KR20240012621A - 미터 어셈블리의 댐핑의 결정 - Google Patents

미터 어셈블리의 댐핑의 결정 Download PDF

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크레이그 비. 맥아널리
버트 제이. 다우닝
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마이크로 모우션, 인코포레이티드
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Abstract

유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20)가 제공된다. 미터 전자장치(20)는 미터 어셈블리(10)로부터 진동 응답을 수신하기 위한 인터페이스(201) ― 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 미터 어셈블리(10)의 여기에 대한 응답을 포함함 ― , 및 인터페이스(201)와 통신하는 프로세싱 시스템(203)을 포함한다. 프로세싱 시스템(203)은 인터페이스(201)로부터 진동 응답을 수신하고, 그리고 진동 응답의 복수의 응답 전압들(V)을 측정하도록 구성되며, 복수의 응답 전압들(V)은 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나를 포함한다. 프로세싱 시스템(203)은 또한 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나에 기초하여 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하도록 구성된다.

Description

미터 어셈블리의 댐핑의 결정{DETERMINING A DAMPING OF A METER ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 미터 검증에 관한 것으로, 더 상세하게는, 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하는 것에 관한 것이다.
코리올리 질량 유량계(Coriolis mass flow meter)들 또는 진동 튜브 밀도계(densitometer)들과 같은 진동 도관 센서들은 통상적으로, 유동 재료를 보유하는 진동 도관의 모션을 검출함으로써 작동한다. 질량 유동, 밀도 등과 같은 도관의 재료와 연관된 속성들은 도관과 연관된 모션 트랜스듀서(motion transducer)들로부터 수신된 측정 신호들을 프로세싱함으로써 결정될 수 있다. 진동 재료로 채워진 시스템의 진동 모드들은 일반적으로, 보유 도관 및 그에 보유된 재료의 결합된 질량, 강성(stiffness) 및 댐핑(damping) 특성들에 영향을 받는다.
진동 유량계의 도관은 하나 이상의 유동 튜브들을 포함할 수 있다. 유동 튜브는 공진 주파수에서 진동하도록 강제되며, 여기서 튜브의 공진 주파수는 유동 튜브의 유체의 밀도에 비례한다. 튜브의 유입구 및 유출구 섹션들 상에 위치된 센서들은 튜브 단부들 사이의 상대적 진동을 측정한다. 유동 동안, 진동 튜브 및 유동 질량은 코리올리 힘들로 인해 함께 커플링되어, 튜브의 단부들 사이의 진동에 위상 시프트를 야기한다. 위상 시프트는 질량 유동(mass flow)에 정비례한다.
통상적 코리올리 질량 유량계는, 파이프라인 또는 다른 운송 시스템에서 인라인으로(inline) 연결되고 시스템에서 재료, 예컨대, 유체들, 슬러리(slurry)들 등을 운반하는 하나 이상의 도관들을 포함한다. 각각의 도관은 예컨대, 단순 구부림(simple bending), 비틀림(torsional), 방사형(radial) 및 커플링형(coupled) 모드들을 포함하는 고유 진동 모드들의 세트를 갖는 것으로 보여질 수 있다. 통상적 코리올리 질량 유동 측정 애플리케이션에서, 도관은 재료가 도관을 통해 유동함에 따라 하나 이상의 진동 모드들에서 여기되고, 도관의 모션은 도관을 따라 이격된 지점들에서 측정된다. 여기는 통상적으로 액추에이터, 예컨대, 주기적 방식으로 도관을 교란시키는 음성 코일-유형 구동기와 같은 전기 기계 디바이스에 의해 제공된다. 질량 유량은 트랜스듀서 위치들에서 모션들 사이의 시간 지연 또는 위상차들을 측정함으로써 결정될 수 있다. 그러한 2개의 트랜스듀서들(또는 픽오프 센서(pickoff sensor)들)은 통상적으로, 유동 도관 또는 도관들의 진동 응답을 측정하기 위해 사용되고, 통상적으로 액추에이터의 상류 및 하류 포지션들에 위치된다. 2개의 픽오프 센서들은 케이블링(cabling)함으로써 전자 기기에 연결된다. 기기는 2개의 픽오프 센서들로부터 신호들을 수신하고, 질량 유량 측정을 도출하기 위해 신호들을 프로세싱한다.
2개의 센서 신호들 사이의 위상차는 유동 튜브 또는 유동 튜브들을 통해 유동하는 재료의 질량 유량과 관련된다. 재료의 질량 유량은 2개의 센서 신호들 사이의 시간 지연에 비례하고, 그에 따라 질량 유량은 시간 지연에 FCF(Flow Calibration Factor)를 곱함으로써 결정될 수 있으며, 여기서 시간 지연은 주파수에 의해 분할된 위상차를 포함한다. FCF는 유동 튜브의 재료 속성들 및 단면 속성들을 반영한다. 종래 기술에서, FCF는 유량계를 파이프라인 또는 다른 도관에 설치하기 이전에 교정 프로세스에 의해 결정된다. 교정 프로세스에서, 유체는 주어진 유량으로 유동 튜브를 통해 통과되고, 위상차와 유량 사이의 비율이 계산된다.
코리올리 유량계의 하나의 이점은 측정된 질량 유량의 정확도가 유량계에서 움직이는 구성요소들의 마모에 영향을 받지 않는다는 것이다. 유량은 유동 튜브의 두 지점들 사이의 위상차와 유동 교정 팩터를 곱함으로써 결정된다. 유일한 입력은 센서들로부터의 정현파 신호들이며, 이는 유동 튜브 상의 두 지점들의 발진(oscillation)을 나타낸다. 위상차는 이러한 정현파 신호들로부터 계산된다. 진동하는 유동 튜브에는 움직이는 구성요소들이 존재하지 않는다. 따라서, 위상차 및 유동 교정 팩터의 측정은 유량계에서 움직이는 구성요소들의 마모에 영향을 받지 않는다.
FCF는 미터 어셈블리의 강성, 댐핑 및 질량 속성들과 관련될 수 있다. 미터 어셈블리의 속성들이 변화하면, FCF도 또한 변화될 것이다. 따라서, 속성들의 변화들은 유량계에 의해 발생된 유동 측정들의 정확도에 영향을 미칠 것이다. 속성들의 변화들은, 예컨대, 침식 또는 부식에 의해 야기될 수 있는, 유동 튜브의 재료 및 단면 특성들의 변화들에 기인할 수 있다. 결과적으로, 유량계에서 높은 레벨의 정확도를 유지하기 위해 미터 어셈블리의 속성들, 이를테면, 댐핑 속성에 대한 임의의 변화들을 검출 및/또는 정량화할 수 있는 것이 매우 바람직하다.
미터 어셈블리의 댐핑 특성을 결정함으로써 댐핑 속성이 검출 및/또는 정량화될 수 있다. 미터 어셈블리의 진동 응답이 감쇠하게 하고, 감쇠 동안 센서 신호들을 측정함으로써 댐핑 특성이 결정될 수 있다. 그러나, 센서 신호들에 노이즈가 존재할 수 있다. 노이즈는 댐핑 특성의 결정이 부정확해지게 할 수 있다. 따라서, 위에서 논의된 문제들 없이 미터 어셈블리의 댐핑을 결정할 필요성이 존재한다.
