(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년11월23일
(11) 등록번호 10-1678811
(24) 등록일자 2016년11월17일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G01F 1/84 (2006.01) G01F 15/02 (2006.01)
G01F 25/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-7024986
(22) 출원일자(국제) 2011년02월23일
심사청구일자 2015년03월31일
(85) 번역문제출일자 2013년09월23일
(65) 공개번호 10-2014-0010085
(43) 공개일자 2014년01월23일
(86) 국제출원번호 PCT/US2011/025927
(87) 국제공개번호 WO 2012/115639
국제공개일자 2012년08월30일
(56) 선행기술조사문헌
JP2003503723 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
마이크로 모우션, 인코포레이티드
미국 콜로라도 80301 보울더 윈체스터 서클 7070
(72) 발명자
반 클레베, 크레이그, 브레이너드
미국 80540 콜로라도 리온스 스테지코치 트레일
2921 피.오. 박스 1382
(74) 대리인
특허법인 남앤드남
전체 청구항 수 : 총 20 항 심사관 : 김윤선
(54) 발명의 명칭 진동 유량계 및 온도 측정 방법
(57) 요 약
진동 유량계(205)가 제공된다. 진동 유량계(205)는 단일 곡선 유동 도관(210), 단일 곡선형 유동 도관(210)에
부착되는 도관 온도 센서(T1)(291), 단일 곡선형 유동 도관(210)에 부착되며 이에 반대 작용하는(opposing) 밸런
스 구조(208), 및 밸런스 구조(208)에 부착되는 밸런스 온도 센서(T2)(292)를 포함한다. 상기 도관 온도 센서
(T1)(291)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)(292)의 밸런스 구조 온도 센서 저항이, 미리 정해진
저항비를 형성하도록 선택된다.
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1678811
- 1 -
명 세 서
청구범위
청구항 1
단일 곡선형 유동 도관(210),
상기 단일 곡선형 유동 도관(210)에 부착되는 도관 온도 센서(T1)(291),
상기 단일 곡선형 유동 도관(210)에 부착되며 이에 반대 작용하는(opposing) 밸런스 구조(208), 및
상기 밸런스 구조(208)에 부착되는 밸런스 온도 센서(T2)(292)를 포함하며,
상기 도관 온도 센서(T1)(291)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)(292)의 밸런스 구조 온도 센서
저항이, 미리 정해진 저항비를 형성하도록 선택되는,
진동 유량계(205).
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는 상기 단일 곡선형 유동 도관(210)과 밸런스 구조(208) 사이의 온도 중요성 비
(temperature importance ratio)에 해당하는,
진동 유량계(205).
청구항 3
제 1 항에 있어서,
상기 밸런스 구조(208)는,
상기 단일 곡선형 유동 도관(210)에 커플링되는 베이스(260), 및
베이스(260)로부터 연장하는 피동 구조(250)로서, 상기 피동 구조(250)에 부착되며 상기 단일 곡선형 유동 도관
(210)에 부착되는 제 2 드라이버 부분(220B)과 상호작용하도록 구성된 진동 드라이버(220)의 제 1 드라이버 부
분(220A)을 갖는 피동 구조(250)를 포함하는,
진동 유량계(205).
청구항 4
제 3 항에 있어서,
상기 피동 구조(250)는, 상기 베이스(260)로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버식 아암(cantilevered
arm)을 포함하는,
진동 유량계(205).
청구항 5
제 3 항에 있어서,
등록특허 10-1678811
- 2 -
상기 미리 정해진 저항비는, 단일 곡선형 유동 도관(210)과 피동 구조(250) 사이의 온도 중요성 비에 해당하는,
진동 유량계(205).
청구항 6
제 3 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는, 피동 구조(250)와 조합된 베이스(260)와 단일 곡선형 유동 도관(210) 사이의 온도
중요성 비에 해당하는,
진동 유량계(205).
청구항 7
청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관(210)의 온도에 의해 탄성
계수(elastic modulus)의 변이(shift)를 보상하도록 사용되는,
진동 유량계(205).
청구항 8
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조(208)의 온도에 의해 탄성 계수의 변
이를 보상하도록 사용되는,
진동 유량계(205).
청구항 9
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관(210)의 온도에 의해 열 응
력을 보상하도록 사용되는,
진동 유량계(205).
청구항 10
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조(208)의 온도에 의해 열 응력을 보상
하도록 사용되는,
등록특허 10-1678811
- 3 -
진동 유량계(205).
청구항 11
제 1 항에 있어서,
상기 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 밸런스 구조(208)의 하나 또는 그 초과의 위치들에 부착되어 밸런스 구조 온
도 신호를 발생시키는 2 개 또는 그 초과의 밸런스 온도 센서[(T2)(292) 및 (T3)(293)]들을 더 포함하며, 하나
또는 그 초과의 밸런스 구조 위치들에서의 2 개 또는 그 초과의 밸런스 구조 온도 센서 저항들은 하나 또는 그
초과의 밸런스 구조 위치들의 열적 중요성들에 관하여 조합된 밸런스 구조 저항을 형성하는,
진동 유량계(205).
청구항 12
진동 유량계의 단일 곡선형 유동 도관에 부착된 도관 온도 센서(T1)를 통해 유동하는 도관 전류를 측정하는
단계;
단일 곡선형 유동 도관에 부착되며 이에 반대 작용하는(opposing) 진동 유량계의 밸런스 구조에 부착되는 밸런
스 온도 센서(T2)를 통해 유동하는 밸런스 전류를 측정하는 단계, 및,
온도 측정을 사용하여 하나 또는 그 초과의 유량계 온도 보상들을 실행하는 단계를 포함하며, 상기 도관 온도
센서(T1)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)의 밸런스 구조 온도 센서 저항이, 미리 정해진 저항비
를 형성하도록 선택되는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 13
제 12 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는 상기 단일 곡선형 유동 도관과 밸런스 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당하는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 14
제 12 항에 있어서,
상기 밸런스 구조는,
상기 단일 곡선형 유동 도관에 커플링되는 베이스, 및
베이스로부터 연장하는 피동 구조로서, 상기 피동 구조에 부착되며 상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되는 제
2 드라이버 부분과 상호작용하도록 구성된 진동 드라이버의 제 1 드라이버 부분을 갖는 피동 구조를 포함하는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 15
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 14 항에 있어서,
등록특허 10-1678811
- 4 -
상기 피동 구조는, 상기 베이스로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버식 아암을 포함하는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 16
제 14 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는, 단일 곡선형 유동 도관과 피동 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당하는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 17
청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 14 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는, 피동 구조와 조합된 베이스와 단일 곡선형 유동 도관 사이의 온도 중요성 비에 해
당하는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 18
제 12 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해 탄성 계수
의 변이를 보상하도록 사용되는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 19
제 12 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 탄성 계수의 변이를
보상하도록 사용되는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 20
제 12 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해 열 응력을
보상하도록 사용되는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 21
제 12 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 열 응력을 보상하도록
등록특허 10-1678811
- 5 -
사용되는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 22
제 12 항에 있어서,
상기 밸런스 온도 센서(T2)는 밸런스 구조의 하나 또는 그 초과의 위치들에 부착되어 밸런스 구조 온도 신호를
발생시키는 2 개 또는 그 초과의 밸런스 온도 센서[(T2) 및 (T3)]들을 더 포함하며, 하나 또는 그 초과의 밸런스
구조 위치들에서의 2 개 또는 그 초과의 밸런스 구조 온도 센서 저항들은 하나 또는 그 초과의 밸런스 구조 위
치들의 열적 중요성들에 관하여 조합된 밸런스 구조 저항을 형성하는,
진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법.
청구항 23
단일 곡선형 유동 도관, 및 단일 곡선형 유동 도관에 부착되며 이에 반대 작용하는(opposing) 밸런스 구조를 포
함하는 유량계 조립체를 형성하는 단계,
상기 단일 곡선형 유동 도관에 도관 온도 센서(T1)를 부착하는 단계, 및
상기 밸런스 구조에 밸런스 온도 센서(T2)를 부착하는 단계를 포함하며,
상기 도관 온도 센서(T1)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)의 밸런스 구조 온도 센서 저항이, 미
리 정해진 저항비를 형성하도록 선택되는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 24
청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 23 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는 상기 단일 곡선형 유동 도관과 밸런스 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당하는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 25
제 23 항에 있어서,
상기 밸런스 구조는,
상기 단일 곡선형 유동 도관에 커플링되는 베이스, 및
베이스로부터 연장하는 피동 구조로서, 상기 피동 구조에 부착되며 상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되는 제
2 드라이버 부분과 상호작용하도록 구성된 진동 드라이버의 제 1 드라이버 부분을 갖는 피동 구조를 포함하는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 26
제 25 항에 있어서,
등록특허 10-1678811
- 6 -
상기 피동 구조는, 상기 베이스로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버식 아암을 포함하는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 27
청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 25 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는, 단일 곡선형 유동 도관과 피동 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당하는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 28
청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 25 항에 있어서,
상기 미리 정해진 저항비는, 피동 구조와 조합된 베이스와 단일 곡선형 유동 도관 사이의 온도 중요성 비에 해
당하는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 29
청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 23 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해 탄성 계수
의 변이를 보상하도록 사용되는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 30
청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 23 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 탄성 계수의 변이를
보상하도록 사용되는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 31
청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 23 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해 열 응력을
보상하도록 사용되는,
등록특허 10-1678811
- 7 -
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 32
청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 23 항에 있어서,
상기 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 열 응력을 보상하도록
사용되는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
청구항 33
제 23 항에 있어서,
상기 밸런스 온도 센서(T2)를 부착하는 단계는, 밸런스 구조의 하나 또는 그 초과의 위치들에 밸런스 구조 온도
신호를 발생시키는 2 개 또는 그 초과의 밸런스 온도 센서[(T2) 및 (T3)]들을 부착하는 단계를 더 포함하며, 하
나 또는 그 초과의 밸런스 구조 위치들에서의 2 개 또는 그 초과의 밸런스 구조 온도 센서 저항들은 하나 또는
그 초과의 밸런스 구조 위치들의 열적 중요성들에 관하여 조합된 밸런스 구조 저항을 형성하는,
진동 유량계를 형성하는 방법.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은, 진동 유량계 및 방법에 관한 것으로, 특히, 진동 유량계 및 온도 측정 방법에 관한 것이다.[0001]
배 경 기 술
진동 유량계들은 다양한 작동 인자들에 의해 영향을 받을 수 있다. 진동 유량계의 정확성에 영향을 미칠 수 있[0002]
는 하나의 분위기 인자는 온도이다. 이는 유동 재료의 온도를 포함할 수 있다. 이는, 예컨대 주위 공기와 같
은 유량계 분위기 및 유량계에 연결된 도관들의 온도를 더 포함할 수 있다.
