KR101450817B1

KR101450817B1 - 유량계 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR101450817B1
Application number: KR1020117000167A
Authority: KR
Inventors: 로저 스코트 러빙
Original assignee: 마이크로 모우션, 인코포레이티드
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2014-10-15
Also published as: KR20110015464A; EP2297553B1; JP5979874B2; BRPI0822758B1; WO2009148451A1; BR122018075233B1; CA2726884C; HK1158744A1; AU2008357484B2; AU2008357484A1; US8347735B2; AR071916A1; JP2011523055A; EP2297553A1; BRPI0822758A2; MX2010012586A; CN102084223A; CA2726884A1; US20110072912A1; CN102084223B

Abstract

유량계 동작 방법이 제공된다. 유량계는 유동관에 커플링된 픽오프 센서들과 구동기를 포함한다. 상기 구동기가 구동 신호에 응답하여 상기 유동관을 진동시키도록 구성된다. 상기 방법은 타겟 픽오프 전압을 설정하고, 유량계 온도를 측정하는 것을 포함한다. 상기 방법은 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하고, 상기 온도 보상된 유동관 진폭을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 제어하는 것을 더 포함한다.

Description

유량계 및 그 동작 방법 {FLOW METER AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}

본 발명은 유량계에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가변 온도 범위에 걸쳐 일정한 유동관 진폭을 유지할 수 있는 유량계에 관한 것이다.

유량계에서 도관을 관통하여 흐르는 물질에 대한 질량 유동 및 다른 정보를 측정하기 위해서 코리올리 효과 질량 유량계를 사용하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 예시적인 코리올리 유량계가 J.E. Smith 등에게 허여된 미국 특허 4,109,524, 미국 특허 4,491,025, 그리고 Re. 31,450에 개시된다. 이들 유량계들은 직선형 또는 곡선형의 하나 이상의 도관들을 구비한다. 코리올리 질량 유량계에서의 각각의 도관의 구성은 단순 굽힘, 비틀림 또는 커플링된 유형일 수 있는 자연 진동 모드를 구비한다. 각각의 도관은 바람직한 모드에서 진동되도록 구동될 수 있다.

유량계의 유입측(inlet side) 상에 연결된 파이프라인으로부터 유량계 내로 물질이 유입되고 도관 또는 도관들을 통과하도록 지향되고 유량계의 유출측을 통해 유량계를 빠져나간다. 진동 중인, 물질로 채워진 시스템의 자연 진동 모드는 부분적으로 도관과 상기 도관 내를 흐르는 물질의 결합 질량에 의해서 정의된다.

유량계를 관통해 흐르는 어떠한 유동도 존재하지 아니할 때, 도관에 인가된 구동력이 도관을 따르는 모든 지점들(points)로 하여금 동일한 위상 또는 보정될 수 있는 작은 초기 고정 위상 오프셋을 가지도록 진동하도록 한다. 물질이 유량계를 관통해 흐르기 시작하면서, 코리올리 힘이 도관을 따르는 각각의 지점으로 하여금 상이한 위상을 가지도록 한다. 예를 들면, 유량계의 유입 단에서의 위상이 집중된(centralized) 구동기 위치에서의 위상에 뒤쳐지며 반면 유출단에서의 위상은 구동기에 앞선다. 도관(들) 상 픽오프 센서들은 도관(들)의 운동(motion)을 나타내는 정현 신호를 생성한다. 픽오프 센서들 간의 위상차를 결정하기 위해 픽오프 센서들로부터 출력된 신호가 처리된다. 둘 이상의 픽오프 센서들 간의 위상차는 도관(들)을 관통해 지나가는 물질의 질량 유속에 비례한다.

계측기 전자부는 구동기를 동작시키기 위한 구동 신호를 생성하고 픽오프 센서들로부터 수신한 신호로부터 물질의 질량 유속 및 다른 성질을 결정한다. 구동기는 많은 잘 알려진 배열체들(arrangements) 중 하나를 포함할 수 있지만, 하나의 도관에 장착된 자석 및 다른 도관 또는 고정된 베이스에 장착된 대향(opposing) 구동 코일이 유량계 산업에서 크게 성공적인 것으로 받아들여진다. 희망되는 유동관 진폭 및 주파수에서 두 도관들을 진동시키기 위해 구동 코일로 교류 전류가 통과된다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 구동기 배열체와 매우 유사한 자석 및 코일 배열로서 픽오프 센서들을 제공하는 것이 또한 알려져 있다. 그런데, 구동기가 운동을 유도하는 전류를 받는 동안 픽오프 센서들은 전압을 유도하기 위해 구동기에 의해 제공되는 운동을 사용할 수 있다. 구동기와 픽오프 센서들의 일반적인 동작 원리는 본 발명이 속한 기술 분야에 일반적으로 알려져 있다.

