автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Оптимизация микропроцессорных меточных термоконвективных систем измерения расхода веществ

РГ6 од

1 3

На правах рукописи

ЛШИЕНКО Андрей Анатольевич

оптимизация шсропроцессорньк неточных " термоконвекгившх систези измерения расхода веществ

Специальность 05.11.13 -Приборы и методы контроля

природной среда, веществ, материалов и иг аелнй.

Авто7'еф0раг диссертации на соискаш ) ученой отэпени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа ршолнеыа в Санкт-Петербургского Государственном Технологическом институте (техническом университете).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор СОКОЛОВ

- " Геннадий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЖЕРНОВОЙ

Александр Иванович

кандидат технических наук, "старший

научный сотрудник,- - КИРИЛЛОВ

Сергей Евгеньевич

Ведущее предприятие - СКВ "Нефтехимавтоматика" (Санкт-Петербург)

З.-.цита состоится "26" июня 1995 года

в 12_ч.£ХЭ- мин. в вуд._на заседании Диссертационного

Совета Д 063.25.11 в Саькт-Пэтербургском Государственном Технологическом институте (техническом университете) (198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26).

С диссертацией можно ознакомиться .в библитехе СПГТИ(ТУ).

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные гербовой печатью учерекдеяия, просим направлять, по адресу Диссертационного Совета.

Автореферат разослан мая 1995 г.

Ученннй секретарь Диссертационнр**? д

Совета, канд.тэхн.наук /Лг'' Хэлимон В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Совершенствование систем управ--лення процессами химической технологии неразрывно связано о развитием известных и разработкой новых методов и средств получения первичной информации о технолг-тачвскмх параметрах, характеризующих состояние процесса. Постоянно повышаются требования к качеству измерительных устройств. Особенно ото относится к техническим сходствам получения первичной информации, в том числе и к расходомерам вещесть, функционирующим в различного рода сложных условиях эксплуатации и являющимися неотъемлемой частью системы управления процессом

В настоящее время наблюдаются следующие основные направления развития расходомврной аппаратуры:

- совершенствование схем, конструкций и технологий изготовления основных видов применяьмых расходомеров. При втом приоритетное пртшенениэ получают неконтактные расходомеры, первичные измерительные преобразователи (ПИП) которых отпадают высокой эксплуатационной надьлюотью. Ос^ю стоит воп-¿ос о разработке неконтактных средств измерения расхода для агрессивных и токсичных сред и сред с измен* щимися свойствами (концентрацией);

- широкое применение микропроцессорных устройств обработки выхс даых сигналов ПИП расходомеров, позволяющих стандартизировать их технические показатели и существенно уменьшить основные составляющие погрешностей еторитмиче .кими методами (автоматической линеаризацией, калибровкой, статистической обработкой и т.п.). Гэсходомеры, использующие 1 икро-процессорнне устройства обработки выходных сигналов ПШ1 называют интеллектуальными.

По этим двум ос 'овным направлениям и развиваются неконтактные тепловые методы и системы измерения расходов веществ, в частности меточные тепловые метода. Из меточных неконтактных тепловых систем измерения расходов веществ наиболее детально изучены, систематизированы и обобщены принципы построения меточных преобразователей о излучателями (ОВЧ, ВЧ и ИК диапазонов). Однако по степени эксплуатационной наден-

ности и простоте конструктивного исполнения они существенно уступают термоконвективным маточным средствам измерения расхода ьеществ (жидкостей). Применительно к последним, известны исследования, направленные на решение конкретных, хотя и весьма сложных задач измерения расхода. При этом, в теоретическом плане разрабатывались отдельные аспекты, в основном, параметрического синтеза ПИП и не рассматривались другие, не менее важные, вопросы структурной и алгоритмической оптимизации, которые, р учетом применения микропроцессорных блоков или микроэвм в составе расходомеров, могут способствовать как существенному повышении метрологических показателей в целом, так и расширению областей их практического применения.