유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치가 제공된다. 미터 전자장치는 미터 어셈블리로부터 진동 응답을 수신하기 위한 인터페이스 ― 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 미터 어셈블리의 여기에 대한 응답을 포함함 ― , 및 인터페이스와 통신하는 프로세싱 시스템을 포함한다. 프로세싱 시스템은 인터페이스로부터 진동 응답을 수신하고, 진동 응답의 복수의 응답 전압들을 측정하도록 구성되며, 복수의 응답 전압들은 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나를 포함한다. 프로세싱 시스템은 또한 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나에 기초하여 미터 어셈블리의 어그리게이트(aggregate) 댐핑-관련 값을 결정하도록 구성된다.
유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 미터 어셈블리로부터 진동 응답을 수신하는 단계를 포함하며, 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 미터 어셈블리의 진동에 대한 응답을 포함한다. 방법은 진동 응답을 수신하는 단계, 진동 응답의 복수의 응답 전압들을 측정하는 단계를 더 포함하며, 복수의 응답 전압들은 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나를 포함한다. 방법은 또한 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나에 기초하여 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하는 단계를 포함한다.
양상들
일 양상에 따라, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20)는, 미터 어셈블리(10)로부터 진동 응답을 수신하기 위한 인터페이스(201) ― 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 미터 어셈블리(10)의 여기에 대한 응답을 포함함 ― , 및 인터페이스(201)와 통신하는 프로세싱 시스템(203)을 포함한다. 프로세싱 시스템(203)은, 인터페이스(201)로부터 진동 응답을 수신하고, 진동 응답의 복수의 응답 전압들(V)을 측정하고 ― 복수의 응답 전압들(V)은 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나를 포함함 ― , 그리고 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나에 기초하여 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하도록 구성된다.
바람직하게, 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나는 순환 응답 전압 플롯(430, 530, 630)이다.
바람직하게, 하나 이상의 감쇠 섹션들(530a-530f)은 응답 전압 감쇠 곡선이고, 하나 이상의 상승 섹션들(630a-630f)은 응답 전압 상승 곡선이다.
바람직하게, 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f)에 기초한 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 감쇠 특성 값이다.
바람직하게, 프로세싱 시스템(203)은 어그리게이트 감쇠 특성 값에 기초하여 댐핑 특성을 결정하도록 추가로 구성된다.
바람직하게, 어그리게이트 감쇠 특성 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들(530a-530f)에 각각 대응하는 부분적 감쇠 특성들의 평균이다.
바람직하게, 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑 특성 값이다.
바람직하게, 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑 특성 값은 미터 어셈블리(10)의 평균 댐핑 특성으로 구성된다.
일 양상에 따르면, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법은, 미터 어셈블리로부터 진동 응답을 수신하는 단계를 포함하며, 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 미터 어셈블리의 진동에 대한 응답을 포함한다. 방법은 진동 응답을 수신하는 단계, 진동 응답의 복수의 응답 전압들을 측정하는 단계 ― 복수의 응답 전압들은 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나를 포함함 ― , 및 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나에 기초하여 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나는 순환 응답 전압 플롯이다.
바람직하게, 하나 이상의 감쇠 섹션들은 응답 전압 감쇠 곡선이고, 하나 이상의 상승 섹션들은 응답 전압 상승 곡선이다.
바람직하게, 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들에 기초한 미터 어셈블리의 어그리게이트 감쇠 특성 값이다.
바람직하게, 방법은 어그리게이트 감쇠 특성 값에 기초하여 댐핑 특성을 결정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 어그리게이트 감쇠 특성 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들에 각각 대응하는 부분적 감쇠 특성들의 평균이다.
바람직하게, 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑 특성 값이다.
바람직하게, 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑 특성 값은 미터 어셈블리의 평균 댐핑 특성으로 구성된다.
동일한 참조 번호는 모든 도면들에서 동일한 엘리먼트를 표현한다. 도면들이 반드시 실척은 아니라는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 미터 어셈블리 및 미터 전자장치를 포함하는 유량계를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미터 전자장치(20)를 도시한다.
도 3은 진동 감쇠 동안 시간에 대한 픽오프 전압을 도시하는 그래프(300)를 도시한다.
도 4는 다수의 응답 전압 감쇠 및 상승 섹션들을 예시하는 그래프(400)를 도시한다.
도 5는 다수의 감쇠 섹션들을 갖는 응답 전압 감쇠를 예시하는 그래프(500)를 도시한다.
도 6은 다수의 상승 섹션들을 갖는 응답 전압 상승을 예시하는 그래프(600)를 도시한다.
도 7은 미터 어셈블리의 댐핑 특성을 결정하는 방법(700)을 도시한다.
도 1-도 7 및 다음의 설명은 당업자들에게 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 전자장치 및 방법의 최상의 모드를 제조 및 사용하는 방법을 교시하기 위한 특정 예들을 도시한다. 발명 원리들의 교시를 목적으로, 일부 종래의 양상들이 단순화되거나 또는 생략되었다. 당업자들은 본 발명의 범위 내에 있는, 이러한 예들로부터의 변형들을 인식할 것이다. 당업자들은, 아래에서 설명되는 특징들이 다양한 방식들로 조합되어 본 발명의 다수의 변형들을 형성할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하는 전자장치 및 방법들은 아래에서 설명되는 특정 예들에 제한되지 않고, 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한된다.
도 1은 미터 어셈블리(10) 및 미터 전자장치(20)를 포함하는 유량계(5)를 도시한다. 미터 어셈블리(10)는 프로세스 재료의 질량 유량 및 밀도에 응답한다. 미터 전자장치(20)는 리드들(100)을 통해 미터 어셈블리(10)에 연결되어, 경로(26)를 통한 밀도, 질량 유량 및 온도 정보뿐만 아니라 본 발명에 관련되지 않은 다른 정보를 제공한다. 코리올리 유량계 구조가 설명되지만, 본 발명이 코리올리 질량 유량계에 의해 제공되는 추가 측정 능력없이 진동 튜브 밀도계로서 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.
미터 어셈블리(10)는 한 쌍의 매니폴드(manifold)들(150 및 150'), 플랜지 넥(flange neck)들(110 및 110')을 갖는 플랜지들(103 및 103'), 한 쌍의 평행 유동 튜브들(130 및 130'), 구동 메커니즘(180), 온도 센서(190) 및 한 쌍의 픽오프 센서들(170L 및 170R)을 포함한다. 유동 튜브들(130 및 130')은 유동 튜브 장착 블록들(120 및 120')에서 서로를 향해 수렴하는 2개의 본질적 직선 유입구 레그(inlet leg)들(131 및 131') 및 유출구 레그(outlet leg)들(134 및 134')을 갖는다. 유동 튜브들(130 및 130')은 그들의 길이를 따른 2개의 대칭적 위치에서 구부러지고, 그들의 길이 전반에 걸쳐 본질적으로 평행하다. 브레이스 바(brace bar)들(140 및 140')은 각각의 유동 튜브가 발진하는(oscillate) 축 W 및 W'를 규정하는 역할을 한다.
유동 튜브들(130 및 130')의 측면 레그(side leg)들(131, 131' 및 134, 134')은 유동 튜브 장착 블록들(120 및 120')에 고정적으로 부착되고, 이 블록들은 차례로, 매니폴드들(150 및 150')에 고정적으로 부착된다. 이것은 코리올리 미터 어셈블리(10)를 통한 연속적 폐쇄 재료 경로를 제공한다.
