KR20230034387A - 진동계 q를 계산하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

진동계 q를 계산하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20230034387A
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조지 알렉산더 맥도날드
앤드류 에스. 크라비츠
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마이크로 모우션, 인코포레이티드
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Abstract

진동계(100)는 그 내부의 유체의 점도 및 밀도 중 적어도 하나를 결정하도록 작동가능하게 제공된다. 진동계(100)는 드라이버(112), 및 드라이버(112)에 의해 진동가능하고 그리고 유체와 접촉하도록 작동가능한 진동 요소(104)를 포함한다. 진동 센서(114)는 진동 요소(104)의 진동 응답을 검출하도록 구성된다. 계량 전자장치(118)는 여기 신호를 드라이버(112)로 전송하도록 그리고 진동 응답을 수신하도록 구성되고, 그리고 진동 응답의 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 측정하도록 추가적으로 구성된다. 제2 진동 응답 지점은 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나이다. 계량 전자장치(118)는 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 사용하여 진동 요소(104)의 Q를 계산하도록 추가적으로 구성된다.

Description

진동계 Q를 계산하기 위한 방법 및 장치
후술하는 실시예들은 진동계들(vibratory meters), 및 더 구체적으로는 밀도 및 점도계들에 관한 것이다.
밀도계들 및 점도계들을 포함하는 진동계들은 유체의 밀도 또는 점도를 측정하는 데 사용되는 중요한 공구들이다. 진동계들은 테스트 중인 유체에 노출되는 진동 요소, 예컨대 포크(fork), 실린더(cylinder), 또는 평면 공진기(planar resonator) 등을 포함할 수 있다. 진동계의 일 예는 기존의 파이프라인 또는 다른 구조물에 커플링되는 유입 단부 및 자유롭게 진동하는 유출 단부와 함께 장착되는 실린더 캔틸레버(cylinder cantilever)를 포함한다. 부재는 공진 시에 진동될 수 있으며, 그리고 공진 응답 주파수가 측정될 수 있다. 검사 중인 유체의 밀도는 진동 요소의 감소된 응답 주파수를 측정함으로써 결정될 수 있다. 주지된 원리들에 따르면, 진동 요소의 공진 주파수는, 도관에 접촉하는 유체의 밀도에 따라 반대로 변할 것이다.
점도는 유동 저항을 설명하는 유체 특성이다. 점도의 일반적인 정의는 유체의 내부 마찰의 척도이다. 특히, 이러한 내부 마찰은, 유체의 층이 다른 층에 대해 이동하게 될 때 명백해진다. 따라서, 점도는 종종, 이러한 재료의 다른 부분에 걸쳐 이동하는 재료의 하나의 부분에 의해 경험되는 저항으로서 설명된다. 점도는 석유 유체들, 예컨대, 연료들, 오일들, 및 윤활유들을 특성화하는 데 일반적으로 사용되며, 그리고 종종 석유 유체들은 석유 제품들의 거래 및 분류에서 특정된다. 예를 들어, 석유 제품들에 대한 동점도(kinematic viscosity)는, ASTM(American Society for Testing and Materials) D445 표준에 의해 설명되는 것과 같은 표준 방법에 의해 캐필러리 점도계(capillary viscometer)에서 일반적으로 측정된다. 이러한 측정들은, 고정된 양의 액체가 주어진 온도에서 반복가능한 힘 하에서 보정된 유리 캐필러리를 통해 중력 하에서 유동하는 시간을 측정하는 것을 포함한다. 캐필러리 튜브 점도계는 원칙적으로, 하겐-푸아즈유(Hagen-Poiseuille) 방정식에 의해 규정되었다. 뉴턴 유체에서, 전단 응력은 전단 속도에 비례하며, 그리고 비례 상수는 점도로 불린다.