Именно исследование-и использование различных направлений оптимизации в комплексе является весьма актуальным и может обеспечить наибольший эффект при создании расходомера для решения конкретной задачи измерения и при разработке расходомеров данного класса, обладающих оптимальными техническими характеристиками. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с гос./бНИР "Разработка методологических основ и создания многофункциональных технических средств автоматизации, алгоритмического обеспечения и диагностики распределенных АСУТП й ГАЛС" (рег.й 01910048387)1

Цель и задачи исследования. Диссертационная работа посвящена разработке принципов оптимизации меточных термокон-воктибных расходомеров <МТР)„ использующих в _ своем составе микропроцессорные устройства, в соответствии со сформулированными комплексными требованиями,применительно к конкретной специфической задаче измерения иди широкому кругу типовых задач. Реализация целей исследований связана с рвавшем следующих задач:

- на основании сформулированных тенденций развития рас-ходомеркых устройств и современного состояния МТР обобщить и сформулировать основные принципы оптимизации указанных расходомеров, направленные на повышение качества измерений;

- провести экспериментальные исследования структур МТР и оценить приоритетность их применения с позиций сфэрмулиро-

ванных задач измерения;

- теоретически и экспериментально проанализировать эффективность алгоритмических и параметрических методов оптимизации МТР;

- на основе разработанных принципов и мет дик оптимизации МТР реализовать расходомер для конкретной задачи измерения, провести анализ источников сс лавляющих погрешности измерения, а также оценить погрешность расходомера в целом.

Методы исслэдс ¡аний. В работе испольг ->вались теоретические и экспериментальные, методы исследований с применением аппарата теории вероятностей, математической статиотики, погрешностей, а также теории теплопроводности и теории тепловых волн.

Научная новизна выполненной работы заключается в том,

что:

- на основании анализе и обобщения исследований других авторов и полученных наш результатов впервые предложена

систематизация принципов оптимизации МТР, которые охватывают методы структурной, параметрической й алгоритмической оптимизации;

- проведены исследования структурной организации ПИП и измерительных схем OTP, которые показали существенные прей' мужества двухканалъшх ЫТР (повышенная точнооть, расчетность

информативного параметра и инвариантность к . 'изменениям свойств котролируакого потока вещества);

- предотавлено математическое моделирование процессов переноса и деформации увпловых меток при повышенных частотах их генерации, позволившее систематизировать методику параметрического Синтеза и определить верхний предел быстродействия реализуемого метода, в зависимости от конкретных условий измерения;

- проведено машинное моделирование и экспериментальные исследования по метрологической оценкь алгоритмов определения информативного параметра; "простого перебора", "эмпирического по первой производной;

- докаэанв инвариантность показаний двухканальных МТР к изменекию свойств и состава' (концентрации) растворов кидкос-

гей в исследуемых диапазонах, предложены формула для расчета градуировочной характеристики;

- предложены метода повышения точности указанных расходомеров за счет организации дополнительных информативных параметров, например времени переноса тепловой метки от нагревателя до первого измерительного термопреобрвзователя по ходу потока или теша охлаждения метки на контрольном участке (по использованию етого параметра подана заявка на полезную модель рег.й 94043135);

- разработан обобщенный алгоритм исследования и алгоритм функционирования МТР, применительно к конкретной задаче измерения расхода:

Практическая ценность работы заключаемся:

- в том, что получении практические рекомедации по оптимизации МТР, применительно к конкретной задаче измерения;

- в разработке, на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, макета ПИП МТР в комплекте с • вычислительным комплексом;

- в том, что предложена обобщенная методика оценки предельной погрешности тер.локонвектшшого меточного метода и ее трансформация, применительно к разработанному МТР.

Реализация результатов работа. Теоретические разработки автора нашли практическое применение для измерения объемного расхода растворов солей железисто-синеродистого калия в отделении оуиши Верэзниковского рудоуправления № 1 А/0 "Урал-калий". '

• Основные положения, выносимые на защиту:

- предложенная систематизация методов оптимизации МТР, направленная на достижение заранее сформулированных требований к качеству измерения расхода;

- теоретическая и экспериментальная оценка эффективности структурных, параметрических и алгоритмических методов оптимизации МТР;

- методика, алгоритмы исследования и функционирования МТР, реализованные на базе разработанных принципов оптимизации.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и

обсуждались на Международной научно-технической конференции "Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара" (С.-Петербург,1994), на Шестом международном симпозиуме "Динамические измерения" (С.-Петербург, 1993) и на VII • Всероссийской научно-технической конференции 'Датчики и преобразователи систем измерения, контроля и управления" ("Дат-чик-95") (Гурзуф, 1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликованно 6 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения и изложена т 178 страницах машинописного текста, содержит б таблиц, 54 рисунка, 2 приложения на 8 страницах и список использованных источников, включающий 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ?,.30ТЫ.