홀(hole)들(102 및 102')을 갖는 플랜지들(103 및 103')이 유입구 단부(104) 및 유출구 단부(104')를 통해 측정되고 있는 프로세스 재료를 운반하는 프로세스 라인(도시되지 않음)에 연결될 때, 재료는 플랜지(103)의 오리피스(orifice)(101)를 통해 미터의 단부(104)에 진입하고, 매니폴드(150)를 통해 표면(121)을 갖는 유동 튜브 장착 블록(120)으로 안내된다. 매니폴드(150) 내에서, 재료는 유동 튜브들(130 및 130')을 통해 분할 및 라우팅된다. 유동 튜브들(130 및 130')을 빠져나갈 시, 프로세스 재료는 매니폴드(150') 내에서 단일 스트림으로 재결합되고, 이후에 볼트 홀들(102')을 갖는 플랜지(103')에 의해 프로세스 라인(도시되지 않음)에 연결된 단부(104')를 빠져나가도록 라우팅된다.
유동 튜브들(130 및 130')이 선택되고, 각각 구부림 축들(W--W 및 W'--W')을 중심으로 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성의 모멘트(moment)들 및 영률(Young's modulus)을 갖도록 유동 튜브 장착 블록들(120 및 120')에 적절하게 장착된다. 이러한 구부림 축들은 브레이스 바들(140 및 140')을 통과한다. 유동 튜브들의 영률이 온도에 따라 변화하고, 이러한 변화가 유동 및 밀도의 계산에 영향을 미치므로, 유동 튜브의 온도를 지속적으로 측정하기 위해 RTD(resistive temperature detector)(190)가 유동 튜브(130')에 장착된다. 유동 튜브의 온도 및 그에 따라 유동 튜브를 통과하는 주어진 전류에 대해 RTD에 걸쳐 나타나는 전압은 유동 튜브를 통과하는 재료의 온도에 의해 좌우된다. RTD에 걸쳐 나타나는 온도 의존적 전압은, 유동 튜브 온도의 임의의 변화들로 인해 유동 튜브들(130, 130')의 탄성률(elastic modulus)의 변화를 보상하도록, 미터 전자장치(20)에 의해, 잘 알려진 방법에서 사용된다. RTD는 리드(195)에 의해 미터 전자장치(20)에 연결된다.
유동 튜브들(130, 130') 둘 다는, 그들 개개의 구부림 축들(W 및 W')을 중심으로 대향하는 방향들로 그리고 유량계의 제1 이위상(out-of-phase) 구부림 모드라 칭해지는 곳에서 구동기(180)에 의해 구동된다. 이러한 구동 메커니즘(180)은 다수의 잘 알려진 어레인지먼트(arrangement)들 중 임의의 것, 이를테면, 유동 튜브(130')에 장착된 자석 및 유동 튜브(130)에 장착된 대향 코일을 포함할 수 있으며, 이를 통해 교류 전류가 유동 튜브들 둘 다를 진동시키도록 전달된다. 적합한 구동 신호는 리드(185)를 통해 미터 전자장치(20)에 의해 구동 메커니즘(180)에 인가된다.
미터 전자장치(20)는 리드(195) 상에서 RTD 온도 신호를, 그리고 각각, 리드들(165L 및 165R) 상에서 나타나는 좌측 및 우측 픽오프 신호들을 수신한다. 미터 전자장치(20)는 구동 엘리먼트(180)에 대한 리드(185) 상에서 나타나는 구동 신호를 생성하고 튜브들(130 및 130')을 진동시킨다. 미터 전자장치(20)는 미터 어셈블리(10)를 통과하는 재료의 질량 유량 및 밀도를 컴퓨팅하도록 좌측 및 우측 픽오프 신호들 및 RTD 신호를 프로세싱한다. 이러한 정보는 다른 정보와 함께, 경로(26)를 통해 미터 전자장치(20)에 의해 인가된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미터 전자장치(20)를 도시한다. 미터 전자장치(20)는 인터페이스(201) 및 프로세싱 시스템(203)을 포함할 수 있다. 미터 전자장치(20)는 예컨대, 이를테면, 미터 어셈블리(10)로부터 진동 응답(210)을 수신한다. 미터 전자장치(20)는 미터 어셈블리(10)를 통해 유동하는 유동 재료의 유동 특성을 획득하기 위해 진동 응답(210)을 프로세싱한다. 또한, 본 발명에 따른 미터 전자장치(20)에서, 진동 응답(210)은 미터 어셈블리(10)의 강성 파라미터(K)를 결정하기 위해 또한 프로세싱된다. 게다가, 미터 전자장치(20)는 미터 어셈블리(10)에서 강성 변화(ΔK)를 검출하기 위해 시간이 지남에 따라 2개 이상의 그러한 진동 응답들을 프로세싱할 수 있다. 강성 결정은 유동 또는 비-유동(no-flow) 조건들 하에서 이루어질 수 있다. 비-유동 결정은 결과적 진동 응답에서 감소된 노이즈 레벨의 이점을 제공할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, FCF(Flow Calibration Factor)는 유동 튜브의 재료 속성들 및 단면 속성들을 반영한다. 유량계를 통해 유동하는 유동 재료의 질량 유량은 측정된 시간 지연(또는 위상차/주파수)을 FCF와 곱합으로써 결정된다. FCF는 미터 어셈블리의 강성, 댐핑 및 질량 특성들과 관련될 수 있다. 미터 어셈블리의 특성들이 변화하면, FCF도 또한 변화될 것이다. 따라서, 미터 어셈블리의 특성들의 변화들은 유량계에 의해 발생된 유동 측정들의 정확도에 영향을 미칠 것이다.
유량계의 진동 응답은 다음을 포함하는 개방형 루프 2차 구동 모델로 표현될 수 있다:
여기서 f는 시스템에 적용된 힘이고, M은 시스템의 질량이고, C는 댐핑 특성이고, K는 시스템의 강성 특성이다. 강성 특성(K)은 를 포함하고, 댐핑 특성(C)은 을 포함하며, 여기서 는 감쇠 특성을 포함하고, 이고, 여기서 f0은 헤르츠 단위의 미터 어셈블리(10)의 고유/공진 주파수이다. 또한, x는 진동의 물리적 변위 거리이고, 는 유동 튜브 변위의 속도이고, 는 가속도이다. 이것은 일반적으로 MCK 모델로 지칭된다. 이 공식은 다음과 같은 형태로 재배열될 수 있다:
수식 (2)는 전달 함수 형태로 추가로 조작될 수 있다. 전달 함수 형태에서, 힘에 대한 변위의 항이 다음을 포함하여 사용된다:
잘 알려진 자기 수식들이 수식 (3)을 단순화하는 데 사용될 수 있다. 2개의 적용가능한 수식들은 다음과 같다:
및;
(픽오프 센서(170L 또는 170R)에서의) 수식 (4)의 센서 전압(VEMF)은 픽오프 감도 팩터(BLPO)에 모션의 픽오프 속도()를 곱한 것과 동일하다. 픽오프 감도 팩터(BLPO)는 일반적으로 각각의 픽오프 센서에 대해 알려져 있거나 또는 측정된다. 수식 (5)의 구동기(180)에 의해 발생된 힘(f)은 구동기 감도 팩터(BLDR)에 구동기(180)에 공급되는 구동 전류(I)를 곱한 것과 동일하다. 구동기(180)의 구동기 감도 팩터(BLDR)는 일반적으로 알려져 있거나 또는 측정된다. 팩터들(BLPO 및 BLDR) 둘 다는 온도 함수이며, 온도 측정으로 정정될 수 있다.
