원격의 프로세싱 시스템을 더 포함한다. 원격의 프로세싱 시스템은, 생성된 밀도 또는 비중 측정치 및 생성된 질량 흐름 레이트에 기초하여 질량 계측 전자장치 또는 밀도 또는 비중 계측 전자장치에 의해 생성된 프로세스 유체의 측정들을 수신하도록 구성된다.
일 실시예에 따른 유체 도관 내에 프로세스 유체의 흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 프로세스 유체와 유체 연통하는 센서 어셈블리 및 밀도 계측 전자장치를 포함하는 밀도 또는 비중 계측기를 이용하여 프로세스 유체의 밀도 또는 비중을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 이 방법은 프로세스 유체와 유체 연통하는 센서 어셈블리 및 질량 흐름 계측 전자장치를 포함하는 질량 흐름 계측기를 이용하여 프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 결정하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에 따르면, 전기 통신은 밀도 계측 전자장치와 질량 흐름 계측 전자장치 사이에 제공된다. 이 방법은, 결정된 밀도 또는 비중 및 결정된 질량 흐름 레이트에 기초하여 프로세스 유체의 체적 또는 에너지 흐름을 결정하기 위해 밀도 또는 비중 계측 전자장치 또는 질량 흐름 계측 전자장치 중 적어도 하나를 이용하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 또한, 밀도 계측 전자장치 또는 질량 흐름 계측 전자장치 중 오직 하나와 전기 통신하는 원격 프로세싱 시스템에 체적 또는 에너지 흐름을 제공하는 단계를 더 포함한다.
양상들
일 양상에 따르면, 흐름 레이트 센서 시스템은:
프로세스 유체의 밀도 또는 비중 측정치를 생성하도록 구성된 밀도 또는 비중 계측 전자장치 및 센서 어셈블리를 포함하는 비중 또는 비중 계측기;
프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 생성하도록 구성되고 그리고 밀도 또는 비중 계측 전자장치와 전기 통신하는 질량 흐름 계측 전자장치 및 센서 어셈블리를 포함하는 질량 흐름 계측기; 및
밀도 또는 비중 계측 전자장치들 또는 질량 계측 전자장치 중 오직 하나와 전기 통신하고, 그리고 생성된 밀도 또는 비중 측정치 및 생성된 질량 흐름 레이트에 기초하여 밀도 또는 비중 계측 전자장치 또는 질량 흐름 계측 전자장치에 의해 생성된 프로세스 유체의 체적 또는 에너지 흐름 출력 측정치를 수신하도록 구성된 원격의 프로세싱 시스템을 포함한다.
바람직하게, 밀도 또는 비중 계측기의 센서 어셈블리 및 질량 흐름 계측기의 센서 어셈블리는 프로세스 유체를 운반하는 유체 도관과 일렬로 위치된다.
바람직하게, 질량 흐름 계측기의 센서 어셈블리는 프로세스 유체를 운반하는 유체 도관과 일렬로 위치되고, 밀도 또는 비중 계측기의 센서 어셈블리는 프로세스 유체의 일부를 수신하기 위해 유체 도관에 커플링된 슬립 스트림(slip stream) 내에 위치된다.
바람직하게, 밀도 또는 비중 측정치 및 질량 흐름 레이트는 실질적으로 동시에 생성된다.
바람직하게, 밀도 또는 비중 측정치는 평균 밀도 또는 비중을 포함한다.
다른 양상에 따르면, 유체 도관 내 프로세스 유체의 체적 또는 에너지 흐름 출력 측정치를 생성하기 위한 방법은:
프로세스 유체와 유체 연통하는 센서 어셈블리 및 밀도 또는 비중 계측 전자장치를 포함하는 밀도 또는 비중 계측기를 이용하여 프로세스 유체의 밀도 또는 비중을 결정하는 단계;
프로세스 유체와 유체 연통하는 센서 어셈블리 및 질량 흐름 계측 전자장치를 포함하는 질량 흐름 계측기를 이용하여 프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 결정하는 단계;
밀도 또는 비중 계측 전자장치와 질량 흐름 계측 전자장치 사이에 전기 통신을 제공하는 단계;
결정된 밀도 또는 비중 및 결정된 질량 흐름 레이트에 기초하여 프로세스 유체의 체적 또는 에너지 흐름 측정치를 결정하기 위해 밀도 또는 비중 계측 전자장치 또는 질량 흐름 계측 전자장치 중 적어도 하나를 이용하는 단계; 및
밀도 또는 비중 계측 전자장치 또는 질량 계측 전자장치 중 오직 하나와 전기통신하는 원격의 프로세싱 시스템에 체적 또는 에너지 흐름 측정치를 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 밀도 또는 비중 계측기의 센서 어셈블리 및 질량 흐름 계측기의 센서 어셈블리는 프로세스 유체를 운반하는 유체 도관과 일렬로 위치된다.
