KR20090105979A - 밀도 정보를 이용하여 유량 압력을 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

코리올리 유량계를 통해 유동하는 물질의 밀도를 측정하는 방법 및 장치가 개시된다. 이 밀도는 상기 유동 물질의 압력을 추론하는데 이용된다. 상기 추론된 압력은 코리올리 유량계에서 제 2 압력 효과를 수정하는데 이용될 수 있거나 또는 외부 기구에 공표될 수 있다.

Description

밀도 정보를 이용하여 유량 압력을 측정하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING FLOW PRESSURE USING DENSITY INFORMATION}
본 발명은 유량계에 관한 것이고, 특히 코리올리 유량계에 관한 것이다.
코리올리 유량계는 진동하는 도관 상에서 코리올리 힘을 감지함에 의해 질량 유동 속도를 측정한다. 도관은 하나 이상의 튜브로 이루어지고 공명 주파수에서 진동하도록 힘을 받는다. 튜브의 공명 주파수는 유동 튜브에서 유체의 밀도에 비례한다. 튜브의 입구 및 출구 섹션 상에 위치한 센서는 튜브의 단부들 사이의 상대적 진동을 측정한다. 유동 동안, 진동하는 튜브 및 유동 질량은 코리올리 힘에 의해 서로 결합될 수 있고, 이에 의해 튜브의 단부 사이의 진동에서 상변화를 일으킨다. 상변화는 질량 유동에 직접 비례한다.
코리올리 센서의 유동 튜브 상에 제 2 압력 효과가 있다. 질량 유동 속도에서의 변화없이, 압력의 변화는 튜브 상에서 벤딩 힘(bending force)의 효과를 변화시킬 것이다. 압력이 증가할 때, 유동 튜브는 경화될 것이고 일정한 질량 유동 속 도에 의한 코리올리 힘의 동일한 양이 튜브에서 작은 양의 벤딩을 일으킬 것이다. 압력이 감소될 때, 유동 튜브는 더욱 유연해질 것이고 일정한 질량 유동 속도에 의한 코리올리 힘의 동일한 양은 튜브에서 큰 양의 벤딩을 일으킬 것이다. 유량 압력 효과는 선형이고, 압력의 단위 변화당 유동 속도의 퍼센트로서 일반적으로 나타내어진다. 압력 효과의 수정은 실제 압력을 측정하거나 또는 평균 압력값을 이용하는 것이 필요하다. 평균 압력 값의 이용은 시스템에서 작동하는 압력에서 큰 변화가 있을 때 수용 불가능한 에러를 유발시킬 수 있다. 실제 압력의 측정은, 압력 감지 포트, 압력 변환기, 압력 변환기를 모니터하도록 설계된 전자 회로, 및 코리올리 유량계로 측정된 압력을 전달하기 위한 수단을 일반적으로 필요로 한다.
따라서, 코리올리 유량계에서 압력을 측정하기 위한 더 나은 시스템 및 방법에 관한 요구가 있다.
"진동 유형 측정 장치"라는 명칭의 일본 특허 제 JP 7083721호가 이하에서 개시된다. 이 장치는, 유체가 통과하는 센서 튜브(2, 3), 센서 튜브(2, 3)를 진동시키기 위한 진동기(5, 6), 및 상기 진동기(5, 6)의 구동 코일에 연결된 제어기(14)로 이루어진다. 제어기(14)는 시간차 탐지 회로(17), 유동 속도 계산 섹션(18), 디스플레이 섹션(19), 주파수 측정 회로(20), 밀도 계산 섹션(21), 밀도-압력 전환 회로(22), 및 압력 수정 회로(23)로 이루어진다. 밀도 계산 섹션(21)은, 센서 튜브(2, 3)의 진동 주파수로부터 측정되는 유체의 밀도와 이 밀도로부터 측정되는 유체의 압력을 계산한다. 이후, 압력 수정 회로(23)는, 밀도-압력 전환 회로(22)로부터의 압력 값에 기초하여 유동 속도 계산 섹션(18)으로부터 유동 속도 의 측정된 값을 제로-포인트(zero-point) 수정을 수행한다.
