KR20170047362A

KR20170047362A - 디퍼렌셜 유량계 툴

Info

Publication number: KR20170047362A
Application number: KR1020177008623A
Authority: KR
Inventors: 패트릭 존 짐머; 스티븐 엠. 존스
Original assignee: 마이크로 모우션, 인코포레이티드
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2017-05-04
Also published as: AU2014405569B2; WO2016036375A1; BR112017003278B1; KR101938844B1; US10663338B2; US20170227390A1; SG11201701731PA; EP3189312A1; CA2960119C; JP2017530346A; JP6416387B2; AU2014405569C1; BR112017003278A2; AU2014405569A1; MX2017002316A; RU2663092C1; MX363104B; AR101764A1; CA2960119A1; CN106662478A

Abstract

시스템 정확도를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 공급 유량계와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계 및 리턴 유량계와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계를 포함한다. 부가적으로, 방법은 시스템 파라미터들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계를 포함한다. 시스템 정확도는 시스템 로직을 이용하여 계산되며, 시스템 로직은 공급 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 리턴 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 및 시스템 파라미터들에 기반하는 입력들을 수신한다. 계산된 시스템 정확도는 컴퓨터-판독가능 저장 매체들에 저장되고, 계산된 시스템 정확도가 출력된다.

Description

디퍼렌셜 유량계 툴{DIFFERENTIAL FLOWMETER TOOL}

본 발명은 유량계들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 디퍼렌셜 유량계 시스템(differential flowmeter system)에 대한 최적의 동작 파라미터들을 결정하기 위한 툴(tool)에 관한 것이다.

예컨대, 진동 밀도계(vibrating densitometer)들 및 코리올리 유량계(Coriolis flowmeter)들과 같은 진동 센서들이 일반적으로 알려져 있으며, 유량계의 도관을 통해 흐르는 재료들에 대한 질량 흐름 및 다른 정보를 측정하는 데 사용된다. 예시적인 코리올리 유량계들은 미국 특허 제 4,109,524호, 미국 특허 제 4,491,025호 및 Re. 제 31,450호에 개시되며, 이들 모두는 J.E. Smith 등에 의한 것이다. 이들 유량계들은 직선형 또는 곡선형 구성의 하나 또는 그 초과의 도관들을 갖는다. 코리올리 질량 유량계(Coriolis mass flowmeter)의 각각의 도관 구성은, 예컨대 단순 벤딩(bending), 비틀림(torsional), 또는 커플링(coupled) 타입일 수 있는 고유 진동 모드들의 세트를 갖는다. 각각의 도관은 바람직한 모드로 진동하도록 구동될 수 있다.

일부 타입들의 질량 유량계들, 특히 코리올리 유량계들은, 밀도의 직접적 측정을 수행하여 질량 나누기 밀도의 몫(quotient of mass over density)을 통해 체적 정보를 제공하는 방식으로 동작할 수 있다. 예컨대, 알려지지 않은 다상 유체의 밀도를 측정하기 위해 코리올리 유량계를 사용하는 넷 오일 컴퓨터(net oil computer)에 대해 Ruesch에 의한 미국 특허 번호 제 4,872,351호를 참조한다. Buttler 등에 의한 미국 특허 번호 제 5,687,100호는, 진동 튜브 밀도계(vibrating tube densitometer)로서 동작하는 질량 유량계에서의 질량 유량 효과들에 대한 밀도 판독들을 정정하는 코리올리 효과 밀도계를 교시한다.

재료는 유량계의 입구 측 상의 연결식 파이프라인으로부터 유량계로 유입되고, 도관(들)을 통과하도록 지향되어, 유량계의 출구 측을 통해 유량계를 나간다. 진동 시스템의 고유 진동 모드들은 부분적으로, 도관들 및 도관들 내에 흐르는 재료의 결합된 질량에 의해 정의된다.

유량계를 통과하는 흐름이 없을 경우, 도관(들)에 가해지는 구동력은 도관(들)을 따르는 모든 포인트들이 동일한 위상 또는 작은 "제로 오프셋(zero offset)"으로 진동하게 하며, 이는 제로 흐름에서 측정된 시간 지연이다. 재료가 유량계를 통해 흐르기 시작할 때, 코리올리 힘들은, 도관(들)을 따라서 각각의 포인트가 상이한 위상을 갖게 한다. 예컨대, 유량계의 입구 단부에서의 위상이 중앙 구동기 포지션에서의 위상보다 뒤쳐지는 반면, 출구에서의 위상은 중앙 구동기 포지션에서의 위상보다 앞선다. 도관(들) 상의 픽오프(pickoff)들이 도관(들)의 모션을 나타내는 정현파 신호들을 생성한다. 픽오프들로부터 출력된 신호들은 픽오프들 사이의 시간 지연을 결정하기 위해 프로세싱된다. 2개 또는 그 초과의 픽오프들 사이의 시간 지연은 도관(들)을 통해 흐르는 재료의 질량 유량에 비례한다.

구동기에 연결된 계측 전자장치(meter electronics)는, 구동기를 동작시키는 구동 신호를 생성하고 픽오프들로부터 수신된 신호들로부터 재료의 질량 유량 및 다른 특성들을 결정한다. 구동기는 많은 잘 알려진 어레인지먼트들 중 하나를 포함할 수 있지만, 자석 및 대향 구동 코일이 유량계 산업에서 큰 성공을 거두었다. 원하는 도관 진폭 및 주파수로 도관(들)을 진동시키기 위해 교류가 구동 코일에 전달된다. 또한, 픽오프들을 구동기 어레인지먼트와 매우 유사한 자석 및 코일 어레인지먼트로서 제공하는 것이 당해 기술분야에 알려져 있다. 그러나, 구동기가 모션을 유도하는 전류를 수신하는 동안, 픽오프들은 구동기에 의해 제공된 모션을 이용하여 전압을 유도할 수 있다. 픽오프들에 의해 측정된 시간 지연의 크기는 매우 작으며, 종종 나노초 단위로 측정된다. 그러므로, 트랜스듀서 출력을 매우 정확하게 해야 할 필요가 있다.

특정 상황들에서, 단일 시스템에 다수의 유량계들을 포함하는 것이 바람직하다. 하나의 이러한 다중-유량계 예에서, 2개의 유량계들이 대형 엔진 연료 시스템들에서 이용될 수 있다. 이러한 시스템들은 보통 대형 항해 선박들에서 발견된다. 이러한 선박들의 경우, 효율적인 엔진 시스템 동작을 위해서는 적절한 연료 관리가 중요하다. 연료 소비를 정확하게 측정하기 위해, 유량계가 엔진의 업스트림에 위치되고, 다른 유량계가 엔진의 다운스트림에 위치된다. 소비된 연료의 질량을 계산하기 위해 2개의 유량계들 사이의 디퍼렌셜 판독이 사용된다.

주어진 사이즈의 유량계는 정확도를 유지하기 위해 특정 유체 흐름 범위를 필요로 한다. 다른 한편, 주어진 시스템은 유체 흐름 요건들의 범위를 가질 수 있으므로, 시스템의 동작을 과도하게 제한하지 않는 유량계가 필요하다. 그러므로, 특정 시스템을 위한 최상의 유량계는, 흐름 및 관련된 파라미터들을 정확하게 측정하지만 흐름을 제한하지 않거나 또는 부담스러운 압력 강하들을 유도하지 않는 유량계이다. 2개의 유량계들이 단일 시스템에 있을 때, 흐름 제한 및 정확도 문제들이 확대된다. 예컨대, 0.1% 정확도 에러들을 갖는 한 쌍의 유량계들은, 직렬로 위치될 때, 단순히 합산되어 0.2% 에러가 될 수 없지만, 훨씬 더 클 수 있다. 2개 또는 그 초과의 유량계들 사이의 온도 디퍼렌셜(temperature differential)들 및 제로-안정성 디퍼렌셜(zero-stability differential)들이 또한 시스템 정확도를 낮추는 데 기여한다.

