KR20240107173A - 코리올리 유량계 외부 자기장 정량화 장치 및 방법 - Google Patents

코리올리 유량계 외부 자기장 정량화 장치 및 방법 Download PDF

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KR20240107173A
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마커스 제이. 슈미트
크레이그 비. 맥커날리
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마이크로 모우션, 인코포레이티드
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Abstract

코리올리 유량계(5)가 제공되며, 코리올리 유량계(5)는 구동기(104)를 가지는 유동 도관들(103A, 103B), 및 이에 연결되는 픽오프 센서들(105, 105')을 포함한다. 계측 전자장치(20)는, 제1 굽힘 모드에서 유동 도관들(103A, 103B)을 진동시키도록 구동기(104)를 구동시키고 그리고 픽오프 센서들(105, 105')로부터 신호들을 수신하도록 구성된다. 계측 전자장치(20)는 외부 자기장의 존재를 표시하도록 구성된다.

Description

코리올리 유량계 외부 자기장 정량화 장치 및 방법
아래에 설명되는 실시예들은 진동 센서들에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 외부 자기장들을 검출할 수 있는 유량계(flowmeter) 및 관련 방법들에 관한 것이다.
예를 들어, 진동 밀도계(vibrating densitometer)들 및 코리올리 유량계(Coriolis flowmeter)들과 같은 진동 센서들은 일반적으로 공지되어 있고, 질량 유동 및 유량계에서 도관을 통해 유동하는 재료들에 관한 다른 정보를 측정하는 데 사용된다. 예시적인 코리올리 유량계들은 미국 특허 제4,109,524호, 미국 특허 제4,491,025호, 및 Re. 31,450에 개시된다. 이러한 유량계들은 직선 또는 곡선 구성의 하나 이상의 도관들을 갖는 계측 조립체들을 갖는다. 예를 들어, 코리올리 질량 유량계의 각각의 도관 구성은 일련의 자연 진동 모드들을 가지며, 이 자연 진동 모드들은 간단한 굽힘, 비틀림 또는 커플링된 유형일 수 있다. 각각의 도관은 바람직한 모드로 진동하도록 구동될 수 있다. 유량계를 통한 유동이 존재하지 않을 때, 도관(들)에 가해지는 구동력은, 도관(들)을 따른 모든 지점들이 동일한 위상 또는 작은 “제로 오프셋(zero offset)”으로 진동하는 것을 유발시키며, 이 제로 오프셋은 제로 유동에서 측정되는 시간 지연이다.
재료가 도관(들)을 통해 유동하기 시작함에 따라, 코리올리 힘들은 도관(들)을 따른 각각의 지점이 상이한 위상을 가지는 것을 유발시킨다. 예를 들어, 유량계의 유입 단부에서의 위상은 중앙집중식 구동기 포지션에서 위상에 래그되는(lag) 반면, 유출구의 위상은 중앙집중식 구동기 포지션에서 위상을 리드한다(lead). 도관(들) 상의 픽오프들은 도관(들)의 모션을 나타내는 사인곡선 신호들을 생성한다. 픽오프들로부터 출력된 신호들은 픽오프들 사이의 시간 지연을 결정하도록 처리되며, 이 시간 지연은 ΔT로서 공지되어 있다. 2개 또는 그 초과의 픽오프들 사이의 시간 지연은 도관(들)을 통해 유동하는 재료의 질량 유량에 비례한다.
구동기에 연결되는 계측 전자장치는 구동기를 작동시키기 위해 그리고 또한 픽오프들로부터 수신된 신호들로부터 질량 유량 및/또는 프로세스 재료의 다른 특성들을 결정하기 위해 구동 신호를 생성한다. 구동기는 많은 주지된 배열체들 중 하나를 포함할 수 있으며; 그러나, 자석 및 대향하는 구동 코일(opposing drive coil)은 유량계 산업에서 큰 성공을 얻었다. 교류 전류는 요망되는 도관 진폭 및 주파수로 도관(들)을 진동시키기 위해 구동 코일로 통과된다. 구동기 배열체와 매우 유사한 자석 및 코일 배열체로서 픽오프들을 제공하는 것이 또한 당업계에 공지되어 있다.
