LV14417B - Metode un ierīce virpuļplūsmas caurplūduma mērītāju vibrostabilitātes palielināšanai - Google Patents

Description

Izgudrojuma apraksts

Izgudrojums attiecas uz šķidro, gāzveida un daudzfazu vielu patēriņa mērīšanas nozari.

Zināmā tehnikas līmeņa un informācijas analīze

Ir zināmas dažādas metodes cīņai ar traucējumiem virpuļu patēriņmēritāju signālā. Ir zināmas iekārtas [1, 2], kuras satur vadāmus analogos filtrus, filtru pārslēgšanas iekārtu un līmeņa diskriminātorus (Šmita trigeris).

Ir zināma iekārta [3], kura satur adaptīvo filtru ar aprēķināmiem koeficientiem, kuri zināmā mērā ir atkarīgi no ieejas signāla.

Ir zināma iekārta [4], kura satur devēja signāla spektra aprēķinātāju. Pēc spektrā atrastā maksimuma pieregulē caurlaidošā filtra joslas parametrus, kurai pjezoelektriskā devēja signāls iet cauri.

Visu iepriekš pieminēto metožu un iekārtu trūkums ir tas, ka tās principā nevar nofiltrēt vibrāciju izraisīto signālu no lietderīgā devēja signāla, ja vibrāciju frekvences diapazons atrodas virpuļveidošanās frekvenču diapazonā un to amplitūdas ir salīdzināmas.

Visu virpuļu patēriņmēritāju darbības princips balstās uz frekvences (vai virpuļu skaita) mērīšanu, kas veidojas pēc plūsmā ievietota šķēršļa. Ir zināms, ka izejas signāls devējam, kurš mēra spiediena pulsācijas pēc aptvertā ķermeņa, ir proporcionālas plūsmas ātruma kvadrātam. Tātad pie maksimālā un minimālā patēriņu attiecības 100:1 izejas signāls mainīsies 10000 reizes. Tāpēc pie maziem patēriņiem devēja signāls kļūst ļoti vājš un to iespaido ārējās iedarbības, piemēram, vibrācijas. Rūpnieciskie cauruļvadi bieži vibrē 10-200 Hz diapazonā ar paātrinājumu līdz 1 līdz 2 g. Pētījumi pierāda, ka šādas vibrācijas traucē devēja darbību, radot parazītisku signālu, kas ir ekvivalents pēc lieluma patēriņam un sastāda apmēram 5-10% no maksimālā. Tas nozīmē, ka faktiskais mērījumu diapazons reālā cauruļvadā samazinās vairākas reizes salīdzinājumā ar to, ko patēriņmēritāji uzrāda caurpūtes stendos.

Izgudrojuma mērķis un būtība

Izgudrojuma tehniskais uzdevums ir palielināt virpuļpatēriņmēritāju noturību pret vibrāciju un rezultātā paplašināt mērījumu diapazonu mazo patēriņu virzienā, izmantojot cauruļvada vibrāciju paātrinājuma devēju un adaptīvo filtru, kas atdala no virpuļu signāla devēja vibrācijas radīto parazītisko komponenti.

Piedāvātās iekārtas blokshēma ir parādīta zīm.l. No aptecētā ķermeņa virpuļpatēriņmērītāja signālu izstrādā virpuļu devējs, signālu par kaitīgo vibrāciju izdala vibrācijas devējs (akselerometrs). Tiek pieņemts, ka šie signāli nav saistīti. Abu devēju analogos signālus pārveido ciparu veidā ar analogu-ciparu pārveidotājiem. Adaptīvais filtrs sastāv no ciparu filtru bloka ar regulējamiem koeficientiem un adaptīvā algoritma, kas regulē un maina filtra koeficientus. Uz filtru vienlaicīgi tiek padoti signāli y(k) un x(k). Signāls y(k) satur derīgo signālu s(k) un parazītisko signālu g(k), ko izraisa cauruļvada vibrācijas (troksnis). Iekārtas darbībai ir svarīgi, lai signāls x(k), kurš tiek izmantots aprēķinu signāla g(k) formēšanai, ir atbilstošs ar g(k). Šis nosacījums ir izpildīts, ja akselerometrs ir mehāniski saistīts ar cauruļvadu, kurā ir uzstādīts virpuļu devējs.

