Проверка исходной информации на достоверность и коррекция результатов измерений

Исходная информация о текущем состоянии объекта поступает в ЭВМ по многим десяткам, а иногда и сотням ИИК. При этом вполне возможна вероятность попадания в систему недостоверной информации.

Недостоверная исходная информация появляется при отказах ИИК, которые делятся на полные и частичные (метрологические). Полный отказ наступает при выходе из строя или повреждении ИИК. При частичном отказе средства измерения сохраняют работоспособность, однако погрешность измерения соответствующего параметра превышает допустимое значение, определяемое его классом точности.

Для выявления полных отказов используют алгоритмы допускового контроля параметров и допускового контроля скорости измерения параметров.

Метрологические отказы выявляются на основе использования информационной избыточности, которая всегда имеет место в АСУТП, например, за счет наличия дублирующих приборов или за счет того, что информация о действительном значении параметра содержится не только в измеренном значении этого параметра, но и в измеренных значениях других параметров, связанных с ним устойчивыми зависимостями, например, уравнениями материального или теплового балансов.

Погрешности измерения ∆X_i в этом случае находятся из следующей системы уравнений:

, (46)

, (47)

где ∆х_i – искомые оценки погрешностей измерения; P_i – весовые коэффициенты, позволяющие учесть различия в классе точности измерительной аппаратуры; а_ji – коэффициенты уравнений (46) и (47); λ_j - неопределенные множители Лагранжа; ℓ_j– допустимые погрешности выполнения уравнений связи.

Коррекция результатов измерений осуществляется по формуле

, (48)

где x_i – измеренные значения параметров.

Алгоритмы выявления полных и метрологических отказов, примеры расчета погрешностей - ∆x_i и коррекции результатов измерений приведены в работах.

Коррекция показаний датчиков при отклонении условий измерения от расчетных (градуировочных). Точность работы подавляющего числа датчиков зависит от диапазона колебаний параметров окружающей датчик среды: температуры, давления, влажности и др. Используемые при автоматизации технологических процессов ЭВМ позволяют учесть колебания этих параметров и внести в результаты измерений соответствующие коррективы.

Коррекция показаний расходомеров. При использовании дроссельных расходомеров зависимость искомого расхода вещества от перепада давления является отнюдь не однозначной. В общем случае расход вещества определяется, кроме перепада давления еще температурой вещества, давлением, плотностью, свойствами материала, из которого изготовлено диафрагма и т.д.

Следовательно, для определения расхода вещества в трубопроводе требуется измерение еще двух величин, а именно, давление и температура вещества до диафрагмы и проведение определенной вычислительной обработки (рис.14).

Расчет значений скорректированных расходов осуществляется по формуле:

, (49)

где F– показания расходомера; K_ρ– поправочный коэффициент.

Рис.14. Функциональная схема автоматизации контроля расхода вещества:

(FE, FT); PT; (TE, TY) – средство для измерения расхода, давления и температуры вещества; B_i– ввод информации в ЭВМ

Величина Kρ рассчитывается по следующим формулам:

; (50)

; (51)

, (52)

где ρ₀ – плотность технологического потока при расчетных условиях; ρ_g – плотность технологического потока в реальных условиях измерения; T₀ , P₀ – расчетные температура (К) и давление (атм.); P и θ – давление и температура в реальных условиях измерения.

Формула (50) используется для паровых, а формула (51) – для газовых потоков.

Плотность технологического потока (пара, газа) в рабочем состоянии в общем случае может быть задана виде полинома от P и θ:

ρ = ρ (P , θ),(53)

Зависимости типа (53) могут быть найдены в соответствующих справочниках по теплофизическим свойствам веществ.

Значение расхода F* паровых и газовых потоков определяется по формуле:

, (54)

где – текущее значение кода АЦП по расходу, поступающее на вход в УВМ на очередном такте опроса датчика; – максимальное значение кода АЦП (аналогово-цифрового преобразователя), определяемое его разрядностью (таблица 1.1):

Таблица 5. Соответствие разрядности и кодов АЦП

РазрядностьАЦП, r

F_max – верхний предел измерения по расходу дифманометра – расходомера, м³/ч.

Значение K_ρопределяется по формулам (50) или (51).

Введение поправки на температуру свободных концов термопары. В АСУТП введение поправки на температуру свободных концов термопары осуществляется согласно алгоритму:

, (55)

где Z - код АЦП, соответствующий действительному значению температуры в объекте (с учетом поправки на температуру свободных концов); Z_рк - код АЦП, соответствующий разности температур рабочего и свободного концов термопары; Z_ск - код АЦП, соответствующий температуре свободных концов термопары; R и α - коэффициенты, зависящие от градуировки термопары и ее пределов измерения.

Для введения поправки на температуру свободных концов часто используют линейное приближение формулы (24) в виде:

, (56)

где .

При этом ошибка аппроксимации в диапазоне измеряемых температур до 100 ⁰С не превышает 1,0 %.

Значение коэффициента а можно определить по градуировочным таблицам для соответствующего термоэлектрического преобразователя и заданного интервала температур.

Коррекция показаний гидростатических уровнемеров. Гидростатический уровнемер жидкости преобразует значение измеряемого уровня L в перепад давлений ∆Р между точками отбора импульсов (в самой нижней точке аппарата и над уровнем жидкости):

∆Р = К₁ ρ L , (57)

где ρ – плотность жидкости, кг/м³; L – уровень жидкости, м; К₁ – масштабный коэффициент, зависящий от выбора единиц измерения величины (например, если ∆Р выражение в МПа, то К₁= 10^-5 ).

Перепад линейно преобразуется дифманометром в стандартный электрический сигнал y (0-5, 4-20 mA, 0-10 В). Таким образом:

y = К₁ К₂ρ L ,(58)

где – коэффициент усиления дифманометра; y* - значение выходного сигнала дифманометра, соответствующее верхнему пределу измерения ∆Р* (нижним пределом измерений является ноль).

Из (27) получаем выражение для определения уровня жидкости L в аппарате по выходному сигналу датчика (градуировочную характеристику):

. (59)

Однако определить точное значение уровня по выходному сигналу yдатчика, используя формулу (59), невозможно ввиду того, что плотность жидкости ρ зависит от ее температуры и потому зависимость L(y) получается неоднозначной.

Зависимость плотности ρ от температуры при относительно небольших отклонениях температуры θ от ее номинального (градуировочного) значения θ₀ описывается выражением:

ρ = ρ₀ [1 + β (θ₀ – θ)], (60)

где ρ₀ - плотность жидкости при температуре θ₀; β - температурный коэффициент объемного расширения.

С учетом (60) формула (59) запишется в виде:

, (61)

где – поправочный коэффициент, учитывающий влияние изменения плотности при колебаниях температуры на результат измерения.

Учитывая, что , и ,

получим:

, (62)

где L_max – верхний предел измерения уровня дифманометром-уровнемером.