Algorithms for in-line pressure transmitters condition monitoring
Автор: Bushuev O.Yu., Tugova E.S., Motorina M.A.
Рубрика: Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
Статья в выпуске: 3 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
Introduction. In the context of the transition of the world industry to new production technologies, the task of monitoring the technical condition of automatic control systems components, including pressure sensors, is urgent. Despite the existence of research and development aimed at creating systems for diagnostics and self-diagnosis of pressure sensors, the degradation mechanisms of mechanical parts of sensors and diagnostics algorithms during operation remain insufficiently studied. Aim. Propose algorithms for condition monitoring of the mechanical and hydraulic system of in-line pressure transducers. Materials and methods. This study is based on tests conducted on pressure modules with defects that simulate the lack of liquid in the separation cavity of the mechanical and hydraulic system of the transducer, manufactured by the industrial partner. The method of fault diagnosis is based on the analysis of statistical characteristics of the ADC signal of the pressure modules. Results. During the tests, hypotheses were confirmed about the dependence of the standard deviation of the output signal of the pressure module on the volume of liquid-oil in the channel. Based on the obtained data, algorithms for diagnosing the technical condition of the pressure sensor were proposed, which use the values of the sensor signal STD as a diagnostic parameter. The algorithms provide verification of the applicability conditions of the considered method and use additional information about the technological process. The problems that need to be solved for the practical implementation of algorithms in real production are formulated. Conclusion. The proposed algorithms for condition monitoring of the pressure sensor differ from the known diagnostic algorithms in that they use the results of experimental studies and are aimed at detecting a malfunction of the mechanical part of the sensors. Algorithms can be used to monitor the technical condition of in-line pressure sensors during operation under certain conditions that need to be clarified in the course of further research and field tests.
Condition monitoring, pressure transducers, fault detection, noise analysis, standard deviation
Короткий адрес: https://sciup.org/147233773
IDR: 147233773 | УДК: 681.2.08 | DOI: 10.14529/ctcr200306
Алгоритмы диагностики технического состояния датчиков давления штуцерного исполнения
Введение. В условиях перехода мировой промышленности к новым производственным технологиям актуальной является задача мониторинга технического состояния компонентов систем автоматического управления, которыми, в частности, являются датчики давления. Несмотря на наличие исследований и разработок, направленных на создание систем диагностики и самодиагностики датчиков давления, остаются недостаточно изученными механизмы деградации механических частей датчиков и алгоритмы диагностики их состояния в процессе эксплуатации. Цель исследования. Предложить алгоритмы диагностики технического состояния механико-гидравлической системы преобразователя давления штуцерного исполнения. Материалы и методы. Данное исследование основывается на проведенных испытаниях экспериментальных образцов модулей давления с дефектами, моделирующими вытекание жидкости из разделительной полости механико-гидравлической системы преобразователя, изготовленных с участием производителя датчиков давления. Метод диагностики неисправности основан на анализе статистических характеристик сигнала на выходе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) модуля давления. Результаты. В ходе испытаний были подтверждены гипотезы о зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) выходного сигнала модуля давления от количества разделительной жидкости в канале. На основе полученных данных были предложены алгоритмы диагностики технического состояния датчика давления, которые в качестве диагностического параметра используют значения СКО сигнала датчиков. Алгоритмы предусматривают проверку условий применимости рассматриваемого метода и используют дополнительную информацию о технологическом процессе. Сформулированы задачи, которые необходимо решить для практической реализации алгоритмов в реальном производстве. Заключение. Предложенные алгоритмы диагностики технического состояния датчика давления отличаются от известных алгоритмов диагностики тем, что используют результаты экспериментальных исследований и направлены на выявление неисправности механической части датчиков. Алгоритмы могут быть использованы для мониторинга технического состояния датчиков давления штуцерного исполнения в процессе эксплуатации при соблюдении определенных условий, которые необходимо уточнить в процессе дальнейших исследований и полевых испытаний.