진동 유량계는, 전형적으로 예상되는 온도 또는 온도들의 범위에서의 작동을 위해 설계 및 캘리브레이션된다.[0003]
예상되는 온도 또는 온도들의 범위로부터의 편차(deviation)는 유량계에 의해 이루어진 측정들에 영향을 미칠
수 있다. 예컨대, 유량계 구조의 강성(stiffness)이 온도에 의해 영향을 받고 질량 유량(mass flow rate) 측정
들에 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 온도의 변화들은 진동 유량계의 공진 주파수에 영향을 미칠 수 있다.
온도 영향들은 유량계에서 보상될 수 있다. 종래 기술에서의 전형적인 온도 보상 접근법은, 유량계 도관의 측[0004]
면에 온도 센서를 부착하고 공지된 방식으로 유량계 출력을 개산(槪算)(scale)하기 위해 온도 측정을 사용하는
것이다. 이는 온도 변화들에 기인하여 유량계 구조에서의 탄성 계수의 변화들에 대한 온도 보상을 포함할 수
있으며, 여기서 유량계의 공진 주파수는 온도에 따라 변화시킬 수 있다. 또한, 전형적인 직선형 튜브 유량계
(straight tube meter)는 밸런스 구조 및/또는 케이스 상에 온도 센서를 필요로 할 수 있다. 밸런스/케이스 온
도와 유동 도관 온도 사이의 차이는 온도 변화들에 기인하여 열 응력(즉, 장력 또는 압축력들)을 보상하기 위해
사용되며, 여기서 유량계의 물리적 치수들이 변화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 단일 도관 유형의 진동 유량계를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 유량계는 밸런스 바[0005]
등록특허 10-1678811
- 8 -
(102)를 에워싸는 케이스(103)를 포함한다. 밸런스 바(102)는 원통형이며 도관(101)을 에워싼다. 케이스(10
3)는 넥(neck) 요소(105)들에 의해 입력 및 출력 플랜지(106)들에 커플링되는 단부 요소(104)들을 갖는다. 요
소(107)는 유량계로의 입력부이며, 요소(108)는 출력부이다. 도관(101)은 케이스 단부(104)의 브레이스 바
(brace bar) 부분인 요소(112)에서 케이스 단부(104)의 개구에 연결되는 입력 단부(109)를 갖는다. 브레이스
바 부분(112)은 넥 요소(105)에 커플링된다. 우측 상에서, 케이스 단부(104)가 넥 요소(105)에 결합(join)하는
위치(112)에서 도관(101)의 출력 단부(110)가 케이스 단부(104)에 커플링된다.
작동시, 도관(101) 및 밸런스 바(102)는 드라이버(도시 생략)에 의해 역위상으로 진동된다. 내부에서 유동하는[0006]
유체에 의해, 도관(101)의 진동이 픽-오프 센서들(도시 생략)에 의해 검출되는 코리올리 응답(Coriolis
response)을 유도한다. 픽-오프 센서들의 출력들은 예컨대 질량 유량, 밀도, 점성 등과 같은 유동 물질에 속하
는 소망하는 정보를 유도하기 위해 신호들을 처리하는 전자기기들에 적용된다. 픽-오프 센서들 간의 위상 변위
(phase displacement)는 유체의 질량 유량에 속하는 정보를 나타낸다. 어느 하나의 픽-오프 센서에서의 공진
주파수는 유체의 밀도에 속하는 정보를 나타낸다.
종래 기술의 단일 튜브 유량계는, 유동 도관과 밸런스 바 사이의 진폭비를 자동으로 조절하는 설계에 의해 유체[0007]
밀도들의 범위에 걸쳐 밸런스가 유지된다. 이는 진동 구조의 축선을 따라 잔류하는 모션리스 노드(motionless
node)들의 재위치결정을 유발하는 심각한 단점을 갖는다. 노드 재위치결정(Node relocation)은, 노드들이 밸런
스 구조가 도관들과 결합하는 도관 상에 전형적으로 위치되기 때문에 유량계들에서 문제이다. 이에 따라, 노드
들 사이의 영역은, 보통, 도관의 활성(active) 길이를 규정한다. 활성 길이는 측정 감도(measurement
sensitivity)에 영향을 미친다. 게다가, 노드들이 재위치된다면, 이후 튜브의 단부 부분들은 진동할 것이다.
이는 플랜지들이 진동하는 것을 추가로 유발한다. 이러한 원치않는 진동들은 측정 감도에 추가로 영향을 미칠
수 있다.
열 보상시, 유량계의 상이한 구조적 부품들의 온도들은 유량계의 데이터 출력에 대한 이들의 중요성에서 상이할[0008]
수 있다. 로컬 온도의 중요성을 가중(weighting)하는 개념이 열쇠이다. 케이스의 온도를 (유동 도관 온도에
비해) 10℃ 만큼 증가시키는 것이 1%의 표시된 유량의 변화를 유발한다면, 그리고 밸런스 구조의 온도를 10℃
증가시키는 것이 2%의 표시된 유량의 변화를 유발한다면, 이후 밸런스 구조 온도는 열 영향들을 위한 보상시 케
이스 온도에 2 배 만큼 중요한 것으로 언급된다. 국부적 온도의 중요성은 표시된 유량 및 밀도에 대한 온도의
충격에 비례한다. 유량계의 성능에 대한 국부적 온도들의 이러한 중요성은 실험을 통해 또는 보다 보편적으로
행해지는 바와 같이, 컴퓨터 모델링을 통해 판정될 수 있다.
과거에, 온도 보상은 온도에 의한 모듈러스 변이(modulus shift)를 보상하기 위해서 유동 도관 상에 하나의 온[0009]
도 센서로 구성되었다. 밸런스 구조 및/또는 케이스 상에 2 개 또는 그 초과의 표준 온도 센서들을 포함하는
온도 센서 네트워크는, 열 응력을 보상하기 위해서 사용되고 있다. 이러한 표준 온도 센서들은, 보통 RTD들이
며, 0℃에서 100Ω과 같은 표준 저항을 갖는다. RTD의 저항은, RTD의 온도가 그의 저항으로부터 판정되도록 온
도에 따라 증가한다.
종래 기술에서, 열 응력 온도 보상 네트워크, 예컨대, 카운터밸런스(counterbalance) 온도는 케이스 온도로서[0010]
출력 데이터를 발생시키는 것보다 2 배 중요할 수 있다. 이러한 유량계는 카운터밸런스 상에 2 개의 표준 온도
센서들 및 케이스 상에 1 개의 표준 온도 센서를 가질 수 있다. 카운터밸런스 및 케이스 상의 센서들은 직렬
(in series) 연결될 것이다. 이들 센서들의 저항들은 이에 따라 가산될(added) 것이다. 전체 저항을 3으로 나
눔으로써, 평균 저항 및 이에 따라 가중 평균 온도를 부여한다. 그 결과, 온도 측정은 열 응력 보상을 위한 가
중 평균 온도 측정 생성시 케이스 온도보다 2 배 큰(heavily) 밸런스 구조 온도를 가중할 것이다.
열 응력 보상 네트워크는, 직선형 튜브 유량계들에서 중요하며, 여기서, 비튜브식(non-tube) 부품들의 온도 변[0011]
화는 유동 도관에 장력 또는 압축(compression)을 부과할 수 있고, 그의 주파수 및 유동에 대한 감도를 변화시
등록특허 10-1678811
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킬 수 있다. 곡선형 튜브 유량계들에서, 유동 도관이 다른 유량계 부품들의 변화하는 치수들을 수용하기 위해
서 약간 구부러질 수 있기 때문에, 열 응력은 덜 고려된다. 그 결과, 곡선형 튜브 유량계들은 비튜브식 부품들
의 온도 변화의 장력부과 효과(tensioning effect)들에 기인하여 주파수 또는 유동에 대한 감도의 단지 아주 약
간의 변화들만을 나타낸다.
단일 곡선형 튜브 유량계들은 다른 문제를 갖는다. 이들 유량계들은 단일 직선형 튜브 유량계들과 동일한 진폭[0012]
비 밸런싱(balancing) 설계를 사용한다. 그러나, 유동 도관이 훨씬 강성이 적기 때문에, 밸런스 구조 또한 훨
씬 강성이 적어 진동 고유 주파수(vibration natural frequency)를 판정하는데 훨씬 더 능동적인 역할을 한다.
환언하면, 밸런스 구조에서 모듈러스 변이는 유동 도관에서의 모듈러스 변위로서 시스템 주파수 상에서의 효과
와 같이 클 수 있다. 주파수가 유체 밀도 판정에 기본이기 때문에, 그리고 밀도가 유동 출력을 보상하는데 필
수이기 때문에, 밸런스 구조의 온도를 위해 출력 데이터를 보상하는 것은 필수이다.
