- •Оглавление
- •Введение
- •Анализ уровня техники кориолисовых расходомеров
- •Постановка задачи
- •Принцип действия кориолисового раходомера
- •– Конструкция измерительных трубок расходомера
- •– Функциональная схема кориолисового расходомера
- •– Колебания измерительной трубки в кориолисовом расходомере
- •– Направление силы кориолиса в трубке
- •– Изгиб трубки под действием силы Кориолиса
- •– Связь угла закручивания с временной задержкой
- •Измерение расхода при двухфазном потоке
- •– Рост погрешности измерения расхода при увеличении содержания воздуха для малых и средних массовых расходов
- •– Рост погрешности измерения расхода при увеличении содержания воздуха для больших массовых расходов
- •– Эффект «расщепления фаз» и смещения центра масс
- •Обработка измерительных сигналов в кориолисовом расходомере
- •Исходные данные для исследования
- •Модель сигналов кориолисова расходомера
- •– Вид модельных сигналов с измерительных катушек
- •– Изменение параметров модельных сигналов с течением времени
- •Описание эксперимента по проливке кориолисова расходомера
- •– Схема проливочного стенда
- •– Вид измерительных сигналов при высоком gvf
- •– Зависимость числа ложных переходов от gvf
- •– Восстановление точного значения времени перехода через ноль
- •– Ложные переходы в левом измерительном сигнале
- •– Анализ расположения ложных переходов в измерительных сигналах
- •– Блок-схема модифицированного алгоритма переходов через ноль
- •Разработка предварительного фильтра
- •Общие сведения о цифровых фильтрах
- •Формирование требований к фильтру
- •– Пример задания требований к частотной характеристике а) для фнч; б) для пф
- •– Спектры измерительных сигналов расходомера а) – спектры сигналов при расходе 0,3 кг/с, б) при расходе 0,8 кг/с.
- •– Изменение частоты колебаний трубок для расхода 0,8 кг/с
- •Сглаживающие фильтры:
- •Некаузальные фильтры:
- •Каузальные фильтры
- •– Частотная характеристика оптимального ких-фильтра нижних частот
- •– Подбор параметров оптимального ких-фильтра с линейной фазой
- •– Сравнение частотных характеристик ких-фильтров с различными параметрами
- •– Импульсная характеристика и диаграмма нулей/полюсов для оптимального линейно-фазового ких-фильтра
- •– Подбор параметров минимально-фазового ких-фильтра
- •– Сравнение частотных характеристик минимально-фазовых ких-фильтров
- •– Диаграмма для оценки порядка эллиптического фильтра
- •– Подбор параметров эллиптического бих-фильтра
- •– Сравнение частотных характеристик бих-фильтров
- •Сглаживающие фильтры
- •– Сравнение внешнего вида сигналов на выходе различных типов фильтров
- •– Типовая схема средства измерений
- •– Деформация функции измерения расходомера с ростом gvf
- •Разработка параметрической модели для расчета расхода в условиях двухфазного потока
- •– Зависимость
- •– Зависимость
- •– Зависимость
- •Проверка модели для расчета расхода на реальном сигнале
- •– Погрешность расчета по базовой линейной модели (модель 0)
- •– Погрешность расчета по линейной модели с зависимыми от gvf коэффициентами (модель 1)
- •– Погрешность расчета расхода по линейным моделям с коррекцией
- •– Погрешность расчета расхода по квадратичным моделям с коррекцией
- •Заключение библиографический список
-
– Спектры измерительных сигналов расходомера а) – спектры сигналов при расходе 0,3 кг/с, б) при расходе 0,8 кг/с.
Из рисунка Рисунок 2.3.2.1.2 очевидно, что наибольшие искажения сигналов происходят при максимальном расходе и максимальном содержании воздуха. Так рост амплитуды паразитных частот ( и ) происходит более чем на 15 дБ и на 25 дБ соответственно, а общий уровень шума возрастает на 20 дБ.
Отметим, что с ростом GVF также изменяется базовая частота колебаний трубок расходомера, которая связана с плотностью потока (иллюстрация представлена на рисунке Рисунок 2.3.2.1.3).
-
– Изменение частоты колебаний трубок для расхода 0,8 кг/с
По результатам анализа спектров сигналов сформируем спецификацию к фильтру (Таблица Таблица 2.3.2.2).
-
– Спецификация к предварительному фильтру
Параметр спецификации |
Значение параметра |
Тип фильтра (по пропускаемым частотам) |
Фильтр нижних частот |
92 Гц |
|
164 Гц |
|
опционально |
|
минимальное |
Поскольку в спектре сигнала при максимальном расходе и содержании воздуха отсутствуют значительные искажения частот, которые ниже рабочей частоты , искомый тип синтезируемого фильтра – фильтр нижних частот. Граничные частоты полосы пропускания и подавления определены на основе требования к пропусканию рабочей частоты и подавлению паразитной частоты (). Кроме того, ключевое условие спецификации – обеспечение минимальной вносимой фильтром фазовой задержки на рабочей частоте . Важность требования минимальной задержки, вносимой фильтром, была сформулирована выше (раздел 2.2) и связана с корректным функционированием системы возбуждения колебаний расходомера. Допустимые отклонения в полосе пропускания и порядок фильтра – варьируемые параметры, подбор которых должен обеспечить выполнение основных требований спецификации.
Существуют различные виды фильтров и варианты их классификации. В данной работе рассмотрены следующие виды фильтров:
-
Фильтры, работающие в реальном масштабе времени (каузальные фильтры):
-
фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ);
-
фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ).
-
Сглаживающие фильтры:
-
фильтр скользящего среднего;
-
фильтр Савицкого-Голея (в форме КИХ фильтра).
-
Некаузальные фильтры:
-
блочная фильтрация с применением фильтра Савицкого-Голея (в форме полиномиальной аппроксимации);
-
блочная фильтрация сигнала в «прямом» и «обратном» направлении с применением КИХ и БИХ фильтров.
Выбор представленных видов фильтров осуществлен как на основании обзора применяемых в кориолисовых расходомерах решениях (раздел 1.4), так и на основе подходов к фильтрации сигналов из смежных областей.
Далее подробно рассмотрена теория и осуществлен синтез для фильтра каждого вида согласно требованиям спецификации (таблица Таблица 2.3.2.2). Далее в разделе 2.4 рассмотрен сравнительный анализ эффективности полученных предварительных фильтров в задаче фильтрации измерительных сигналов кориолисова расходомера.