Калібрування НВЧ-густиномірів. ru

Калибровка СВЧ-плотномеров. ua

Виконується на початку сезону цукроваріння у випадку, коли покази приладів не відповідають контрольним замірам %СР. Калібровочна крива густиноміра може зміщуватись з наступних причин:

Выполняется в начале сезона сахароварения в случае, когда показания прибора не соответствуют контрольным замерам %СВ. Калибровочная кривая плотномера может смещаться по следующим причинам:

• зі значною зміною складу та кількості нецукрів
• от существенного изменения состава и количества несахаров
• від монтажу-демонтажу приладів на об`єкті
• от монтажа-демонтажа прибора на объекте
• від недосконалості самого приладу та принципу його роботи (див. нижче). Є більш досконалі прилади, але і більш коштовні
• от несовершенства самого прибора и принципа его работы (см. ниже). Есть более совершенные приборы, но они существенно дороже

Калібрування виконується ЛИШЕ на робочому вакуум-апараті і, на жаль, не може бути виконано заздалегідь в лабораторії.

Калибровка выполняется ТОЛЬКО на рабочем вакуум-аппарате и, к сожалению, не может быть выполнена заранее в лаборатории.

Калібрування на початку сезону необхідно починати ПІСЛЯ перших варок некондиційного цукру, очистки вакуум-апаратів і коли якість продуктів виходить на робочий діапазон.

Калибровку в начале сезона нужно начинать ПОСЛЕ первых варок некондиционного сахара, очистки вакуум-аппаратов и когда качество продуктов выходит на рабочий диапазон.

Принцип роботи

Принцип работы

Інструкція від виробника Pro-M-Tec: Standart2014,

Инструкция от производителя Pro-M-Tec: Standart2006,

Густиномір формує НВЧ-випромінювання частотою 2.4 ГГц, яке пропускає через утфель. В залежності від концентрації води утфель по різному зсуває фазу сигналу (цукроза не впливає на НВЧ-сигнал). Зсув цей вимірюється та дозволяє розрахувати %води і %СР утфелю як [100-%води].

Плотномер формирует СВЧ-излучение частотой 2.4 ГГц, которое пропускает через утфель. В зависимости от концентрации воды утфель по-разному сдвигает фазу сигнала (сахароза не влияет на СВЧ-сигнал). Сдвиг этот измеряется и позволяет рассчитать %воды и %СВ утфеля как [100-%воды].

На жаль, до паразитного зсуву фази призводять також:

К сожалению, к паразитному сдвигу фазы приводят также:

• зміна довжини шляху сигналу. Наприклад, довертання гайки на НВЧ-кабелі на 1мм змінить зсув фази на 3° (довжина хвилі складає 125мм, що відповідає 360° фази)
• изменение длины пути сигнала. Например, доворот гайки на СВЧ-кабеле на 1мм изменит сдвиг фазы на 3° (длина волны составляет 125мм, что соответствует 360° фазы)
• температура тракту передачі (за рахунок зміни довжини шляху хвилі)
• температура тракта передачи (за счет изменения длины пути волны)
• температура утфелю за рахунок зміни впливу на НВЧ-сигнал
• температуру утфеля за счет изменения влияния на СВЧ-сигнал
• вміст в утфелі інших речовин, що впливають на НВЧ-сигнал, наприклад, іони солей неорганічних кислот
• содержание в утфеле других веществ, влияющих на СВЧ-сигнал, например, ионы солей неорганических кислот

Наведене вище та недосконалість самих приладів пояснюють той експериментальний досвід, що залежність %СР від зсуву фази у всіх приладів індивідуальна, та може поступово змінюватись під час виробництва.

Показанное выше и несовершенство самих приборов объясняет тот экспериментальный опыт, что зависимость %СВ от сдвига фазы у всех приборов индивидуальна, и может постепенно изменятся во время производства.

Принцип калібрування

Принцип калибровки

Необхідно визначити реальну залежність %СР утфелю від зсуву фази НВЧ-сигналу (далі будемо казати фази) конкретного екземпляру перетворювача та задіяти цю залежність.