드라이브 진동 중 밸런스 구조의 변형시, 밸런스 구조는 비교적 고 응력 영역들 및 비교적 저 응력 영역들을 갖[0013]
는다. 고 응력 영역들은 저 응력 영역들보다 드라이브 주파수에 대해 훨씬 중요하다. 중요성의 개념은 직선형
튜브 유량계에서, 중요한 영역들이, 도관이 장력/압력을 받음으로써 주파수를 변화시킨다는 점을 제외하고는 직
선형 튜브 유량계들에 관해서 동일하지만, 단일 곡선형 튜브 유량계들에서는, 중요한 영역들이 밸런스 구조의
모듈러스 변위를 통해 주파수를 변화시킨다.
다수의 표준 온도 센서들을 사용하는 종래 기술의 보상 방법은, 직선형 튜브 또는 곡선형 튜브 유량계들 중 하[0014]
나에서 단점들을 갖는다. 밸런스 바 온도 중요성은 결코 케이스 온도 중요성이 정수 배가 아니라면, 요구되는
온도 센서 네트워크는 복잡해질 것이며, 다수의 온도 센서들을 요구한다. 예컨대, 도 1에 도시된 단일 도관 유
량계는, 밸런스 구조 온도와 같이 중요한 3/8 케이스 온도를 갖는다. 이러한 네트워크의 종래 기술의 구성은,
케이스 상에 위치된 3 개의 온도 센서들 및 밸런스 구조 상에 위치된 8 개의 온도 센서들일 수 있다. 모두 11
개의 온도 센서들이 직렬 연결될 수 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
이에 대한 해법에는 단점들이 수반된다. 수개의 온도 센서들이 요구된다. 이는 높은 전체(overall) 저항을 유[0015]
발한다. 게다가, 복잡한 회로 및 다양한 와이어들이 필요하다. 재료들 비용들이 증가된다. 제조 비용들이 증
가된다. 많은 저항 온도 센서들은 와이어링 결함들 및 작동 고장들의 가능성을 증가시키며, 여기서 다수의 저
항 디바이스들 중 직렬 회로에서의 하나의 고장은 회로를 무효화하게 된다. 많은 저항 온도 센서들은 부가의
허용 오차 에러를 증가시킬 것이다.
과제의 해결 수단
본 발명의 양태들[0016]
본 발명의 일 양태에서, 진동 유량계는,[0017]
단일 곡선형 유동 도관,[0018]
상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되는 도관 온도 센서(T1),[0019]
상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되며 이에 대향하는 밸런스 구조, 및[0020]
상기 밸런스 구조에 부착되는 밸런스 온도 센서(T2)를 포함하며,[0021]
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상기 도관 온도 센서(T1)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)의 밸런스 구조 온도 센서 저항이, 미[0022]
리 정해진 저항비를 형성하도록 선택된다.
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는 상기 단일 곡선형 유동 도관과 밸런스 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당[0023]
한다.
바람직하게는, 밸런스 구조는, 단일 곡선형 유동 도관에 커플링되는 베이스, 및 베이스로부터 연장하는 피동 구[0024]
조로서, 상기 피동 구조에 부착되며 상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되는 제 2 드라이버 부분과 상호작용하
도록 구성된 진동 드라이버의 제 1 드라이버 부분을 갖는 피동 구조를 포함한다.
바람직하게는, 피동 구조는, 베이스로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버식 아암을 포함한다.[0025]
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는, 단일 곡선형 유동 도관과 피동 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당한다.[0026]
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는, 피동 구조와 조합된 베이스와 단일 곡선형 유동 도관 사이의 온도 중요성[0027]
비에 해당한다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해[0028]
탄성 계수(elastic modulus)의 변이(shift)를 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 탄성 계수의[0029]
변이를 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해[0030]
열 응력을 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 열 응력을[0031]
보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 밸런스 온도 센서(T2)는 밸런스 구조의 하나 또는 그 초과의 위치들에 부착되어 밸런스 구조 온도[0032]
신호를 발생시키는 2 개 또는 그 초과의 밸런스 온도 센서[(T2) 및 (T3)]들을 더 포함하며, 하나 또는 그 초과의
밸런스 구조 위치들에서의 2 개 또는 그 초과의 밸런스 구조 온도 센서 저항들은 하나 또는 그 초과의 밸런스
구조 위치들의 열적 중요성들에 관하여 조합된 밸런스 구조 저항을 형성한다.
본 발명의 일 양태에서, 진동 유량계에서 온도를 측정하는 방법은, [0033]
진동 유량계의 단일 곡선형 유동 도관에 부착된 도관 온도 센서(T1)를 통해 유동하는 도관 전류를 측정하는[0034]
단계;
단일 곡선형 유동 도관에 부착되며 이에 대향하는 진동 유량계의 밸런스 구조에 부착되는 밸런스 온도 센서(T2)[0035]
를 통해 유동하는 밸런스 전류를 측정하는 단계, 및,
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온도 측정을 사용하여 하나 또는 그 초과의 유량계 온도 보상들을 실행하는 단계를 포함하며,[0036]
상기 도관 온도 센서(T1)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)의 밸런스 구조 온도 센서 저항이, 미[0037]
리 정해진 저항비를 형성하도록 선택된다.
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는 상기 단일 곡선형 유동 도관과 밸런스 구조 사이의 온도 중요성 비[0038]
(temperature importance ratio)에 해당한다.
바람직하게는, 상기 밸런스 구조는, 상기 단일 곡선형 유동 도관에 커플링되는 베이스, 및 베이스로부터 연장하[0039]
는 피동 구조로서, 상기 피동 구조에 부착되며 상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되는 제 2 드라이버 부분과
상호작용하도록 구성된 진동 드라이버의 제 1 드라이버 부분을 갖는 피동 구조를 포함한다.
바람직하게는, 피동 구조는, 베이스로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버식 아암(cantilevered arm)을[0040]
포함한다.
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는, 단일 곡선형 유동 도관과 피동 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당한다.[0041]
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는, 피동 구조와 조합된 베이스와 단일 곡선형 유동 도관 사이의 온도 중요성[0042]
비에 해당한다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해[0043]
탄성 계수(elastic modulus)의 변이(shift)를 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 탄성 계수의[0044]
변이를 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해[0045]
열 응력을 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 열 응력을[0046]
보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 밸런스 온도 센서(T2)는 밸런스 구조의 하나 또는 그 초과의 위치들에 부착되어 밸런스 구조 온도[0047]
신호를 발생시키는 2 개 또는 그 초과의 밸런스 온도 센서[(T2) 및 (T3)]들을 더 포함하며, 하나 또는 그 초과의
밸런스 구조 위치들에서의 2 개 또는 그 초과의 밸런스 구조 온도 센서 저항들은 하나 또는 그 초과의 밸런스
구조 위치들의 열적 중요성들에 관하여 조합된 밸런스 구조 저항을 형성한다.
본 발명의 일 양태에서, 진동 유량계를 형성하는 방법은, [0048]
단일 곡선형 유동 도관, 및 단일 곡선형 유동 도관에 부착되며 이에 대향하는 밸런스 구조를 포함하는 유량계[0049]
조립체를 형성하는 단계,
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상기 단일 곡선형 유동 도관에 도관 온도 센서(T1)를 부착하는 단계, 및[0050]
상기 밸런스 구조에 밸런스 온도 센서(T2)를 부착하는 단계를 포함하며,[0051]
상기 도관 온도 센서(T1)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서(T2)의 밸런스 구조 온도 센서 저항이, 미[0052]
리 정해진 저항비를 형성하도록 선택된다.
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는 상기 단일 곡선형 유동 도관과 밸런스 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당[0053]
한다.
바람직하게는, 상기 밸런스 구조는, 상기 단일 곡선형 유동 도관에 커플링되는 베이스, 및 베이스로부터 연장하[0054]
는 피동 구조로서, 상기 피동 구조에 부착되며 상기 단일 곡선형 유동 도관에 부착되는 제 2 드라이버 부분과
상호작용하도록 구성된 진동 드라이버의 제 1 드라이버 부분을 갖는 피동 구조를 포함한다.
바람직하게는, 피동 구조는, 상기 베이스로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버식 아암을 포함한다.[0055]
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는, 단일 곡선형 유동 도관과 피동 구조 사이의 온도 중요성 비에 해당한다.[0056]
바람직하게는, 미리 정해진 저항비는, 피동 구조와 조합된 베이스와 단일 곡선형 유동 도관 사이의 온도 중요성[0057]
비에 해당한다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해[0058]
탄성 계수(elastic modulus)의 변이(shift)를 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 탄성 계수[0059]
(elastic modulus)의 변이(shift)를 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 단일 곡선형 유동 도관의 온도에 의해[0060]
열 응력을 보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 구조 온도 센서 저항은, 밸런스 구조의 온도에 의해 열 응력을[0061]
보상하도록 사용된다.
바람직하게는, 밸런스 온도 센서(T2)를 부착하는 단계는, 밸런스 구조의 하나 또는 그 초과의 위치들에 밸런스[0062]
구조 온도 신호를 발생시키는 2 개 또는 그 초과의 밸런스 온도 센서[(T2) 및 (T3)]들을 부착하는 단계를 더 포
함하며, 하나 또는 그 초과의 밸런스 구조 위치들에서의 2 개 또는 그 초과의 밸런스 구조 온도 센서 저항들은
하나 또는 그 초과의 밸런스 구조 위치들의 열적 중요성들에 관하여 조합된 밸런스 구조 저항을 형성한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래 기술의 단일 도관형 진동 유량계(single conduit type vibrating flow meter)를 나타낸다.[0063]
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도 2는 본 발명에 따른 진동 유량계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 유량계를 도시한다.
도 4는 저항비가 약 1 : 2인 온도 센서들을 도시한다.
도 5는 저항비가 약 1 : 5인 온도 센서들을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 진동 유량계를 도시한다.
도 7은 피동 부재 및 유동 도관이 커넥터들에 의해 부분적으로 규정된 굽힘 축선(X)을 중심으로 바람직하게 구
동되는 것을 도시한다.
도 8은 피동 부재와 동위상으로(in phase with) 약간의 기본적인 흔들림(base rocking)을 유발하는 유동 도관
회전을 도시한다.
