CC BY
46
промышленности и экологии»: под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В. М. Панарина. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 11-13.
2. Панарин М. В., Тюрин Н. Н., Харитонов А В. Программа контроля безопасности эксплуатации газотранспортных объектов с использованием сети GSM. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008613503. Зарегистрировано в Роспатенте 23.07.2008. 50 с.
E. Larkin, M. Panarin
Information-measuring system of the Moscow ring gas pipeline The article discusses principles of functioning of Moscow ring gas pipeline crane units parameters telemetry system. A system includes in its part of the central control room, which receives information via GSM telemetry with cabinets located on the crane units of the Moscow ring pipeline.
Получено 12.11.2009
УДК 589.183
В. В. Сарока, ассистент, (8-029)-7635439, (Беларусь, Минск, БГТУ),
И. О. Оробей, канд. тех. наук, доц.,(8-029)-7635439, [email protected] (Беларусь, Минск, БГТУ),
Д. А. Гринюк, канд. техн. наук, доц.,(8-029)-7635439, [email protected] (Беларусь, Минск, БГТУ),
М. А. Анкуда, ассистент, (8-029)-7635439 (Беларусь, Минск, БГТУ),
О. И. Оробей, ассистент, (8-029)-7635439 (Беларусь, Минск, БГТУ)
ПРИМЕНЕНИЕ АДАПТИВНОГО ЯМР РАСХОДОМЕРА
ДЛЯ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ РЕАГЕНТОВ НА ФЛОТАЦИЮ
Показано использование меточного расходомера временного типа на эффекте ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с совмещением адаптации системы регистрации к измеряемому расходу в процессе подготовки реагентов на флотацию, что позволяет проводить измерение расходов в широком диапазоне с минимизацией погрешностей.
Ключевые слова: ядерный магитныйрезонанс, флотация, расходомер.
Снижение случайных погрешностей измерения расхода, обусловленных шумами в тракте регистрации, для меточных ЯМР-расходомеров временного типа достигается применением адаптивной частоты отметки и полосы пропускания канала регистрации к скорости жидкости.
Погрешность определения информативного параметра связана с напряжением шумов в тракте регистрации
Stia6 =A0 /(dA/dtX (1)
где П - время перемещения метки; Аш - амплитуда шумовых флуктуаций сигнала; йА /С скорость изменения интенсивности в момент регистрации отметки.
Случайна погрешность определяется погрешностью информативного параметра:
§2 б а 8 * ' 2п б а 8 1 Тд А0 Т 1д
2 ^Таб "\ Юд 15 ^Таб ”\ Т *Таб {йА/й )\ Т
—, (2)
где юи - частота постановки импульсов отметки; ту - время усреднения
расхода; Ти - время измерения.
Скорость изменения интенсивности сигнаа ЯМР зависит от дины катушки регистрации и функции распределения частиц по скоростям. Для идеаьного случая постоянной по сечениютрубопровода скорости
сА/сИ = АкЖ/1 = А0 СЖ/1, (3)
где Ж - скорость потока; I - длина трубопровода; Аа - амплитуда сигнаа метки; С = Аа/Аш - отношение сигнала к шуму.
Распределение скоростей по сечению трубопровода уменьшает сА/й по сравнению с (3). Значение йА /С можно получить из напряжения, характеризующего движение метки. Тогда
8(2
>
I
2 *йб сж
2 п
I
Юд
Тд
Тд
I
— ,(4) то
^Таб СЖ "У т6
где 5^- площадь сечения измерительного участка; ¥и - объем измерительного участка.
При постоянной частоте отметки случайные погрешности временного расходомера растут с увеличением расхода, а нижний предел задается условием 2тп = КУТи, которое вытекает из требования однозначности по-кааний Ти > ^ф, справедливого для меточных расходомеров. Идея адаптивного расходомера состоит в повышении частоты отметки пропорцио-наьно расходу жидкости и в соответствующем изменении полосы пропускания канаа регистрации при соблюдении условия однозначности, чго согласно (4) повышает точность измерений [1]. Сигнал каждого одиночного акта измерения может быть использован для отимаьной настройки системы регистрации. Такой учет предыстории в реаьных системах возможен в связи с ограниченной скоростью изменения расхода.