"조정 가능한 압력 및 밀도 민감도"라는 명칭의 미국 특허 제 5,497,665호가 이하에서 개시된다. 다수의 방사상 모드의 코리올리 질량 유량계 기하 구조 및 전자 회로가 설명되고, 이는 압력 또는 밀도의 변화에 민감하도록 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 유량계는, (1) 불명확한 속도로 도관에서 유동하도록 이루어진 물리적 특성을 갖는 유체를 함유한 유동 도관, (2) 유동 도관에서 진동을 만들기 위한 구동기(유체는 물리적 특징 및 유동 속도의 함수로서 진동을 변경시킴), (3) 유체의 보정되지 않는(uncompensated) 질량 유동 속도를 나타내는 신호를 만들고 작동점에서 변경된 진동을 측정하기 위한 탐지기 회로, 및 (4) 1/.OMEGA.1.sup.n의 보정되지 않는 속도에 비례하는 유체의 보정되는 질량 유동 속도를 계산하기 위한 계산 회로를 포함하고, 여기서 .OMEGA.1은 유동 도관의 구동 고유 주파수(natural frequency)이고, n은 구동점의 함수로서 선택되며, 보정된 속도는 물리적 특징의 효과로 감소된다. 유일한 수학적 알고리즘은 더욱 다양한 설계의 기하 구조를 가능하게 하면서, 측정 또는 보정할 필요 없이 압력 또는 밀도에 대한 비민감도를 유지한다. 또한, 방법은 압력 및 밀도 모두의 정확한 측정 및 보정을 가능하게 한다.
"코리올리 질량 유량계에서 압력을 측정하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 제 5,734,112호가 이하에서 개시된다. 이 방법은 코리올리 질량 유량계의 작동시 압력을 결정하기 위한 방법이다. 코리올리 유량계의 유동 튜브는 벤딩 모드(질량 유동 속도를 측정하는데 일반적임) 및 트위스팅 모드에서 진동한다. 두 진동 모드의 각각에서 유동 튜브가 진동하는 근본적인 주파수의 비는 유동 튜브 내의 압력에 비례한다. 바람직한 실시예에서, 합/차(sum/difference) 방법은 두 진동 모드의 근본적인 주파수를 나타내는 중첩된 사인곡선을 분리시킨다. 빠른 결합 기울기(fast conjugate gradient)(FCG) 디지털 필터가 이후 두 진동 모드의 각각에서 근본적인 주파수를 빠르게 평가하도록 이용된다. 이후, 평가된 주파수는, 디지털 노치(notch) 및 밴드 통과 필터와 순환적인 최대 가능성(recursive maximum likelihood, RML)을 포함하는 필터 체인에 의해 이용되고, 이에 의해 벤딩 모드 및 트위스팅 모드의 근본적인 주파수 평가를 향상시킨다. 향상된 벤딩 모드 및 트위스팅 모드의 주파수 평가는, 두 주파수의 비의 함수로 유동 튜브 내에서 압력을 계산하고, 질량 유동 속도 계산을 위한 두 진동 센서 채널의 벤딩 모드 주파수를 향상시키는데 이용되는 밴드 통과 필터 체인 및 노치를 중앙에 위치시키는데 이용된다. 이후 이렇게 계산된 압력은 질량 유동 속도 계산을 수정하는데 이용될 수 있거나 또는 다른 압력 측정 목적을 위해 그 자체로서 이용될 수 있다.
코리올리 유량계를 통해 유동하는 기체 물질의 밀도를 측정하는 방법 및 장치가 개시된다. 밀도는 유동 기체 물질의 압력을 추론하는데 이용된다. 추론된 압력은 코리올리 유량계에서 제 2 압력 효과를 수정하는데 이용될 수 있고 외부 기구로 공표될 수 있다.
태양
본 발명의 일 태양은,
코리올리 유량계를 통해 유동하는 기체 물질의 밀도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 밀도로부터 상기 유동하는 기체 물질의 압력을 계산하는 단계를 포함하고,
(a) 방정식
Figure 112009056946564-PAT00001
에서 압축률(z)의 값을 1로 설정하고 압력(P) 값을 계산하는 단계(604)(여기서 T는 온도, M은 상기 코리올리 유량계를 유동하는 기체 물질의 몰질량, ρ는 밀도, 및 R은 상수);
(b) 상기 압축률(z)에 대한 더욱 정확한 값을 계산하기 위해 상기 계산된 압력(P) 값을 이용하는 단계(606);
(c) 상기 압력(P) 값을 재계산하기 위해 상기 압축률(z)에 대한 새로운 더욱 정확한 값을 이용하는 단계(608); 및
(d) 상기 압력 값이 예정된 한계 내로 수렴할 때까지 단계 (b) 및 (c)를 반복하는 단계를 특징으로 하는, 방법이다.