그러므로, 주어진 동작 제약들의 세트에 기반하여 다중-유량계 시스템들에서 유량계들의 가장 적합한 사이즈들 및 타입들을 계산하기 위한 방법 및 관련 시스템에 대한 필요성이 당해 기술분야에 존재한다. 다중-유량계 시스템 정확도를 결정하기 위한 방법 및 관련 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 프로젝트 요건들을 고려하여 후보 유량계들의 라이브러리로부터 특정 유량계 모델들을 결정하기 위한 방법 및 관련 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명은 이러한 문제들 및 다른 문제들을 극복하며, 당해 기술분야에서의 발전을 달성한다.

실시예에 따라 시스템 정확도를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 실시예는 공급 유량계(supply flowmeter)와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계 및 리턴 유량계(return flowmeter)와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계를 포함한다. 시스템 파라미터들이 컴퓨팅 디바이스에 입력된다. 시스템 정확도는 시스템 로직을 이용하여 계산되며, 시스템 로직은 공급 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 리턴 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 및 시스템 파라미터들에 기반하는 입력들을 수신한다. 계산된 시스템 정확도는 컴퓨터-판독가능 저장 매체들에 저장되고, 계산된 시스템 정확도가 출력된다.

실시예에 따라 계측 시스템을 구성하기 위한 시스템이 제공된다. 실시예에 따르면, 시스템은 적어도 2개의 유량계들 및 컴퓨팅 디바이스를 포함하고, 컴퓨팅 디바이스는 적어도 하나의 입력을 수신하고 그리고 적어도 하나의 출력을 생성하도록 구성되고, 적어도 하나의 입력은 적어도 하나의 유량계 하드웨어 규격 및 적어도 하나의 시스템 파라미터를 포함한다. 시스템은 또한, 적어도 하나의 출력을 계산하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스를 갖는 시스템 로직을 포함하고, 적어도 하나의 출력은 시스템 정확도 및 온도-정정된 시스템 정확도 중 적어도 하나를 포함한다.

양상들

양상에 따르면, 시스템 정확도를 결정하기 위한 방법은: 공급 유량계와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계; 리턴 유량계와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계; 시스템 파라미터들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계; 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계 ― 시스템 로직은 공급 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 리턴 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 및 시스템 파라미터들에 기반하는 입력들을 수신함 ―; 계산된 시스템 정확도를 컴퓨터-판독가능 저장 매체들에 저장하는 단계; 및 계산된 시스템 정확도를 출력하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 공급 유량계 및 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 기본 정확도 값(base accuracy value)을 포함한다.

바람직하게, 공급 유량계 및 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 제로 오프셋 값(zero offset value)을 포함한다.

바람직하게, 공급 유량계 및 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 온도 드리프트 값(temperature drift value)을 포함한다.

바람직하게, 공급 유량계 및 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 최대 유량 값(maximum flow rate value)을 포함한다.

바람직하게, 시스템 파라미터들은 제로 캘리브레이션 온도 값(zero calibration temperature value)을 포함한다.

바람직하게, 시스템 파라미터들은 유체 밀도(fluid density)를 포함한다.

바람직하게, 시스템 파라미터들은 입구 온도(inlet temperature) 및 출구 온도(outlet temperature)를 포함한다.

바람직하게, 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계는:

공급 유량계 불확실성(

)을 계산하는 단계 ― 여기서

이고, 여기서:

는 공급 유량계의 온도 드리프트이고;

은 최대 공급 유량계 유량이고;

는 입구 온도이고;

는 제로 캘리브레이션 온도이고;

는 공급 유량계의 제로 오프셋이고;

는 공급 유량계의 기본 정확도이고; 그리고

는 공급 유량 변환 팩터임 ―;

리턴 유량계 불확실성(

)을 계산하는 단계 ― 여기서

이고, 여기서:

는 리턴 유량계의 온도 드리프트이고;

은 최대 리턴 유량계 유량이고;

는 출구 온도이고;

는 제로 캘리브레이션 온도이고;

는 리턴 유량계의 제로 오프셋이고;

는 리턴 유량계의 기본 정확도이고; 그리고

는 리턴 유량 변환 팩터임 ― 를 포함한다.

바람직하게, 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계는 총 디퍼렌셜 측정 정확도(

)를 계산하는 단계를 포함하고, 여기서

이다.

바람직하게, 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계는 프로세스 온도-정정된 시스템 정확도(

)를 계산하는 단계를 포함하고, 여기서

이고, 여기서

는 연료 소비 변환 팩터이다.

바람직하게, 시스템 정확도를 결정하기 위한 방법은, 시스템 파라미터와 하드웨어 규격 중 적어도 하나가 적어도 하나의 미리 정의된 규칙과 호환가능하지 않은 경우, 통지를 제공하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 시스템 정확도를 결정하기 위한 방법은: 입력된 시스템 파라미터들로부터 공급 유량계와 관련된 제안된 하드웨어 규격들을 생성하는 단계; 및 입력된 시스템 파라미터들로부터 리턴 유량계와 관련된 제안된 하드웨어 규격들을 생성하는 단계를 포함한다.

양상에 따르면, 계측 시스템을 구성하기 위한 시스템이 제공된다. 계측 시스템을 구성하기 위한 시스템은 적어도 2개의 유량계들을 포함한다. 시스템은 또한, 적어도 하나의 입력을 수신하고 그리고 적어도 하나의 출력을 생성하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스를 포함하고, 적어도 하나의 입력은 적어도 하나의 유량계 하드웨어 규격 및 적어도 하나의 시스템 파라미터를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스를 갖는 시스템 로직은, 적어도 하나의 출력을 계산하도록 구성되고, 적어도 하나의 출력은 시스템 정확도 및 온도-정정된 시스템 정확도 중 적어도 하나를 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 하드웨어 규격은 기본 정확도 값을 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 하드웨어 규격은 제로 오프셋 값을 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 하드웨어 규격은 온도 드리프트 값을 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 하드웨어 규격은 최대 유량 값을 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 시스템 파라미터는 제로 캘리브레이션 온도 값을 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 시스템 파라미터는 유체 밀도를 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 시스템 파라미터는 입구 온도 및 출구 온도를 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 연료 시스템 정확도 메트릭은 시스템 정확도를 포함한다.

바람직하게, 시스템 정확도는

를 포함하고, 여기서

이고, 여기서:

이고;

는 공급 유량계의 온도 드리프트이고;

은 최대 공급 유량계 유량이고;

는 입구 온도이고;

는 제로 캘리브레이션 온도이고;

는 공급 유량계의 제로 오프셋이고;

는 공급 유량계의 기본 정확도이고;

는 공급 유량 변환 팩터이고;

이고;

는 리턴 유량계의 온도 드리프트이고;

은 최대 리턴 유량계 유량이고;

는 출구 온도이고;

는 제로 캘리브레이션 온도이고;

는 리턴 유량계의 제로 오프셋이고;

는 리턴 유량계의 기본 정확도이고; 그리고

는 리턴 유량 변환 팩터이다.

바람직하게, 온도-정정된 시스템 정확도는

를 포함하고, 여기서

이고, 여기서:

는 공급 유량계의 제로 오프셋이고;

는 공급 유량계의 기본 정확도이고;

는 공급 유량 변환 팩터이고;

는 리턴 유량계의 제로 오프셋이고;

는 리턴 유량계의 기본 정확도이고;

는 리턴 유량 변환 팩터이고; 그리고

는 연료 소비 변환 팩터이다.

도 1은 종래기술의 진동 센서 어셈블리를 도시하고;
도 2는 종래기술의 연료 시스템을 도시하고;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스를 도시하고;
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 유체 소비 시스템을 구성하기 위한 시스템을 도시하고;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하드웨어 규격들을 도시하고;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 파라미터들을 도시하고; 그리고
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 유체 소비 시스템을 구성하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 1 내지 도 7 및 하기의 설명은 당업자들에게 본 발명의 최상의 모드를 제조 및 사용하는 방법을 교시하기 위한 특정 예들을 묘사한다. 본 발명의 원리들을 교시할 목적으로, 일부 통상적인 양상들은 간략화되거나 생략되었다. 당업자들은, 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 예들로부터의 변형들을 인지할 것이다. 당업자들은, 아래에서 설명되는 특징들이 본 발명의 다수의 변형들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 아래에서 설명되는 특정 예들로 제한되는 것이 아니라 청구항들 및 그들의 등가물들에 의해서만 제한된다.