강한 외부 자석이 픽오프에 근접하게 배치될 때, 수개의 효과들이 관찰가능하다. 첫째로, 픽오프 전압은 급속하게 강하하거나 증가할 것이다. 둘째로, 픽오프들 사이의 위상 이동은 급속하게 떨어지거나 증가할 것이다. 일단 자석이 제거된다면, 센서 전압들 및 위상 이동이 정상으로 복귀한다. 외부 자기장들을 검출하고 그리고 유량계의 판독에 대한 이들의 효과들을 예측하는 디바이스 및 방법이 필요하다.
코리올리 유량계가 제공된다. 실시예에서, 코리올리 유량계는 유동 도관들뿐만 아니라, 유동 도관들에 연결되는 구동기 및 픽오프 센서들을 포함한다. 계측 전자장치는 제1 굽힘 모드로 유동 도관들을 진동시키고 그리고 픽오프 센서들로부터 신호들을 수신하도록 구동기를 구동시키도록 구성된다. 계측 전자장치는 자기장이 검출되는 경우 외부 자기장의 존재를 표시하도록 구성된다.
코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법이 제공된다. 실시예에 따르면, 본 방법은 유량계의 유동 도관들을 통해 유동 재료를 유동시키는 단계 및 제1 굽힘 모드에서 유동 도관들을 진동시키도록 유동 도관들에 연결된 구동기를 구동시키는 단계를 포함한다. 신호들은 유동 도관들에 연결된 픽오프 센서들로부터 수신된다. 자기장이 검출된다면, 외부 자기장의 존재가 표시된다.
양태들
일 양태에 따르면, 유동 도관들뿐만 아니라, 유동 도관들에 연결되는 구동기 및 픽오프 센서들을 포함하는 코리올리 유량계가 제공된다. 계측 전자장치는 제1 굽힘 모드로 유동 도관들을 진동시키고 그리고 픽오프 센서들로부터 신호들을 수신하도록 구동기를 구동시키도록 구성된다. 계측 전자장치는 자기장이 검출되는 경우 외부 자기장의 존재를 표시하도록 구성된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, 전압의 단차 변화가 픽오프 센서들 중 적어도 하나에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, 전압의 스파크가 픽오프 센서들 중 적어도 하나에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, 전압의 스파이크가 구동기에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, ΔT의 단차 변화가 검출될 때 표시된다.
바람직하게는, 각각의 픽오프 센서의 위상은 제3 독립적 신호에 대해 측정된다.
바람직하게는, 제3 독립 신호는 제1 굽힘 모드 이외의 구동 모드를 나타내는 구동 신호를 포함한다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, 제로-유량(zero-flow rate)이 개방 루프 구동기 신호(idrive2)와 픽오프 전압들(VLPO2, 및 VRPO2) 사이의 측정된 비대칭과 비교될 때 표시되며, VLPO2 , 및 VRPO2는 제2 벤드 모드 주파수에서의 픽오프 전압들이다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 외부 자기장의 효과를 오프셋시키기 위해, 변조 보정 인자가 계산되고 그리고 측정된 유량에 적용된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 경보가 개시된다.
일 양태에 따르면, 코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법은 유량계의 유동 도관들을 통해 유동 재료를 유동시키는 단계 및 제1 굽힘 모드에서 유동 도관들을 진동시키도록 유동 도관들에 연결된 구동기를 구동시키는 단계를 포함한다. 신호들은 유동 도관들에 연결된 픽오프 센서들로부터 수신된다. 자기장이 검출된다면, 외부 자기장의 존재가 표시된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, 전압의 스파이크 및 단차 변화 중 적어도 하나가 픽오프 센서들 중 적어도 하나에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, ΔT의 단차 변화가 검출될 때 표시된다.
바람직하게는, 각각의 픽오프 센서의 위상은 제1 굽힘 모드 이외의 구동 모드를 나타내는 구동 신호를 포함하는 제3 독립적 신호에 대해 측정된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재는, 제로-유량(zero-flow rate)이 개방 루프 구동기 신호(idrive2)와 픽오프 전압들(VLPO2, 및 VRPO2) 사이의 측정된 비대칭과 비교될 때 표시되며, VLPO2 , 및 VRPO2는 제2 벤드 모드 주파수에서의 픽오프 전압들이다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 외부 자기장의 효과를 오프셋시키기 위해, 변조 보정 인자가 계산되고 그리고 측정된 유량에 적용된다.