많은 어플리케이션들에 있어서, 적어도 부분적으로 픽오프 신호들에 의해서 구동 신호가 결정된다. 계측기가 진동하도록 유도하기 위해 초기 구동 신호가 구동기에 일단 인가되면, 픽오프 센서들은 특정한 속도를 유지한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 계측기 전자부가 "변위(displacement)" 또는 "위치(positional)" 방식 제어에 따라서 구동 신호를 제어하는 것이 알려져 있다. 다시 말해서, 계측기 전자부는 픽오프 센서들에서 특정한 진폭을 유지하기 위한 구동 신호를 생성하고 구동기에 인가한다. 픽오프의 운동에 의해 생성된 전압 신호의 진폭은 일반적으로 유동관의 정현 변위의 진폭에 비례하도록 디자인되고, 이러한 관계가 종종 볼트/헤르츠(볼트/헤르츠)의 관점에서 표현된다. 픽오프 신호 진폭은 다음의 구성요소들: 픽오프 진동의 주파수, 픽오프의 자기장, 픽오프 코일 와이어 길이, 및 픽오프의 운동 진폭의 함수이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 동작의 시스템 주파수가 전자부에서 측정되고 이 때 자기장과 코일 와이어 길이가 일정한 것으로 가정되는 것이 일반적이다. 따라서 유동관 변위 진폭의 제어는 종종 볼트/헤르츠의 관점에서 표현되는 타겟 픽오프 신호 전압 진폭을 유지하는 것에 의해서 성취된다.

고온 환경 또는 높은 프로세스 유체 온도에 유량계가 노출될 때 이러한 진폭 관계에 의한 문제가 발생한다. 이들은 구동기 온도 및 픽오프 센서 온도를 상승시킬 수 있다. 온도가 증가함에 따라서, 구동기 및 픽오프 센서들의 자기장이 감소하고 이로써 픽오프 출력 전압이 감소하게 만든다. 일정한 볼트/헤르츠 관계로서 픽오프 출력 전압이 유지되게 구동 신호가 설정된다면, 구동 신호가 증가하고 이것은 픽오프 전압 진폭을 증가시키기 위해 유동관 변위 진폭을 증가시킨다. 결과적인 더 큰 유동관 진폭은 몇몇 원치않는 효과를 야기한다. 구조적인 관점으로부터, 더 큰 관 진폭은 더 큰 관 응력을 초래한다. 유동관 진폭들을 상이하게 하는 것은 또한 원치 않는 진동 모드들을 구동할 수 있는데, 상기 원치 않는 진동 모드들은 픽오프 신호 상으로 나타나서(impress) 측정 에러들을 야기한다. 부가적으로, 더 큰 관 진폭은 더 큰 구동 전력을 요구한다. 많은 상황들에 있어서, 가용한 전력은 안전 지지율(safety approval rating) 또는 제조 사양(manufacturing specifications)에 의해서 제한될 수 있다. 구동 전력 요건은 고온 환경에서 훨씬 더 큰 정도까지 증가하는데, 구동 자석의 효율이 떨어지기 때문이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 고온의 존재 하에서 일정한 유동관 진폭을 유지하는 방법을 제공하는 것이 요구된다. 본 발명은 이러한 문제와 다른 문제를 해결하고 본 발명이 속한 기술 분야에서 앞서 성취된다.

양태들( ASPECTS )

본 발명의 일 양태에 따르면, 유량계의 동작 방법에 있어서, 상기 유량계가 유동관(flow tube)에 커플링된 픽오프 센서들과 구동기를 포함하되, 상기 구동기가 구동 신호에 응답하여 상기 유동관을 진동시키도록 구성되고, 상기 유량계의 동작 방법은 타겟 픽오프 전압을 설정하는 단계; 유량계 온도를 측정하는 단계; 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계; 그리고 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 제어하는 단계:를 포함한다.

바람직하게는, 상기 픽오프 센서들의 자성 재료를 식별(identify)하는 단계를 더 포함하고, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 상기 픽오프 센서들의 자기장 세기의 변화를 보상하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 상기 픽오프 센서들의 자성 재료에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 상기 타겟 픽오프 전압을 조정하는 것을 포함한다.

바람직하게는 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 다음의 수학식을 사용하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 계측기 디자인 온도(meter design temperature)를 설정하는 단계를 더 포함하고, 피측정 유량계 온도가 상기 계측기 디자인 온도의 임계값 내에 있을 때, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 상기 타겟 픽오프 전압과 실질적으로 동일하다.

바람직하게는, 상기 임계값은 사용자 설정가능 값을 포함한다.

