Способ измерения мгновенногоВЕСОВОгО РАСХОдА Советский патент 1981 года по МПК G01G11/00 

Изобретение относится к способам взвешивания сыпучего материала, транспортируемого подъемным конвейером или элеватором, и может быть использовано в автоматических системах контроля и управления потсжами сыпучих материалов в промышленности строительных материалов, добывающей промышленности, метал лургии, а также в химической промышленности. Известны способы измерения весового расхода сыпучих материалов, транспорти руемых ленточными конвейерами или элеваторами, при осуществлении которых необходимо использование весоизмерите ией LlJ . Однако на практике часто не удается использовать эти способы измерения весо вого расхода из-за сложности их технической реализации в условиях конструктив ных О1раничений объекта, а также вследствие отрицательного воздействия на функцисдаирование весоизмерителей .влажнооти, запыленности и других неблагоприятных факторов окружающей среды. Наиболее близким по технической сущности к описъгваемому способу является способ измерения мгновенного весового расхода сыпучего материала, транспортиру- подъемным конвейером или элеватором, заключающийся в измерении сигыаяа датчика потребляемой активной мощности привода конвейера или элеватора I2j. 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, связана со спецификой работы этих устройств, в частности с.неизбежным перекосом ленты конвейера tf т.п. Амплитуда указанной низкочастотной составляющей достигает 1О-2О% от величины полезного сигнала. Вследствие низкочасготного характера этой составляющей применение демпфирования . не представляется возможным. Таким образом, измерения, проводимые по данному способу, оказываются неприемлемыми для использо вания в системах автоматического управле ния технологическими процессами, Целью изобретения является повышение точности измерения мгновенного весового расхода. Это достигается тем, что искусствен-г но формируют синусоидальный сигнал, период которого равен времени оборота ленты конвейера или элеватора, и вычитают из измеряемого сигнала , причем амплитуду и фазу синусоидального сигнала единичной амплитуды корректируют в конце каждого периода по величине корреляционного показателя. Величину корреляцисжного показателя определяют как среднее за период произведение нзкюряемого сигнала и искусственно форм и|зуек{ого синусоидального сигнала единишой амплшгуды, период которого равен времени оборота ленты. Величин корреляционного показателя определяют как среднее за период произведения первой производной измеряемого сигнала по времени и искусственно формируемого косинусоидального сигнала единичной амплитуды, период которого равен временно оборота ленты. На фиг. 1 даны .характерные виды измеряемого сигнала X ( t) и искусственного сигнала У ( t); на фиг. 2 - функция fc ( t ). на фиг. 3 - схема устройства для реализации предложенного способа. Устройство, реализующее способ, состоит из подъемного конвейера 1, привода 2, датчика 3 потребляемой активнбй мощности, блока 4 сглаживания высокоча стотных помех, блоков y moжeнИJ7 5,6,7, генератора 8 синусрндального сигнала еди ничисй амплитуды, блоков 9,10,11 сдвига фазы сигнала, блока 12 вьмисления корреляционного показателя, блока 13 выбора максимального значения, блока 14 определения амплитуды и фазы, блока 15 корреляции амплитуды и фазы, генератора 15 синусоидального сигнала требуемся амплитуды и фазы, блсжа вьиитания 17, индикатора расхода 18. Способ измерения мгновенного расхода сыпучего материала реализуется в уст ройстве следующим образом. Расход сыпучего материала, транспортируемого подъемным конвейером 1, из меряется с помощью датчика 3 потребляемоЛ активной мощности привода 2. Сигнал мощности X ( t- ) поступаег ка вход блока 4 сглаживания высокочастотных помех и далее на вход блоков умножения 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 ТГ с интерва:лом Д X в блоках 9-11 сдвига фазы. Полученные на выходе блоков 5-7 произ ведения измерительного сигнала мощности X ( t ) на искусственно формируемые сигналы ( y/t/ ) поступают на вход блока 12 вычисления корреляционного показателя. На выходе блсжа 12 получают набор значений показателя R; , которые поступают на вход блока 13 выбора максимального значения показателя Rj . На вькоде блока 13 образуется показатель R , по величине которого в блоке 14 определяются значения амплитуды и фазы. Полученные на выходе блока 14 значения поступают на вход блока кqэpeкции 15. Образующиеся на выходе блока 15 откорректированные новые значения амплитуды и фазы поступают на вход генератора 16, генерирующего синусоидальный 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 блсяса вычитания 17, на другой вход Korqporo поступает измеряемый сигнал датчика 3 потребляемой активной мощности привода коивбйерв). На выходе блсяса It формируется сигнал весового расхода сыпучего материала, транспортируемого конвейером, не содержащий низкочастотнуго составляющую, период которой равен времени оборота ленты. Значения расхода через ксжвейер 1 считьшаются с индикатора расхода 18. Измеряемый сигнал датчика активной мощности привода конвейера или элеватора состоит из полезной составляющей и гармонической низкочастотной помехи и может быть представлен в виде: 4lt)S(t) + A.. tvf), (1) где X (t) - измеряемый сигнал датчика активной мощности конвейера или элеватора; S (ь) - полезная составляющая измеряемого сигнала весового расхода сыпучего материала; А - амплитуда гармонической низкочасгогной помехи; - фаза гармонической помехи; Т - период помихи, равный времени оборота ленты конвейера или элеватора. В течение периода вычисляют корреляционный показатель: (t)sm(4j ttiAA.)rft (2) где А - величина интервалов, на которые разбит период помехи, т.