Необходимо определить реальную зависимость %СВ утфеля от сдвига фазы СВЧ-сигнала (далее будем говорить фазы) конкретного экземпляра преобразователя и задействовать эту зависимость.

Для цього треба виміряти реальний %СР утфелю при різних його значеннях та побудувати графік залежності %СР(Ф). Для вакуум-апарата 1 продукту робочим діапазоном є 77%..готовність утфелю. Крок фази для калібрування - 10° (приблизно через 1% СР). Навколо точки затравки можна збільшити кількість точок.

Для этого необходимо измерить реальный %СВ утфеля при разных его значениях и построить график зависимости %СР(Ф). Для вакуум-аппарата 1 продукта рабочим диапазоном является 77%..готовность утфеля. Шаг фазы для калибровки - 10° (примерно через 1% СВ). Около точки затравки можно увеличить количество точек.

Залежність %СР(Ф) гладенька і добре описується поліномом 2-3 степені. Необхідно, маючи таблицю дослідних точок, знайти коефіцієнти апроксимуючого полінома та задіяти їх для розрахунку %СР.

Зависимость %СВ(Ф) гладкая и хорошо описывается полиномом 2-3 степени. Необходимо, имея таблицу экспериментальных точек, определить коэффициенты аппроксимирующего полинома и задействовать их для расчета %СВ.

Два способи використання густиноміра

Два способа использования плотномера

1. передбачений виробником: %СР розраховується по фазі безпосередньо в густиномірі по закладеній в нього залежності із використанням його власної термокомпенсації
2. предусмотренный производителем: %СВ рассчитывается по фазе непосредственно в плотномере по заложенной в него зависимости с использованием его собственной термокомпенсации
3. у складі варщика утфелю Магмас-Автоматик: густиномір передає у варщик виміряну фазу, %СР розраховується в варщику
4. в составе варщика утфеля Магмас-Автоматик: плотномер передает в варщик измеренную фазу, %СВ рассчитывается в варщике

Принцип розрахунку %СР по фазі в обох випадках збігається, але в варіанті Б всі функції розрахунку перенесено із перетворювача Pro-M-Tec в контролер варщика утфелю, що дозволило:

Принцип расчета %СВ по фазе в обоих случаях совпадает, но в варианте Б все функции расчета перенесены из преобразователя Pro-M-Tec в контроллер варщика утфеля, что позволило:

• розробити інтегровану в варщик систему калібрування (див. нижче)
• разработать интегрированную в варщик систему калибровки (см. ниже)
• вирішити проблему перевороту фази на рідких сиропах (це виглядає як покази великого %СР на рідкому сиропі під час набору і згущення)
• решить проблему переворота фазы на жидких сиропах (это выглядит как показания большого %СВ на жидком сиропе во время набора и сгущения)
• задіяти термокомпенсацію від власного термометра варщика, обмежити її дію (враховується відхилення температури ±10°) та зовсім відмовитись від штатної компенсації.
  Вихід з ладу штатного термометра перетворювача дуже важко діагностувався і призводив до серйозних збоїв у варці утфелю
• задействовать термокомпенсацию от собственного термометра варщика, ограничить ее действие (учитывается отклонение температуры ±10°) и совсем отказаться от штатной компенсации.
  Выход со строя штатного термометра преобразователя очень тяжело диагностировался и приводил к серьезным сбоям в варке утфеля
• повністю позбутися необхідності користуватися дуже недружнім процесом налаштування власне перетворювача, особливо що стосується початкового зсуву фази
• полностью обойти необходимость пользоваться очень недружественным процессом настройки собственно преобразователя, особенно что касается начального сдвига фазы

Далі розглядається робота по варіанту Б - у складі варщика та інтегрованої системи калібрування Магмас-Автоматик.

Далее рассматривается работа по варианту Б - в составе варщика и интегрированной системы калибровки Магмас-Автоматик.