자기 수식들 (4) 및 (5)를 수식 (3)의 전달 함수에 대입함으로써, 결과는 다음과 같다:
미터 어셈블리(10)가 공진 시 즉, 공진/고유 주파수(ω0)(여기서 )에서, 개방 루프 구동되면, 수식 (6)은 다음과 같이 재기재될 수 있다:
강성을 대입함으로써, 수식 (7)은 다음과 같이 단순화된다:
여기서, 강성 파라미터(K)는 다음의 식을 획득하기 위해 격리될 수 있다:
결과적으로, 구동 전압(V) 및 구동 전류(I)와 함께 감쇠 특성()을 측정/정량화함으로써, 강성 파라미터(K)가 결정될 수 있다. 픽오프들로부터의 응답 전압(V)은 구동 전류(I)와 함께 진동 응답으로부터 결정될 수 있다. 강성 파라미터(K)를 결정하는 프로세스는 아래에서 도 3과 관련하여 더 상세하게 논의된다.
사용 시, 강성 파라미터(K)는 시간이 지남에 따라 추적될 수 있다. 예컨대, 시간이 지남에 따른 임의의 변화들(즉, 강성 변화(ΔK)) 결정하기 위해 통계적 기법들이 사용될 수 있다. 강성 파라미터(K)의 통계적 변화는 특정 유량계에 대한 FCF가 변화하였음을 표시할 수 있다. 수식 (9)로부터 관측될 수 있는 바와 같이, 강성 파라미터는 감쇠 특성()에 기초하여 결정될 수 있다.
비례적으로 댐핑된 시스템은 수식 (10)에 의해 주어진 바와 같이 시간(t)의 함수로써 지수적으로 감쇠할 수 있다.
여기서 η는 시간 감쇠 모달 크기이고, A는 초기 진폭이고, 는 감쇠 특성(때때로 비례 댐핑 계수 등으로 지칭됨)이고, ωn은 고유 주파수이다.
모달 크기는 우측 및 좌측 픽오프들의 평균으로 여겨질 수 있다. 평균화 프로세스는 구동 모드(제1 이위상 구부림 모드로 지칭됨)를 증폭시킬 수 있고, 다른 모드들(예컨대, 트위스트 모드들, 2차 이상의 구부림 모드들 등)을 감쇠시킬 수 있다. 댐핑은 전체적(global) 모달 속성이므로, 모달 크기를 사용하는 것이 예컨대, 댐핑을 추정하기 위해 우측 또는 좌측 픽오프를 사용하는 것보다 유리할 수 있다.
감쇠 특성()을 결정하기 위해, 수식 (10)은 양측들의 자연 로그를 취함으로써 시간에 따라 선형화될 수 있다:
수식 (11)은 기울기() 및 절편()과 시간에 따라 선형적이다. 수식 (11)은 대응하는 시간들(t)에 모달 크기(η)의 n개의 샘플들을 취함으로써 간단한 최소 제곱 방식으로 풀 수 있다.
수식 (12)는 모달 응답들의 로그를 포함하는 벡터를 1들의 벡터로 증강되는 샘플 시간들(t1...tn)로 구성된 기저 벡터들의 의사 역수로 미리 곱셈함으로써 풀 수 있다. 결과는 관심, 댐핑 및 절편의 양들을 추정하는 최소 제곱들이다.
이득 감쇠 미터 검증 방법은 감쇠 특성()을 결정하기 위해 감쇠 픽오프 전압의 정확한 곡선 피트(fit)에 의존할 수 있다. 감쇠 특성()에 대한 계산은, 구동 전류를 차단하여 미터 어셈블리(10)의 여기를 제거하고, 진동 응답이 시작 응답 전압으로부터 중지 응답 전압으로 자연적으로 감쇠함에 따라 픽오프 전압을 측정함으로써 수행될 수 있다. 시작 응답 전압은 공진 주파수에서 진동할 때의 진동의 증폭에 기초할 수 있다. 중지 응답 전압은 0 볼트이거나 또는 약 0 볼트일 수 있지만, 임의의 적합한 진폭 또는 유닛이 사용될 수 있다.
감쇠 곡선을 결정하기 위한 픽오프 전압에 대한 샘플링은 픽오프 전압이 시작 응답 전압 임계치 아래로 내려갈 때 시작되고, 픽오프 전압이 중지 응답 전압 임계치에 도달할 때 중지된다. 그런 다음, 지수 최소 제곱 곡선 피트는 데이터를 최상으로 설명하는 지수 함수를 결정하기 위해 곡선에 적용될 수 있지만, 임의의 적합한 데이터 피팅, 함수, 또는 데이터 형태가 사용될 수 있다. 따라서, 감쇠 특성은, 시작 응답 전압 미만일 수 있는 시작 응답 전압 임계치로부터, 중지 응답 전압 초과일 수 있는 중지 응답 전압 임계치까지 측정될 수 있다.
시작 응답 전압 임계치 및 중지 응답 전압 임계치는 진동계(예컨대, 기하학적 구조, 사이즈, 구성 등), 진동계가 작동하고 있는 구동 타겟, 재료 밀도 및 점도, 온도의 함수이다. 그러나, 미터 전자장치(20) 및/또는 미터 어셈블리(10)의 비선형성들은, 감쇠 동안 샘플링된 픽오프 전압들에 대한 시작 및/또는 중지 응답 전압 임계치들이 변화될 때 상이한 감쇠 특성() 값들을 초래할 수 있다. 이러한 비선형성들은 미터 어셈블리(10)의 기계적 변화가 발생하지 않았을 때의 강성 변화를 초래할 수 있다.
인터페이스(201)는 도 1의 리드들(100)을 통해 픽오프 센서들(170L 및 170R) 중 하나로부터 진동 응답(210)을 수신한다. 인터페이스(201)는 임의의 방식의 포맷팅, 증폭, 버퍼링 등과 같은 임의의 필요한 또는 원하는 신호 컨디셔닝을 수행할 수 있다. 대안적으로, 신호 컨디셔닝 중 일부 또는 그 전부가 프로세싱 시스템(203)에서 수행될 수 있다. 또한, 인터페이스(201)는 미터 전자장치(20)와 외부 디바이스들 사이의 통신들을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스(201)는 임의의 방식의 전자, 광학 또는 무선 통신이 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 인터페이스(201)는 디지타이저(digitizer)(도시되지 않음)와 커플링되며, 여기서 센서 신호는 아날로그 센서 신호를 포함한다. 디지타이저는 아날로그 진동 응답을 샘플링 및 디지털화하고, 디지털 진동 응답(210)을 생성한다.
프로세싱 시스템(203)은 미터 전자장치(20)의 작동들을 수행하고, 유량계 어셈블리(10)로부터의 유동 측정들을 프로세싱한다. 프로세싱 시스템(203)은 하나 이상의 프로세싱 루틴들을 실행하고, 그에 의해 하나 이상의 유동 특성들을 생성하기 위해 유동 측정들을 프로세싱한다.
