KR102419334B1 - 센서를 포함하는 파이프 피팅 - Google Patents

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윌리엄 에이치. 레논
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렌록 홀딩스, 엘엘씨
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Abstract

파이프에 기계적으로 부착되고, 파이프를 수용하기 위한 보어를 정의하는 내면을 가지는 커플링 바디를 포함하는 유압 피팅이 제공된다. 커플링 바디를 파이프에 부착하기 위하여, 커플링 바디의 적어도 일단에 링이 끼워지도록 위치되고, 커플링 바디의 내면에 파이프에 맞물리도록 하는 메인 씰이 형성된다. 설치될 때, 링 및 커플링 바디는 메인 씰에 파이프를 커플링 바디에 비누설 방식으로 부착하기에 충분한 압축력을 가할 수 있다. 전기적으로 구동되는 센서 장치는 커플링 바디 또는 링의 내면에 부착되고, 링이 커플링 바디에 설치될 때, 센서 장치가 부착된 커플링 바디 또는 링의 물리적인 움직임에 응하여 전기적 파라미터를 생성한다.

Description

센서를 포함하는 파이프 피팅 {PIPE FITTING INCLUDING SENSOR}
본 발명은 파이프를 기계적으로 부착하고 씰링하기 위한 유압 피팅에 대한 것으로서, 보다 구체적으로, 무선 센서가 부착된 유압 피팅 및 그 이용 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 튜브 또는 파이프와 같은 유체 도관을 위한 피팅의 일 유형은, 도관 위로 느슨하게 끼워지는 커넥터 바디 및 하나 이상의 씰(seal) 및 강력한 기계적 결합을 제공하기 위하여 상기 커넥터 바디를 유체 도관의 외면에 대하여 압축 및/또는 물리적으로 변형시키는 끼움 링(drive ring)을 포함한다.
전통적으로, 파이프 상에 유압 피팅의 설치가 적절하게 수행되었는지를 확인하기 위하여, 다양한 물리적 검사 시험이 개발되어 왔다. 예를 들어, 다양한 피팅이 파이프 상에 적절하게 정렬되고 위치되었는지를 확인하기 위하여 다양한 시각적 시험이 이용되었다. 다른 침습적 또는 비침습적 시험들, 예컨대, 초음파 테스트, X-선 테스트 등의 검사 방법들도 이용되었다. 그러나, 이러한 시험 유형들은 일반적으로 설치된 때에만 유용하고, 피팅이 파이프에 올바르게 설치되었다는 간접적인 증거로만 기능할 수 있었다.
더욱이, 이러한 테스트들은 피팅의 수명 기간 동안 지속적으로 피팅의 상태에 대한 정보를 제공하지는 못하였다. 이러한 유압 피팅들은 흔히, 황화 수소와 같은 부식성의 유체 또는 가스가 존재하는 거친 환경에서 이용된다. 예를 들어, 물에 존재하는 황화수소는 탄소강 파이프라인에 부식, 균열 또는 기포 등의 형태로 손상을 입힐 수 있다. 황화수소는 강재에 대하여 황화물 응력 부식 균열(SSC), 수소 유기 균열(HIC) 및 부식과 같은 영향을 미칠 수 있다. 산성 환경에서의 이산화탄소의 존재는 강재의 부식률을 증가시킬 수 있다. 또한 SSC 및 HIC 모두 강재의 자화율을 증가시킬 수 있다. 이러한 영향들은 유압 피팅 및 파이프의 안정성을 위태롭게 할 수 있다.
이에 따라, 유압 피팅이 파이프 상에 설치되었을 때의 피팅의 상태에 더불어 피팅이 사용되는 기간 동안에도 지속적으로 피팅의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있는 센서 및 그 이용 방법의 필요성이 대두된다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들에 대한 간단한 요약을 제공한다. 이러한 요약은 본 발명의 중요한 요소를 식별하거나 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
일 양상에 따르면, 파이프에 기계적으로 부착되고, 적어도 일단에서 상기 파이프를 수용하기 위한 보어를 정의하는 내면을 가지는 커플링 바디를 포함하는 유압 피팅이 제공된다. 상기 커플링 바디를 상기 파이프에 기계적으로 부착하기 위하여 링이 상기 커플링 바디의 상기 적어도 일단에 끼워지도록 위치되고, 상기 파이프와 맞물리도록 상기 커플링 바디의 상기 내면에 메인 씰이 형성된다. 상기 링이 상기 커플링 바디의 상기 적어도 일단에 힘에 의하여 설치되면, 상기 링과 상기 커플링 바디는 상기 링이 탄성 변형되고 상기 커플링 바디 및 상기 파이프가 영구 변형되어 상기 파이프가 상기 커플링 바디에 비누설 방식으로 부착되도록 메인 씰에 충분한 압축력을 작용한다. 전기적으로 동작하는 센서는 커플링 바디 또는 상기 링 중 하나의 표면에 고정되며, 상기 링이 상기 커플링 바디에 설치되면, 상기 센서 장치는 상기 센서 장치가 고정된 커플링 바디 또는 링의 물리적 움직임에 응하여 전기적 파라미터를 생성한다.
다른 양상에 따르면, 유압 피팅을 파이프에 기계적으로 부착하는 방법은 상기 유압 피팅의 내면에 형성된 메인 씰이 상기 파이프의 외면의 인근에 위치되도록 상기 파이프를 상기 유압 피팅의 일단에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 스트레인 게이지를 포함하는 전기적으로 구동되는 무선 센서 장치를 상기 유압 피팅의 표면에 부착하는 단계를 더 포함하며, 스트레인 게이지는 상기 유압 피팅의 물리적인 이동에 응하여 전기적 파라미터를 생성할 수 있다. 방법은 또한 유압 피팅에 상기 파이프가 비누설 방식으로 영구적으로 부착되도록 상기 파이프의 외면에 대한 상기 메인 씰의 영구 변형이 야기되기에 충분한 압축력을 상기 유압 피팅에 인가하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 RF 인터로게이터를 이용하여 상기 전기적으로 구동되는 무선 센서 장치를 인터로게이팅 하는 단계 및 상기 인터로게이팅 하는 것에 응답하여, 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치는 상기 유압 피팅이 상기 파이프에 영구적으로 부착된 후의 상기 물리적 이동에 응하여 생성된 상기 전기적 파라미터를 전송하는 단계를 더 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 한 설명은 모두 예시 및 설명을 위한 실시예를 제공하는 것으로 이해될 수 있다. 첨부된 도면들은 설명되는 실시예들에 대한 이해를 더 제공하기 위하여 포함되고 본 명세서에 포함되고 통합되어 그 일부를 구성한다. 도면들은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들을 도시한다.
본 발명과 관련된 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어서, 본 명세서에서 설명하는 본 발명의 상술한 및 다른 양상들은 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 명백하게 이해될 수 있다.
도 1은 유압 피팅의 일 예시의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에서 설명하는 유압 피팅의 일 예시의 일 단에서의 단면도를 개략적으로 도시한 것으로서, 바디 내부에 위치된 파이프와 함께 바디의 일 단에 부분적으로 설치된 링을 도시한 것이다.
도 3은 도 6과 유사한 구도의 단면도로서, 바디의 일 단에 완전히 설치된 링 및 슬리브와 파이프의 관련 변형을 도시한 것이다.
도 4는 센서가 부착된 링의 일 예시의 부분 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 다양한 예시의 센서가 부착된 유압 피팅의 예시의 정면도를 도시한 것이다.
예시적인 실시 예들이 설명되고, 도면들에 의해 도시된다. 도시된 실시 예들은 본 발명을 한정하지는 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 하나 이상의 양상은 다른 실시 예, 나아가 다른 유형의 장치에서 적용될 수도 있다. 또한, 특정한 용어는 편의를 위하여 이용된 것에 불과하며, 본 발명에 대한 한정으로 여겨져서는 안된다. 또한, 도면들에 있어서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.
도 1에서 도시하는 실시 예에 있어서, 일 예에 따른 피팅(10)은 1/4 "NPS에서 4"NPS까지의 크기 범위와 같은 얇은 벽 또는 두꺼운 벽 파이프를 연결하는데 이용 될 수 있지만, 다른 사이즈의 파이프 역시 피팅(10)의 이점을 도출할 수 있다. 일 예에 따른 피팅(10)은 끼움 링(또는 스웨지 링, 14), 바디(12) 및 파이프(16) 사이의 원통형의 접촉 영역 상에서의 길이 방향에 대하여 미리 정해진 중첩 비율을 가질 수 있다. 일 예에 따른 피팅은 파이프들(16)에 설치될 수 있다. 커플링 바디(12) 및 끼움 링(14)은 파이프 바디(16)를 피팅(10)에 결합하기 위하여 함께 이용된다. 상술한 구성 요소들은 일반적으로 중심축 또는 길이 방향 축(L)에 대하여 대칭적이다. 도 1에서 예시하는 피팅(10)은 파이프 바디(16)를 수용하는 두 개의 대향하는 말단을 가진다. 따라서, 도 1에서 설명하는 실시 예는 두 개의 끼움 링들(14)을 가지지만, 피팅은 하나의 말단을 통하여 하나의 파이프 만을 수용하도록 구현될 수도 있는 것으로 이해된다. 다양한 예시적인 피팅들이 미국 특허 8,870,237; 7,575,257; 6,692,040; 6,131,964; 5,709,418; 5,305,510; 및 5,110,163; 등에서 일반적으로 개시된 바 있고, 이들 모두는 그 전체가 본 출원에 대하여 참조로서 명시적으로 포함된다.
도 2를 참조하면, 끼움 링(14)은 미리 설치된 위치에서, 커플링 바디(12)의 슬리브(12b)상에 부분적으로 설치 또는 미리 조립된 것으로 도시되어 있다. 이 위치에서, 끼움 링 상승 구간은 메인 씰 랜드(land) 구간에 인접하지만 약간 이격된 상태일 수 있다. 억지 끼워맞춤을 통하여, 끼움 링(14)은 최종 사용자에 의한 설치 및 이용이 용이하도록 하는 커플링 바디(12)상의 미리 설치된 위치에 유지되고, 사용자에게 배송될 수 있다.
일반적으로, 파이프 또는 튜브 상에 피팅(10)을 설치하는 것은, 파이프 또는 튜브와 피팅 바디 간의 금속 대 금속 밀봉을 제공하여, 피팅(10)과 결합되는 파이프 또는 튜브의 영구적이고, 되돌릴 수 없는 변형을 초래한다. 피팅은 메인 씰(30), 인보드 씰(32), 아웃 보드 씰(34) 등의 하나 이상의 씰을 포함할 수 있다. 끼움 링들(14)이 파이프 섹션들(16)을 수용하는 각각의 슬리브들(12a, 12b) 상으로 축 방향 힘을 받으면, 슬리브들(12a, 12b)은 튜브 또는 파이프 섹션들에 기계적으로 연결되고 밀봉될 수 있다. 스웨지 링 또는 끼움 링(14)은, 바디(12)와 파이프(16)가 기계적으로 연결되고 밀봉하기 위해 씰(30, 32, 34)들이 파이프(16) 내로 물리도록 강제하기 위하여, 슬리브(12a)를 따라 고리 형태로 수용되고 슬리브(12a)를 따라 축 방향으로 힘이 가해지도록 크기가 정해진다.