진동 소리굽쇠들과 같은 기계적인 공진기들을 활용하는 계량기들은, 나비에 스톡스(Navier Stokes) 방정식과 뉴턴(Newton)의 운동 법칙의 균형을 맞추는 것에 의해 점도를 유도하여, 다음의 형태의 방정식을 산출할 수 있다:
Figure pct00001
여기서, μ는 유체 점도이며, 유체 밀도이며, ω0은 감쇄되지 않은 각도 공진 주파수(2πf0)이며, A는 진공에서의 공진기의 Q에 관한 상수이며, 그리고 B는 센서의 강성, 질량, 및 기하학적 형상에 관한 상수이다. Q는 오실레이터 또는 공진기가 얼마나 감쇄되지 않는지를 설명하는 무차원 매개변수이다.
밀도 및 공진 주파수는 다음과 같은 형태의 방정식에 의해 관련된다:
Figure pct00002
여기서 C 및 D는, 다음을 제공하는 공진기의 강성, 질량, 및 기하학적 형상과 관련된 상수들이다.
Figure pct00003
간소화를 위해, 공진 주파수는 감쇄되지 않은 공진 주파수인 f0와 동일한 것으로 간주될 수 있다. 많은 실제적인 적용들을 위해, 점도 센서는 현장에서 측정된 것들과 유사한 유체들 상에서 교정될 것이며, 그리고, 따라서, 주파수는 변하지 않을 것이어서, 주파수는 일정한 것으로 간주될 수 있으며, 그리고 따라서, 방정식은 다음과 유사한 형태를 취할 수 있다:
Figure pct00004
여기서, E는 본질적으로 센서의 강성, 질량, 및 기하학적 형상 및 공칭 공진 주파수에 기초하는 상수이다. 제공된 방정식들은 비제한적인 예들로서 제공된다.
액체 점도의 측정을 위해 진동 센서를 사용하는 원리는 주지되어 있다. 진동-요소 원리에 기초하는 마이크로 모션 FVM(Fork Viscosity Meter)이며, 이 원리에 의해 공진 특성들은 유체의 밀도 및 점도에 의해 영향을 받는다. FVM은 액체 점도를 결정하기 위해 이러한 작동 원리를 활용한다. 특히, 점도는 공진의 품질 인자(Q) 및 이에 따른 공진기의 감쇄를 측정함으로써 결정된다. 예를 들어, 제한 없이, 방정식 (5)는 점도를 결정하기 위한 하나의 가능한 방법을 설명한다:
점도 = V0 + V2/ Q2 (5)
여기서:
V0 및 V2는 보정 상수들이다.
Q는 도시되는 바와 같이, 공진 주파수를 대역폭으로 나눈 것으로서 측정될 수 있다:
Figure pct00005
여기서:
Figure pct00006
기하학적 Q는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00007
여기서:
TA는 선단 3dB 대역폭 측정 지점의 시점이다
TB는 말단 3dB 대역폭 측정 지점의 시점이다
도 1은 시간 기간에 대해 3dB 시간 지점들(TA 및 TB)을 그래픽으로 예시한다. 도 2는 주파수에 대해 3dB 시간 지점들(F1, F0, 및 F2)을 그래픽으로 예시한다.
선단 및 말단 3dB 지점들을 교번식으로 측정하는 방법의 하나의 단점은, 지점(B)에서의 측정이 지점(A)에서의 측정과 동시에 취해지지 않는다는 점이다. 따라서, 유체 밀도가 변하고 있다면, 잘못된 Q 측정들이 이루어진다. 이는 주파수에 대해 도 3에서 예시된다. F1이 홀수 샘플 번호들 상에서 업데이트되며 그리고 F2가 짝수 샘플 번호들 상에서 업데이트되는 것이 명백할 것이다. Q는 F1 및 F2의 가장 최근의 값을 사용하여 매 사이클마다 계산되어서, F1 또는 F2는 이전의(out of date) 하나의 사이클일 것이며, 그리고 이러한 경우에, 계산된 Q는 비록 대역폭 및 따라서 Q가 상대적으로 일정해야 하지만, 높게 그리고 낮게 진동할 것이다.