Структурная схема меточного ЯМР-расходомера временного типа с адаптацией частоты отметки и полосы пропускания канаа регистрации к расходу приведена на рис. 1.
Рис. 1. Адаптивный временной ЯМР-расходомер:
1, 2-магниты и кювета поляризатора; 3 - трубопровод; 4 - катушка отметки; 5 - магниты анализатора; 6, 7- катушки регистрации и модуляции; 8- генератор нутации; 9 - спиновый детектор;
10 - устройство автопоиска и стабилизации резонансных условий; 11, 12 - генераторы модуляции и синхронизации; 13 - синхронный детектор; 14 - функциональный преобразователь;
15 - полосовой фильтр; 16 - детектор резонансных условий; 17 - схема адаптивного усреднения; 18 - фазовый детектор
Устройство работает следующим образом. Измеряема жидкость поступает в магнитное поле поляризатора, затем проходит катушку нутации и попадает в анализатор. В момент включения прибора из-за расстройки резонансных условий в анализаторе сигнал ЯМР на выходе спинового детектора (СД) отсутствует, на выходе СД напряжение близко к нулю, при этом не превышается порог срабатывания детектора резонансных условий (ДРУ), а на его выходе устанавливается высокий потенциал, соответствующий расстройке резонансных условий в анализаторе. ДРУ переключает устройство автопоиска и стабилизации в режим поиска, сканируя частоту генерации спинового детектора пилообразным напряжением, и одновременно принудительно устанавливает высокое напряжение, соответствующее минимальным расходам, на выходе фазового детектора. Функциональный преобразователь переключается в состояние с низким потенциалом и устанавливает частоту генератора синхронизации и полосу про-
пускания регулируемого полосового фильтра, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) которого согласуется с частотой отметки.
Временные диаграммы работы показаны на рис. 2.
Рис. 2. Диаграммы адаптивного временного ЯМР-расходомера: иед, идру, Ыфд, Ыфп, иге, иПФ - напряжения на выходах синхронного детектора, детектора резонансных условий, фазового детектора, функционального преобразователя, генератора синхронизации и полосового фильтра; КПФ - амплитудно-частотные характеристики
В момент прохождения резонансных условий п на выходе ДРУ появляется низкий потенциал, устройство автопоиска переключается в режим стабилизации, а управляющий вход фазового детектора не окаывает воздействия на его выход, т. е. напряжение фаового детектора определяется разностью фа между синиами с генератора синхронизации и регулируемого полосового фильтра. Начинается измерение расхода.
Генератор синхронизации включает и выключает генератор нутации, обеспечива периодическое изменение намагниченности жидкости под воздействием резонансного поля катушки нутации [2]. Таким обраом, в потоке создаются метки ЯМР, регистрация которых осуществляется в анализаторе модуляционным методом.
При маом расходе из-за большего времени распространения метки по измерительному участку существует большой сдвиг фа между сигналами с генератора синхронизации и регулируемого полосового фильтра, сохраняются состояние функщюнаьного преобраователя, частота отметки ^м, задаваемая генератором синхронизации, и АЧХ полосового фильтра.
Увеличение расхода снижает информативный фазовый сдвиг. При этом уменьшается напряжение на выходе фаового детектора, переключается функциональный преобразователь, одновременно изменяя на Рб частоту отметки и АЧХ полосового фильтра, оставляя неизменной ширину полосы его пропускания АР.
Время адаптации системы регистрации не превышает периода отметки после изменения расхода. Схема измерения преобразует напряжение фазового детектора в расход и производит индикацию расхода. Это взаимодействие между блоками сохраняется при любых изменениях расхода.
