Способ измерения мгновенноговесового расхода

 

(гЗ) Авторы изобретения

10. В. Панич, М. 3. Пайкин и Д. С. Лялин

Всесоюзный научно-исследовательский и проек конструкторский институт по авгоматиэацпи пр промышленности строительных материалов (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОГО ВЕСОВОГО

РАСХОДА лей 11 °

Изобретение относится к способам взвешивания сыпучего материала, транспортируемого подъемным конвейером или элеватором, и может быть использовано в автоматических системах контроля и управления потоками сыпучих материалов в промышленности строительных материалов, добывающей промышленности, метал— лургии, а также в химической промышленности.

Известны способы измерения весового расхода сыпучих материалов, транспортируемых ленточными конвейерами или элеваторами, при осуществлении которых необходимо использование весоизмерите

Однако на практике часто не удается испольэовать эти способы измерения весового расхода иэ-эа сложности их технической реализации в условиях конструктивных о раничений объекта, а также вследствие отрицательного воздействия на фун» кционирование весоизмерителей .влажноо2 ти, запыленности и других неблагоприятных факторов окружающей среды.

Наиболее близким по технической cyatности к описываемому способу является способ измерения мгновенного весового расхода сыпучего материала, транспортируемого подъемным конвейером или элеватором, заключающийся в измерении сигнала датчика потребляемой активной мощности привода конвейера или элеватора ).2).

Такой способ характеризуется недостаточно высокой точностью измерения весового расхода, обусловленной тем, что в измеряемом сигнале мощности содержится неучитываемая низкочастотная периодическая составляющая. Эта составляющая, период которой равен времени оборота ленты подъемного конвейера или элеватора, cssзана со спецификой работы этих устройств, в частности с,неиэбежным перекосом ленты конвейера М т.п.

Амплитуда указанной низкочастотной составляющей достигает 10-20я от величины полезного сигнала. Вследствие низ602&04

50 кочастотного характера этой составляющей применение демпфирования . не представляется возможным. Таким образом, измерения, проводимые по пенному способу, оказываются неприемлемыми для использования в системах автоматического управления технологическими процессами.

Целью изобретен ия являет ся и овышение точности измерения мгновенного весового расхода.

Это достигается тем, что искусствен-. но формируют синусоидальный сигнал, период которого равен времени оборота ленты конвейера или элеватора, и вычитают иэ измеряемого сигнала мощности, причем амплитуду и фазу синусоидального сигнала единичной амплитуды корректируют в конце каждого периода по величине корреляционного показателя.

Величину корреляционного показателя определяют кек среднее за период произведение измеряемого сигнала и искусственно форм ируемого синусоидального сигнала единичной амплитуды, период которого равен времени оборота ленты. Величину корреляционного показателя определяют как среднее за период произведения первой производной измеряемого сигнала по времени и искусственно формируемого косинусоидального сигналя единичной амплитуды, период которого равен времени оборота ленты.

Н8 фиг. 1 даны характерные виды измеряемого сигнала Х (t ) и искусственного сигнала У (t ); на фиг. 2 — функция (Ф );. на фиг. 3 — схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство, реализующее способ, состоит иэ подъемного конвейера 1, привода 2, датчика 3 потребляемой активной мощности, блока 4 сглаживания высокочастотных помех, блоков умножения 5,6,7, генератора 8 синусридельного сигнала единичной амплитуды, блоков 9,10,11 сдвига фазы сигнала, блоке 12 вычисления корреляционного показателя, блока 13 выбора максимального значения, блока 14 определения амплитуды и фазы, блока 15 корреляции амплитуды и фазы, генератора 15 синусоидального сигнала требуемой амплитуды и фазы, блока вычитания 17, индикатора расхода 18.

Способ измерения мгновенного расхода сыпучего материала реализуется в устройстве следующим образом.

Расход сыпучего материала, транспортируемого подьемным конвейером 1, иэ« меряется с помощью датчика 3 потребляемой активной мощности привода 2.