바람직하게는, 상기 임계값은 상기 픽오프 센서들에 따라서 기결정된 값을 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는,

계측기 디자인 온도와 피측정 계측기 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하는(retrieve) 것을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 유동관에 커플링된 픽오프 센서들과 구동기를 포함하되 상기 구동기가 구동 신호에 응답하여 상기 유동관을 진동시키도록 구성된 유량계의 동작 방법이, 타겟 픽오프 전압을 설정하는 단계; 유량계 온도를 측정하는 단계; 피측정 유량계 온도를 계측기 디자인 온도와 비교하는 단계; 그리고 상기 피측정 유량계 온도가 상기 계측기 디자인 온도와 임계값보다 많이 차이가 나면, 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계:를 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 제어하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 픽오프 센서들의 자성 재료를 식별하는 단계를 더 포함하고, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 픽오프 센서 자석의 자기장 세기의 변화를 보상하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 상기 픽오프 센서 자석에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 상기 타겟 픽오프 전압을 조정하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 다음의 수학식을 사용하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 계측기 디자인 온도와 피측정 계측기 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 가변 온도 범위에 걸친 유량계의 유동관 진폭(amplitude) 유지 방법이, 유동관에 커플링된 구동기로서, 상기 유동관에 커플링된 복수의 픽오프 센서들의 타겟 픽오프 전압을 유지하도록 구성된 구동기에 구동 신호를 인가하는 단계; 유량계 온도를 측정하는 단계; 상기 복수의 픽오프 센서들의 자성 자료에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계; 그리고 피측정 유량계 온도와 계측기 디자인 온도 간의 차이가 임계값을 초과하면, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 제어하는 단계:를 포함한다.

바람직하게는, 상기 구동 신호를 제어하는 단계는, 구동 전력을 조정하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 유량계가 유동관; 상기 유동관에 커플링되고 구동 신호에 응답하여 상기 유동관을 진동시키도록 구성된 구동기; 상기 유동관에 커플링된 복수의 픽오프 센서들; 그리고 계측기 전자부로서, 픽오프 전압을 설정하고; 유량계 온도를 모니터링하고; 온도 보상된 픽오프 전압을 생성하고; 그리고 상기 온도 보상된 픽오프 전압을 유지하기 위해서 상기 구동 신호를 제어하도록 구성된 계측기 전자부:를 포함한다.

바람직하게는, 상기 픽오프 센서들의 자성 재료를 식별하고 그리고 상기 픽오프 센서들의 자기장 세기의 변화를 보상하는 것에 의해서 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하도록, 상기 계측기 전자부가 추가적으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 픽오프 센서들의 자성 재료에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 상기 타겟 픽오프 전압을 조정하도록, 상기 계측기 전자부가 추가적으로 구성된다.

바람직하게는, 다음의 수학식

을 사용하여 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하도록, 상기 계측기 전자부가 추가적으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 계측기 전자부가 계측기 디자인 온도를 설정하도록 추가적으로 구성되고, 피측정 유량계 온도가 상기 계측기 디자인 온도의 임계값 내에 있을 때, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 상기 타겟 픽오프 전압과 실질적으로 동일하다.

바람직하게는, 상기 임계값에 대하여 사용자 설정가능 값을 수용하도록, 상기 계측기 전자부가 추가적으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 임계값에 대하여 상기 픽오프 센서들에 따라서 기결정된 값을 저장하도록, 상기 계측기 전자부가 추가적으로 구성된다.

바람직하게는 계측기 디자인 온도와 피측정 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하고 그리고 상기 저장된 값을 사용하여 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하도록, 상기 계측기 전자부가 추가적으로 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량계(100)를 나타낸다.
도 2는 계측기 전자부에 의해서 수행되는 동작을 나타내는 일 순서도이다.
도 3은 계측기 전자부에 의해서 수행되는 동작을 나타내는 다른 순서도인데, 제어 알고리즘이 도 2의 초기 러닝 조건(initial running conditions)이 설정된 후에 일정한 유동관 크기를 어떻게 유지하는지를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측기 전자부에 의해 수행되는 동작의 초기화(initialization) 순서도를 나타낸다.

도 1 내지 도 4와 후술하는 상세한 설명은 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 최적 모드(best mode)를 만들고 사용하는 방법을 교시하기 위한 특정한 예시들을 묘사한다. 발명의 원리들을 교시하고자 하는 목적으로, 몇몇 통상적인 양태들(aspects)이 단순화되거나 생략되었다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 범주 내에 속하는 이들 예시로부터의 변형들을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 다수의 변형들을 만들어 내기 위해 아래 기술된 기술적 특징들(features)이 다양한 방식으로 결합될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 기술된 특정한 예시들로 한정되지 아니하며 단지 청구항 및 그 균등물에 의해서 한정된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량계(100)와 계측기 전자부(20)를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유량계(100)는 코리올리 유량계를 포함한다. 그러나 본 발명은 코리올리 유량계를 결합시킨 어플리케이션으로 한정되지 아니하며, 본 발명은 다른 유형의 유량계와 함께 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 계측기 전자부(20)는 리드들(leads)(110, 111, 111', 및 112)을 통해 유량계 조립체(100)에 연결되고 온도, 밀도, 질량 유속, 체적 유속, 전 질량 유동(totalized mass flow) 정보를 경로(26) 너머로(over path) 제공하도록 구성된다. 계측기 구동 및 픽오프 신호들이 또한 경로(26) 너머로 전달된다.

