KR20160033153A - 프로세스 재료 농도 결정시 자동 스위칭 리퍼럴 매트릭스들 - Google Patents

프로세스 재료 농도 결정시 자동 스위칭 리퍼럴 매트릭스들 Download PDF

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Abstract

프로세스 애플리케이션(900)에서 순환하는 알려지지 않은 재료를 식별하고 알려지지 않은 재료가 세정 재료일 수 있든지 프로세스 재료일 수 있든지 간에 재료 농도를 결정하기 위하여 미터(120)에서 리퍼럴 매트릭스들을 자동으로 스위칭하기 위한 디바이스 및 방법이 제공된다. 본 발명은 레퍼런스 밀도를 계산하기 위하여 레퍼런스 온도와 함께 재료의 측정된 라인 밀도 및 라인 온도를 이용한다. 레퍼런스 온도 및 레퍼런스 밀도를 사용하여, 재료의 농도 퍼센티지가 결정될 수 있다.

Description

프로세스 재료 농도 결정시 자동 스위칭 리퍼럴 매트릭스들{AUTO SWITCHING REFERRAL MATRICES IN DETERMINING PROCESS MATERIAL CONCENTRATION}
본 발명은 프로세스 재료 농도를 자동으로 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 알려지지 않은 재료의 생성물 농도를 결정할 때 매트릭스들(matrices)을 자동으로 스위칭하는 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
필드 경험(field experience)은, CIP(clean in place) 또는 SIP(sanitize in place) 절차들이 요구되는 많은 농도 측정 애플리케이션들, 특히 음식 및 음료 설비들과 같은 농도 측정 애플리케이션들에서, 측정된 애플리케이션 재료의 농도와 세정 재료의 농도 둘 다가 요구된다는 것을 나타냈다.
동일한 장치에 의해 2개의 상이한 재료들의 농도 측정을 요구하는 애플리케이션들의 수는 종래에 알려진 음식 & 음료 마켓을 멀리 벗어나 확장된다. 지금까지, 단일 프로세스 재료보다 많은 재료가 측정 포인트에 존재할 수 있는 임의의 애플리케이션은 하나보다 많은 측정 또는 측정 기술을 요구한다. 이런 상황을 나타내는 마켓들 및 애플리케이션들은 (오일 & 가스를 갖는) 임의의 다중-재료 전달 파이프라인, 정제, 전문 화학물 제조자들, 벌크 화학물 제조자들, 등을 포함한다.
현재, 2차 농도 애플리케이션들은 pH 및 전도도 미터(meter)들 같은 기술들을 이용한다. 이들 2차 측정 기술들의 사용은 프로세스 라인에서 부가적인 브레이크(break)들을 요구한다. 이들 부가적인 프로세스 라인 브레이크들은 환경으로의 애플리케이션 재료 또는 세정 재료의 누설에 대한 더 큰 기회를 제공한다. 세정 재료들이 통상적으로 유독성임을 고려할 때, 누설 포인트들을 감소시키기 위한 어떠한 기회는 상당한 가치가 있다.
상기 언급된 바와 같이, 전도도 및 pH 탐침들은 세정 재료 내 산(acid) 또는 알칼리의 농도를 결정하기 위하여 사용된다. 이들 미터들은, 이들을 구매하기 위하여 요구된 추가 설비 투자들에 더하여, 또한 상당한 시간 및 재교정 및 유지관리를 위한 비용을 요구한다. 마지막으로, 다수의 측정 기술들에 대한 노동력을 관리 및 훈련해야 하는 것은 종종 혼란시킬 수 있고, 더 큰 훈련 투자 비용들을 요구한다.
상기 서술된 문제들에 기초하여, 프로세스 재료 변화들 및 각각의 재료의 농도를 정확하게 그리고 자동으로 결정할 수 있는 단일 측정 디바이스 및 방법에 대한 필요가 있다.
본 발명은 세정 재료일 수 있든지 애플리케이션 재료일 수 있든지 간에, 프로세스 재료 타입, 및 알려지지 않은 재료가 알려지지 않은 재료의 농도를 결정하기 위하여 매트릭스들을 자동으로 스위칭하는 단일 측정 디바이스 및 방법을 제공한다. 매트릭스들의 이런 자동 스위칭은, 장치로 하여금 측정되거나 제조될 프로세스 재료가 다시 프로세스 포인트에 있을 때를 결정하게 하고, 이에 의해 농도 매트릭스를 다시 본래의 상태로 자동으로 스위칭하게 한다.
유리하게, 하나의 측정 포인트에 단일 측정 디바이스를 이용함으로써 추가로 누설 포인트들의 더 작은 가능성이 제공된다. 다수의 측정 기술들을 이용하는 이전 방법들에서, 프로세스 라인에 부가적인 브레이크(break)들은 환경으로의 애플리케이션 재료 또는 세정 재료의 누설에 대해 보다 큰 기회들을 초래하였다. 세정 재료들이 통상적으로 독성임을 고려할 때, 누설 포인트들을 감소시키기 위한 어떠한 기회는 상당한 가치가 있다.