<0

З0

Сигнал мощности Х (t ) поступает на вход блока 4 сглаживания высокочастотных помех и далее на вход блоков умцожения 5-7. Кроме. того, на вход блоков умножения 5-7 поступают искусственно формируемые с помощью генератора 8 синусоидальные сигналы единичной амплитуды, период которых равен времени оборота ленты, а фаза которых последовательно меняется от О до 2 R с интервалом ДХ в блоках 9 — 11 сдвига фазы.

Полученные на выходе блоков 5-7 произведения измерительного сигнала мощности Х (t ) на искусственно формируемые сигналы (Ylt) )4 поступают на вход блока 12 вычисления корреляционного показателя. На выходе блока 12 получают набор значений показателя К;, которые поступают на вход блока 13 выбора максимального значения показателя Я; . На ,+ выходе блока 13 образуется показатель

М., по величине которого в блоке 14 определяются значения амплитуды и фазы.

Полученные на выходе блока 14 значения поступают на вход блока коррекции 15.

Образующиеся на выходе блока 15 откорректированные новые значения амплитуды и фазы поступают на вход генератора 16, генерирующего синусочдальный сигнал с периодом, равным времени оборота ленты конвейера, и с рассчитанными в блоке

15 амплитудой и фазой. Сигнал с выхода генератора 16 поступает на один из входов блока вычитания 17, на другой вход которого поступает измеряемый сигнал датчика 3 потребляемой активной мощности привода конвейера1. H а выходе блока

17 формируется сигнал весового расхода сыпучего материала, транспортируемого конвейером, не содержащий низкочастотную составляющую, период которой равен времени оборота ленты.

Значения расхода через конвейер 1 считываются с индикатора расхода 18.

Измеряемый сигнал датчика активной мощности привода конвейере или элеватора состоит из полезной составляющей и гармонической низкочастотной помехи и может быть представлен в виде:

gjt) = s(e) + A.; (+- Ф + ч 1, где Х (й) — измеряемый сигнал датчика активной мощности конвейера или элеватора;

% (4) — полезная составляющая измеряемого сигнала весового рас— хода сыпучего материала;

802804 (8) где

19

Ло результатам коррекции на каждом к"-ом периоде осуществляют следующую операцию: юг- т, 2f. зо

R«- — ")5ьь«vl(T+ «<««)сь «

+ T I AМи(-ф + Р)ь»n(T t+ид)dt.

«

Учитывая, что полезная составляющая измеряемого сигпала весового расхода сы2S пучего материала весьма медленно изменяется во времени и, следова тельн о, . первое слагаемого мало, получают:

Х () (3) О

А

>(<) =5» (T t. + 4 h A.), 2l

R<=f(Р)., Р f - мЛ

Из формулы (3) следует, что корреляционный показатель достигает своего максимального значения при условии, что фаза j b,k искусственно формируемого синусоидального сигнала у (t) сов адает 4> с фазой ф низкочастотной помехи.

Таким образом, для определения неизвестной фазы синусоидадьной помехи необходимо определить значение фазы д Л (5), при котором корреляционный показатель достигает максимума, и принять Ф (5) где

Д вЂ” амплитуда гармонической низкочастотной помехи; — фаза гармонической помехи; период помехи, равный времени оборота ленты конвейера или элеватора.

B течение периода вычисляют корреляционный показатель:

Ri=> ê(t)çþ(t г»лл.), (2) 2 т 0 где g — величина интервалов, на которые разбит период помехи, т.е.

2R

Ц вЂ” число интервалов.

Корреляционный показатель К» вычисляют для ряда значений 1 = 1,2„.. N

Используя формулы (1) и (2), получаИз формулы (3) следует, что неизвестная амплитуда А будет равна удвоенному максимальному значению корреляционного показателя, т.е. А (e).