Налаштування в меню густониміра

Настройки в меню плотномера

Налаштування в меню вносяться один раз перед калібруванням і однотипово для всіх каналів:

Настройки в меню вносятся один раз перед калибровкой и однотипно для всех каналов:

• Sensor Management → Sensor X
  • ввести 4-х значний серійний номер перетворювача (нанесений на корпусі)
  • ввести 4-х значный серийный номер преобразователя (нанесен на корпусе)
• Sensor X → Calibration
  • Phase offset=0
• Sensor X → Calibration → Coefficients
  • Order=1
  • A₀=0
  • A₁=0.1
• Sensor X → Calibration → Phase correction
  • autom.phase correction=off
• Sensor X → Measurement
  • Phase measuring
• Sensor X → Current interface
  • Current output = 4..20
  • 4мА=0%
  • 20мА=36%
• Sensor X → Temperature compensation
  • Temp. corr = off
• Sensor X → Description → Product Name
  • ввести ім'я вакуум-апарата, наприклад VA1.1
  • ввести имя вакуум-аппарата, например VA1.1

Інтегрована система калібрування Магмас-Автоматик

Интегрированная система калибровки Магмас-Автоматик

Призначена для прискорення, полегшення та підвищення якості калібрування густиномірів

Предназначена для ускорения, облегчения и улучшения качества калибровки плотномеров

Має наступні переваги перед звичайним способом калібрування/роботи густиноміра:

Имеет следующие преимущества перед обычным способом калибровки/работы плотномера:

• автоматично фіксує фазу, поточну температуру в ВА, номер ємності з утфелем та час проби. Це дозволяє не вести записів під час аналізів
• автоматически фиксирует фазу, текущую температуру в ВА, номер емкости с утфелем и время пробы. Это позволяет не вести записей во время анализов
• автоматично припиняє підкачки безпосередньо перед пробою (за 20 секунд). Це підвищує якість проби за рахунок вирівнювання стану утфеля в пробнику та у точці вимірювання
• автоматически останавливает подкачки непосредственно перед пробой (за 20 секунд). Это улучшает качество пробы за счет выравнивания состояния утфеля в пробнике и в точек измерения
• зразу ж розраховує коефіцієнти апроксимуючого полінома та дозволяє миттєво застосувати їх у варці. Це дозволяє "не підходити" до густиноміра, оскільки не вимагає вносити змін в його меню
• сразу же рассчитывает коэффициенты аппроксимирующего полинома и позволяет мгновенно применять их в варке. Это позволяет "не подходить" к плотномеру, т.к не требует внесения изменений в его меню
• дає можливість легко і наглядно підібрати зсув фази для правильної роботи густиноміра
• дает возможность легко и наглядно подобрать сдвиг фазы для правильной работы плотномера
• доступна у складі SCADA-системи із усіма її перевагами - фіксація результатів аналізів у базі даних, перегляд історії, система доступу користувачів та фіксація автора змін, мережевий доступ і т.п.
• доступна в составе SCADA-системы со всеми ее преимуществами - фиксация результатов анализов в базе данных, просмотр истории, система доступа пользователей и фиксация автора изменений, сетевой доступ и т.п.

Інтегрована система має наступні недоліки:

Интегрированная система имеет следующие недостатки:

• оскільки єдиний канал 4..20 мА використовується для передачі в контролер варщика фази замість %СР, в густиномірі відключено розрахунок %СР. Відповідно на його екрані не буде показів %СР, а буде фаза у вигляді 0..36%=0..360⁰
• т.к. единственный канал 4..20 мА используется для передачи в контроллер варщика фазы вместо %СВ, в плотномере отключен расчет %СВ. Соответственно на его экране не будет показаний %СВ, а будет фаза в виде 0..36%=0..360⁰

Для кожного вакуум-апарата виконано власне вікно калібрування. Його зовнішній вигляд:

Для каждого вакуум-аппарата выполнено собственное окно калибровки. Его внешний вид:

Опис вікна калібрування

Описание окна калибровки

Вікно поділено на зони, в яких логічно згруповані параметри та функції для роботи:

Окно поделено на зоны, в которых логично сгруппированы параметры и функции для работы:

• зверху - показ поточних значень та функції старту/зупинки аналізу
• сверху - показания текущих значений и функции старта/остановки анализа
• таблиця фіксації та керування реальними аналізами %СР (на 25 точок)
• таблица фиксации и управления реальными анализами %СВ (на 25 точек)
• таблиця фіктивних аналізів (на 4 точки) для ручної корекції отриманої кривої
• таблица фиктивных анализов (на 4 точки) для ручной коррекции полученной кривой
• графік - відображує всі реальні та фіктивні точки аналізів, отриманий апроксимуючий поліном (жовтий) та поточний поліном, задіяний у варщику (зелений)
• график - отображает все реальные и фиктивные точки анализов, полученный аппроксимирующий полином (жолтый) и текущий полином, задействованный в варщике (зеленый)
• зона над графіком - параметри полінома апроксимації та термокомпенсації. Параметри розбиті на 2 групи:
  • жовті - параметри вікна калібрування, поки що не задіяні у варщику
  • зелені - параметри, безпосередньо задіяні в розрахунку %СР у варщику
• зона над графиком - параметры полинома аппроксимации и термокомпенсации. Параметры разбиты на 2 группы:
  • желтые - параметры окна калибровки, пока еще не задействованные в варщике
  • зеленые - параметры, непосредственно задействованный в расчете %СВ в варщике

Будь-який параметр чи кнопка вікна мають власний детальний опис, що показується по наведенню курсору миші. Опис в "живій" програмі актуальніший за цей документ та має приорітет.

Любой параметр или кнопка окна имеют собственное детальное описание, которое показывается при наведении курсора мыши. Описание в "живой" программе актуальнее, чем этот документ, и имеет приоритет.

Взяття проби %СР

Отбор пробы %СВ

Для початку процедури аналізу необхідно:

Для начала процедуры анализа необходимо:

• в поле До проби заздалегідь внести час затримки аналізу конкретного апарата (підбирається з досвіду в залежності від віддаленості апарата, зручності пробного крану та ін.)
• в поле До пробы заранее внести время задержки анализа конкретного аппарата (подбирается из опыта в зависимости от отдаленности аппарата, удобства пробного крана и т.п.)
• в поле Ємність заздалегідь внести номер наступної вільної ємності для аналізу
• в поле Емкость заранее внести номер следующей емкости для анализа
• натиснути кнопку Аналіз.
  При цьому починається зворотній відлік часу, по закінченню якого буде автоматично зафіксовано в таблиці фазу, температуру, час та номер ємності.
  За цей час користувач має перейти до пробного крана (або подати сигнал напарнику) та підготуватися до взяття проби
• нажать кнопку Анализ.
  При этом начнется обратный отсчет времени, после окончания которого будет автоматически зафиксировано в таблице фазу, температуру, время и номер емкости.
  За это время пользователь должен перейти к пробному крану (или подать сигнал напарнику) и подготовиться к отбору пробы
• за 20 секунд до закінчення відліку (це співпадає з моментом закриття підкачок) лампочка сигналізації на щиту варщика починає часто блимати, що закликає підготуватися до взяття проби, а за 10 секунд ще частіше
• за 20 секунд до окончания отсчета (это совпадает с моментом закрытия подкачек) лампочка сигнализации на щите варщика начинает часто моргать, что призывает подготовиться к отбору пробы, а за 10 секунд еще чаще
• за 5 секунд до закінчення відліку лампочка сигналізації загоряється постійним світлом, що сигналізує про необхідність брати пробу, і по закінченню часу переходить в штатний режим роботи
• за 5 секунд до завершения отсчета лампочка сигнализации загорается постоянным светом, что сигнализирует о необходимости брать пробу, и после окончания времени переходит в штатный режим работы
• в момент завершення зворотного відліку, нова точка аналізу з'являється в таблиці. На графіку точка з'явиться після внесення в таблицю результату вимірювання %СР
• в момент завершения обратного отсчета новая точка анализа появляется в таблице. На графике точка появится после внесения в таблицу результата измерения %СВ