Во введении раскрыта цьль работы, ее актуальность, сформулированы научная новизна и практическая ценность, а также выдвигаемые на защиту положонш .

В первой главе проведен анализ применения микропроцессорной техники в современных средствах измерения расхода как в отечественных, так и зарубежных. Отмечена четкая тенденция . на приоритетность использования неконтактных средств измерения расхо/ч и микрогг зцессорных устройств для обработки выходных сигналов ГОШ расходомеров. Выяснены функции микропроцессорных- устройств в современных средствах измерен-я расхода, связанные с обработкой информации, диагностикой и самодиагностикой, а также расширением сервисности используемых расходомеров. Рассмотрены основные направления развития неконтактных тепловых методов измерения расхода и, в частности, меточного термочонвективного метода, обеспечивающего, при определенных условиях, повышение статической и динамической точности измерения расхода. Однако, достижения указанного эффекта во многом ограничивается из-за отсутствия системного подхода к оптимизации принципов построения МТР. Особенное значение указанная оптимизация пр&дставляет при использовании в МТР микропроцессорных блоков для обработки выходной информации, позволяющих существенно расширить функ-

. 8

циональные возможности МТР как с позиций повыпэния качества измерения, так и расширения области их применения. Таким образом, на основе представленной тенденции развития расходомеров и современного состояния МТР, необходимо обобщить, сформулировать и разработать основные принципы оптимизации указанных расходомеров, направленные на повышение их метрологических показателей'и расширения областей применения.

Во второй главе проведен анализ известных теоретических и экспериментальных исследований в области МТР, предложены принципы оптимального {¿штеза МТР и анализ отдельных методов их оптимизации: структурных, параметрических и алгоритмических, применение которых, в определенной совокупности, обеспечит заданный эффект (рио.1).

Структурные методы оптимизации включают в себя направленное варьирование структурами ПИП и измерительной схемы МТР, а также выбор режима функционирования расходомера с позиции режима генерирования тепловых меток в потоке жидкости. Предложено два типа структур ПИП и измерительной схемы МТР, которые отличаются количеством каналов измерения основного информативного параметрJ - времени перекоса тепловой метки потоком жидкости по контрольному участку (1; ) (в дальнейшем такие МТР условно названы одноканальные и двухканальные). В зависимости от взаимного расположения измерительного и компенсационного термопреобразователей одноканальные МТР бывают двух видов: с расположением измерительного термопреобразователя за нагревателем по ходу потока, а компенсационного - до нагревателя по ходу потока и с расположением как измерительного, так и компенсационного термопреобразователей за нагревателем по ходу потока. Для первого вида одноканалъных МТР контрольным участком является расстояние от центра нагревателя до зоны расположения измерительного термопреобразователя. Для второго вида одяоканальных МТР контрольным участком может являться расстояние от центра нагревателя до зоны расположения измерительного преобразователя или расстояние между зонами расположения измерительного и компенсационого термопреобразователей. Бри использовании одноканальных МТР второго вида на величине информативного параметра сказывается