그런 측정 디바이스는 또한 세정 재료의 올바른 강도(또는 올바르지 않은 강도)뿐 아니라, 세정 재료가 애플리케이션 포인트를 완전히 씻어 내었을 때를 나타냄으로써 애플리케이션 안전성을 개선할 수 있을 것이고; 따라서 인원 또는 장비를 손상시키는 위험한 산들 또는 알칼리들의 위험 없이 기기장치(instrumentation)의 임의의 수동 간섭/유지관리를 허용한다.
본 발명의 양상들
일 양상에 따라, 적어도 2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들을 포함하는 프로세스 라인 내 프로세스 재료를 미터를 사용하여 검출하는 방법은:
프로세스 재료의 라인 밀도를 측정하는 단계;
프로세스 재료의 라인 온도를 측정하는 단계; 및
라인 밀도 및 라인 온도에 기초하여 2 또는 그 초과의 매트릭스들로부터 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계는:
프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도를 2 또는 그 초과의 매트릭스들 각각과 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들에 비교하는 단계; 및
상기 프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도가 특정 프로세스 재료 매트릭스와 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들 내에 속하면 특정 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계는:
프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도를 2 또는 그 초과의 매트릭스들 각각과 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들에 비교하는 단계; 및
상기 프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도가 특정 프로세스 재료 매트릭스와 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들 내에 속하지 않으면 에러를 시그널링(signaling)하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 프로세스 라인 내 프로세스 재료를 검출하는 방법은:
프로세스 재료의 레퍼런스(reference) 온도를 결정하는 단계;
라인 밀도, 라인 온도, 및 레퍼런스 온도에 기초하여 재료의 레퍼런스 밀도를 결정하는 단게; 및
레퍼런스 밀도 및 레퍼런스 온도에 기초하여 재료의 농도를 결정하는 단계를 더 포함한다.
일 양상에 따라, 프로세스 라인 내 프로세스 재료를 검출하기 위한 미터링 시스템은:
프로세스 재료와 유체 통신하는 미터 ― 상기 미터는 프로세스 재료의 속성(property)을 검출하도록 구성됨 ―; 및
미터와 통신하는 미터 전자장치를 포함하고, 상기 미터 전자장치는 추가로:
2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들을 저장하기 위한 스토리지 시스템; 및
프로세스 재료의 속성에 기초하여 2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들로부터 매트릭스를 선택하기 위한 매트릭스 선택 루틴을 더 포함한다.
바람직하게 미터 전자장치는 추가로:
프로세스 재료의 라인 밀도를 결정하기 위한 라인 밀도 루틴;
프로세스 재료의 라인 온도를 측정하기 위한 온도 신호; 및
라인 밀도 및 라인 온도에 기초하여 2 또는 그 초과의 매트릭스들로부터 프로세스 재료 매트릭스를 식별하기 위한 재료 결정 루틴을 포함한다.
바람직하게, 재료 결정 루틴은 추가로:
상기 재료 결정 루틴이 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는데 실패하면 에러를 시그널링하기 위한 에러 루틴을 포함한다.
바람직하게, 미터 전자장치는 추가로:
프로세스 재료의 레퍼런스 온도 및 재료의 레퍼런스 밀도를 결정하기 위한 밀도 루틴 ― 레퍼런스 밀도는 라인 밀도 및 레퍼런스 온도에 기초함 ―; 및
레퍼런스 밀도 및 레퍼런스 온도에 기초하여 재료의 농도를 결정하기 위한 농도 루틴을 포함한다.
일 양상에 따라, 미터 전자장치는:
2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들을 저장하기 위한 스토리지 시스템; 및
프로세스 재료의 속성에 기초하여 2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들로부터 매트릭스를 선택하기 위한 매트릭스 선택 루틴을 포함한다.
바람직하게, 미터 전자장치는 추가로:
프로세스 재료의 라인 밀도를 결정하기 위한 라인 밀도 루틴;
프로세스 재료의 라인 온도를 측정하기 위한 온도 신호; 및
라인 밀도 및 라인 온도에 기초하여 2 또는 그 초과의 매트릭스들로부터 프로세스 재료 매트릭스를 식별하기 위한 재료 결정 루틴을 포함한다.
바람직하게, 재료 결정 루틴은 추가로:
상기 재료 결정 루틴이 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는데 실패하면 에러를 시그널링하기 위한 에러 루틴을 포함한다.
바람직하게, 미터 전자장치는 추가로:
프로세스 재료의 레퍼런스 온도 및 재료의 레퍼런스 밀도를 결정하기 위한 밀도 루틴 ― 레퍼런스 밀도는 라인 밀도 및 레퍼런스 온도에 기초함 ―; 및
레퍼런스 밀도 및 레퍼런스 온도에 기초하여 재료의 농도를 결정하기 위한 농도 루틴을 포함한다.
