Вихревой расходомер природного газа эмис вихрь 200.
- Коммерческий учет пара в котельных или для контроля технологических процессов
- Коммерческий учет природного газа на крупных предприятиях
- Контроль работы компрессора и учет потребления сжатого воздуха
- Измерение расхода промышленных технических газов
- Измерение потребления горелки
- Расход жидкостей для контроля технологических процессов
Технические характеристики расходомера ЭМИС-ВИХРЬ 200
| Измеряемая среда | жидкость газ (в том числе ПНГ, сжатый воздух, кислород) насыщенный и перегретый пар |
| Погрешность | до ±0,5% при измерении расхода жидкостей до ±1% при измерении расхода газа и пара |
| Типоразмеры | от 15 до 300 мм |
| Присоединение к трубопроводу | фланцевое фланцевое со встроенными переходами сэндвич |
| Давление измеряемой среды | до 25 МПа |
| Температура измеряемой среды | от -60°С до +460°С * |
| Выходные сигналы | аналоговый токовый 4-20 мА + наложение HART (опция) импульсный дискретный - режимы "реле расхода" и "дозатор" частотный до 10000 Гц цифровой Modbus RTU с интерфейсом RS-485 и USB |
| Взрывозащита | 1ExibIIB(T1-T6)Х** 1ExibIIC(T1-T6)Х** 1ExiaIIB(T1-T6)Х** 1ExiaIIC(T1-T6)Х** 1ExdIIC(T1-T6)X PB ExdI X PB ExdibI X** PO ExiaI** |
| Температура окружающей среды | от -60°С до +70°С*** |
| Пылевлагозащита | IP67 |
| Интервал между поверками | 4 года |
| * | -40°С...+460°С - стандартное исполнение -60°С...+460°С - спец. исполнение |
| ** | кроме специального исполнения электронного преобразователя |
| *** | -40°С...+70°С - стандартное исполнение -50°С...+70°С - исполнение с термочехлом -60°С...+70°С - спец. исполнение |
Обозначение при заказе
| ЭМИС-ВИХРЬ 200 | ЕхВ | 050 | А | – | Ж | Н | ФР | Д | 2,5 | 250 | – | А | ГП | |||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| Код | 0 | Наименование изделия | |
|---|---|---|---|
| ЭМИС-ВИХРЬ 200 | Полнопроходной преобразователь | ||
| Код | 1 | Взрывозащита | |
| – | без взрывозащиты | ||
| ЕхВ | 1ExibIIB(T1-T5)Х | ||
| ЕхС | 1ExibIIC(T1-T5)Х | ||
| Вн | 1ExdIIC(T1-T5)Х | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 2 | Типоразмер преобразователя (ДУ трубопровода) | |
| 015* | 15 мм | 100 | |
| 025 | 25 мм | 125 | |
| 032 | 32 мм | 150 | |
| 040 | 40 мм | 200 | |
| 050 | 50 мм | 250 | |
| 065 | 65 мм | 300 | |
| 080 | 80 мм | ||
| Код | 3 | Класс точности | |
| А | класс точности А | ||
| Б | класс точности Б | ||
| Код | 4 | Диапазон расхода | |
| – | стандартный | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 5 | Измеряемая среда | |
| Ж | жидкость | ||
| Г | газ / насыщенный пар / перегретый пар | ||
| К | Кислород | ||
| Код | 6 | Материал проточной части | |
| Н | нержавеющая сталь | ||
| Хс | хастеллой | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 7 | Соединение с трубопроводом | |
| C | сэндвич (Ду15-100) | ||
| Ф | фланцевое | ||
| ФР | фланцевое со встроенными переходами на другой диаметр (Ду 25-100 мм) | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 8 | Размещение электронного преобразователя | |
| – | совместное размещение датчика и электронного преобразователя | ||
| Д | дистанционное исполнение электронного преобразователя (длина кабеля 3 м) | ||
| Дхх | укажите требуемую длину кабеля для дистанционного исполнения | ||
| Код | 9 | Максимальное давление измеряемой среды | |
| 1,6 | до 1,6 МПа | ||
| 2,5 | до 2,5 МПа | ||
| 4,0 | до 4,0 МПа | ||
| 6,3 | до 6,3 МПа (только для ЭВ-200) | ||
| 20 | до 20 МПа (только для ЭВ-200 «сэндвич» Ду 50, 80 и 100 мм) | ||
| 25 | до 25 МПа (только для ЭВ-200 «сэндвич» Ду 50, 80 и 100 мм) | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 10 | Температура измеряемой среды | |
| 50 | от -200 до +50 ºС | ||
| 100 | от -40 до +100 ºС | ||
| 250 | от -40 до +100 ºС | ||
| 320 | от -40 до +320 ºС | ||
| 460 | от -40 до +460 ºС | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 11 | Индикатор | |
| – | отсутствует | ||
| СИ | счетчик-индикатор расхода с базовым набором функций | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 12 | Выходные сигналы | |
| – | частотный, цифровой RS-485 | ||
| А | дополнительный аналоговый токовый 4-20 мА выходной сигнал | ||
| Х | спец. заказ | ||
| Код | 13 | Калибровка, поверка | |
| – | заводская калибровка по 5 точкам, тест на давление | ||
| ГП | государственная поверка | ||
Примечание: «–» (прочерк) обозначает, что данное исполнение является стандартным; * - только на температуру измеряемой среды от -40 до +100 ºС.