Предполагаемый достигаемый эффект

в

я о

о<6

Ю -

в о

к §

о

е

о

и н

и

в

е

X

X и ы

СО

га О

гз

Ж р> К и

" г>

Объекты и параметры оптимизации

одноканальная

двухканагьная

пост.частота генерации меток

перем.частота генерации меток

длина нагревателя

контрольный ' участок

. геом,параметры и матер.патрубка

длительность импульса

амплитуда импульса

по пороговому _значению

по мг :симальному значению

макс.темпер.ме тки среди.темпер.ме тки

теш охлаждения

айо о ¡о юоаа й х) о о*а >п

л о о >143

Я Я О о ь» ДЖОДЙ

и о о о .о

ВЧЙЙ'О

8

к го Ч

о

о

я

4

к к

взаимовлияние сигналов, генерируемых термопресбразователями, в результате чего возможно "срезание" заднего фронта сигнала, генерируемого измерительным термопрэобразователем, а такте "срезание" переднего фронта сигнала, генерируемого компенсационным термопрэобразователем. В результате "срезания" максимум сигнала становится более четко выражен, что может способствовать повышению точности, за счет более точного определения максимума и соответствующего ему момента времена. Однако, количественно оценить взаимовлияние и выяснить недостатки и преимущества такой структуры возможно только экспериментально (глава 3). Для двухканальных МТР, которые используют две одноканальные системы первого вида с различным удалением зон расположения измерительных термопреобразователей от нагревателя, контрольным участком является расстояние между зонами расположения-указанных термопреобразователей. Применительно к двухканальным МТР явление взаимовлияния сигналов, генерируемых термопреобразователями, имеет место *.ри повышеных частотах подачи тепловых меток в поток. В МТР возможны два режима генерирования тепловых меток в потоке жидкости: с постоя, ной частотой, которая определяется по времени переноса тепловой метки с позиции диапазона измерения расхода для минимального его значения и с переменной частотой, при которой следующая метка в потоке генерируется после обработки отклика на предыдущим. Второй режим применяют для повышения быстродействия расходомера. Следует отметить, что принципы структурной организации МТР являются приоритетными и, в связи о этим, некоторые ее аспекты неразрывно связаны с методами, обеспечивающими параметрический и алгоритмический синтез МТР.

Методы параметрического синтеза ИТР ограничиваются возможностями варьирования конструктивными параметрами ПИП и энергетическими параметрами начального импульса. К конструктивным параметрам ШШ следует отнести: длину контрольного участка и зону его расположения, длину нагревателя, наружный и внутренний диаметры, а также толщину отенки патрубка преобразователя. Существенное влияние на показатели качества МТР оказывает и материал патрубка ПИП. К энергетическим па-

рамвтр'м начального импульса относятся длительность импульса и непряжение, подава.мое на нагреватель в момент импульса, которое определяет амплитуду импульса. Определяющими параметрами являются длина контрольного участка и зона его расположения, которые влгяют как на метрологические показатели МТР, так и на его геометрические размеры. Выбор конструктивных параметров ПШ и энергетических параметров начального импульса осуществляется с позиции требуемой чувствительности измерения, а "экже с позиций механической прочности патрубка ШП и гидрод "намического режима течения потока жидкости в трубопроводе.

Эффективность параметрической и алгоритмической оптимизации ПЙП МТР определяемся степенью корректности теоретических моделей и экспериментальгых выводов количественно оценивающих процессы формирования и преобразования информации при реализации меточного термоконвективного метода измерения расхода веществ.- Теоретическому исследованию процессов переноса и деформации импульса (метки) в потоке жидкости посвящен ряд работ. Однако, ь указанных исследованиях процесы переноса анализируются ка^ следствие ■ воздействие одиночной метки, что не позволяет прогнозировать расчетным путем возможные динамические характеристики МТР. При .генерировании меток с периодом, соизмеримым с временам измерения информативного параметра, тлеет место■взаимовлиывю 'двух соседних меток, что не учитывают существующие математические модели.

Анализируя процессы формирования и деформации метки в термоконвективных ПИП можно утверждать, что при некоторой предельной постоянной частоте генерации меток п участке £(6+8)с1у (г - продольная координата, м; с^ - .внутренний диаметр патрубка ШП) за нагревателем по ходу потока' жидкости распределение температур в потоке становится некоторой непрерывной функцией от времени. Представляя эту функцию в виде ряда Фурье и ограничиваясь только первой гармоникой, аппроксимируем эпюру тепловой метки, при допущении о стержневом режиме течения, верхней полуволной синусоиды. Учитывая приведенные рассуждения, температура в потоке жидкости при генерагди тепловых меток через стенку термоконвективного ПИП