프로세싱 시스템(203)은 범용 컴퓨터, 마이크로프로세싱 시스템, 논리 회로, 또는 일부 다른 범용 또는 맞춤형 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(203)은 다수의 프로세싱 디바이스들 사이에서 분산될 수 있다. 프로세싱 시스템(203)은 저장 시스템(204)과 같은 임의의 방식의 일체형 또는 독립적 전자 저장 매체를 포함할 수 있다.
저장 시스템(204)은 유량계 파라미터들 및 데이터, 소프트웨어 루틴들, 상수 값들 및 변수 값들을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 저장 시스템(204)은 프로세싱 시스템(203)에 의해 실행되는 루틴들, 이를테면, 유량계(5)의 강성 특성을 결정하는 강성 특성 루틴(230)을 포함한다.
강성 특성 루틴(230)은 미터 어셈블리(10)로부터 진동 응답을 수신하도록 프로세싱 시스템(203)을 구성시킬 수 있다. 진동 응답은 인터페이스(201)에 의해 수신될 수 있다. 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 미터 어셈블리(10)의 여기에 대한 응답을 포함할 수 있다.
저장 시스템(204)은 유량계(5)를 작동시키는 데 사용되는 변수들을 저장할 수 있다. 예컨대, 저장 시스템(204)은 예컨대, 속도/픽오프 센서들(170L 및 170R)로부터 수신될 수 있는 진동 응답(210)과 같은 변수들을 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 저장 시스템(204)은 상수들, 계수들 및 작업 변수들을 저장한다. 예컨대, 저장 시스템(204)은 결정된 강성 특성(220) 및 이후 시점에서 발생되는 제2 강성 특성(221)을 저장할 수 있다. 저장 시스템(204)은 진동 응답(210)의 주파수(212), 진동 응답(210)의 응답 전압(213) 및 구동 전류(214)와 같은 작업 값들을 저장할 수 있다.
저장 시스템(204)은 유량계(5)의 진동 타겟(226) 및 측정된 감쇠 특성(215)을 추가로 저장할 수 있다. 또한, 저장 시스템(204)은 공차(224)와 같은 상수들, 임계치들 또는 범위들을 저장할 수 있다. 더욱이, 저장 시스템(204)은 강성 변화(228)와 같이 일정 시간 기간 동안 누적된 데이터를 저장할 수 있다.
도 3은 진동 감쇠 동안 시간에 대한 픽오프 전압을 도시하는 그래프(300)를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그래프(300)는 시간 축(310) 및 픽오프 전압 축(320)을 포함한다. 시간 축(310)은 초 단위이고, 픽오프 전압 축(320)은 볼트 단위이지만, 임의의 적합한 단위들이 사용될 수 있다. 시간 축(310)은 0.00 내지 12.00 초의 범위에 있고, 픽오프 전압 축(320)은 0.000 내지 0.140 볼트의 범위에 있지만, 임의의 적합한 범위들이 사용될 수 있다. 그래프(300)는 또한 시간 축(310)을 따라 0.00 내지 약 12.00 초 및 픽오프 전압 축(320)을 따라 0.060 내지 약 0.120 볼트의 범위에 있는 픽오프 전압 플롯(330)을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 픽오프 전압 플롯(330)은 제1 구동 타겟 섹션(330a), 감쇠 섹션(330b) 및 제2 구동 타겟 섹션(330c)으로 구성된다. 제1 구동 타겟 섹션(330a)은 약 0.120 볼트에 있고, 제2 구동 타겟 섹션(330c)은 약 0.060 볼트에 있다. 감쇠 섹션(330b)은 시작 응답 전압 임계치(332) 및 중지 응답 전압 임계치(334)를 포함한다. 시작 응답 전압 임계치(332)는 제1 구동 타겟 섹션(330a)의 0.120 볼트 미만인 약 0.110 볼트에 있다. 중지 응답 전압 임계치(334)는 제2 구동 타겟 섹션(330c)의 0.060 볼트 초과인 약 0.065 볼트에 있다.
픽오프 전압 플롯(330)이 0.120 볼트의 제1 구동 타겟 섹션(330a) 전압 값으로부터 0.060 볼트의 제2 구동 타겟 섹션(330c) 전압 값으로 감소함에 따라, 전압은 시작 응답 전압 임계치(332) 및 중지 응답 전압 임계치(334)를 횡단한다. 응답 전압은 감쇠 섹션(330b)의 시작 응답 전압 임계치(332)와 중지 응답 전압 임계치(334) 사이에서 측정, 샘플링 등이 수행될 수 있다. 따라서, 측정된 응답 전압은 전체 감쇠 섹션(330b)을 표현하지 않을 수 있다.
시작 응답 전압 임계치(332)와 중지 응답 전압 임계치(334) 사이에서 이루어진 측정들이 다수 회 수행되는 경우, 감쇠 특성()이 더 많이 반복가능할 수 있다. 예컨대, 시작 응답 전압 임계치(332)와 중지 응답 전압 임계치(334) 사이에 복수의 순차적 측정들이 이루어질 수 있다. 예컨대, 픽오프 전압 플롯(330)이 제2 구동 타겟 섹션(330c)에 도달한 이후에, 타겟 전압은 0.120 볼트의 제1 구동 타겟 섹션(330a)의 값과 거의 동일하게 세팅될 수 있다. 픽오프 전압이 0.120 볼트의 값에 도달한 이후에, 타겟 전압은 0.060 볼트로 감소될 수 있어, 픽오프 전압이 0.060 볼트로 감쇠할 수 있게 할 수 있다.
예컨대, 시작 응답 전압 임계치(332) 및 중지 응답 전압 임계치(334)가 더 작은 차이를 갖는 경우, 감쇠 특성()이 또한 더 많이 반복가능할 수 있다. 예컨대, 중지 응답 전압 임계치(334)는 (0.060 대신에) 약 0.10 볼트에 있을 수 있다. 결과적으로, 감쇠 섹션(330b)은 시간 축(310) 및 픽오프 전압 축(320) 둘 다를 따라 더 짧을 수 있다. 즉, 시작 응답 전압 임계치(332)와 중지 응답 전압 임계치(334) 사이에서 이루어진 측정들은 더 짧은 듀레이션에 걸쳐 있을 수 있다. 더 짧은 듀레이션으로 인해, 감쇠 특성()은 노이즈 등을 포함할 가능성이 적을 수 있다. 다수의 더 짧은 듀레이션 측정들을 포함하는 예시적 플롯은 다음의 설명에서 논의된다.
도 4는 다수의 응답 전압 감쇠 및 상승 섹션들을 예시하는 그래프(400)를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그래프(400)는 시간 축(410) 및 픽오프 전압 축(420)을 포함한다. 시간 축(410)은 초 단위이고, 픽오프 전압 축(420)은 볼트 단위이지만, 임의의 적합한 단위들이 사용될 수 있다. 시간 축(410)은 0.00 내지 25.00 초의 범위에 있고, 픽오프 전압 축(420)은 0.000 내지 0.140 볼트의 범위에 있지만, 임의의 적합한 범위들이 사용될 수 있다. 그래프(400)는 또한 시간 축(410)을 따라 2.00 내지 약 23.00 초 및 픽오프 전압 축(420)을 따라 0.100 내지 약 0.120 볼트의 범위에 있는 응답 전압 플롯(430)을 포함한다.