바람직하게는, 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 경보가 개시된다.
동일한 도면 부호는 모든 도면들 상에 동일한 요소를 나타낸다. 도면들이 반드시 실척대로 도시되지 않는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 진동계를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 계측 전자장치(meter electronics)를 도시한다.
도 3은 실시예에 따라 유량계 센서 픽오프 전압(flowmeter sensor pickoff voltage) 상의 자기장들의 효과를 도시한다.
도 4는 실시예에 따라 유량 측정에 대한 자기장들의 효과를 도시한다.
도 5는 구동 전류와 픽오프 센서 전압들 사이의 관계를 예시한다.
도 6은 듀얼-U-튜브 코리올리 센서(dual-U-tube Coriolis sensor)의 제1 굽힘 모드를 예시한다.
도 7은 유체 유동의 결과로서의 듀얼-U-튜브 코리올리 센서의 비틀림 모드를 예시한다.
도 8은 듀얼-U-튜브 코리올리 센서의 제2 굽힘 모드를 예시하며, 그리고
도 9는, 특히 유동에 따른 V LPO2 및 V RPO2 의 대칭적인 이동을 예시하는, 유량계의 제2 굽힘 모드에 대한 페이저 다이어그램(phasor diagram)을 예시한다.
도 1 내지 도 9 및 하기의 설명은 센서 조립체, 브레이스 바들, 구동기들, 및 픽오프 센서들의 실시예들의 최상 모드를 만들고 그리고 사용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위한 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, 아래에 설명되는 특징들이 실시예들의 다수의 변형예들을 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.
도 1은 실시예에 따른 유량계(5)를 도시한다. 유량계(5)는 센서 조립체(10) 및 계측 전자장치(20)를 포함한다. 계측 전자장치(20)는 리드(lead)들(100)을 통해 센서 조립체(10)에 연결되고, 그리고 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 총 질량 유동, 온도, 또는 다른 측정들 또는 통신 경로(26)를 통한 정보 중 하나 이상의 측정들을 제공하도록 구성된다. 유량계(5)는 코리올리 질량 유량계 또는 다른 진동 유량계를 포함할 수 있다. 유량계(5)가, 구동기들, 픽오프 센서들, 유동 도관들의 수, 또는 진동의 동작 모드에 관계없이, 임의의 방식의 유량계(5)를 포함할 수 있다는 것이 당업자들에게 자명해야 한다.
센서 조립체(10)는 한 쌍의 플랜지들(101 및 101'), 매니폴드(manifold)들(102 및 102'), 구동기(104), 픽오프 센서들(105 및 105'), 및 유동 도관들(103A 및 103B)을 포함한다. 구동기(104) 및 픽오프 센서들(105 및 105')은 유동 도관들(103A 및 103B)에 연결된다.
플랜지들(101 및 101')은 매니폴드들(102 및 102')에 부착된다. 매니폴드들(102 및 102')은 일부 실시예들에서 스페이서(106)의 반대편 단부들에 부착될 수 있다. 스페이서(106)는 매니폴드들(102 및 102') 사이의 간격을 유지한다. 센서 조립체(10)가 측정되고 있는 유동 유체를 운반하는 파이프라인(미도시) 내로 삽입될 때, 프로세스 유체가 플랜지(101)를 통해 센서 조립체(10)에 진입하고, 유입 매니폴드(102)를 통과하고 ─ 여기서 프로세스 유체의 총량은 유동 도관들(103A 및 103B)에 진입하도록 지향됨 ─ , 유동 도관들(103A 및 103B)을 통해 그리고 다시 유출 매니폴드(102') 내로 유동하며, 여기서 프로세스 유체는 플랜지(101')를 통해 센서 조립체(10)를 빠져나간다.
프로세스 유체는 액체를 포함할 수 있다. 프로세스 유체는 가스를 포함할 수 있다. 프로세스 유체는, 예를 들어, 비제한적으로, 혼입된 가스들 및/또는 혼입된 고체들을 포함하는 액체와 같은 다상 유체를 포함할 수 있다. 유동 도관들(103A 및 103B)은, 각각 굽힘 축들(W-W 및 W'-W')을 중심으로 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트들, 및 탄성 계수들을 가지도록, 선택되고 그리고 유입 매니폴드(102) 및 유출 매니폴드(102')에 적절하게 장착된다. 유동 도관들(103A 및 103B)은 본질적으로 평행한 방식으로 매니폴드들(102 및 102b')로부터 바깥쪽으로 연장한다.