씰의 셋팅은 씰(들)의 투스(들)이 파이프(16)와 접촉하여 변형되도록 가압되거나 압착되는 것을 의미한다. 강제 끼움을 통한 끼움 링의 커플링 바디(12) 위에서의 축상 이동은 바디를 파이프 또는 튜브의 표면에 가압하여, 파이프 또는 튜브의 벽을 처음에는 탄성적으로(즉, 비영구적으로), 다음에는 소성적으로(즉, 영구적으로) 압축하는 압축력을 가한다. 이러한 접촉 응력들은 파이프/튜브 및 커플링 바디(12)의 사이에, 360°원주 방향의, 영구적인, 금속 대 금속 실을 형성하는 씰링 랜드(land)들 아래의 파이프/튜브 표면을 소성적으로 변형하기에 충분히 높다.
씰의 셋팅은, 씰의 투스(들)이 파이프(16)와 변형 접촉하도록 완전히 가압되면(예컨대, 파이프(16)의 외면(17)이 씰(30, 32, 34)와 정확히 대향하고, 끼움 링(14)의 특정 부분에 의하여 내측으로 가압됨에 따른 방사상 이동이 더 이상 발생하지 않으면), 완전한(즉, 완전히 셋팅된 것으로) 셋팅으로 간주된다. 또는, 씰의 완전 셋팅은, 끼움 링(14)이 파이프(16) 안으로 가장 멀리 위치하는 투스(들)을 가압 하였을 때 또는 끼움 링(14)이 씰을 지나 이동함에 따라 끼움 링(14)의 작동(actuating) 테이퍼가 직경 방향으로 일정한 원통 부분과 수평하게 될 때로 정의될 수 있다. 파이프(16)는 전형적으로, 씰(30, 32, 34)이 표면 내로 물려 들어감에 따라, 그 탄성 한계를 넘어 응력을 받게 되고, 파이프(16)는 소성적으로 변형되거나 반경 내측 방향으로 이동하여 영구 변형되게 된다. 씰(30, 32, 34)의 티스는 파이프(16)의 외면(17)으로 물려 들어가고 파이프(16)의 외면(17)을 변형시키며, 그 자체도 다소 변형될 수 있다. 이러한 티스의 변형은 파이프(16)의 외면에서 발견되는 거칠거나 불규칙한 표면의 결함들을 채우는 기능을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 피팅(10)과 피팅(10)에 끼워지는 파이프(16)를 기계적으로 연결하고 밀봉하기 위한 목적으로, 끼움 링(14)을 슬리브(12b)와 파이프(16) 상에 완전히 설치하기 위하여, 끼움 링(14)을 슬리브(12b) 상에서 툴 결합 플랜지(20)를 향하여 가압하기 위한 설치 도구(도시되지는 아니함)가 더 이용될 수 있다. 끼움 링(14)의 파이프(16)가 끼워진 커플링 바디(12) 상에서의 축 방향 이동은 바디(12), 특히, 바디(12)의 씰들을, 파이프(16)를 향하여, 또는 파이프(16)내로의 직경 방향으로의 이동을 야기하여, 그 사이에서 씰 및 기계적 연결을 형성한다. 또한, 파이프(16) 및 커플링 바디(12)가 변형된다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 바디(12)와 링(14)의 중첩 영역들은 일종의 변형 내지 물림을 필요로 한다. 링을 바디를 지나 상술한 중첩 영역으로 이동시키기 위해서, 씰 티스가 파이프(16) 내로 물리거나, 파이프(16)가 변형되거나, 링(14) 및/또는 바디(12)가 변형되어야 한다.
끼움 링(14)은 바디 슬리브(12a) 상에서 최종 설치 위치까지 축 방향으로 힘을 받을 수 있다. 최종 위치에서, 끼움 링(14)은 바디 플랜지(20)와 인접하거나 결합한다. 또는, 끼움 링(14)은 플랜지(20)에 접촉하지 않고 매우 인접하게 위치될 수도 있다. 바디(12)의 반경 방향 이동 및 파이프(16)의 변형과 동시에, 링(14)의 외측 방향으로의 이동이 일어날 수 있다. 끼움 링(14)의 이러한 반경 방향 변형은 일반적으로 탄성 변형이며, 그 직경을 약간 증가시킬 수 있다.
끼움 링(14)의 내부 치수는, 링이 슬리브 상에서 가압될 때, 슬리브를 튜브에 대하여 가압할 뿐만 아니라 슬리브를 충분히 압축시켜 슬리브 아래에 있는 파이프 또한 반경방향으로 압축되도록 슬리브가 반경 방향으로 충분한 거리만큼 압축되도록 구현될 수 있다. 끼움 링에 작용하는 응력은 끼움 링을 형성하는 재료의 탄성 한계를 초과할 필요가 없다. 발생되는 끼움 링의 반경 방향의 팽창은 재료의 탄성 한계 내에서 이루어지고, 이에 따라, 끼움 링이 슬리브와 파이프에 대하여 작용하는 탄성력이 유지된다. 실제로, 스웨이징을 통한 금속 연결의 야금적(metallurgical) 특성으로 인하여, 끼움 링의 물리적 특성 변화는 적절한 센서로 명확하게 측정될 수 있다. 바람직하게는, 전기적으로 동작하는 센서로서, 그 고정된 장치의 물리적 이동에 응답하여 전기적으로 검출 가능한 파라미터를 포함하는 전기적 파라미터를 생성하는 센서가 이용될 수 있다.
예를 들어, 끼움 링이 인터 피팅(interfitting) 파이프 내로 밀려짐에 따라, 끼움 링은 약 20,000psi의 작동 응력을 받을 수 있으며, 탄성적으로 변형되고 1.5mil(1 mil은 천분의 1 인치)가량 확장될 수 있다. 적합한 재료를 이용하였을 때, 소성적 변형을 측정할 수는 있지만 최소이며, 파이프, 슬리브 및 끼움 링 사이에는 탄성 균형이 있고, 탄성 균형은 커플링의 안정성을 증가시키는 경향이 있다. 일부 예 들에서, 센서 장치의 탄성 파라미터는 끼움 링의 소성 변형에 응하여 생성되거나, 또는 바디(12) 또는 파이프(16)의 소성 변형에 응하여 생성될 수도 있다.
끼움 링(14)의 설치 과정에서의 탄성 확장에 의해 발생하는, 끼움 링(14)를 구성하는 재료 내의 물리적 응력(15)은, 센서에 의해 측정될 수 있는 스트레인(strain)에 의해 표시된다. 전술한 바와 같이, 검출 가능한 스트레인은 바디(12) 및/또는 파이프(16)의 변형으로부터 야기되는 응력 또는 변형과 직접적으로 연관된다. 일반적으로, 스트레인 게이지는 두 개의 액티브 스팟 사이의 거리 변화를 측정하고, 측정된 거리 변화는 유압 피팅을 파이프에 설치하면서 발생하는 끼움 링 또는 커플링 바디의 변화를 측정하는데 이용될 수 있다. 사용되는 스트레인 센서 및 스트레인 감지 요소의 방향에 따라, 측정되는 끼움 링의 물리적 응력은 원주 방향 응력, 축 방향 응력, 후프 응력 또는 반경 방향 응력일 수 있다. 또는 이들 검출될 수 있는 것들의 조합으로 고려될 수 있다. 일반적인 측정 기술의 일 예로서, 단일 축 또는 다중 축의 스트레인 게이지를 포함하는 센서를 이용할 수 있다. 일반적으로, 금속 구조물 용 스트레인 게이지(또는 스트레인 변환기(transducer))로서 금속막 저항 장치가 이용된다. 일 예로, 스트레인 변환기는 측정되는 오브젝트에 가해지는 응력의 결과(금속의 팽창 또는 수축으로 인한 결과)로서 구부러지는(변형되는) 금속 다이어프램에 부착될 수 있다. 이들 변환기들은 일반적으로 그 부착된 구조물(주로 금속)의 움직임에 따라 매우 적은 전기 저항의 변화를 일으킨다. 스트레인 센서는 임피던스, 전도율 또는 그 외의 측정 가능한 특성 또는 조건 등의 변화에 의해 감지된 스트레인을 나타낼 수 있다. 반도체 스트레인 센서(또는 피에조 저항기), 용량성 스트레인 게이지 등을 포함하는 다양한 유형의 스트레인 센서들이 이용될 수 있다. 전기적 파라미터, 또는 전기적으로 검출 가능한 파라미터는 특정 유형의 사용되는 센서 장치와 연관되거나 사용되는 센서 장치에 의해 생성되는 것으로 이해될 수 있다.
종래에는 이러한 스트레인 게이지는 물리적인 와이어 등으로 전자 판독기에 연결되어 이용되었다. 그러나, 장치의 사용 및 설치를 용이하게 하고 신뢰성을 향상시키기 위하여, 비접촉식 무선 스트레인 게이지가 유용하게 사용될 수 있다. RFID 시스템과 같은, 스트레인 게이지의 다양한 비접촉식, 무선 구현이 이용될 수 있다. 사용될 수 있는 무선 스트레인 게이지의 일 예는 본원에 참고로서 인용되는 미국 공개 특허 제 9,378,448 호 (이하, 448 특허)에 기재되어 있다. 단일 또는 다중 요소 스트레인 게이지가 이용될 수 있다. 단일 요소 스트레인 게이지는 감지하고자 하는 축을 따라 정렬된 스트레인 변형기(transducer)와 함께 이용될 수 있다. 또는, 다중 요소 스트레인 게이지는, 벤딩 크로스 토크를 최소화하고 정확도를 향상시키기 위하여, 서로 180° 또는 90°떨어져 위치하는 2개 또는 4개의 게이지를 포함할 수 있다.
일반적으로, RFID 태그는 정보를 감지, 전송 및/또는 저장하기 위하여 이용되는 마이크로칩 또는 집적 회로를 포함한다. RFID에 인접하거나 원격으로 위치된 외부 송수신 기(transceiver)/인터로게이터/리더(예컨대 RFID 리더) (100)는 RFID 로 정보를 송신하거나 RFID로부터 정보를 수신하거나, 양자 모두를 위하여 이용될 수 있다. 일반적으로. RFID 태그는 RFID태그에 저장된 식별 및/또는 정보와 관련된 RF 신호를 전송하는 안테나를 포함한다. 인터로게이터에 의하여 판독되는 RFID 태그는, 복수의 RFID 태그일 수 있다. 예를 들어, 복수의 RFID 태그를 이용하는 것은, 감지 대상 오브젝트 상의 여러 다른 위치에서의 복수의 판독 획득 및/또는 하나 이상의 RFID 태그가 손상된 경우에 여분의 제공을 위하여, 인터로게이터가 복수의 RFID 태그들을 판독할 수 있는 각도를 다수 제공하는 이점이 있을 수 있다. 인터로게이터(100)는 RFID 태그에, 전체적 또는 부분적으로, 전력을 공급하기 위하여 이용될 수 있고, 이에 따라 RFID의 무선 통신 트랜시버는 인터로게이터에 의한 전자기장에 의해 수동적으로 전력이 공급될 수 있다. 즉, RFID의 회로는 인터로게이터로부터 전송된 전자기 에너지에 의해 전력이 공급될 수 있다.
