CC BY
0
УДК 681.121.4+681.121.8(035)
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОГРУЖНЫХ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ В СИСТЕМАХ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
С. Г. Алимасов Научный руководитель - О. М. Лурье
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail Zendervou322@mail.ru
Работа посвящена исследованию особенностям применения вихревых расходомеров, выявленных при исследовании спектров выходных сигналов снимаемых с приемников-преобразователей вихревых колебаний, применяемых в вихревых кондуктометрических расходомерах.
Ключевые слова: Погружные расходомеры, преобразователя вихревых колебаний, при эксплуатации расходомеров, спектральный состав, Фурье-анализ.
FEATURES OF THE APPLICATION OF SUBMERSIBLE VORTEX FLOW METERS IN THERMAL ENERGY METERING SYSTEMS
S. G. Alimasov Scientific adviser - O. M. Lurie
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology
31, Krasnoyarsk^ rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail Zenderyou322@mail.ru
The work is devoted to the study of the features of the use of vortex flowmeters, revealed in the study of the spectra of the output signals taken from the receivers-converters of vortex oscillations used in vortex conductometric flowmeters
Keywords: Submersible flowmeters, vortex oscillation converters, during the operation of flowmeters, spectral composition, Fourier analysis.
Погружные расходомеры, для систем теплоэнергетики работают в условиях воздействия целого ряда помех. Выявить эти помехи и сформировать требования к измерительному тракту расходомера можно при исследовании спектра выходного сигнала с приемника-преобразователя вихревых колебаний.
Выходные сигналы вихревых генераторов в самом общем виде можно определить как периодические полигармонические процессы, для исследования которых можно использовать обычные методы спектрального Фурье-анализа. Изучение их важно для выработки методики оценки дополнительной систематической погрешности, возникающей из-за отличия характеристик трубопровода и условий течения жидкости в месте установки прибора от паспортных значений. В процессе работы расходомера выходной сигнал, снимаемый с приемника вихревых колебаний, изменяется как по частоте, так и по величине. Частота полезной составляющей сигнала изменяется в десятки раз в соответствии с диапазоном измерения прибора (например, для водосчетчика СХВВ - в 20 раз, а для водосчетчика «Фотон» - в 80 раз). Кроме полезной составляющей, несущей информацию о расходе, сигнал содержит помехи. Они вызваны низкочастотными колебаниями массы воды в трубопроводе, пульсациями скорости потока и давления от местных сопротивлений, механическими вибрациями трубопровода, паразитными колебаниями гибкого электрода с
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
частотой собственных колебаний, как на изгиб, так и на кручение, электрическими наводками от работы аппаратуры и силовых сетей. Кроме того, ввиду нелинейности электрических свойств межэлектродного промежутка и детектора в выходном сигнале присутствуют продукты преобразования указанных выше составляющих. Данные причины вызывают необходимость тщательного анализа выходного сигнала, снимаемого с преобразователя, для правильного проектирования электронной схемы измерительного тракта прибора.
Для исследования спектра сигнала, использовалась схема изображенная на рис. 1. В ней применялся 12-разрядный АЦП, встроенный в микропроцессор фирмы ЛТМБЬ. Частота квантования была выбрана равной 256 Гц. Она близка к удвоенному значению максимальной частоты вихреобразования (160 Гц). Исследования проводились на вихревом водосчетчике «Фотон» типоразмером 80 мм во всем диапазоне паспортных расходов от 1 до 80 м3/ч.
Поток рабочей жидкости
Рис. 1. - Запись сигнала с выхода вихревого кондуктометрического расходомера 1 - трубопровод проливной установки; 2 - испытываемый прибор
Поступавшие с АЦП отсчеты, следующие с частотой квантования, записывались в файл. Последовательность N отсчетов обозначим х(к), где к - номер отсчета. Поставленный в соответствии с этой последовательностью отсчетов сигнал из смещенных во времени дельта-функций будет таким [1]
си
(/) = £ х(к)8(г -кТ). (1)
) =
к=-х
В среднем файлы содержали от 110 до 410 отсчетов. Затем этот файл конвертировался в программу Ма^аЬ с пересчетом в напряжение и время. После обработки файла записей программой получался его спектр и строился временной график. Следует отметить, что в данном случае, мы анализировали дискретный по времени сигнал, поэтому его спектр получается периодическим с периодом 2% / Т . Так как исследуемый сигнал является также и периодическим, то его спектр получается дискретным с расстоянием между гармониками равным 2 % / (ж ).