응답 전압 플롯(430)은 예컨대, 위에서 설명된 미터 어셈블리(10)의 진동 응답의 복수의 응답 전압들을 측정함으로써 획득될 수 있다. 응답 전압 플롯(430)은 복수의 감쇠 섹션들(430a)을 포함한다. 복수의 감쇠 섹션들(430a)은 측정되고, 그런 다음, 예컨대, 평균화되어 평균 감쇠 특성()을 결정할 수 있다. 5개의 감쇠 섹션들(430a)이 도시되어 있지만, 더 많거나 또는 더 적은 감쇠 섹션들이 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감쇠 특성()은 감쇠 사이클들의 총 수보다 적은 수에 걸쳐 평균화된 측정들에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 감쇠 섹션들(430a) 중 3개는 감쇠 특성()을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 복수의 감쇠 섹션들(430a) 중 처음 3개가 사용될 수 있다.
응답 전압 플롯(430)은 또한 상승 섹션들(430b)을 포함하며, 여기서 응답 전압 플롯(430)은 약 0.100으로부터 0.120 볼트로 증가한다. 상승 섹션(430b)은 전압 세트포인트(voltage set point)가 0.100으로부터 0.120으로 증가되는 것에 기인할 수 있다. 증가된 전압 세트포인트에 도달하는 데 요구되는 시간은 댐핑과 관련된다. 예컨대, 진동이 0.100으로부터 0.120 볼트로 증가하는 데 요구되는 시간은 댐핑과 상관될 수 있다. 따라서, 댐핑 특성(C) 또는 그 팩터들, 또는 댐핑 특성(C)으로부터 파생되거나 또는 그와 관련된 다른 용어는 상승 섹션들(430b)로부터 결정될 수 있다.
도 5는 다수의 감쇠 섹션들을 갖는 응답 전압 감쇠를 예시하는 그래프(500)를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 그래프(500)는 시간 축(510) 및 픽오프 전압 축(520)을 포함한다. 시간 축(510)은 초 단위이고, 픽오프 전압 축(520)은 볼트 단위이다. 시간 축(510)은 약 0 내지 25 초의 범위에 있고, 픽오프 전압 축(520)은 약 0.00 볼트 내지 약 0.09 볼트의 범위에 있다. 그래프(500)는 또한 응답 전압들(예컨대, 픽오프 전압들)을 시간과 관련시키는 응답 전압 플롯(530)을 포함한다.
응답 전압 플롯(530)은 시간 축(510) 상에서 약 7 초 내지 약 22 초 범위에 있지만, 임의의 적합한 범위가 사용될 수 있다. 응답 전압 플롯(530)은 픽오프 전압 축(520) 상에서 약 0.01 볼트 내지 약 0.08 볼트의 범위에 있다. 응답 전압 플롯(530)은 시작 응답 전압(Vstart) 및 중지 응답 전압(Vstop)을 포함한다. 응답 전압 플롯(530)은 또한 제1 내지 제5 중지 응답 전압 임계치들(V1-V5)을 포함한다. 제1 내지 제5 중지 응답 전압 임계치들(V1-V5) 및 중지 응답 전압(Vstop)은 응답 전압 플롯(530)의 제1 내지 제6 감쇠 섹션(530a-530f)에 각각 대응한다.
도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 응답 전압 임계치들(V1-V5)뿐만 아니라, 시작 응답 전압(Vstart) 및 중지 응답 전압(Vstop)은 대응하는 부분적 감쇠 특성을 결정하는 데 사용된다. 예컨대, 제1 부분적 감쇠 특성()은 시작 응답 전압(Vstart) 내지 제1 중지 응답 전압 임계치(V1)의 범위에 있는 응답 전압 플롯(530)에 대응한다. 유사하게, 제2 내지 제5 부분적 감쇠 특성()은 인접한 응답 전압에 관련된 제2 내지 제5 응답 전압 임계치들(V2-V5)에 각각 대응한다(예컨대, 제1 응답 전압(V1) 및 제3 응답 전압(V3)은 제2 응답 전압(V2)에 인접함).
평균 댐핑 특성()은 응답 전압 플롯(530)에 대해 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제6 댐핑 특성()은 평균 댐핑 특성()으로 평균화될 수 있다. 그러나, 평균 댐핑 특성()을 결정하기 위해 임의의 적합한 수의 댐핑 특성들이 사용될 수 있다.
따라서, 응답 전압 플롯(530)의 제1 내지 제6 감쇠 섹션들(530a-530f)의 노이즈는, 노이즈가 노이즈를 갖는 제1 내지 제6 감쇠 섹션들(530a-530f)에 대응하는 댐핑 특성들에 악영향을 미칠만큼 상당히 평균 댐핑 특성()에 악영향을 미치지 않을 수 있다. 즉, 응답 전압 플롯(530)에 존재할 수 있는 노이즈가 평균화된다. 결과적으로, 평균 댐핑 특성()이 노이즈에 의해 악영향을 받을 수 있지만, 평균 댐핑 특성()은, 예컨대, 제1 내지 제6 부분적 감쇠 특성()보다 더 많이 반복가능할 수 있다.
도 6은 다수의 상승 섹션들을 갖는 응답 전압 상승을 예시하는 그래프(600)를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 그래프(600)는 시간 축(610) 및 픽오프 전압 축(620)을 포함한다. 시간 축(610)은 초 단위이고, 픽오프 전압 축(620)은 볼트 단위이다. 시간 축(610)은 약 0 내지 18 초의 범위에 있고, 픽오프 전압 축(620)은 약 0.00 볼트 내지 약 0.25 볼트의 범위에 있다. 그래프(600)는 또한 응답 전압들(예컨대, 픽오프 전압들)을 시간과 관련시키는 응답 전압 플롯(630)을 포함한다.
응답 전압 플롯(630)은 시간 축(610) 상에서 약 1.5 초 내지 약 15.5 초 범위에 있지만, 임의의 적합한 범위가 사용될 수 있다. 응답 전압 플롯(630)은 픽오프 전압 축(620) 상에서 약 0.15 볼트 내지 약 0.2 볼트의 범위에 있다. 응답 전압 플롯(630)은 시작 응답 전압(Vstart) 및 중지 응답 전압(Vstop)을 포함한다. 응답 전압 플롯(630)은 또한 제1 내지 제5 중지 응답 전압 임계치들(V1-V5)을 포함한다. 제1 내지 제5 중지 응답 전압 임계치들(V1-V5) 및 중지 응답 전압(Vstop)은 응답 전압 플롯(630)의 제1 내지 제6 상승 섹션(630a-630f)에 각각 대응한다.
도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 응답 전압 임계치들(V1-V5)뿐만 아니라, 시작 응답 전압(Vstart) 및 중지 응답 전압(Vstop)은 대응하는 부분적 댐핑 특성을 결정하는 데 사용된다. 예컨대, 제1 부분적 댐핑 특성(C1)은 시작 응답 전압(Vstart) 내지 제1 중지 응답 전압 임계치(V1)의 범위에 있는 응답 전압 플롯(630)에 대응한다. 유사하게, 제2 내지 제5 부분적 댐핑 특성(C2 - C5)은 인접한 응답 전압에 관련된 제2 내지 제5 중지 응답 전압 임계치들(V2-V5)에 각각 대응한다(예컨대, 제1 응답 전압 임계치(V1) 및 제3 응답 전압 임계치(V3)는 제2 응답 전압 임계치(V2)에 인접함).
