- •Оглавление
- •Введение
- •Анализ уровня техники кориолисовых расходомеров
- •Постановка задачи
- •Принцип действия кориолисового раходомера
- •– Конструкция измерительных трубок расходомера
- •– Функциональная схема кориолисового расходомера
- •– Колебания измерительной трубки в кориолисовом расходомере
- •– Направление силы кориолиса в трубке
- •– Изгиб трубки под действием силы Кориолиса
- •– Связь угла закручивания с временной задержкой
- •Измерение расхода при двухфазном потоке
- •– Рост погрешности измерения расхода при увеличении содержания воздуха для малых и средних массовых расходов
- •– Рост погрешности измерения расхода при увеличении содержания воздуха для больших массовых расходов
- •– Эффект «расщепления фаз» и смещения центра масс
- •Обработка измерительных сигналов в кориолисовом расходомере
- •Исходные данные для исследования
- •Модель сигналов кориолисова расходомера
- •– Вид модельных сигналов с измерительных катушек
- •– Изменение параметров модельных сигналов с течением времени
- •Описание эксперимента по проливке кориолисова расходомера
- •– Схема проливочного стенда
- •– Вид измерительных сигналов при высоком gvf
- •– Зависимость числа ложных переходов от gvf
- •– Восстановление точного значения времени перехода через ноль
- •– Ложные переходы в левом измерительном сигнале
- •– Анализ расположения ложных переходов в измерительных сигналах
- •– Блок-схема модифицированного алгоритма переходов через ноль
- •Разработка предварительного фильтра
- •Общие сведения о цифровых фильтрах
- •Формирование требований к фильтру
- •– Пример задания требований к частотной характеристике а) для фнч; б) для пф
- •– Спектры измерительных сигналов расходомера а) – спектры сигналов при расходе 0,3 кг/с, б) при расходе 0,8 кг/с.
- •– Изменение частоты колебаний трубок для расхода 0,8 кг/с
- •Сглаживающие фильтры:
- •Некаузальные фильтры:
- •Каузальные фильтры
- •– Частотная характеристика оптимального ких-фильтра нижних частот
- •– Подбор параметров оптимального ких-фильтра с линейной фазой
- •– Сравнение частотных характеристик ких-фильтров с различными параметрами
- •– Импульсная характеристика и диаграмма нулей/полюсов для оптимального линейно-фазового ких-фильтра
- •– Подбор параметров минимально-фазового ких-фильтра
- •– Сравнение частотных характеристик минимально-фазовых ких-фильтров
- •– Диаграмма для оценки порядка эллиптического фильтра
- •– Подбор параметров эллиптического бих-фильтра
- •– Сравнение частотных характеристик бих-фильтров
- •Сглаживающие фильтры
- •– Сравнение внешнего вида сигналов на выходе различных типов фильтров
- •– Типовая схема средства измерений
- •– Деформация функции измерения расходомера с ростом gvf
- •Разработка параметрической модели для расчета расхода в условиях двухфазного потока
- •– Зависимость
- •– Зависимость
- •– Зависимость
- •Проверка модели для расчета расхода на реальном сигнале
- •– Погрешность расчета по базовой линейной модели (модель 0)
- •– Погрешность расчета по линейной модели с зависимыми от gvf коэффициентами (модель 1)
- •– Погрешность расчета расхода по линейным моделям с коррекцией
- •– Погрешность расчета расхода по квадратичным моделям с коррекцией
- •Заключение библиографический список
-
– Сравнение внешнего вида сигналов на выходе различных типов фильтров
-
Выводы
-
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ РАСХОДА
-
Постановка задачи
-
Любое средство измерения должно обеспечивать детерминированное соотношение между измеряемой (входной) и выходной величиной. Это соотношение, называется функцией измерения или градуировочной характеристикой (ГХ) [].
Основная причина роста погрешности измерения расхода кориолисовым расходомером при двухфазном потоке – неконтролируемая деформация функции измерений расходомера, возникающая вследствие изменений параметров колебательной системы «расходомер-среда».
В средстве измерений можно выделить чувствительный элемент (сенсор) и измерительный преобразователь, как показано на рисунке Рисунок 3.1.1.1.1.
-
– Типовая схема средства измерений
Сенсор осуществляет непосредственное восприятие измеряемой величины и формирует функционально связанный выходной сигнал:
|
(12) |
где – входная величина сенсора (массовый расход);
– выходная величина сенсора (параметры сигналов с измерительных катушек).
Измерительный преобразователь преобразует сигнал сенсора в оценку измеряемой величины известным образом:
|
(13) |
где – входная величина измерительного преобразователя (выходная величина сенсора);
– выходная величина измерительного преобразователя (оценка массового расхода).
Функции (12) и (13) определяют ГХ сенсора и измерительного преобразователя соответственно. Из условия малой погрешности измерения входной величины определяется требование к ГХ измерительного преобразователя
|
(14) |
Таким образом, задача построения ГХ для измерительного преобразователя сводится к отысканию функции вида (14).
В случае однофазного потока ГХ измерительного преобразователя имеет вид:
|
(15) |
где – разность фаз сигналов с измерительных катушек расходомера;
– оценка массового расхода;
– коэффициенты ГХ.
Как показано в [12] ГХ вида (4) обеспечивает относительную погрешность оценки массового расхода в пределах 0.1%. Однако, как было отмечено выше, в случае двухфазного потока наблюдается недопустимый рост погрешности оценки расхода.
Причина увеличения погрешности оценки расхода в условиях двухфазного потока обусловлена неконтролируемым изменением ГХ сенсора кориолисова расходомера:
|
(16) |
где – вектор возмущающих параметров среды (– плотность, – температура, – вязкость измеряемой среды и другие). Изменение значений вектора возмущающих параметров в случае двухфазного потока приводит к деформации ГХ сенсора и ГХ измерительного преобразователя (15) перестает удовлетворять условию малой погрешности. Иллюстрация изменения функции измерений представлена на рисунке Рисунок 3.1.1.1.2.
-
– Деформация функции измерения расходомера с ростом gvf
Контроль параметров колебательной системы «расходомер-среда» дает принципиальную возможность компенсации возникающей погрешности. Как было показано выше, существуют различные подходы к решению данной задачи. Однако, при этом, возможность использования статистических параметров первичных сигналов для коррекции функции измерений расходомера осталась вне рамок рассмотрения. В следующем параграфе рассмотрена постановка задачи к разработке параметрической модели расчета расхода с использованием статистических параметров измерительных сигналов.