Расходомер необходим, чтобы учитывать, как расходуются сжатый воздух, природный газ, перегретый и насыщенный пар, углекислый газ, загрязненные и агрессивные жидкости вязкостью до 7 мПа*с, попутный нефтяной газ, водород, кислород, неэлектропроводные, вода и теплоносители в системах отопления, ХВС, ГВС в коммунальном хозяйстве и промышленности. Это неприхотливый в обслуживании прибор, который отличает надежность и точность.
Благодаря этим качествам вихревые счетчики активно применяются для измерения расхода:
Углекислого газа и сжатого воздуха;
Водорода, кислорода и иных газов;
Нефти с водой и нефтепродуктов, имеющих невысокую вязкость;
Технологических жидкостей, агрессивных и взрывоопасных в том числе;
Счетчик газа, пара, жидкости. Особенности
При использовании прибора повышается стабильность работы и процесса в связи с:
Сохранением точности измерений, даже если параметры процесса меняются.
Способностью сенсора выносить гидроудары.
Контролем достоверности метрологических характеристик.
Стабильной работой при больших температурах.
Способностью обеспечить низкие потери давления по сравнению с сужающими устройствами.
Отсутствием движущихся элементов.
Адаптивной настройкой обработки сигнала на базе рядов Фурье, что позволяет снизить влияние вибрации на точность измерений.
Данный прибор не нуждается в периодической перекалибровке, а диагностику и замену его узлов возможно произвести без демонтажа. Поставляется данный расходомер исключительно после прохождения обязательного пролива на поверочном стенде. Благодаря удаленной передаче данных, настройке, поверке через RS-485 на базе протокола Modbus RTU траты на его обслуживание значительно снижаются. Счетчик обладает обширным динамическим диапазоном измерений, также среди его плюсов - конструктивное исполнение с коническими переходами.
Отличная точность измерений предоставляет возможность употреблять вихревой расходомер газа и пара ЭМИС-ВИХРЬ 200 в целях коммерческого учета в составе теплосчетчиков и счетчиков газа. Он позволяет учитывать:
Насыщенный и перегретый пар;
Попутный нефтяной газ (ПНГ);
Природный газ.
Применение
Вихревые расходомеры ЭМИС-ВИХРЬ 200 используются для измерения расхода пара, газа, жидкости. Максимальная эффективность применения приборов возможна при:
Измерении расхода пара или газа с довольно высоким содержанием жидкости.
Обеспечении максимальной надежности и безопасности при измерении расхода сред с большой температурой и агрессивных.
Изменении (скачкообразных в том числе) параметров плотности измеряемой среды, расхода, давления, температуры, при измерениях.
Типовые задачи для расходомера вихревого состоят из:
Контроля действий компрессора и учета потребления сжатого воздуха.
Расхода жидкостей для контроля технологических процессов.
Коммерческого учета пара в котельных или для контроля технологических процессов.
Измерения потребления горелки.
Коммерческого учета природного газа на крупных предприятиях.
- Измерения расхода промышленных технических газов.