바람직하게, 이 방법에서, 상기 압축률이 미국 가스 협회(AGA) 리포트 넘버 8의 정보를 이용하여 계산된다.
바람직하게, 이 발명에서, 사용자는 상기 유량계를 통해 유동하는 기체 물질의 몰질량(M)을 입력하게 된다.
바람직하게, 이 발명에서, 상기 사용자는 상기 가스의 유형을 입력하게 되고, 상기 코리올리 유량계는 상기 가스의 유형으로부터 상기 유량계를 유동하는 기 체 물질의 몰질량(M)을 계산한다.
바람직하게, 상기 방법을 실행하도록 배치된 코리올리 유량계는,
유동 기체 물질을 함유하도록 배치된 도관(502);
상기 도관을 진동시키도록 배치된 하나 이상의 구동기(504);
상기 진동하는 도관의 움직임을 측정하기 위해 배치된 제 1 및 제 2 센서(506);
상기 진동하는 도관의 움직임에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 밀도를 측정하도록 배치되고, (a)-(d) 단계를 실행함에 의해 상기 예정된 밀도에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 압력을 계산하도록 배치된 프로세서를 포함한다.
바람직하게, 방법은,
(a) 낮은 압력점에서 기체 물질에 대한 코리올리 유량계의 밀도 대 압력 관계를 조정하는 단계;
(b) 높은 압력점에서 상기 기체 물질에 대한 상기 코리올리 유량계의 밀도 대 압력 관계를 조정하는 단계;
(c) 상기 기체 물질에 대한 두 조정된 관계들을 저장하는 단계를 포함하는 단계;
(d) 이하의 단계의 특징을 갖는 두 개의 저장된 조정 관계 및 측정된 현재 밀도에 기초하여 상기 기체 물질에 대한 현재 압력을 계산하는 단계를 포함하고:
(e) 높은 그리고 낮은 압력점들에 대해 압축률(Z)을 계산하는 단계(902);
(f) 상기 높은 그리고 낮은 압력점들에 대해 평균 몰질량(M)을 계산하는 단 계;
(g) 방정식
Figure 112009056946564-PAT00002
을 이용하여 "마지막 압력 평가값(P)"을 계산하는 단계(여기서 T는 온도, M은 상기 코리올리 유량계를 유동하는 기체 물질의 몰질량, ρ는 밀도, 및 R은 상수);
(h) 상기 "마지막 압력 평가값(P)"을 이용하여 새로운 압축률(Z)을 계산하는 단계;
(i) "새로운 압력 평가값"을 계산하는 단계(910);
(j) 상기 "새로운 압력 평가값"에 대한 수치가 예정된 한계 내로 수렴할 때까지 (g)-(i) 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은,
상기 방법을 실행하도록 배치된 코리올리 유량계로서,
유동 기체 물질을 함유하도록 배치된 도관(502);
상기 도관을 진동시키도록 배치된 하나 이상의 구동기(504);
상기 진동하는 도관의 움직임을 측정하도록 배치된 제 1 및 제 2 센서(506); 및
상기 진동하는 도관의 움직임에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 밀도를 측정하도록 배치되고, (a)-(j)의 단계를 실행함에 의해 상기 예정된 밀도에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 압력을 계산하도록 배치된, 프로세서(508)를 포함한다.
바람직하게, 이 코리올리 유량계는 서로 다른 두 압력점에서 상기 유동 기체 물질에 대한 압력 대 밀도 관계를 함유하는 저장 구역을 포함하고, 상기 유동 기체 물질의 압력이 상기 두 압력점에서의 압력 대 밀도 관계 및 상기 유동 기체 물질의 밀도를 이용하여 계산된다.