Q는 주파수 또는 시간 기간에서의 변화들에 매우 민감하며, 이는 개선된 방법에 대한 필요가 존재하는 이유이다. 예를 들어, 도 3을 다시 참조하면, 주파수는 명목상으로 1350Hz이고, 주파수에서의 변화는 샘플당 약 0.09Hz이다. 비록 주파수 드리프트는 매우 작지만, Q 측정 상의 결과적인 진동은 샘플당 1%이다(도 7 참조). 다시 말해, Q에 대한 효과가 기저 주파수 드리프트(drift)보다 >100배 더 크다. 이러한 드리프트는 유체 조성에서의 정상 변화의 결과일 수 있거나, 이 드리프트는 온도에서의 변화로부터 발생할 수 있다.
본 실시예들은, 심지어 유체 밀도가 변하고 있다하더라도, Q 측정이 훨씬 더 정확하도록 시간에서의 동일한 순간에 대응하는 F1 및 F2에 대한 판독들을 획득하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
그 내부의 유체의 점도 및 밀도 중 적어도 하나를 결정하도록 작동가능한 진동계가 실시예에 따라 제공된다. 진동계는 드라이버, 및 드라이버에 의해 진동가능하고 그리고 유체와 접촉하도록 작동가능한 진동 요소를 포함한다. 진동 센서는 진동 요소의 진동 응답을 검출하도록 구성된다. 계량 전자장치는, 여기 신호를 드라이버로 전송하고 그리고 진동 응답을 수신하도록 구성되고, 그리고, 제1 진동 응답 지점을 측정하고 그리고 진동 응답의 제2 진동 응답 지점을 계산하도록 추가적으로 구성되며, 상기 제2 응답 지점은, 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나이며, 그리고 계량 전자장치는, 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 사용하여 진동 요소의 Q를 계산하도록 추가적으로 구성된다.
진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법이 실시예에 따라 제공된다. 본 방법은 여기 신호를 드라이버로 전송하는 단계 및 드라이버로 진동 요소를 구동시키는 단계를 포함한다. 진동 요소의 진동들이 검출된다. 진동 응답의 제1 진동 응답 지점이 측정된다. 진동 응답의 제2 진동 응답 지점이 계산되며, 제2 진동 응답 지점은 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나이다. 진동 요소의 Q는 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 사용하여 계산된다.
양태들
일 양태에 따르면, 진동계는 그 내부의 유체의 점도 및 밀도 중 적어도 하나를 결정하도록 작동가능하다. 진동계는 드라이버, 및 드라이버에 의해 진동가능하고 그리고 유체와 접촉하도록 작동가능한 진동 요소를 포함한다. 진동 센서는 진동 요소의 진동 응답을 검출하도록 구성된다. 계량 전자장치는, 여기 신호를 드라이버로 전송하고 그리고 진동 응답을 수신하도록 구성되고, 그리고, 제1 진동 응답 지점을 측정하고 그리고 진동 응답의 제2 진동 응답 지점을 계산하도록 추가적으로 구성되며, 상기 제2 응답 지점은, 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나이며, 그리고 계량 전자장치는, 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 사용하여 진동 요소의 Q를 계산하도록 추가적으로 구성된다.
바람직하게는, 계량 전자장치는 Q를 사용하여 유체의 점도를 결정하도록 구성된다.
바람직하게는, 제1 진동 응답 지점은 선단 3dB 대역폭 측정 지점 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점 중 하나를 포함하며, 그리고 제2 진동 응답은 선단 3dB 대역폭 측정 지점 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점 중 하나를 포함하고, 그리고 제2 진동 응답 지점은 제1 진동 응답 지점과 상이하다.
바람직하게는, 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 주파수를 포함한다.
바람직하게는, 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 시간 기간을 포함한다.
바람직하게는, 진동 요소는 캔틸레버된다(cantilevered).
바람직하게는, 진동 응답의 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점은 시간에서의 동일한 순간에 대응한다.
바람직하게는, 다른 측정된 응답 지점들은 적어도 2개의 지점들을 포함한다.