도 9는 도관과 동위상이지만 기본적인 흔들림이 약간 있는 곳에서의 유동 도관 회전을 도시한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 2 내지 도 9 및 이하의 설명은 본 발명의 최상의 모드를 형성하고 사용하는 방법을 당업자들에게 교시하기[0064]
위해 특정 예들을 나타낸다. 본 발명의 원리들을 교시하기 위해, 일부 통상적인 양태들은 단순화되거나 생략되
었다. 당업자들은 본 발명의 범주 내에 있는 이들 예들로부터의 변형예들을 상정할 것이다. 당업자들은 이하
개시되는 특징들이 다양한 방식으로 조합되어 본 발명의 다수의 변형예들을 형성한다는 점을 상정할 것이다.
그 결과, 본 발명은 이하에 개시되는 특정 예들로 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위 및 이들의 등가물에 의
해서만 한정된다.
도 2는 본 발명에 따른 진동 유량계(205)를 도시한다. 진동 유량계(205)는 코리올리 질량 유량계(Coriolis[0065]
mass flow meter) 또는 진동식 밀도계(vibrating densitometer)를 포함한다. 진동 유량계(205)는 유동 도관
(210), 유동 도관(210)에 커플링되는 베이스(260), 및 베이스(260)로부터 연장하는 피동(driven) 부재(250)를
포함한다(또한, 도 6 내지 도 9 및 하기 첨부의 논의사항을 참조). 드라이버(driver)(220)(도 6 및 첨부 논의
사항을 참조)는 도관(201) 및 피동 부재(250)에 부착된 부품들로 형성된다. 진동 유량계(205)의 작동 중, 드라
이버(220)는 피동 구조(250)에 대하여 유동 도관(210)을 진동시킨다. 드라이버(220)는, 피동 부재(250)가 유동
도관(210)에 실질적으로 반대로(opposition) 진동하는 것을 유발할 것이다. 결과적으로, 유동 도관(210)이 일
방향으로 이동되는 경우, 피동 부재(250)는 유동 도관(210)을 카운터-밸런싱하는, 실질적으로 반대 방향으로 이
동될 것이다. 유동 도관(210)은, 밸런스 구조(208)의 진동 특성들과 동일하거나 상이한 진폭 및 진동수에 의해
진동될 수 있다.
곡선형(curved) 유동 도관이 도시되어 있지만, 온도 센서들은 곡선형 도관 유량계들로 제한되지는 않는다. 유[0066]
사하게, 단일 유동 도관이 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 온도 센서들은 단일 도관 유량계들, 또는 밸런스
바 또는 다른 밸런스 구조를 채용하는 유량계들로 제한되지 않는다.
진동 유량계(205)는 모듈러스 보상(modulus compensation)을 위해 구성된 도관 온도 센서(T1)(291) 및 밸런스[0067]
온도 센서(T2)(292)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 온도 센서들은 저항 온도 장치(resistive temperature
device)(RTD)들을 포함할 수 있다. 도관 온도 센서(T1)(291)는 유동 도관(210)에 부착되어 유량 도관 온도를
측정한다. 도관 온도 센서(T1)(291)는 유동 도관 온도 신호를 생성한다. 도관 온도 센서(T1)(291)가 유동
도관(210)의 중심에서 드라이버 위치 근처에 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 도관 온도 센서(T1)(291)는 유
동 도관(210) 상에서 어떠한 위치에도 위치될 수 있음이 이해되어야 한다.
밸런스 온도 센서(T2)(292)는 밸런스 구조(208)에 부착되고 밸런스 구조 온도를 측정한다. 밸런스 온도 센서[0068]
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(T2)(292)는 예컨대, 피동 부재(250)에 부착될 수 있고 또는 베이스(260)에 부착될 수 있다. 밸런스 온도 센서
(T2)(292)는 피동 부재 온도 신호를 생성한다. 밸런스 온도 센서(T2)(292)가 밸런스 구조(208) 상에서 어떠한
위치에도 위치될 수 있음이 이해되어야 한다.
일부 실시예들에서, 피동 부재(250)가 온도에 의한 모듈러스 변화들에 의해 영향을 받을 확률이 높기(most[0069]
likely to) 때문에, 밸런스 온도 센서(T2)(292)가 피동 부재(250)에 부착된다. 일부 실시예들에서, 피동 부재
(250)는 베이스(260)로부터 일반적으로 직교하여 연장하는 캔틸레버식(cantilevered) 아암을 포함한다. 대안으
로, 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 베이스(260)에 장착될 수 있다. 그러나, 밸런스 온도 센서(T2)(292)의 위치
는 임의의 특별 위치로 제한되지 않으며, 밸런스 구조(208) 상에서 임의의 소망하는 스팟에 위치될 수 있다.
도면에서, 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 도관 온도 센서(T1)(291)보다 물리적으로 더 큰 것으로 나타나 있다.[0070]
물리적 비율들의 차이는, 도관 온도 센서(T1)(291)와 밸런스 온도 센서(T2)(292)의 내부 저항들 사이의 가능한
차이를 도시하기 위해 행해진다(그러나, 저항들은 동일할 것이다). 이 차이는, 도관 온도 센서(T1)(291)의 저
항 및 밸런스 온도 센서(T2)(292)의 저항이 미리 정해진 저항비를 제공하기 위해서 선택된다는 것을 예시한다.
저항비는 출력 데이터 상에서의 국부적 온도들의 상대적 중요성(relative importance)에 따라 설정된다. 이는,
도관 온도 응답이 베이스 온도 응답(response)과 상이한 곳, 예컨대, 진동 유량계(205)의 작동 중 온도 변화(다
른 모든 인자들은 변화없이 유지되는 상태에서)가 하나 또는 양자의 픽업 센서(230 및 231)들에 의해 생성된 측
정 신호들에서의 변화를 유발할 수 있는 곳에서 행해진다.
일부 실시예들의 진동 유량계(205)는 유동 도관(210)과 밸런스 구조(208) 사이의 온도 중요성 비에 대응하는 미[0071]
리 규정된 저항비를 포함한다. 일부 실시예들의 진동 유량계(205)는 유동 도관(210)과 피동 구조(250) 사이의
온도 중요성 비에 대응하는 미리 규정된 저항비를 포함한다. 일부 실시예들의 진동 유량계(205)는 유동 도관
(210)과 베이스(260) 사이의 온도 중요성 비에 대응하는 미리 규정된 저항비를 포함한다.
대안으로, 또는 추가로, 미리 규정된 저항비는 밸런스 구조(208)의 베이스(260)에 비해(versus) 피동 구조(250)[0072]
상에 형성될 수 있다. 피동 구조(250)는 온도 센서(T2)(292)를 포함할 수 있고, 베이스(260)는 온도 센서
(T3)(293)(점선들)를 포함할 수 있다. 온도 센서(T2)(292) 및 온도 센서(T3)(293)는 제 2 저항비를 형성할 수 있
는데, 요망된다면, 여기서 베이스(260)에 비해 피동 구조(250)의 온도 중요성이 완벽하게 특징화될 수 있다.
온도 중요성 비는, 온도 변화가 그 부품의 탄성 계수(elastic modulus)에 어떻게 영향을 미칠 것인지의 수량화[0073]
(quantification)를 포함할 수 있다. 온도 중요성 비는 유동 유체 온도(또는 상온(environmental
temperature))의 변화가 부품으로 어떻게 전달될 수 있는지를 수량화할 수 있다. 예컨대, 베이스 단부들은 베
이스 센터보다 유체 온도 변화들에 더 신속하게 응답(respond)한다. 따라서, 온도 센서들은 베이스(260)의 단
부들 및 센터에 위치될 수 있다. 이러한 센서들은 이들의 상대적 중요성에 들어맞는데 적절한 저항비를 갖도록
선택될 수 있다. 이후, 베이스(260) 상에서의 센서들의 저항이 유동 도관(210)에 의해 요망되는 중요성 (및 저
항) 비를 개설하도록 추가될 수 있다.
온도 중요성 비는 일부 실시예들에서 실험적으로 유도된 값(experimentally-derived value)을 포함할 수 있다.[0074]
다른 실시예들에서, 온도 중요성 비는 컴퓨터 모델링을 통한 것과 같은, 유량계(flow meter) 재료의 공지된 열
전달 특성들 및 이들 재료들의 공지된 양들로부터 판정될 수 있다. 그러나, 온도 중요성 비는 다른 방식들로
얻어질 수 있음이 이해되어야 한다.
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온도 센서 저항값들은 임의의 적절한 방식으로 설정 또는 형성될 수 있다. 예컨대, 온도 센서는[0075]
트리밍(예컨대, 레이저 트리밍 또는 에칭과 같음), 레지스터 래더(resistor ladder)의 요소들 컷팅 또는 버닝
아웃, 저항 유닛들을 함께 용접 또는 결합함, 등에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전체 저항(RTOT)은 고려되지 않으며, 온도 센서(291, 292)들이 임의의 방식으로 선택될 수[0076]
있다. 예컨대, 하나의 온도 센서가, 표준 저항이 되도록 선택될 수 있고, 제 2 온도 센서는 미리 정해진 저항
비를 얻도록 구성될 수 있다. 대안으로, 전체 저항(RTOT)이 먼저 선택될 수 있고, 이후, 하나 또는 양자의 온도
센서들이 미리 정해진 저항비를 얻기 위해서 구성될 수 있다. 이러한 접근법은, 온도 센서 네트워크의 2 개의
온도 센서들의 전체 저항(RTOT)이 너무 크거나 너무 작지 않다는 것을 보장한다.
일부 실시예들에 따른 진동 유량계에서의 온도 측정 방법은, 진동 유량계의 유동 도관에 부착된 도관 온도 센서[0077]
(T1)를 통해 그리고 진동 유량계의 밸런스 구조에 부착된 밸런스 온도 센서(T2)를 통해 흐르는 전류를 측정하는
단계를 포함하며, 전류는 온도 측정을 포함하고, 온도 측정을 사용하여 하나 또는 그 초과의 유량계 온도 보상
들을 실행하는 단계를 포함한다. 도관 온도 센서(T1)(291)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서
(T2)(292)의 밸런스 구조 온도 센서 저항은 미리 정해진 저항비를 형성하도록 선택된다.