도 1-9 및 이하의 설명은 특별한 예들을 나타내고, 이는 본 발명의 최선의 모드를 어떻게 만들고 이용하는지 당업자에게 알려준다. 발명적 원리를 설명할 목적으로, 몇몇 종래의 태양들이 단순화되거나 또는 생략되었다. 당업자는 본 발명의 범위 내에서 이러한 예로부터의 변경을 이해할 것이다. 당업자는 이하에서 설명된 특징이 본 발명의 다양한 변경을 형성하기 위해 여러 가지 방법들이 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 이하에서 설명되는 특정의 예에 제한되지 아니하고 청구 범위나 그 동등 범위에 의해 제한된다.
기체의 유량 밀도는 비이상기체 법칙에 의해 표현되고, 이는 다음과 같다.
*
Figure 112009056946564-PAT00003
ρ가 유동 기체의 밀도인 경우, P는 유동 기체의 압력이고, M은 기체의 몰질량이며, Z는 기체의 압축률이고, R은 기체 상수이며, T는 유동 기체의 온도이다. 많은 경우에, 코리올리 유량계를 통해 유동하는 기체의 온도 및 몰질량은 비교적 일정하게 유지된다. 유동 기체 온도가 넓은 범위인 경우에, 유동 기체의 온도가 측정될 수 있다. 유동 기체의 온도 및 몰질량이 일정한 경우에, 방정식 (1)은 다 음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009056946564-PAT00004
ρ가 유동 기체의 밀도인 경우, P는 유동 기체의 압력이고, N은 상수이며, Z는 유동 기체의 압축률이다. 방정식 (2)는 유량 밀도의 변화도(variability)가 압축률의 효과 외에 유동 기체의 압력에 직접 비례한다는 것을 나타낸다. 기체 측정 응용의 대부분에서 유량 압력은, 대기압(약 14psia(9.84g/mm2))으로부터 1464psia(1029.3g/mm2)로 변하고, 이 변화는 약 105 대 1이다. 도 1은 다수의 서로 다른 기체에 대해 70℉의 일정한 온도에서 14psia(9.84g/mm2) 내지 1464psia(1029.3g/mm2)에서 변하는 압력에 대한 기체 압축률의 테이블이다. 이러한 기체들의 압축률은 이 기술에서 공지되어 있고 이러한 정보를 얻기 위한 한 소스는, 여기서 참조로 인용된 "천연 가스 및 관련된 탄화 수소 기체의 압축률 인자"(Second printing 1994), 미국 가스 협회(American Gas Association, AGA) 리포트 No.8 이다. 도 2는 도 1의 테이블로부터의 정보를 도시하는 차트이다. 도 1 및 2에서 볼 수 있는 것처럼, 압축률은 14(9.84g/mm2) 내지 1464psia(1029.3g/mm2) 범위에 걸쳐, 약 1.3 대 1의 최대 변화를 나타낸다.
도 3은, 14psia(9.84g/mm2) 내지 1464psia(1029.3g/mm2)의 압력 범위에 걸 친, 걸프 코스트 기체 조성물의 실제 압축률 및 이론적으로 선형인 압축률에 대한 압축률과 압력 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 3에서 볼 수 있는 것처럼, 압축률 및 압력 사이의 실제 변화와 이론적으로 선형인 변화 사이의 차이는 이러한 기체 조성물에 대해 매우 적다. 도 4는 다수의 다른 기체들의 실제 압축률 및 이론적으로 선형인 압축률 사이의 최대 차이를 나타내는 테이블이다. 도 4는 14psia(9.84g/mm2) 내지 1464psia(1029.3g/mm2)의 압력 범위에 걸쳐 기체 조성물의 넓은 범위에 대한 압력 및 압축률 사이에 거의 선형 관계가 있음을 나타낸다. 방정식 (2)는 압력 및 밀도 사이에 선형 관계가 있음을 나타낸다. 이러한 선형 및 거의 선형인 관계 때문에, 상호 관계에 있는 방법이 이용되어 유량 밀도를 압력과 동일시할 수 있다.