양태에 따르면, 진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법이 제공된다. 본 방법은 여기 신호를 드라이버로 전송하는 단계 및 드라이버로 진동 요소를 구동시키는 단계를 포함한다. 진동 요소의 진동들이 검출된다. 진동 응답의 제1 진동 응답 지점이 측정된다. 진동 응답의 제2 진동 응답 지점이 계산되며, 제2 진동 응답 지점은 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나이다. 진동 요소의 Q는 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 사용하여 계산된다.
바람직하게는, 본 방법은 Q를 사용하여 유체의 점도를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 제1 진동 응답 지점은 선단 3dB 대역폭 측정 지점 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점 중 하나를 포함하며, 그리고 제2 진동 응답은 선단 3dB 대역폭 측정 지점 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점 중 하나를 포함하고, 그리고 제2 진동 응답 지점은 제1 진동 응답 지점과 상이하다.
바람직하게는, 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 주파수를 포함한다.
바람직하게는, 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 시간 기간을 포함한다.
바람직하게는, 진동 응답의 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점은 시간에서의 동일한 순간에 대응한다.
바람직하게는, 다른 측정된 응답 지점들은 적어도 2개의 지점들을 포함한다.
동일한 도면 부호는 모든 도면들 상에 동일한 요소를 나타낸다. 도면들이 반드시 실척대로 도시되지 않는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 시간 기간 항들에서 3dB 시간 지점들(TA 및 TB)을 예시한다.
도 2는 주파수 항들에서 3dB 시간 지점들(F1 및 F2)을 예시한다.
도 3은 Q 계산들에 관한 3dB 지점들의 종래 기술의 측정을 예시한다.
도 4는 진동계를 예시한다.
도 5는 실시예에 따른 Q 계산들에 관한 3dB 지점들의 측정을 예시한다.
도 6은 대안적인 실시예에 따른 Q 계산들에 관한 3dB 지점들의 측정을 예시한다.
도 7은 실시예들에 따라 시간에 따른 종래 기술의 측정된 Q 대 측정된 Q의 비교를 예시한다.
도 8은 실시예에 따른 계량 전자장치를 예시한다.
도 9는 실시예에 따라 Q를 계산하는 방법을 예시한다.
도 1 내지 도 9 및 다음의 설명은 진동계의 실시예들의 최상 모드를 만들고 사용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위해 특정 예들을 묘사한다. 본 발명의 원리들의 교시를 목적으로, 일부 종래의 양태들이 단순화되거나 생략되어 있다. 당업자는 본 설명의 범주 내에 속하는 이들 예들로부터의 변형들을 이해할 것이다. 당업자는 후술하는 특징들이 진동계의 다수의 변경예들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그 결과, 하기 설명된 실시예들은, 하기 설명된 특정 예시들로 제한되는 것이 아니라 청구항들 및 이들의 등가물들에 의해서만 제한된다.
제공되는 실시예들은 진동 부재들의 Q 측정들을 정확하게 계산하기 위한 밀도계들 및 점도계들, 및 관련 방법들에 관한 것이다. 특히, 선단 3dB 대역폭 측정 지점(TA) 및 말단 3dB 대역 폭 측정 지점(TB)에 대한 판독들은, 동일한 순간에 대응하는 Q 측정 계산들에서 활용되어서, 심지어 유체 밀도가 변하는 경우에도, Q 측정은 정확한 상태를 유지한다.
도 4는 진동계(100)를 묘사한다. 진동계(100)는, 예를 들어 액체 또는 가스와 같은 유체의 밀도 및/또는 점도를 측정하도록 구성될 수 있다. 진동계(100)는 하우징(102) 내에 적어도 부분적으로 위치되는 진동 요소(104)를 갖는 하우징(102)을 포함한다. 하우징(102)은, 진동 요소(104)가 진동함에 따라 유체 압력을 유지하는 것을 돕는다. 하우징(102)의 일부분이 절취된다. 예들에서, 진동계(100)는 기존의 파이프라인에 인라인(in-line)으로 배치될 수 있다. 그러나, 추가의 예들에서, 하우징(102)은 유체 샘플을 수용하기 위한 애퍼처들을 갖는 폐쇄 단부들을 포함할 수 있다. 많은 예들에서, 하우징(102) 또는 진동 요소(104)는 진동계(100)를 파이프라인 또는 유사한 유체 운반 디바이스에 유체-밀접(fluid-tight) 방식으로 작동가능하게 커플링하기 위한 플랜지들 또는 다른 부재들을 포함할 수 있다. 진동계(100)의 예에서, 진동 요소(104)는 제1 단부(106)에서 하우징(102)에 캔틸레버 장착된다(cantilever mounted). 진동 요소(104)는 제2 단부(108)에서 자유롭게 진동한다.