동일한 참조 번호는 모든 도면들 상에서 동일한 엘리먼트를 나타낸다. 도면들은 반드시 실척대로인 것은 아니다.
도 1은 밀도 대 농도의 그래프이다.
도 2는 밀도, 온도 및 농도의 3차원 플롯(plot)이다.
도 3은 온도 등온선(isotherm)들을 도시하는 밀도, 온도 및 농도의 3차원 플롯이다.
도 4는 온도 및 밀도 값들의 샘플 레퍼런스 데이터 표이다.
도 5는 실시예에 따른 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6은 실시예에 따른 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 7은 프로세스 재료(브릭스(Brix))의 온도 및 밀도 값들의 레퍼런스 데이터 표이다.
도 8은 프로세스 재료(가성 소다)의 온도 및 밀도 값들의 레퍼런스 표이다.
도 9는 자동 스위칭 농도 애플리케이션을 도시한다.
도 10은 실시예에 따른 미터를 도시한다.
도 11은 실시예에 따른 미터 전자장치를 도시한다.
도 1-도 11 및 다음 설명은 본 발명의 최상 모드를 만들고 사용하는 방법을 당업자들에게 가르치기 위한 특정 예들을 묘사한다. 본 발명의 원리들을 가르치는 목적들을 위해, 일부 종래의 양상들은 단순화되거나 생략되었다. 당업자들은 본 발명의 범위 내에 속하는 이들 예들로부터 변형들을 인식할 것이다. 당업자들은, 하기 설명된 피처(feature)들이 본 발명의 다수의 변형들을 형성하기 위하여 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 하기 설명된 특정 예들로 제한되는 것이 아니고, 청구항들 및 이의 등가물들에 의해서만 제한된다.
프로세스 재료의 농도를 결정하기 위한 공통 방식은 밀도 및 온도를 통해서이다. 밀도와 농도 사이에 일대일 관계가 없기 때문에(도 1 참조) , 농도, 온도 및 밀도를 사용한 3차원 표면 플롯이 요구된다(도 2 참조). 농도는 다음 단계들에 의해 밀도로부터 결정된다:
1. 온도 보정을 밀도 프로세스 재료 데이터에 적용하는 단계. 이 단계는 밀도 표면상 현재 포인트를 레퍼런스 온도 등온선 상의 등가 포인트에 매핑하여, 레퍼런스 온도 밀도 값을 생성한다(도 3 참조).
2. 보정된 밀도 값을 농도 값으로 전환하는 단계. 모든 밀도 값들이 온도에 대해 보정되었기 때문에, 밀도의 임의의 변화는 프로세스 재료의 컴포지션(composition) 변화의 결과일 것이고, 일대일 전환이 적용될 수 있다.
표면 플롯들은 공개적으로 이용 가능한 데이터 표들(도 4 참조), 또는 사용자 특정 데이터로부터 생성된다.
도 5는 테스트 중인 프로세스 재료의 퍼센트 농도를 결정하기 위한 예시적 동작을 도시한다.
실시예에 따라, 단계(510)에서, 프로세스 재료 라인 밀도가 결정된다. 단계(520)에서, 프로세스 재료 라인 온도가 결정된다. 본 발명의 실시예들은, 프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도가 코리올리(Coriolis) 센서들, 밀도 미터들, 진동식 밀도계(vibrating densitometer)들 등을 포함하는 공지된 측정 미터링 시스템들에 의해 결정된다. 단계(530)에서, 레퍼런스 온도가 결정된다. 레퍼런스 온도는, 밀도 값들이 보정될 온도이다. 단계(540)에서, 레퍼런스 밀도는 레퍼런스 온도에 기초하여 결정된다. 단계(550)에서, 프로세스 재료 농도는 프로세스 재료 매트릭스를 이용하는 레퍼런스 온도 및 레퍼런스 밀도에 기초하여 결정된다. 프로세스 재료 매트릭스는 데이터 표들로부터 생성되고(도 4 참조) 그리고 밀도 및 온도들의 범위를 커버하며 미터링 시스템에 저장된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 예시적 동작을 도시한다. 이 실시예에서, 방법은, 미터링 시스템으로 하여금 밀도 및 온도 값들의 2개의 상이한 범위들을 포함하여, 2 또는 그 초과의 상이한 프로세스 재료 매트릭스들을 저장하게 한다. 프로세스 재료 매트릭스들은 특정 애플리케이션에 사용될 수 있는 애플리케이션 및 세정 재료들을 나타낸다.