유동 도관들(103A 및 103B)은 구동기(104)에 의해, 개개의 굽힘 축들(W 및 W')을 중심으로 반대 방향들로 그리고 유량계(5)의 제1 이상 굽힘 모드로 지칭되는 것에서 구동된다. 구동기(104)는 유동 도관(103A)에 장착된 자석 및 유동 도관(103B)에 장착된 대향 코일과 같은, 많은 주지된 배열체들 중 하나를 포함할 수 있다. 도관들 둘 모두가 진동하게 하기 위해, 교류 전류가 대향 코일을 통해 통과된다. 계측 전자장치(20)에 의해 적절한 구동 신호가 리드(110)를 통해 구동기(104)에 인가된다. 다른 구동기 디바이스들이 고려되고, 그리고 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
계측 전자장치(20)는 리드들(111 및 111') 각각 상에서 센서 신호들을 수신한다. 계측 전자장치(20)는, 구동기(104)가 유동 도관들(103A 및 103B)을 진동시키는 것을 유발시키는 구동 신호를 리드(110) 상에 생성한다. 다른 센서 디바이스들이 고려되고, 그리고 이러한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
계측 전자장치(20)는, 특히, 유량을 계산하기 위해 픽오프 센서들(105 및 105')로부터 좌측 및 우측 속도 신호들을 처리한다. 통신 경로(26)는 계측 전자장치(20)가 조작자 또는 다른 전자 시스템들과 인터페이스하는 것을 허용하는 입력 및 출력 수단을 제공한다. 도 1의 설명은 단지 유량계의 작동의 일 예로서 제공되며, 본 발명의 교시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실시예들에서, 하나 이상의 구동기들 및 픽오프들을 가지는 단일 튜브 및 다중-튜브 유량계들이 고려된다.
일 실시예에서, 계측 전자장치(20)는 유동 도관(103A 및 103B)을 진동시키도록 구성된다. 진동은 구동기(104)에 의해 수행된다. 계측 전자장치(20)는 픽오프 센서들(105 및 105')로부터 결과적인 진동 신호들을 추가로 수신한다. 진동 신호들은 유동 도관들(103A 및 103B)의 진동 응답을 포함한다. 계측 전자장치(20)는 진동 응답을 처리하고, 그리고 응답 주파수 및/또는 위상 차이를 결정한다. 계측 전자장치(20)는 진동 응답을 처리하고, 그리고 프로세스 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 포함하는 하나 이상의 유동 측정들을 결정한다. 다른 진동 응답 특성들 및/또는 유동 측정들이 고려되고, 그리고 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
일 실시예에서, 유동 도관들(103A 및 103B)은 도시되는 바와 같이, 실질적으로 오메가-형상 유동 도관들을 포함한다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 유량계는 실질적으로 직선형 유동 도관들, U-형상 도관들, 델타(delta)-형상 도관들 등을 포함할 수 있다. 부가의 유량계 형상들 및/또는 구성들이 사용될 수 있고, 그리고 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
도 2는 실시예에 따른 유량계(5)의 계측 전자장치(20)의 블록선도이다. 작동시에, 유량계(5)는, 질량 유량, 체적 유량, 개별 유동 성분 질량, 및 체적 유량, 그리고 예를 들어, 체적 및 질량 유동 둘 모두를 포함하는 총 유량의 측정된 또는 평균화된 값의 하나 이상을 포함하여 출력될 수 있는 다양한 측정 값들을 제공한다.
유량계(5)는 진동 응답을 생성한다. 진동 응답은 하나 이상의 유체 측정 값들을 생성하기 위해 계측 전자장치(20)에 의해 수신되고 그리고 처리된다. 값들은 감시되고, 기록되고, 저장되고, 합계되고, 그리고/또는 출력될 수 있다.