Процедура вычисления спектра дискретного сигнала такова [2]
1 ^ . NTN-1
1 (") = Ш \ ^)е-= Ш 1 £ х(к№ - кТ)е-™ =
1
N-1
дт
м
М1
£ х(к) Г - кТугМЛ = -Т £ х(к)е
к=0 0 ^ к=0
1 N -1 (
=тт £ х(к)Н
0 к=0 1 N-1
,2%пк
(2)
Ч N
По выражению (2) можно определить комплексные амплитуды гармоник исследуемого дискретного периодического сигнала. Для получения спектра процедурами программы МайаЬ необходимо после их расчета произвести перестановку первой и второй половины полученного вектора. При этом нулевая частота будет находиться в центре. Отбросив левую,
зеркальную половину спектра, от частоты -1 / 2Т до 0 и увеличив вдвое амплитуды правой половины мы получим спектр в привычном виде, принятом для анализа электрических сигналов. Ниже приведены кривые выходного напряжения для нескольких режимов работы расходомера. Данные на рис. 2,а и 2,б соответствуют минимальному значению расхода Qmin.
2,2 2,0 1,8
т
® 1,6 ^
I
ф
I 1,4
С
I 1,2 1,0 0,8
- - -А—
А /Л А
\ \ /
\ \ \
1 7 1/ \
V ^ у V 1
У V
0
1 1.: Время, с
а б
Рис. 2. - Выходное напряжение приемников вихревых колебаний на минимальном расходе (а) и
переходном расходе (б)
Как видим, на минимальном расходе полезный сигнал лишь незначительно превосходит помехи. Здесь приемник вихревых колебаний работает в режиме А [3], без касания электродов друг о друга. Поэтому без применения фильтра полезный сигнал выделен быть не может. Для расходов, превышающих переходный, полезный сигнал имеет значительный размах. Здесь приемник вихревых колебаний работает в режиме Б, который предполагает соударения электродов между собой при каждом колебании. полезный сигнал имеет значительную величину и выделение его из спектра несложно.
Таким образом, можно сформулировать требования, которые можно положить в основу проектирования измерительных трактов таких расходомеров:
- на малых расходах (для режима А) необходимо обеспечить достаточно узкополосную фильтрацию основного сигнала тем или иным способом;
- на больших расходах (для режима Б) фильтрация сигнала необязательна, но необходимо обеспечить ликвидацию возможных пропаданий сигнала.
Кроме того, измерительный тракт должен обладать возможностью изменения коэффициента передачи (коэффициента деления частоты), для введения коррекции с целью снижения систематической погрешности измерения [4]. Проектирование тракта обработки сигнала расходомера с учетом полученных данных позволит повысить научный уровень и достоверность принимаемых конструктивных решений, повысить точность измерений и снизить затраты на разработку новых образцов кондуктометрических вихревых расходомеров для теплоэнергетики.
Библиографические ссылки
1. Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / Пер. с англ. М.: Мир, 1990, 883 с.
2. Сергиенко А.В. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2003. 603 с.
3. Лурье М.С. Вихревые расходомеры и счетчики количества жидкости с контактно-кондуктометрическим приемником-преобразователем вихревых колебаний. Красноярск: СибГТУ, 1999. 196 с.
4. Лурье М.С., Елизарьева М.Ю. Кондуктометрические вихревые расходомеры. Датчики и системы. - 2004. - № 11. - С. 27 - 29.
© Алимасов С. Г., Лурье О. М., 2022
0.5
2