인터로게이터(100)는 일반적으로 RFID를 탐색하거나 판독하도록 구현되며, 또한 전형적으로, RFID와 RFID 정보를 교환하기 위한 송신기 및 수신기를 포함한다. 상술한 판독에 응답하여, RFID 태그는 일반적으로, 인터로게이터로 회신 정보를 전송한다. 또한, RFID 태그의 판독은 인터로게이터로부터 RFID 태그에 의하여 수신, 저장 또는 작용되는 정보를 전송할 수 있고, 역으로, RFID 태그가 리턴 정보를 역으로 전송하는 양방향 통신이 이 발생할 수 있음이 고려될 수 있다. 인터로게이터는 또한 RFID로부터 RF 데이터를 수신하고, 식별 정보 또는 그 외의 고정된 또는 저장된 정보가 사용자에 의해 인식되도록, RF데이터를 의미 있는 데이터로 외삽하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시 예들에서는, 인터로게이터는 컴퓨터 시스템과 통합되어 마련될 수 있다. 바람직하게는, 인터로게이터는 추후에 검색, 분석 또는 전송하기 위하여 수신된 데이터를 저장하기 위한 온보드 비일시적 메모리를 가질 수 있다. 또한, 바람직하게는, 인터로게이터는 인터넷 및 월드 와이드 웹(World Wide Web)을 포함하는 로컬 네트워크(LAN) 또는 광역 네트워크(WAN) 상에서 통신할 수 있다. 바람직하게는, 인터로게이터는 WiFi, 블루투스, NFC, 셀룰러(과거 또는 현재의 모든 형식을 포함하는 아날로그 또는 디지털 방식) 또는 다른 유사한 기술을 통한 무선 데이터 통신이 가능하다. 또한, 인터로게이터는, 바람직하게는, 다양한 특징 및 기능을 포함하는 프로그램 가능한 마이크로 프로세서를 포함한다. 예를 들어, 마이크로 프로세서는, 명령의 처리, 계산, 데이터의 추적/판독/저장/분석/조정/조작, 새로운 지시 또는 명령의 수신 중 일부 또는 전부를 수행할 수 있는 프로그램 가능한 컴퓨팅 코어를 포함한다.
도 4를 참조하면, 센서 장치(50)가 끼움 링(14)의 외면(40)에 장착된 전기적으로 동작하는 무선 센서 장치의 일 실시예가 도시된다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 센서 장치(50)는 유압 피팅 및 파이프의 부착 상태(또는 품질)와 더불어, 유압 피팅(10)의 특성, 상태 및 컨디션 중 일부 또는 전부를 식별하기 위하여 이용될 수 있다. 센서 장치(50)의 사용은 씰이 완전한지(즉, 완전히 셋팅 되었는지) 및 충분한 풀업이 발생되었는지 확인하기 위하여 유압 피팅(10)을 파이프(16) 상에 설치하는 과정 중에 특히 유용하다. 이러한 방식으로, 실시간 데이터를 획득하는 센서 장치(50)의 사용은 설치 후 검사의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다.
센서 장치(50)는 바디(12) 및 끼움 링(14)을 포함하는 피팅(10)의 내부 또는 외부의 다양한 부분에 고정될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 센서 장치(50)는 파이프(16)의 내부 또는 외부에 결합될 수 있고, 파이프에 의해 운반되는 유체에 노출될 수도 있다. 센서 장치(50)는 피팅(10)에 상대적으로 가까운 위치(예컨대, 피팅(10)과 바로 인접한 위치)가 바람직하지만, 센서 장치(50)는 파이프 상의 다양한 위치에 배치될 수 있는 것으로 생각된다. 파이프가 설치된 방식 또는 파이프에 가해지는 구조적 하중에 의해 결정되는 파이프의 설치 하중 또는 파이프를 통하여 운반되는 유체의 무게에 의하여 야기될 수 있는, 파이프에 가해지는 응력 또는 스트레인은 파이프 상에서 검출 가능한 스트레인에 의해 표현될 수 있다. 피팅(10) 옆에 위치되는 이러한 센서 장치는 파이프 하중에 의하여 피팅(10)에 가해지는 응력 또는 스트레인의 양을 이해하거나 추정하는데 이용될 수 있고, 이러한 스트레인/응력의 양은 설치된 피팅(10)에 의해 유지되는 씰의 완전성의 상태 또는 예측/예상되는 상태의 표시를 나타내는데 이용될 수 있다. 일 예에 따르면, 센서 장치(50)의 적어도 일 외면은 센서 장치(50)를 끼움 링의 외부에 부착하기 위한 플렉서블 단면 접착부를 가질 수 있다. 또는, 외부에 도포되는 접착제 등이 이용될 수도 있다. 설치 시의 스웨이징 동작에 따라, 센서 장치가 부서지거나, 충격을 받거나 전단되는 등의 이유로, 센서 장치가 끼움 링의 내부 또는 바디의 외부와 끼움 링의 내부가 중첩하는 위치에 설치되지 않을 수 있다. 또한, 센서 장치는 비-중첩 위치 뿐 아니라, 센서가 포켓, 리세스 또는 기타 보호되는 위치에 있는 경우에는 중첩 위치에도 위치될 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 센서 장치(50)은 센서 장치(50)가 부착된 도구 또는 오브젝트(예컨대, 끼움 링, 커플링 바디 또는 파이프)의 형태에 부합하는 유연한 구조를 가질 수 있다. 플렉서블 센서 장치(50)는 플렉서블 기판 및 플렉서블 회로/트레이스를 포함하고, 선택적으로, 열화되지 않고 스트레치되거나, 주름지거나, 구부려지거나 휘어질 수 있는 플렉서블 배터리를 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 플렉서블한 무선 RFID 센서 장치(50)는 (인쇄되거나 에칭 되거나 적층된)플렉서블 회로를 가지는 플렉서블 기판, 안테나(52), 온보드 또는 별도의 통신 칩을 이용하여 무선 통신 프로토콜(예컨대, RFID, 블루투스, NFC, RFID 등) 및 온보드 센서(56)(또는 별도의 센서)와 인터페이스 하여 스트레인 판독값을 획득하고 이러한 판독값들 및 판독값의 시간에 따른 데이터를 온보드 비일시적인 메모리에 저장할 수 있는 집적 회로(54)를 포함하는 RFID 태그일 수 있다. 정보를 저장하기 위한 메모리들의 다양한 예시는 기록된 정보를 지울 수 있거나, 프로그램 가능하거나, 읽기 전용 메모리(EPROM)이거나, 하드 코딩된 비휘발성 내장 메모리 이거나 다양한 형태의 다른 읽기/쓰기 가능한 메모리 시스템일 수 있다. 온도 센서, 환경 센서(예컨대 습도, 조도 센서 등), 가속도 센서, 진동 센서 등의 센서가 부가적으로 더 포함될 수도 있다. 일 예로, '448 특허'의 RFID 스트레인 게이지는 상술한 요소들의 일부 또는 전부를 포함하는 플렉서블 회로로 구성될 수 있다. 센서 장치(50)는 스위치(57) 및/또는 피드백 장치(58)(예컨대 조명, 디스플레이 또는 스피커 등의 장치)와 같은 다양한 특징적 구성들을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 본 출원에서 설명하는 유압 피팅들은 주로 산업 환경에서 사용되며, 거칠고 위험한 산성의 환경에 노출될 수 있다. 설치, 저장 및 현장 적용 과정에서 파이핑 장비에 작용하는 기계적인 그리고 환경적인 영향들은 외장 RFID 태그들이 손상되어 동작하지 않게 만들 수 있다. 즉, 태그들은 취급, 설치 등의 과정에서 부서지거나 장치로부터 분리될 수 있다. 또는 태그들은 거친 환경에 노출되어 시간이 지남에 따라 열화될 수도 있다.
따라서, RFID 센서 장치(50)가 끼움 링(14), 바디(12) 또는 다른 오브젝트에 부착되고 나면, 센서 장치를 외부 환경으로부터 보호하고 단절하기 위하여, 보호 덮개 부재(60)를 RFID 태그 위에 부착하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보호 덮개 부재(60)는 끼움 링(14) 또는 다른 오브젝트의 외면(40) 상의 RFID 태그 위에 적용될 수 있다. 보호 덮개 부재(60)는 끼움 링(14)에 용이하게 적용되고 아래에 위치되는 RFID 센서 장치를 기계적인 그리고 환경적인 데미지로부터 보호하는 얇은 코팅을 제공하도록 선택될 수 있다. 바람직하게는, 보호 덮개 부재(60)는 파이프의 반경 방향 두께를 크게 증가시키지 않도록 마련될 수 있다. 다양한 예들에서, RFID 센서 장치(50) 및 보호 덮개 부재(60)는 고온 및/또는 고압의 환경에서의 이용을 고려하여 선택될 수 있다. 또는, RFID 센서 장치(50) 및 보호 덮개 부재(60)는 가혹한 조건에서도 기계적 및 화학적 응력에 저항할 수 있는 패키징, 쉬운 설치 및 가독성을 제공하도록 선택될 수 있다. 또한 덮개 부재(60)는, 바람직하게는, 피팅(10)을 파이프 상에 설치하는 동안에 발생하는 응력/스트레인에 대하여도 저항력을 가질 수 있다. 덮개 부재(60)가 파이프(16)에 부착되고 그 안의 유체에 노출되는 경우, 바람직하게는, 덮개 부재(60)는 센서 장치(50)를 유체로부터 밀봉하여 센서 장치(50)가 유체에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
보호 덮개 부재(60)를 균일한 박막 형태로 위치시키기 위한 다양한 수단이 이용될 수 있다. 예컨대, 보호 덮개 부재(60)는 끼움 링(14) 및 플렉서블 센서 장치(50)상에 브러싱, 롤링 또는 스프레이될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 덮개 부재(60)는 우레탄 코팅 형태로 제공될 수 있다. 다만, 니트릴(nitrile), 바이톤(Viton), 에폭시(epoxy) 등의 다양한 재료 역시 적합할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 보호 덮개 부재(60)는 센서 장치(50)를 커버하는 형태로 센서 장치(50)상에 위치된 감압 접착제를 포함하는 플렉서블 플라스틱 기판 등일 수 있다. 물론, RFID 통신 시스템의 이용을 가능하게 하기 위하여, 보호 덮개 부재(60)는 RF신호에 대하여 투과성을 가져야(radio-transparent)할 것이다. 보호 덮개 부재(60)의 증착 형태는, RFID 센서 장치(50)를 직접 커버하는 끼움 링(14)의 원주 부근에서 가장 두껍고 적용 영역의 단부에서 상대적으로 얇은 두께를 가지도록, 얇아지는 형태를 가지는 것이 유리할 수 있다. 전술한 바와 같이, 무선 스트레인 게이지는 피팅의 외면에 적용되기 위하여, 유연한 형태로 마련될 수 있다. 그러나, 무선 RFID 센서는 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프 상에 중간자(intermediary)를 통하여 부착되고 부분적으로 플렉서블하거나 논-플렉서블한 기판으로 구현될 수 있는 것도 고려된다. 예를 들어, 도 5에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 센서 캐리어(80)가 센서 장치(50)(또는 보호 덮개 부재(60))와 감지 대상 요소 사이에 개재될 수 있다. 도 5에서 나타내는 내용은 단지 예시에 불과하며, 일부 설치 예시에서는 과장된 표현으로 간주될 수도 있다. 센서 캐리어(80)은 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프의 외면 또는 내면에 부합하고, 직접 부착될 수 있다. 센서 캐리어(80)는 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프에 대응하는 곡면 또는 기타 구조를 가지는 고정면(82) 및 센서 장치(50B)가 부착되는 대향 센서면(84)을 포함할 수 있다. 센서 캐리어(80)의 고정면(82)은, 트레인 센서의 판독 값이 센서 장치(50B)에 의해 직접 느껴지도록, 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프의 내면 또는 외면에 견고하게(rigidly) 부착되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 센서 캐리어(80)는 스트레인 게이지 센서(56)가 감지 대상 오브젝트의 외면에 직접 부착될 수 있도록, 감지 대상 오브젝트의 표면에 대한 직접 접근을 제공하는 관통공(86), 리세스 또는 기타 개구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 간략적으로 도시하는 바와 같이, 센서 장치(50B)의 대부분이 센서 캐리어(80)에 의해 지지되는 경우, 스트레인 게이지(54B)는 구멍(86)을 통하여 링(14)의 외면(40)에 직접적으로 부착될 수 있다. 스트레인 게이지(54B)는 센서 장치(50)의 회로 기판에 직접 위치되거나, 적절한 전기 전도성 리드에 의해 분리되어 위치될 수 있다. 센서 장치(50)가 강체이거나 부분적으로만 유연한 경우에, 스트레인 게이지 센서(56)가 외면(40)과 접촉하고, 센서 캐리어(80)가 외면(40) 위의 센서 장치(50)의 균형을 지지하는 스페이서(spacer)로서 작용하도록, 센서 장치(50)는 링(14)에 접하는 형태(tangent manner)로 부착될 수 있다. 센서 장치(50)의 접선 방향 설치와 관련하여, 도 5에서 도시하는 개략적인 묘사는 과장된 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 접선 방향의 설치에 있어서, 회로 기판(또는 보호 덮개 부재(60)의 하면과 외면(40)의 차이에 따라 형성된 센서 캐리어(80)는, 스트레인 게이지(54B)(회로 기판 상에 놓여질 수 있는)가 외면(40)에 쉽게 접촉하도록, 센서 캐리어(80)는 도시된 것보다 얇을 수 있다. 실제로, 스트레인 게이지(54B)가 센서 장치의 중간 어딘가(예컨대, 회로 기판의 양 단 사이 어딘가)에 위치되는 경우, 적절한 홀(86)이 이용되거나, 하나 이상의 센서 캐리어(80)(또는 두 개의 구분된 부분들로 구성되는 센서 캐리어(80))가 활용(예컨대, 외부 표면(40) 위의 센서 장치(50)의 각 단부를 지지하도록 활용)될 수 있다. 접선 방향의 설치는 스트레인 게이지(54B)가 센서 장치의 일 단부 쪽에 위치되도록(예컨대, 회로 기판의 일 단부에 또는 일 단부 쪽에 위치되도록) 구현될 수 있다는 것이 더 고려된다. 캔틸레버 설치와 유사한 이러한 상황에서, 센서 캐리어(80)는 외면(40) 위의 센서 장치(50)의 대향 말단을 지지하기 위하여 이용될 수 있다. 물론, 센서 캐리어(80)는 설치 형태에 따라, 센서 장치(50)를 지지하기 위하여 손쉽게 채택될 수 있다.