단계(610)에서, 미터링 시스템은 알려지지 않은 재료의 라인 밀도 및 라인 온도를 측정한다. 단계(620)에서, 측정된 라인 밀도 및 측정된 라인 온도에 기초하여, 어느 매트릭스가 알려지지 않은 재료 및 그의 퍼센트 농도를 결정하기 위하여 사용되어야 하는지 결정이 이루어진다. 단계(630)에서, 측정된 라인 밀도 및 측정된 라인 온도 값들이 제 1 매트릭스의 밀도들 및 온도들의 범위 내에 속하면, 알려지지 않은 재료는 매트릭스 1과 연관된 프로세스 재료로서 식별되고 매트릭스 1은 단계(640)에서 프로세스 재료의 농도를 결정하기 위하여 사용된다. 단계(670)에서, 측정된 라인 밀도 및 라인 온도 값들이 제 2 매트릭스의 밀도들 및 온도들의 범위 내에 속하면, 알려지지 않은 재료는 매트릭스 2와 연관된 프로세스 재료로서 식별되고 매트릭스 2는 단계(680)에서 프로세스 재료의 농도를 결정하기 위하여 사용된다. 단계(690)에서, 측정된 라인 밀도 및 라인 온도 값들이 제 1 또는 제 2 매트릭스들의 밀도들 및 온도들의 범위 내에 속하지 않으면, 에러가 보고된다.
본 발명의 실시예들에서, 프로세스 재료는 특정 애플리케이션 재료 또는 세정 재료일 수 있다. 따라서, 본 발명은 테스트 중인 재료가 특정 애플리케이션 재료 또는 세정 재료의 것들인지를 자동으로 검출하고 재료의 퍼센트 농도를 결정하기 위하여 알려지지 않은 재료의 측정된 라인 밀도 및 측정된 라인 온도를 이용하는 의사 결정 프로세스를 제공한다. 본 실시예에서, 미터링 시스템은 2개의 매트릭스들을 포함하지만; 그러나, 2보다 많은 것이 특정 애플리케이션을 위하여 필요한 것으로 이용될 수 있다는 것이 고려된다.
도 7은 미터에 저장된 매트릭스 계산을 위해 사용된 예시적 생성물 용액(브릭스)의 온도 및 밀도 값들의 레퍼런스 표를 도시한다. 도 8은 동일한 미터에 저장된 매트릭스 계산을 위하여 사용된 예시적 세정 용액 NaOH(가성 소다))의 온도 및 밀도 값들의 레퍼런스 표를 도시한다.
상기 미터링 시스템 및 방법을 사용하여, 테스트 중인 프로세스 재료가 1.1427 gm/cc의 라인 밀도 및 40℃의 라인 온도를 가지는 것으로 발견되면, 본 발명은, 라인 밀도 및 라인 온도가 브릭스 매트릭스의 범위 내에 있고 프로세스 재료가 중액(heavy solution)(예컨대, 브릭스)으로 구성되는 것을 인식한다. 따라서, 브릭스에 대응하는 매트릭스 계산이 사용될 것이다. 예컨대, 상기 데이터에 기초하여, 1.1513 gm/cc의 레퍼런스 밀도는 1.1427 gm/cc의 라인 밀도 및 20℃의 레퍼런스 온도에 기초하여 결정될 것이다. 결과적인 농도는 35°브릭스 측정치이다.
대안적으로, 테스트 중인 프로세스 재료가 1.0248 gm/cc의 라인 밀도 및 80℃의 라인 온도를 가지는 것을 발견되면, 본 발명은, 라인 밀도 및 라인 온도가 NaOH 매트릭스 범위 내에 있고 프로세스 재료가 약한 세정 용액(예컨대, 가성 소다)로 구성된 것을 인식한다. 따라서, NaOH에 대응하는 매트릭스 계산이 사용될 것이다. 예컨대, 상기 데이터에 기초하여, 1.0538 gm/cc의 레퍼런스 밀도는 1.0248 gm/c의 라인 밀도 및 20℃의 레퍼런스 온도에 기초하여 결정될 것이다. 결과적 농도는 5% Wt 측정치이다.
다른 실시예에서, 테스트 중인 프로세스 재료가 0.9800 gm/cc의 라인 밀도 및 50℃의 라인 온도를 가지는 것으로 발견되면, 본 발명은, 어느 매트릭스도 데이터에 매칭하지 않는 것을 인식한다. 조건들에 대한 적당한 매트릭스의 결핍에 기초하여, 미터는 경고 같은 표시기를 생성할 것이다.
다음은 본 발명의 예시적 사용이다. 다양한 공장들은 부식성 세정액을 사용하고 이를 도시의 수계(water system)에 방출한다. 방출 표준들을 충족하기 위하여, 폐수 내 NaOH의 총 농도는 질량(체적보다 오히려)에 대해 정의된 5% 농도를 초과할 수 없다.
본 발명 없이, 테스팅에 기초하여, 세정액은 50%의 농도로 방출 탱크 내로 흘러갈 것으로 추정될 것이다. 따라서, 방출 표준들을 준수하기 위하여, 세정액의 하나의 유닛(unit)은 물의 19 유닛으로 희석되어야 한다. 주기적으로, 샘플들은 준수를 모니터하기 위하여 랩(lab)에서 테스트된다. 이런 접근법은: 1) 세정액의 농도가 본래 샘플과 상이할 수 있음, 2) 세정 용액의 농도가 허용 오차들을 넘어 가변할 수 있음, 3) 실험실 테스팅이 느리고 값비쌈, 그리고 심각한 변화를 캐치할 수 없음: 일부 배치(batch)들은 표준들을 위반할 수 있고, 다른 배치들은 요구된 것보다 많은 물을 포함하고, 이는 불필요하게 값비쌈, 4) 한번에 하나의 배치가 비효율적인 프로세싱 낭비, 및 5) 나쁜 배치들을 다루기 위한 준비가 없음을 포함하는 몇몇 단점들을 가진다.