도 1은 센서 어셈블리(10) 및 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)를 포함하는 코리올리 유량계의 형태의 종래기술의 유량계(5)의 예를 예시한다. 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)는, 예컨대 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 합계된 질량 흐름, 온도 및 다른 정보와 같은 흐르는 재료의 특징을 측정하기 위해 센서 어셈블리(10)에 연결된다.

센서 어셈블리(10)는 한 쌍의 플랜지들(101 및 101'), 매니폴드들(102 및 102') 및 도관들(103 및 103')을 포함한다. 매니폴드들(102, 102')은 도관들(103, 103')의 대향 단부들에 부착된다. 본 예의 플랜지들(101 및 101')은 매니폴드들(102 및 102')에 부착된다. 본 예의 매니폴드들(102 및 102')은 스페이서(106)의 대향 단부들에 부착된다. 스페이서(106)는, 도관들(103 및 103')에서의 원하지 않는 진동들을 방지하기 위해 본 예에서는 매니폴드들(102 및 102') 사이에 간격을 유지한다. 도관들(103 및 103')은 본질적으로 평행한 방식으로 매니폴드들로부터 바깥쪽으로 연장된다. 센서 어셈블리(10)가 흐르는 재료를 운반하는 파이프라인 시스템(도시되지 않음)에 삽입될 경우, 재료는 플랜지(101)를 통해 센서 어셈블리(10)에 진입하고, 전체 재료의 양이 도관들(103 및 103')에 진입하도록 안내되는 입구 매니폴드(102)를 통과하고, 도관들(103 및 103')을 통과하여 흐르고, 재료가 플랜지(101')를 통과하여 센서 어셈블리(10)를 빠져나가는 출구 매니폴드(102')로 다시 흐른다.

센서 어셈블리(10)는 구동기(104)를 포함한다. 구동기(104)는, 구동 모드에서 구동기(104)가 도관들(103, 103')을 진동시킬 수 있는 포지션에서 도관들(103 및 103')에 부착된다. 더 구체적으로, 구동기(104)는 도관(103)에 부착된 제 1 구동기 컴포넌트(도시되지 않음) 및 도관(103')에 부착된 제 2 구동기 컴포넌트(도시되지 않음)를 포함한다. 구동기(104)는 많은 잘 알려진 어레인지먼트들 중 하나, 이를테면, 도관(103)에 장착된 자석 및 도관(103')에 장착된 대향 코일을 포함할 수 있다.

본 예에서, 구동 모드가 제 1 이위상 벤딩 모드(out-of-phase bending mode)이고, 도관들(103 및 103')이 바람직하게 선택되고 입구 매니폴드(102) 및 출구 매니폴드(102')에 적절하게 장착되어, 벤딩 축들(W-W 및 W'-W')을 중심으로 각각 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트들, 및 탄성 계수들을 갖는 균형잡힌 시스템을 제공한다. 본 예에서, 구동 모드가 제 1 이위상 벤딩 모드인 경우, 도관들(103 및 103')은, 그들의 각각의 벤딩 축들(W-W 및 W'-W')을 중심으로 반대 방향들로 구동기(104)에 의해 구동된다. 교류 형태의 구동 신호는, 이를테면, 예컨대 경로(110)를 통해 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)에 의해 제공되고, 코일을 통과하여 도관들(103, 103') 둘 모두를 진동시킬 수 있다. 당업자들은, 본 발명의 범위 내에서 다른 구동 모드들이 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.

도시된 센서 어셈블리(10)는 도관들(103, 103')에 부착되는 한 쌍의 픽오프들(105, 105')을 포함한다. 더 구체적으로, 제 1 픽오프 컴포넌트(도시되지 않음)는 도관(103) 상에 위치되고 제 2 픽오프 컴포넌트(도시되지 않음)는 도관(103') 상에 위치된다. 도시된 실시예에서, 픽오프들(105, 105')은 전자기 검출기들 ― 예컨대, 도관들(103, 103')의 속도 및 포지션을 나타내는 픽오프 신호들을 생성하는 픽오프 자석들 및 픽오프 코일들 ― 일 수 있다. 예컨대, 픽오프들(105, 105')은 경로들(111, 111')를 통해 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)에 픽오프 신호들을 공급할 수 있다. 당업자들은, 도관들(103, 103')의 모션이, 흐르는 재료의 특정 특징들, 예컨대 도관들(103, 103')을 통해 흐르는 재료의 질량 유량 및 밀도에 비례한다는 것을 인지할 것이다.

위에서 설명된 센서 어셈블리(10)는 이중 흐름 도관 유량계를 포함하지만, 단일 도관 유량계를 구현하는 것도 당연히 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 인지되어야 한다. 또한, 흐름 도관들(103, 103')이 만곡된 흐름 도관 구성을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 직선 흐름 도관 구성을 포함하는 유량계로 구현될 수 있다. 픽오프들(105, 105')이 스트레인 게이지들, 광학 센서들, 레이저 센서들, 또는 당해 기술분야에 알려진 임의의 다른 센서 타입을 포함할 수 있다는 것이 또한 인지되어야 한다. 그러므로, 위에서 설명된 센서 어셈블리(10)의 특정 실시예는 단지 일 예이며 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다.

도 1에 도시된 예에서, 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)는 픽오프들(105, 105')로부터 픽오프 신호들을 수신한다. 경로(26)는, 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)가 오퍼레이터와 인터페이싱하게 하는 입력 수단 및 출력 수단을 제공한다. 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)는 흐르는 재료의 특징, 이를테면, 예컨대, 위상차, 주파수, 시간 지연, 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 합계된 질량 흐름, 온도, 계측기 검증, 및 다른 정보를 측정한다. 더 구체적으로, 하나 또는 그 초과의 계측 전자장치(20)는, 예컨대, 픽오프들(105, 105') 및 하나 또는 그 초과의 온도 센서들(107), 이를테면, RTD(resistive temperature device)로부터 하나 또는 그 초과의 신호들을 수신하고, 흐르는 재료의 특징을 측정하기 위해 이 정보를 사용한다.

도 2는 종래기술의 연료 시스템(200)을 예시한다. 연료 시스템(200)은 통상의 해양 연료 시스템으로서 도시된다. 이는 단지 다중-유량계 시스템의 예이며, 청구항들 또는 명세서를 제한하는 역할을 하지 않을 것이다. 연료는 메인 탱크들(202, 204)에 저장된다. 실시예의 일 예에서, HFO(heavy fuel oil)는 제 1 메인 탱크(202)에 저장되고, MDO(marine diesel oil)는 제 2 메인 탱크(204)에 저장된다. 메인 탱크들(202, 204)은, 각각, 연료 라인들(203, 205)을 통해 데이 탱크(day tank)(206)로 공급된다. 이는 단지 일 예이며, 2개보다 더 많은 수의 메인 탱크들이 존재할 수 있거나 또는 단지 하나의 메인 탱크만이 존재할 수 있다는 것이 명백해야 한다. 데이 탱크(206)는 통상적으로, 안전 및 혼합의 목적들을 위해 제한된 양의 연료를 저장하도록 사이즈가 정해진다. 데이 탱크(206)는 화재 또는 폭발 위험을 최소화하기 위해서 선박의 기관실과 같은 영역에 너무 많은 연료가 저장되는 것을 방지한다. 화재가 발생할 경우, 제한된 연료 가용성은 화재-관련 사건들의 심각성을 낮추는 데 기여한다. 부가적으로, 데이 탱크(206)는, 엔진(208)에 제공되었지만 활용되지 않은 연료를 수용하며, 그에 따라, 리턴 연료가 리턴 연료 라인(207)을 통해 데이 탱크(206)로 다시 라우팅된다. 연료 시스템(200)은 단지 하나의 연료 출구(222) 및 2개의 유량계들(214, 216)만을 도시하지만, 일부 실시예들에서, 다수의 연료 출구들 및 2개보다 많은 수의 유량계들이 존재할 것이라는 것이 인지되어야 한다.