고정면(82)은 접착제, 기계적 잠금장치 등을 통하여, 제거 가능하게 또는 바람직하게는 제거 불가능하게 부착될 수 있다. 중간 센서 캐리어(80)의 사용을 통하여, 단일 센서 장치(50B)는, 센서 캐리어(80)을 변경함으로써, 상이한 구조를 가지는 다양한 유압 피팅(10)에 간단하게 적용될 수 있다. 이러한 구성은 매우 효율적이고 비용 면에서도 효율적인 설계 형태를 제공한다. 더욱이, 센서 캐리어(80)는 센서 장치(50B)를 유압 피팅의 주변면으로부터 보충(offset)하거나 들어올리기(raise)위하여 이용될 수 있고, 이러한 사용은 모니터링 대상 피팅이 닿기 어려운 위치에 있거나 인접한 물체들과 중첩하는 경우에 특히 유용할 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 캐리어들(80)의 배열은 단일 센서에 대한 복수의 장착 옵션을 제공한다.
센서 장치(50B)는 센서 캐리어(80)의 센서면(84)에 부착된다. 센서 장치(50B)는 제조를 단순화하고 온보드 센서들의 정확도를 향상시킬 수 있는, 일부가 플렉서블하거나 강체인 기판(예컨대, 종래의 회로 기판) 상에 제공될 수 있다. 센서 캐리어(80)의 센서면(84)은 평평하거나, 곡면이거나 센서 장치를 수용할 수 있는 포켓 또는 리세스일 수 있다.
다른 실시 예에서, 센서 캐리어(80)는 하나 이상의 센서가 부착될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 센서 면(84)은 복수의 센서들을 다양한 형태(평행하거나, 수직하거나, 비스듬하거나 높낮이가 다른 형태 등)로 장착하기 위한 두 개 이상의 나란한 위치들을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 캐리어(80)는, 현장에서, 센서 장치(50B)의 일정한 설치를 위한 가이드로서 기능할 수도 있다.
센서 장치(50B)는 RF 신호에 대하여 무선 투과성을 가지는 보호 덮개 부재(60B) 내에 매립되거나 밀폐(encapsulated)될 수 있다. 보호 덮개 부재(60B)는 본 명세서에서 설명하는 다양한 유형과 같이 제거 불가능하거나, 또는 센서 장치(50B)가 그 내부에 고정된 제거 가능한 컨테이너일 수 있다. 제거 불가능한 보호 덮개 부재(60B)의 일 예로서, 센서 캐리어(80)의 센서면(84)이 센서 장치(50B)를 수용하기 위한 포켓 또는 리세스를 포함하는 경우에, 보호 덮개 부재(60B)는 포켓 또는 리세스를 차단하기 위하여 센서면(84) 위에 고정되는 강성의 물리적 상부 커버일 수 있다. 상부 커버는 센서 장치(50B)를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 개스킷 또는 그 외의 씰을 포함할 수 있다. 필요에 경우, 제거 가능한 상부 커버를 이용하여, 시간 경과에 따라 센서 장치를 제거, 수리 또는 교체할 수 있다.
무선 RFID 센서는 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프의 포켓(90), 리세스, 홀 또는 기타 내부 공간에 직접 부착되거나 내장(embedded)될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 포켓(90)은 평평한 지점(spot ground)이거나, 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프의 외주에 원하는 센서 장착 위치를 제공하도록 형성될 수 있다. 따라서, 포켓(90)은 센서 장치(50C)를 장착하기 위한, 상대적으로 평평한 지점(예컨대, 다른 외주부의 곡면과 비교하였을 때 평평한 지점)을 제공할 수 있고, 이는 특히 일부만이 플렉서블하거나 플렉서블하지 않은 회로를 가지는 스트레인 게이지를 이용하는 경우에 유용할 수 있다. 포켓(90), 리세스, 홀 등은, 센서 판독값들이 일관되고 바람직하게 획득될 수 있도록, 센서 장치(50)이 설치되어야 하는 위치를 나타내는데 유용하게 이용될 수도 있다. 포켓은 반경 방향으로 배향될 수 있고, 또는 축 방향으로 또는 유압 피팅의 중심 축에 대하여 비스듬한 방향으로도 배향될 수도 있다. 포켓(90), 리세스, 홀 등은 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프의 일 단부에 형성되고, 그 내부에서 축 방향으로 연장될 수 있음이 더 고려될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 장치는 포켓(90), 리세스, 홀 등에 축 방향으로 삽입될 수 있다. 선택적으로, RFID 태그 및 인터로게이터의 RF 신호에 대하여 무선 투과성(radio-transparent)을 가지는, 본 명세서에서 전술한 유형들 또는 강성 덮개 판 등의 보호 덮개 부재(60C)가 적용될 수 있다. 덮개 판이 이용될 때, 포켓(90), 리세스, 홀 등이 없었던 것처럼(예컨대, 커버 판이 설치된 상태에서, 설치된 커버 판의 외면이 커플링 바디, 끼움 링 및/또는 파이프의 외주면과 일반적으로 동일 평면에 위치하도록), 덮개 판은 결합된 장치를 원래의 명목 형상(nominal shape)으로 되돌리기 위한 필러로서 작용할 수 있다. 커버 판은 접착제, 기계적 잠금 장치, 클립 등을 통하여 제거 가능하거나 제거 불가능할 수 있다.
바람직하게는, RFID 센서 장치(50)는 그 동작을 위한 전력의 전부를 인터로게이터로부터 RF 신호를 통하여 획득한다. 그러나, 센서 장치(50)는 코인 셀(coin cell) 또는 바람직하게는 플렉서블한 인쇄 배터리 등의 온보드 전원(59)을 가지는 반능동 또는 완전 능동 장치일 수 있다. 이러한 능동 장치는, RFID 인터로게이터, 능동 통신 프로토콜(블루투스, WiFi, 셀룰러, 음향, 광학, 적외선 등), 능동 컴퓨터 데이터 프로세싱, 조명, 디스플레이 또는 스피커 등을 통한 청각 또는 시각 사용자 피드백 등과의 통신을 위하여, 더 넓은 무선 대역을 제공할 수 있다.
센서 장치(50)는 유압 피팅(예컨대, 바디(12), 끼움 링(14) 등)의 축 방향(L)을 따라 다양한 위치에 적용될 수 있다. 센서 장치(50)는 설치 상태에서 상대적으로 높은 응력을 받는 위치 또는 고장이 예상되는 지점에 위치되는 것이 바람직하다. 많은 경우에 있어서, 이러한 위치들은 메인 씰(30), 인보드 씰(32) 및/또는 아웃보드 씰(34) 중 어느 하나에 정렬되거나 가까운 위치일 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 설치 과정에서의 탄성 팽창에 의해 발생하는, 끼움 링(14)의 재료 내에서의 물리적 응력(15)은, 슬리브(12b) 및 파이프(16)의 변형이 큰 위치인, 메인 씰(30)의 위치에 걸치는 위치에서 상대적으로 높다. 따라서, 센서 장치(50)는 일반적으로, 피팅의 길이 방향 축에 대하여, 메인 씰(30)과 수직 정렬될 수 있다. 특히, 적어도 스트레인 게이지 센서(56)은 메인 씰(30)과 일반적으로 수직 정렬되도록 위치될 수 있다. 다만, 센서 장치(50)의 바람직한 위치는 개별적인 특정 피팅, 파이프 또는 설치 환경에 대한 연구 및 경험에 의하여 결정될 수 있다.
이하에서는 무선 센서 장치(50)를 설치 및 사용하는 방법의 일 실시예에 대하여 설명한다. 바람직하게는, 무선 센서 장치(50)는 현장에 투입되기 전에 공장에서, 감압 접착제 또는 그 외의 접착제 등을 이용하여, 유압 피팅(10), 예컨대 끼움 링(14)에 적용될 수 있다. 그러나, 센서 장치(50)는 현장에서의 설치를 위하여(예를 들어, 현장에서의 사용을 위하여 설계된 접착제 키트 또는 이형층에 의해 덮인 감압 접착제의 사용에 의하여) 제공될 수 있음이 고려된다. 이러한 방식으로, 유압 피팅(10)은 종래 방식으로 생산되어 최종 소비자에게 배송될 수 있고, 센서 장치(50)는 설치 시에만 적용될 수 있다. 센서 장치(50)는 또한 현장의 미리 설치된 기존의 피팅에도 적용될 수 있음이 고려된다. 보호 덮개 부재(60)는, 공장 또는 현장에서, 무선 센서 장치(50)상에 더 적용될 수 있다. 덮개 부재(60)의 일 유형은 모든 센서 장치(50)를 위하여 이용되거나 또는 여러 유형의 덮개 부재(60)가 다양한 사용 환경(예를 들어, 가벼운 근무환경 또는 심각한/가혹한 근무 환경)에서 사용될 수 있음이 고려된다. 또한, 각각의 (특히, RFID 칩을 포함하는)센서 장치(50)는, 바람직하게는, 고유의 숫자 식별자와 같은, 고유 식별자를 포함한다. 고유의 식별자는 센서 장치(50)로부터 획득되고, 유압 피팅(10)의 시리얼 넘버와 연관될 수 있다. 이러한 조합은 수동으로 및/또는 컴퓨터 데이터베이스 등에서 기록(record)될 수 있다. 피팅 타입, 재료, 고객, 의도되는 환경, 제조 일자 등, 유압 피팅의 특성들과 관련된 정보 역시, 제조 단계 또는 현장에서 발생하는 판독 값과 함께 기록될 수 있다.
