CN211291500U

CN211291500U - 一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统

Info

Publication number: CN211291500U
Application number: CN201921922450.0U
Authority: CN
Inventors: 王传义; 李华荣
Original assignee: Shanghai Langhan Mechanical And Electrical Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Langhan Mechanical And Electrical Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2029-11-08

Abstract

本实用新型公开的属于流体的流量、流速在线检测技术领域，具体为一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，包括采集端和可编程控制器PLC，该流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统还包括输入控制端、公用存储单元和显示器；所述采集端的输出端通过数据线与可编程控制器PLC的输入端连接，所述可编程控制器PLC的输入接口与输入控制端的输出接口连接，通过实时的动态测量，能够及时的获得数据信息；每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速，还避免了占用大量存储空间，另外采样的时间间隔也要合理设置，既尽可能合理的短；测量较为准确，效率高。

Description

一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统

技术领域

本实用新型涉及流体的流量、流速在线检测技术领域，具体为一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统。

背景技术

对于流体动态流动过程的高精度流量和流速的检测是比较困难的，基本上有方法1、人工通过天平称重来测量。方法2、采用自动化设备的监控数据或带工控的仪器仪表。而自动化设备或仪器仪表的检测技术是采用容积式等形式的容积式传感器，对应一定的容积生成并发出对应的脉冲信号，采集系统则负责采集脉冲信号并计数，然后由系统根据一定的规则进行计算得出基于采样时间的流量

当前广泛使用的流体流量的检测仪器或系统的运作模式均为：传感器发出模拟信号(脉冲)、检测系统以一定时间间隔读取脉冲，然后根据每个脉冲的具体当量K计算得出流量。而对于波动的流量则无法及时并准确地反应出实时的流量及流量的变化，现有技术通过采用增加采集次数来计算实时流量数据，但因为计量的零点无法实时改变，因此数值的实时有效性、准确性还是无法保证。针对这种情况以及目前对于实时流量越来越高的计量要求，我们开发了本技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，以解决上述背景技术中提出的对于波动的流量则无法及时并准确地反应出实时的流量及流量的变化，现有技术通过采用增加采集次数来计算实时流量数据，但因为计量的零点无法实时改变，因此数值的实时有效性、准确性还是无法保证的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，包括采集端和可编程控制器PLC，该流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统还包括输入控制端、公用存储单元和显示器；

所述采集端的输出端通过数据线与可编程控制器PLC的输入端连接，所述可编程控制器PLC的输入接口与输入控制端的输出接口连接，所述公用存储单元的存储接口与可编程控制器PLC的存储端连接，所述可编程控制器PLC的输出显示端通过数据线与显示器连接；

所述公用存储单元包括SU1、SU2和SD。

优选的，所述采集端为容积式传感器。

优选的，所述显示器为液晶显示器。

优选的，所述可编程控制器PLC为自带时钟模块或者集成有时钟模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)通过实时的动态测量，能够及时的获得数据信息；

2)每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速，还避免了占用大量存储空间，另外采样的时间间隔也要合理设置，既尽可能合理的短；

3)测量较为准确，效率高。

附图说明

图1为本实用新型的系统逻辑框图；

图2为本实用新型公用存储单元的系统逻辑框图；

图3为本发明系统检测记录图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例：

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，包括采集端和可编程控制器PLC，该流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统还包括输入控制端、公用存储单元和显示器；