일부 실시예들에 따른 진동 유량계를 형성하는 방법은, 밸런스 구조 및 유동 도관을 포함하는 유량계 조립체를[0078]
형성하는 단계, 도관 온도 센서(T1)(291)를 유동 도관에 부착하는 단계 및 밸런스 온도 센서(T2)(292)를 밸런스
구조에 부착하는 단계를 포함한다. 도관 온도 센서(T1)(291)의 도관 온도 센서 저항 및 밸런스 온도 센서
(T2)(292)의 밸런스 구조 온도 센서 저항은 미리 정해진 저항비를 형성하도록 선택된다.
일부 실시예들에서, 도 2의 온도 센서(T2)(292) 및 온도 센서(T3)(293)와 같은 하나 또는 그 초과의 추가 밸런스[0079]
구조 온도 센서들은 밸런스 구조(208)를 완전 특성화하기 위해서 포함될 수 있다. 베이스 온도가 피동 구조 온
도보다 2 배 중요한 예시로서, 이후, 2 배 많은 온도 센서 요소들이 피동 구조(250)에 비해(versus) 밸런스 구
조(208)의 베이스(260)에 부착될 수 있다. 그 결과, 베이스(260)에서의 온도 변화는 피동 구조(250)에서의 온
도 변화보다 2 배의 센서 전기 저항 상의 효과를 가질 수 있다. 이후, 직렬식(in series) 3 개의 온도 센서들
의 저항 변화는 밸런스 구조(208)의 가중 평균(weighted average) 온도를 부여하기 위해서 3으로 나뉠 수 있다.
또한, 다수의 온도 센서들이 병렬식으로 또는 다른 전기적 네트워크 구성들로 놓일 수 있어, 밸런스 구조(208)
의 구역(region)들의 열적 중요성을 특성화한다.
본 발명에 따른 온도 센서들은 수개의 이점들을 제공한다. 본 발명에 따른 온도 센서들은 진동 유량계(205)를[0080]
위해 단지 2 개의 센서 요소들을 필요로 한다. 본 발명에 따른 온도 센서들은 단지 2 개의 와이어(wire)들을
필요로 한다. 저항 요소들을 더 적게 요구할수록 허용 오차 에러(tolerance error)들에 대한 기회
(opportunity)들도 더 적어짐을 의미한다. 저항 요소들을 더 적게 요구할수록 추가의 허용 오차 문제들을 가질
통계학적 가능성(statistical likelihood)이 더 적어짐을 의미한다.
본 발명에 따른 온도 센서들은 부품들의 열적 중요성에 비례하여 전기 저항들을 제공한다. 따라서, 온도 보상[0081]
이 보다 용이하게 성취되고 보다 정확하며 뛰어나다(representative).
본 발명은, 미리 정해진 저항비에 따라 저항들을 갖는 온도 센서들을 채용함으로써 불균등한(unequal) 열적 효[0082]
과들의 문제를 해결하는 것이다. 이는 맞춤식(custom-made) 온도 센서들을 사용하는 단계를 포함할 수 있으며,
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여기서 밸런스 온도 센서(T2)(292)의 베이스 저항에 대한 도관 온도 센서(T1)(291)의 베이스 저항(즉, 0℃에서의
저항)의 비율은 유동 도관 및 밸런스 구조 온도들의 중요성의 비율과 동일할 수 있다.
예컨대, 표준 온도 센서는 100Ω(ohm)의 저항을 갖는다. 이 온도 센서가 밸런스 구조 온도를 측정하기 위해[0083]
사용되었다면, 37.5Ω의 베이스 저항을 갖는 온도 센서가 유동 도관 온도를 측정하기 위해서 사용될 수 있을 것
이며, 저항비는 37.5Ω 대 100Ω이며, 또는 약 3 : 8의 저항비를 갖는다. 그러나, 종래 기술과 대조적으로, 단
지 2 개의 온도 센서들이 요구되지만, 11 개의 온도 센서들을 요구되지 않는다. 2 개의 온도 센서들이 본질적
으로 동일한 온도 계수를 갖는 동일한 재료로 만들어진다면, 이후 직렬로 연결되는 경우, 이들 센서들은 소망하
는 결과를 부여할 것이다. 후속하여, 감지된 조합된 온도에 기인하여 저항의 변화가 온도 변화에 의한 질량 유
량(mass flow rate) 및/또는 진동 주파수의 변화를 정확하게 예측할 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 유량계(205)를 도시한다. 온도 측정의 개선은 직선형 튜브 계량기[0084]
(straight tube meter)들에서와 같이 유량계에서 열 응력(thermal stress)을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
이 실시예에서, 도관 온도 센서(T1)(291)는 제 1 온도 측정 회로를 포함하고, 밸런스 온도 센서(T2)(292) 및 밸
런스 온도 센서(T3)(293)는 독립적인 제 2 온도 측정 회로를 포함한다. 그 결과, 계량기 전자기기(26)는 별도
의(separate) 유동 도관 및 밸런스 구조 온도 측정들을 수용한다. 이 실시예는, 예컨대 직선형이거나
(straight) 약간 곡선형 유동 도관들과 같은 열응력이 중요한(significant) 곳에 채용될 수 있다. 고온 유체가
찬(cold) 분위기에서 계량기를 통해 유동함에 따라, 열응력이 계량기의 다른 부분들과 유동 도관 사이의 온도차
에 의해 유발된다. 열 응력 보상은, 유동 도관의 온도 및 다른 계량기 부품들의 가중 평균의 온도인 2 개의 온
도들이 공지되는 것을 필요로 한다. 유동 도관 온도는 유동 튜브의 모듈러스 보상의 일부 실시예들에서 가중
평균으로부터 별도로 사용된다. 게다가, 이후, 유동 도관 온도와 가중 평균 온도 사이의 차이가 또한 판정될
수 있다.
온도 측정에서의 개선은, 유량계에서 모듈러스 변이(shift)를 보상하기 위한 곡선형 튜브(curved tube) 계량기[0085]
들에 의해 사용될 수 있다. 유동 도관 및 밸런스 구조의 진동 시스템의 중요성 영역들의 온도들은, 가중 평균
온도가 진동 구조의 모듈러스 변이를 판정하고 보상하기 위해 사용되도록 측정된다.
온도 중요성 비가 정확히 2 : 1이거나 임의의 다른 정수(integer) 비율인 것이 아주 있을 법하지는 않기[0086]
때문에, 응력 보상의 정확성은 저항비의 정확한 비율에 들어맞도록 함으로써 개선될 것이다.
일부 실시예들에서, 열 응력 보상 방정식은 다음을 포함한다:[0087]
FCF = K1 * Tvib K2 * (Ttube - Tavg) (1)[0088]
여기서, Tvib 는 진동 시스템의 가중 평균 온도이며, Tavg 는 열 응력 부품들의 가중 평균이다. 곡선형 튜브[0089]
(curved tube) 계량기들에서, K2는 제 2 항(second term)을 무의미하게 할 정도로 충분히 작을 수 있다.
튜브 주기 에러와 온도 차이 사이의 선형 관계가 (열 응력에 기인하여) 제곱으로(squared) 부여된다면, 열 캘리[0090]
브레이션(thermal calibration)을 통해 비례 상수(proportionality constant)(K1 및 K2)들을 판정하는 것은 간
단한 문제이다. 대안으로, 가중 평균 온도(Tavg)가 밸런스 구조 온도 측정으로 대체(또는 첨가(augmented))될
수 있다. 이후, 계량기는 열적으로 생성된(thermally-generated) 에러를 위해 보상될 수 있다.
제 1 보상 항(K1*Tvib)은 진동 구조의 탄성계수 보상을 실행할 수 있다. 제 2 보상 항(K2*(Ttube-Tavg))은 열 응[0091]
력 보상을 실행할 수 있다.
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일반적으로, 유동 도관(210) 및 밸런스 구조(208)가 동일한 재료라면, 이후 열 응력은 일반적으로, 유동 도관[0092]
온도와 밸런스 구조 평균 온도 사이의 온도차에 의해서만 발생한다.
모든 코리올리 유량계들은 진동 유동 튜브의 코리올리 힘으로 유도된 변위(Coriolis force-induced[0093]
displacement)에 의해 발생되는 신호들을 수정하기(correct) 위해서 보상을 필요로 한다. 이러한 신호들은 이
격된 유동 튜브 픽-오프들 사이의 위상차(phase difference)를 묘사하며, 유량계를 통해 재료 유동을 나타낸다.
곡선형 및 직선형 튜브 계량기들 양자는 온도에 의한 유동 튜브의 탄성 계수의 변화를 위해 보상을 필요로
한다. 유동 튜브 및 밸런스 구조 온도들이 상승함에 따라, 모듈러스는 감소하고 계량기는 보다 민감해진다.
탄성계수의 변화를 위한 보상은, 진동 구조 상에서의 온도 센서들의 사용 및 계량기 전자기기들에서 적합한 보
상 알고리즘의 온도 측정들의 사용에 의해 성취된다.
유동 또는 유동하지 않음의 여부에 따라, 도관 내에서 임의의 유체에 더하여(plus) 유동 도관의 공진 주파수[0094]
(resonant frequency)로부터 밀도가 도출된다. 밀도는 다음과 같이 판정된다:
(2)[0095]
여기서, (b) 항은 캘리브레이션 작동 중 통상적으로 판정되는 캘리브레이션 인자이며, 한편, (f) 항은 유량계의[0096]
진동 응답의 주파수이다. K 항은 유량계의 강성(stiffness)을 묘사하며, 유량계 재료의 탄성 계수를 포함한다.