е. . М - число интервалов. Корреляционный показатель Ri вычисляют для ряда значений 1 1,2,... N Используя формулы (1) и (2), получа R4-4rs(t)sm(-nu)dt + 4bsmi -i-4)Slh(t4.fu)dt Учитывая, что полезная составляющая измеряемого сигнала весового расхода сы пучего материала весьма медленно изменяется во времени и, следовательно, первое- слагаемого мало, получают: А Ri«-2-cos(s-i ), Y{t)5m(,, причем R-i-fl), A.f-luA.. Из формулы (3) следует, что корреляциснный показатель достигает своего максимального значения при условии, что фаза { дХ. искусственно формируемого синусоидального сигнала у ( Ь) совпадает с фазой ф низкочастотной помехи. Таким образом, для определения неизвестной фазы синусоидадьной поме хи необходимо определить значение фазы Р г i ДЛ (5), при котором корреляционный показатель достигает максимума, и принятьчсячл (5) Из формулы (3) следует, что неизвест ная амплитуда А будет равна удвоенному максимальному значению корреляцисжгного показателя, т.е. А« 2Rb Поскольку выражение (3) носит приближенный характер и вычисленные таким образом неизвестные значения фазы и амплитуды содержат погрешности, то на каждом к-том периоде производят корректировку амплитуды и фазы синусоидалього сигнала едапичной а 11лнтуды с помощью соотношений: .у + 11-2Г 2Р () K-YKHt iS fK-i), (и) где f - коэффициент экспоненциального сглаживания; К - номер периода, ,2... По результатам коррекции на каждом к-ом периоде осуществляют следующую операцию: 5K(t)x(t)-flKS-fn(); (у) где Si, (t) - значение полезной составуЧяющей измеренного сигнала весового расхода сыпучего материала в поточно-тр1шспс зтной системе с подъемным конвейером или элеватором. Следовательно, полученные по формулам (7), (8) параметры помехи необходимо внести в формулу (9), после чего получают сигнал расхода, не содержащий низкочастотной помехи. Для повышения помехоустойчивости по отнощен гю к низкочастотным помехам предлагается, кроме того, (шой способ вычисления кс реляцно 1ного показателя как среднего за период произведения первой производной измеряемого сигнала и искусственно форм фуемого косинусоидального сигнала единичной амплитуды. Сущность такого способа измерения заключа- ется в следующем Согласно фэркгуле (1) первая производная измеряемого сигнала ,по времени имеет вид: dx(t) dsit) .2 ,„ .g-W.- t А-т-cos (-f-t Ч/,. (10) Вычисляют корреляционньй показатель °-R,- 4-/|lil)cos(t.y)c(t(ii), Таким образом, значения корреляцией ого показатели определяют как среднее а период нроизведение первой производой по времени измеряемого сигнала на искусственно формируемый косинусоидаль- ный сигнал 2 (t), где 2(t)COsC-Yit 4A)(12) Из формул (11), (12) следует, что R AYCOs(vf-fйЛ), (1 Из формулы (13) видно, что корреляционный показатель достигает своего мак симального значения ари условии, что фаза искусственно формируемого косинусоидальнот о сигнала Z ( t) совпадает с фаЗОЙ низкочастотной помехи. Затем после вычисления набора.значений корреляционного показателя формирую косинусоиДЕЛЬный сигнал, фазу котсрого определяют согласно (5), а амплитуда равна произведению максимального значения корреляционного показателя на частное от деления периода помехи .на число 7Г, т.е. Коррекцию амплитуды и фазы вычисляемого синусоидального сигнала производят по формулам (7), (8). (Лс(жчательное измерение сигнала весо вого расхода, не содержащего низкочастотной помехи, осуществляют по форму- ле (9). Такой способ вычисления ксррелнцисжного показателя приводит к значительным погрешностям при наличии высокочастотных помех. В этом случае нужно использовать способ вычисления корреляционного псжазателя. Формула И 3 о б р е тения 1. Способ измерения мгновенного весового расхода сыпучего материала, тран спс тируемето подъемным конвейером или элеватсром, заключающийся в измерении

Jfftlj

./ сигнала датчика потребляемой активной мощности привода конвейера или элеватора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, искусственно формируют синусоидальный сигнал, период которого равен времени оборота ленты конвейера или элеватора, и вычитают из измеряемого сигнала мощности, причем амплитуду и фазу синусоидальното сигнала единичной амплитуды корректируют в конце каждого периода по величине корреляционного показателя. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что величину корреляционного показателя определяют как среднее за период произведение измеряемого сигнала и искусственно формируемого сигнала единичной амплитуды, период которсн о равен времени оборота ленты. 3.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что величину корреляционного показателя определяют как среднее за 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. Н. и лр; 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).

/;

макс