바람직하게, 질량 흐름 계측기의 센서 어셈블리는 프로세스 유체를 운반하는 유체 도관과 일렬로 위치되고, 밀도 또는 비중 계측기의 센서 어셈블리는 프로세스 유체의 일부를 수신하도록 구성된 유체 도관에 커플링된 슬립 스트림 내에 위치된다.
바람직하게, 밀도 또는 비중 측정치 및 질량 흐름 레이트는 실질적으로 동시에 결정된다.
바람직하게, 밀도 또는 비중 측정치는 평균 밀도 또는 비중을 포함한다.
도 1은 종래 기술의 흐름 레이트 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 흐름 레이트 센서 시스템을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 계측 전자장치를 나타낸다.
도 4는 다른 실시예에 따른 흐름 레이트 센서 시스템을 나타낸다.
도 2 내지 도 4 및 후술하는 설명은, 흐름 센서 시스템의 실시예들의 최상의 모드를 제조하고 이용하는 방법을 당업자들에게 교시하기 위한 특정 예시들을 설명한다. 신규 원리들을 교시하기 위한 목적으로, 일부 종래의 양상들이 간략화되거나 또는 생략되었다. 당업자들은 본 상세한 설명의 범위에 포함되는 이러한 예시들로부터의 변동들을 인식할 것이다. 예를 들어, 비중 계측기는 에너지 출력 측정치들을 생성하기 위해 질량 흐름 센서와 조합된 밀도 계측기로 대체될 수 있다. 당업자들은, 이하에 설명되는 특징들이 질량 흐름 레이트 시스템의 다수의 변동들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 그 결과, 이하에 설명되는 실시예들은, 오직 청구항들 및 그들의 균등물들에 의해, 이하에 설명되는 특정 예시들로 제한되지 않는다.
도 2는 일 실시예에 따른 흐름 센서 시스템(200)을 나타낸다. 일 실시예에 따르면, 흐름 센서 시스템(200)은 프로세스 유체 또는 몇몇 다른 유형의 흐름 스트림을 수용하는 유체 도관(201) 내에 포지셔닝될 수 있다. 흐름 센서 시스템(200)은 밀도 계측기(202) 및 질량 흐름 계측기(203)를 포함할 수 있다. 밀도 계측기(202)는 진동 소자 밀도 계측기, 습도계, x-선 농도계, 감마 농도계 등과 같은 임의의 잘-알려진 밀도 계측기들을 포함할 수 있다. 특정 유형의 밀도 계측기는 특정 애플리케이션에 의존할 수 있고 그리고 본 실시예의 범위를 어떠한 방식으로든 제한하지 않아야 한다. 질량 흐름 계측기(203)는 Coriolis 흐름 계측기, 열식 질량 계측기 등과 같은 질량 흐름 레이트를 측정하는 임의의 잘-알려진 계측기를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 밀도 계측기(202) 및 질량 흐름 계측기(203)는 도관(201)과 일렬로 직렬로 위치된다. 나타낸 실시예에서, 밀도 계측기(202)는 질량 흐름 계측기(203)로부터 업스트림으로 포지셔닝되지만; 그러나 다른 실시예들에서, 그 순서는 반전될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 밀도 계측기(202)는 도관(201)으로부터 분기하는 슬립 스트림 내에 위치될 수 있다(도 4 참조).
일 실시예에 따르면, 밀도 계측기(202)는 흐르는 유체를 수용하는 센서 어셈블리(204a)를 포함한다. 밀도 계측기(202)는 밀도 계측 전자장치(204b)를 더 포함한다. 밀도 계측 전자장치(204b)가 센서 어셈블리(204a)에 물리적으로 커플링된 것으로 나타나지만, 다른 실시예들에서, 그 2개의 컴포넌트들은 전기 리드를 통해 간단하게 전기적으로 커플링될 수 있거나 또는 무선으로 커플링될 수 있다. 이 두 상황에서, 센서 어셈블리(204a)는 블루투스, HART 또는 Rosemount THUM 기술(미도시)을 포함하는 임의의 알려진 무선 프로토콜을 이용하여 무선으로 또는 전기 리드를 통해 밀도 계측 전자장치(204b)와 전기 통신한다.