Функциональный преобразователь представляет собой последовательно соединенные преобразователь напряжения 1/Х, который выполнен на основе анаоговых перемножителей [3], паралельный АЦП и схему смещения уровня или дешифратор, обеспечивающие управлене генератором синхронизации и регулируемым полосовым фильтром.
Для расходомера с двумя частотами отметки в качестве функционаь-ного преобраователя можно использовать инвертирующий триггер Шмитта. Детектор резонансных условий представ лет собой пиковый детектор с постоянной времен, превышающей период отметки, и компаратор. В качестве фильтра с регулируемой полосой пропускания оптимаьными являются цифровые фильтры [4], которые обладают стабильными фазовыми характеристиками и не внося дополнительных погрешностей измерения расхода, обусловленных дрейфом фазовых сдвигов в тракте регистрации.
Технические трудности при реаизации цифровой фильтрации импульсов отметки заставляют применять анаоговый полосовой фильтр в виде последовательных фильтров низких и высоких частот с коммутируемыми постоянными времени и с ключами, обеспечивающими согласованное изменение постоянных времен.
Дополнительна относительна погрешность измерения расхода из-за неконтролируемых сдвигов фаовых характеристик анаогового полосового фильтра первого порядка выражается в виде
Ю (%) = (аг^(юё (та + А ))-- аг^(соё та )- -
- агС£(соё (т +Дт ))+ агС^(<»ё ) )/(я2ЬёШё 10 2), (5)
где Дтв, Атн - максимаьные величины дрейфа постоянных времени дифференцирующей и интегрирующей цепей полосового фильтра.
Расчет по (5) с учетом температурного коэффициента сопротивления, температурного коэффициента емкости, старения и т. д. докзывает возможность снижения погрешностей дрейфа фаовых характеристик полосового фильтра до 0,1 % при использовании стабильных прецизионных резисторов и конденсаторов [5, 6].
Устойчивость адаптивного расходомера определяется максимально возможной скоростью изменения расхода и условием однозначности пок-заний - информативный фаовый сдвиг не должен превышать 360°. Граничный расход, соответствующий переключению частоты отметки, отличается
от нижнего предела измерений, задаваемого условием однозначности, на величину изменения расхода за период отметки. Для двух частот отметки
Реаьна скорость изменения расхода в гидравлических трактах технологических процессов, например, процессов подготовки аминов, требует превышения 2-го слагаемого в (6) над первым в 3-4 раа.
По сравнению с меточными расходомерами частотного типа рара-ботанный адаптивный измеритель обеспечивает повышенную точность измерений за счет сужения полосы пропускния канаа регистрации, по сравнению с временными к повышению точности на больших расходах приводит увеличение частоты отметки.
Использование адаптивной системы регистрации в измерителе расхода аминов без увеличения времен усреднения в 4 раза уменьшило случайные погрешности и обеспечило повышение точности до 1 % при времени измерения 3 с для двух частот отметки (1 и 4 Гц).
1. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ. СПб.: Политехник, 2004. Т.2 . 701 с.
2. Сарока В. В., Оробей И. О. ЯМР-расходомер жидкостей на эффекте Джекобсона - Вангснесса // Труды БГТУ. Сер. физ.-мат. наук и информ. Вып. XIII. 2005. С.127-129.
3. Цифровые интеграьные микросхемы: справочное пособие/ И. Д. Богданович [и др.]. Минск: Полымя, 1996. 605 с.
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство; пер. с нем./ под ред. А. Г. Алексенко. М.: ДодекХХ1, 2008.
5. Резисторы: справочник/И. И. Четвертков [и др.]. М.: Радио и связь,
1994. 528 с.
6. Конденсаторы: справочник/ М. Н. Дьяконов [и др.]. М.: Радио и связь, 1993. 576 с.
V., Saroka, I. Orobej, D. Grinjuk, M. Ankuda, O . Orobej Applying of adaptive NMR flow meter for flotation reagent preparation The applying of adaptive NMR flow meter for achievement low measuring uncertainty for spread-spectrum measurement is described.
(б)
Библиографический список
512 с.
Получено 12.11.2009