도 9는 실시예에 따른 프로세스 애플리케이션(900)을 도시한다. 탱크(910)는 애플리케이션 재료 또는 세정 재료로 구성될 수 있는 프로세스 재료를 홀딩한다. 탱크(910)는 충전 라인(920)을 통해 충전된다. 탱크(910)가 적당한 레벨로 충전되면, 펌프(930)는 필요에 따라, 프로세스 재료를 출구 밸브(940) 또는 재순환 밸브(950)에 의해 제어되는 출구로 펌핑한다. 본원에 설명된 미터링 시스템 및 방법들을 이용하여, 연속적인 혼합 프로세스가 구현될 수 있다. 본 실시예에서, 미터(120) 및 미터 전자장치(128)로 구성된 미터링 시스템(960)은 프로세스 재료의 타입 및 이의 농도를 결정하기 위하여 프로세스 재료의 농도를 측정하도록 구성된다. 미터링 시스템(960)이, 세정 재료가 탱크안에 있다는 것을 결정하면, 미터링 시스템(960)은 세정 재료 농도를 결정할 것이고, 농도 레벨에 기초하여, 물의 흐름을 탱크(910) 쪽으로 지향시킬 업스트림 밸브(970)를 제어할 것이다. 세정 유체의 농도가 변화함에 따라, 미터링 시스템(960)은 밸브(970)를 통해 요구된 농도 레벨을 유지하거나, 밸브(940)를 통해 출력 흐름을 제어하거나 또는 재순환 밸브(950)를 통하여 흐름을 재순환하도록 보상할 수 있다. 유리하게: 1) 방전 탱크로 흐르는 세정 용액의 농도의 임의의 변화는 즉각적으로 자동으로 보상되고, 2) 어떠한 실험실 테스팅도 요구되지 않고, 그리고 3) 나쁜 배치들과 함께 배칭(batching)이 제거된다. 세정 프로세스가 완료되고 세정 유체가 애플리케이션 재료로 대체되면, 미터링 시스템(960)은 새로운 재료를 결정하고 자동으로 요구된 매트릭스로 스위칭할 것이고, 따라서 시스템을 정지하고 미터를 재구성할 임의의 필요를 제거한다.
도 10은 미터링 시스템(960)의 예시적 미터(120)를 예시한다. 진동 엘리먼트(122)(통상적으로 "포크(fork)" 또는 "틴(tine)" 설계를 가짐)는 드라이버(124)에 의해 일정 주파수에서 진동하도록 구동된다. 진동 엘리먼트(122)를 가진 픽오프(pickoff) 센서(126)는 진동 엘리먼트(122)의 진동을 검출한다. 미터 전자장치(128)은 드라이버(124) 및 픽오프 센서(126)에 연결된다. 포크들 또는 틴들 없는 진동 미터들은 또한 고려된다.
미터 전자장치(128)는 리드(lead) 또는 리드들(130)을 통하여 진동 엘리먼트(122)로 전기 전력을 제공할 수 있다. 리드들(130)은 전원(도시되지 않음), 미터 전자장치(128), 또는 다른 제어 또는 컴퓨팅 디바이스들(도시되지 않음)로부터 데이터, 전력, 등에 대한 연결들을 포함한다. 미터 전자장치(128)는 미터(120) 및 진동 엘리먼트(122)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 미터 전자장치(128)는 구동 신호를 생성하고 구동 신호를 드라이버(124)에 공급할 수 있고, 진동 엘리먼트(122)는 구동 신호를 사용하여 개별 틴들 같은 하나 또는 그 초과의 진동 컴포넌트들의 진동을 생성하도록 구동된다. 구동 신호는 진동 진폭을 제어할 수 있고 및/또는 진동 주파수를 제어할 수 있다. 구동 신호는 또한 진동 지속시간 및/또는 진동 타이밍 또는 위상을 제어할 수 있다.
미터 전자장치(128)는 진동 엘리먼트(122)로부터의 진동 신호 또는 신호들을 리드 또는 리드들(130)을 통하여 수신한다. 미터 전자장치(128)는 예컨대 밀도 또는 점성 측정치를 생성하기 위하여 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱할 수 있다. 다른 또는 부가적인 측정치들이 진동 신호 또는 신호들로부터 생성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 미터 전자장치(128)는 신호 또는 신호들의 주파수를 결정하기 위하여 진동 엘리먼트(122)로부터 수신된 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱한다. 주파수는 유체의 밀도 또는 점성을 결정하기 위하여 사용될 수 있는, 진동 엘리먼트/유체의 공진 주파수를 포함할 수 있다. 관련된 실시예들에서, 미터 전자장치(128)로부터의 신호들은 프로세싱을 위하여 다른 컴퓨팅 또는 프로세스 디바이스들에 전송된다.