Таблиці точок аналізів

Таблицы точек анализов

Таблиця реальних аналізів складається з таких колонок:

Таблица реальных анализов состоит из следующих колонок:

1. Видалення - дозволяє очистити старий запис та звільнити місце для нового. Ця дія незворотна, тому потребує підвищеної уваги
2. Удаление - позволяет очистить старую запись и освободить место для новой. Это действие необратимо, поэтому требует повышенного внимания
3. Включити - дозволяє включити/виключити точку із розрахунку апроксимуючого полінома. Виключені точки продовжують зображуватись на графіку іншим стилем (пустим квадратом)
4. Включить - позволяет включать/выключать точку из расчета аппроксимирующего полинома. Выключенные точки продолжают отображаться на графике в другом стиле (пустым квадратом)
5. Ємність - відображує номери ємностей поточних незавершених аналізів. При введенні результату %СР поле автоматично очищується, ємність вважається вільною
6. Емкость - отображает номера емкостей текущих незавершенных анализов. При внесении результата %СВ поле автоматически очищается, емкость считается свободной
7. Час - час фіксації фази та температури аналізу (розширена дата та час показується по наведенню миші)
8. Время - время фиксации фазы и температуры анализа (расширенная дата и время показываются по наведению мыши)
9. Фаза, ° - зафіксована фаза на момент аналізу
10. Фаза, ° - зафиксированная фаза на момент анализа
11. Фаза K, ° - фаза, компенсована із використанням поточних налаштувань термокомпенсації. При зміні параметрів термокомпенсації компенсована фаза перераховується для всіх точок аналізів
12. Фаза K, ° - фаза, компенсированная с использованием текущих настроек термокомпенсации. При изменении параметров термокомпенсации компенсированная фаза пересчитывается для всех точек анализов
13. t, °C - зафіксована температура на момент аналізу
14. t, °C - зафиксированная температура на момент анализа
15. СР, % - результат аналізу, вноситься користувачем по готовності
16. СВ, % - результат анализа, вносится пользователем по готовности

Фіктивні точки використовуються з метою змінити поведінку кривої поза межами робочого діапазону %СР або у випадку, коли даних ще не достатньо, але є необхідність вже задіяти покази %СР по кривій.

Фиктивные точки используются с целью изменить поведение кривой за границами рабочего диапазона %СВ или в случае, когда данных еще не достаточно, но есть необходимость уже задействовать паказания %СВ по кривой.

Таблиця фіктивних точок складається з таких колонок:

Таблица фиктивных точек состоит из следующих колонок:

1. Включити - дозволяє включити фіктивну точку в розрахунок апроксимуючого полінома
2. Включить - позволяет включить фиктивную точку в расчет аппроксимирующего полинома
3. Фаза, ° - підбирається користувачем за власним розсудом
4. Фаза, ° - подюирается пользователем по своему выбору
5. Фаза K, ° - не використовується
6. Фаза K, ° - не используется
7. t, °C - не використовується
8. t, °C - не используется
9. СР, % - підбирається користувачем за власним розсудом
10. СР, % - подбирается пользователем по своему выбору

Апроксимація та застосування результатів

Аппроксимация и применение результатов

Степінь полінома апроксимації вибирається користувачем за власним розсудом. З досвіду, частіше за все гарну якість апроксимації дає степінь 3. Буває достатньо і 2.
Виробник перетворювача в своїх інструкціях та прикладах взагалі оперує лише прямою лінією.

Степень полинома аппроксимации выбирается пользователем по своему выбору. Из опыта, чаще всего хорошее качество аппроксимации дает степень 3. Бывает достаточно и 2.
Производитель преобразователя в своих инструкциях и примерах вообще оперирует только прямой линией.