예시적인 진동계(100)는 침지형(immersive)이며, 이는 측정 중인 유체가 진동 요소(104) 주위에서 모두 발견되는 것을 의미한다. 진동 요소(104)는 튜브, 시트, 수정된 시트, 포크(예시된 바와 같음), 로드(rod), 또는 당 분야에서 공지된 임의의 다른 형상의 형태를 취할 수 있다. 진동 요소(104)는 하나의 단부들 또는 양자 모두에서 부착될 수 있고, 그리고 일부 실시예들에서, 예시된 것과 같은 캔틸레버될 수 있다. 도시된 예에 따라, 진동 요소(104)는 제1 단부(106) 근처에 복수의 유체 애퍼처들(미도시)을 포함할 수 있다. 유체 애퍼처들은, 진동계(100)에 진입하는 유체의 일부가 하우징(102)과 진동 요소(104) 사이에서 유동하는 것을 허용하도록 제공될 수 있다. 다른 예들에서, 애퍼처들은, 검사 동안 유체를 진동 요소(104)의 외부 표면에 노출시키기 위해 하우징(102)에 제공될 수 있다. 그러나, 추가의 예들에서, 유체는, 제1 단부(106)에 가까운 금속 가공물의 채널들을 통해 진동계에 진입할 수 있다.
실린더(116) 내에 위치결정되는 드라이버(112) 및 진동 센서(114)가 도 4에 추가적으로 도시된다. 드라이버(112) 및 진동 센서(114)는 코일들을 포함할 수 있지만, 피에조 센서들, 광학 센서들, 스트레인 게이지들 등과 같은 다른 구현예들이 또한 가능하다. 전기 전류가 코일에 제공된다면, 자기장은 진동 요소(104)에서 유도되며, 진동 요소(104)가 진동하는 것을 유발시킨다. 반대로, 진동 요소(104)의 진동은 진동 센서(114)에서 전압을 유도한다. 드라이브(112)는, 예를 들어 단순 굽힘, 비틀림, 반경방향 또는 커플링된 유형을 포함하는 복수의 진동 모드들로 진동 요소(104)를 이의 공진 주파수들 중 하나로 진동시키기 위해, 계량 전자장치(118)로부터 구동 신호를 수신한다. 진동 센서(114)는, 진동 요소(104)가 진동하고 있는 주파수를 포함하는, 진동 요소(104)의 진동을 검출하고, 그리고 처리를 위해 진동 정보를 계량 전자장치(118)로 전송한다. 진동 요소(104)가 진동함에 따라, 진동 요소의 벽에 접촉하는 유체, 및 실린더로부터 짧은 거리에 있는 유체는 진동 요소(104)와 함께 진동할 것이다. 진동 요소(104)에 접촉하는 유체의 부가된 질량은 공진 주파수를 낮춘다. 진동 요소(104)의 새로운, 보다 낮은 공진 주파수는 유체의 밀도를 결정하는 데 사용된다. 공진 응답 또는 품질 인자는 또한, 유체의 점도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 검사 중의 유체가 존재한다면, 진동 요소(104)의 Q는 유체 점도에 반비례하여 변할 것이다.