도 5는 코리올리 유량계의 블록도이다. 코리올리 유량계는 도관(502)을 가지고, 하나 이상의 튜브가 유동 물질을 함유하도록 배치된다. 도관의 벤딩 주파수(bending frequency)에서 도관을 진동시키기 위해 배치된 하나 이상의 구동기(504)가 있다. 센서(506)는 진동하는 도관(502)의 움직임을 측정하기 위해 배치된다. 제어기(508)는 구동기(504)에 연결되고 센서(506)는 하나의 유닛에 함유될 수 있거나 또는 여러 유닛들 사이에 분할될 수 있다. 예를 들면, 코리올리 유량계에 부착되는 몇몇 전자 소자들이 있을 수 있고 이러한 전자 소자들은 코리올리 유량계를 제어하는 것을 돕는 소프트웨어를 실행하는 외부 컴퓨터에 연결될 수 있다. 작동시, 유동 물질은 진동하는 도관에서 코리올리 힘을 만들고, 이는 도관의 양 단 부 사이의 진동에서 상변화를 일으킨다. 센서들은 도관의 두 위치 사이에서 상변화를 측정하고 제어기는 측정된 상변화로부터 물질의 유동 속도를 측정한다. 코리올리 유량계는 내부에 설치된 온도 탐침(미도시)을 가질 수 있거나 또는 외부 센서로부터 온도 데이터를 받을 수 있다. 또한, 코리올리 유량계는 도관의 측정된 움직임을 이용하여 유동하는 물질의 밀도를 측정한다.
본 발명의 일 예시적 실시예에서, 유동 물질의 밀도는 물질의 유량 압력을 추론하는데 이용된다. 도 6은 유량 밀도로부터 유량 압력을 반복적으로 측정하기 위한 흐름도이다. 단계(602)에서 코리올리 유량계를 통과해 유동하는 물질의 밀도는 진동하는 도관의 움직임의 측정을 이용하여 측정된다. 코리올리 유량계에서 유동하는 물질의 밀도의 측정은 이 기술에서 공지되어 있다. 단계(604)에서 기체의 압축률(z)은 공식에서 1로 설정된다:
Figure 112009056946564-PAT00005
여기서 P는 유량 압력이고, T는 온도이며, M은 코리올리 유량계를 유동하는 물질의 몰질량이고, 제 1 압력이 계산된다. 단계(606)에서, 더 나은 z값이 계산된 압력(P)을 이용하여 측정된다. 주어진 압력(P)에서 기체 압축률(z)의 값은, AGA 리포트 8에서의 정보, 압축률 조사 테이블, 압축률 상태 방정식, 또는 이와 유사한 것을 이용하여 측정될 수 있다. 단계(608)에서, 압력은 새로운 압축률(z)을 이용하여 재계산된다. 단계(608)에서 측정된 압력값이 예정된 문턱값(threshold) 내로 수렴하지 못했다면, 다시 단계(606)로 돌아가고, 기체 압축률의 더 나은 평가값이 압력(P)에 대해 마지막으로 계산된 값을 이용하여 측정된다. 단계(608)에서 측정된 압력값이 예정된 문턱값 내로 수렴되었다면, 압력은 성공적으로 유량 밀도로부터 추론되었다. 추론된 압력은 다양한 방법으로 이용될 수 있다.
본 발명의 일 예시적 실시예에서, 압력은 코리올리 유량계의 외부에 있는 기구와 소통하거나 또는 이 기구에서 표시될 수 있다. 예를 들면, 압력값은 안전 기구로 보내질 수 있고, 이 기구는 파이프 내의 압력을 모니터하여 불안전한 압력 조건들을 탐지한다. 본 발명의 다른 예시적 실시에에서, 압력값은 코리올리 유량계의 질량 유량 측정에서 압력 효과를 수정하는데 이용될 수 있다. 이 압력 효과는 압력에서의 단위 변화당 유동 속도의 퍼센트로서 일반적으로 언급된다. 압력 효과를 수정하는 한 방법은 방정식 (4)을 이용하는 것이다
Figure 112009056946564-PAT00006
여기서 Mcorrected 는 수정된 질량 유동 속도이고, Mraw는 측정된 그대로의 질량 유동 속도이며, Pe는 압력 효과이고, Pstatic은 현재 압력이며, Pcal은 유동 속도가 현재 조정된 경우의 압력이다. Pe는 일반적으로, 예를 들어 도관의 지름, 도관 벽의 두께, 도관의 강성 등과 같은 코리올리 유량계의 기하 구조의 함수이다. 방정식 (4)는 유량계의 압력이 유량계가 조정된 경우의 압력과 동일할 때 수정된 유량이 본래의 유량과 동일하다는 것을 나타낸다. 현재 압력이 조정된 압력보다 크면, 수정된 유량은 측정된 유량보다 작을 것이다.