путем конвекции и теплопроводности изме_яотся по закону:

АТ(0,йД) = Т<0,2,-0 - То = (1)

где Т(0,й,1;> - мгновенная температура метки в потоке, °С; Т0 - начальная температура потока, °С; ЛТт(0,а) - максимальная температура метки в потоке, °С; и - чруговая частота, рад/с (в = 2П/Р, где Р - п.риод генеряцш меток, о); г -- время, с; V - средняя скорость потока, м/с. Условие (1) справедливо в диапазоне времени

(2) •

Период Р, а следовательно и и, определяется расходом, свойствами (а) и зависят от координаты г.

Предположим, что теплообмен с 'наружной стороны стенки отсутствует, а о внутренней оторош Г1 лош осуществляется конвективный теплообмен с потоком вещеспа по закону Ньютона (граничное условие третьего рода).

Тогда начальные и граничные условия при формулировке задачи о распространении тепловых мат ж -¿врез стенку для полуограниченного тела, имеют вид: .

Т(х,2,0.) - Го

Т(х,- Го - - »

(3)

где бС1 - толщина стенка патрубка-, м; х - радиальная координата, м. я ■ ■ | ' ..'.'■ .

^ т от

•где - ¿{овффициект теш.^провозке¿ти м'^ериала стенки, Вт/(м*К); а - 1 коэффициент ^оизек^ивного' теплообмена мезду стенкой патрубку ГОШ и потоком-кидкости, -Вт/(мг«К). Решение такой задачи возможно толы.э при.,фиксированных 2, с последующей подстановкой вместо констант функций ог г. Для квазистационарного (стационарно-лерчодического) процесса

решени; об изменении безразмерной температуры 90Т отешш полуограниченного тела при краевых условиях (3,4) будет иметь вид:

90Т(х,а,г)= Т°тЙ^)"'Го - 0(0.2),ехр<-х./^Ш )»

ш _____ ет

♦ в1п[и(й)*(1-|)-(х*у/^^1+■ ф(а))]; (б)

с т

6(0, г)----— (6)

1 и —^»/^мш + -II—_

аот аг*а„„ от

= атс^

1 +

« /

г—*у -

¿*а.

о т

ЩяТ

(7)

где аст - коэффициент температуропроводности материала стенки патрубка ПИП, мг/с; Т (х,1;) - мгновенная температура стенки патрубий ОТП, °С.

Анализируя решения (Б>, при заданном'диапазоне расходов и фиксированных значениях а и х, коляо выяснить, что при неротором предельном значении ы, реализация меточного термоконвективного метода окажется нецелесообразной, то есть можно установить верхний предел быстродействия, реализуемых на основе указанного метода, меточных термоконвективных расходомеров (для одаоканальных МТР ипред » 1,266 рад/с; . для двухканальных МТР «п, 0,62 рад/с), что подтверждается экспериментально. Аналогичным образом, используя фиксированное значение и можно "становить предельные значения конструктивных пераметрор гк (по координате г) и бот ьл координате х. Таким образом, тля конкретно поставленной'"задачи измерения, то есть при задаклом диапазоне расходов и диапазоне изменения концентрами измеряемого потока, требуемом быстродействия и точноогл, а также ■ выбранном материале патрубка ПИП, разработанная математическая модель прогнозирует величины оптимальных конструктивных параметров и величины частот генерирования тепловых меток, при которых будет обеспечиваться требуемое качество измерения расхода.