Технические характеристики
| Характеристика | Значение |
| Измеряемая среда |
|
| Диапазон расхода | См. таблицу расходов |
| Погрешность |
до ±0,5% при измерении расхода жидкостей |
| Типоразмеры |
от 15 до 300 мм |
| Присоединение к трубопроводу |
|
| Давление измеряемой среды | до 25 МПа |
| Температура измеряемой среды | от -40°С до +460°С |
| Выходные сигналы: |
|
| Взрывозащита |
1ExibIIB(T1-T6)Х |
| Температура окружающей среды | от -50°С до +80°С |
| Пылевлагозащита | IP67 |
| Интервал между поверками | 4 года |
Документация и ПО
Электронный вихревой расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200» , разработанный компанией ЭМИС , позволяет контролировать процесс измерения расхода веществ с помощью спектрального анализа, что расширяет функциональные возможности прибора, не увеличивая его стоимости. В статье подробно описан принцип действия расходомера и особенности программного обеспечения «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР» .
ЗАО «Электронные и механические измерительные системы» , г. Челябинск
С каждым днем условия конкуренции среди производителей контрольно-измерительных приборов и автоматики усложняются и ужесточаются. За последнее время перечень базовых методов измерения не изменялся и по сей день остается прежним. Революционный прорыв произвели массовые расходомеры, а качество и цена перестали быть конкурентными преимуществами и перешли в разряд обязательных критериев отбора оборудования.
Сегодня благодаря высокому уровню развития микропроцессорной техники перспективным направлением в создании приборов измерения расхода веществ является применение методов цифровой обработки сигнала с использованием спектрального анализа. Приборы со спектральным анализом цифровых сигналов обладают рядом явных преимуществ по сравнению с аналоговыми приборами измерения расхода. Такие продукты, разработанные российскими инженерами, появились на отечественном рынке в начале 2000‑х годов. Наиболее широкое распространение из всех подобных устройств получили вихревые расходомеры.
В статье рассмотрены основополагающие принципы определения расхода с помощью современных программно-аппаратных средств измерения. На примере вихревого расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» (рис. 1), выпускаемого российским производителем КИПиА компанией ЗАО «Электронные и механические измерительные системы» (ЭМИС), продемонстрированы структура и метод обработки оцифрованного сигнала от первичного датчика. Также в статье определены основные преимущества, достигнутые в результате цифровой обработки сигнала, указаны математические алгоритмы, позволяющие существенно улучшить качественные характеристики оборудования.
Рис. 1. Вихревой расходомер « ЭМИС-ВИХРЬ 200 »
Цифровая электроника вихревого расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» (версии V.8) создана на базе мощного процессора цифровой обработки сигнала Blackfin от компании Analog Devices. Высокопроизводительный процессор способен обрабатывать сигнал от сенсора расходомера, используя математические методы спектрального анализа в режиме реального времени, что позволяет добиваться превосходных результатов в точности измерений.
В процессоре происходит автоматический анализ спектра сигнала, позволяющий непрерывно контролировать измерение расхода в режиме реального времени. В случае кавитации или хаотического вихреобразования коды диагностических сообщений автоматически выводятся на дисплей прибора. Контроль над процессом измерения обеспечивается и функцией самодиагностики расходомера. Вихревой расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200» способен по команде оператора или по расписанию выполнять самостоятельное тестирование своих внутренних электронных блоков обработки сигнала. При обнаружении нарушений в работе электронной части прибора коды диагностических сообщений автоматически выводятся на дисплей прибора. На процессорной плате расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» установлены датчики вибрации и температуры, что позволяет удаленно диагностировать условия эксплуатации прибора. При этом показания датчика температуры непрерывно архивируются.
Цифровая обработка сигнала в «ЭМИС-ВИХРЬ 200»позволяет выполнять поверку прибора как на жидкой, так и на газообразной среде.
Применяемая электроника V.8 защищает все метрологические коэффициенты с помощью технологии «цифровая пломба». Это означает, что «ЭМИС-ВИХРЬ 200» на основе данных о своих метрологических коэффициентах вычисляет определенную величину, называемую «метрологической суммой». Метрологическая сумма уникальна для любого набора значений метрологических коэффициентов и позволяет однозначно судить о несанкционированном вмешательстве в настройки прибора.
Функциональность и практичность цифровой электроники на базе вихревого расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» по измерению расхода достигается в результате применения фирменного программного обеспечения «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР» (рис. 2) с удобным графическим интерфейсом на платформе Windows.
