1. – Схема проливочного стенда

Исследования расходомера проводились в его рабочем диапазоне массового расхода при различных значениях объемной доли воздуха в жидкости (gas void fraction, GVF). В таблице Таблица 1.5.2.2 представлены значения массового расхода и GVF, для которых были получены экспериментальные данные.

2. – Параметры эксперимента

Параметр	Значение
Массовый расход, кг/с	0.3; 0.5; 0.6; 0.8
GVF, %	0; 2; 4; 6; 8; 10; 15; 20; 25

Прочие параметры эксперимента: время наблюдения , частота возбуждения трубок расходомера Гц, частота дискретизации АЦП .

По полученным записям экспериментальных данных с измерительных катушек расходомера осуществлялся расчет параметров измерительных сигналов и вычисление расхода. Кроме того, параллельно осуществлялась запись рассчитанных значений параметров сигнала с помощью встроенных алгоритмов цифрового трансмиттера.

Таким образом, для исследования методов оценки расхода доступны следующие данные:

1. сигналы с измерительных катушек расходомера;

2. параметры измерительных сигналов, рассчитанные по алгоритмам используемого цифрового трансмиттера;

3. значения расхода, полученные при помощи алгоритмов цифрового трансмиттера;

4. эталонные значения расхода, GVF, температуры и других величин, задаваемых и контролируемых на испытательном стенде.

6. Выводы

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ И ОЦЕНКИ ИХ ПАРАМЕТРОВ

   1. Постановка задачи

В практических реализациях кориолисовых расходомеров широкое распространение получил метод переходов через ноль (digital zero-crossing method). Метод обеспечивает относительную погрешность оценки расхода 0.1% для однофазного потока обеспечивает []. Кроме того, метод исключительно прост в реализации.

(дополнить)

2. Разработка алгоритма оценки параметров измерительных сигналов в условиях двухфазного потока

В условиях двухфазного потока форма измерительных сигналов расходомера значительно искажается, как показано на рисунке Рисунок 2.2.1.1.1. Искажение формы сигналов приводит к возникновению ложных переходов через ноль.

а) б) в)

1. – Вид измерительных сигналов при высоком gvf

Здесь а) – чистый измерительный сигнал при GVF = 0, б) – зашумленный измерительный сигнал расходомера при GVF = 25%, в) ложные переходы через ноль, возникающие при зашумленном сигнале.

Наличие ложных переходов через ноль создает неоднозначность входных данных для метода и приводит либо к сбою алгоритма, либо к ошибочном расчету параметров сигналов. Рисунок 2.2.1.1.2 иллюстрирует зависимость числа ложных переходов от содержания GVF, полученную для экспериментальных данных (см. раздел 1.5).

2. – Зависимость числа ложных переходов от gvf

Здесь длина экспериментального сигнала 1 с, что соответствует при частоте колебаний трубок 90 Гц примерно 180 переходам через ноль. При этом видим, что с ростом GVF число ложных переходов возрастает. Данный эффект особенно сильно проявляется при значения расхода близком к верхней границе диапазона измерений расходомера.

Для компенсации ложных переходов обычно используют два подхода или их комбинацию:

1. исключение аномальных значений времен переходов через ноль или аномальных значений полученных параметров (например, [zhang et al.]);

2. предварительная фильтрация измерительных сигналов ([], [], []).

Очевидный недостаток первого подхода – потеря информации в результате исключения значений параметров измерительных сигналов с неадекватными значениями. Неадекватность значений вызвана расчетом параметров по ложным переходам через ноль. В результате время ожидания следующего перехода через ноль расчета значения параметра приводи к возрастанию задержки между получением измерительных сигналов и оценкой их параметров. С учетом того, что оценка значений частоты обычно используется в качестве сигнала обратной связи для управления расходомером, отсутствие актуального значения частоты приводит к срыву резонансной частоты колебаний трубок расходомера. Также большое количество последовательно возникающих ложных переходов через ноль приводит к сбою алгоритма оценки параметров и нарушению работы расходомера в целом.

Очевидный недостаток второго метода – внесение дополнительной задержки при оценке параметров измерительных сигналов. Использование фильтра позволяет подавить шумовые компоненты и предотвратить возникновение ложных переходов через ноль. Однако, оценка параметров происходит с задержкой, которая обусловлена постоянной времени фильтра. Поэтому, при быстро меняющихся измерительных сигналах в условиях двухфазного потока также возникает срыв резонансной частоты колебаний трубок расходомера.

Кроме описанных недостатков, метод переходов через ноль не позволяет напрямую оценивать амплитуду измерительных сигналов. Поэтому в [], например, для оценки амплитуды использовали преобразование Фурье.

Вопрос о выборе типа фильтра ранее подробно не исследовался. Например, в [] использовался эллиптический БИХ фильтр, в работах [] и [] о применении фильтра, но его тип не обозначается.

Для решения описанных проблем была разработана модификация метода переходов через ноль, которая обладает следующими свойствами:

1. обеспечивает устойчивость метода переходов через ноль при большом числе ложных переходов;

2. позволяет выявлять ложные переходы через ноль, фильтровать их и осуществлять оценку параметров измерительных сигналов на основании правильных переходов через ноль;

3. позволяет оценивать амплитуду измерительных сигналов.

Описание разработанной модификации переходов через ноль и алгоритмическая реализация представлены в разделе Error: Reference source not found.

Кроме того, был рассмотрен вопрос применения предварительного фильтра, осуществлен подбор фильтра и оценка качества определения параметров модельного сигнала при разных типах фильтров. Результаты представлены в разделе .

Модификация алгоритма переходов через ноль состоит из нескольких последовательных шагов:

1) определение отсчетов сигналов, которые формируют переход через ноль;

2) восстановление точки перехода через ноль;

3) при наличии ложных переходов через ноль – фильтрация ложных переходов;

4) расчет параметров измерительных сигналов.

Рассмотрим особенности реализации алгоритма на каждом его шаге.

Измерительные сигналы представлены в виде дискретных отсчетов АЦП и ситуация, когда отсчет АЦП точно попадает на переход через ноль встречается редко. Поэтому возникает задача восстановления точного значения времени перехода через ноль по дискретным отсчетам. На рисунке Рисунок 2.2.1.1.3 показано расположение и порядок индексации точек дискретных измерительных сигналов, где – последовательные отсчеты левого и правого измерительных сигналов соответственно.