일 실시예에 따르면, 밀도 계측 전자장치(204b)는 센서 어셈블리(204a)로부터 센서 신호들을 수신할 수 있다. 밀도 계측 전자장치(204b)는, 이것이 당업계에 일반적으로 알려진 바와 같이, 도관(201)을 통해 흐르는 유체의 측정된 밀도를 생성하기 위해 수신된 센서 신호들을 프로세싱할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 질량 흐름 계측기(203)는 유체 도관(201) 내에 프로세스 유체를 수용하는 센서 어셈블리(205a)를 포함한다. 질량 흐름 계측기(203)는 질량 흐름 계측 전자장치(205b)를 더 포함한다. 밀도 계측기(202)와 유사한 방식으로, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)가 센서 어셈블리(205a)에 물리적으로 커플링된 것으로 나타나지만, 다른 실시예들에서, 그 2개의 컴포넌트들은 전기 리드를 통해 간단하게 커플링될 수 있다. 이 두 상황에서, 센서 어셈블리(205a)는 전기 리드(미도시)를 통해 질량 흐름 계측 전자장치(205b)와 전기 통신한다.
일 실시예에 따르면, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)는 센서 어셈블리(205a)로부터 신호들을 수신할 수 있다. 당업계에서 일반적으로 알려진 바와 같이, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)는 신호들을 프로세싱하고 그리고 질량 흐름 레이트를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2개의 계측 전자장치들(204b, 205b)은 전기 리드(206)를 통해 서로 전기 통신한다. 2개의 계측 전자장치들(204b, 205b) 사이의 전기 통신은, 다른 계측 전자장치들에 통신될 계측 전자장치들 중 하나로부터 생성되는 측정치를 허용한다. 예를 들어, 예를 들어, 나타낸 구성에서, 계측기계 전자장치(204b)는 질량 흐름 계측 전자장치(205b)로부터의 생성된 질량 흐름 레이트를 수신할 수 있다. 생성된 밀도와 함께 질량 흐름 계측기(203)로부터 수신된 질량 흐름 레이트를 이용하여, 밀도 계측기(202)는 방정식(1)을 이용하여 질량 흐름 레이트를 생성할 수 있다. 다음으로, 일 실시예에 따르면, 생성된 체적 흐름 레이트는 전기 리드(208)를 통해 원격의 프로세싱 시스템(207)에 출력될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 리드(208)는 밀도 계측기(202) 및 질량 흐름 계측기(203)에 전력을 추가로 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 추가적인 출력 리드(209)를 포함할 수 있다. 출력 리드(209)는, 예를 들어, 추가적인 프로세싱 시스템과의 통신을 제공할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 밀도 계측기(202)와 질량 흐름 계측기(203) 사이의 거리보다 먼 거리에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 2개의 계측기들(202, 203)에 매우 근접하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 밀도 계측기(202)와 질량흐름 계측기(203) 사이의 거리보다 짧은 거리이거나 또는 그와 동일한 거리에 위치될 수 있다. 계측기들(202, 203)에 대한 원격의 프로세싱 시스템(207)의 특정 위치는, 본 실시예의 범위를 어떠한 방식으로든 제한하지 않아야 하며 특정 애플리케이션에 의존할 것이다.
원격의 프로세싱 시스템(207)은, 범용 컴퓨터, 마이크로-프로세싱 시스템, 로직 회로, 또는 일부 다른 범용의 또는 고객맞춤형 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 원격의 프로세싱 시스템(207)은 다수의 프로세싱 디바이스들 사이에 분산될 수 있다. 원격의 프로세싱 시스템(207)은 통합 또는 개별 전자 저장 매체 중 임의의 방식을 포함할 수 있다.