유량계 조립체(100)는 유동관들(101, 102)의 아랫 부분을 감싸는 스페이서(103)와 매니폴드(107)를 포함하는데, 유동관들(101, 102)은 그 좌측단들 상에서 그 목부분(neck)(108)을 통해 플랜지(104)에 내부로(internally) 연결되고 그 우측단들 상에서 그 목부분(120)을 통해 플랜지(105)에 연결된다. 또한 도 1에는 플랜지(105)의 유출부(106)와, 좌측 픽오프(LPO), 우측 픽오프(RPO), 그리고 구동기(D)가 도시된다. 사용시 플랜지들(104 및 105)을 매개로 파이프라인 등에 연결되어질 때 유량계(100)가 적응된다(adapted). 우측 픽오프(RPO)가 일부 상세하게 도시되는데 자석 구조(115)와 코일 구조(116)을 포함한다. 단지 두 픽오프 센서들(LPO, RPO)이 도시되었지만, 임의의 수의 픽오프 센서들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 유량계 조립체(100)에는 RTD 센서와 같은 온도 측정 장치가 더 부착된다. 단지 하나의 RTD가 계측 조립체(100)에 부착된 것으로 도시되었지만, 이는 순수하게 간명함을 위한 것이며 실제로는 RTD 또는 다른 온도 측정 장치가 구동기(D) 뿐만 아니라 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 각각에 연결될 수 있다. RTD 센서들의 각각은 리드(112)와 같은 리드들을 매개로 계측기 전자부(20)에 연결될 수 있다.

계측기 전자부(20)는 리드(110)을 통해 구동기(D)로 구동 신호를 인가하도록 구성된다. 구동 신호의 교대되는 극성(alternating polarity)이 관들(101 및 102)로 하여금 주어진 유동관 진폭 미 주파수로 진동하도록 한다. 계측기 전자부(20)에 의해 제공되는 구동 신호에 따라서 유동관 진폭 및 주파수가 달라진다. 유동관 진폭에 응답하여, 픽오프 센서들(LPO 및 RPO)의 자석 및 코일 조립체가 각각 리드들(111 및 111')을 통해 계측기 전자부(20)에 의해서 수신되는 전압들을 유도한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 계측기 전자부(20)는 "변위" 또는 "위치" 타입 제어 방법에 따라서 계측 조립체(100)를 제어한다. 따라서, 계측기 전자부(20)는 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위한 시도를 가지고 구동 신호를 설정한다. 타겟 픽오프 전압는 필드에서 사용자에 의해서 설정될 수 있거나 대안적으로 미리 선택될 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 탐지된 유량계 및/또는 프로세스 유체에 따라서 디폴트 타겟 픽오프 전압이 설정될 수 있다. 계측기 전자부(20)에 의해 제공되는 구동 전력은 계측기의 댐핑과 스프링력을 극복할 정도로 그리고 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위한 충분한 관 진폭을 유지할 정도로 충분히 커야 한다. 픽오프 전압은 다음과 같이 계산될 수 있다.

구동기(D)에 기인하여 유동관들(101 및 102)이 진동함에 따라서, 픽오프들(LPO, RPO)의 자석 및 코일 조립체는 픽오프 전압을 유도한다. 생성된 픽오프 전압은 계측기 조립체의 네 속성(attributes)의 함수이며 다음과 같이 표현될 수 있다.

픽오프 전압 = 관 진폭 x 주파수 x 자기장 세기 x 코일 길이 (1)

그런데, 주파수는 프로세스 유체 밀도 및 온도에 따라서 변동을 겪으며 따라서 픽오프 전압 제어에 있어서 이슈를 제기할 수 있다. 다른 한편, 타겟 픽오프 전압을 유지하려는 시도 대신에, 계측기 전자부(20)가 볼트/헤르츠의 관점에서 표현된 픽오프 전압을 유지하는 것을 시도한다면, 상기 표현은 프로세스 유체 밀도 및 온도의 변동에 기인한 센서 주파수의 변화에 대하여 자동적으로 보상된다. 따라서 보다 양호하게는 픽오프 전압이 다음과 같이 표현될 수 있다:

픽오프 전압 / 주파수 = 관 진폭 x 자기장 세기 x 코일 길이 (2)

수학식 1에 의해 표현되는 관계는 많은 어플리케이션에 대하여 픽오프 전압의 적절한 표현을 제공한다. 일정한 자기장 세기 및 일정한 코일 길이를 가정하는 것에 의해서, 본 발명이 속한 기술 분야에서 일반적으로 알려진 바와 같이, 구동 신호에 의해서 제어될 수 있는 단지 관 진폭을 조정하는 것에 의해서 픽오프 전압이 그 타겟에서 유지될 수 있다.