Рис. 2. Настройка расходомера с помощью программы «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР»
для учета закачиваемой в скважину подтоварной воды
(технологический процесс поддержания пластового давления)
Благодаря применению технологии обработки сигнала методом прямого и обратного преобразования Фурье, программное обеспечение «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР» предоставляет широкие возможности для анализа качества процесса измерения:
Отображенный в графическом виде спектр сигнала от сенсора расходомера позволяет однозначно судить о метрологической достоверности измерения;
Благодаря графическому представлению спектра сигнала выявляются источники шумов и вибраций, оказывающих негативное воздействие на процесс измерения расхода.
Программа дает возможность мгновенно включить и настроить необходимый цифровой фильтр и таким образом получить наилучшее соотношение «сигнал/шум». Цифровая фильтрация, основанная на анализе спектра сигнала, позволяет увеличить стойкость прибора к вибрации, а также расширить диапазон измерения расхода с сохранением метрологических характеристик.
Основная функциональность программы «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР» выглядит следующим образом. Имеются прямые фильтры – для борьбы с нежелательными постоянными воздействиями (вибрацией, различными шумами); в электронике версии V.8 предусмотрено 4 полосовых настраиваемых фильтра и 1 фильтр для отключения наводок из сети (50 Гц). Полосовые фильтры не ограничены по ширине. Возможно их комбинирование.
На представленном спектре (рис. 3а ) видим, что полезный сигнал (на частоте 200 Гц) перекрывается помехой (на частоте 50 Гц), и прибор показывает некорректный расход. Природа данной помехи может быть неизвестна, либо помеху невозможно устранить физически. Чтобы нивелировать ее влияние, необходимо настроить прямой фильтр (на частоте примерно от 44 до 65 Гц), помеха должна уменьшиться в 100 раз (рис. 3б ).
Рис. 3. Спектральное представление сигнала сенсора:
а – фильтр не настроен; б – настроен прямой фильтр
В электронике и программе присутствует медианный фильтр, используемый для устранения нежелательных случайных воздействий. Данный фильтр отвечает за то, чтобы показания вихревого расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» не изменялись под влиянием случайной помехи. Неоспоримым достоинством этого вида фильтра является его способность работать в автоматическом режиме.
Электроника версии V.8 предоставляет возможность самотестирования, которое позволяет определить состояние прибора. В программе «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР» на правой панели отображены индикаторы: зеленый индикатор означает, что данная подсистема работает нормально, красный – подсистема дала сбой. При активизации индикатора курсором открывается окно с более подробным описанием и рекомендациями. Таким образом, первичную диагностику работы расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» можно провести, подключив к нему по RS‑485 либо USB обычный компьютер или ноутбук.
Функция сохранения (загрузки) настроек позволяет осуществлять резервирование настроек расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200». Функция дает возможность получать настройки для прибора от компании-производителя и настраивать прибор с учетом конкретных условий среды без демонтажа расходомера.
Функциональные возможности электроники и программы «ЭМИС-ИНТЕГРАТОР» позволяют сделать запись спектра и отправить ее в сервисный центр производителя по обычной электронной почте.
Функция записи (воспроизведения) позволяет зафиксировать работу прибора в файле и воспроизвести записанный ранее файл. Также с ее помощью можно записать работу «ЭМИС-ВИХРЬ 200» и отправить в сервисный центр для оценки измерения. По данной записи производитель способен точно оценить правильность настроек прибора и дать рекомендации. Кроме того, может быть создан файл настроек конкретно для вашего прибора и рабочей среды. Важно отметить, что все эти действия осуществляются без прерывания процесса измерения, то есть прибор не нужно демонтировать.
Также функция дает возможность диагностировать состояние проточной части расходомера «ЭМИС-ВИХРЬ 200» (загрязнение и др.). Для этого необходимо записать эталонный файл (сразу после установки расходомера на трубопровод). Подобная возможность, предоставляемая электроникой и программным обеспечением, дает важное преимущество: позволяет сравнивать работу прибора с эталонным файлом и диагностировать состояние проточной части.
В соответствии с предлагаемым подходом вихревой расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200» воспринимает сигналы с сенсора (например, пьезоэлектрического, термоанемометрического, ультразвукового и др.) и производит его усиление, фильтрацию и обработку.