동작 동안, 연료는 통상적으로 데이 탱크(206)로부터 엔진(208) 또는 다른 연료 소비 디바이스로 재순환되고, 소비되지 않은 연료는 폐루프 회로(218)에서 데이 탱크(206)로 다시 흐른다. 데이 탱크(206)에 연료가 부족해지면, 메인 탱크(202, 204)로부터의 연료가 데이 탱크(206)를 보충한다. 펌프(210)는 데이 탱크(206)로부터 엔진(208)으로 그리고 그 역으로 연료를 펌핑하는 데 필요한 동작을 제공한다. 인라인 예열기(212)는 엔진(208)에 의해 연료가 활용되는 데 이상적인 온도로 연료를 가열한다. 예컨대, HFO의 동작 온도는 일반적으로 대략 120 내지 150℃인 반면, MDO는 이상적으로 약 30 내지 50℃이다. 특정 연료에 대한 적절한 온도는 연료의 점도가 제어될 수 있게 하고 이상적인 범위로 유지될 수 있게 한다. 연료의 동적 점도(kinematic viscosity)는 특정 온도에서의 유동성의 척도이다. 연료의 점도는 온도가 증가함에 따라 감소하기 때문에, 연료가 엔진의 연료 분사기들(도시되지 않음)을 떠나는 순간의 점도는 최적의 연료 분사 패턴을 생성하기 위해서는 엔진 제조자에 의해 지시된 범위 내에 있어야 한다. 규격들로부터 벗어나는 점도들은 표준 이하의 연소, 동력 손실 및 잠재적인 침전물 형성을 초래한다. 예열기(212)는, 사용되는 특정 연료에 대해 정확하게 설정될 경우, 최적의 점도가 획득되게 한다.

예컨대, 질량 유량 또는 밀도와 같은 흐름 파라미터들을 측정하기 위해, 인라인 유량계들이 활용된다. 공급-측 유량계(214)는 엔진(208)의 업스트림에 위치되는 반면, 리턴-측 유량계(216)는 엔진(208)의 다운스트림에 위치된다. 엔진(208)은 공통 연료 레일 시스템(도시되지 않음)에서 엔진에 제공된 연료 모두를 사용하지 않기 때문에, 데이 탱크(206) 및 폐루프 회로(218)를 통해 과도한 연료가 재순환된다. 그러므로, 단일 유량계로는 특히 엔진 연료 소비와 관련하여 정확한 흐름 측정들을 제공하지 못할 것이며, 따라서 (각각, 엔진(208)의 업스트림 및 다운스트림에) 공급(214) 및 리턴(216) 유량계들 둘 모두를 필요로 한다. 유량계들(214, 216)에 의해 측정된 유량들의 차는 엔진(208)에 의해 소비되는 연료의 유량과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 유량계들(214, 216) 사이에서 측정된 유량들의 차는 도 2에 도시된 구성과 유사한 대부분의 애플리케이션들에서 주요한 관심 값이다. 공통 레일 연료 시스템은 단지 예로서 작용하고, 청구된 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것이 주목되어야 한다. 연료가 리턴 및/또는 재순환되는 다른 연료 시스템들이 고려된다.

대형 엔진들을 동작시킬 때, 시스템의 입구 및 출구 컨디션을 파악하는 것은 효율성 및 성능에 중요하다. 도 2에 예시된 것과 같은 대부분의 엔진 시스템들은, 연료가 엔진, 이를테면, 예열기(212)에 진입하기 전에, 연료를 특정 점도, 온도, 및 농도(consistency)로 준비하기 위해 사용되는 연료 컨디셔닝 시스템을 갖는다. 정확한 연료 컨디션을 갖는 것은 엔진의 성능에 크게 영향을 줄 수 있다. 예열기(212)의 다운스트림의 점도계(213)는 연료 점도를 측정하며, 일부 실시예들에서는 연료가 미리 결정된 점도 범위 이내로 유지되도록 예열기 온도를 조정하기 위해 예열기(212)와 통신할 수 있다.

계측 전자장치(20)는 인터페이스, 디지타이저, 프로세싱 시스템, 내부 메모리, 외부 메모리, 및 저장 시스템을 포함할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 구동 신호를 생성하고 구동 신호를 구동기(104)에 공급할 수 있다. 부가하여, 계측 전자장치(20)는 픽오프/속도 센서 신호들, 스트레인 신호들, 광학 신호들, 온도 신호들 또는 당해 기술분야에 알려진 임의의 다른 신호들과 같은 센서 신호들을 유량계들(214, 216)로부터 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 신호들은 픽오프들(105, 105')로부터 수신될 수 있다. 계측 전자장치(20)는 밀도계로서 동작할 수 있거나 또는 코리올리 유량계로서 동작하는 것을 비롯하여 질량 유량계로서 동작할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 또한 일부 다른 타입의 센서 어셈블리로서 동작할 수 있으며 제공된 특정 예들은 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다는 것이 인지되어야 한다. 계측 전자장치(20)는, 흐름 도관들(103, 103')을 통해 흐르는 재료의 흐름 특징들을 획득하기 위해 센서 신호들을 프로세싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계측 전자장치(20)는, 예컨대 하나 또는 그 초과의 RTD 센서들 또는 다른 온도 센서들(107)로부터 온도 신호를 수신할 수 있다.

계측 전자장치(20)는, 리드들(110, 111, 111')을 통해, 구동기(104) 또는 픽오프들(105, 105')로부터 센서 신호들을 수신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 임의의 필요한 또는 바람직한 신호 컨디셔닝, 이를테면, 임의의 방식의 포맷팅, 증폭, 버퍼링 등을 수행할 수 있다. 대안적으로, 신호 컨디셔닝의 일부 또는 전부는 프로세싱 시스템에서 수행될 수 있다. 부가하여, 인터페이스(220)는, 계측 전자장치(20)와 외부 디바이스들 및 부가적인 계측 전자장치(20) 사이의 통신들을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스는 임의의 방식의 전자, 광학, 또는 무선 통신을 할 수 있다.

일 실시예의 계측 전자장치(20)는 디지타이저를 포함할 수 있고, 센서 신호는 아날로그 센서 신호를 포함한다. 디지타이저는 아날로그 센서 신호를 샘플링하고 디지타이징하여 디지털 센서 신호를 생성할 수 있다. 디지타이저는 또한, 임의의 필요한 데시메이션(decimation)을 수행할 수 있고, 필요한 신호 프로세싱의 양을 감소시키고 프로세싱 시간을 감소시키기 위해서 디지털 센서 신호가 데시메이팅된다.

계측 전자장치(20)는 프로세싱 시스템을 포함할 수 있으며, 프로세싱 시스템은 계측 전자장치(20)의 동작들을 실시하고 센서 어셈블리(10)로부터의 흐름 측정들을 프로세싱할 수 있다. 프로세싱 시스템은 하나 또는 그 초과의 흐름 측정들을 생성하기 위해, 예컨대 제로 소비 캡처 루틴(zero consumption capture routine), 디퍼렌셜 제로 결정 루틴(differential zero determination routine), 일반 동작 루틴, 및 연료 타입 신호 루틴과 같은 하나 또는 그 초과의 프로세싱 루틴들을 실행하고, 그에 따라, 흐름 측정들을 프로세싱할 수 있다.

프로세싱 시스템은 범용 컴퓨터, 마이크로-프로세싱 시스템, 로직 회로, 또는 일부 다른 범용 또는 맞춤형 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템은 다수의 프로세싱 디바이스들 사이에 분포될 수 있다. 프로세싱 시스템은 임의의 방식의 일체형 또는 독립형 전자 저장 매체를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템은, 특히 구동 신호를 생성하기 위해 센서 신호들을 프로세싱한다. 구동 신호는 연관된 도관(들), 이를테면, 도 1의 도관들(103, 103')을 진동시키기 위해 구동기(104)에 공급된다.

계측 전자장치(20)는 당해 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 다양한 다른 컴포넌트들 및 기능들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 추가 피처들은 간결함을 위해 설명 및 도면들로부터 생략되었다. 그러므로, 본 발명은 도시되고 논의되는 특정 실시예들로 제한되지 않아야 한다.

