Как сделать из подручных материалов доплеровский расходомер.
Введение
Сначала - формальные слова. Говорю сразу - доплеровский расходомер предназначен для измерения расхода жидкостей, содержащих рассеиватели - взвеси, пузырьки воздуха или пара, и пульп. Он не годится для измерения расхода чистых жидкостей и коллоидов - такова уж физика явления. Тем не менее, они занимают свою нишу среди расходомеров. Впрочем, многообразие принципов работы расходомеров порождено именно разнообразием условий их применения.
В статье описана одна из возможных конструкций доплеровского расходомера. Он выполнен на практически минимальной элементной базе (AVR микроконтроллер AtMega), но, тем не менее, обработка сигнала в нем осуществляется спектральными методами, что обеспечивает неплохие метрологические характеристики (скорость потока 0.1 - 6 м/с, относительная погрешность без тарировки по месту установки - 2-3%, что, в общем-то, типичная характеристика для доплеровского метода). Подробно рассмотрены теория измерения расхода доплеровским методом, применение пьезоэлектроакустических преобразователей, монтируемых на наружной стенке трубопровода, а также один из видов спектрального преобразования - дискретное преобразование Хартли. Схемотехника расходомера, его программное обеспечение (открытый код, GNU лицензия) - прилагаются. Цифровой интерфейс прибора - 1-WireTM.
Часть 1. Общие слова о сути принципа. - Описывается физика и математика процесса доплеровского изменения частоты в движущихся средах
Часть 2. Как научить безмозглый процессор спектральным преобразованиям. - Описывается математика и алгоритм преобразований Хартли (light-альтернатива преобразованиям Фурье).
Часть 3. Доплеровский расходомер, антикризисный вариант. - схема, программа и пояснения к расходомеру..
Приложения:
Исходный текст программы расходомера
Программа и переходник для компьютерной регистрации
Исходные тексты и программа расчета коэффициентов и перестановок
Постскриптум
По правде говоря, это переработанная версия боеспособного расходомера, в 2004-м году около сотни их отправилось на буровые, мерить расход бурового раствора. Работают еще кое-где, кстати. Несмотря на смешной размер.
Конечно, нет предела совершенству, можно пересмотреть аналоговую часть приемника, но это кэцэ надо будет еще проверять. ПЭА используются сейчас от времяпролетного расходомера «взлет» (на большее они всё равно не годятся), но думаю, в ближайшее время смогу породить адекватную конструкцию совмещенного блока ПЭА (как это ныне модно) на 500 или 640 кГц. Тогда размещу здесь же его описание.
// примечание Домового: Есть вариант ультразвукового датчика аналогичного SE4 (Артвик, для DFM 5). Энтузиастам можем подарить датчик бесплатно.
Да, и еще... на правах саморекламы для потенциальных работодателей. Есть готовая разработка доплеровского расходомера, способного определять направление потока. Относительная погрешность доведена (после тарировки) до ±1%. Диапазон скоростей потока - ±0.1 - 15 м/с, проверен на трубопроводах от 25 до 150 мм. Используется для измерения расхода бурового раствора уже более 5 лет (правда, за это время было разработано не меньше 8 модификаций). Вообще говоря, у него есть сертификат соответствия типа, и он внесен в госреестр средств измерения. Выход у него - MODBUS RS-485 и токовый 4-20 мА. Были попытки использовать его для измерения расхода цементного раствора, но... не очень. До плотности 1.6 (примерно так) - терпимо. И есть еще один расходомер - времяпролетный. Вещь получилась очень приятная, работает как с накладными, так и с врезными датчиками широкого диапазона частот (ну, проверял от 500 до 2500 кГц на воде), относительная погрешность с врезными датчиками и известной геометрией измерительного тракта без предварительной тарировки по образцовому расходомеру - лучше 1%, после тарировки - .... ммм... расходомер образцовый у меня ±0.25%, поэтому промолчу. С накладными датчиками ситуация такая: ПЭА от «взлет» требуют танцев с бубном в районе 5% из-за плавания «0» (фейл внатуре; из-за него в СНГ перманентное отвращение к ультразвуковым накладным расходомерам); ПЭА от Flexim доставляют конкретно, практически не отличаются по точности от врезных, ничего в них не плавает и не ползет, но цена - 20 000 руб за комплект в докризисные времена. Врезные ПЭА - очень доставляет «Пьезоприбор» из Ростова-на-Дону, очень приличные характеристики у датчиков, а еще больше радует их цена. Расходомер не требует дополнительного времени на автоподстройку под тракт (как «взлёт»), способен работать в условиях достаточно сильного (ну процентов до 10) газообразования в жидкости или при наличии твердых включений. Метод измерения - времяпролетный, зондирующий сигнал - импульсный или сложный, обработка - корелляционная. Вытаскивает сигнал из-под шума, на 6-7 дБ превышающего его. Есть вариант на два-три луча. Под заказ можно разработать многолучевой времяпролетник для работы на газе, в том числе с накладными датчиками. Выход - MODBUS RS-485
Да.. в обоих расходомерах есть индикация, LCD 320x240, клавиатура, и могут управляться IR пультом с совместимой с RC5 системой команд.
Обсудить статью, и обратится к автору можно на нашем форуме.
10 июля 2009 г.