Упрощенная структурная схема обработки сигнала представлена на рис. 4.
Рис. 4. Структурная схема обработки сигнала
Традиционно обработка проводится аналоговыми методами с помощью RLC-фильтров и операционных усилителей. Далее сигнал нормируется с помощью либо инструментальных усилителей, либо компаратора и микроконтроллера.
Наиболее перспективными способами проведения измерений в современной расходометрии являются методы цифровой обработки сигнала. В этом случае для нормирования и последующей обработки первичного физического сигнала, преобразованного в электрический, используется аналого-цифровой преобразователь. Простейшая реализация данного метода измерения возможна с помощью однобитного преобразования с применением компаратора. В этом случае микроконтроллер в части обработки сигнала осуществляет лишь подсчет количества импульсов за единицу.
Если сигнал близок к синусоиде, что наблюдается при средних и больших скоростях движения среды, частота переходов сигнала через пороговый уровень соответствует расходу. Однако если соотношение «сигнал/шум» понижается, что неизбежно при работе на малых скоростях (расходах) и в условиях повышенной вибрации, то сигнал становится далеким от синусоиды, появляются ложные срабатывания. Сравнение результатов простейшей оцифровки при большом и малом расходах приведено на рис. 5.
Рис. 5. Сравнение результатов простейшей оцифровки при различных расходах:
а – большом, б – малом
Применение производительных электронно-вычислительных мощностей позволяет осуществлять сложные математические алгоритмы, что дает возможность существенно расширить динамический диапазон и улучшить метрологическую составляющую учета. Одним из способов математической обработки сигналов является преобразование Фурье.
В простейшем случае входной сигнал с первичного преобразователя (сенсора) во временной области преобразуется в частотную область с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Частота составляющей спектра с наибольшей амплитудой считается частотой полезного сигнала.
Новая цифровая электроника
Преимущества применения цифровой обработки сигнала с использованием спектрального анализа в вихревых расходомерах
С каждым днём условия конкуренции среди производителей контрольно-измерительных приборов и автоматики усложняются и ужесточаются. За последнее время перечень базовых методов измерения не изменялся, и остаётся прежним. Революционный прорыв произвели массовые расходомеры, а качество и цена перестали быть конкурентными преимуществами, и перешли в разряд обязательных критериев отбора оборудования.
В настоящее время благодаря высокому уровню развития микропроцессорной техники перспективным направлением в создании приборов измерения расхода веществ видится применение методов цифровой обработки сигнала с использованием спектрального анализа. Цифровые расходомеры обладают рядом явных преимуществ, в сравнении с аналоговыми приборами измерения расхода. Такие продукты российского инжиниринга на отечественном рынке появились в 2013г. Наиболее широкое распространение цифровая электроника получила на базе вихревых расходомеров.
В настоящей статье рассмотрены основополагающие принципы определения расхода современными программно-аппаратными средствами измерения; предложена структура, метод обработки оцифрованного сигнала с первичного датчика на примере вихревого расходомера. Также в статье определены основные преимущества, которые могут быть получены в результате цифровой обработки сигнала, указаны математические алгоритмы, позволяющие существенно улучшить качественные характеристики оборудования.
Цифровая электроника вихревых расходомеров ЭМИС-ВИХРЬ 200
Цифровая электроника вихревых расходомеров "ЭМИС-ВИХРЬ 200" (версии V.8) создана на базе мощного процессора цифровой обработки сигнала «Blackfin» от компании «Analog Devices», обладающего высоким быстродействием. Высокопроизводительный процессор способен обрабатывать сигнал от сенсора расходомера, используя математические методы спектрального анализа в режиме реального времени, что позволяет добиваться превосходных результатов в точности измерений.
В процессоре реализуется процедура автоматического анализа спектра сигнала, предназначенная для непрерывного контроля процесса измерения расхода в режиме реального времени. Коды диагностических сообщений автоматически выводятся на дисплей прибора в случае обнаружения кавитации или хаотического вихреобразования. Контроль процесса измерения обеспечивается также функцией самодиагностики расходомера. Прибор способен по команде оператора или по расписанию выполнять самостоятельное тестирование своих внутренних электронных блоков обработки сигнала. Коды диагностических сообщений автоматически выводятся на дисплей прибора в случае обнаружения нарушений в работе электронной части прибора. Датчики вибрации и температуры установлены на процессорной плате расходомера, что позволяет реализовать возможность удаленной диагностики условий эксплуатации прибора. При этом показания датчика температуры непрерывно архивируются.