Апроксимація виконується автоматично при зміні будь-яких параметрів, що на неї впливають. Це кількість та параметри точок аналізів, параметри термокомпенсації, степінь полінома.

Аппроксимация выполняется автоматически при изменении любых параметров, которые на нее влияют. Это количество и параметры точек анализов, параметры термокомпенсации, степень полинома.

По мірі появи точок на графіку може виявитись, що отриманий набір даних не потрапляє в діапазон 0..360° фази. Тоді необхідно за допомогою повзунка під графіком зсунути фазу так, щоб крайня ліва точка (максимальний %СР утфелю) мала фазу 30°..40°. Зсув фази діє одночасно на всі результати аналізів, що на графіку виглядає просто як зсув точок аналізів та кривої.

По мере появления точек на графике может оказаться, что полученный набор данных не попадает в диапазоне 0..360° фазы. Тогда необходимо с помощью ползунка под графиком сдвинуть фазу так, чтобы крайняя левая точка (максимальный %СВ утфеля) имела фазу 30°..40°. Сдвиг фазы действует одновременно на все результаты анализов, что на графике выглядит просто как сдвиг точек анализов и кривой.

Зміна результатів апроксимації не впливає на поточну роботу варщика утфелю, аж поки користувач не натисне кнопку Копіювати. Перед копіюванням буде запрошено підтвердження із попередженням. У разі підтвердження, параметри A₀..A₃, K_T, T₀, TКомпенс, Ф₀⁺ будуть передані в варщик та миттєво будуть застосовані для розрахунку %СР по фазі. Додатковий зсув фази буде додано до вже існуючого зсуву фази в контролері, що відразу ж зсуне і поточну фазу (значення над таблицею)

Изменение результатов аппроксимации не влияет на текущую работу варщика утфеля, пока пользователь не нажмет кнопку Копировать. Перед копированием будет запрошено подтверждение с предупреждением. В случае подтверждения, параметры A₀..A₃, K_T, T₀, TКомпенс, Ф₀⁺ будут переданы в варщик и мгновенно будут задействованы для расчета %СВ по фазе. Дополнительный сдвиг фазы будет добавлен к уже существующему сдвигу фазы в контроллере, что сразу же сдвинет и текущую фазу (значение над таблицей)

Графік

График

Відображує:

Отображает:

• ввімкнені реальні точки аналізів - коричневим заповненим кружечком
• включенные реальные точки анализов - коричневым заполненным кружочком
• вимкнені реальні точки аналізів - коричневим пустим квадратиком
• выключенные реальные точки анализов - коричневым пустым квадратиком
• фіктивні точки аналізів - червоним квадратиком
• фиктивные точки анализов - красным квадратиком
• розрахований по точках поліном апроксимації - жовтою лінією
• рассчитанный по точкам аппроксимирующий полином - желтой линией
• поточний поліном, задіяний у варщику - зеленою лінією
• текущий полином, задействованный в варщике - зеленой линией
• поточну точку [СР,Ф] із варщика утфелю - синім квадратиком. На "живому" об'єкті точка буде рухатись
• текущую точку [СР,Ф] из варщика утфеля - синим квадратиком. На "живом" объекте точка будет шевелится
• якість апроксимації R² - у правому верхньому кутку (чим ближче до одиниці, тим краще)
• качество аппроксимации R² - в правом верхнем углу (чем ближе к единице, тем лучше)

Графік дозволяє легко оцінити ситуацію із калібруванням, характер залежності, наявну та необхідну кількість точок, необхідність зсуву та коригування кривої фіктивними точками.

График позволяет легко оценить ситуацию с калибровкой, характер зависимости, текущее и необходимое количество точек, необходимость сдвига и коррекции кривой фиктивными точками.

Колір всіх відображених на графіку об'єктів може бути змінено за бажанням користувача. Для цього використовуються кнопки зміни кольору внизу під графіком.

Цвет всех показанных на графике объектов может меняться по желанию пользователя. Для этого используются кнопки изменения цвета внизу под графиком.