프로세싱 시스템이, 예컨대 질량 유량 또는 체적 유량과 같은 다양한 흐름 특징들을 생성하기 때문에, 에러는, 진동 유량계의 제로 오프셋 그리고 더 구체적으로는 진동 유량계의 제로 오프셋에서의 드리프트 또는 변화로 인해 생성된 유량과 연관될 수 있다. 제로 오프셋은, 하나 또는 그 초과의 동작 컨디션들 ― 특히 진동 유량계의 온도 ― 의 변화를 포함하는 다수의 팩터들로 인해, 초기에 계산된 값으로부터 벗어나 드리프트할 수 있다. 온도 변화는 유체 온도, 주변 온도, 또는 둘 모두의 변화로 인한 것일 수 있다. 연료 시스템(200)에서, 예열기(212)는 유량계들(214, 216)이 경험하는 유체의 온도를 주로 담당한다. 온도의 변화는 초기 제로 오프셋의 결정 동안 센서의 기준 또는 캘리브레이션 온도로부터 벗어날 가능성이 있을 것이다. 실시예에 따르면, 계측 전자장치(20)는 이러한 드리프트를 정정할 수 있다.

아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라 최적의 디퍼렌셜 유량계 시스템 정확도를 계산하기 위한 시스템들 및 방법들의 실시예들은 컴퓨팅 디바이스(300)와 함께 구현하기에 특히 적합하다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 정보를 프로세싱하기 위한 컴퓨팅 디바이스(300)의 단순화된 도면이다. 이 도면은 단지 일 예이며, 본원의 청구항들의 범위를 제한하지 않아야 한다. 당업자는 많은 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인지할 것이다. 본 발명에 따른 실시예들은 브라우저와 같은 단일 애플리케이션 프로그램으로 구현될 수 있거나, 클라이언트 서버/관계의 원격 단말, 개인 컴퓨터, 또는 워크스테이션과 같은 분산형 컴퓨팅 환경에서 다수의 프로그램들로서 구현될 수 있다. 실시예들은 또한, 예컨대 제한 없이, 독립형 디바이스들, 이를테면, 랩톱 컴퓨터들, 태블릿 컴퓨팅 디바이스들, 스마트폰들, 전용 컴퓨팅 하드웨어, 및 계측 전자장치(20)로서 구현될 수 있다.

도 3은 디스플레이 디바이스(302), 키보드(304), 및 트랙-패드(306)를 포함하는 컴퓨팅 디바이스(300)를 도시한다. 트랙패드(306) 및 키보드(304)는 입력 디바이스들의 대표적 예들이며, 터치 스크린, 마우스, 롤러 볼, 바코드 스캐너, 마이크로폰 등과 같은 임의의 입력 디바이스일 수 있다. 트랙패드(306)는 디스플레이 디바이스(302) 상에 디스플레이되는 그래픽 사용자 인터페이스 디바이스(GUI) 상의 아이템들의 선택을 위해 이웃하는 버튼들(308)을 갖는다. 도 3은 본 발명을 구현하기 위한 단지 하나의 타입의 시스템을 대표한다. 많은 시스템 타입들 및 구성들이 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다는 것이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 시스템은 윈도우즈(Windows), Mac OS, BSD, 유닉스(UNIX), 리눅스(Linux), 안드로이드(Android), iOS 등과 같은 운영 시스템을 포함한다. 그러나, 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 당업자들에 의해 다른 운영 시스템들 및 아키텍처들에 용이하게 적응된다.

컴퓨팅 디바이스는 중앙 프로세싱 유닛, 코-프로세서, 비디오 프로세서, 입력/출력(I/O) 인터페이스들, 네트워크 및 통신 인터페이스들, 디스크 드라이브들, 저장 디바이스들 등과 같은 컴퓨터 컴포넌트들을 포함하는 하우징(310)을 포함할 수 있다. 저장 디바이스들은 광학 드라이브들/매체들, 자기 드라이브들/매체들, 고체-상태 메모리, 휘발성 메모리, 네트워킹된 저장소, 클라우드 저장소 등을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). I/O 인터페이스들은 직렬 포트들, 병렬 포트들, USB 포트들, IEEE 1394 포트들 등을 포함한다. I/O 인터페이스들은 프린터들, 스캐너들, 모뎀들, 로컬 영역 네트워크들, 광역 네트워크들, 가상 개인 네트워크들, 외부 저장소 및 메모리, 부가적인 컴퓨팅 디바이스들(300), 유량계들(5) 등과 같은 주변기기들과 통신한다. 당업자는 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인지할 것이다.

위의 시스템 컴포넌트들은 서로 통신하고, 시스템 메모리 또는 저장 디바이스들로부터의 명령들의 실행뿐만 아니라 컴퓨터 서브시스템들 사이의 정보의 교환을 제어할 수 있다. 서브시스템들 및 상호연결들의 다른 어레인지먼트들이 당업자들에 의해 용이하게 달성가능하다.

도 4는 실시예에 따른 디퍼렌셜 유량계 시스템에 대한 최적의 동작 파라미터들을 결정하기 위한 컴퓨터-기반 시스템(400)의 실시예의 개요도이다. 시스템(400)의 일부 실시예들은 하드웨어 규격들(404) 및 시스템 파라미터들(406)을 포함하는 데이터의 형태의 입력들(402)을 프로세싱할 수 있다. 입력들(402)은 시스템 로직(408)에 의해 프로세싱되어, 예컨대 시스템 정확도(412) 및 온도-정정된 시스템 정확도(414)를 포함하는 출력들(410)을 생성한다.

시스템 로직(408)은 입력들(402)을 프로세싱하지만, 프로세싱이 발생하기 전에, 입력들을 제약하는 역할을 하는 임의의 수의 호환성 규칙들(407)이 존재할 수 있어서, 적합한 입력들이 수신되고 적합한 출력들이 생성된다. 시스템 파라미터들(406) 및 하드웨어 규격들(404)이 컴퓨팅 디바이스에 입력될 때, 호환성 규칙들(407)은 입력들(402)이 미리 정의된 규칙들과 호환가능하다는 것을 검증한다. 이는, 특정 연료 시스템(200)에 대해 선택된 하드웨어가 적절하게/효율적으로 기능하고 그리고 어떠한 위험한 또는 고유의 부정확한 연료 시스템 구성들도 생성하지 않을 것이라는 것을 보장한다. 다른 규칙들은 상대적 유량계 사이징에 대한 제한들을 포함한다. 예컨대, 실시예에서, 리턴 유량계(216)는 공급 유량계(214)보다 더 클 수 없다. 실시예에서, 리턴 유량은 공급 유량보다 더 큰 값일 수 없다. 실시예에서, 연료 시스템(200)의 경우, 입구 온도(604)는 출구 온도(606)보다 더 높을 수 없다. 실시예에서, 유체 밀도(602)는 선택된 유량계를 통과하도록 허용된 유체의 밀도를 초과할 수 없다. 이들은 이용될 수 있는 규칙들의 단지 예들이며, 다른 규칙들이 본 명세서 및 청구항들의 범위 내에 있을 것으로 고려된다. 실시예에서, 일부 규칙들은 절대적인 것은 아니지만 잠재적인 문제들을 표시하기 위해 플래그들 또는 경고들을 제공하는 역할을 한다. 이들 규칙들은 단순히 잠재적 비호환성들을 경고할 수 있지만, 시스템(400)이 이러한 입력들(402)을 프로세싱하도록 여전히 허용할 것이다.

시스템 로직(408)은 입력들(402)을 프로세싱하며, 일 실시예에서는 임의의 연관된 팩터들을 프로세싱한다. 연관된 팩터들은 입력들과 관련되는 기계-판독가능 형태의 다른 데이터 소스들을 포함하며, 이는 입력들, 상수들, 중간 값들 등의 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 생성될 수 있다. 시스템 로직(408)은 입력들(402) 및 임의의 연관된 팩터들을 활용하여 일련의 단계들, 알고리즘들, 및/또는 수학식들을 실행한다. 일 실시예에서, 컴퓨터-판독가능 저장 매체 상에 존재하는 코드는, 프로세서로 하여금 입력들(402)을 수신하고 그리고 출력들(410)을 생성하도록 명령할 수 있다. 도 4에 표시된 바와 같이, 코드는, 시스템 로직(408)을 통해 입력들(402)을 프로세싱하고 그리고 시스템 정확도(412, 414)의 실시예들과 같은 출력들(410)을 계산하도록 프로세서에 지시할 수 있다.