미터 전자장치(128)는 또한, 예컨대 유체 유량을 결정하기 위하여 프로세싱될 수 있는 신호들 사이의 점성 또는 위상 시프트 같은 유체의 다른 특성들을 결정하기 위하여 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱할 수 있다. 다른 진동 응답 특성들 및/또는 유체 측정치들은 고려되고 액체에 부유된 고체들의 존재 및 액체/고체 인터페이스의 존재같이 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다. 미터 전자장치(128)는 인터페이스(101)에 추가로 커플링될 수 있고, 미터 전자장치(128)는 이 인터페이스(101)를 통하여 신호들을 통신할 수 있다. 미터 전자장치(128)는 측정 값 또는 값들을 생성하기 위하여 수신된 진동 신호를 프로세싱할 수 있고 인터페이스(101)를 통하여 측정 값 또는 값들을 통신할 수 있다. 게다가, 미터 전자장치(128)는 커맨드들, 업데이트들, 동작 값들 또는 동작 값 변화들, 및/또는 프로그래밍 업데이트들 또는 변화들 같은 정보를 인터페이스(101)를 통해 수신할 수 있다. 게다가, 인터페이스(101)는 미터 전자장치(128)와 원격 프로세싱 시스템(도시되지 않음) 통신들을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스(101)는 제한 없이, 임의의 방식의 전자장치, 광학, 또는 무선 통신, 이를테면 예컨대 4-20ma, HART, RS-485, Modbus, Fieldbus, 등을 가능하게 할 수 있다.
실시예에서, 드라이버(124) 및 픽오프 센서(126) 각각은 압전 결정체 엘리먼트들을 포함한다. 드라이버(124) 및 픽오프 센서(126)는 진동 엘리먼트(122)의 제 1 틴(122A) 및 제 2 틴(122B)에 인접하게 위치된다. 드라이버(124) 및 픽오프 센서(126)는 제 1 및 제 2 틴들(122A, 122B)과 콘택 및 기계적으로 상호작용하도록 구성된다. 특히, 드라이버(124)는 제 1 틴(122A)의 적어도 일부와 콘택할 수 있다. 드라이버(124)는 미터 전자장치(128)에 의해 제공된 구동 신호 또는 레퍼런스 신호에 영향을 받을 때 확장 및 수축한다. 결과적으로, 드라이버(124)는 교번하여 변형하고 그러므로 진동 움직임(점선들 참조)으로 좌우로 제 1 틴(122A)을 변위시켜, 주기적 왕복 방식으로 유체를 건드린다. 제 2 틴의 진동은 대응하는 전기 신호가 픽오프 센서(126)에 의해 생성되게 한다. 픽오프 센서(126)는 진동 신호를 미터 전자장치(128)에 전송한다. 미터 전자장치(128)는 진동 신호를 프로세싱하고 진동 신호의 진동 신호 진폭 및/또는 진동 신호 주파수를 측정할 수 있다. 미터 전자장치(128)는 또한 픽오프 센서(126)로부터의 신호의 위상을 미터 전자장치(128)에 의해 드라이버(124)에 제공된 레퍼런스 위상 신호에 비교할 수 있다. 미터 전자장치(128)는 또한 인터페이스(101)를 통하여 진동 신호를 송신할 수 있다.
미터(120)는 특성화될 유체에 적어도 부분적으로 담겨진다. 예컨대, 미터(120)는 파이프 또는 도관 내에 장착된다. 미터(120)는 유체를 홀딩하기 위한 탱크 또는 컨테이너 또는 구조물에 장착될 수 있다. 미터(120)는 유체 흐름을 지향시키기 위한 분기관 또는 유사한 구조물에 장착될 수 있다. 그러나 다른 장착 어레인지먼트들은 고려되고, 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
도 11은 미터링 시스템(960)의 예시적 미터 전자장치(128)를 예시한다. 미터 전자장치(128)는 인터페이스(101) 및 프로세싱 시스템(103)을 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 스토리지 시스템(104)을 포함할 수 있다. 스토리지 시스템(104)은 내부 메모리를 포함할 수 있고, 및/또는 외부 메모리를 포함할 수 있다. 미터 전자장치(128)는 밀도계로서 동작할 수 있거나 코리올리 유량계로서 동작하는 것을 포함하여 유량계로서 동작할 수 있다. 미터 전자장치(128)가 또한 몇몇 다른 타입의 진동 센서 어셈블리로서 동작할 수 있고 제공된 특정 예들이 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다는 것이 인식되어야 한다. 미터 전자장치(128)는 미터(120)에 의해 감지되는 프로세스 재료의 흐름 특성들을 얻기 위하여 센서 신호들(106)을 프로세싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, 미터 전자장치(128)는 예컨대 하나 또는 그 초과의 RTD 센서들 또는 다른 온도 센서들로부터 온도 신호(107)를 수신할 수 있다.