유압 피팅(10)은 최종 사용자에게 배송될 수 있다. 센서 장치(50)가 미리 설치되지 않은 경우, 센서 장치(50)는 설치 전에 유압 피팅(10)의 끼움 링(14)에 적용될 수 있다. 그 후, 유압 피팅(10)은 파이프(16)상에 전술한 제거 불가능한 방식으로 설치될 수 있다. 유압 피팅(10)이 완전히 설치된 때 및/또는 설치 과정 중에도, RFID 인터로게이터는 설치되는 끼움 링(14)의 무선 센서 장치(50)로부터 스트레인 판독값을 획득하기 위하여 이용될 수 있다. 따라서, 센서 장치(50)로부터 얻어지는 스트레인 판독값은, 탄성 변형(예컨대, 확장)된 상태에서 설치된 끼움 링(14)에 대한 것일 수 있다. 또한, RFID 인터로게이터는 피팅의 설치 과정 중에도 무선 센서 장치(50)로부터 스트레인 판독값을 획득할 수 있다는 것이 고려된다. 전부 또는 일부의 스트레인 판독값(들)은 RFID 메모리, 인터로게이터의 메모리 또는 네트워크 연결된 컴퓨터 장치의 메모리 중 어느 하나의 비일시적 메모리에 저장될 수 있다.
각 센서 판독시에, 다른 식별 데이터가 전송되거나, 기록되거나 또는 저장될 수 있음이 더 고려된다. 예를 들어, 시간 날짜 스탬프, 고유 및 어플리케이션 코드, 주위 환경 온도, 끼움 링(14)의 온도, 기타 환경 요소 등이 감지, 전송 및/또는 저장될 수 있다. 피팅의 종류, 재료의 구성, 의도하는 용도(예컨대, 파이프 특성 또는 현장의 환경) 등과 같은, 피팅 자체에 대한 기타 정보가 기록 및 또는 캡처될 수 있다. 이러한 유형의 맥락(contextual) 정보는 센서 장치(50)로부터 획득되는 로데이터(raw data)에 대하여 보다 맞춤화된 데이터 분석을 제공할 수 있다.
또한, 인터로게이터(100)을 사용할 때, 파이프(16)의 설치 바로 전에(즉, 피팅에 압축력이 가해지기 전에) 끼움 링(14)에 대하여 스트레인 판독값이 획득될 수 있음이 고려된다. 이는 끼움 링(14)이 설치될 환경에서의 기준 스트레인을 제공하는 제1 전기적 파라미터로서 고려될 수 있다. 또한, 끼움 링(14) 등의 오브젝트에 대하여 스트레인 게이지를 적용하는 동작은 스트레인 센서 자체에 대하여 어느 정도의 응력을 유도하거나 나타낼 수 있다. 따라서, 설치되지 않은 상태에서 끼움 링(14)에 대한 초기 스트레인 판독값은 설치된 상태에서의 최종(ultimate) 판독값과 비교하기 위한 기준 점을 제공할 수 있다. 또한, 설치되지 않은 상태에서의 기준점 판독값은 스트레인 센서의 영점 또는 테어(tare)를 설정하기 위해 이용될 수 있음이 더 고려된다. 이러한 영점은 인터로게이터 상에서 또는 센서 장치(50)의 집적 회로 상에서와 같이 소프트웨어 적으로 수행될 수 있다. 미래의 스트레인 판독을 위하여, 초기 센서 판독값 또는 영점은 센서 장치(50)의 집적 회로의 메모리 상에 저장되거나 기록될 수 있음이 고려된다.
다음으로, 끼움 링(14)을 파이프(16) 상에 설치한 이후(즉, 피팅에 압축력을 인가한 이후)에, 인터로게이터(100)은 다른 스트레인 판독값을 획득하기 위하여 이용될 수 있다. 이는, 끼움 링(14)의 변형에 응하여 센서 장치에서 형성되는 제2 전기적 파라미터로 고려될 수 있다. 다음으로, 유압 피팅 및 파이프 사이의 비누설 부착의 품질을 나타내는 최종값의 획득을 위하여, 제1 전기적 파라미터(즉, 설치 전)는 제2 전기적 파라미터(즉, 설치 후)와 비교될 수 있다. 본 명세서에서 보다 자세히 논의되는 바와 같이, 비누설 부착의 품질을 평가하기 위하여, 최종값은 미리 정해진 범위, 허용 오차 대역 또는 임계치 중 어느 하나에 대하여 비교될 수 있다. 이러한 방식으로, 생산자, 최종 사용자 및 품질 관리자는 밀봉이 완전(즉, 완전히 세팅)되고 적절한 풀업이 발생했음에 대하여 높은 수준의 확신을 가질 수 있다.
그 후, 장래에, 센서 장치(50)으로부터 스트레인 판독값이 주기적으로 획득되어, (노화, 사용, 파이프 내의 유체, 압력, 부착된 피팅 또는 파이프에 작용하는 기계적 힘 또는 압력, 온도, 진동 등의 그 외의 요인들에 따른 응력의 변화를 감지하기 위하여)설치 상태의 끼움 링(14)의 건전성 및 상태의 계속적인 이력을 제공할 수 있음이 더 고려된다. 보다 광범위하게는, 끼움 링(14)에 대한 판독값은, 최종 사용자가 설치된 피팅이 "후드 아래에서" 어떻게 노화되는지에 대하여 높은 확신을 가지고 이해할 수 있도록, 현장에서 그 유효 수명을 초과하는 파이프 상의 유압 피팅(10)의 상태를 추정하기 위하여 이용될 수 있다. RFID 센서 장치(50)의 무선, 비접촉 특성에 의하여, 그 의도된 사용 현장에서 파이프(16)의 동작을 방해할 필요 없이, 심지어 파이프(16)가 숨겨져 있거나 접근이 어려운 경우라 할지라도, 센서 판독값들이 빠르고 효율적인 방식으로 주기적으로 획득될 수 있다.
센서 판독값을 획득 및 저장하는 것과 더불어, 인터로게이터 및/또는 가능한 센서 장치(50)는 데이터의 분석 및/또는 비교를 위한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 감지된 끼움 링(14)의 스트레인에 대한 로데이터 판독값은 유용하지만, 감지된 스트레인이, 미리 설정되고 허용 가능한 범위로서 유압 피팅(10)이 그 의도된 목적을 위하여 적절히 설치되었고 그 상태 및 컨디션이 허용 가능한지를 나타내는 범위 내에 있는지에 대한 표시를 최종 사용자에게 제공하는 것이 유익할 수도 있다. 일 예로, 인터로게이터는, 허용 가능한 판독값들의 미리 정해진 허용 오차 대역과 같은, 감지된 스트레인 판독값의 허용 범위에 대하여 프로그래밍될 수 있고, 설치된 센서 장치(50)로부터 획득된 데이터를 미리 정해진 범위, 허용 오차 대역 또는 문턱치(들)과 비교할 수 있다. 센서 장치(50)로부터의 데이터 판독값이 허용 가능한 범위 내에 있는 경우, 인터로게이터는 디스플레이 또는 기타 사용자 피드백 장치 상에 그러한 내용을 표시할 수 있다. 반면에, 센서 장치(50)으로부터의 데이터 판독값이 유압 피팅(10)이 적절히 설치되지 아니하였음을 나타내는 경우, 인터로게이터는 마찬가지로 최종 사용자에게 그러한 정보를 표시하여 시정 조치를 수행하도록 할 수 있다.
이러한 방식으로, 최종 사용자가 설치된 유압 피팅이 설계 파라미터 내에서 여전히 작동한다는 지속적인 높은 확신을 가지도록, 이러한 비교 및/또는 데이터 분석이 설치된 유압 피팅(10)의 수명 동안 수행될 수 있다. 또는, 장래에 주기적으로 감지된 판독값들이 유압 피팅(10)이 한계를 초과하는 추세를 보이거나(예를 들어, 허용 불가능한 판독값을 향하여 증가하거나 허용 불가능한 판독값이 되어가고 있는 허용 가능한 판독값인 경우) 미리 정해진 문턱값을 초과(예를 들어, 허용 불가능한 판독값인 경우)하는 경우, 최종 사용자는 잠재적인 고정이 발생하기 전에 유압 피팅을 수리하거나 교체하여야 한다는 통지를 받을 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 장치는 유압 피팅 및/또는 파이프에서 임의의 실제 문제가 발생하기 전에 예상되는 고장을 결정하는데 이용되어 시정 조치가 취해지도록 할 수 있다. 데이터 분석은 미리 결정된 허용 가능한 범위(들) 또는 문턱치(들)을 결정하기 위하여, 피팅의 종류, 재료의 구성, 의도되는 사용(예컨대, 파이프의 특성 또는 현장의 환경) 등과 같은 맥락 정보를 고려할 수 있음이 고려된다.
센서 장치(50)은 온보드 사용자 피드백(예를 들어, 조명, 디스플레이 또는 스피커 등을 통한 청각 또는 시각 사용자 피드백)을 포함할 수 있다. 일 예로, 피드백 장치(58)는 양호한 설치에 대하여 특정한 색(예를 들어, 녹색)을 조명하고, 불량한 설치에 대하여는 다른 색(예를 들어, 적색)을 조명하는 LED 조명일 수 있다. 피팅이 미리 정해진 범위의 마진에 있거나, 특정 임계 값을 향하는 추세임을 나타내는 황색 등과 같은 다른 색상들이 다른 조건들을 나타내기 위하여 이용될 수 있다. 센서 장치(50)에 탑재된 다양한 피드백 장치는 온보드 전원 공급(예를 들어, 플렉서블 배터리, 코인 셀 등)을 포함하는 반-능동 또는 완전 능동 시스템에서 특히 유용할 수 있다. 다만, 저전력 LED 조명 등은 RFID 인터로게이터에 의하여 충분히 전원이 공급될 수 있다. 반-능동 또는 완전 능동 센서 장치(50)가 이용되는 경우, 센서 장치(50)를 저전력 슬립 모드로부터 활성화하거나, 메모리에 저장되는 순간적인 실시간 판독값을 획득하거나, 온보드 LED 조명 등을 통하여 즉각적인 피드백을 제공하는 등의 다양한 기능을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 온보드 스위치(57)가 이용될 수 있다. 일 예로, 사용자는 온보드 스트레인 센서로부터 순간 판독 값을 캡처하도록 탑재된 집적 회로를 활성화하고 RFID 인터로게이터의 이용 없이 LED 조명을 통하여 즉각적인 피드백을 제공하기 위하여 스위치(57)를 누를 수 있다. 이러한 경우에, 최종 사용자는 로데이터 판독값에 대하여는 알지 못하지만, 피팅이 여전히 사양 내에 있는지 아닌지를 LED 조명으로부터의 피드백을 통하여 간단하게 알 수 있다. 일 예로, 스위치(57)를 누를 때, 센서 장치(50)는 순간적인 스트레인 판독값을 획득하고, 이 순간 판독값을 임의의 알려진 문턱값 또는 다른 비교값 또는 알고리즘과 비교할 수 있다. 순간 판독값이 허용 오차 범위에 있는 경우, LED 조명은 녹색으로 점등될 수 있다. 반대로, 순간 판독값이 허용할 수 없는 상태를 나타내면, LED 조명은 적색으로 점등될 수 있다. 즉시 판독이 여전히 허용 가능하기는 하나, 허용 불가능에 가까운 경우 또는 허용 불가능을 향하는 추세인 경우를 나타내기 위한 황색 과 같이 다른 색상의 이용 역시 가능하다. 그러나, 이러한 방식으로 획득된 각각의 판독값은 추후의 인터로게이터로의 검색을 위하여 센서 장치(50)의 내장 메모리에 저장될 수도 있다. 바람직하게는, 저장된 판독 값들은 날짜/시간 스탬프, 판독값, 피드백이 사용자에게 디스플레이되었는지 여부 등의 참조 데이터를 포함할 것이다.