인식될 수 있는 바와 같이, 밀도 계측기(202) 또는 질량 흐름 계측기(203) 중 오직 하나는 원격의 프로세싱 시스템(207)와 직접 전기 통신한다. 도 2에 나타낸 실시예에서, 밀도 계측기(202)가 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신하지만, 그 대신에 다른 실시예들에서, 질량 흐름 계측기(203)는 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신할 수 있다. 이 두 상황에서, 요구되는 배선량은 도 1에 나타낸 종래 기술 시스템과 비교하여 실질적으로 감소된다. 추가적으로, 원격의 프로세싱 시스템(207)과 전기적으로 커플링된 계측 전자장치는 체적 흐름 레이트를 출력한다. 이에 따라, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 특별히 밀도 및 질량 흐름 레이트로부터 체적 흐름 레이트를 계산하도록 구성되어야만 하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 계측 전자장치(204b)를 나타낸다. 밀도 계측 전자장치(204b)의 많은 수의 특징들이 질량 흐름 계측기(203)의 질량 흐름 계측 전자장치(205b) 내에서 발견될 수 있다는 점이 인식되어야만 한다. 그러나, 질량 흐름 계측 전자장치들(205b)의 설명은 설명의 명료화를 위해 생략된다. 밀도 계측 전자장치(204b)는 인터페이스(301) 및 프로세싱 시스템(303)을 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(303)은 저장 시스템(304)을 포함할 수 있다. 저장 시스템(304)은, 나타낸 바와 같은 내부 메모리를 포함할 수 있고, 또는 대안적으로 외부 메모리를 포함할 수 있다. 밀도 계측 전자장치(204b)는 드라이브 신호(311)를 생성할 수 있고 그리고 그 드라이브 신호(311)를 센서 어셈블리(204a)의 드라이버(미도시)에 공급할 수 있다. 밀도 계측 전자장치(204b)는 또한 센서 어셈블리(204a)로부터 센서 신호들(310)을 수신할 수 있다. 밀도 계측 전자장치(204b)는 도관(201)을 통해 흐르는 재료의 밀도(312)를 획득하기 위해 센서 신호들(310)을 프로세싱할 수 있다. 밀도(312)는 이후의 사용을 위해 저장될 수 있다.
센서 어셈블리(204a)로부터 수신된 센서 신호들(310)에 더해, 인터페이스(301)는 또한 생성된 질량 흐름 레이트(314)를 질량 흐름 계측 전자장치(205b)로부터 또한 수신할 수 있다. 인터페이스(301)는 포맷팅, 증폭, 버퍼링 등 중 임의의 방식과 같은 임의의 필수적인 또는 원하는 신호 컨디셔닝을 수행할 수 있다. 대안적으로, 신호 컨디셔닝 중 일부 또는 전부가 프로세싱 시스템(303)에서 수행될 수 있다. 이에 더해, 인터페이스(301)는 밀도 계측 전자장치들(204b)과 원격의 프로세싱 시스템(207) 사이의 통신들을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스(301)는 전자, 광학, 또는 무선 통신 중 임의의 방식을 가능하게 할 수 있다.
일 실시예에서 인터페이스(301)는 디지털화기(미도시)를 포함할 수 있고; 여기서 센서 신호들(310)은 아날로그 센서 신호들을 포함한다. 디지털화기는 아날로그 센서 신호들을 샘플링하고 디지털화할 수 있고 그리고 디지털 센서 신호들을 생성할 수 있다. 디지털화기는 또한 임의의 필요한 데시메이션(decimation)을 수행할 수 있고, 여기서 디지털 센서 신호는 필요한 신호 프로세싱의 양을 감소시키고 그리고 프로세싱 시간을 단축시키기 위해 데시메이팅된다.
프로세싱 시스템(303)은 밀도 계측 전자장치(204b)의 동작들을 수행할 수 있다. 프로세싱 시스템(303)은 하나 또는 그 초과의 프로세싱 루틴들, 예컨대, 체적 흐름 레이트 결정 루틴(313)을 구현하도록 요구된 데이터 프로세싱을 실행할 수 있다. 체적 흐름 결정 루틴(313)은 생성된 밀도(312) 및 수신된 질량 흐름 레이트(314)와 함께 방정식(1)을 이용하여 체적 흐름 레이트(315)를 생성할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 체적 흐름 레이트(315)는 그후 외부 원격 프로세싱 시스템(207)에 출력될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 시스템(300)은 밀도(312) 및/또는 질량 흐름 레이트(314)를 추가로 출력할 수 있다.