계측 전자장치(20)는 인터페이스(201), 인터페이스(201)와 통신하는 처리 시스템(203), 및 처리 시스템(203)과 통신하는 저장 시스템(204)을 포함한다. 이러한 구성요소들이 별개의 블록들로서 도시되어 있지만, 계측 전자장치(20)가 통합된 그리고/또는 개별 구성요소들의 다양한 조합들로 구성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
인터페이스(201)는 유량계(5)의 센서 조립체(10)와 통신하도록 구성된다. 인터페이스(201)는, 예를 들어, 리드들(100)(도 1 참조)에 커플링하고, 그리고 구동기(104), 픽오프 센서들(105 및 105'), 및 온도 센서들(미도시)과 신호들을 교환하도록 구성될 수 있다. 인터페이스(201)는 통신 경로(26)를 통해, 예컨대 외부 디바이스들과 통신하도록 추가로 구성될 수 있다.
처리 시스템(203)은 임의의 방식의 처리 시스템을 포함할 수 있다. 처리 시스템(203)은 유량계(5)를 작동시키기 위해 저장된 루틴(routine)들을 검색하고 실행하도록 구성된다. 저장 시스템(204)은 유량계 루틴(205), 자기장 검출 루틴(209), 및 대안적인 굽힘 모드 루틴(211)을 포함하는 루틴들을 저장할 수 있다. 다른 측정/처리 루틴들이 고려되고, 그리고 이 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다. 저장 시스템(204)은 측정들, 수신된 값들, 작동 값들, 및 다른 정보를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 시스템은 질량 유동(m)(221), 밀도(ρ)(225), 점도(μ)(223), 온도(T)(224), 구동 이득(306), 변환기 전압(303), 및 임의의 당 분야에서 공지된 다른 변수들을 포함한다.
유량계 루틴(205)은 유체 정량화들 및 유동 측정들을 생성할 수 있고 그리고 저장할 수 있다. 이러한 값들은 실질적으로 순간적인 측정 값들을 포함할 수 있거나, 합계 또는 누적된 값들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유량계 루틴(205)은 질량 유동 측정들을 생성할 수 있고, 그리고 예를 들어, 이 질량 유동 측정들을 저장 시스템(204)의 질량 유동(221)에 저장할 수 있다. 유량계 루틴(205)은, 예를 들어, 밀도(225) 측정들을 생성할 수 있고 그리고 이 측정들을 밀도(225) 스토리지(storage)에 저장할 수 있다. 질량 유동(221) 및 밀도(225) 값들은, 이전에 논의된 바와 같이 그리고 당 분야에서 공지된 바와 같이, 진동 응답으로부터 결정된다. 질량 유동 및 다른 측정들은 실질적으로 순간적인 값을 포함할 수 있고, 샘플을 포함할 수 있고, 시간 간격에 걸쳐 평균화된 값을 포함할 수 있거나, 시간 간격에 걸쳐 누적된 값을 포함할 수 있다. 시간 간격은, 특정 유체 조건들이 검출되는 시간의 블록, 예를 들어, 액체-전용 유체 상태, 또는 대안적으로, 액체들 및 혼입된 가스를 포함하는 유체 상태에 대응하도록 선택될 수 있다. 또한, 다른 질량 유동 및 관련된 정량화가 고려되고, 그리고 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
도 3을 참조하면, 감시 계측 전자장치(20)에 의해, 자석들 및 코일들이 픽오프 센서들(105 및 105')을 위해 활용될 때, 전자기 소스들로부터 또는 영구 자석들로부터 오는 외부 자기장들이 센서 조립체(10)의 판독에 영향을 주는 것이 도시된다. 상대적으로 날카로운 그리고 대칭적인 단차 변화들이 존재하는 것이 명백하다.
도 3에서 브라켓 #1로 표시된 구역은 유량계의 출력에 가장 근접하게 위치되는 픽오프 센서(105')에 가깝게 배치되는 자석을 나타낸다. 자석이 그곳에 배치될 때, 전압의 상대적으로 예리하고 대칭적인 단차 변화는 유량계의 출력(도 3에서 POOUT으로 표시됨)에 가장 가깝게 위치되는 픽오프 센서(105')에 의해 제공되는 신호에서 검출된다.