또한, 센서 장치(50)로부터 획득한 센서 판독값들은 원격 중앙 서버 컴퓨터(120)로 전송하거나 원격 중앙 서버 컴퓨터(120)(예를 들어, 네트워크 연결 또는 인터넷 연결된 컴퓨터, 또는 클라우드 상에) 에 업로드하는 것이 유리하다. 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)는 설치 현장 또는 제어하는 회사의 위치에 속하거나, 유압 피팅의 제조자에 속하거나, 원격의, 인터넷 연결된 서버에서 유지되는 "클라우드 기반"일 수 있다. 이러한 "클라우드 기반"의 인터넷 연결된 서버는 데이터의 저장 및 검색 기능을 제공할 수 있고, 목록화된 데이터에 대한 변형, 분석 및/또는 보고할 수 있는 컴퓨팅 기능을 더 제공할 수도 있다. 위치에 무관하게, 이러한 데이터베이스는 피팅을 검사하는 서비스 회사에 의하여 유압 피팅(10)의 제조자에 의하여 유지 및/또는 관련된 품질 관리 인력에 의하여 유압 피팅(10)의 최종 사용자에 의하여 유지될 수 있다. 비-능동(즉, 수동) RFID 센서 장치(50)가 사용될 때, 인터로게이터(100)는 유선 또는 무선 방식으로 중앙 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 데이터를 업로드할 수 있다. 물론, 반-능동 또는 능동 센서 장치(50)를 이용하면, 그러한 데이터는 피팅(10)(및/또는 인터로게이터(100)으로부터 직접 업로드될 수 있다. 센서 장치(50)으로부터 획득된 데이터는 제조자 및 최종 사용자 모두 설치 보조, 유지, 교체, 보증 클레임 등의 목적으로 가 유압 피팅의 성능을 추적할 수 있도록, 시간에 따라 목록화될 수 있다.
일 예에서, 센서 장치(50) 및 관련된 피팅(10)으로부터의 초기 데이터는, 제조자가 유압 피팅(10) 및 센서 장치(50)의 설치 전에 그 상태에 대하여 명확히 숙지하도록, 상품이 출고되기 전에 제조자에 의하여 수집될 수 있다. 이러한 데이터는 추후 이용을 위하여 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 저장될 수 있다. 이러한 데이터의 다양한 예시들은 센서 장치의 고유 식별자, 피팅의 생산일, 피팅의 유형, 재료, 사용자(고객), 의도되는 환경 등과 같은 유압 피팅 또는 센서에 대한 정보를 포함할 수 있다. 더불어, 센서 장치(50)가 (끼움 링(14) 등과 같은)유압 피팅에 미리 부착되면, 설치된 상태에서의 최종 스트레인 판독값과 비교하기 위한 기준점을 제공하기 위한, 비설치 상태에서의 센서 장치(50)에 대한 초기 스트레인 판독값이 획득될 수 있다. 이는 스트레인 센서의 테어(tare), 영점 또는 가능한 하나의 기준점으로 고려될 수 있다. 이러한 데이터 포인트는 인터로게이터의 이용을 위하여 센서 장치(50)의 메모리 내에 및/또는 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 저장될 수 있다.
제조자가 유압 피팅의 수명 동안에 유압 피팅의 상태에 대하여 명확한 이해를 유지하도록, 피팅이 파이프 상에 설치된 때(설치 바로 직후, 설치 중 및/또는 설치 후) 그리고 그 후에 주기적으로 추가적인 현장의 센서 데이터가 수집될 수 있다. 예를 들어, 일 스트레인 판독값은 유압 피팅(10)이 도 2에서 도시하는 바와 같이 사전 설치(pre-install) 상태에 있을 때 획득될 수 있다. 이러한 판독값은 끼움 링(14)이 설치된 주변 환경에서의 끼움 링(14)의 기준점 스트레인을 제공할 수 있고, 이는 스트레인 센서에 대한 테어 또는 영점만큼이나 유용할 수 있다(예를 들어, 비-영점 스트레인 판독값은 추후 획득되는 스트레인 판독값들과 비교하기 위한 영점으로 이용될 수 있음). 인터로게이터를 이용하여, 이러한 설치 과정 전에 획득된 사전 설치 스트레인 판독값은 센서 장치(50) 및/또는 컴퓨터 서버 장치(120)에 추후의 이용을 위하여 전송 및 저장될 수 있다. 센서 장치(50)가 인터로게이터로부터 데이터를 수신하거나 저장할 수 없는 유형의 장치(예를 들어, 읽기 전용 타입 장치)인 경우, 직접 또는 간접적으로 데이터를 전송하기 위하여 인터로게이터(100)를 이용하여, 추후의 이용을 위하여 미리 저장된 스트레인 판독값(예를 들어, 영점)을 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 저장하는 것이 특히 유용할 수 있다. 선택적으로, 일시적 판독값으로 간주될 수 있는 하나 이상의 스트레인 판독값들은, 설치 과정 및 바디(12) 및 파이프(16)의 가압 소성 변형 중에 획득될 수 있다. 이러한 일시적 판독값들은 설치 중에 (로컬 또는 원격 클라우드 상에)저장되거나 또는 단순히 관측될 수 있다.
다음으로, 파이프 상의 유압 피팅의 설치 후(post-install) 스트레인 판독값으로 고려되는 일 판독값은 링(14)이 완전히 풀업된 상태이고 피팅 씰이 파이프에 대하여 설정되었을 때, 설치 절차 직후에 획득된다. 설치 후 스트레인 판독값만이 획득될 수도 있다. 인터로게이터(100)을 이용하여, 이러한 설치 후 스트레인 판독값은 센서 장치(50)의 메모리 및/또는 컴퓨터 서버 장치(120)상에 추후 이용을 위하여 전송 및 저장될 수 있다. 선택적으로, 끼움 링(14) 또는 바디(12)에 작용하는 응력이 허용 가능한지 및 피팅(10)이 적절하게 설치되었는지 판단하기 위하여, 설치 후 스트레인 판독값은 설치 전 스트레인 판독값 또는 영점에 대하여 비교될 수 있다. 그 후에, 스트레인 판독값들이 시간에 따라 주기적으로 획득되고 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)상에 저장되어, 제조자 및 기타 모든 당사자가 유압 피팅의 상태에 대하여 그 사용 기간 동안 명확한 이해를 유지하도록 할 수 있다.
이러한 방식으로, 모든 관련 당사자가 유압 피팅(10)이 그 성능에 따라 계속 작동함에 대하여 높은 정도의 신뢰도를 가지도록, 생산자 및 최종 사용자 모두가 현장에서의 피팅(10)의 성능을 지속적으로 추적하고 이해할 수 있다. 또는, 감지된 판독값들이 피팅(10)이 사양에서 벗어나는 추세임을 나타내거나(즉, 여전히 허용 가능하지만 허용 불가능한 상태로 옮겨가는 경우) 사양을 벗어난 경우(즉, 수용할 수 없는 경우), 중앙 컴퓨터 데이터베이스에 접근 권한을 가지는 모든 당사자들에게 그러한 상태가 통지될 수 있다. 이는 제조자들이 최종 사용자에게 연락하거나 최종 사용자들이 제조자에게 연락하여, 피팅의 교체 또는 유지를 처리하도록 할 수 있다. 또한, 데이터의 추세는, 특정 피팅, 고객, 설치 기술, 환경 요인 등이 현장에서의 피팅의 설치, 성능 및 장기적인 기능에 어떠한 영향을 주는지와 같은 정보를 관찰함으로써 이해 및 식별될 수 있다. 예를 들어, 응력 균열, 미세 응력 또는 그 외의 선 고장 또는 고장 상태들을 나타내는 데이터는 목록화되고 연관될 수 있으며, 예측되는 고장들을 결정하고 잠재적인 개선 조치들을 식별하기 위하여, 현장의 다른 유압 피팅들과 비교될 수 있다. 컴퓨터 서버 장치(120)(즉, "클라우드")는 스트레인 판독값의 이력, 스트레인 판독값들의 비교(현재 vs 이력), 최소/최대값들, 데이터 오프셋들, 계산 등 중 전부 또는 일부를 포함하는 다양한 유형의 데이터를 저장, 분석, 변형 및 보고할 수 있다. 보고와 관련하여, 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)는, 데이터 및/또는 리포트가 컴파일 될 수 있지만 사용자가 궁극적으로 데이터에 기초하여 동작을 취하여야 한다는 점에서 수동적이거나, 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)가 입력된 데이터 분석에 기초하여 생산자, 최종 사용자, 서비스 회사 등에게 잠재적인 문제들에 대하여 선제적인 보고를 수행하는 등과 같이 추가 단계를 취하여 부분적으로 또는 완전히 능동적일 수 있다. 이러한 능동 동작은 부분적으로 또는 완전히 자동으로 이루어질 수 있다.
컴퓨터 서버 데이터베이스(120)의 이용은, 변동하는 정보에 기초한 동적 판독 및 후처리 분석을 가능하게 한다는 점에서도 유용하다. 예를 들어, 본 명세서에서는 간소화를 위하여 "인터로게이터" 라는 용어가 사용되었지만, 실제로는 현장의 모든 센서 장치들로부터 단일 인터로게이터 장치가 판독값들을 획득하지는 않을 것으로 생각된다. 실제로, 각각의 특정 센서 장치들은, 그 활성 수명 기간 동안, 복수의 서로 다른 인터로게이터들에 의하여 인터로게이팅 될 가능성이 더 높다. 따라서, 원격 중앙 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 수집된 데이터를 저장함으로써, 어떠한 특정 인터로게이터가 사용되는지는 문제되지 않는다. 각 센서 장치에 대한 고유 식별와 연관된 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있는 데이터가 원격으로 저장됨에 따라, 인터로게이터는 판독할 특정 센서 장치에 대한 어떠한 선행 정보도 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 스트레인 판독값을 획득하기에 앞서, 인터로게이터(100)는 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)로부터 개별 센서 장치에 대한 특정 캘리브레이션 데이터를 획득할 수 있다(센서 장치 자체로부터 캘리브레이션 데이터를 구할 수 없는 경우). 특정 캘리브레이션 데이터는 센서 장치의 고유 식별자에 기초한 룩업 절차에 의해 획득될 수 있다. 그리고, 센서 장치가 인터로게이터에 의한 인터로게이션에 의해 판독값(즉, 전기적 파라미터)을 전송하면, 전송된 전기적 파라미터는 미리 검색된 캘리브레이션 데이터를 적용함으로써 교정(correct)될 수 있다.