Galvenais adaptīvā filtra uzdevums ir iegūt optimālu trokšņu novērtējumu piesārņotajā signālā un dot optimālu lietderīgā signāla novērtējumu. Šim nolūkam starpību (zīm.l) padod atgriezeniskās saites ķēdē un no šī signāla un adaptīvā algoritma regulē ciparu filtra koeficientus, lai samazinātu trokšņus signālā s^. Par adaptīvo algoritmu var izmantot kādu no plaši zināmajiem algoritmiem, piemēram, vismazāko kvadrātu shēmu, rekursīvo vismazāko kvadrātu shēmu vai Vidrova-Hopfa [5, 6] vismazāko kvadrātu algoritmu.

Ieteicamie iekārtas realizācijas varianti

Iespējamais iekārtas izpildījuma variants sastāv no pjezoelektriskā devēja, kas reģistrē virpuļus aiz aptecētā ķermeņa plūsmā, un vibrāciju paātrinājuma devēja, kas ir mehāniski saistīts ar cauruļvadu. Akselerometrs var būt uzstādīts elektronikas blokā, ja pēdējais ir mehāniski saistīs ar virpuļu devēju, piemēram, ir mehāniski nostiprināts ar kronšteinu uz cauruļvada. Akselerometram ir jāpārveido elektriskā signālā tas paātrinājums vektora komponents, kurš darbojas virpuļu devēja virzienā Analoga-ciparu pārveidotāji tiek skenēti ar frekvenci, kas ir vismaz divas reizes lielāka par maksimālo virpuļu veidošanās frekvenci. Pārveidotie rezultāti tiek padoti uz ciparu signālu apstrādes procesoru (CSA, DSP). Par filtru izmanto ciparu filtru ar galīgu impulsu raksturlīkni (GIR), tomēr var tikt izmantotas ari citas struktūras. Gadījumā ar GIR-filtru kā adaptīvais tiek izmantots Vidrova-Hopfa vismazāko kvadrātu algoritms, kas sastāv no sekojošiem soļiem:

1. piešķir visiem koeficientiem hk, k=0, 1,..., N-l (N ir GIR-filtra garums) sākotnējās nulles vērtības, bet katrā nākošajā izvēles momentā i=l, 2,... izpilda soļus no 2. līdz 5. solim;

2. iegūst kārtējo izvēli signāliem Xk un yk;

3. aprēķina filtra izejas signālu:

Λ'-l =Σ^ν)·ν,;

/=0

4. aprēķina kļūdas novērtējumu h=y_k

5. atjauno filtra koeficientu komplektu hk, pie kam = ΑϋΟ + μ·4-*Α·-/·

Reizinot ar δ (0<δ<1), tiek kompensēta koeficientu dreifešana, kuras iemesls ir ierobežotais aprēķinu apjoms. Koeficientu μ nosaka algoritma saderības ātrums un stabilitāte. Abi šie parametri ir atkarīgi no devēju parametriem, procesora jaudas un tāpēc tiek piemeklēti eksperimentāli.

Informācijas avoti:

1. Patents US5,309,771, kas izdots 10.05.1994;

2. Patents US 5,372,046, kas izdotsl3.12.1994;

3. Patents ASV 5,576,497, kas izdots 19.11.1996;

4. Patents US 6,480,812B1, kas izdotsl2.11.2002;

5. AflanTHBHbie φκπΒτρΒΐ /ποη ρεμ. K.O.H.KoyaHa n n.MTpaHTa/; M., Mnp, 1988, 392 ετρ.;

6. ΑηφΗηβρ 3., RpKepBi-īc Ε. Ι1κφροΒΜ o6pa6oTKa cnmajiOB. npaKTimecKHŽ ηοηχομ. M., BnjīBaMc, 2004, 992 οτρ.

Claims (2)

1. Pretenzijas

   1. Iekārta virpuļplūsmas caurplūduma mērītāja, kas aprīkots ar adaptīvo filtru, vibrāciju izturības palielināšanai, kas atšķiras ar to, ka tā satur vibrāciju paātrinājuma devēju, kas ir mehāniski saistīts ar virpuļu veidošanās devēju, pie kam signāli no abiem devējiem tiek padoti uz digitālā adaptīvā filtra ieeju, kura adaptīvais algoritms ir izveidots tāds, lai maksimizētu lietderīgā signāla attiecību pret traucējošo signālu, kuru rada vibrācijas.
2. 2. Metode virpuļplūsmas caurplūduma mērītāju vibrāciju izturības palielināšanai, kas atšķiras ar to, ka vibrāciju izraisītā traucējošā signāla vājināšanai izmanto iekārtu saskaņā ar 1. pretenziju.