도 3에서 브라켓 #2로 표시된 구역은 유량계의 입력에 가장 근접하게 위치되는 픽오프 센서(105')에 가깝게 배치되는 자석을 나타낸다. 자석이 그곳에 배치될 때, 전압의 상대적으로 예리하고 대칭적인 단차 변화는 유량계의 출력(도 3에서 POOUT으로 표시됨)에 가장 가깝게 위치되는 픽오프 센서(105')에 의해 제공되는 신호에서 또한 검출된다. 전압 스파이크들은 또한, 유량계의 입력부(도 3에서 POIN으로 표시됨)에 가장 가깝게 위치되는 픽오프 센서(105)에 의해 제공되는 신호에서 검출된다. 전압 스파이크들은 또한 구동기(104)에 의해 제공되는 신호에서 검출된다.
도 3에서 브라켓 #3으로 표시된 구역은 구동기(104)에 근접하게 배치되는 자석을 나타낸다. 전압의 검출가능한 그리고 상대적으로 날카로운 그리고 대칭적인 단차 변화가 구동기(104)에 의해 제공되는 신호에서 검출된다.
도 4를 참조하면, 외부 자석들이 유량계(5)의 ΔT 판독들에 영향을 주는 것이 도시된다. 구동기(104)가 자연 공진 주파수에서 반대로 진동하도록 유동 도관들(103A, 103B)을 자극할 때, 유동 도관들(103A, 103B)은 진동하며, 그리고 각각의 픽오프 센서(105, 105')로부터 발생된 전압은 사인파를 생성한다. 이는 다른 것에 대한 하나의 도관의 움직임을 나타낸다. 2개의 사인 파동들 사이의 시간 지연은 ΔT로 지칭되며, 이는 질량 유량에 정비례한다. 유동 도관들(103A, 103B) 중 하나의 위상이 영향을 받는다면, ΔT는 변한다. 유동은 하나의 픽오프 센서의 위상에서의 양의 변화 및 다른 픽오프 센서의 위상에서의 동등한 음의 변화를 야기해야 한다.
도 4에서 브라켓 #1로 표시된 구역은 유량계의 출력에 가장 근접하게 위치되는 픽오프 센서(105')에 가깝게 배치되는 자석을 나타낸다. 자석이 그곳에 배치될 때, ΔT에서의 비교적 날카로운 그리고 대칭적인 단차형 감소가 검출된다.
도 4에서 브라켓 #2로 표시된 구역은 유량계의 입력에 가장 근접하게 위치되는 픽오프 센서(105')에 가깝게 배치되는 자석을 나타낸다. 자석이 자석에 배치될 때, ΔT에서 비교적 날카로운 그리고 대칭적인 단차형 증가가 검출된다.
도 4에서 브라켓 #3으로 표시된 구역은 구동기(104)에 근접하게 배치되는 자석을 나타낸다. 자석이 그곳에 배치될 때, ΔT에서의 비교적 날카로운 그리고 대칭적인 단차형 감소가 검출된다.
상기에 언급된 바와 같이, 유동 도관들(103A, 103B) 중 하나의 위상이 영향을 받는다면, ΔT는 변경되지만, 더욱이, 각각의 픽오프 센서(105, 105')의 위상이 제3 독립적 신호에 대해 측정된다면, ΔT가 질량 유동으로부터 유도되는지 아닌지의 여부가 결정될 수 있다. 예를 들어, 구동 전류는 이러한 제3 신호에 대한 양호한 선택처럼 보일 수 있지만, 불행하게도, 구동 전류는 도 5에서 예시되는 바와 같이, 2개의 픽오프 센서 전압들로부터 독립적이지 않다.
도 5는 전형적인 예시적인 유량계 전자장치에서 구동 전류, 픽업 센서(105') 전압(VRPO), 픽업 센서(105) 전압(VLPO), 및 ΔT 사이의 관계를 예시하는 예시적인 페이저 다이어그램(phasor diagram)을 도시한다. 이러한 예에서, 구동 전류는 픽오프 센서(105) 전압으로부터 생성된다. 파선은 유체 유동 및 결과적인 전압(VRPO Flowing)을 나타낸다. 계측 전자장치(20)가 스케일링된 상 변화(ΔφRPO)와 ΔT 사이를 구별할 수 없다는 것이 명백할 것이다. 유체가 튜브들을 통해 유동할 때, 구동 전류(idrive)는-픽오프 센서(105) 전압(VLPO)으로부터 이동된 0°를 유지하며, 그리고 측정된 ΔT는 픽오프 센서(105') 위상(φRPO)으로부터 완전히 나온다.