다른 예에서, 유압 피팅(10)이 그 의도되는 목적에 맞게 적절히 설치되었음을 나타내는 임계치들, 허용 오차 대역들 또는 허용 가능한 범위에 대한 미리 정해진 임계치들은 시간이 지남에 따라 변화할 수 있다. 이는, 추가적인 연구 및 개발, 상이한 환경들, 제조 과정의 변화 등에 대한 유압 피팅의 수명 내의 성능에 대하여 보다 나은 이해 등을 포함하는 다양한 이유들로 인하여 발생할 수 있다. 클라우드 컴퓨팅 환경의 이용을 통하여, 문턱치들, 허용 오차 대역들 또는 미리 정해진 임계치들은 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)내에서 쉽게 변경되고 과거, 현재(실시간) 도는 미래의 스트레인 판독값에 자동적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 경험에 기초하여, 성능 문턱치가 너무 낮거나 높은 것으로 결정될 수 있다. 따라서, 단일 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에서 문턱치를 변경함으로써, 변경된 문턱치가 모든 과거, 현재(실시간) 또는 미래의 스트레인 판독값들에 신속하게 적용될 수 있다. 마찬가지로, 업체(industry) 또는 고객의 요청에 기초하여, 고유한 또는 상이한 문턱치들, 허용 오차 범위 또는 미리 정해진 임계치들은 제품들의 하위 집합에만(즉, 특정 고객 또는 업체의 특정 장치에만) 적용될 수 있고, 이는 시간에 따라 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 출원에서 설명하는 유압 피팅 및 유압 피팅이 부착된 파이프/튜브는 주로 산업 환경에서 이용되고, 낮거나 높은 진동 부하를 포함할 수 있는 험한 환경에 노출된다. 지속적이거나 간헐적인 진동 하중의 존재 속에서 파이핑 장비가 겪는 기계적 또는 환경적인 영향은, 파이프 및 피팅 사이의 금속 대 금속 밀봉을 포함하는 다양한 요소의 성능을 저하시킬 수 있는, 유압 피팅 및/또는 연결된 파이프/튜브의 훼손을 초래할 수 있다.
시간에 따른 다양한 진동 하중 하에서 피로 응력(fatigue stress)을 견디기 위한 유압 피팅의 기계적 결합을 이해, 측정 및 평가하기 위하여, 피팅 및/또는 연결된 파이프/튜브의 진동 시험은 유용한 도구일 수 있다. 진동 시험과 관련하여, 진동은 두 개의 유형으로서 정상 상태(즉, 비교적 긴 주기를 가지고 발생하는 반복 진동) 및 동적 단기 진동(즉, 상대적으로 짧은 주기를 가지고, 일반적으로 유체를 통해 이동하는 고압 또는 저압 펄스 등과 같은 훨씬 더 큰 힘에 의해 생성되는 진동)으로 구분되는 것으로 이해될 수 있다. 전통적으로, 유압 피팅 및 그에 연결된 파이프/튜브 사이에 존재하는 용접에 대하여 진동 시험을 수행하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이러한 용접의 검사 기술들은 간헐적으로만 수행될 수 있고, 어려우며 시간/자원 집약적이다.
본 출원의 센서 장치(50)는 유압 피팅(10) 및 또는 그에 연결된 파이프/튜브의 지속적, 반-지속적 또는 간헐적인 진동 시험을 제공하기 위하여 더 구현될 수 있다. 센서 장치(50)가 유압 피팅(10)의 끼움 링(14)의 외면(40)에 적용되고 유압 피팅(10)은 연결된 파이프/튜브에 의하여 기계적으로 고정됨에 따라, 센서 장치(50)는 그 연결된 파이프/튜브와 동일한(또는 실질적으로 동일한) 진동에 노출될 수 있다. 결과적으로, 센서 장치(50)상에 위치되는 하나 이상의 센서들은 피팅(10) 및 이에 연결된 파이프/튜브에 의해 경험되는 진동을 감지하기 위하여 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 진동은 끼움 링의 재료 내에서의 물리적 응력 변화를 감지하는 단일 축 또는 다중 축 스트레인 게이지 센서(56)을 통하여 센서 장치(50)에 의하여 간접적으로 감지될 수 있다. 스트레인 게이지 센서로부터 획득된 판독값들은, 센서 장치(50) 또는 RFID 인터로게이터 또는 다른 무선 수신 장치의 소프트웨어에 내장된 진동 데이터와 연관될 수 있다.
다른 예에서, 센서 장치(50)는 진동을 보다 직접적으로 감지하기 위하여, 가속도계 또는 진동 센서(예를 들어, 피에조 진동 센서, 고상(solid state) 또는 광 다이오드 등) 등과 같은 하나 이상의 개별 센서(70)를 포함할 수 있다. 센서 장치는 파이프 내의 진동을 감지하기 위한 센서만을 포함할 수도 있음이 고려된다. 이러한 다양한 개별 센서(들)은, 필요에 따라, 단일 축 또는 다중 축일 수 있다. 이러한 개별 센서들로부터 획득된 판독값들은 진동 데이터를 직접 나타내거나 센서 장치(50) 또는 RFID 인터로게이터 또는 다른 무선 수신 장치의 소프트웨어에 내장된 진동 데이터와 상관될 수 있다.
스트레인 게이지 센서, 가속도계 또는 진동 센서를 사용하든지 간에, 진동 데이터에 컨텍스트 및/또는 캘리브레이션을 제공하는 내장형 온도 센서(72)(피팅의 온도, 파이프/튜브의 온도 및/또는 주변 온도를 측정)가 더 고려될 수 있다. 온도 센서(72)는 집적 회로(54)에 내장되거나 집적 회로(54)와 통신하는 개별 온도 센서일 수 있다.
스트레인 센서와 관련하여, 센서 판독값의 일반적인 오차 원인은, 센서들이 변환기(transducer)의 출력이 스트레인과 같은 감지된 파라미터만의 함수가 아닌 각각의 스트레인 센서에 의해 경험되는 온도에 대한 함수이기도 하다는 사실에 기인한다. 따라서, 스트레인 판독값들이 수집될 때 마다, 센서 장치(50)은 온도 데이터를 스트레인 판독값과 함께 전송할 수 있다. 이러한 온도 측정은 내장 온도 센서(72) 또는 개별 센서, 예를 들어 트렌스듀서에 매우 근접한 위치에서의 온도를 측정하기 위하여 스트레인 트랜스듀서 인근에 위치된 테터형(tethered) 센서 또는 주변 온도 조건을 보고할 수 있는 인터로게이터(100) 상의 온도 센서로부터의 것일 수 있다. 바람직하게는, 각각의 센서 장치(50)는 유압 피팅에 설치되기 전에 공장에서 또는 유압 피팅에 설치되었으나 유압 피팅이 파이프에 설치되기 전에 온도 캘리브레이션될 수 있다. 온도 계수 또는 상수를 포함할 수 있는 캘리브레이션 데이터는, 바람직하게는, 인터로게이터(100)에 의한 추후의 사용을 위하여 센서 장치(50)의 온보드 메모리에 기록된다. 부가적으로, 바람직하게는, (가능한 경우, 온도 계수를 포함하는) 캘리브레이션 데이터는, 개별 센서 장치(50)의 정확한 판독값을 보장하기 위한 인터로게이터(100)의 추후 사용을 위하여, 컴퓨터 서버 데이터베이스(즉, 클라우드)에 기록될 수 있다. 이는 스트레인 센서가 읽기 전용이고 온보드 캘리브레이션 데이터를 저정할 수 없는 경우에 특히 유용하다. 인터로게이터(100)는 센서 장치(50)로부터 로데이터(스트레인 판독값, 온도 판독값, 진동 판독값 등)를 획득하고, 캘리브레이션이 적용되어 데이터가 최종 스트레인 판독값으로 분석 및/또는 변형되도록 하는 프로세싱을 위하여 획득한 로데이터를 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)로 전송하는 "통과 (pass through)" 장치로만 기능할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 센서 장치(50)가 하나 이상의 추가적인 센서들을 포함할 수 있지만, 가속도계 또는 진동 센서는 유압 피팅 및/또는 그에 연결된 파이프/튜브에 개별적으로 적용된 완전히 분리된 무선 센서로 실시될 수 있음이 고려된다. 이러한 개별 무선 센서 장치는 스트레인 센서 대신에 가속도계 및/또는 진동 센서 등을 포함할지라도, 본 명세서에서 설명하는 임의의 특징, 장착 옵션, 보호 수단 등을 포함하여 전술한 센서 장치(50)와 실질적으로 유사할 수 있다. 이러한 방식으로, 피팅(10)은 그에 부착된 두 개의 개별 센서 장치(50)(즉, 스트레인 센서 및 진동 센서)를 포함할 수 있다. 물론, 이러한 개별 센서 장치에 포함되는 전자 장치들은, 특히 RFID 또는 기타 무선 전송 시스템을 사용하는 구현의 경우에, 사용되는 특정 센서의 특정한 요구 사항에 보다 직접적으로 부합하도록 맞추어 만들어질 수 있다.
진동 판독값들은, 본 명세서에서 전술한 것과 유사하게, 인터로게이터 장치에 의하여 수동적으로 획득될 수 있다. 일 실시예에서, 진동이 센서 장치(50)의 일부인 센서에 의해 감지되는 경우, 이러한 감지된 데이터는 스트레인 판독값을이 이미 획득된 경우에 인터로게이터로 전송될 수 있다. 대안으로, 인터로게이터는 감지된 스트레인 및 진동 각각에 대하여 개별 판독값을 획득할 수도 있다. 다른 대안으로, 개별 인터로게이터 장치들은 감지된 스트레인 판독값 및 감지된 진동 판독값을 개별적으로 획득하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 개별 판독값들은 센서 장치(50)이 스트레인 센서만을 포함하는지 또는 추가적인 가속도계 또는 진동 센서를 포함하는지에 따라 획득될 수 있다. 또한, 개별 판독값들은 진동 센서가 완전히 분리된 개별 무선 센서 장치로서 실시되고 임의의 결과 판독값들이 센서 장치, 인터로게이터 또는 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 저장될 수 있는 경우에 획득될 수 있다.
그러나, 유체 흐름의 결과로서 파이프/튜브 내에서 진동이 상당히 일정하게 발생하므로, 특히 산업적 조작 환경에서는, 간헐적이거나 주기적인 판독값과 달리 지속적 또는 반(semi)-지속적인 진동 판독값들을 측정하는 것이 유리하다. 일 예로, 전용(dedicated) 인터로게이터는 감지되는 진동 판독값의 위치에 상대적으로 가깝게 위치되고, 지속적 또는 반-지속적인 진동 판독값을 획득하기 위하여, 센서 장치를 주기적으로 인터로게이트할 수 있다. 전용 인터로게이터는 또한 진동 센서 장치의 RFID 버전의 로컬 전원 공급 장치로도 기능할 수 있다. 이러한 전용 인터로게이터는, 바람직하게는, 원격 제어 및 데이터 수집을 위하여, 로컬 네트워크(LAN) 또는 광역 네트워크(WAN, 인터넷)에 연결된다. 수집된 데이터는 RFID 센서 장치, 전용 인터로게이터 또는 네트워크 컴퓨터 서버 데이터베이스(즉, "클라우드")에 자동적으로 저장되거나 로컬하게 업로드/저장될 수 있다. 이러한 전용 인터로게이터 시스템은 또한, 마찬가지로 RFID 센서 장치, 전용 인터로게이터 또는 네트워크 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 로컬하게 업로드/저장될 수 있는 연속적인, 반-연속적인, 간헐적인 및/또는 주기적인 판독값들 중 적어도 일부를 자동적으로 수집하기 위한 RFID 스트레인 센서와 함께 사용하게 위하여 이용될 수 있음이 고려된다. 네트워크 컴퓨터 시스템이 항상 접근 가능하지는 않은 경우, 주기적인 센서 판독값은, 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 최종적으로 업로드하기 위하여 사용자에 의해 획득될 때까지, RFID 센서 장치 또는 전용 인터로게이터에 일시적으로 로컬하게 저장될 수 있다.