도 2는 유량계 조립체(100)를 동작시키기 위해 계측기 전자부(20)에 의해서 수행되는 초기화 알고리즘(200)의 순서도를 나타낸다. 상기 알고리즘(200)은 프로세서 등에서 저장될 수 있거나 계측기 전자부(20) 또는 몇몇 다른 프로세서 또는 소프트웨어 프로그램에 의해서 회수(retrieve)될 수 있다. 초기화 알고리즘(200)은 프로세스 유체가 측정되는 것 또는 유량계의 타입과 무관하게 유량계 조립체(100)의 시동(start up)을 보장한다. 프로세스(200)은 단계 201로 시작해서 계측기 전자부(20)가 특정한 유량계가 사용되는 것을 식별한다. 상기 식별(identification)은 유량계(100)에 신호를 보내거나/받는 것에 의해서 성취될 수 있거나 대안적으로, 사용자가 수동으로 유량계(100)를 식별할 수 있다. 일단 유량계(100)가 식별되면, 타겟 픽오프 전압이 단계 202에서 설정된다. 타겟 픽오프 전압은 사용된 특정한 유량계에 따라서 설정될 수 있거나 대안적으로, 수동으로 입력된 사용자 파라미터에 따라서 설정될 수 있다. 단계 203에서 관 구간(tube period)이 결정된다. 적절한 구동 제어를 성취하기 위해서 픽오프 전압과 관련하여(in conjunction with) 관 구간이 필요하다. 단계 204에서 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 구동 전력이 조정된다. 이것것은 구동 알고리즘을 위한 셋 포인트이고 때때로 변위 타겟으로서 지칭된다. 일단 구동 전력이 설정되면, 초기화 루틴(200)이 완료된다.

도 3은 계측기 전자부(20)에 의해 수행되는 유량계(100)의 정상 동작(normal operation)을 위한 프로세스(300)를 나타낸다. 프로세스 200에서 일단 구동 타겟이 설정되면, 단계 301에서 계측기 전자부(20)는 희망되는 구동 타겟을 구동기(D)에 보낸다. 구동 타겟은 구동기(D)에 보내진 구동 신호를 포함하는데, 구동 신호는 이어서 유동관들(101 및 102)을 진동시킨다. 단계 302에서, 픽오프 센서들(LPO, RPO)은 픽오프 전압을 나타내면서 계측기 전자부(20)에 신호들을 연속적으로 보낸다. 이러한 픽오프 전압은 전술한 수학식 (2)에 도시한 바와 같은 픽오프 전압으로 변환된다. 단계 303에서, 계측기 전자부(20)는 실제 픽오프 전압이 타겟 픽오프 전압과 같은지를 결정한다. 결과가 예이면, 프로세스는 단계 302로 되돌려져서 픽오프 전압를 다시 한번 체크한다. 타겟 픽오프 전압과의 비교를 위하여 계측기 전자부(20)는 연속적으로 픽오프 전압을 측정한다. 이와 달리, 실제 픽오프 전압이 타겟 픽오프 전압과 다르거나 대안적으로 기결정된 임계 차이를 초과하여 다르면, 프로세스(300)는 단계 304로 계속되어서 희망되는 구동 타겟을 조정한다. 따라서, 실제 픽오프 전압이 타겟 픽오프 전압과 같지 않으면, 프로세스(300)는 구동 신호를 바꾸는 것에 의해서 단지 알려진 변수, 관 진폭을 바꾼다. 단계 305에서 변형된(modified) 구동 신호가 구동기(D)로 보내진다. 프로세스(300)는 단계 302로 다시 되돌려져서 픽오프 전압이 다시 한번 결정된다.

이상에서 기술된 프로세스(300)는 시스템의 온도가 실질적으로 일정하게 유지되거나 계측기 디자인 온도의 임계 차이 이내에 있는 한 적절한 유량계 동작을 제공한다. 그런데 문제는 픽오프 센서들(LPO, RPO) 또는 구동기(D)의 온도가 주변 계측기 디자인 온도, 일반적으로 2O℃ (68℉)를 넘어 증가할 때 발생한다. 유량계(100)가 2O℃ (68℉)와 다른 디자인 온도를 가질 수 있고 특정한 디자인 온도가 본 발명의 범주를 제한하지 아니함을 이해할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 이하의 설명이 주로 온도 상승에 관한 것이지만, 온도 하강의 경우에도 동등하게(equally) 보정이 적용가능하다. 온도 변화와 결부된 문제는 부분적으로 구동기(D)와 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 영구 자석의 온도 증가에 따라서 이들 자석들과 결부된 자기장 세기가 감소하기 때문에 발생한다. 마찬가지로 구동기(D)와 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 영구 자석의 온도가 감소할 때 이들 자석들과 결부된 자기장 세기가 증가한다. 다시 수학식 (2)를 참조하면, 픽오프 전압은 부분적으로 자기장 세기에 의해서 결정된다. 따라서, 고온 환경에서 자기장 세기의 감소는 또한 픽오프 전압을 감소시키고, 이것은 계측기 전자부(20)가 유지하도록 프로그래밍된다. 픽오프 전압이 동일한 진폭 신호 (mV/Hz)를 생성하기 위해서, 유동관들(101, 102)은 같은 거리를 가져야만 하고 다시 말해서 유동관 진폭이 증가해야 한다. 유동관 진폭의 증가가 반드시 바람직한 것은 아닌데, 잠재적으로 부가적인 관 응력 뿐만 아니라 픽오프 신호의 진동 관련 변화를 생성하기 때문이다. 나아가,유동관 진폭 증가를 생성하기 위해서 구동 신호가 증가되어야만 한다. 따라서, 상승된 온도에서의 동작 동안 더 큰 양의 전력이 소비된다.