평균 댐핑 특성(Cavg)은 응답 전압 플롯(630)에 대해 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제6 댐핑 특성(C1-C6)은 평균 댐핑 특성(Cavg)으로 평균화될 수 있다. 그러나, 평균 댐핑 특성(Cavg)을 결정하기 위해 임의의 적합한 수의 댐핑 특성들이 사용될 수 있다.
따라서, 응답 전압 플롯(630)의 제1 내지 제6 상승 섹션들(630a-630f)의 노이즈는, 노이즈가 노이즈를 갖는 상승 섹션들에 대응하는 댐핑 특성들에 악영향을 미칠만큼 상당히 평균 댐핑 특성(Cavg)에 악영향을 미치지 않을 수 있다. 즉, 응답 전압 플롯(630)에 존재할 수 있는 노이즈가 평균화된다. 결과적으로, 평균 댐핑 특성(Cavg)이 노이즈에 의해 악영향을 받을 수 있지만, 평균 댐핑 특성(Cavg)은, 예컨대, 제1 내지 제6 댐핑 특성(C1-C6)보다 더 많이 반복가능할 수 있다.
수식들 (1) 내지 (3)을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 감쇠 특성()은 댐핑 특성(C)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 감쇠 특성() 및 댐핑 특성(C)은 또한 서로로부터 결정될 수 있다. 예컨대, 감쇠 특성()은 댐핑 특성(C)을 결정하기 위해 공진 주파수(ω0)와 곱해질 수 있다. 감쇠 특성() 및 댐핑 특성(C)은, 예컨대, 유동 튜브들(130, 130')의 댐핑과 관련될 수 있다. 따라서, 감쇠 특성() 및 댐핑 특성(C)은 예컨대, 위에서 설명된 미터 어셈블리(10)의 댐핑-관련 값들일 수 있다. 다른 댐핑-관련 값들이 사용될 수 있다.
상승 섹션들(430b, 630a-630f)에 대해, 타겟 전압은 이전 값 초과인 값으로 세팅될 수 있다. 예컨대, 결과적 상승 섹션(430b)의 픽오프 전압이 측정되고, 특성화되어 상승-기반 댐핑 특성(C)을 결정할 수 있다. 상승-기반 댐핑 특성(C)을 결정하기 위해, 제한된 양의 에너지가 주어지면, 픽오프 전압은 그것이 타겟 전압에 도달할 때 로그 곡선을 나타낼 수 있다. 곡선이 피팅(fit)될 때, 이 로그 곡선은 주어진 미터에 대한 댐핑 특성(C) 또는 댐핑 특성(C)의 일부 비율을 추정하는 데 사용될 수 있다.
아래에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 어그리게이트 댐핑-관련 값은 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 상승 섹션들(430b, 630a-630f)에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및/또는 상승 섹션들(430b, 630a-630f)은 예컨대, 어그리게이트 댐핑 특성 또는 어그리게이트 감쇠 특성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 어그리게이트 댐핑 특성은 평균 댐핑 특성(Cavg)일 수 있고, 어그리게이트 감쇠 특성은 평균 댐핑 특성()일 수 있다. 더 구체적으로, 감쇠-기반 평균 댐핑 특성(Cavg)은 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f)에 기초하여 결정될 수 있고, 상승-기반 평균 댐핑 특성(Cavg)은 상승 섹션들(430b, 630a-630f)에 기초하여 결정될 수 있다.
예컨대, 위에서 논의된 바와 같이, 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f)의 댐핑 특성들(C)은, 또한 공진 주파수(f0)를 측정하고, (여기서 )으로부터 댐핑 특성(C)을 결정함으로써 감쇠 특성()으로부터 결정될 수 있다. 또한 위에서 논의된 바와 같이, 댐핑 특성(C)은 상승 섹션들(430b, 630a-630f)의 로그 곡선에 기초할 수 있다. 따라서, 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 중 하나 이상에 기초하여 결정된 댐핑 특성(C) 및 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 하나 이상에 기초하여 결정된 댐핑 특성(C)은, 예컨대, 함께 평균화되어 평균 댐핑 특성(Cavg)을 결정할 수 있다.
평균 댐핑 특성(Cavg)은 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 또는 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 각각에 관련하여, 더 많이 반복가능할 수 있다. 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이, 감쇠 특성()은 노이즈를 포함할 수 있는 픽오프 전압 측정들에 기초하여 결정될 수 있다. 미터 어셈블리의 실제 댐핑 속성들이 동일하게 유지되더라도, 노이즈는 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 각각이 시간이 지남에 따라 변하게 할 수 있다. 즉, 노이즈는 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 각각이 실질적으로 반복가능하지 않게 할 수 있다. 따라서, 평균 댐핑 특성(Cavg)은 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 하나에 기초하여 결정된 댐핑 특성(C)보다 더 많이 반복가능할 수 있다.
도 4의 감쇠 및 상승 섹션들(430a, 430b)은 순환적인 응답 전압 플롯(430)의 일부이다. 따라서, 도 4의 상승 및 감쇠 섹션들은 각각 반복되고, 실질적으로 동일하며, 비-연속적이다. 대조적으로, 도 5 및 도 6의 감쇠 및 상승 섹션들(530a-530f, 630a-630f)은 도시된 바와 같이 순환적이지 않은 응답 전압 플롯들(530, 630)이다. 따라서, 도 5 및 도 6의 감쇠 및 상승 섹션들(530a-530f, 630a-630f)은 연속적이고, 반복되지 않으며, 구별된다.
도 4-도 6에 관한 위의 논의는 평균 댐핑-관련 값들(예컨대, 평균 댐핑 특성(C), 평균 감쇠 특성() 등)을 논의하지만, 임의의 적합한 댐핑-관련 값이 사용될 수 있다. 예컨대, 댐핑-관련이지만 감쇠 특성 또는 댐핑 특성이 아닌 값이 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어그리게이트 댐핑-관련 값은 평균 값 이외의 값일 수 있다. 예컨대, 어그리게이트 댐핑-관련 값은 평균, 가중-평균 등일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어그리게이트 댐핑-관련 값은 임의의 적합한 방식으로 결정될 수 있다. 예컨대, 감쇠 및 상승 섹션들(430a, 430b, 530a-530f, 630a-630f)의 서브세트들은 평균 댐핑-관련 값을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일 특정 예에서, 임계치들은, 명백하게 잘못되거나 또는 손상된 데이터로 인해 초과되는 경우, 감쇠 및 상승 섹션들(430a, 430b, 530a-530f, 630a-630f) 중 일부를 배제하는 데 사용될 수 있다.
도 7은 미터 어셈블리의 댐핑 특성을 결정하는 방법(700)을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 방법(700)은 단계(710)에서 진동 응답을 수신하는 단계를 포함한다. 진동 응답은 위에서 설명된 미터 전자장치(20)의 인터페이스(201)에 의해 수신될 수 있다. 단계(720)에서, 방법(700)은 진동 응답의 복수의 응답 전압들을 측정한다. 복수의 응답 전압들은 위에서 설명된 인터페이스(201) 및/또는 프로세싱 시스템(203)에 의해 측정될 수 있다. 복수의 응답 전압들은 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들을 포함할 수 있다. 단계(730)에서, 방법(700)은 위에서 설명된 미터 어셈블리(10)와 같은 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정할 수 있다. 어그리게이트 댐핑-관련 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다.