인터페이스(101)는 임의의 방식의 포맷팅, 증폭, 버퍼링 등 같은 임의의 필요하거나 원해진 신호 컨디셔닝(conditioning)을 수행할 수 있다. 대안적으로, 신호 컨디셔닝의 일부 또는 모두는 프로세싱 시스템(103)에서 수행될 수 있다. 게다가, 인터페이스(101)는 미터 전자장치(128)와 외부 디바이스들 사이에서 통신들을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스(101)는 임의의 방식의 전자, 광학, 또는 무선 통신을 가능하게 할 수 있다.
일 실시예에서 인터페이스(101)는 디지털화기(102)를 포함할 수 있고, 여기서 센서 신호는 아날로그 센서 신호를 포함한다. 디지털화기(102)는 아날로그 센서 신호를 샘플링 및 디지털화하고 디지털 센서 신호를 생성한다. 디지털화기(102)는 또한 임의의 필요한 데시메이션(decimation)을 수행할 수 있고, 여기서 디지털 센서 신호는 필요한 신호 프로세싱의 양을 감소시키고 프로세싱 시간을 감소시키기 위하여 데시메이팅된다.
프로세싱 시스템(103)은 미터 전자장치(128)의 동작들을 수행할 수 있고 미터(120)로부터의 유량 측정치들을 프로세싱할 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 제한 없이, 예컨대 하나 또는 그 초과의 프로세싱 루틴들, 이를테면 밀도 루틴(108), 농도 루틴(109), 동작 루틴(110), 재료 결정 루틴(111), 매트릭스 선택 루틴(113), 및 에러 루틴(114)을 실행할 수 있다. 실시예에 따라, 미터 전자장치(128)는 또한 온도 신호(107)를 측정할 수 있고, 주어진 온도에서 캡처된 밀도들과 그 온도를 연관시킬 수 있다.
유량계(120)는 라인 밀도(112)를 생성할 수 있다. 라인 밀도(112)는 예컨대, 동작 루틴(110)의 일부로서 계산될 수 있다.
프로세싱 시스템(103)은 범용 컴퓨터, 마이크로-프로세싱 시스템, 로직 회로, 또는 일부 다른 범용 또는 맞춤식 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 다수의 프로세싱 디바이스들 사이에 분산될 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 스토리지 시스템(104) 같은 임의의 방식의 일체형 또는 독립적 전자 스토리지 매체를 포함할 수 있다.
미터 전자장치(128)가 일반적으로 당업계에 알려진 다양한 다른 컴포넌트들 및 기능들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들 부가적인 피처들은 간결성의 목적을 위하여 설명 및 도면에서 생략된다. 그러므로, 본 발명이 도시되고 논의된 특정 실시예들로 제한되지 않아야 한다.
본 설명은 본 발명의 최상 모드를 만들고 사용하는 방법을 당업자들에게 가르치기 위한 특정 예들을 묘사한다. 본 발명의 원리들을 가르치는 목적을 위하여, 일부 종래의 양상들은 간략화되거나 생략되었다. 당업자들은 본 발명의 범위 내에 속하는 이들 예들로부터 변형들을 인식할 것이다.
상기 실시예들의 상세한 설명은, 본 발명자에 의해 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되는 모든 실시예들의 완전한 설명들은 아니다. 정말로, 당업자들은, 상기 설명된 실시예들의 특정 엘리먼트들이 추가 실시예들을 생성하기 위하여 다양하게 조합되거나 제거될 수 있고, 그런 추가 실시예들이 본 발명의 범위 및 지침들 내에 속하는 것을 인식할 것이다. 또한, 상기 설명된 실시예들이 본 발명의 범위 및 지침들 내의 부가적인 실시예들을 생성하기 위하여 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 것은 당업자들에게 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 특정 실시예들, 및 예들이 예시 목적들을 위하여 본원에 설명되었지만, 다양한 등가 수정들이, 당업자가 인식할 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 본원에 제공된 지침들은 상기 설명되고 첨부 도면들에 도시된 것과 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음 청구항들로부터 결정된다.