더 높은 온도에서 픽오프 센서들의 자기장이 감소되는 것에 추가하여, 구동 자석이 또한 더 높은 온도에서 감소된 자기장 세기를 가지고 더 높은 진폭에 대한 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 요구에 더 낮은 온도에서와 같이 효율적으로(efficiently) 반응하지 아니한다. 결과적인 구동 비효율은 전달 장치(transmitter)로부터의 더 큰 구동 전류를 요구하고 따라서 높은 유체 댐핑 조건에서 관들(101 및 102)을 구동하기 위해 가용한 본질적으로(intrinsically) 안전 구동 전류(safe drive current)의 역의 양(reserve amount)을 감소시킨다.

상승한 온도와 결부된 이러한 자기장 세기의 감소에서 Br 온도 계수(Temperature Coefficient of Br)"와 같이 자석 산업에서 잘 알려져 있다. 자기장 세기의 감소는 영구적인 손실이 아니며 온도가 하강함에 따라서 이전의 값으로 돌아간다. Br 온도 계수는 자성 재료의 타입에 따라 달라지며 제조된 모든 자석들의 재료 사양의 일부를 이룬다. 많은 흔한 자석들의 온도 계수가 알려져 있고 ℃ 당 -% 자기장 밀도로서 표현된다. 예를 들면, 사마륨 코발트(samarium cobalt) 자석을 사용하는 것이 코리올리 유량계 산업 분야에 알려져 있는데 이것은 대략 -.035%/℃의 Br 온도 계수를 가진다. 정확한 Br 온도 계수는 사용된 특정한 자석에 따라서 달라지며 사마륨 코발트 자석의 사용이 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 것에 의해서 온도 변화가 보상된다. 온도 보상된 타겟 픽오프 전압은 유량계 온도의 변화에 기인할 수 있는 픽오프 정압의 변화를 보상할 수 있다. 온도 보상된 타겟 픽오프 전압은 Br 온도 계수를 사용하여 또는 다른 온도 보상 값을 사용하여 계산될 수 있다. 나아가, 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 저장된 값으로부터 얻어질 수 있다. 저장된 값이 피측정 유량계 온도와 계측기 디자인 온도 간의 차이에 기초할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 저장된 값이 이전에 얻어진 데이터에 기초할 수 있다. 본 발명이 Br 온도 계수의 사용에 제한되지 아니함을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 구동기(D) 및 픽오프 센서들(LPO, RPO)에 사용된 자석에 대한 Br 온도 계수가 수학식 (2)로 삽입되면, 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 수학식 (3)을 사용하여 계산될 수 있다.

(3)

온도 보상된 타겟 픽오프 전압 결정에 수학식 (3)이 사용되면, 상승된 온도 환경에서조차 관 진폭이 안정화될 수 있다. 이것은 온도 상승에 따라서 자기장 세기가 감소했을지라도 수학식 (3)의 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 자기장 세기의 감소를 보상하기 때문이다. 따라서, 계측기 전자부(20)가 상승된 온도에 의해 생성된 감소된 픽오프 전압을 증가시키려고 시도하지 아니한다. 대신에, 계측기 전자부(20)가 온도 변화를 고려한 새로운 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 결정한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량계(100)을 동작시키기 위해 계측기 전자부(20)에 의해 수행되는 프로세스(400)를 나타낸다. 프로세스(400)는 유량계 동작 초기화에 의해서 단계 401로 시작한다. 초기화는 도 2에 도시된 프로세스(200)의 단계들을 포함할 있거나 대안적으로 특정한 유량계를 식별하고 초기 타겟 픽오프 전압을 설정하는 다른 초기화 루틴을 포함할 수 있다. 구동기(D)와 픽오프 센서들(LPO, RPO)에 사용된 특정한 자성 재료를 식별하는 것에 의해서 프로세스(400)가 단계 402로 계속된다. 자성 재료가 이미 알려져 있다면 단계 402는 필요하지 않을 수 있다. 일단 자성 재료가 알려지면, 단계 403에서 계측기 전자부(20)가 Br 온도 계수를 얻는다. 저장된 값들로부터 Br 온도 계수가 얻어질 수 있거나 대안적으로 사용자에 의해 수동으로 입력될 수 있다. 많은 어플리케이션에 있어서, 구동기와 픽오프 센서들에 사용된 자석의 유형이 동일한 재료로 이루어질 수 있을지라도 다른 유형의 자석이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것인데, 다른 유형의 자석이 사용되는 경우 온도 변화를 보상하기 위해 다수의 Br 온도 계수가 사용되는 것이 요구될 것이다. 단계 404에서 타겟 픽오프 전압이 설정된다. 타겟 픽오프 전압은 사용자 설정가능 값이거나 또는 계측기 디자인 온도에 기초할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 유량계(100)와 같은 유량계는 계측기 디자인 온도를 가질 수 있다. 따라서 타겟 픽오프 전압은 계측기 디자인 온도에서 픽오프 코일들 및 구동기의 자기적 성질에 기초할 수 있다.