명확하게는, 온도에 기인한 탄성 계수의 변화들은 또한 밀도 측정들에 영향을 미칠 것이다.
도 4는 저항비가 약 1 : 2인 온도 센서(291 및 292)들을 도시한다. 예컨대, 도관 온도 센서(T1)(291)는 약 100[0097]
Ω의 전기 저항을 가질 수 있는 한편, 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 약 200Ω의 저항을 가질 수 있다. 이는 일
례이며, 다른 저항값들이 채용될 수 있다. 결과적으로, 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 도관 온도 센서(T1)(291)
의 저항보다 약 2 배의 저항을 갖는다.
다시, 2 개의 온도 센서들은, 이들 센서의 상대적 전기 저항들을 그래픽으로 묘사하는 물리적 크기들로 도시되[0098]
어 있다. 그러나, 2 개의 온도 센서들은 임의의 크기일 수 있으며, 이들 센서들의 물리적 비율(physical
proportion)들이 이들 센서들의 저항 레벨들을 제어하거나 레벨들에 영향을 미칠 필요는 없다는 것이 이해되어
야 한다.
도 5는 저항비가 약 1 : 5인 곳에서의 온도 센서(291 및 292)들을 도시한다. 예컨대, 도관 온도 센서(T1)(29[0099]
1)는 약 100Ω의 전기 저항을 가질 수 있는 한편, 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 약 500Ω의 저항을 가질 수 있
다. 이는 일례이며, 다른 저항값들이 채용될 수 있다. 결과적으로, 밸런스 온도 센서(T2)(292)는 도관 온도
센서(T1)(291)의 저항보다 약 5 배의 저항을 갖는다.
도 6은 본 발명에 따른 진동 유량계(205)를 도시한다. 도 6 내지 도 9는 센서 조립체(206) 및 밸런스 구조[0100]
(208)를 포함하는 코리올리 유량계의 형태인 진동 유량계(205)의 예들을 예시한다. 하나 또는 그 초과의 계량
기 전자기기(26)는 예컨대, 밀도, 질량 유량, 볼륨 유량, 총괄(totalized) 질량 유동, 온도, 및 다른 정보와 같
은 유동 물질의 특성을 측정하기 위해서 리드(110, 111, 111')들을 경유하여 센서 조립체(206)에 연결된다. 계
량기 전자기기(26)들은 사용자 또는 다른 프로세서에 정보를 전달할 수 있다.
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센서 조립체(206)는 유동 물질을 수용하기 위한 유동 경로를 규정하는 도관(210)을 포함한다. 도관(210)은, 도[0101]
시된 바와 같이, 구부러질 수 있으며 또는 곧은(straight) 구성 또는 불규칙한(irregular) 구성과 같은 임의의
다른 형상이 제공될 수 있다. 센서 조립체(206)가 유동 물질을 나르는(carry) 파이프라인 시스템 내로 삽입되
는 경우, 이 유동 물질은 입구(inlet) 플랜지(도시 생략)를 통해 센서 조립체(206)에 진입하고, 이후, 이 유동
물질은 유동 물질의 특성이 측정되는 도관(210)을 통해 유동한다. 이에 후속하여, 유동 물질은 도관(210)을 나
가 출구(outlet) 플랜지(도시 생략)를 통해 통과한다. 당업자들은, 도관(210)이 다양한 적절한 수단을 경유하
여, 도 1에 도시된 플랜지(106)들과 같은 플랜지들에 연결될 수 있음을 상정한다. 본 실시예에서, 도관(210)에
는 일반적으로 커넥터(270, 271)들로부터 연장하여 커넥터들의 외부 말단(outer extremity)들에서 플랜지들에
연결하는 단부 부분(211, 212)들이 제공된다.
본 예의 센서 조립체(206)는 하나 이상의 드라이버(220)를 포함한다. 드라이버(220)는 밸런스 구조(208)의 피[0102]
동 부재(250)에 연결되는 제 1 부분(220A) 및 도관(210)에 연결되는 제 2 부분(220B)을 포함한다. 제 1 부분
(220A) 및 제 2 부분(220B)은 예컨대, 드라이브 코일(drive coil)(220A) 및 드라이브 마그넷(drive
magnet)(220B)에 해당할 수 있다. 본 실시예에서, 드라이버(220)는, 바람직하게는 역위상(phase opposition)
으로 피동 부재(250) 및 도관(210)을 구동한다.
도 7은, 피동 부재(250) 및 도관(210)이 바람직하게는, 커넥터(270, 271)들에 의해 부분적으로 규정되는 굽힘[0103]
축선(X)을 중심으로 구동되는 것을 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 굽힘 축선(X)은 입구-출구 튜브 축
선에 해당한다. 피동 부재(250)는 베이스(260)로부터 구부러진다. 드라이버(220)는 예로서 포함하지만 제한하
는 것은 아닌 잘 알려진 많은 배열체들 중 하나, 예컨대 압전 소자들 또는 전자기 코일/마그넷 배열체를 포함할
수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 센서 조립체(206)는 하나 이상의 픽-오프(pick-off)를 포함한다. 도시된[0104]
실시예에는, 한 쌍의 픽-오프(230, 231)들이 제공된다. 본 실시예의 일 양태에 따르면, 픽-오프(230, 231)들은
도관(210)의 움직임(motion)을 측정한다. 본 실시예에서, 픽-오프(230, 231)들은 각각의 픽-오프 아암(280,
281)들 상에 위치된 제 1 부분 및 도관(210) 상에 위치된 제 2 부분을 포함한다. 픽-오프(들)는 예로서 포함하
지만 제한하는 것은 아닌 잘 알려진 많은 배열체들 중 하나, 예컨대 압전 소자들(piezoelectric elements) 또는
정전용량 소자들(capacitance elements), 또는 전자기 코일/마그넷 배열체를 포함할 수 있다. 따라서, 드라이
버(220)와 같이, 픽-오프의 제 1 부분은 픽-오프 코일을 포함할 수 있는 한편, 픽-오프의 제 2 부분은 픽-오프
마그넷을 포함할 수 있다. 당업자들은, 도관(210)의 움직임이 유동 물질의 소정의 특성들, 예컨대, 도관(210)
을 통한 유동 물질의 질량 유량 또는 밀도에 관련되어 있다는 것을 상정할 것이다.
당업자들은, 하나 또는 그 초과의 계량기 전자기기(26)가 픽-오프(230, 231)들로부터 픽-오프 신호들을 수신하[0105]
고, 드라이브 신호를 드라이버(220)에 제공하는 것을 상정할 것이다. 하나 또는 그 초과의 계량기 전자기기
(26)는, 예컨대 밀도, 질량 유량, 볼륨 유량, 총괄 질량 유동, 온도 및 다른 정보와 같은 유동 물질의 특성을
측정할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 계량기 전자기기(207)는, 또한 예컨대 하나 또는 그 초과의 온도 센서들
(도시 생략) 및 하나 또는 그 초과의 압력 센서들(도시 생략)로부터 하나 또는 그 초과의 다른 신호들을 수신할
수 있고, 유동 물질의 특성을 측정하기 위해 이 정보를 이용할 수 있다. 당업자들은, 센서들의 개수 및 유형이
특별히 측정된 특성에 따를 수 있다는 것을 상정할 것이다.
도 6 내지 도 9는, 또한 본 실시예의 밸런스 구조(208)를 나타낸다. 본 실시예의 일 양태에 따르면, 밸런스 구[0106]
조(208)는, 도관(210)의 진동들을 적어도 부분적으로 밸런스하도록 구성된다. 본 실시예의 일 양태에 따르면,
밸런스 구조(208)는, 도관(210)의 모멘텀(momentum)을 적어도 부분적으로 밸런스하도록 구성된다.
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도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 밸런스 구조(208)는 피동 부재(250)에 연결되는 베이스(260)를 포함한다.[0107]
도시된 바와 같이, 피동 부재(250)는, 바람직하게는 베이스(260)로부터 일반적으로 직교하게 연장하는 캔틸레버
식 아암이다. 본 실시예의 베이스(260)는, 바람직하게는 피동 부재(250)와 비교했을 때, 상대적으로 육중하며
(massive) 움직이지 못한다(immobile). 예컨대, 그리고 제한하는 것은 아니지만, 베이스(260)에는 피동 부재
(250)의 질량보다 5 배 이상 더 큰 질량이 제공될 수 있다. 예컨대, 그리고 제한하는 것은 아니지만, 베이스
(260)에는 도관(210)의 질량보다 5 배 이상 더 큰 질량이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 배수들
은, 더 클 수 있는데, 예컨대 각각의 피동 부재(250)와 도관(210)보다 14 배 및 8 배 더 클 수 있다.
본 실시예에서, 밸런스 구조(208)는 도관(210)에 커플링된다. 도시된 바와 같이, 베이스(260)는 한 쌍의 커넥[0108]
터(270, 271)들을 포함하며, 이들 커넥터는 도시된 플레이트들의 형태일 수 있거나 임의의 다른 형상이 제공될
수 있다. 본 실시예에서, 커넥터(270, 271)들은 도관(210)의 단부 부분(211, 212)들의 내부(interior)에 베이
스(260)를 커플링한다. 도시된 실시예에서, 한 쌍의 커넥터(270, 271)들은, 도관(210)의 각각의 단부 부분
(211, 212)들을 위해 베이스(260)의 대향 단부면(261, 262)들에 커플링된다.
본 실시예의 일 양태에 따르면, 도관(210), 피동 부재(250), 및 베이스(260)는 밸런스식 시스템(balanced[0109]
system)을 제공하도록 구성된다. 이 시스템은 절대적으로 밸런스식인 것이 아닐 수도 있음이 상정되어야 한다.