Поскольку выражение (3) носит приближенный характер и вычисленные таким образэм неизвестные значения фазы и амплитуды содержат погрешности, то на каждом и-том периоде производят корректировку амплитуды и фазы синусоидального сигнала единичной Bh цлитуды с пом ъщью соотношений:

Ак ="к 1У»-(1-Т 2R» (7) 1 к = к-1г g (Р— Pg-1), — коэффициент экспоненциального сглаживания;

К вЂ” номер периода, к=1,2...

5g (й) = х (ь ) - А у 5» i1 (g t t )с ) (97

2й где Я (t} — значение полезной составляк ющей измеренного сигнала весового расхода сыпучего материала в поточно-транспортной системе с подьемным конвейером или элеватором.

Следовательно, полученные по формулам (7), (87 параметры помехи необходимо внести в формулу (9), после чего получают сигнал расхода, не содержащий низкочастотной помехь.

Зля повышения помехоустойчивости по отношению к низкочастотным помехам предлагается, кроме того, иной способ в ычисления корреляционного показателя как среднего за период произведения первой производной измеряемого сигнала и искусственно формируемого косщ»усоидального сигнала единичной амплитуды. Сущность такого способа измерения заключаФ ется в следующем

Согласно формуле (1) первая производная измеряемого сигнала .по времени имеет вид: с3х @ ds(t ) 2й 2 — «. А -

Вычисляют корреляционный показатель »= T- J у . cos(„g++)gt(11), Таким образом, значения корреляцисиного показателя определяют как среднее за период произведение первой производной по времени измеряемого сигнала на искусственно формируемый косинусоидальный сигнал 2 (t} 2r где Z (t) =COS(Т1»»йА) (12)

Из формул (11), (12} следует, что й» =A>ccS(y- j A), (13) 802804

Из формулы (13) видно, что корреляционный показатель достигает своего максимального значения при условии, что фаза искусственно формируемого косинусоидального сигнала Z (t ) совпадает с фазой низкочастотной помехи.

Затем после вычисления набора значений корреляционного показатеЛя формируют косинусоидальный сигнал, фазу которого определяют согласно формуле (5), а амп- te литуда равна произведению максимального значения корреляционного показателя на частное от деления периода помехи .на число )Г, т.е.

А Р( г (, () Я

Коррекцию амплитуды и фазы вычисляемого синусоидального сигнала производят по формулам (7), (8).

Окончательное измерение сигнала весо- 2я вого расхода, не содержащего низкочастотной помехи, осуществляют по форму ле (9), Такой способ вычисления корреляционного показателя приводит к значительным погрешностям при наличии высокочасто1ных помех.

В атом случае нужно использовать первый способ вычисления корреляционного показателя. 30 о

Формула иэ обре тен ия

1. Способ измерения мгновенного весового расхода сыпучего материала, транспортируемого подъемным конвейером или

35 элеватором, заключающийся в измерении сигнала датчика потребляемой активной мощности привода конвейера или элеватора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, ис— кусственно формируют синусоидальный сигнал, период которого равен времени обсрота ленты конвейера или элеватора, и вычитают из измеряемого сигнала мощности, причем амплитуду и фазу синусоидального сигнала единичной амплитуды корректируют в конце каждого периода по величине корреляционного показателя.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что величину корреляционного показателя определяют как среднее за период произведение измеряемого сигнала и искусственно формируемого сигнала единичной амплитуды, период которого равен времени оборота ленты.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что величину корреляционного показателя определяют как среднее эа период произведение первой производной измеряемого сигнала по времени и искусственно формируемого косинусоидального сигнала единичной амплитуды, период которого равен времени оборота ленты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гаузнер С. H. u np. Измерение массы, объема и плотности, М., Стандартгиз, 1972, с. 34.

2. Марсов В. Н. и др. Автоматическое управление технологическими процессами, на предприятиях строительной индустрии.

М., Стройиздат, 1975, с. 18 (прототип).