실시예들에서, 제1 주파수 응답 지점 및 제2 주파수 응답 지점은 Q 계산들에서의 사용을 위해 측정된다. 대안적으로, 제1 및 제2 시점들이 측정된다. 도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 실시예들에서, 선단 3dB 대역폭 측정 지점(F1) 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점(F2) 중 적어도 하나에 대한 진동 요소(104)의 주파수 응답의 판독들은 직선에 피팅하여, 2개의 값들이 동일한 시간 기간으로부터 사용되는 것이다. 이러한 값들은, 예시되는 바와 같이, 연속적이거나 비연속적일 수 있다. 이러한 판독들은 계량 전자장치(118)에 의해 계산된다. 시간 기간 또는 주파수가 3dB 대역폭 측정 지점들에 대해 활용될 수 있는 것이 유의되어야 한다.
도 5에서, F1 값이 실제 측정의 지점들 사이에서 보간되는 것이 예에 의해 예시된다. 이러한 경우에, 값은 샘플 번호들(4 및 6) 사이의 F2를 위해 보간된다. 시간에서의 이러한 지점이 F1이 측정되는 지점 ─ 즉, 샘플 5 ─ 과 대응하는 것이 명백할 것이다. 이러한 지점은 도 5에 도시된 화살표에 대응한다. 그 후, 보간된 F2 값은 Q를 계산하기 위해 F1 값 측정의 시간에 측정된 F1 값과 연계하여 활용된다. 이는 단지 예이며, 그리고 F1 값은 Q 계산들을 위해 활용되는 F2 측정과 함께 보간될 수 있는 것이 유의되어야 한다. 더욱이, 샘플 번호들은 또한 예시적인 예의 목적을 위해 단지 제공되며, 그리고 연속적인 또는 비연속적인 임의의 샘플 수가 사용될 수 있다.
이러한 접근법의 단점은, Q에 대한 계산들이 항상 실시간 측정에 뒤처진다는 점이다. 래그를 초래하지 않는 대안적인 방법은 도 6에서 예시된다. 이러한 실시예에서, 라인은 샘플 번호 2 및 샘플 번호 4에서의 연속적인 F2 측정들 사이에 피팅되고, 그리고 그 후 샘플 번호 5가 취해지는 시점으로 보외된다. 이러한 지점은 도 6에 도시된 화살표에 대응한다. 이는 단지 예이며, 그리고 F1 값은 Q 계산들을 위해 활용되는 F2 측정과 함께 보외될 수 있는 것이 다시 유의되어야 한다. 더욱이, 샘플 번호는 또한 예의 목적들을 위해 단지 제공되며, 그리고 연속적인 또는 비연속적인 임의의 샘플 수가 사용될 수 있다.
상기 예들에서, 단지 2개의 지점들이 보간되거나 보외된 값을 계산하기 위해 사용된다. 다수의 지점들, 평균들, 실행 평균들, 경사 방정식들 및 그 유사물, 및 이의 조합들은 또한, 보간된 그리고/또는 보외된 값들을 계산하기 위해 사용될 수 있다.
도 7은 시간에 걸쳐 계산된 Q 값들의 특성을 예시하며, 여기서 밀도는 종래 기술 디바이스들에 의해 채택되는 오프셋된 3dB 대역폭 측정 지점들을 활용하여 변하고 있다. 측정된 Q가 안정적이지 않다는 것이 명백할 것이다. 도 3 및 도 4에서 도시되는 바와 같이, 보간 또는 보외의 결과로서 개선된 Q 값 측정의 예가 이러한 라인 상에 중첩된다.
도 8은 실시예에 따른 계량 전자장치(118)의 블록 선도이다. 작동 시에, 진동계(100)는 밀도, 점도 및 유량의 측정된 또는 평균된 값 중 하나 이상을 포함하여 출력될 수 있는 다양한 측정 값들을 제공한다.
진동계(100)는 진동 응답을 생성한다. 진동 응답은 하나 이상의 유체 측정 값들을 생성하기 위해 계량 전자장치(118)에 의해 수신되고 그리고 처리된다. 값들은 감시되고, 기록되고, 저장되고, 합계되고, 그리고/또는 출력될 수 있다.