그러나, 이 시스템은 밸런스 구조(208)를 포함하지 않는 종래 기술의 시스템들보다 더 밸런스식이 될 수 있도록
설계된다. 본 실시예에서, 도관(210) 및 피동 부재(250)는 2 개의 별개의 진동 시스템들로서 작동하며, 이 시
스템들은 축선(X)을 중심으로 역위상으로 동일한 공진 주파수들로 구동된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 피동
부재(250)는 베이스(260) 상에서 구부러짐(flexing)으로써 부재의 공진 주파수로 진동한다. 당업자들은, 도 7
이 내포된 움직임들을 과장하여 묘사하여 본 실시예의 개념들을 보다 양호하게 전달한다는 것을 상정할 것이다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 도관(210)은 피동 부재(250)와 역위상으로(out of phase with) 진동한다.
축선(X)을 중심으로 한 도관(210)의 움직임은, 커넥터(270, 271)들에 토크를 인가한다. 또한, 당업자들은, 축[0110]
선(X)을 중심으로 한 피동 부재(250)의 움직임이 또한 베이스(260)를 경유하여 커넥터(270, 271)들에 토크를 인
가한다는 것을 상정할 것이다. 단순화를 위해서, 유동 물질의 질량을 포함하는 도관(210)의 질량 및 피동 부재
(250)의 질량이 동일하다고 가정하면, 이후 피동 부재(250) 및 도관(210)은 밸런스식 시스템을 제공하기
위해서, 역위상으로 동일한 진동수로 그리고 동일한 진폭에 의해 구동될 수 있다.
이 예에서, 도관(210) 및 피동 부재(250)의 양자의 모멘텀은, 밸런스식인데, 이는 모멘텀이 질량과 속도[0111]
(velocity)의 곱(product)이며, 속도가 진동 진폭에 비례하기 때문이다. 그 결과, 커넥터(270, 271)들에 인가
되는 토크들은 거의 동일하고, 반대되는 부호(opposite sign)이므로, 상쇄된다(canceling out). 게다가, 움직
임이 없는 노드(motionless node)들이 단부 부분(211, 212)을 따라서 실질적으로 축선들에 위치되고, 커넥터
(270, 271)들이 도관(210)을 연결하는 곳에 실질적으로 위치된다. 이에 따라, 전체(overall) 밸런스식 시스템
이 제공되고, 토크 및 진동들은 실질적으로 상쇄된다. 게다가, 도관(210)의 단부 부분(211, 212)들의 외부 말
단들에 그리고 플랜지들에 토크가 거의 인가되지 않거나 아주 인가되지 않는다.
본 실시예의 일 양태에 따르면, 도관(210) 및 밸런스 구조(208)는, 바람직하게는, 임의의 커넥팅 구조들로의 움[0112]
직임의 병진운동(translation)을 제한하도록 설계된 비교적 연질(soft) 마운트들에 의해 임의의 커넥팅 구조들
로부터 격리된다(isolated). 이에 따라, 도관(210) 및 밸런스 구조(208)는 동일한 주파수로 역위상으로 진동하
는 2 개의 질량들을 갖는 격리된 진동 구조로서 기능하며, 이는 셀프 밸런스한다. 이에 따라, 2 개의 진동 시
스템들, 즉, 도관(210) 또는 도관(210) 뿐만 아니라 커넥터(270, 271)들 및 베이스(260)를 포함할 수 있는 진동
도관 시스템, 및 하기 논의되는 바와 같이 피동 부재(250) 또는 피동 부재(250) 뿐만 아니라 커넥터(270, 271)
들 및 베이스(260)를 포함할 수 있는 진동 피동 부재 시스템이 존재한다. 2 개의 진동 시스템들은, 바람직하게
는, 도관(210)의 단부 부분(211, 212)들, 실질적으로 커넥터(270, 271)들에 근접한 축선 상에 실질적으로 놓이
는 공통의 움직임이 없는 노드들에 의해 분리된다.
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유리하게는, 본 배열체는, 또한 도관(210)의 질량이 변화할 때 다수의 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 도관[0113]
(210)의 질량은, 예컨대, 도관(210) 내에서 유동하는 물질의 질량이 증가하거나 도관(210)의 질량이 예컨대 코
팅 빌드업(coating buildup)에 기인하여 자체적으로 증가하는 것과 같이 증가될 수 있다. 이것이 발생하면, 도
관(210)의 진동 주파수 및 진동 진폭이 감소한다. 이는 조합된 진동 구조의 연질 마운팅 및 추가의 질량의 결
과로서 자동으로 발생한다. 게다가, 자연적인 응답으로서, 피동 부재(250)의 진동 진폭이 증가한다. 진폭 비
율의 이러한 변화는 노드 재위치결정을 유발한다. 그러나, 노드들은, 도관들의 움직임이 그 자신의 축선을 중
심으로 순수하게 회전하는 영역에서 도관 축선(X)을 따라 단지(merely) 내측방으로 움직인다. 순수 회전은 케
이스 커넥트(590, 591)들을 사용하여 확보될 수 있다. 코리올리힘이 그 자신의 축선(X)을 중심으로 도관의 순
수 회전에 의해 발생되지 않기 때문에, 축선(X)을 따른 노드들의 움직임은, 출력 신호에 영향을 미치지 않는다.
도 8은 피동 부재(250)와 동위상(in phase with)으로 약간 흔들림하는(rocking) 베이스(260)를 유발하는 유동[0114]
도관 회전을 도시한다. 본 실시예에서, 피동 부재(250)의 진동 진폭의 증가는 피동 부재(250)가 베이스(260)를
중심으로 구부러지는 움직임의 범위 증가로서 반영된다. 이러한 움직임 증가는 약간이지만, 그럼에도
불구하고, 커넥터(270, 271)들에 토크로서 추가로 병진운동되는 베이스(260)에 인가되는 추가의 토크를 유발한
다. 이러한 추가의 토크는 커넥터(270, 271)들 및 베이스(260)가 피동 부재(250)와 동위상으로 도관(210)의 단
부 부분(211, 212)들의 축선을 중심으로, 아주 약간 회전되는 것을 유발한다. 예시된 목적들을 위해서 도면들
에서 과장되어 있지만, 당업자들은, 베이스(260)의 질량 및 피동 부재(250)의 가요성(flexibility) 때문에 베이
스의 흔들림 움직임이 약간 있음을 상정할 것이다.
이에 따라, 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들은 진동 시스템을 형성하는 피동 부재(250)와 동위상으로 단부[0115]
부분(211, 212)들을 통해 연장하는 축선(X)을 중심으로 회전한다. 질량의 초기 증가로 인해 도관(210)의 주파
수가 감소되는 반면, 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들과의 피동 부재(250)의 움직임의 커플링은, 동일한 효
과; 즉, 질량의 증가 및 주파수의 감소 효과를 갖는다. 따라서, 피동 부재(250)의 주파수는 도관(210)의 주파
수와 실질적으로 들어맞도록 낮아진다(lowered). 유사하게, 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들의 질량의 커플
링은, 피동 부재(250)의 진폭을 증가시켜, 피동 부재(250) 및 베이스(260)의 모멘텀이 유동 튜브(210)의 모멘텀
과 동일하며, 이에 따라 밸런스가 복원된다(restored).
유사하게, 도관(210)의 질량은, 예컨대, 도관(210) 내의 유동 물질의 질량이 감소할 때와 같이 감소될 수 있다.[0116]
이것이 발생하면, 도관(210)의 진동 주파수 및 진동 진폭이 증가한다. 이는 질량의 감소의 결과로서 자동으로
발생한다. 게다가, 자연적인 응답으로서, 피동 부재(250)의 진동 진폭이 감소한다. 다시, 진폭 비율의 이러한
변화는 계량기 출력 상에 실질적으로 충격 없이 입구-출구 튜브 축선(X)을 따라 노드 재위치결정을 유발한다.
도 9는 베이스(260)가 도관(210)과 동위상(in phase with)으로 약간 흔들리는 유동 도관 회전을 도시한다. 본[0117]
실시예에서, 도관(210)의 진동 진폭의 증가는 도관(210)이 단부 부분(210, 211)들의 축선(X)을 중심으로 구부러
지는 움직임의 범위 증가로서 반영된다. 이러한 움직임 증가는 다시 약간이지만, 그럼에도 불구하고, 베이스
(260)에 토크로서 추가로 병진운동되는 커넥터(270, 271)들에 인가되는 추가의 토크를 유발한다. 이러한 추가
의 토크는 커넥터(270, 271)들 및 베이스(260)가 도관(210)의 단부 부분(211, 212)들의 축선(X)을 중심으로 아
주 약간 회전되는 것을 유발한다. 이러한 회전은, 도관(210)과 동위상이지만, 베이스(260)에서의 약간의 흔들
림을 유발한다. 예시된 목적들을 위해서 도면들에서 과장되어 있지만, 당업자들은, 베이스(260)의 질량 및 도
관(210)의 가요성(flexibility) 때문에 베이스의 흔들림 움직임이 약간 있음을 상정할 것이다.
이에 따라, 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들은, 도관(210)들과 동위상이며 진동 시스템을 형성하는 단부 부[0118]
분(211, 212)들을 통해 연장하는 축선(X)을 중심으로 회전한다. 도관(210)의 주파수가 유체 질량의 저하
(lowering)로 인해 증가되는 반면, 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들의 질량의 커플링은 주파수를 저하시키는
반대(opposition) 효과를 갖는다. 순수 효과(net effect)는, 주파수가 약간 상승된다는 것이다. 유사하게, 유
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동 도관(210)을 갖는 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들의 질량의 회전은, 피동 부재(250)의 진폭을 감소시키
며, 유동 도관(210)의 주파수와 동일하게 피동 부재의 주파수를 약간 증가시킨다. 이에 따라, 도관(210) 및 피
동 부재(250)의 진폭 비는, 피동 부재(250) 및 베이스(260)의 모멘텀이 유동 도관(210)의 모멘텀과 실질적으로
동일하여, 이에 따라 밸런스가 복원되도록 변화된다.