도 5는 시스템(400)에 대한 입력들(402)의 역할을 하는 하드웨어 규격들(404)을 예시하는 도면이다. 하드웨어 규격들(404)은 특정 시스템에서 이용되는 유량계들과 관련된 팩터들/변수들이다. 제공된 예에서, 2개의 유량계들이 활용되므로, 하드웨어 규격들(404)은 공급 유량계 팩터들(500) 및 리턴 유량계 팩터들(502)을 포함한다. 이러한 팩터들은 모델(504), 각각의 계측기의 기본 정확도(506), 각각의 계측기의 제로 오프셋(508), 각각의 계측기의 온도 드리프트(510), 및 각각의 계측기의 최대 유량(512)을 포함한다. 이들 팩터들 중 어떠한 것도 공급 유량계(214)와 리턴 유량계(216) 사이에서 동일하거나 상이할 필요가 없다는 것을 주목한다. 모델(504)은 연관된 속성들의 특정 세트를 갖는 특정 유량계에 대한 식별자이다. 예컨대, 제한 없이, "마이크로 모션 F025(Micro Motion F025)" 유량계는,

내지

의 라인 사이즈를 수용할 수 있고 그리고 100 lb/min의 유체 흐름을 수신할 수 있는 코리올리 질량 유량계이다. 예로서, 이 특정 모델과 연관된 다른 품질들이 표 1에 도시된다:

유량계들(214, 216)의 기본 정확도(506)는 애플리케이션에서 사용되는 특정 유량계와 연관된 에러 레이트이다. 기본 정확도(506)는 통상적으로 특정된 사용자 옵션이며, 계측기를 통과하는 특정 유체, 측정된 특정 흐름 메트릭, 및 유량계에 고유한 정확도의 레벨에 따라, 예컨대 유량의 대략 0.05% 내지 0.5% 범위의 에러일 수 있다.

제로 오프셋(508) 또는 제로 안정성(zero stability)은, 도관들(103, 103’)을 통해 제로 흐름이 존재할 때, 유량계에 의해 등록된 흐름을 표시하기 위해 lbs/min의 단위들로 바람직하게 측정되는 메트릭이다. 일반적으로, 유량계(5)는 제로 오프셋 수치(zero offset figure)를 생성하도록 공장에서 초기에 캘리브레이팅된다. 사용 시에, 통상적으로 흐름 캘리브레이션 팩터에 픽오프들에 의해 측정된 시간 지연을 승산하고 제로 오프셋(508)을 빼서, 질량 유량을 생성한다. 대부분의 상황들에서, 유량계(5)는 초기에 캘리브레이팅되고, 후속 캘리브레이션들의 필요없이 정확한 측정들을 제공하는 것으로 가정한다. 이 초기에-결정된 제로 오프셋(508)은 다수의 환경들에서 측정들을 적절히 정정할 수 있지만, 제로 오프셋(508)은 온도를 포함한 다양한 동작 컨디션들의 변화들로 인해 시간에 따라 변경될 수 있어서, 단지 부분적인 정정들만을 초래할 수 있다. 그러나, 압력, 유체 밀도, 센서 장착 컨디션들 등을 비롯한 다른 동작 컨디션들이 또한 제로 오프셋(508)에 영향을 줄 수 있다. 또한, 제로 오프셋(508)은 하나의 계측기에서 다른 계측기로 상이한 레이트로 변경될 수 있다. 이는, 하나보다 많은 수의 계측기들이 직렬로 연결되어 있어서, 동일한 유체 흐름이 측정되는 경우에 계측기들 각각이 동일한 값을 판독해야 하는 상황들에서 특히 관심이 있을 수 있다. 실시예에서, 제로 오프셋(508)은 고정된 값이다. 다른 실시예에서, 복수의 제로 오프셋들(508)이 메모리에 저장되고, 적합한 제로 오프셋(508)이 프로세스 온도, 유량계들(214, 216) 사이의 온도 차, 압력, 유체 밀도, 및/또는 센서 장착 컨디션들에 기반하는 계산들에 적용된다.

온도 드리프트(510)는, 유량계가, 공장 제로 캘리브레이션(factory zero calibration)이 발생한 온도로부터 벗어날 때 발생하는 알려진 정확도 드리프트의 레이트이다. 온도 드리프트(510)는 특정 유량계의 최대 유량(512)의 퍼센티지로서 측정된다. 최대 유량(512)은 단순히, 특정 유량계가 정확하게 측정할 수 있는 최대 유량이다.

도 6은 시스템(400)에 대한 입력들(402)의 역할을 하는 시스템 파라미터들(406)을 예시하는 도면이다. 시스템 파라미터들(406)은, 유량계들이 통합될 시스템(400)과 관련된 팩터들/변수들이다. 제공된 예에서, 엔진(208)의 업스트림에 놓인 공급 유량계(214)로 지칭되는 유량계뿐만 아니라 엔진(208)의 다운스트림에 놓인 리턴 유량계(216)로 지칭되는 유량계인 2개의 유량계들이 활용된다. 제로 캘리브레이션 온도(600)는, 각각의 유량계(214, 216)가 최종 사용자 또는 공장에 의해 캘리브레이팅된 온도이다. 유체 밀도(602)는, 연료 시스템(200)에 의해 활용되고, 바람직하게는 g/cc로 측정되는 유체의 밀도이다. 실시예에서, 활용되는 연료의 타입 및 프로세스 온도를 간단히 입력하는 것은, 관련 연료 데이터를 포함하는 룩업 테이블에 액세스함으로써 유체 밀도(602)를 계산할 것이다. 실시예에서, 사용자는 유체 밀도(602)를 수동으로 입력할 수 있다. 입구 온도(604)는 공급 유량계(214)에 진입하기 직전의 유체의 알려진 온도인 반면, 출구 온도(606)는 리턴 유량계(216)에 진입하기 직전의 유체의 온도이다. 이들 온도들은, 예컨대 유량계 온도 또는 계측 전자장치 온도에 대응할 수 있다. 마지막으로, 변환 팩터들(608)은 시스템(400)의 알고리즘들 또는 수학식들에 의해 활용되는 임의의 팩터들 또는 상수들을 나타낸다. 변환 팩터들(608)의 일부 예들은, 제한 없이, 메트릭 값들을 미국 단위 체계(United States customary units)로 변환하거나 적응시키고 그리고/또는 미국 단위 체계를 메트릭 값들로 변환하거나 적응시키는 상수들을 포함한다.

시스템 로직(408)은, 시스템 정확도(412, 414)와 같은 출력들(410)을 생성하기 위해, 입력들(402) 및 임의의 연관된 팩터들을 활용하여 임의의 일련의 단계들, 알고리즘들 및/또는 수학식들을 컴퓨팅하고, 실행가능한 것들을 수행한다. 실시예에서, 시스템 로직(408)은 공급 유량계 불확실성을 계산한다. 실시예에 따르면, 공급 유량계 불확실성은 수학식(1))에 따라 계산된다:

여기서:

= 공급 유량계 불확실성

= 공급 유량계의 온도 드리프트

= 최대 공급 유량계 유량

= 입구 온도

= 제로 캘리브레이션 온도

= 공급 유량계의 제로 오프셋

= 공급 유량계의 기본 정확도

= 공급 유량 변환 팩터

위에서 주목된 바와 같은 온도 드리프트(510), 최대 공급 유량계 유량(512), 공급 유량계의 제로 오프셋(508), 및 공급 유량계의 기본 정확도(506)는 시스템(400)에 입력되는 공급 유량계 팩터들(500)이다. 입구 온도(604)는 시스템(400)에 입력되는 시스템 파라미터(406)이다. 공급 유량 변환 팩터는 변환 팩터(608)이다.