구동 전류가 독립적인 신호로서 사용될 수 없기 때문에, 실시예에서, 제3 신호가 구동 전류에 추가된다. 실시예에서, 유동 도관들(103A, 103B)은 제2 굽힘 모드이다. 다른 실시예에서, 다른 주파수들/굴곡 모드들이 활용될 수 있다.
도 6은, 예로서, 듀얼-U-튜브 코리올리 센서의 제1 굽힘 모드를 예시한다. 유동 유체는 도 7에서 도시되는 주파수로 제2 굽힘 모드의 공진 방지 응답을 여기시키는 코리올리 힘을 유발시킨다. 도 8은 도 7에서 예시되는 동일한 예시적인 유체 유동의 결과로서 듀얼-U-튜브의 제2 굽힘 모드를 예시한다.
추가의 구동 신호를 추가함으로써, 센서는 제1 및 제2 굽힘 모드들 양자 모두를 여기시킬 수 있다. 이러한 여기 신호들은 VLPO이며, 이는 제1 벤드 모드 주파수에서의 LPO 전압을 나타내는 반면, VLPO2는 제2 벤드 모드 주파수에서의 LPO 전압을 나타내는 것 등이다.
이러한 2개의 신호들이 독립적이게 하기 위해, 실시예에서, 제2 신호(idrive2)는 개방 루프 방식으로 생성된다. 이는 스케일링 및 위상 이동(VLPO2 또는 VRPO2)에 의해 생성되지 않으며, 그렇지 않으면 이는 일반적인 구동 센서보다 더 많은 정보를 제공하지 않을 것이다. 실시예에서, idrive2는 idrive의 주파수 및 진폭에 대한 스케일링 인자(scaling factor)로 그러나 임의의 위상에서 생성된다. 이는 idrive에 잠금된 위상이 아닌 신호를 제공한다. 이들 신호들은 교번식 굽힘 모드 루틴(211)에 의해 생성될 수 있다.
실시예에서, idrive2, VLPO2, 및 VRPO2는 모든 다른 신호들에 독립적이다. 따라서, idrive2, VLPO2, 및 VRPO2 사이의 위상 차이들은 모두 측정가능하다. 따라서, 상 변경들이 대칭적(유동에 대해 예상되는 바와 같이) 또는 비대칭적(외부 자석을 표시)인지의 여부가 확인될 수 있다.
실시예에서, 외부 자석들의 효과들은 정량화되고 그리고 수정된다. 질량 유동은 제1 굽힘 모드를 사용하여 여전히 계산될 수 있는 반면, 제2 굽힘 모드는 정상 작동 동안 외부 자석들을 위한 확인으로서 사용될 수 있다.
0 유동에서, idrive2는 VLPO2 및 VRPO2 둘 모두와 이상적으로 90°이다. 유동이 증가함에 따라, VLPO2 및 VRPO2 양자 모두의 위상은, 도 9에서 도시되는 바와 같이, 각각 idrive2로부터 VLPO2(FLOWING) 및 VRPO2(FLOWING)으로 대칭적으로 멀리 이동될 것이다.
따라서, 실시예에서, 픽오프들 사이의 비대칭이 계산될 수 있다. 실시예에서, 계산은 다음의 등식들을 채택한다:
(1)
(2)
(3)
이러한 방법론에 기초하여, 비대칭은 모든 유동 및 비유동 조건들에 대해 0이어야 한다. 이는, 하나의 픽오프 신호가 다른 픽오프 신호와 상이하게 작용할 때만 변할 것이다. 이는 자기 변조(magnetic tampering)를 나타낸다. 0 유량을 측정된 비대칭과 비교함으로써, 변조 수정 인자가 계산될 수 있고, 그리고 자기 변조의 영향들을 오프셋시키는 측정된 유량에 적용될 수 있다. 자기 변조가 검출된다면, 실시예에서, 계측 전자장치에 의해 플래그(flag)가 기록된다. 실시예에서, 자기 변조가 검출되면, 경보가 개시된다. 경보는 가청 및/또는 가시적일 수 있다. 실시예에서, 경보는, 서버, 컴퓨터, 폰(phone), 계측 전자장치, 또는 다른 전자 디바이스와 같은 원격 디바이스로 전달되는 통지를 포함한다.
