Спосіб вимірювання витрати на основі статистичних характеристик шуму вимірюваного середовища

Спосіб вимірювання витрати на основі статистичних характеристик шуму вимірюваного середовища, що ґрунтується на перетворенні випадкових коливань, а саме шумів, за допомогою відповідного давача в неперервний електричний сигнал, величина якого пропорційна до рівня шумів контрольованого середовища, який відрізняється тим, що для визначення величини витрати використовується зміна поточних статистичних характеристик випадкових сигналів - шумів, які генеруються вимірюваним середовищем внаслідок зміни швидкості його переміщення, фізико-хімічних властивостей, температури, тиску тощо і є пропорційними до величини витрати вимірюваного середовища. Винахід належить до витратовимірювальної техніки та метрології і може бути використаний для вимірювання об'єму та об'ємної витрати. Відомий акустичний спосіб вимірювання витрати, який ґрунтується на вимірюванні переміщення акустичних коливань рухомим середовищем (коливання можуть направлятися: за потоком, проти потоку та під кутом до потоку), а також на визначенні зсуву фази звукової хвилі та ефекті Допплера. Звукові коливання генеруються випромінювачем і проходять через середовище, що рухається і реєструються приймачем, який знаходиться на певній відстані від випромінювача. Після чого порівнюються (зміщення, фазовий зсув, частоти повторення коротких імпульсів чи пакетів ультразвукових коливань, часи проходження коротких імпульсів) генерований та прийнятий звукові сигнали. Величини, отримані в результаті такого порівняння є пропорційними до витрати середовища [Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1989. - 440с.]. Проте швидкість поширення звукових коливань залежить від фізико-хімічних властивостей вимірюваного середовища, що у випадку реалізації згаданого способу вимірювання приводить до необхідності застосування спеціальних методів та засобів компенсації, які знижують точність вимірювання та суттєво ускладнюють реалізацію такого способу. Крім того даний спосіб забезпечує вимірювання середньої швидкості тільки по лінії ультразвукового променя, а не дійсну середню швидкість потоку. Відомий також вихровий спосіб вимірювання, який ґрунтується на створенні в потоці середовища, що рухається стійкого периферійного вихору за допомогою пристроїв завихрення потоку (нерухоме тіло, гвинтоподібний шнек, тощо). Утворення вихору в основному потоці зумовлює втрату стійкості периферійних вихрових утворень, в наслідок чого центральна вихрова доріжка починає коливатись відносно геометричної осі пристрою завихрення з частотою, яка пропорційна середній швидкості потоку і амплітудою, що рівна до відповідних параметрів пристрою завихрення. З аналогічною частотою та амплітудою, що рівна швидкості потоку, буде змінюватись і тиск потоку. Перетворивши при допомозі амплітудно-частотного давача пульсації тиску в електричний сигнал і поділивши його амплітудні значення на частотні отримують величину яка пропорційна до витрати середовища, що рухається [Расходомеры и счетчики количества: (19) UA (11) 77083 (13) C2 (21) 20041209957 (22) 06.12.2004 (24) 16.10.2006 (46) 16.10.2006, Бюл. № 10, 2006 р. (72) Мельничук Степан Іванович, Пашкевич Олег Петрович (73) Мельничук Степан Іванович, Пашкевич Олег Петрович (56) UA 62387 A, 15.12.2003 SU 347576, 10.08.1972 US 5932812 A, 03.08.1999 JP 4166722, 12.05.1992 RU 2123668 C1, 20.12.1998 3 77083 4 Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. -Л.: МашиПеретворивши випадкові коливання (шуми) за ностроение, 1989. - 361с.]. допомогою відповідного давача в сигнал зручний Проте реалізація вказаного методу з викорисдля обробки і визначивши зміну статистичних хатанням пристроїв завихрення потоку створює дорактеристик отриманого сигналу обчислюють ведатковий опір на шляху руху вимірюваного сереличину, яка пропорційна до витрати середовища, довища, що приводить до зменшення його що рухається. швидкості, крім того даний спосіб практично не В результаті запропоновано спосіб, який ґрунчутливий до ламінарних потоків, а наявність акустується на вимірюванні зміни статистичних характичних та вібраційних перешкод суттєво знижує теристик випадкових процесів (шумів), що дозвоточність вимірювання. ляє отримати кількісні та якісні характеристики Найбільш близьким за технічною суттю до засередовища, а також суттєво зменшити вплив запропонованого винаходу є спосіб, що ґрунтується вад за рахунок розширення інформативної частина перетворенні випадкових коливань (шумів) за ни сигналу іншими статистичними характеристидопомогою відповідного давача в неперервний ками (крім спектральних). електричний сигнал, величина