Алгоритмические метода оптимизации МТГ включают варьи-ровашш алгоритмами определения основнс^о информативного параметра - времени переноса тепловой ме:ки штоком жидкости по контрольному участку, дополнивэлышх информативных параметров, а также измеряемого параметра - объемного расхода (Со). Бремя переноса тепловой метки потоком жидкости по коя-' трольлому участку может определяться по моменту достижения максимумом отклика на тепловую метку попы регистрации или по моменту достижения заданной величины отклика на ' тепловую 1,.етку ("порогового" значения). Определение t^ по "порогibo-му" значению обеспечивает вгзокую точность измерения в контактных меточных расходомерах или в случае стабализации неинформативных параметров (температура, концентрация потока жидкости), а также не предъявляются высокие требования по быстродействию МТР. Определение *и по моменту максимума открывает возможности для повышения быстродействия, однако, в некоторых случаях, определение максимума сопряжено со значительными сложностями при использорании различных алгоритмов его обнаружения. Для этих целей была произведена метрологическая оценка методов нахождения; максимума с помощью машинного моделирования сигнала стклика на тег-ловую метку. Было выяснено, .что из трех пред эженных. вторитмов - г вхождения максим;.ш: "простого перебор..", "эмпирического", по первой производной.- наилучшим, с позиции точности определения максимума, а соответственно и времени переноса, регистрируемого по моменту его-появления, является "эмтирический" метод. Он заключается в определений перебором максимального значения амплитуды raqta отклика и умножении, егс на ' коэффициент- к = - (0,5+1,0). Для полученных значгчий амплитуды определяются значения времен, а затем определяется, среднее арифметическое этих значений времен и представляется как время появления максимума, найденное "эмпирическим' методом. О позиции использования в микропроцессорных устройствах также рекомендуется использовать этот метод, так как он требует небольшой объем памяти для работы.

Дополнительные информатгзные пгтамчгры, такие как максимальная температура метки, средняя температура метки, темп

охлаидстия метки определяются для нахождения величины массового расхода или для коррекции величины объемного расхода при изменяющихся свойствах потока (по использованию темпа охлаждения метки для указанных выше целей подана заявка на полезную модель per. Г 94043135).

В третьей главе, посвященной экспериментальному исследованию разработанных физических моделей ПИП МТР сформулированы основные задачи ..кспврименталышх исследований, включающие:

- исслед вание структурной организации ПИП и измерительных схем МТР;

- исследование влияния конструктивных параметров ПИП и энергетических параметров начального импульса, а также влияния ^информативных параметров (свойств потока);

- исследование алгоритмов определения tH • по моменту доотигэния максимумом отклика на тепловую метку зоны регистрации;.

- исследование алгоритмов определения измеряемого параметра - объемного расхода, возможности пересчета шкалы расходомера с одной среда-на другую; .

- проверка коррек/ности предсталенного математического моделирования.

Для решения поставленных задач разработан експеримен-тальный стенд и методика исследования фи&лческих моделей ПИП МТР. ,

Экспериментальные исследования подтвердили корректность предложенной математической модели. Расховдение' экспериментов с расчетами по формулам (Б+7) не превышал* 10 %. Пред-ставльнные в работе номограмм:; позволили определить пределы реализации меточного термоконвективного метода ' измерения расхода по частоте генерации меток в потоке исследуемой жидкости. Так, напри"ер, при геометрических параметрах ПИП (0 5,6»0,3) и материале патрубка ПИП - сталь Х18Н10Т, в диапазоне расходов 4+30 л/ч по воде, предельный период следования меток должен б-ть не менее 12 с для двухканальных МТР, а для одноканальгах - 5 с. Следует отметить, что повышайте частоты приводит к повышению статической погрешности, вслед-

ствие уменьшения амплитуда и изменения *ормы сигнала отклика.

Эксперименты показали, что о позиций быстродействия предпочтительны одноканальные МТР, ини также показывают высокую точность измерения (среднее квадратичное отклогониб

времени переноса тепловой метки о. £1,8 %) при стабилизации.

и

влияэтщх факторов, таких гэк свойства, состав (концентрация)

потока и его температура. Двукканалыты« МТР также показывают

высокую точность (о. < 2,0 %) даже при нестабильности соста-и

ьа (концентрации) потока или его температуры. В двухкаиаль-ных МТР на величину ^ не оказывают влияшг> указанные неин-формативныэ параметр (в определенном диапазоне их изменет ния), что" предоставляет возможность градуировки расходомера на эталонной среде и'использование ьтчй градуировки при измерении расхода рабочей среда. Для двух!"анальных МТР представлена формула для расчета объемного Расхода по времени переноса тепловой метки: . • '

Со° ШН1- А}' . (8> "

где С0 - объемный расход, м3/с; л - в^ут^тяний диаметр патрубка ПИП", м; гк - длина контрольного учас.тка; м; ^в - врв-. мя переноса'тепловой метки, полученное экспериментально', с;, & - величина разноерги между вксперимэй . ально полученным'вре-'. менем переноса а временем переноса» определенным при использовании ерэдаей. скорости: потока,' по формуле: '.:'.'"