Claims (12)

  1. 적어도 2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들(process material matrices)을 포함하는 프로세스 라인 내 프로세스 재료를 미터(meter)를 사용하여 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 프로세스 재료의 라인 밀도를 측정하는 단계;
    상기 프로세스 재료의 라인 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 라인 밀도 및 상기 라인 온도에 기초하여 2 또는 그 초과의 매트릭스들로부터 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계
    를 포함하는,
    프로세스 라인 내 프로세스 재료를 미터를 사용하여 검출하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계는:
    프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도를 상기 2 또는 그 초과의 매트릭스들 각각과 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들에 비교하는 단계; 및
    상기 프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도가 특정 프로세스 재료 매트릭스와 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들 내에 속하면 특정 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계
    를 더 포함하는,
    프로세스 라인 내 프로세스 재료를 미터를 사용하여 검출하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는 단계는:
    프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도를 2 또는 그 초과의 매트릭스들 각각과 연관된 라인 밀도 및 라인 온도에 비교하는 단계; 및
    상기 프로세스 재료 라인 밀도 및 라인 온도가 특정 프로세스 재료 매트릭스와 연관된 라인 밀도 및 라인 온도 값들 내에 속하지 않으면 에러를 시그널링(signaling)하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 라인 내 프로세스 재료를 미터를 사용하여 검출하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 재료의 레퍼런스(reference) 온도를 결정하는 단계;
    상기 라인 밀도, 상기 라인 온도, 및 상기 레퍼런스 온도에 기초하여 상기 재료의 레퍼런스 밀도를 결정하는 단게; 및
    상기 레퍼런스 밀도 및 상기 레퍼런스 온도에 기초하여 상기 재료의 농도를 결정하는 단계
    를 더 포함하는,
    프로세스 라인 내 프로세스 재료를 미터를 사용하여 검출하기 위한 방법.
  5. 프로세스 라인에서 프로세스 재료를 검출하기 위한 미터링(metering) 시스템(960)으로서,
    프로세스 재료와 유체 통신하는 미터(120) ― 상기 미터(120)는 상기 프로세스 재료의 속성(property)을 검출하도록 구성됨 ―; 및
    상기 미터(120)와 통신하는 미터 전자장치(128)
    를 포함하고, 상기 미터 전자장치는 추가로:
    2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들을 저장하기 위한 스토리지 시스템(104); 및
    상기 프로세스 재료의 속성에 기초하여 상기 2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들로부터 매트릭스를 선택하기 위한 매트릭스 선택 루틴(113)
    을 포함하는,
    프로세스 라인에서 프로세스 재료를 검출하기 위한 미터링 시스템(960).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미터 전자장치(128)는 추가로:
    상기 프로세스 재료의 라인 밀도를 결정하기 위한 라인 밀도 루틴(112);
    상기 프로세스 재료의 라인 온도를 측정하기 위한 온도 신호(107); 및
    상기 라인 밀도 및 상기 라인 온도에 기초하여 상기 2 또는 그 초과의 매트릭스들로부터 프로세스 재료 매트릭스를 식별하기 위한 재료 결정 루틴(111)
    을 포함하는,
    프로세스 라인에서 프로세스 재료를 검출하기 위한 미터링 시스템(960).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 재료 결정 루틴(111)은 추가로:
    상기 재료 결정 루틴(111)이 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는데 실패하면 에러를 시그널링하기 위한 에러 루틴(114)을 포함하는,
    프로세스 라인에서 프로세스 재료를 검출하기 위한 미터링 시스템(960).
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 미터 전자장치(128)는 추가로:
    상기 프로세스 재료의 레퍼런스 온도 및 상기 재료의 레퍼런스 밀도를 결정하기 위한 밀도 루틴(108) ― 상기 레퍼런스 밀도는 상기 라인 밀도 및 상기 레퍼런스 온도에 기초함 ―; 및
    상기 레퍼런스 밀도 및 상기 레퍼런스 온도에 기초하여 상기 재료의 농도를 결정하기 위한 농도 루틴(109)을 포함하는,
    프로세스 라인에서 프로세스 재료를 검출하기 위한 미터링 시스템(960).
  9. 미터 전자장치(128)로서,
    2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들을 저장하기 위한 스토리지 시스템(104); 및
    상기 프로세스 재료의 속성에 기초하여 상기 2 또는 그 초과의 프로세스 재료 매트릭스들로부터 매트릭스를 선택하기 위한 매트릭스 선택 루틴(113)을 포함하는,
    미터 전자장치(128).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세스 재료의 라인 밀도를 결정하기 위한 라인 밀도 루틴(112);
    상기 프로세스 재료의 라인 온도를 측정하기 위한 온도 신호(107); 및
    상기 라인 밀도 및 상기 라인 온도에 기초하여 상기 2 또는 그 초과의 매트릭스들로부터 프로세스 재료 매트릭스를 식별하기 위한 재료 결정 루틴(111)
    을 더 포함하는,
    미터 전자장치(128).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 재료 결정 루틴(111)은 추가로:
    상기 재료 결정 루틴(111)이 프로세스 재료 매트릭스를 식별하는데 실패하면 에러를 시그널링하기 위한 에러 루틴(114)을 포함하는,
    미터 전자장치(128).
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세스 재료의 레퍼런스 온도 및 상기 재료의 레퍼런스 밀도를 결정하기 위한 밀도 루틴(108) ― 싱기 레퍼런스 밀도는 라인 밀도 및 상기 레퍼런스 온도에 기초함 ―; 및
    상기 레퍼런스 밀도 및 상기 레퍼런스 온도에 기초하여 상기 재료의 농도를 결정하기 위한 농도 루틴(109)
    을 더 포함하는,
    미터 전자장치(128).
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