Цифровая обработка сигнала в расходомере позволяет выполнять поверку прибора, как на жидкой, так и на газообразной среде.
Применяемая электроника (версии V.8) защищает все метрологические коэффициенты технологией «цифровая пломба». Это означает что прибор, на основе данных о своих метрологических коэффициентах, вычисляет определенное число, называемое «метрологической суммой». Метрологическая сумма уникальна для любого набора значений метрологических коэффициентов и позволяет однозначно судить о несанкционированном вмешательстве в настройки прибора.
Возможности вихревых расходомеров, оснащённых цифровой электроникой, выгодно отличаются от более простых аналогов по ряду эксплуатационных параметров:
- средняя наработка на отказ расходомеров составляет 75 000 часов;
- защита от воздействия окружающей среды по ГОСТ 14254 соответствует IP65;
- взрывозащита вида искробезопасная цепь, а также взрывонепроницаемая оболочка.
Функциональность и практичность цифровой электроники на базе прибора по измерению расхода достигается в результате применения программы-интегратора с удобным графическим интерфейсом на платформе Windows. Благодаря используемой технологии обработки сигнала методом прямого и обратного преобразования Фурье программа-интегратор предоставляет широкие возможности анализа качества процесса измерения: отображение в графическом виде спектра сигнала от сенсора расходомера, позволяющее однозначно судить о метрологической достоверности измерения; графическое представление спектра сигнала позволяет выявлять источники шумов и вибраций, оказывающих негативное воздействие на процесс измерения расхода.
Программа позволяет мгновенно включить и настроить необходимый цифровой фильтр и таким образом получить наилучшее соотношение «сигнал/шум». Цифровая фильтрация, основанная на анализе спектра сигнала, позволяет увеличить стойкость прибора к вибрации, а также расширить диапазон измерения расхода с сохранением метрологических характеристик.
Основной функционал программы-интегратора выглядит следующим образом. Прямые фильтры – для борьбы с нежелательными постоянными воздействиями (вибрацией, различными шумами); в электронике версии V.8 предусмотрено 4 полосовых настраиваемых фильтра и 1 фильтр для отключения наводок из сети (50Гц). На представленном спектре (рисунок 1а), мы видим, что полезный сигнал (на частоте 200 ГЦ) перекрывается помехой (на частоте 50 Гц), и прибор показывает некорректный расход. Природа данной помехи может быть неизвестна либо помеху невозможно устранить физически. Чтобы нивелировать её влияние, необходимо настроить прямой фильтр: примерно от 44 до 65 Гц, помеха должна уменьшиться в 100 раз (рисунок 1б).
Рисунок 1. Спектральное представление сигнала сенсора.
Полосовые фильтры не ограничены по ширине. Возможно их комбинирование. В электронике и программе присутствует медианный фильтр, используемый для устранения нежелательных случайных воздействий (в случае аккустических помех механического происхождения, например, вследствие вибраций). Данный фильтр отвечает за то, чтобы показания прибора не изменялись под влиянием случайной помехи. Неоспоримым достоинством данного вида фильтра является его способность работать в автоматическом режиме.
Использование электроники версии V.8 предоставляет возможность самотестирования, которая отображает состояние прибора. В программе на правой панели отображены индикаторы: зеленый индикатор означает, что данная подсистема работает нормально, красный – подсистема дала сбой. При активизации индикатора курсором «мыши» открывается окно с более подробным описанием и рекомендациями. Таким образом, первичную диагностику работы расходомера можно провести, подключив к расходомеру по RS-485 либо USB обычный компьютер или ноутбук.
Функциональные возможности электроники вихревых расходомеров
Сохранение (загрузка) настроек – с помощью данной функции можно осуществлять резервирование настроек расходомера. Функция дает возможность получать настройки для прибора от компании – производителя и настраивать прибор с учетом конкретных условий среды, без демонтажа расходомера. Функциональные возможности электроники и программы-интегратора позволяют сделать запись спектра и отправить его в сервисный центр производителя посредством обычной электронной почты. Запись (воспроизведение) работы прибора (спектра) – данная функция позволяет записывать работу прибора в файл и воспроизводить записанный ранее файл. Эта функция дает возможность записи работы прибора для отправки в сервисный центр для оценки измерения. По данной записи производителем могут быть даны однозначные оценки правильности настройки прибора, рекомендации. Кроме того, может быть создан файл настроек конкретно для Вашего прибора и рабочей среды. Важно отметить, что все эти действия осуществляются без прерывания процесса измерения, т.е прибор не нужно демонтировать.