코리올리 유량계가 측정된 밀도를 이용하여 유량 압력을 추론할 때, 유량계를 통해 유동하는 물질의 온도 및 몰질량이 필요하다. 온도는 유량계에서 센서를 이용하여 측정될 수 있거나 또는 외부 온도 센서로부터 제공될 수 있다. 기체의 몰질양은 사용자에 의해 입력될 수 있거나 또는 외부 소스로부터 제공될 수 있다. 사용자가 물질에 대한 몰질량을 입력할 때, 이는 값을 직접 타이핑 함에 의해 입력될 수 있거나, 또는 가스 조성물 또는 이름에 의해 유동하는 물질을 확인함에 의해 간접적으로 입력될 수 있다. 사용자가 유동 물질 또는 가스 조성물의 이름을 입력할 때, 코리올리 유량계는 조사 테이블을 이용하여 물질에 대한 상응하는 몰질량을 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적 실시예에서, 유동 물질의 측정 밀도는, 높은 압력 지점 및 낮은 압력 지점에서 조정된 압력/밀도 관계를 이용함에 의해 현재 압력을 측정하는데 이용된다. 압력/밀도 관계는 거의 선형이기 때문에, 유량계가 두 개의 서로 다른 압력 지점에서 조정되었다면, 압력은 반복 없이 현재 밀도로부터 추론될 수 있다. 조정 공정 동안, 유량계에서의 압력은 정확하게 측정되어야만 한다. 도 7은 두 압력 지점에서 유량계를 조정하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 단계(702)에서 유량계의 물질은 제 1 레벨로 압력을 받는다. 단계(704)에서 물질의 밀도는 제 1 압력에서 유량계를 이용하여 측정된다. 단계(706)에서 유량계의 물질은 제 2 레벨로 압력을 받는다. 단계(708)에서 물질의 밀도는 제 2 압력에서 측정된다. 유량계를 조정할 때, 물질의 밀도는 제 2 압력에서 측정된다. 유량계를 조정할 때, 물질은 유량계를 통해 유동할 수 있거나 또는 유량계 내부에서 정지 상태에 있 을 수 있다. 유량계는 코리올리 유량계를 통해 유동하는 각각의 물질의 형태에 대해 조정될 수 있다. 본 발명의 일 예시적 실시예에서, 높은 그리고 낮은 조정점들이 유량계에 의해 측정될 수 있는 서로 다른 형태의 물질에 대한 테이블에 저장될 수 있다. 유량계를 통해 현재 유동하는 형태의 물질이 유량계 안으로 들어올 때, 유량계는 물질의 형태에 대한 조정점을 찾을 것이다.
유량계가 물질에 대해 조정된다면, 물질의 압력은 방정식 (5)을 이용하여 밀도로부터 측정될 수 있다.
Figure 112009056946564-PAT00007
Pdetermined는 측정된 압력이고, Plow는 낮은 압력 조정점에서의 압력이며, Phigh는 높은 압력 조정점에서의 압력이고, ρlow는 낮은 압력 조정점에서 측정된 밀도이며, ρhigh는 높은 압력 조정점에서 측정된 밀도이고, ρcurrent는 유량계를 통해 유동하는 물질의 현재 측정된 밀도이다. 도 8은 314psia(220.8g/mm2) 내지 1014psia 사이의 에코피쉬에 대한 밀도/압력 관계를 도시하는 차트이다. 도 8에서 볼 수 있는 것처럼, 선형 라인 및 실제 커브 사이의 적합성(fit)은 매우 근접해 있다.
