- •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
-
– Конструкция измерительных трубок расходомера
Функциональная схема кориолисового расходомера представлена на рисунке Рисунок 1.2.1.1.2.
-
– Функциональная схема кориолисового расходомера
Рассмотрим процесс измерения расхода в кориолисовом расходомере в соответствии с функциональной схемой на рисунке Рисунок 1.2.1.1.2. Измеряемый поток с параметрами – массовый расход и – плотность проходит через измерительные трубки расходомера. Система возбуждения колебаний с помощью электрического сигнала возбуждения (параметры сигнала: – амплитуда напряжения возбуждающего сигнала, – амплитуда тока возбуждающего сигнала, – частота возбуждающего сигнала), прикладываемого к драйверу, возбуждает механические колебания измерительных трубок расходомера на определенной частоте (обычно, собственная частота трубок [CCl]). Кориолисова сила, которая возникает при движении потока массы через колебательно движущиеся измерительные трубки, вызывает закручивание измерительных трубок на угол (механизм действия кориолисовой силы более подробно рассмотрен ниже). Плотность проходящего через трубки потока влияет на частоту колебаний трубок . Сенсоры расходомера, расположенные в различных местах измерительной трубки, генерируют измерительные сигналы (количество сигналов равно количеству сенсоров). Блок первичной обработки сигналов осуществляет оценку параметров измерительных сигналов расходомера (типовые параметры измерительных сигналов: – частота, – амплитуда, – разность фаз между парой соответствующих сигналов). Блок вторичной обработки сигналов на основании оценок параметров измерительных сигналов рассчитывает измеренное значение расхода и плотности. Система возбуждения колебаний использует оценки параметров измерительных сигналов в качестве сигнала обратной связи для коррекции параметров сигнала возбуждения.
Для понимания процесса формирования измерительных сигналов в кориолисовом расходомере рассмотрим механизм формирования кориолисовой силы. Как было отмечено выше, система возбуждения вызывает механические колебания измерительных трубок расходомера, форма колебаний одной из этих трубок показана на рисунке Рисунок 1.2.1.1.3. Вторая измерительная трубка совершает аналогичные колебания, но в противоположную сторону.
-
– Колебания измерительной трубки в кориолисовом расходомере
Здесь – угловая скорость колебаний, – расстояние от сторон U-образной трубки до оси Х.
Кориолисова сила возникает при движении материальной точки (элемента массы потока) относительно вращающейся системы отсчета (измерительной трубки расходомера) [Сив]. Иллюстрация возникновения кориолисовой силы представлена на рисунке Рисунок 1.2.1.1.4.
-
– Направление силы кориолиса в трубке
Здесь – масса на единицу длины элемента потока в трубке, – угловая скорость колебаний, – скорость элемента потока в трубке, – сила Кориолиса, – изгибающий момент, обусловленный силой Кориолиса
Сила Кориолиса , которая действует на элемент потока в трубке, определяется соотношением.
|
|
(1) |
Пара кориолисовых сил создает элементарный момент, определяемый как:
|
(2) |
учитывая размерности и , получим
|
(3) |
где – элементарный массовый расход.
Полный момент, вызываемый кориолисовой силой по всей длине трубки, может быть найден как интегральной суммой элементарных моментов
|
(4) |
где – массовый расход через измерительную трубку.
Возникающий крутящий момент приводит к изгибу измерительной трубки, как это показано на рисунке Рисунок 1.2.1.1.5, где – угол изгиба трубки.