단계 405에서, 예를 들어 RTD 센서들을 사용하여 유량계 온도가 얻어진다. 유량계 온도는 프로세스 유체 온도를 나타낼 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유량계 온도는 구동기(D) 또는 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 온도를 나타낼 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유량계 온도는 유동관들(101, 102)의 온도를 나타낼 수 있다.

단계 405에서 수신된 온도에 기초하여, 단계 406에서 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 생성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단계 405에서 측정된 온도와 계측기 디자인 온도 간의 차이가 임계값을 초과할 때에만 단계 406에서 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 생성된다. 임계값은 사용자 설정가능할 수 있다. 대안적으로, 임계값은 사용된 특정한 유량계에 기초할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 임계값은 픽오프 센서들(LPO, RPO)에 사용된 자성 재료에 기초할 수 있다. 측정된 온도, 계측기 디자인 온도 및 수학식 (3)을 사용하여, 온도 보상된 픽오프 전압이 계산될 수 있다. 단계 407에서 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 얻기 위해 구동 전력이 조정된다. 이러한 새로운 구동 전력이 단계 408에서 구동기(D)로 보내진다. 사용자가 프로세스(400)를 종료할 때까지 또는 기결정된 시간 크기에 대하여 새로운 유량계 온도를 연속적으로 얻는 것에 의해서 이러한 프로세스(400)가 반복될 수 있다.

초기에 설정된 타겟 픽오프 전압이 아닌 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 계측기 전자부(20)에 의해 보내진 구동 신호를 제어하기 위해서 프로세스(400)가 사용될 수 있다. 따라서 온도에 따라서 픽오프 전압이 변할지라도, 온도 변화에 기인할 수 있는 픽오프 전압 변화가 보상되도록 픽오프 전압이 조정된다. 일 실시예에 따르면, 픽오프 센서들(LPO, RPO)에 사용된 자석들의 자기장 성질 변화를 보상하기 위해 Br 온도 계수를 사용하여 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 생성된다. 그러므로, 계측기 전자부(20)는 온도 상승에 의해 야기된 감소된 픽오프 전압에 응답하여 관 진폭을 증가시키지 아니하고, 대신에 자기장 세기의 변화를 고려한 새로운 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성한다. 본 발명은 유량계에 의해서 요구되는 전력을 감소시킬 수 있고 유동관 수명을 증가시킬 수 있는 방법을 제공한다.

이상의 실시예들에 관한 상세한 설명은 본 발명의 범주 내에 속한다고 발명자들에 의해서 의도된 모든 실시예들에 관하여 속속들이 기재된 설명이 아니다. 실제로는, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 전술한 실시예들의 특정한 요소들이 다른 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 결합되거나 제거될 수 있고 상기 다른 실시예들이 본 발명의 범주 및 교시(teachings) 내에 속함을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자에게 전술한 실시예들이 본 발명의 범주 내 교시 내에서 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 결합될 수 있음은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 특정한 실시예들 및 예시들이 본 명세서에서 설명의 목적으로 기술되었을지라도, 해당 기술 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 다양한 균등한(equivalent) 변형들이 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 본 명세서에 제공된 교시는 다른 유량계에도 적용될 수 있으며, 본 명세서에 기술되고 첨부된 도면들에 보여진 실시예들로 제한되지 아니한다. 따라서 본 발명의 범주는 후술할 청구항으로부터 결정되어야 한다.

Claims

유량계의 동작 방법으로서,
상기 유량계는 유동관(flow tube)에 커플링된 픽오프 센서들과 구동기를 포함하고, 상기 구동기는 구동 신호에 응답하여 상기 유동관을 진동시키도록 구성되며,
상기 유량계의 동작 방법은:
픽오프 전압을 얻는 단계;
유량계 온도를 측정하는 단계;
측정된 상기 유량계 온도에 기초하여 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계;
상기 픽오프 전압을 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압과 비교하는 단계; 그리고
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 조정하는 단계;를 포함하는,
유량계의 동작 방법.
제1 항에 있어서,
상기 픽오프 센서들의 자성 재료를 식별(identify)하는 단계를 더 포함하고,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 상기 자성 재료에 기초하여 상기 픽오프 센서들의 자기장 세기의 변화를 보상하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
제2 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 상기 픽오프 센서들의 자성 재료에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 상기 타겟 픽오프 전압을 조정하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제3 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 다음의 수학식을 사용하는 것을 포함하는,