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. 본원에서 제공되는 교시는 전술되고 첨부 도면들에서 도시되는 실시예들뿐만 아니라, 다른 센서들, 센서 브라켓들, 및 도관들에 적용될 수 있다. 이에 따라, 설명된 실시예들의 범주는 하기 청구범위들로부터 판정되어야 한다.

Claims (17)

  1. 코리올리 유량계(Coriolis flowmeter)(5)로서,
    유동 도관들(103A, 103B);
    상기 유동 도관들(103A 및 103B)에 연결되는 구동기(driver)(104) 및 픽오프 센서(pick-off sensor)들(105, 105'); 및
    제1 굽힘 모드(bending mode)에서 상기 유동 도관들(103A, 103B)을 진동시키도록 상기 구동기(104)를 구동시키고 그리고 상기 픽오프 센서들(105, 105')로부터 신호들을 수신하도록 구성되는 계측 전자장치(20)를 포함하며,
    상기 계측 전자장치(20)는, 자기장이 검출되는 경우, 외부 자기장의 존재를 표시하도록 구성되는,
    코리올리 유량계(5).
  2. 제1 항에 있어서,
    외부 자기장의 존재는, 전압의 단차 변화가 상기 픽오프 센서들(105, 105') 중 적어도 하나에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시되는,
    코리올리 유량계(5).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 전압의 스파크(spike)가 상기 픽오프 센서들(105, 105') 중 적어도 하나에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시되는,
    코리올리 유량계(5).
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 전압의 스파이크가 상기 구동기(104)에 의해 제공되는 신호에서 검출될 때 표시되는,
    코리올리 유량계(5).
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 상기 ΔT의 단차 변화가 검출될 때 표시되는,
    코리올리 유량계(5).
  6. 제1 항에 있어서,
    각각의 픽오프 센서(105, 105')의 위상은 제3 독립적 신호에 대해 측정되는,
    코리올리 유량계(5).
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제3 독립적 신호는 상기 제1 굽힘 모드 이외의 구동 모드를 나타내는 구동 신호를 포함하는,
    코리올리 유량계(5).
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 제로-유량(zero-flow rate)이 개방 루프 구동기 신호(idrive2)와 픽오프 전압들(VLPO2, 및 VRPO2) 사이의 측정된 비대칭과 비교될 때 표시되며, VLPO2 , 및 VRPO2는 제2 벤드 모드 주파수에서의 픽오프 전압들인,
    코리올리 유량계(5).
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 상기 외부 자기장의 효과를 오프셋시키기 위해, 변조 보정 인자가 계산되고 그리고 상기 측정된 유량에 적용되는,
    코리올리 유량계(5).
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 경보가 개시되는,
    코리올리 유량계(5).
  11. 코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법으로서,
    상기 유량계의 유동 도관들을 통해 유동 재료를 유동시키는 단계;
    제1 굽힘 모드로 상기 유동 도관들을 진동시키도록 상기 유동 도관들에 연결된 구동기를 구동시키는 단계;
    상기 유동 도관들에 연결된 픽오프 센서들로부터 신호들을 수신하는 단계; 및
    자기장이 검출될 때, 외부 자기장의 존재를 표시하는 단계를 포함하는,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 전압의 스파이크 및 단차 변화 중 적어도 하나가 상기 픽오프 센서들 중 적어도 하나에 의해 제공되는 상기 신호에서 검출될 때 표시되는,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 상기 ΔT의 단차 변화가 검출될 때 표시되는,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 각각의 픽오프 센서의 위상은 상기 제1 굽힘 모드 이외의 구동 모드를 나타내는 구동 신호를 포함하는 제3 독립적 신호에 대해 측정되는,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재는, 제로-유량이 개방 루프 구동기 신호(idrive2)와 픽오프 전압들(VLPO2, 및 VRPO2) 사이의 측정된 비대칭과 비교될 때 표시되며, VLPO2 , 및 VRPO2는 제2 벤드 모드 주파수에서의 픽오프 전압들인,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 상기 외부 자기장의 효과를 오프셋시키기 위해, 변조 보정 인자가 계산되고 그리고 상기 측정된 유량에 적용되는,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 외부 자기장의 존재가 검출될 때, 경보가 개시되는,
    코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
KR1020247019333A 2021-11-12 코리올리 유량계 외부 자기장 정량화 장치 및 방법 KR20240107173A (ko)

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