계량 전자장치(118)는 인터페이스(201), 인터페이스(201)와 통신하는 처리 시스템(200), 및 처리 시스템(200)과 통신하는 저장 시스템(202)을 포함한다. 이러한 구성요소들이 별개의 블록들로서 도시되어 있지만, 계량 전자장치(118)가 통합된 그리고/또는 개별 구성요소들의 다양한 조합들로 구성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
인터페이스(201)는, 예를 들어, 리드들에 커플링하고 그리고 드라이버(112), 진동 센서들(114), 및 온도 또는 압력 센서들(미도시)과 신호들을 교환하도록 구성될 수 있다. 인터페이스(201)는 통신 경로를 통해 외부 디바이스들과 통신하도록 추가로 구성될 수 있다.
처리 시스템(200)은 임의의 방식의 처리 시스템을 포함할 수 있다. 처리 시스템(200)은 진동계(100)를 작동시키기 위해 저장된 루틴들을 검색하고 그리고 실행하도록 구성된다. 저장 시스템(202)은 일반적인 계량 루틴(204)을 포함하는 루틴들을 저장할 수 있다. 저장 시스템(202)은 측정들, 수신된 값들, 작동 값들, 및 다른 정보를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 시스템은 질량 유동(m)(220), 밀도(ρ)(208), 점도(μ)(210), 온도(T)(212), 압력(214), 드라이브 게인(205), 주파수 및/ 또는 시간 기간(216), Q(218), 드라이브 게인 루틴(206)과 같은 루틴들, 및 당 분야에서 공지된 임의의 다른 변수들 또는 루틴들을 저장한다. 다른 측정/처리 루틴들이 고려되고, 그리고 이 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
일반적인 계량 루틴(204)은 유체 정량화들 및 유동 측정들을 발생시킬 수 있고 그리고 저장할 수 있다. 일반적인 계량 루틴(204)은 점도 측정들을 생성할 수 있고 그리고, 예를 들어, 점도 측정들을 저장 시스템(202)의 점도(210) 저장소에 저장할 수 있고, 그리고/또는 밀도 측정들을 생성할 수 있고 그리고 밀도 측정들을 저장 시스템(202)의 밀도(208) 저장소에 저장할 수 있다. 점도(210) 값은, 이전에 논의된 바와 같이 그리고 당 분야에서 공지된 바와 같이, Q(218)로부터 결정될 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 방법을 묘사한다. 본 방법은 단계(300)로 시작한다. 단계(300)에서, 진동 요소(100)는 드라이버(112)에 의해 진동하도록 구동된다. 드라이버(112)를 제어하는 여기 신호는 계량 전자장치(118)로부터 전송된다.
본 방법은 단계(302)로 계속된다. 단계(302)에서, 진동 요소(104)의 진동들이 검출된다.
단계(304)에서, 진동 응답의 제1 진동 응답 지점이 측정된다.
단계(306)에서, 진동 응답의 제2 진동 응답 지점이 계산된다. 제2 진동 응답 지점은 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간 및 보외 중 하나를 통해 계산된다.
진동 요소(104)의 Q는 본원에 설명되는 바와 같이, 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점을 사용하여 단계(308)에서 계산된다.
상기 실시예들의 상세한 설명들은, 본 설명의 범주 내에 있는, 본 발명자들에 의해 고려된 모든 실시예들의 철저한 설명들은 아니다. 사실상, 당업자들은, 상기 설명된 실시예들의 소정의 요소들이 추가의 실시예들을 형성하기 위해서 다양하게 조합 또는 제거될 수 있으며, 이러한 추가의 실시예들이 본 설명의 범주 및 교시들 내에 속해 있는 것을 인식할 것이다. 전술한 실시예들이 본 설명의 범주 및 교시들 내에서 부가의 실시예들을 생성하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있는 것이 또한 당업자에게 명백할 것이다.