г - _ ■.' . '.. . •: - О)-

Величина Д определена "для каждой фиглческой молели ПИП.

Реализация в микропроцессорных устройствах гравировочной характеристики ■ •

V« /(СУ, • . (10)

которая не.линейна, моаэг вызвать сложности алгоритмического » технического- плана, поэтому, н. основании экспериментальных исследований, предложена реализидия зависимости •

^-/с/с0). (11)

которая линейна и им-ет вид к

(12)

где к - коэффициент; я - определенная экспериментально постоянная величина» разминая для каждого ПИП.

Результаты оптимизации параметров на базе проведенных вксперименталх :шх исследований на трех физических моделях ПИП приведены в таблица.

Таблица 1

Оптимальные конструктивные параметры, применительно к структурному построению МТР

Параметры ПИП (с1у~ 3.6+7 мм) и типы структур .1 Конструктивные параметры

длина контрольного участка,мм зона удаления контрольного участка от нагревателя по ходу потока, мм

Одноканвльная . Двухканальная 60 60 г 0+60 0+120

Энергетические параметры Начального импульса практически не оказывают влиянил на величину ¿м." Их выбор осуществляется о позиций тробуеюй чувствительности. Для указанных выше трех физическгх моделей ШШ .их значения составляли ^ => = 0,2 с; ид «» 36 В.

Р четвертой г^аво рассматриваются аопекты аппаратурной реализации, алгоритм функционирования, и результаты практического применения разработанного меточного термоконвективного микропроцессорного (интеллектуального) расходомера для измерения объемного ррсхода растворов солей келезисто-сине-родистого калия на технологической линии отделения сушки Бе-резниковского ру ¿управления № 1 А/О "Уралквлий".

Приведена метотгтка оценки предельной погрешности измерения для меточного термоконвективного метода измерения рас-

хода, Определены основные источники составляющих погрешности. С применением этой методики оценонт предельная погрешность разработанного расходомера, комор."я составила 3,8 Ж.

При реализации указанной вы ¡9 конкретной задачи измерения расхода основными требованиями яглялись:

- практическая невозможность града правки расходомера на• рабочей среде;

- нестабильность концентрации растворов;

- основная погрешность измерения расхода не должна превышать 2 %.

С учетом этих требована были выбраны:

- двухканальная структура ШП и "..эмеритальной схемы МГР;

- режим постоянства частоты генерации меток (/н «

- 0,05 Гц);

- алгоритм определения времени переноса тепловой метки по моменту достижения максимумом отклика на тепловую метку зоны регистрации, так как положение максимума во времени не зависит от нестабильности концентрации измеряемой жидкости (в определенных пределах ее изменена). Чля определения момента появления макримума использован "эмпирический" метод его определения, как показы ащий.достаточную/точность, так и рекомендованный для реализации в щэфопроцассоркгм внчне-' литаль"ом устройстве. ■

Разработанный расхомер ыохет быть, представлен аппара-'. турно с дво '^й видами вычислителоной "тотемы:

- с применением ЙЭВМ, типа IBM AT- 'ьш совместимой с ней, о необходимым программным обеспечением и контроллера L153, включающего аналого-цифровой прообразе эатель.и цифро-аналоговый преобразователь; .

- о применением специализированного вычислительного „отрой-ства на Оазе микропроцессора KP 1821 'ШБА.

Основная погрешность расходо; .ера при градуировке на еталонной среде составила 1,4Ж.

основные результ'ты и вывода

1. В результате обобщэго'я и анализ:, проведенных ранее, а такке представленных в настоящей работе, теоретических и

экспэрг: ментальных исследований предложены принципы оптимизации »штеллектуальных МТР, включающие методы структурной» параметрической и влгориг пиеской оптимизации, применительно к конкретно поставленной рчдачи измерения расхода.