계측기계 전자장치(220)가 당업계에 일반적으로 알려진 다양한 다른 컴포넌트들 및 기능들을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 이러한 추가적인 특징들은 명료함을 목적으로 상세한 설명 및 도면들로부터 생략된다. 따라서, 본 발명은 나타낸 그리고 논의된 특정 실시예들로 제한되지 않아야만 한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 흐름 센서 시스템(200)을 나타낸다. 도 4에 도시된 실시예에서, 밀도 계측기(202)의 센서 어셈블리(204a)는 메인 도관(201)으로부터 분기하는 슬립 스트림(401) 내에 위치된다. 슬립 스트림(401)은 일반적으로, 오직 소량의 유체가 슬립 스트림(401) 내부로 흐르도록, 도관(201)보다 더 작다. 질량 흐름 계측기(203)가 도 4에 도시된 실시예에서 슬립 스트림(401)의 제 1 말단과 제 2 말단 사이에 포지셔닝되지만, 질량 흐름 계측기(203)는 도관(201)의 다른 영역들에 포지셔닝될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전체 유체가 질량 흐름 계측기(203)를 바이패싱하는 유체의 부분이 아닌 질량 흐름 계측기(203)를 통해 흐르도록, 질량 흐름 계측기(203)는 슬립 스트림(401)의 말단들 바로 밖에 포지셔닝된다. 따라서, 질량 흐름 계측기(203)를 바이패싱하는 유체의 양을 설명하기 위해 정정(correction)이 수행될 필요는 없다. 그러나, 수많은 실시예들에서, 질량 흐름 계측기(203) 및 밀도 계측기(202)가 임의의 주어진 시점에 실질적으로 동일한 유체를 측정하고 있도록, 질량 흐름 계측기(203)는 슬립 스트림(401)에 가깝게 포지셔닝될 것이다.
도 4에 나타낸 실시예에 따르면, 센서 어셈블리(204a)는 시스템(200)을 통해 흐르는 유체의 소량의 일부분을 수용할 수 있다. 이는, 더 적은 양의 흐름 레이트가 도 4의 밀도 계측기(202)에 의해 수용되고 있음에 따라, 센서 어셈블리(204a)가 도 2에 나타낸 실시예에서보다 실질적으로 더 작게 형성되기 때문에, 일부 실시예들에서는 유리할 수 있다. 따라서, 밀도 계측기(202)가 티타늄 또는 탄탈륨으로 형성된 튜브와 같은 고비용 재료들로 형성된다면, 센서 어셈블리(204a)의 비용은 축소된 크기로 인해 감소될 수 있다.
도 4에 나타낸 실시예에 따르면, 계측 전자장치들(205a 또는 205b) 중 오직 하나만이 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신하고 있을 필요가 있도록, 2개의 계측 전자장치들(204b, 205b)은 여전히 서로 전기 통신하고 있다. 도 4에 나타낸 실시예에서, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)는 밀도 계측기(202)가 아닌 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신하고 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)는, 밀도 계측 전자장치(204b)로부터 밀도 측정을 수신하고 그리고 수신된 밀도(312) 및 질량 흐름 레이트(314)에 기초하여 체적 흐름 레이트를 생성하도록 구성될 것이다.