일 예에서, 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나는 순환 응답 전압 플롯이다. 예컨대, 도 4를 참조하면, 감쇠 및 상승 섹션들(430a, 430b)은 순환적인 응답 전압 플롯(430)의 일부이다. 다른 예에서, 하나 이상의 감쇠 섹션들은 응답 전압 감쇠 곡선이고, 하나 이상의 상승 섹션들은 응답 전압 상승 곡선이다. 예컨대, 도 5 및 도 6을 참조하면, 감쇠 및 상승 섹션들(530a-530f, 630a-630f)은 응답 전압 플롯들(530, 630)이며, 이들은 각각 응답 전압 감쇠 곡선 및 응답 전압 상승 곡선이다.
미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들에 기초한 미터 어셈블리의 어그리게이트 감쇠 특성 값일 수 있다. 예컨대, 감쇠-기반 평균 댐핑 특성(Cavg)은 각각 도 4 및 도 5에 도시된 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f)에 기초하여 결정될 수 있다. 방법은 또한 어그리게이트 감쇠 특성 값에 기초하여 댐핑 특성을 결정할 수 있다. 예컨대, 감쇠-기반 평균 댐핑 특성(Cavg)은 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f)에 기초하여 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어그리게이트 감쇠 특성 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들에 각각 대응하는 부분적 감쇠 특성들의 평균일 수 있다.
미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑 특성 값일 수 있다. 예컨대, 어그리게이트 댐핑 특성은 평균 댐핑 특성(Cavg)일 수 있다. 즉, 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑 특성 값은 미터 어셈블리의 평균 댐핑 특성으로 구성될 수 있다.
위의 내용은 위에서 설명된 미터 어셈블리(10) 및 유량계(5)와 같은 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정할 수 있는 미터 전자장치(20) 및 방법(700)을 설명한다. 미터 어셈블리(10)의 댐핑은 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 또는 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f)로부터 결정될 수 있다. 예컨대, 어그리게이트 댐핑-관련 값은 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 또는 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f)로부터 결정될 수 있다. 어그리게이트 댐핑-관련 값이 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 또는 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f)로부터 결정되기 때문에, 노이즈 또는 다른 스퓨리어스(spurious) 데이터 손상은 미터 어셈블리의 결정된 댐핑의 상당한 변동을 야기하지 않을 수 있어, 더 많이 반복가능한 미터 검증을 보장할 수 있다.
따라서, 특히, 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나에 기초하여 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하는 것을 포함하는 기술적 솔루션이, 예컨대, 미터 어셈블리의 댐핑의 부정확한 결정들을 야기할 수 있는 응답 전압 플롯들(430, 530, 630)의 노이즈의 기술적 문제를 해결하는 데 사용될 수 있다.
위의 실시예들의 상세한 설명들은 본 명세서의 범위 내에 있는 것으로 발명자들에 의해 고려되는 모든 실시예들에 대한 총 망라한 설명들이 아니다. 실제로, 당업자들은, 위에서 설명된 실시예들의 특정 엘리먼트들이 다른 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 조합되거나 또는 제거될 수 있고, 그러한 다른 실시예들이 본 명세서의 범위 및 교시들 내에 있음을 인식할 것이다. 또한, 당업자들에게는, 위에서 설명된 실시예들이 전체적으로 또는 부분적으로 조합되어 본 명세서의 범위 및 교시들 내에서 추가 실시예들을 생성할 수 있다는 것이 자명할 것이다.
따라서, 특정 실시예들이 예시를 목적으로 본원에서 설명되었지만, 당업자들이 인식할 바와 같이, 본 명세서의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다. 본원에서 제공된 교시들은 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하는 다른 전자장치 및 방법들에 적용될 수 있으며, 위에서 설명되고 첨부한 도면들에 도시된 실시예들에만 적용될 수 있는 것은 아니다. 따라서, 위에서 설명된 실시예들의 범위는 다음의 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims (16)

  1. 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20)로서,
    미터 어셈블리(10)로부터 진동 응답을 수신하기 위한 인터페이스(201) ― 상기 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 상기 미터 어셈블리(10)의 여기에 대한 응답을 포함함 ― , 및 상기 인터페이스(201)와 통신하는 프로세싱 시스템(203)을 포함하며,
    상기 프로세싱 시스템(203)은,
    상기 인터페이스(201)로부터 상기 진동 응답을 수신하고;
    상기 진동 응답의 복수의 응답 전압들(V)을 측정하고 ― 상기 복수의 응답 전압들(V)은 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나를 포함함 ― ; 그리고
    상기 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 상기 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f)에 기초하여 상기 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하도록 구성되는, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f) 및 상기 하나 이상의 상승 섹션들(430b, 630a-630f) 중 적어도 하나는 순환 응답 전압 플롯(430, 530, 630)인, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감쇠 섹션들(530a-530f)은 응답 전압 감쇠 곡선이고, 상기 하나 이상의 상승 섹션들(630a-630f)은 응답 전압 상승 곡선인, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 상기 하나 이상의 감쇠 섹션들(430a, 530a-530f)에 기초한 상기 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 감쇠 특성 값인, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템(203)은 상기 어그리게이트 감쇠 특성 값에 기초하여 댐핑 특성을 결정하도록 추가로 구성되는, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 어그리게이트 감쇠 특성 값은 상기 하나 이상의 감쇠 섹션들(530a-530f)에 각각 대응하는 부분적 감쇠 특성들의 평균인, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 상기 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑 특성 값인, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 미터 어셈블리(10)의 어그리게이트 댐핑 특성 값은 상기 미터 어셈블리(10)의 평균 댐핑 특성으로 구성되는, 유량계(5)의 미터 어셈블리(10)의 댐핑을 결정하기 위한 미터 전자장치(20).
  9. 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법으로서,
    미터 어셈블리로부터 진동 응답을 수신하는 단계를 포함하며,
    상기 진동 응답은 실질적 공진 주파수에서 상기 미터 어셈블리의 진동에 대한 응답을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 진동 응답을 수신하는 단계;
    상기 진동 응답의 복수의 응답 전압들을 측정하는 단계 ― 상기 복수의 응답 전압들은 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나를 포함함 ― ; 및
    상기 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 상기 하나 이상의 상승 섹션들에 기초하여 상기 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감쇠 섹션들 및 상기 하나 이상의 상승 섹션들 중 적어도 하나는 순환 응답 전압 플롯인, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감쇠 섹션들은 응답 전압 감쇠 곡선이고, 상기 하나 이상의 상승 섹션들은 응답 전압 상승 곡선인, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  12. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 상기 하나 이상의 감쇠 섹션들에 기초한 상기 미터 어셈블리의 어그리게이트 감쇠 특성 값인, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 어그리게이트 감쇠 특성 값에 기초하여 댐핑 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 어그리게이트 감쇠 특성 값은 상기 하나 이상의 감쇠 섹션들에 각각 대응하는 부분적 감쇠 특성들의 평균인, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  15. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑-관련 값은 상기 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑 특성 값인, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 미터 어셈블리의 어그리게이트 댐핑 특성 값은 상기 미터 어셈블리의 평균 댐핑 특성으로 구성되는, 유량계의 미터 어셈블리의 댐핑을 결정하기 위한 방법.
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