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Virtual instrumentation: Introduction of virtual
Linköping University, Department of Electrical Engineering.
2007 (English)Independent thesis Basic level (professional degree), 20 points / 30 hpStudent thesis
Abstract [en]

The Large Hadron Collider (LHC) is the next large particle accelerator developed at CERN, constructed to enable studies of particles. The acceleration of the particles is carried out using magnets operating at about 1.9 K, a temperature achieved by regulating flow of superfluid helium. For economical reasons, control of the helium flow is based on feedback of virtual flow meter (VFT) estimates instead of real instrumentation.

The main purpose of this work is to develop a virtual flow meter with the possibility to estimate the flow by means of two different flow estimation methods; the Samson method that has previously been tested for the LHC, and the Sereg- Schlumberger method that has never before been implemented in this environment.

The virtual flow meters are implemented on PLCs using temperature and pressure measurements as input data, and a tool for generating the virtual flow meters and connect them to the appropriate physical instrumentation has also been developed.

The flow through a valve depends, among others, on some pressure and temperature dependent physical properties that are to be estimated with high accuracy. In this project, this is done by bilinear interpolation in twodimensional tables containing physical data, an approach that turned out to be more accurate than the previously used method with polynomial interpolation.

The flow measurement methods have been compared. Since they both derive from empirical studies rather than physical relations it is quite futile to find theoretical correspondencies, but the simulations of the mass flows can be compared. For low pressures, the results are fairly equal but they differ more for higher pressures. The methods have not been validated against true flow rates since there were no real measurements available before the end of this project.

Abstract [fr]

Le Grand Collisionneur de Hadrons (Large Hadron Collider, LHC) est le prochain grand accélérateur de particules du CERN, construit pour permettre l’étude des particules. L’accélération des particules sera réalisée en utilisant des aimants supraconducteurs qui fonctionneront à 1.9 K et la température sera régulée en contrôlant le débit d’hélium superfluide. Pour des raisons économiques, la régulation du débit d’hélium sera basée sur les réponses des estimations des débitmètres

virtuels (Virtual flow meters, VFT) au lieu d’instrumentation réelle.

Le but principal de ce projet est de développer un débitmètre virtuel qui estimera le débit avec deux méthodes différentes ; la méthode Samson qui a déjà été mise en oeuvre pour le LHC, et la méthode Sereg-Schlumberger qui n’a pas encore été implémentée dans cet environnement.

Les débitmètres virtuels seront implémentés sur des PLCs avec des mesures de température et de pression comme données d’entrée. De plus, un outil pour générer les débitmètres et les relier avec l’instrumentation physique adéquat a été développé.

Le débit à travers d’une vanne dépend entre autres des propriétés physiques qui dépendent à leur tour de la température et de la pression. Ces propriétés devront être estimées avec une grande précision. Dans ce projet, cela est fait en appliquant une interpolation bilinéaire dans des tableaux de deux dimensions. Cette méthode s’est montrée plus précise qu’avec une méthode d’interpolation polynomiale.

Les deux méthodes de mesures de débit ont été comparées. Elles dérivent toutes les deux des études empiriques et non physiques, alors les similarités théoriques sont donc peu pertinentes, mais les résultats des simulations des débits peuvent être comparés. Pour des pressions basses, les méthodes sont quasiment équivalentes, mais les différences sont plus importantes pour les pressions plus hautes. Étant donné qu’il n’y avait pas de mesures disponibles avant la fin de ce projet, les méthodes n’ont pas été validées avec des débits réels.

Place, publisher, year, edition, pages
Institutionen för systemteknik , 2007. , 100 p.
Keyword [en]
Flow meters, LHC, PLC, Superfluid helium, Virtual instrumentation
National Category
Control Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-8316ISRN: LITH-ISY-EX--07/3914--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-8316DiVA: diva2:23146
Presentation
2007-01-12, Algoritmen, B, 13:15
Uppsok
teknik
Supervisors
Examiners
Available from: 2007-02-15 Created: 2007-02-15

Open Access in DiVA

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File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2487 kBChecksum MD5
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By organisation
Department of Electrical Engineering
Control Engineering

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