사용시에, 흐름 레이트 센서 시스템(200)은 2개의 별도의 센서 어셈블리들(204a, 205a)로부터 생성된 개별적으로 결정된 질량 흐름 레이트들 및 밀도들에 기초하여 체적 흐름 레이트를 생성하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세스 유체가 도관(201)을 통해 흐름에 따라서, 밀도 계측기(202)는 밀도 측정치(312)를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 실질적으로 동시에, 질량 흐름 계측기(203)는 질량 흐름 레이트(314)를 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 밀도 계측기(202)는 평균 밀도 측정치를 생성할 수 있다. 예를 들어, 계측 전자장치(204a)는 이전의 밀도 측정치들로부터 결정된 롤링(rolling) 평균 밀도를 저장 및 유지할 수 있다. 이전의 밀도 측정치들은, 예를 들어, 미리결정된 수의 이전에 수신된 센서 신호들(310)에 기초할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 계측 전자장치들(204b, 205b) 중 적어도 하나는 다른 계측 전자장치로부터의 유체 측정치를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 실시예에서, 밀도 계측 전자장치(204b)는 질량 흐름 계측 전자장치(205b)로부터 질량 흐름 레이트(314)를 수신할 수 있다. 반대로, 도 3에 나타낸 실시예에서, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)는 밀도 계측 전자장치(204b)로부터 밀도 측정치(312)를 수신할 수 있다. 바람직하게, 유체 측정치를 수신하는 계측 전자장치는 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신하는 계측 전자장치이다. 그러나, 현재의 실시예는 그렇게 제한되지 않아야 한다. 예를 들어, 도 2에서, 밀도 계측기(202)는 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신한다. 일부 실시예들에서, 질량 흐름 계측 전자장치(205b)는 밀도 계측기(202)로부터 밀도 측정치를 수신할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 계측 전자장치들(204b, 205b) 각각은 생성된 측정치를 다른 계측 전자장치에 전송할 수 있고, 이에 따라 계측 전자장치들(204b, 205b) 각각은 밀도 측정치 및 질량 흐름 레이트 측정치 둘 다를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 계측 전자장치 중 하나가 밀도 측정치(312) 및 질량 흐름 레이트(314) 둘 다를 포함하면, 계측 전자장치는 2개의 측정치들을 프로세싱하여 체적 흐름 레이트(315)를 생성할 수 있다. 그후, 생성된 체적 흐름 레이트(315)는 리드(208)를 통해 원격의 프로세싱 시스템(207)으로 전송될 수 있다. 체적 흐름 레이트를 생성하는 계측 전자장치가 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신하지 않으면, 생성된 체적 흐름 레이트는 원격의 프로세싱 시스템(207)과 직접 전기 통신하는 계측 전자장치에 전송될 수 있고 후속하여 체적 흐름 레이트(315)를 원격의 프로세싱 시스템(207)에 전달할 수 있다.
따라서, 인식될 수 있는 바와 같이, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 체적 흐름 레이트 계산을 별도로 수행하지 않고 조합 밀도 계측기(202) 및 질량 흐름 계측기(203)로부터 체적 흐름 레이트를 수신할 수 있다. 이는, 원격의 프로세싱 시스템(207)의 요구되는 프로세싱을 유리하게 간략화할뿐만 아니라 실질적으로는 요구되는 배선의 양을 감소시킨다. 추가적으로, 계측기들(202, 203) 중 하나가 교체될 필요가 있는 경우에, 원격의 프로세싱 시스템(207)은 재구성될 필요는 없다.
일 실시예에 따르면, 계측 전자장치들(204b, 205b) 둘 다가 밀도 측정치 및 질량 흐름 레이트 측정치를 포함하는 경우, 계측 전자장치들(204b, 205b) 둘 다는 체적 흐름 레이트 측정치를 생성할 수 있다. 이는, 계측 전자장치들(204b, 205b) 둘 중 하나로 하여금 체적 흐름 레이트 측정치를 원격의 프로세싱 시스템(207)으로 전송하도록 허용한다. 게다가, 계측기들(202, 203) 중 하나가 교체되어야 할 필요가 있는 경우, 나머지 계측기는 체적 흐름 측정치를 원격의 프로세싱 시스템(207)으로 용이하게 제공할 수 있다.
전술한 실시예들의 상세한 설명들은, 본 상세한 설명의 범위 내에 있는 것으로 발명자들에 의해 고려되는 모든 실시예들의 철저한 설명은 아니다. 사실상, 당업자들은, 앞서-설명된 실시예들 중 특정 엘리먼트들이 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 조합되거나 또는 제거될 수 있으며, 이러한 추가적인 실시예들이 본 상세한 설명의 범위 및 교시들 내에 포함되는 것으로 인식할 것이다. 또한, 앞서 설명된 실시예들이 본 상세한 설명의 범위 및 교시들 내에서 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 점이 당업자들에게 명백하게 될 것이다.