采集端为容积式传感器，显示器为液晶显示器，可编程控制器PLC为自带时钟模块或者集成有时钟模块，

所述公用存储单元包括SU1、SU2和SD；

所述可编程控制器PLC编程，定义一个循环执行模块，包含以下操作：

采集指定采集端信号(脉冲数)A(n)；

将采集到数值A(n)存入SU2，并计算SU2-SU1＝SD；

进行实时流量和流速的计算；

将SU2的数值赋给SU1(数据转存)；

等待节拍时间到，进行下一次采集；

每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，得到当时刻的实时流量和流速；

传感器的具体当量k，根据传感器信号A(n)来计算实时流量QR和实时流速FR的公式如下：

QR(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*k；

FR(n+1)＝QR(n+1)/T(n+1)；

随着程序的运行，系统会自动执行采样、零点刷新、计算的过程并循环，先后得到以下结果：

QR(1)＝A(1)-A(0))*k，QR(2)＝(A(2)-A(1))*k，......QR(n+1)＝(A(n+1)-A(N))*k；

FR(1)＝QR(1)/T(1),FR(2)＝QR(2)/T(2),......FR(n+1)＝QR(n+1)/T(n+1)；

T为程序定义的采样时间间隔，采样时间间隔为0.5-3秒。

基本上是方法1、人工通过天平称重来测量，或者是方法2、采用自动化设备的监控数据或带工控的仪器仪表。而自动化设备或仪器仪表的检测技术是采用容积式等形式的容积式传感器，对应一定的容积生成并发出对应的脉冲信号，采集系统则负责采集脉冲信号并计数，然后由系统根据一定的规则进行计算得出基于采样时间的流量，具体如以下：

A(0)为零点传感器数据，随后在系统的控制下采样获得A(1)，A(2)，A(3)，A(4)等，然后通过对应的计算得出对应时刻的流量：Q(1)＝(A(1)-A(0))*K,Q(2)＝(A(2)-A(0))*K,Q(3)＝(A(3)-A(0))*K,Q(4)＝(A(4)-A(0))*K等；K为流量传感器的当量。

恒定流速的情况下：

按照当前的方法2，是n个采样段共用第一个采样段的零点A(0)，从n+1个采样段以后，系统及程序将零点更新为A(n)然后再按照同样的方法得到流量：

Q(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*K,Q(n+2)＝(A(n+2)-A(n))*K,Q(n+3)＝(A(n+3)-A(n))*K,……，既以后采样段的零点均为A(n)或A(n)*K。

假设每次采样的时间间隔T是恒定的，那么如果流体的流速F(n)也是恒定的，那么计算出来的流速：

F(n)＝Q(n+1)/1*T,F(n+1)＝Q(n+2)/2*T,F(n+1)＝Q(n+2)/2*T,……；所以得出的各个时刻的流速也是一样的，对于恒定流速，现有的方法是可以接受的。

然而现实中，流体的流速是实时变化的、动态的，考虑到部件的制造、控制精度以及各种因素的影响下，流体的恒定流速的情形在实际应用中很难发生。所以准确、及时计量动态流体的流动过程是有实际意义和必要性的，而且这些现实存在的波动往往是异常、缺陷所导致，这些波动本身会导致质量的波动，同时长期累积下去将导致设备或系统的严重事故、故障。

动态流速的情况下：

对于被检测的流体过程是动态变化的，我们的方法是通过程序设置多个短时间间隔的采样段，并且在每个采样段中都将该采样段的零点进行刷新，以便获得实时流速FR和流量QR，如下：

QR(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*K,QR(n+2)＝(A(n+2)-A(n+1))*K,QR(n+3)＝(A(n+3)-A(n+2))*K,……；

以及流速：FR(n+1)＝QR(n+1)/T(n+1),FR(n+2)＝QR(n+2)/T(n+2),FR(n+3)＝QR(n+2)/T(n+3),……

假如动态流体过程多次采样后得到：A(0)＝0,A(1)＝0.5,A(2)＝0.5,A(3)＝3.0,A(4)＝6.0,时间间隔T均为1秒，为简化说明传感器的当量也设为1，注意其中A(1)和A(2)段的数值一样，这意味着A(2)这一段实际上没有流量输出。