유사하게, 일 실시예에서, 리턴 유량계 불확실성은 수학식(2)에 따라 시스템 로직(408)에서 계산된다:

여기서:

= 리턴 유량계 불확실성

= 리턴 유량계의 온도 드리프트

= 최대 리턴 유량계 유량

= 출구 온도

= 제로 캘리브레이션 온도

= 리턴 유량계의 제로 오프셋

= 리턴 유량계의 기본 정확도

= 리턴 유량 변환 팩터

실시예에 따르면, 시스템 정확도(412)는 수학식(3)에 따라 시스템 로직(408)에서 계산된다. 이 실시예는 공장 제로잉(factory zeroing)에 의존하는 총 디퍼렌셜 측정들에서의 불확실성을 반영한다.

여기서:

= 공장 제로(factory zero)를 이용하여 계산된 총 디퍼렌셜 측정 정확도

실시예에 따르면, 온도-정정된 시스템 정확도(414)는 수학식(4)에 따라 시스템 로직(408)에서 계산된다. 이 실시예는 프로세스 온도에서의 제로잉(zeroing)에 의존하는 총 디퍼렌셜 측정들에서의 불확실성을 반영한다.

여기서:

= 프로세스 온도에서 계산된 총 디퍼렌셜 측정 정확도

= 공급 유량계의 제로 안정성

= 공급 유량계의 기본 정확도

= 공급 유량 변환 팩터

= 리턴 유량계의 제로 오프셋

= 리턴 유량계의 기본 정확도

= 리턴 유량 변환 팩터

= 연료 소비 변환 팩터

수학식(3) 및 수학식(4)은 직렬의 2개의 유량계들을 갖는 다중-유량계 시스템의 정확도를 계산하는 데 사용되는 예들로서의 역할을 할 뿐이며, 어떠한 방식으로도 청구항들 또는 명세서를 제한하지 않을 것이다. 대안적인 수학식들 및 알고리즘들이 고려된다. 하나의 이러한 대안적 예는 수학식(5)에 의해 구현되며, 여기서 디퍼렌셜 계측기 정확도는 제곱합근(root sum square) 분석을 사용하여 시스템 로직(408)에 의해 결정된다:

여기서:

= 제곱합근에 의한 정확도

= 엔진 전의 유량

= 엔진 후의 유량

= 공급 유량계의 기본 정확도

= 리턴 유량계의 기본 정확도

도 7은 예컨대 유체 소비와 같은 디퍼렌셜 측정을 제공하도록 설계된 적어도 2개의 유량계들을 갖는 유체 소비 시스템을 구성하는 방법의 실시예를 예시하는 흐름도이다. 제 1 단계는 데이터를 컴퓨팅 디바이스(300)에 입력하는 단계를 포함한다. 특히, 단계(700)에서, 공급 유량계(214)와 관련된 하드웨어 규격들(404)이 컴퓨팅 디바이스(300)에 입력된다. 유사하게, 단계(702)에서, 리턴 유량계(216)와 관련된 하드웨어 규격들(404)이 컴퓨팅 디바이스(300)에 입력된다. 위에서 주목된 바와 같이, 하드웨어 규격들은 적어도 모델(504), 각각의 계측기의 기본 정확도(506), 각각의 계측기의 제로 오프셋(508), 각각의 계측기의 온도 드리프트(510), 및 각각의 계측기의 최대 유량(512)과 같은 팩터들을 포함할 수 있다. 단계들(700 및 702)에서 다른 규격들이 또한 입력될 수 있으며, 리스트된 것들은 제한 없이, 잠재적 규격들의 단지 예들로서의 역할만을 한다.

단계(704)에서, 시스템 파라미터들(406)이 컴퓨팅 디바이스(300)에 입력된다. 이러한 파라미터들은 제로 캘리브레이션 온도(600), 유체 밀도(602), 리턴 유량계(216)에 진입하기 직전의 유체의 온도인 입구 온도(604), 출구 온도(606), 및 임의의 변환 팩터들(608)을 포함한다. 단계(704)에서 다른 시스템 파라미터들(406)이 또한 입력될 수 있으며, 리스트된 것들은 제한 없이, 잠재적 입력들의 단지 예들로서의 역할만을 한다. 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(300)는 단계(704)에서 입력된 시스템 파라미터들에 기반하여 특정 유량계 모델들 또는 규격들을 계산 및 권고한다. 이 실시예에서, 단계(704)는 단계들(700 및 702) 전에 수행되고, 유량계 하드웨어 규격들(404)은 컴퓨팅 디바이스에 의해 생성 및 제안된다. 일 실시예에서, 이들 제안된 하드웨어 규격들(404)은 컴퓨팅 디바이스(300)에 자동적으로 입력된다.

예컨대, 다수의 규칙들이 시스템에 존재하고, 메모리 또는 컴퓨터-판독가능 매체들에 저장될 수 있다. 이러한 규칙들은, 적합한 입력들이 수신되고 적합한 출력들이 생성되도록, 입력들 및 출력들을 제약하는 역할을 한다. 예컨대, 200 lb/min의 공급 유량계(214)로의 유체의 최대 질량 흐름을 갖는 연료 시스템(200)은 단지 100 lb/min의 최대 유량을 갖는 공급 유량계(214)와 호환가능하지 않을 것이다. 그러므로, 단계들(700, 702 및 704)에서 시스템 파라미터들(406) 및 하드웨어 규격들(404)이 컴퓨팅 디바이스에 입력될 때, 다음 단계, 즉, 단계(706)는 입력들(402)이, 미리 정의된 규칙들과 호환가능하다는 것을 검증한다. 따라서, 위의 예에서, 연료 시스템(200)은, 선택된 공급 유량계(214)의 용량을 초과하는 흐름을 가지므로, 단계(707)에서 통지가 생성된다. 통지가 생성된 후에, 시스템(400)은 호환가능하지 않은 입력을 재입력하도록 사용자에게 프롬프트한다. 이들 단계들(706, 707)은, 특정 연료 시스템(200)에 대해 선택된 하드웨어가 적절하게/효율적으로 기능하고 그리고 어떠한 위험한 또는 고유의 부정확한 연료 시스템 구성들도 생성하지 않을 것이라는 것을 보장한다. 다른 규칙들은 상대적 유량계 사이징에 대한 제한들을 포함한다. 실시예에서, 리턴 유량계(216)는 공급 유량계(214)보다 더 클 수 없다. 실시예에서, 리턴 유량은 공급 유량보다 더 큰 값일 수 없다. 실시예에서, 연료 시스템(200)의 경우, 입구 온도(604)는 출구 온도(606)보다 더 높을 수 없다. 실시예에서, 유체 밀도(602)는 선택된 유량계를 통과하도록 허용된 유체의 밀도를 초과할 수 없다. 이들은 단계(706)에서 체크되는 규칙들의 단지 예들이며, 다른 규칙들이 본 명세서 및 청구항들의 범위 내에 있을 것으로 고려된다. 실시예에서, 일부 규칙들은 절대적인 것은 아니지만 잠재적인 문제들을 표시하기 위해 플래그들 또는 경고들을 제공하는 역할을 한다. 이들 규칙들은 단순히 잠재적 비호환성들을 경고할 수 있지만, 시스템(400)이 이러한 입력들(402)을 프로세싱하도록 여전히 허용할 것이다.

입력들(402)이 서로 그리고 임의의 다른 제약들과 호환가능한 경우, 시스템 로직(408)은 단계(708)에서 시스템 정확도(412, 414)와 같은 출력들(410)을 계산한다. 이 단계에서, 시스템 로직(408)은 임의의 수의 중간 값들 또는 최종 출력 값들을 계산하기 위해 임의의 입력들, 저장된 정보, 및/또는 상수들을 사용할 수 있다. 중간 값의 예는 공급 유량계 불확실성이다. 실시예에서, 공급 유량계 불확실성은 수학식(1):

에 따라 계산된다. 중간 값의 다른 예는 리턴 유량계 불확실성이다. 출력들, 이를테면, 시스템 정확도(412), 온도-정정된 시스템 정확도(414), 및 제곱합근(root sum square)에 의한 정확도가 시스템 로직(408)에 의해 이 단계에서 또한 계산된다. 실시예에서, 시스템 정확도(412), 온도-정정된 시스템 정확도(414), 및 제곱합근에 의한 정확도는 수학식(3), 수학식(4), 및 수학식(5)을 사용하여 각각 계산된다.