2. Математическое моделирование процессов переноса и деформации тепловых меток 1 ГОШ МТР при повышенных частотах их генерации позволяем расширить область параметрического синтеза и, в частности, < •ценить верхний предел быстродействия МТР при различных принципах его структурной, алгоритмической организации и коструктлного построения.

3. Эхспьршепталъно а с помощью моделирования обоснован выбор чаиболее оптима^/но^о "эмпирического" алгоритма определения времени переноса тепловой метки потоком жидкости по контрольному участку по момег.ту достижения максимумом отклика на тепловую метку зо:ш регистрации, как с позиции точности, тс .с и с позиций реализации в микропроцессорных вычислительных устройствах.

4. Проведены экспериментальные исследования разработанных физических моделей п разработанной методшее с целью определения влияния па метрологические показатели структурного построения МТР,которые шкязали преимущества двухканальных МТР '(повышенная точность, расчетность информативного параметра и инвариантность к изменениям свойств контролируемого штока вещества), параметров ПИП и измеряемой среды, а также алгоритмов обработки информации. »

Б. Предложены метода повышения точности двухканальных МТР за счет организации дополнительных информативных параметров, например времени переноса тепловой метки от иеревателя до первого измерительного термопреобразователя по ходу потока или теша охлаждения метки на _ контрольном участке (по использованию этого ::арамэтра подана заявка на полезную модель рег.Я 94043135);

6. Экспериментально показана возможность пересчета шкалы двухканальных МТ^ с одной среды на другую и представлены формулы расчета объемного расхода по времени переноса тепловой метки.

7. На основании првдложэнных принципов оптимизации раэрабо-

тшю структуриоо и алгоритмическое обе печение, определены оптимальные конструктивные и энергетические параметры маточного термоконвективного микропрсцв_ сонного расходомера и представлены результаты его практического применения для измерения расходов солей зкэлезисто-счшеродистого калш. на технологической линии отделения сушк4. Гэрезниковского рудо--управления Л 1 А/0 "Уралкрщй". Предстгп-лена методика оценки предельной погрешности МТР I. величина основной погрешности разработанного расходомера.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Ляшенко A.A., Соколов Г.А., Новичкез Ю.А. Тепловые микропроцессорные расходомеры//Теплоэнергетика. - 1994. - Ш -

с.65-67.

2. Ляшенко A.A., Соколов Г.А., Сягаев H.A.» Новичков Ю.А. Динамические тепловые метода и мякроироцеспорные средства измерения расхода и свойств потокое веществ. - Динамические измерения//Тезисы докладов. -С.-П5,, 1993. - с.49-52.

3. Ляшенко A.A., Соколов Г.А., Сяге в Н А., Новичков S.A. ' Основные направления совершенствования неконтактных тепловых меточных расходомеров, г Со^ершенотворание средств измерения расхода шдкости, газа и пар*>//Ыатериалы ^онфереацгч/МЦЭНГ.-С.-Пб..'1994. - о.56-69.

4. Ляшенко A.A. , Соколов Г.А,, .Сягрев H.A.,,' Кбвичков Ю.А. Динамичесг:м-тепловые метода ъ. .микропроцессорные средства измерения расхода и свойств потоков вещеотв//Изырителъная техника. - 1994. - JJ8. - с.36-40. ■'.•'■'

6. Ляшенко'A.A., Соколов Г.А.., Новичкгв Ю.А.. Автоматический контроль параметров потоков варочных растворов при производстве целлюлозы//Системы и соэдства автоматизации пот'нциаль-но-опасных процессов химической технологии: Меа-вуз.с'.научн. Tp./СПбТИ. - С.-Пб.,1993. - и.19-2?.

6. Ляшенко A.A., Соколов Г.д.,.Ющэпсо O.A. Динамическая коррекция в термононвективннх системах и: мерения параметров потоков вецьств//Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара: Материалы конфервнции/МЦЭНТ. - С.-ПО., 1994. - с.63-66.

25. Г5.95. 3«'100-50 УТЯ ИК СИНГЗ Московский пр. 26