바람직하게는, 진동 센서 장치는, RFID를 이용하여 구현될 때, 그 구동에 필요한 모든 전력을 인터로게이터로부터의 RF신호를 통하여 획득한다. 그러나, 주변의 인터로게이터를 필요로 하지 않으면서 연속 또는 반-연속 진동 센서 판독값을 획득하기 위하여, 진동 센서 장치는 코인 셀, 또는, 바람직하게는 플렉서블 인쇄 배터리 등과 같은 온보드 전원(59)을 가지는 반-능동 또는 완전 능동 장치일 수 있다. 저장된 판독값들은, 사용자 필요에 의하여, 주기적으로 인터로게이터에게 전송되거나 인터로게이터로 다운로드될 수 있다. 온-디맨드(on-demand) 판독값을 수집하기 위한 스위치(본 명세서에서 설명하는 스위치(57)와 유사함)가 더 고려된다. 다른 실시예에서, 능동 또는 반-능동 장치는 진동의 연속 또는 반-연속 판독값들을 획득하거나, 감지된 진동이 미리 정해진 양(예를 들어, 규격 외의 진동 이벤트)을 초과하는 경우에는 판독값들을 메모리에 기록할 수 있다. 추가적인 이점으로는, RFID와의 통신을 위한 보다 넓은 무선 대역을 제공하는 것, 능동적인 통신 프?紬握?(블루투스, WiFi, 셀룰러 등), 활성 온-보드 컴퓨터 데이터 프로세싱, 조명, 디스플레이 또는 스피커 등을 통한 청각 또는 시각 사용자 피드백 등을 포함한다.
제조자가 유압 피팅 및 그에 연결된 피팅/튜브의 사용기간 동안 그 상태에 대하여 명확한 이해를 유지할 수 있도록, 유용한 진동 데이터는 연속적, 반-연속적 또는 주기적으로 수집될 수 있다. 필요에 따라, 수집된 데이터는 컴퓨터 서버 데이터베이스(120)에 최종적으로(ultimately) 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 제조자 및 최종 사용자 모두는 피팅(10)의 성능을 지속적으로 추적 또는 이해하여, 모든 관련 당사자가 유압 피팅(10)이 지속적으로 그 사양에 따라 성능을 발휘한다는 높은 확신을 가질 수 있다. 또는, 감지된 판독값들이 피팅(10) 또는 그에 연결된 파이프/튜브가 진동 하중에 의하여 사양을 벗어났거나 사양을 벗어나는 추세임을 나타내는 경우, 중앙 컴퓨터 데이터베이스에 접근권한을 가지는 모든 당사자들은 그러한 상태에 대하여 통지받을 수 있다. 이는, 피팅 및/또는 그에 연결된 파이프/튜브의 유지 또는 교체를 위하여, 제조자가 최종 사용자에게 연락하거나 최종 사용자가 제조자에게 연락하도록 할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같이 실시 예들을 참조하여 설명되었다. 이러한 명세서의 내용을 읽고 이해함에 기초하여 수정 및 변경이 발생할 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 양태를 포함하는 실시 예들은, 첨부되는 청구항들의 청구 범위 한도 내에서, 그러한 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 파이프에의 기계적 부착을 위한 유압 피팅에 있어서,
    일단에서 상기 파이프를 수용하기 위한 보어를 정의하는 내면을 가지는 커플링 바디;
    상기 커플링 바디를 상기 파이프에 기계적으로 부착하기 위하여 상기 커플링 바디의 상기 일단에 끼워지도록 구성되는 링;
    상기 파이프와 맞물리도록 상기 커플링 바디의 상기 내면에 형성되는 씰 부분- 상기 링이 상기 커플링 바디의 상기 일단에 힘에 의하여 설치되면, 상기 링은, 확장 상태로 탄성 변형되고, 상기 씰 부분의 투스가 상기 파이프로 물려 들어가 상기 파이프를 상기 커플링 바디에 비누설 방식으로 부착하도록 상기 씰 부분에 상기 커플링 바디의 영구 변형을 야기하기에 충분한 압축력을 제공함 - 및
    상기 링의 외부 표면에 고정되고 전기적으로 동작하는 센서 장치- 상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 상기 센서 장치가 고정된 상기 링의 물리적 확장 움직임에 응답하여 전기적 파라미터를 생성하고,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는, 상기 링이 상기 커플링 바디의 상기 일단에 설치되면, 상기 전기적으로 동작하는 센서 장치가 상기 유압 피팅의 길이 방향 축으로부터 방사 방향으로 발생하는 상기 링의 상기 외면의 확장을 측정하도록, 상기 링의 상기 외면에 위치되는 -; 를 포함하는
    유압 피팅.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 상기 링의 상기 확장에 의한 상기 링에서의 스트레인을 측정하기 위한 스트레인 게이지를 포함하는
    유압 피팅.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 금속막 저항 장치를 포함하는
    유압 피팅.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 링의 상기 물리적 움직임은 상기 링의 상기 탄성 변형에 응하여 발생하는
    유압 피팅.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 인터로게이터에 의한 전자기장에 의해 수동적으로 구동되는 무선 RFID 센서인
    유압 피팅.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 상기 인터로게이터의 신호에 응답하여 상기 전기적 파라미터를 전송하고, 상기 인터로게이터는 상기 전기적 파라미터를 원격 중앙 컴퓨터 서버 데이터베이스로 전송하는
    유압 피팅.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서는 상기 센서 장치가 고정된 상기 링의 곡면에 부합(conform)하는 플렉서블 기판을 포함하는
    유압 피팅.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치를 감싸고 상기 센서 장치를 외부 환경으로부터 단절하기 위하여 상기 센서 장치에 적용되는 무선 투과성의 외장재; 를 더 포함하는
    유압 피팅.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 마이크로 프로세서, 스트레인 게이지 센서, 무선 통신 송신기 및 안테나를 포함하는
    유압 피팅.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 온도 센서를 더 포함하는
    유압 피팅.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는 상기 파이프의 진동을 감지하기 위한 가속도 센서 또는 진동 센서 중 어느 하나를 포함하는
    유압 피팅.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작하는 센서 장치는, 상기 링이 상기 커플링 바디의 상기 일단에 설치된 때, 상기 전기적으로 동작하는 장치가 상가 씰 부분의 상기 투스에 대하여, 상기 유압 피팅의 상기 길이 방향 축에 대하여 수직 방향으로 중첩되도록, 상기 링의 상기 면에 위치되는,
    유압 피팅.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 링 및 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치 사이에 개재되는 센서 캐리어를 더 포함하고,
    상기 센서 캐리어는 상기 링의 외측 주변에 대응되는 형상을 가지는 고정면 및 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치가 연결되는 대향 센서면을 포함하는
    유압 피팅.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 구동되는 센서 장치는 상기 링의 상기 면의 상기 커플링 바디의 메인 씰이 위치되는 메인 씰 영역과 적어도 일부 중첩되는 영역에 고정되는,
    유압 피팅.
  15. 제1항의 상기 유압 피팅을 상기 파이프에 기계적으로 부착하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 씰 부분이 상기 파이프의 외면의 인근에 위치되도록 상기 파이프를 상기 커플링 바디의 일단에 삽입하는 단계;
    상기 링이 상기 확장 상태로 탄성 변형하고 상기 씰 부분에 상기 커플링 바디의 영구 변형을 야기하기에 충분한 압축력을 적용하여, 상기 씰 부분의 투스가 상기 파이프에 물려 들어가 상기 파이프가 상기 커플링 바디에 상기 비누설 방식으로 부착되고,
    상기 전기적으로 동작하는 센서가 상기 링의 상기 외면의 확장을 측정하고 상기 확장에 의해 야기되는 스트레인을 지시하는 전기적 파라미터를 생성하도록,
    상기 링을 상기 커플링 바디 상에 상기 힘을 통하여 설치하는 단계;
    RF 인터로게이터를 이용하여 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치를 인터로게이팅 하는 단계; 및
    상기 인터로게이팅 하는 것에 응답하여, 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치로부터, 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치에 의해 생성된 상기 전기적 파라미터를 전송하는 단계;를 포함하는

    유압 피팅을 파이프에 기계적으로 부착하는 방법.

  16. 제15항에 있어서,
    상기 생성된 전기적 파라미터를 상기 센서 장치, 상기 인터로게이터 또는 원격 중앙 컴퓨터 서버 데이터베이스 중 하나의 비일시적(non-transient)인 메모리에 저장하는 단계; 를 더 포함하는
    유압 피팅을 파이프에 기계적으로 부착하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 압축력을 인가하는 단계의 직전에, 상기 RF 인터로게이터를 이용하여, 제1 전기적 파라미터를 획득하기 위하여 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치를 인터로게이팅 하는 단계; 및
    상기 커플링 바디의 영구 변형 직후에, 상기 RF 인터로게이터를 이용하여, 제2 전기적 파라미터를 획득하기 위하여 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치를 인터로게이팅 하는 단계; 및
    상기 유압 피팅 및 상기 파이프 사이의 상기 비누설 부착의 특성을 가리키는 최종값을 획득하기 위하여 상기 제1 전기적 파라미터를 상기 제2 전기적 파라미터와 비교하는 단계; 를 포함하는
    유압 피팅을 파이프에 기계적으로 부착하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 비누설 부착의 특성을 측정하기 위하여, 상기 최종값을 미리 정해진 범위, 허용 오차 대역 또는 임계값 중 어느 하나와 비교하는 단계;를 더 포함하는
    유압 피팅을 파이프에 기계적으로 부착하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 센서 장치는 고유 식별자를 포함하고,
    상기 유압 피팅을 상기 파이프에 기계적으로 부착하는 방법은,
    상기 고유 식별자와 연관된 상기 센서 장치의 캘리브레이션 데이터를 원격 중앙 컴퓨터 서버 데이터베이스에 저장하는 단계;
    상기 압축력을 인가하는 단계의 직전에, 상기 고유 식별자를 획득하기 위하여 상기 RF 인터로게이터를 이용하여 상기 전기적으로 구동되는 센서 장치를 인터로게이팅하는 단계;
    상기 RF 인터로게이터를 이용하여, 상기 고유 식별자에 연관된 상기 캘리브레이션 데이터를 상기 원격 중앙 컴퓨터 데이터베이스로부터 획득하는 단계; 및
    상기 전기적으로 구동되는 센서 장치로부터 전송된 전기적 파라미터를 상기 캘리브레이션 데이터를 적용하여 보정하는 단계; 를 포함하는유압 피팅을 파이프에 기계적으로 부착하는 방법.
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