采用我们的零点逐次刷新而得到的实时流量和流速的数值则分别为：

同样的多次采集数值{间隔1秒}：A(0)*K＝0,A(1)*K＝0.5,A(2)*K＝0.5,A(3)*K＝3.0,A(4)*K＝6.0，

QR(1)＝(A(1)-A(0))*K，QR(2)＝(A(2)-A(1))*K，QR(3)＝(A(3)-A(2))*K，QR(4)＝(A(4)-A(3))*K

QR(1)＝0.5；QR(2)＝0；QR(3)＝2.5；QR(4)＝3.0；FR(1)＝0.5FR(2)＝0；FR(3)＝2.5；FR(4)＝3.0；

这样，通过每次采样段的零点刷新，我们发现了FR(2)＝0这一段，而且流速和流量的波动很大！

然而，当使用现有的方法(既n个采样段共用第一个采样段的零点均为A(0))得到的流量和流速数值分别为：

多次采集得到(间隔1秒)：A(0)*K＝0,A(1)*K＝0.5,A(2)*K＝0.5,A(3)*K＝3.0,A(4)*K＝6.0，则

Q(1)＝0.5；Q(2)＝0.5；Q(3)＝3.0；Q(4)＝6.0；F(1)＝0.5；F(2)＝0.25F(3)＝1.0；F(4)＝1.25；

现有的计量方法，但只1次采集，则得到的流量和流速数值分别为：

Q(1次采集)＝6.0/F(1次采集)＝1.25

结果对比：

所以，现有的计量方法无法准确反应流体动态流动过程中的实时流速和流量，而且当前的计量检测方法还一定程度遮盖、折衷了被测流体过程的动态变化，使得设备和监控无法获知被测流体过程的实际真实情况。

另外，自动化控制甚至闭环控制在实际中已经得到了广泛应用，这些控制机制对于出现的波动会自动进行反向弥补，采用当前的计量和检测方法(零点统一不变)表达出的是系统运行非常稳定，但实际上波动是一直存在而且是交替弥补，这些波动有些波动是在要求范围内，但随着零部件的磨损等因素，总会有波动超出了要求范围，这就造成了运行中的隐患。

借助于可编程控制器PLC及对应的编程，我们在程序设置来实现每个采样时刻的零点刷新，具体如下：

程序设置和定义3个公用存储单元分别为SU1和SU2，SD

程序定义一个循环执行模块，包含以下操作：

-采集指定传感器信号(脉冲数)A(n)；

-将采集到数值A(n)存入SU2，并计算SU2-SU1＝SD；

-进行实时流量和流速的计算；

-将SU2的数值赋给SU1(数据转存)；

-等待节拍时间到；

-进行下一次采集；

这样，每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速，还避免了占用大量存储空间，另外采样的时间间隔也要合理设置，既尽可能合理的短。

传感器的具体当量k，根据传感器信号A(n)来计算实时流量和实时流速的公式如下：

QR(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*k

FR(n+1)＝QR(n+1)/T(n+1)

QR(1)＝(A(1)-A(0))*k，QR(2)＝(A(2)-A(1))*k，......QR(n+1)＝(A(n+1)-A(N))*k；

FR(1)＝QR(1)/T(1),FR(2)＝QR(2)/T(2),......FR(n+1)＝QR(n+1)/T(n+1)

T为程序定义的采样间隔，如果每次都是同样时间间隔，则T(1)＝T(1)＝......＝T(n+1)；

这样，我们就得到了各个定义时刻的实时流量和流速，当然间隔设置越短越精确，但间隔时间需要合理设置，以1-2秒为适宜。作为验证零点刷新的有效性，我们设置了共4段(每段全程10秒)短暂的启动-输出-停止，结果系统全部检测到并显示和记录下来，如图3所示；

采用零点刷新的检测系统获得了15组数据，加权计算后的值为52.23，这个数值与下面人工检测的数值(重量折算体积后)相差只有0.1％。

与之对比，当前方法1、人工称重检测(A密度1.33，B密度1.13)，折算后的数值为52.26；当前方法2、某进口设备获得的监控数据只有1组，数值为52.8，偏差明显而且具体在这个工况下，偏差的性质完全不一样了。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，包括采集端和可编程控制器PLC，其特征在于：该流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统还包括输入控制端、公用存储单元和显示器；

所述公用存储单元包括SU1、SU2和SD。

2.根据权利要求1所述的一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，其特征在于：所述采集端为容积式传感器。

3.根据权利要求1所述的一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，其特征在于：所述显示器为液晶显示器。

4.根据权利要求1所述的一种流体动态流动过程中流量和流速的在线检测系统，其特征在于：所述可编程控制器PLC为自带时钟模块或者集成有时钟模块。