따라서, 특정 실시예들이 예시적인 목적들을 위해 본원에 설명되지만, 당업자가 인식할 것인 바와 같이, 다양한 동등한 수정예들이 본 설명의 범주 내에서 가능하다. 본원에 제공된 교시는 전술되고 그리고 첨부 도면들에서 도시되는 실시예들뿐만 아니라, 다른 진동계들에 적용될 수 있다. 이에 따라, 상기 설명된 실시예들의 범주는 하기 청구범위들로부터 판정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 진동계(100)로서,
    상기 진동계는 그 내부의 유체의 점도 및 밀도 중 적어도 하나를 결정하도록 작동가능하며, 상기 진동계는,
    드라이버(driver)(112);
    상기 드라이버(112)에 의해 진동가능하고 그리고 상기 유체와 접촉하도록 작동가능한 진동 요소(104);
    상기 진동 요소(104)의 진동 응답을 검출하도록 구성되는 진동 센서(vibrating sensor)(114); 및
    계량 전자장치(118)를 포함하며, 상기 계량 전자장치는 여기 신호를 상기 드라이버(112)로 전송하고 그리고 상기 진동 응답을 수신하도록 구성되고, 그리고, 제1 진동 응답 지점을 측정하고 그리고 상기 진동 응답의 제2 진동 응답 지점을 계산하도록 추가적으로 구성되며, 상기 제2 응답 지점은, 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나이며, 그리고 상기 계량 전자장치(118)는, 상기 제1 진동 응답 지점 및 상기 제2 진동 응답 지점을 사용하여 상기 진동 요소(104)의 Q를 계산하도록 추가적으로 구성되는,
    진동계(100).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 계량 전자장치(118)는 상기 Q를 사용하여 상기 유체의 점도를 결정하도록 구성되는,
    진동계(100).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 진동 응답 지점은 선단 3dB 대역폭 측정 지점(F1) 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점(F2) 중 하나를 포함하며, 그리고 상기 제2 진동 응답은 선단 3dB 대역폭 측정 지점(F1) 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점(F2) 중 하나를 포함하고, 그리고 상기 제2 진동 응답 지점은 상기 제1 진동 응답 지점과 상이한,
    진동계(100).
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 주파수를 포함하는,
    진동계(100).
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 시간 기간을 포함하는,
    진동계(100).
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 진동 요소(104)는 캔틸레버된(cantilevered),
    진동계(100).
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 진동 응답의 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점은 시간에서의 동일한 순간에 대응하는,
    진동계(100).
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 측정된 다른 응답 지점들은 적어도 2개의 지점들을 포함하는,
    진동계(100).
  9. 진동계(100)를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법으로서, 상기 방법은,
    여기 신호를 드라이버(112)로 전송하는 단계;
    상기 드라이버(112)로 진동 요소(104)를 구동시키는 단계;
    상기 진동 요소(104)의 진동들을 검출하는 단계;
    상기 진동 응답의 제1 진동 응답 지점을 측정하는 단계;
    상기 진동 응답의 제2 진동 응답 지점을 계산하는 단계 ─ 상기 제2 진동 응답 지점은 다른 측정된 응답 지점들로부터 보간된 그리고 보외된 것 중 하나임 ─ ; 및
    상기 제1 진동 응답 지점 및 상기 제2 진동 응답 지점을 사용하여 상기 진동 요소(104)의 Q를 계산하는 단계를 포함하는,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 Q를 사용하여 상기 유체의 점도를 결정하는 단계를 포함하는,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 진동 응답 지점은 선단 3dB 대역폭 측정 지점(F1) 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점(F2) 중 하나를 포함하며, 그리고 상기 제2 진동 응답은 선단 3dB 대역폭 측정 지점(F1) 및 말단 3dB 대역폭 측정 지점(F2) 중 하나를 포함하고, 그리고 상기 제2 진동 응답 지점은 상기 제1 진동 응답 지점과 상이한,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 주파수를 포함하는,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동 응답 지점들은 시간 기간을 포함하는,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 진동 응답의 제1 진동 응답 지점 및 제2 진동 응답 지점은 시간에서의 동일한 순간에 대응하는,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 측정된 다른 응답 지점들은 적어도 2개의 지점들을 포함하는,
    진동계를 사용하여 유체의 점도 또는 밀도를 결정하는 방법.
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