본 발명의 다른 예시적 실시예에서, 높은 그리고 낮은 압력 조정 정보는 유동하는 물질의 온도에서의 변화를 고려하도록 조절될 수 있다. 도 9는, 높은 그리고 낮은 압력 조정점들을 이용하여, 온도에 대해 조절되는, 현재 유동 압력을 측정 하기 위한 흐름도이다. 단계(902)에서 압축률은 높은 그리고 낮은 압력 조절점들의 각각에 대해 측정된다. 압축률은, AGA 리포트 넘버 8에서 개시된 3가지 방법들(AGA 그로스(gross) 방법 1, 방법 2, 또는 상세 방법), 압축률 조사 테이블, 압축률 상태 방정식(compressibility equation of state), 또는 이와 유사한 것 중 하나를 이용하여 측정되어야만 한다. 단계(904)에서, 높은 그리고 낮은 압력 조정점들에 대한 평균 몰질량이 측정되었다. 방정식 (1)을 몰질량에 대해 풀도록 다시 적으면 다음과 같다:
Figure 112009056946564-PAT00008
여기서 M은 압력의 몰질량이고, P는 낮은 그리고 높은 압력 조정점들에서 측정된 압력이며, Z는 단계(902)에서 측정된 압축률이고, T는 높은 그리고 낮은 조정점들에서 측정된 온도이며, ρ는 높은 그리고 낮은 압력 조정점들에서 측정된 밀도이고, R은 상수이다. 높은 압력 조정점에 대한 몰질량은 낮은 압력 조정점의 몰질량과 평균 내어지고 이에 의해 평균 몰질량이 나온다. 단계(906)에서, 현재 압력(P)은 방정식 (5)를 이용하여 측정되고 "마지막 압력 평가값"으로서 저장된다. 단계(908)에서, 압축률(z)에 대한 새로운 값이 "마지막 압력 평가값", 현재 온도, 물질의 평균 몰질량, 및 현재 밀도를 이용하여 측정된다. 단계(910)에서, 단계(908)에서 측정된 압축률, 단계(904)에서 측정된 평균 몰질량, 현재 밀도 및 현재 온도를 이용하여, "새로운 압력 평가값"이 방정식 (3)으로 계산된다. 단계(912)에서 "새로운 압력 평가값"은 이하의 방정식을 이용하여 평가된다.
절대값 ("새로운 압력 평가값" - "마지막 압력 평가값") <= 1
이 방정식이 정확할 때, "새로운 압력 평가값"은 현재 압력으로서 설정된다. 이 방정식이 부정확할 때, "새로운 압력 평가값"은 "마지막 압력 평가값"으로서 저장되고 흐름은 단계(906)로 되돌아간다. 이러한 반복적 방법을 이용하여, 유동하는 물질에서 온도의 변화의 효과는, 높은 그리고 낮은 압력 조정점들을 이용하여 압력을 측정할 때 고려될 수 있다.
도 1은 다수의 서로 다른 기체에 대해 일정한 70℉에서 14psia 내지 1464psia에서 변하는 압력에 대한 기체 압축률의 테이블이다.
도 2는 도 1의 테이블로부터의 정보를 도시하는 그래프이다.
도 3은 14psia 내지 1464psia의 압력 범위에 걸친 걸프 코스트(Gulf coast) 기체 조성물의 실제 압축률 및 이론적인 선형 압축률에 대한 압축률 및 압력 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 14psia 내지 1464psia의 압력 범위에 걸친 다수의 다른 기체의 실제 압축률 및 이론적인 선형 압축률 사이의 최대차를 도시하는 테이블이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에서 코리올리 유량계의 블록도이다.
도 6은 본 발명이 예시적 실시예에서 유량 밀도로부터 유량 압력을 반복하여 측정하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 예시적 실시예에서 두 압력 지점 사이의 유량계의 눈금을 조정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 314psia 내지 1014psia 사이의 에코피쉬(Ekofish)에 대한 밀도/압력 관계를 도시하는 차트이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에서 높은 압력 조정점 및 낮은 압력 조정점을 이용하여, 온도에 순응되도록 현재 유량 압력을 측정하기 위한 흐름 차트이다.