якого пропорційна Суть винаходу пояснюється визначенням ведо рівню шумів контрольованого середовища з личини зміни поточних статистичних характерисподальшим порівнянням спектральних характеритик (дисперсії, ентропії, спектру тощо) випадкових стик випадкових коливань, які виникають у вимісигналів (шумів), які генеруються вимірюваним рюваному середовищі в наслідок його переміщенсередовищем в наслідок зміни швидкості його пеня. Перетворивши випадкові коливання (шуми), які реміщення, фізико-хімічних властивостей, темпеутворюються внаслідок переміщення, а також зміратури, тиску тощо, і є пропорційні до величини ни теплових, вібраційних та інших фізико-хімічних витрати вимірюваного середовища. властивостей вимірюваного середовища, за допоПриклад реалізації запропонованого способу могою відповідного давача в сигнал зручний для вимірювання витрати. обробки і визначивши зміну спектральних (ампліДля вимірювання витрати газу використовутудно-частотної, фазочастотної тощо) характерисється первинний перетворювач акустичних колитик отриманого сигналу визначають величину, яка вань (тип давача: 60L-12), який здійснює перетвопропорційна до витрати середовища, що рухаєтьрення випадкових акустичних процесів (шумів), що ся [Деклараційний патент UA 62387A G01F25/00. утворюються газом, в аналоговий електричний Бюл. №12, 15.02.2003]. сигнал. Для цього на замірній ділянці 1 трубопроПроте під час реалізації згаданого методу виводу здійснюють монтаж первинного перетворюкористання лише спектральної характеристики вача 3 таким чином, щоб він контактував з вимірювипадкових коливань не дає повну картину шумованим середовищем, не створював опору вого процесу і не дозволяє досягти бажаної точнопротіканню газу, а також був відділений від замірсті вимірювання. ної ділянки за допомогою акустичного ізолятора 2 В основу винаходу – Спосіб вимірювання ви(Фіг). трати на основі статистичних характеристик шуму Початкові вимірювання здійснюють в стані вимірюваного середовища – поставлена задача умовного спокою вимірюваного середовища, коли розробки нового способу вимірювання об'єму та протікання газу по замірній ділянці відсутнє. Непевитрати шляхом порівняння декількох статистичрервні акустичні коливання, що утворюються ганих характеристик (дисперсії, ентропії, спектру зом, за допомогою давача 3 перетворюються в тощо) випадкових коливань (шумів), які виникають аналоговий сигнал, який з метою попередньої фіу вимірюваному середовищі в наслідок його перельтрації передається на атенюатор 4. Відфільтроміщення, що дозволяє забезпечити підвищення ваний сигнал передається на блок перетворення в точності вимірювання, усунути вплив перешкод цифрові інформаційні пакети 5, які за допомогою додаткових опорів по тракту руху вимірюваного обчислювача 6 безперервно зчитуються і одночасередовища, суттєво зменшити вплив завад та сно трансформуються в статистичні характеристирозширити робочий діапазон вимірювальних прики кожного інформаційного пакету. Усереднені строїв. значення кожного пакету зіставляються з відповідВирішення поставленої задачі стає можливим ною витратою газу і фіксуються в пам'яті обчислюзавдяки тому, що здійснюється перетворення вивача. падкових коливань (шумів) вимірюваного середоАналогічні вимірювання здійснюються почервища за допомогою відповідного давача в неперегово для кожного значення витрати, внаслідок чого рвний електричний сигнал, величина якого формується функціональна залежність зміни стапропорційна рівню цих шумів, і, згідно винаходу, тистичних характеристик випадкових коливань для визначення величини витрати використову(шумів) від зміни величини витрати газу. Отримана ється зміна поточних статистичних характеристик градуювальна характеристика використовується (таких як дисперсія, ентропія, спектр тощо) випаддля обчислення поточних значень витрати газу в кових коливань, які генеруються вимірюваним сепроцесі вимірювання. редовищем і є пропорційні до швидкості його руху. Слід зауважити, що використання декількох Утворення випадкових коливань (шумів) та статистичних характеристик (дисперсії, ентропії, зміна їх статистичних характеристик в потоці виміспектру тощо) дозволяє суттєво зменшити вплив рюваного середовища зумовлюється його фізикосторонніх завад і зменшити похибку вимірювання, хімічними властивостями, зміною температури, при цьому метод забезпечує незалежність точностиску, швидкості переміщення тощо, а також наявті вимірювання від характеристик потоку (ламінарністю внутрішніх перешкод та зовнішніх впливів. ний, турбулентний) та напряму його руху. 5 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 77083 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601