따라서, 특정 실시예들이 예시적인 목적으로 본원에 설명되지만, 당업자들이 인식하는 바와 같이, 다양한 동일한 변형들이 본 상세한 설명의 범위 내에서 가능하다. 본원에 제공된 교시들은, 단지 앞서 설명되고 그리고 첨부 도면들에서 나타낸 실시예들 만이 아닌 다른 질량 흐름 시스템들에도 적용될 수 있다. 이에 따라, 앞서 설명된 실시예들의 범위는 후술하는 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims (10)

  1. 흐름 레이트 센서 시스템(200)으로서,
    프로세스 유체(process fluid)의 밀도 또는 비중 측정치를 생성하도록 구성된 밀도 또는 비중 측정 계측 전자장치(204b) 및 센서 어셈블리(204a)를 포함하는 밀도 또는 비중 계측기(202);
    상기 프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 생성하도록 구성되고, 그리고 상기 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b)와 전기 통신하는 질량 흐름 전자장치(205b) 및 센서 어셈블리(205a)를 포함하는 질량 흐름 계측기(203); 및
    상기 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b) 또는 상기 질량 흐름 계측 전자장치(205b) 중 오직 하나와 전기 통신하고, 그리고 생성된 밀도 또는 비중 측정 및 상기 질량 흐름 레이트에 기초하여 상기 밀도 또는 비중 계측 전자장치(204b) 또는 상기 질량 흐름 계측 전자장치(205b)에 의해 생성된 상기 프로세스 유체의 측정치들을 수신하도록 구성된 원격의 프로세싱 시스템(207)을 포함하는,
    흐름 레이트 센서 시스템(200).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀도 또는 비중 계측기(202)의 상기 센서 어셈블리(204a) 및 상기 질량 흐름 계측기(203)의 상기 센서 어셈블리(205a)는, 상기 프로세스 유체를 운반하는 유체 도관(201)과 일렬로 위치되는(located in line with),
    흐름 레이트 센서 시스템(200).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량 흐름 계측기(203)의 상기 센서 어셈블리(205a)는 상기 프로세스 유체를 운반하는 유체 도관(201)과 일렬로 위치되고,
    상기 밀도 또는 비중 계측기(202)의 상기 센서 어셈블리(204a)는 상기 프로세스 유체의 일부를 수신하기 위해 상기 유체 도관(201)에 커플링된 슬립 스트림(401) 내에 위치되는,
    흐름 레이트 센서 시스템(200).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀도 또는 비중 측정치 및 상기 질량 흐름 레이트는 실질적으로 동시에 생성되는,
    흐름 레이트 센서 시스템(200).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀도 또는 비중 측정치는 평균 밀도 또는 비중을 포함하는,
    흐름 레이트 센서 시스템(200).
  6. 유체 도관 내 프로세스 유체의 흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법으로서,
    상기 프로세스 유체와 유체 연통하는 센서 어셈블리 및 밀도 또는 비중 계측 전자장치를 포함하는 밀도 또는 비중 계측기를 이용하여 상기 프로세스 유체의 밀도 또는 비중을 결정하는 단계;
    상기 프로세스 유체와 유체 연통하는 센서 어셈블리 및 질량 흐름 계측 전자장치를 포함하는 질량 흐름 계측기를 이용하여 상기 프로세스 유체의 질량 흐름 레이트를 결정하는 단계;
    상기 밀도 또는 비중 계측 전자장치와 상기 질량 흐름 계측 전자장치 사이에 전기적 통신을 제공하는 단계;
    결정된 밀도 또는 비중 및 결정된 질량 흐름 레이트에 기초하여 상기 프로세스 흐름의 체적 또는 에너지 흐름을 결정하기 위해 상기 밀도 또는 비중 계측 전자장치 또는 상기 질량 흐름 계측 전자장치 중 적어도 하나를 이용하는 단계; 및
    상기 밀도 또는 비중 계측 전자장치 또는 상기 질량 계측 전자장치 중 오직 하나와 전기 통신하는 원격의 프로세싱 시스템에 상기 체적 또는 에너지 흐름을 제공하는 단계를 포함하는,
    흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀도 또는 비중 계측기의 상기 센서 어셈블리 및 상기 질량 흐름 계측기의 상기 센서 어셈블리는, 상기 프로세스 유체를 운반하는 상기 유체 도관과 일렬로 위치되는,
    흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 질량 흐름 계측기의 상기 센서 어셈블리는 상기 프로세스 유체를 운반하는 상기 유체 도관과 일렬로 위치되고,
    상기 밀도 또는 비중 계측기의 상기 센서 어셈블리는 상기 프로세스 유체의 일부를 수신하기 위해 상기 유체 도관에 커플링된 슬립 스트림 내에 위치되는,
    흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀도 또는 비중 측정치 및 상기 질량 흐름 레이트는, 실질적으로 동시에 결정되는,
    흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀도 또는 비중 측정치는 평균 밀도 또는 비중을 포함하는,
    흐름 레이트 측정치를 생성하기 위한 방법.
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