베이스(260)에 바람직하게는 비교적 큰 질량이 제공됨에 따라, 베이스(260)의 진동 진폭의 아주 약간의 변화만[0119]
이 도관(210) 및 피동 부재(250)의 진동 특성들에서 비교적 큰 변화를 유발하도록 요구된다. 베이스(260)는 약
간 회전하여 저밀도 유체가 유동중인 경우 유동 도관(210)으로 베이스의 질량을 추가한다. 베이스는 약간 회전
하여 고밀도 유체가 유동중인 경우 피동 부재(250)로 베이스의 질량을 추가한다. 이에 따라, 경질 부재(light
member)(유동 도관(210) 또는 피동 부재(250))에 베이스의 질량을 추가한다. 경질 부재가 그의 진동 진폭을 증
가시키는 한편, 중질 부재(heavier member)가 그의 진동 진폭을 감소시키도록 진동 진폭의 변화에 의해 밸런스
가 추가로 유지된다. 게다가, 베이스(260)의 작은 진동 진폭은, 도관(210)의 단부 부분(211, 212)들의 내부 단
부들에 인가된 작은 토크만을 부과한다. 이에 따라, 아주 약간의 토크량만이 고밀도 또는 저밀도의 유체들을
갖는 케이스(300)에 인가된다.
이에 따라, 본 실시예에서, 베이스(260)는, 도관(210)과 동위상으로의 움직임과 유동 도관(210)의 질량, 보다[0120]
자세하게는 유동 물질의 밀도에 따라 피동 부재(250)와 동위상으로의 움직임 사이에서 스위치된다. 바람직하게
는, 베이스(260) 및 단부 부분(211, 212)들의 내부 단부들은, 대략 1000 kg/m
3
의 비중(specific gravity)을 갖
는 유동 물질들에 의해 움직이지 않는다(motionless). 바람직하게는, 대략 1000 kg/m
3
미만의 비중을 갖는 물
질들에 의해, 도관(210)은 더 높은 진폭을 가지며, 피동 부재(250)는 더 낮은 진폭을 가지고, 베이스(260) 및
커넥터(270, 271)들은 도관(210)에 의해 아주 약간 회전한다. 또한, 도관 단부 부분(211, 212)들은, 도관(21
0)에 의해 아주 약간 회전할 것이다. 바람직하게는, 대략 1000 kg/m
3
초과의 비중을 갖는 물질들에 의해, 도관
(210)은 더 낮은 진폭을 가지며, 피동 부재(250)는 더 높은 진폭을 가지고, 베이스(260) 및 커넥터(270, 271)들
은 피동 부재(250)에 의해 아주 약간 회전한다. 이 경우, 또한, 도관 단부 부분(211, 212)들은, 베이스(260)
및 커넥터(270, 271)들에 의해 아주 약간 회전할 것이다. 단부 부분(211, 212)들에서 그 자신의 축선을 중심으
로 한 도관(210)의 순수 회전이 유동 물질에 코리올리 가속(Coriolis acceleration)을 부과하지 않기 때문에,
이에 따라 계량기 감도(meter sensitivity)에는 크게 영향을 미치지 않을 것이다. 상기 예시된 특별한 유체 밀
도들이 단지 예시적인 것이며 특별한 유체 밀도가 바뀔 수 있다는 것이 상정되어야 한다. 본 발명의 다른 실시
예에 따르면, 밸런스 구조(208)의 크기 및 강성은, 도관(210) 내에 유체가 존재하지 않는 경우(추가 밀도가
0임) 베이스(260)가 실질적으로 움직임이 없도록 선택될 수 있다. 이 경우, 베이스(260)는 약간 회전할
것이며, 유체 밀도가 어떤 것이든 간에(whatever) 피동 부재(250)에 의해 유동한다. 또 다른 실시예에서, 밸런
스 구조(208)의 크기 및 강성은, 기대되는 모든 유체 밀도 범위들을 위해서 베이스(260)가 도관(210)에 의해 회
전하도록 선택될 수 있다. 환언하면, 일부 최대 유체 밀도는, 최대 유체 밀도 하에서 유체들을 작동시키도록
유량계가 예상되는 곳에서 선택될 수 있다. 따라서, 실질적으로 기대되는 모든 작동 조건들 동안, 유체 밀도는
실질적으로 항상(substantially all of the time) 베이스(260)가 도관(210)에 의해 회전하는 것을 유발하는 최
대 유체 밀도 하에 있을 것이다. 그러나, 베이스의 회전 진폭은, 유체의 밀도에 의해 변할 것이다. 유체 밀도
가 최대 유체 밀도를 초과해야 하며, 이후, 베이스(260)가 전술한 바와 같이 피동 부재(250)에 의해 회전할 것
이라는 점이 상정되어야 한다. 유사하게, 최대 유체 밀도에서의 유체 밀도에 의해, 베이스(260)는 실질적으로
정지상태(stationary)를 유지할 것이다.
또한, 대부분의 설명에서 유체 밀도의 변화에 응답하는 베이스(260) 이동에 대해 논의하였지만, 다른 조건들이[0121]
예컨대, 부식(corrosion), 침식(erosion), 퇴적(deposition) 등과 같은 도관(210)의 질량을 변화시킬 수 있는
다른 조건들이 발생할 수 있음이 상정되어야 한다. 따라서, 베이스(260)는 유동 도관 질량을 변화시킬 수 있는
다양한 조건들을 보상할 수 있다.
본 실시예에서, 단부 부분(211, 212)들은, 바람직하게는 충분히 길어야 하며, 예컨대, 이것으로 제한하는 것은[0122]
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아니지만, 바람직하게는 튜브 직경들이 비틀림(torsion)시에 실질적으로 유연(soft)하도록 튜브 직경들에 3 배
이상의 길이이다. 이는, 단부 부분(211, 212)들의 플랜지들 및 외부 말단들에 인가된 토크를 추가로 감소시킨
다.
도 6에 도시된 바와 같이, 센서 조립체(206)는 또한 케이스(300) 및 케이스 커넥트(590, 591)들을 포함할 수 있[0123]
다. 도시된 케이스 커넥트(590, 591)들은 도관(210)에 연결되는 제 1 부분(595) 및 케이스(300)에 연결되는 제
2 부분(596)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 케이스 커넥트(590, 591)들은, 바람직하게는, 플랜지들과 커넥터
(270, 271)들 사이에 위치된 도관을 지지하는 유일한 구조들이다.
본 실시예의 일 양태에 따르면, 케이스 커넥트(590, 591)들은, 바람직하게는, 축선 방향으로 강성이 있으며 횡[0124]
방향 병진 운동시 비틀림에 아직 유연한 진동 시스템의 지지를 제공하도록 구성된다. 이는, 예컨대 도관(210)
의 단부 부분(211, 212)들의 축선에 대해서 반경 방향으로 연장하는 변형가능한 부재(592, 593, 594)들을 케이
스 커넥트(590, 591)들에 제공함으로써 달성될 수 있다. 3 개의 변형가능한 부재(592, 593, 594)들이 제공되고
있지만, 임의의 개수의 변형가능한 부재(592, 593, 594)들이 사용될 수 있고, 변형가능한 부재들의 특별한 개수
는 본 발명의 범주를 제한하지 않는 것이 상정되어야 한다. 변형가능한 부재들은 예컨대 도관(210)에 연결되는
중앙 허브(595)를 포함하는 도관(210)에 임의의 방식으로 장착될 수 있다. 강성의 병진운동 및 유연한 비틀림
커플링이 2 개 이상의 기능들을 제공한다. 첫 번째로, 단부 부분(211, 212)들의 비틀림 움직임을
제한함으로써, 이 부분들은 노드들을 단부 부분 축선으로 구속하며, 이에 따라 노드 재위치결정들에 관련된 측
정 에러들을 제한한다. 두 번째로, 단부 부분들을 자유롭게 회전하게 허용함으로써, 진동 구조가 아주 유연한
방식으로 비틀림 지지된다. 연질 마운트는 본 발명의 자기 밸런싱 특징을 가능하게 하며 진폭 비율이 유체 밀
도에 의한 변화를 가능하게 한다.
본 발명이 저항 온도 센서들의 관점에서 설명되고 있지만, 당업자들은 임의의 유형의 저항 센서가 온도 센서 대[0125]
신에 사용될 수 있음을 인지한다. 예컨대, 당업자는 본원에서 설명된 하나 또는 그 초과의 온도 센서들 대신에
가변 저항의 형태로 스트레인(strain)을 나타내는 스트레인 게이지를 사용할 수 있다. 본 발명은 센서의 저항
을 변화시킴으로써 상태를 나타내는 임의의 센서를 사용하여 적용될 수 있다. 본 발명의 본질은 임의의 이러한
구성에 동등하게 적용한다.
본 발명에 따른 진동 유량계는, 원한다면 수개의 이점들을 제공하도록 임의의 실시예들에 따라 채용될 수 있다.[0126]
본 발명에 따른 계량기는, 열 탄성 보상식 곡선형 튜브 계량기(thermal elasticity-compensated curved tube
meter)를 제공한다. 본 발명에 따른 계량기는 열 응력 보상식 곡선형 튜브 계량기(thermal stress
compensated curved tube meter)를 제공한다.
전술한 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 본 발명자들에 의해 고려되는 모든 실시예[0127]
들의 배타적 설명들은 아니다. 사실상, 당업자들은 전술한 실시예들의 소정 요소들은 추가적인 실시예들을 생
성하기 위해 다양하게 조합되거나 제거될 수 있으며, 이러한 추가적인 실시예들은 본 발명의 범주 및 교시들에
해당한다는 점을 인식할 것이다. 또한, 본 발명의 범주 및 교시들 내에서 추가적인 실시예들을 생성하기 위해,
전술한 실시예들이 전부 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 점도 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명
의 범주는 이하의 청구범위로부터 판정되어야 한다.
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도면
도면1
도면2
도면3
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도면5
도면6
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도면8
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도면9
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진동 유량계 및 온도 측정 방법(VIBRATING FLOW METER AND METHOD FOR MEASURING TEMPERATURE)
2018. 4. 17. 21:38