Список литературы Algorithms for in-line pressure transmitters condition monitoring
- Knyaginin, V.N. Novaya tekhnologicheskaya revolutsiya: vyzovy i vozmozhnosti dlya Rossii: ekspertno-analiticheskiy doklad [New Technological Revolution: Challenges and Opportunities for Russia: Expert-Analytical Report]. Moscow, Center for Strategic Research, 2017. 136 p.
- Feng Z., Wang Q., Shida K. Design and Implementation of a Self-Validating Pressure Sensor. IEEE SENSORS JOURNAL, 2009, vol. 9, no. 3, pp. 207-218.
- Taymanov R., Sapozhnikova K., Druzhinin I. Sensor Devices with Metrological Self-Check. Sensors and Transducers, 2011, vol. 133, no. 10, pp. 30-45.
- Belozubov E.M., Vasilev V.A., Chernov P.S. Metrological Self-Checking of Smart Sensors of Measurement and Control Systems. Meas Tech, 2018, vol. 61, pp. 660-669.
- Larionov V.A. [Method for Metrological Self-Monitoring of a Strain Gauge Pressure Sensor]. Metrology, 2020, no. 1, pp. 48-68. (in Russ.)
- Bushuev O., Semenov A.S., Chernavskiy A.O., Shestakov A.L. Detecting Changes in the Condition of a Pressure Transducer by Analyzing its Output Signal. Proceedings of XXIMEKO World Congress "Metrology for Green Growth ", Busan, Republic of Korea (September 9-14, 2012), 2012. Available online: http ://www.imeko. org/publications/wc-2012/IMEK0-WC-2012-TC10-P1.pdf
- Bushuev O.Yu., Semenov A.S. [An Experimental Study of the Possibility of Diagnosing the State of a Strain Gauge Pressure Transducer Based on an Analysis of its output Signal]. Bulletin of the South Ural state University. Series: Computer technologies, automatic control, radio electronics, 2012, vol. 17, no. 35(294), pp. 65-68. (in Russ.)
- Semenov A.S., Shestakov A.L. [Self-Diagnosis Sensor Model with Non-Linear Conversion Function]. "Sredstva i tekhnologii polucheniya i obrabotki izmeritelnoy informatsii": sbornik trudov mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii "Shlyandinskie chteniya" ["Means and Technologies of Receiving and Processing from Measuring Information": collection of works of the international scientific and technical conference "Schlandin Readings"]. Penza, 2014, pp. 142-147. (in Russ.)
- Eryurek E., Kavaklioglu K. Pressure Transmitter with Diagnostics. Patent N 7254518 U.S., appl. 15.03.2004, publ. 07.08.2007.
- Kavaklioglu K., Wehrs D.L., Lattimer D.R., Eryurek E. Diagnostics in Industrial Process Control System. Patent N 7680549 U.S., appl. 04.04.2006, publ. 16.03.2010.
- Wehrs D. Detection of Plugged Impulse Lines Using Statistical Process Monitoring Technology. Emerson Process Management, 2006. 7 p. Available at: https://manualzz.com/doc/11817603/de-tection-of-plugged-impulse-lines-using-statistical-proc.
- Hashemian H. Sensor performance and reliability. ISA, The Instrumentation, Systems, and Automation Society, 2005. 306 p.
- Coble J., Ramuhalli P., Meyer R., Hashemian H. Online Sensor Calibration Assessment in Nuclear Power Systems. IEEE: Instrumentation & Measurement Magazine, 2013, vol. 16, no. 3, pp. 32-37.
- Coble J., Ramuhalli P., Meyer R., Hashemian H., Shumaker B., Cummins D. Calibration Monitoring for Sensor Calibration Interval Extension: Identifying Technical Gaps. Future of Instrumentation International Workshop (FIIW) Proceedings, 2012, pp. 1-4.
- Hashemian H. Measurement of Dynamic Temperatures and Pressures in Nuclear Power Plants. Electronic Thesis and Dissertation Repository, 2011, no. 189. 214 p.
- Blázquez J. When a Pressure Transmitter Leaves the Linearity: the Rosemount Case. Int. J. Nuclear Energy Science and Technology, 2006, vol. 2, no. 3, pp. 299-307.