Также функция дает возможность диагностировать состояние проточной части расходомера (загрязнение и др.) Для этого необходимо записать эталонный файл (сразу после установки расходомера на трубопровод). Подобная возможность, предоставляемая электроникой и программным обеспечением, предоставляет преимущество сравнивать работу прибора с эталонным файлом и диагностировать состояние проточной части.
В соответствии с предлагаемым подходом вихревой расходомер воспринимает сигналы с сенсора (например, пьезоэлектрического, термоанемометрического, ультразвукового и других) и производит его усиление, фильтрацию и обработку.
Упрощенная структурная схема обработки сигнала представлена на рисунке № 2:
Рисунок 2. Структурная схема обработки сигнала
Традиционно обработка проводится аналоговыми методами с помощью RLC-фильтров и операционных усилителей. Далее сигнал нормируется либо с помощью инструментальных усилителей, либо с помощью компаратора и микроконтроллера.
Наиболее перспективными способами проведения измерений в современной расходометрии являются методы цифровой обработки сигнала. В этом случае для нормирования и последующей обработки первичного физического сигнала, преобразованного к виду электрического используется аналого-цифровой преобразователь. Простейшая реализация данного метода измерения возможна с помощью 1-битного преобразования с применением компаратора. В данном случае микроконтроллер в части обработки сигнала осуществляет лишь подсчет количества импульсов за единицу.
Если сигнал близок синусоиде, что действительно при средних и больших скоростях движения среды, частота переходов сигнала через пороговый уровень соответствует расходу. Однако, если соотношение сигнал-шум понижается, что неизбежно при работе на малых скоростях (расходах) и в условиях повышенной вибрации, то сигнал становится далеким от синусоиды, появляются ложные срабатывания. Сравнение результатов простейшей оцифровки на большом и малых расходах приведены на рисунке 3.
Рисунок 3. Сравнение результатов простейшей оцифровки при различных расходах: (а) – большом, (б) – малом
Применения производительных электронно-вычислительных мощностей позволяет осуществлять сложные математические алгоритмы, что даёт возможность существенно расширить динамический диапазон и улучшить метрологическую составляющую учета. Одним из способов математической обработки сигналов является преобразование Фурье.
Рисунок 4. Пример цифровой обработки с применением БПФ и ОБПФ.
В простейшем случае входной сигнал с первичного преобразователя (сенсора) во временной области преобразуется в частотную область при помощи быстрого преобразования Фурье (БПФ). Частота составляющей спектра с наибольшей амплитудой считается частотой полезного сигнала.
Более точное и стабильное вычисление частоты вихреобразования может быть достигнуто применением комбинации прямого и обратного преобразования. Для этого выбранная составляющая спектра и ближайший к ней "лепесток" из ненулевых составляющих, полученных посредством прямого преобразования Фурье, преобразуются во временную область посредством обратного преобразования Фурье (ОБПФ). Полученный выходной сигнал имеет вид, приближенный к синусоиде, и может быть обработан посредством подсчета периода времени между переходами сигнала через пороговое значение. Работа метода проиллюстрирована на рисунке 4.
Преимущества расходомеров с цифровой обработкой сигнала
Дополнительным преимуществом является наличие обратной связи. Она позволяет прибору проводить контроль целостности своих выходных цепей.
Рисунок 5. Калибровка расходомера с помощью корректировочной таблицы
Цифровая обработка сигнала так же позволяет калибровать прибор, то есть вводить корректировку выходного сигнала в зависимости от его значения до калибровки. Действие такой калибровки условно показано рисунке 5. Полученная "калибровочная таблица" хранится в цифровом виде, и может быть легко восстановлена.
Таким образом, научный и инновационный подход к решению задач измерения одним из наиболее традиционных способов значительно расширяет функциональные возможности вихревого расходомера, создавая новые конкурентные преимущества, без значительного удорожания стоимости прибора.