Адаптивный вискозиметр для определения вязкости жидкости в трубопроводе, страница 3

Изобретение решает задачу измерения вязкости жидкостей в трубопроводах с автоматической компенсацией погрешностей ММВ, обусловленных погрешностями изготовления сужающих устройств и другими неконтролируемыми факторами, без предварительной калибровки вискозиметра на эталонных жидкостях.

Сущность изобретения поясняет блок-схема адаптивного вискозиметра, изображенная на фигуре.

Заявленный адаптивный вискозиметр, как и аналоги, базируется на решении задачи ламинарного течения вязкой жидкости в сужающих устройствах трубопровода и использует дифференциальный метод определения поправок на концевые эффекты течения жидкости в сужающих устройствах. Он, как и прототип, содержит (смотри фигуру): термостатированный трубопровод 1 с двумя сужающими устройствами 2 и 3, расходомер 4, термометр 5 датчики 6 и 7 потерь давления в сужающих устройствах, цифровой вычислительный блок 8 с блоком отображения и вывода результатов вычислений 9. Сужающие устройства 2 и 3 выполнены в виде горизонтальных участков цилиндрических труб разной длины  и , соединенных с трубопроводом 1 с помощью одинаковых диффузоров и конфузоров. Цилиндрические участки сужающих устройств, отличающиеся от идеальных цилиндров из-за погрешностей изготовления, имеют средние диаметры каналов и . Отличается заявленный адаптивный вискозиметр от прототипа тем, что выполнен в виде системы автоматического обучения математической модели вискозиметра 10 по величине сигнала рассогласования между измеренными значениями расхода и их оценками, вычисленными с помощью этой ММВ. ЦВБ 9 содержит БОР 9, математическую модель вискозиметра 10, блок сравнения 11, блок формирования обучающих воздействий и оценок параметров (БФОВ) 12, сумматор 13 и генератор тестирующего шумоподобного сигнала 14. Входы ММВ 10 соединены с выходами термометра 5, датчика потерь давления 6, БФОВ 12 и сумматора 13. Входы сумматора 13 соединены с выходами датчика потерь давления 7 и генератора тестирующего шумоподобного сигнала 14. Входы БФОВ 12 соединены с выходами датчика потерь давления 6, сумматора 13 и блока сравнения 11. Выходы БФОВ 12 соединены с входами ММВ 10 и БОР 9. Входы блока сравнения 11 соединены с выходами расходомера 4 и ММВ 10. ММВ 10 представляет собой систему разностных уравнений (2)-(4), содержащих настраиваемые параметры ,  и ограниченные по абсолютной величине обучающие воздействия  и , с помощью которых учитывают влияние погрешностей изготовления сужающих устройств и других факторов на процесс течения жидкости в сужающих устройствах трубопровода.

Адаптивный вискозиметр определяет вязкость жидкости в трубопроводе следующим образом. Анализируемую жидкость прокачивают через сужающие устройства 2 и 3 трубопровода 1, измеряют текущие значения выходных сигналов расходомера 4, термометра 5 и датчиков 6 и 7 потерь давления в сужающих устройствах и передают результаты измерений в цифровой вычислительный блок 8. Генератор тестирующего сигнала 14 формирует тестирующий шумоподобный сигнал и подает его на входы ММВ 10 и БФОВ 12.  БФОВ 12 с помощью известного алгоритма минимизации квадратичного функционала (6) (например, с помощью рекуррентного метода наименьших квадратов, алгоритмов стохастической аппроксимации и др.) формирует обучающие воздействия  и , вычисляет оценки вязкости ,  при заданных характерных температурах ,  и передает их на входы ММВ 10 и БОР 9. ММВ 10 формирует оценки переменных состояния (расхода жидкости и вязкости при рабочей температуре) и передает вычисленные значения расхода на вход блока сравнения 11, на другой вход которого поступает выходной сигнал расходомера 4. Блок сравнения 11 формирует сигнал рассогласования, который передает на вход БФОВ 12.

Адаптивный вискозиметр выполнен из стандартных элементов и реализует известные алгоритмы оценивания параметров и переменных состояния динамических систем с ограниченными возмущающими воздействиями и тестирующим шумоподобным сигналом. Известно, что эти алгоритмы формируют несмещенные оценки параметров и  переменных состояния динамических систем с ограниченными возмущающими воздействиями (Граничин О.Н., Поляк Б.Т. Рандомизированные алгоритмы оценивания и оптимизации при почти произвольных помехах. - М.: Наука, 2003. - 291с). Поэтому адаптивный вискозиметр обеспечивает погрешность определения вязкости, стремящуюся асимптотически к нулю с увеличением времени измерений.