단계(710)에서, 시스템 정확도(412, 414)는 임의의 다른 출력(410)과 함께, 메모리 또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체들에 저장된다. 그 후에, 이들 값들은 단계(712)에서 출력될 수 있다. 출력은 일반적으로, 예컨대, 계산된 값들이 디스플레이 디바이스(302)를 통해 사용자에게 통지되거나 또는 계산된 값들을 프린터와 같은 주변기기가 프린트하거나 또는 계산된 값들이 사용자에게 이메일로 보내지는 것을 의미한다.

위에서 설명된 바와 같은 본 발명은 코리올리 유량계와 같은 계측기들을 이용하는 다수의 진동 유량계 시스템들에서 정확도를 계산하기 위한 다양한 방법들을 제공한다. 위에서 설명된 다양한 실시예들이 유량계들, 특히 코리올리 유량계들에 관한 것이지만, 본 발명은 코리올리 유량계들로 제한되지 않아야 하며, 오히려 본원에서 설명된 방법들은 다른 타입들의 유량계들, 또는 코리올리 유량계들의 측정 능력들 중 일부가 없는 다른 진동 센서들과 함께 활용될 수 있다는 것이 인지되어야 한다.

위의 실시예들의 상세한 설명들은, 본 발명자들에 의해 본 발명의 범위 내에 있도록 고려되는 모든 실시예들의 완전한 설명들은 아니다. 실제로, 당업자들은, 위에서 설명된 실시예들의 특정 엘리먼트들이 다양하게 조합되거나 또는 제거되어 추가의 실시예들을 생성할 수 있고, 그러한 추가의 실시예들은 본 발명의 범위 및 교시들 내에 있다는 것을 인지할 것이다. 또한, 위에서 설명된 실시예들은, 본 발명의 범위 및 교시들 내에서 부가적인 실시예들을 생성하기 위해, 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 특정 실시예들 및 예들은 예시적인 목적들을 위해 본원에서 설명되었지만, 당업자들이 인지할 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다. 본원에서 제공되는 교시들은, 위에서 설명되고 첨부 도면들에서 도시되는 실시예들에 적용될 뿐만 아니라, 다른 진동 센서들에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하의 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims

시스템 정확도를 결정하기 위한 방법으로서,
공급 유량계(supply flowmeter)와 관련된 하드웨어 규격들을 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계;
리턴 유량계(return flowmeter)와 관련된 하드웨어 규격들을 상기 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계;
시스템 파라미터들을 상기 컴퓨팅 디바이스에 입력하는 단계;
시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계 ― 상기 시스템 로직은 상기 공급 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 상기 리턴 유량계와 관련된 하드웨어 규격들, 및 상기 시스템 파라미터들에 기반하는 입력들을 수신함 ―;
계산된 시스템 정확도를 컴퓨터-판독가능 저장 매체들에 저장하는 단계; 및
상기 계산된 시스템 정확도를 출력하는 단계를 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공급 유량계 및 상기 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 기본 정확도 값(base accuracy value)을 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공급 유량계 및 상기 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 제로 오프셋 값(zero offset value)을 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공급 유량계 및 상기 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 온도 드리프트 값(temperature drift value)을 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공급 유량계 및 상기 리턴 유량계 각각과 관련된 하드웨어 규격들은 최대 유량 값(maximum flow rate value)을 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 파라미터들은 제로 캘리브레이션 온도 값(zero calibration temperature value)을 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 파라미터들은 유체 밀도(fluid density)를 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 파라미터들은 입구 온도(inlet temperature) 및 출구 온도(outlet temperature)를 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계는,
공급 유량계 불확실성(
)을 계산하는 단계 ― 여기서
이고, 여기서,

는 공급 유량계의 온도 드리프트이고,

은 최대 공급 유량계 유량이고,

는 입구 온도이고,

는 제로 캘리브레이션 온도이고,

는 공급 유량계의 제로 오프셋이고,

는 공급 유량계의 기본 정확도이고, 그리고

는 공급 유량 변환 팩터임 ―;
리턴 유량계 불확실성(
)을 계산하는 단계 ― 여기서
이고, 여기서,

는 리턴 유량계의 온도 드리프트이고,

은 최대 리턴 유량계 유량이고,

는 출구 온도이고,

는 제로 캘리브레이션 온도이고,

는 리턴 유량계의 제로 오프셋이고,

는 리턴 유량계의 기본 정확도이고, 그리고

는 리턴 유량 변환 팩터임 ― 를 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계는,
총 디퍼렌셜 측정 정확도(
)를 계산하는 단계를 포함하고, 여기서
인,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 시스템 로직을 이용하여 시스템 정확도를 계산하는 단계는,
프로세스 온도-정정된 시스템 정확도(
)를 계산하는 단계를 포함하고, 여기서
이고, 그리고 여기서
는 연료 소비 변환 팩터인,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
시스템 파라미터와 하드웨어 규격 중 적어도 하나가 적어도 하나의 미리 정의된 규칙과 호환가능하지 않은 경우, 통지를 제공하는 단계를 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
입력된 상기 시스템 파라미터들로부터 상기 공급 유량계와 관련된 제안된 하드웨어 규격들을 생성하는 단계; 및
입력된 상기 시스템 파라미터들로부터 상기 리턴 유량계와 관련된 제안된 하드웨어 규격들을 생성하는 단계를 포함하는,
시스템 정확도를 결정하기 위한 방법.
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400)으로서,
적어도 2개의 유량계들(214, 216);
적어도 하나의 입력(402)을 수신하고 그리고 적어도 하나의 출력(410)을 생성하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스(300) ― 상기 적어도 하나의 입력(402)은 적어도 하나의 유량계 하드웨어 규격(404) 및 적어도 하나의 시스템 파라미터(406)를 포함함 ―; 및
상기 적어도 하나의 출력(410)을 계산하도록 구성된 상기 컴퓨팅 디바이스(300)를 갖는 시스템 로직(408)을 포함하고,
상기 적어도 하나의 출력(410)은 시스템 정확도(412) 및 온도-정정된 시스템 정확도(414) 중 적어도 하나를 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하드웨어 규격(404)은 기본 정확도 값(506)을 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하드웨어 규격(404)은 제로 오프셋 값(508)을 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하드웨어 규격(404)은 온도 드리프트 값(510)을 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하드웨어 규격(404)은 최대 유량 값(512)을 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 시스템 파라미터(406)는 제로 캘리브레이션 온도 값(600)을 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 시스템 파라미터(406)는 유체 밀도(602)를 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 시스템 파라미터(406)는 입구 온도(604) 및 출구 온도(606)를 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
적어도 하나의 연료 시스템(200) 정확도 메트릭(412, 414)은 시스템 정확도(412)를 포함하는,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 시스템 정확도(412)는
를 포함하고, 여기서
이고, 그리고 여기서,

이고,

는 공급 유량계의 온도 드리프트이고,

은 최대 공급 유량계 유량이고,

는 입구 온도이고,

는 제로 캘리브레이션 온도이고,

는 공급 유량계의 제로 오프셋이고,

는 공급 유량계의 기본 정확도이고,

는 공급 유량 변환 팩터이고,

이고,

는 리턴 유량계의 온도 드리프트이고,

은 최대 리턴 유량계 유량이고,

는 출구 온도이고,

는 제로 캘리브레이션 온도이고,

는 리턴 유량계의 제로 오프셋이고,

는 리턴 유량계의 기본 정확도이고, 그리고

는 리턴 유량 변환 팩터인,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).
제 14 항에 있어서,
상기 온도-정정된 시스템 정확도(414)는
를 포함하고, 여기서
이고, 그리고 여기서,

는 공급 유량계의 제로 오프셋이고,

는 공급 유량계의 기본 정확도이고,

는 공급 유량 변환 팩터이고,

는 리턴 유량계의 제로 오프셋이고,

는 리턴 유량계의 기본 정확도이고,

는 리턴 유량 변환 팩터이고, 그리고

는 연료 소비 변환 팩터인,
계측 시스템을 구성하기 위한 시스템(400).