유량계의 동작 방법.
제1 항에 있어서,
계측기 디자인 온도(meter design temperature)를 설정하는 단계를 더 포함하고,
피측정 유량계 온도가 상기 계측기 디자인 온도의 임계값 내에 있을 때, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 상기 타겟 픽오프 전압과 동일한,
유량계의 동작 방법.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제5 항에 있어서,
상기 임계값은 사용자 설정가능 값을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제5 항에 있어서,
상기 임계값은 상기 픽오프 센서들에 따라서 기결정된 값을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
제1 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는,
계측기 디자인 온도와 피측정 계측기 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하는(retrieve) 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
유량계의 동작 방법으로서,
상기 유량계는 유동관에 커플링된 픽오프 센서들과 구동기를 포함하고, 상기 구동기는 구동 신호에 응답하여 상기 유동관을 진동시키도록 구성되며,
상기 유량계의 동작 방법은:
타겟 픽오프 전압을 설정하는 단계;
유량계 온도를 측정하는 단계;
피측정 유량계 온도를 계측기 디자인 온도와 비교하는 단계; 그리고
상기 피측정 유량계 온도와 상기 계측기 디자인 온도 간의 차이가 임계값보다 크면, 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계;를 포함하는,
유량계의 동작 방법.
제9 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 제어하는 단계를 더 포함하는,
유량계의 동작 방법.
제9 항에 있어서,
상기 픽오프 센서들의 자성 재료를 식별하는 단계를 더 포함하고,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 픽오프 센서 자석의 자기장 세기의 변화를 보상하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
제11 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 상기 픽오프 센서 자석에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 상기 타겟 픽오프 전압을 조정하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제12 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 다음의 수학식을 사용하는 것을 포함하는,

유량계의 동작 방법.
제9 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는,
계측기 디자인 온도와 피측정 계측기 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제9 항에 있어서,
상기 임계값은 사용자 설정가능 값을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제9 항에 있어서,
상기 임계값은 상기 픽오프 센서들에 따라서 기결정된 값을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
가변 온도 범위에 걸쳐 유량계의 유동관 진폭을 유지하기 위한 유량계의 동작 방법으로서,
상기 유량계의 동작 방법은:
유동관에 커플링된 구동기로서, 상기 유동관에 커플링된 복수의 픽오프 센서들의 타겟 픽오프 전압을 유지하도록 구성된 구동기에 구동 신호를 인가하는 단계;
유량계 온도를 측정하는 단계;
상기 복수의 픽오프 센서들의 자성 자료에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계; 그리고
피측정 유량계 온도와 계측기 디자인 온도 간의 차이가 임계값을 초과하면, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 유지하기 위해 상기 구동 신호를 제어하는 단계;를 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제17 항에 있어서,
상기 구동 신호를 제어하는 단계는, 구동 전력을 조정하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제17 항에 있어서,
상기 임계값은 사용자 설정가능 값을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제17 항에 있어서,
상기 임계값은 상기 픽오프 센서들에 따라서 기결정된 값을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제17 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는, 다음의 수학식을 사용하는 것을 포함하는,

유량계의 동작 방법.
제17 항에 있어서,
상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하는 단계는,
계측기 디자인 온도와 피측정 계측기 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하는 것을 포함하는,
유량계의 동작 방법.
유동관(101, 102);
상기 유동관(101, 102)에 커플링되고 구동 신호에 응답하여 상기 유동관(101, 102)을 진동시키도록 구성된 구동기(D);
상기 유동관(101, 102)에 커플링된 복수의 픽오프 센서들(LPO, RPO); 그리고
계측기 전자부(20)로서,
픽오프 전압을 설정하도록;
유량계 온도를 모니터링하도록;
측정된 상기 유량계 온도에 기초하여 온도 보상된 픽오프 전압을 생성하도록; 그리고
상기 온도 보상된 픽오프 전압을 유지하기 위해서 상기 구동 신호를 제어하도록;
구성된 계측기 전자부(20);를 포함하는,
유량계(100).
제23 항에 있어서,
상기 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 자성 재료를 식별하도록 그리고 상기 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 자기장 세기의 변화를 보상하는 것에 의해서 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하도록, 상기 계측기 전자부(20)가 추가적으로 구성된,
유량계(100).
제24 항에 있어서,
상기 픽오프 센서들(LPO, RPO)의 자성 재료에 대한 Br 온도 계수를 사용하여 상기 타겟 픽오프 전압을 조정하도록, 상기 계측기 전자부(20)가 추가적으로 구성된,
유량계(100).
청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제25 항에 있어서,
다음의 수학식

을 사용하여 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하도록, 상기 계측기 전자부(20)가 추가적으로 구성된,
유량계(100).
제23 항에 있어서,
상기 계측기 전자부(20)가 계측기 디자인 온도를 설정하도록 추가적으로 구성되고,
피측정 유량계 온도가 상기 계측기 디자인 온도의 임계값 내에 있을 때, 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압이 상기 타겟 픽오프 전압과 동일한,
유량계(100).
청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제27 항에 있어서,
상기 임계값에 대하여 사용자 설정가능 값을 수용하도록, 상기 계측기 전자부(20)가 추가적으로 구성된,
유량계(100).
청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제27 항에 있어서,
상기 임계값에 대하여 상기 픽오프 센서들(LPO, RPO)에 따라서 기결정된 값을 저장하도록, 상기 계측기 전자부(20)가 추가적으로 구성된,
유량계(100).
제23 항에 있어서,
계측기 디자인 온도와 피측정 온도 간의 차이에 따라서 저장된 값을 회수하도록 그리고 상기 저장된 값을 사용하여 상기 온도 보상된 타겟 픽오프 전압을 생성하도록, 상기 계측기 전자부(20)가 추가적으로 구성된,
유량계(100).