Claims (9)

  1. 코리올리 유량계를 통해 유동하는 기체 물질의 밀도를 측정하는 단계(602); 및
    상기 측정된 밀도로부터 상기 유동하는 기체 물질의 압력을 계산하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    (a) 방정식
    Figure 112009056946564-PAT00009
    에서 압축률(z)의 값을 1로 설정하고 압력(P) 값을 계산하는 단계(604)(여기서 T는 온도, M은 상기 코리올리 유량계를 유동하는 기체 물질의 몰질량(molar weight), ρ는 밀도, 및 R은 상수);
    (b) 상기 압축률(z)에 대한 더욱 정확한 값을 계산하기 위해 상기 계산된 압력(P) 값을 이용하는 단계(606);
    (c) 상기 압력(P) 값을 재계산하기 위해 상기 압축률(z)에 대한 새로운 더욱 정확한 값을 이용하는 단계(608); 및
    (d) 새로운 압력 평가값과 마지막 압력 평가값의 차이가 예정된 한계 내로 수렴할 때까지 단계 (b) 및 (c)를 반복하는 단계를 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축률이 미국 가스 협회(AGA) 리포트 넘버 8의 정보를 이용하여 계산되는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    사용자는 상기 유량계를 통해 유동하는 기체 물질의 몰질량(M)을 입력하게 되는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자는 상기 기체의 유형을 입력하게 되고, 상기 코리올리 유량계는 상기 기체의 유형으로부터 상기 유량계를 유동하는 기체 물질의 몰질량(M)을 계산하는, 방법.
  5. 제 1 항의 방법을 실행하도록 배치된 코리올리 유량계로서,
    유동 기체 물질을 함유하도록 배치된 도관(502);
    상기 도관을 진동시키도록 배치된 하나 이상의 구동기(504);
    상기 진동하는 도관의 움직임을 측정하기 위해 배치된 제 1 및 제 2 센서(506);
    상기 진동하는 도관의 움직임에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 밀도를 측정하도록 배치되고, (a)-(d) 단계를 실행함에 의해 상기 측정된 밀도에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 압력을 계산하도록 배치된 프로세서(508)를 포함하는,
    코리올리 유량계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정된 유량 압력을 외부 기구와 소통시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. (a) 낮은 압력점에서 유동 기체 물질에 대한 코리올리 유량계의 밀도 대 압력 관계를 조정하는(calibrating) 단계;
    (b) 높은 압력점에서 상기 유동 기체 물질에 대한 상기 코리올리 유량계의 밀도 대 압력 관계를 조정하는 단계;
    (c) 상기 유동 기체 물질에 대한 두 조정된 관계들을 저장하는 단계; 및
    (d) 두 개의 저장된 조정 관계 및 측정된 현재 밀도에 기초하여 상기 유동 기체 물질에 대한 현재 압력을 계산하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    (e) 높은 그리고 낮은 압력점들에 대해 압축률(Z)을 계산하는 단계(902);
    (f) 평균 몰질량(M)을 계산하는 단계로서, 평균 몰질량(M)은 높은 압력 조정점의 몰질량과 낮은 압력 조정점의 몰질량의 평균을 포함하는, 평균 몰질량(M)을 계산하는 단계;
    (g) 방정식
    Figure 112009056946564-PAT00010
    을 이용하여 "마지막 압력 평가값(P)"을 계산하는 단계(여기서 T는 온도, M은 상기 코리올리 유량계를 유동하는 유동 기체 물질의 평균 몰질량, ρ는 밀도, 및 R은 상수);
    (h) 상기 "마지막 압력 평가값(P)"을 이용하여 새로운 압축률(Z)을 계산하는 단계;
    (i) "새로운 압력 평가값"을 계산하는 단계(910);
    (j) 상기 "새로운 압력 평가값"과 "마지막 압력 평가값(P)"의 차이가 예정된 한계 내로 수렴할 때까지 (g)-(i) 단계를 반복하는 단계를 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 7 항의 방법을 실행하도록 배치된 코리올리 유량계로서,
    상기 유동 기체 물질을 함유하도록 배치된 도관(502);
    상기 도관을 진동시키도록 배치된 하나 이상의 구동기(504);
    상기 진동하는 도관의 움직임을 측정하도록 배치된 제 1 및 제 2 센서(506); 및
    상기 진동하는 도관의 움직임에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 밀도를 측정하도록 배치되고, (a)-(j)의 단계를 실행함에 의해 상기 측정된 밀도에 기초하여 상기 유동 기체 물질의 압력을 계산하도록 배치된, 프로세서(508)를 포함하는,
    코리올리 유량계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    서로 다른 두 압력점에서 상기 유동 기체 물질에 대한 압력 대 밀도 관계를 함유하는 저장 구역을 포함하고,
    상기 유동 기체 물질의 압력이 상기 두 압력점에서의 압력 대 밀도 관계 및 상기 유동 기체 물질의 밀도를 이용하여 계산되는,
    코리올리 유량계.
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