摘(zhai)要：選擇傳統(tǒng)應力式渦街(jie)流量計 ,通過(guò)管道振動條(tiao)件下的測量(liàng)試驗結合頻(pín)譜分析方法(fǎ),研究其抗振(zhèn)性能。試驗結(jie)果表明,不考(kao)慮其下🔅限流(liu)速,振動頻率(lü)爲40Hz時,隻有在(zài)0.05g管道振動加(jia)速度的情況(kuàng)下,才能正♍常(cháng)工作。
0引言
　　渦(wo)街流量計利(lì)用流體經過(guo)旋渦發生體(tǐ)後産生的振(zhen)動進行🍉流量(liang)測量[1-2],因其介(jiè)質适應性強(qiang)、無可動部件(jian)、結構簡☎️單、可(kě)靠性高等💞特(tè)點而被廣泛(fan)使用”。正是因(yin)爲其以流體(ti)振動爲測量(liàng)原理,在管道(dao)振動的情況(kuàng)下,渦街❓流量(liàng)計的使用受(shòu)到了限制。
　　國(guo)内外諸多學(xue)者及研究機(jī)構對渦街流(liu)量計抗振性(xing)和振動環境(jìng)下渦街流量(liàng)計的使用進(jin)行了大量❗研(yan)究[4-7]。本文以國(guo)内外應用最(zuì)爲廣泛的應(ying)力式渦街流(liu)量計作爲研(yan)究對象,在氣(qì)體流量管道(dao)振動試驗裝(zhuāng)置上,在相同(tóng)流速範圍内(nei)進✍️行了相同(tong)🚶振動頻率不(bu)同振動加速(su)度的管道振(zhèn)動試驗，研究(jiū)了應力式渦(wo)街流量計在(zai)管道振動條(tiáo)件下的抗振(zhen)性能。
1試驗裝(zhuang)置
　　圖1爲氣體(ti)流量管道振(zhen)動試驗裝置(zhì)結構圖。爲避(bi)免氣體壓力(li)波動,空氣壓(ya)縮機先将大(dà)氣中的空氣(qi)壓縮打人穩(wěn)壓儲☂️氣罐中(zhong)，高溫壓縮空(kong)氣經過冷千(qian)機冷卻除濕(shī)後，得到的純(chún)淨氣體先後(hòu)流經氣路總(zǒng)閥、氣動調節(jie)閥、渦輪流量(liang)計(标準表)、渦(wo)街流量計(被(bèi)校🎯表)後,最終(zhōng)通向大氣。本(běn)文選用的振(zhèn)動台,具有頻(pín)率🌈調節(1~400Hz)、簡易(yi)調整加速度(dù)(<20g)/振幅、輸☂️出正(zhèng)弦類波形等(děng)功能,從而使(shǐ)設定頻率下(xia)不同振動加(jia)速度的管道(dao)振動試驗得(dé)以實現)。

　　試驗(yan)中對渦街流(liu)量計的流量(liang)校準采用标(biao)準表法,即由(yóu)渦輪流量計(ji)測得的流量(liàng)值和渦輪流(liú)量計表前壓(ya)❓力變送器測(cè)得的壓力值(zhí)便可換算得(de)到流經🐉被測(ce)渦街流量計(ji)的體積流量(liàng)(管路中氣體(ti)溫度變化很(hen)小,忽🈲略不計(ji))。标準表渦輪(lun)流量計的最(zuì)大允許誤差(chà)爲±1%,内徑📞爲50mm，流(liu)量範圍爲5~100m3/h;兩(liang)個 壓力變送(sòng)器 的最大允(yun)許誤差均爲(wèi)±2%
2試驗條件
　　爲(wei)了分析管道(dào)振動對渦街(jie)流量計測量(liàng)的影響，分别(bié)在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五個流速(sù),施加豎直方(fāng)向振動,振動(dòng)頻率40Hz,振動的(de)加速度分别(bié)爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗數據(jù)結果分析
　　選(xuǎn)用國内生産(chan)的普通應力(lì)式模拟渦街(jiē)流量計,在圖(tu)1所示的氣體(ti)管道振動試(shi)驗裝置上進(jin)行測量試👌驗(yàn)。試驗數據如(rú)表1所示。将測(ce)量數據整理(li)分析，繪制其(qi)不同加速度(du)振動條件下(xià)儀表系數相(xiàng)對于無管道(dao)振動時儀表(biao)系數的相對(dui)誤差曲線如(rú)👨‍❤️‍👨2所示。

　　在相同(tóng)的振動加速(su)度下不同流(liu)速對渦街流(liú)量計測量影(yǐng)響👅的程度是(shi)不同的。低流(liu)速時渦街流(liu)量計受管道(dao)振動影響更(geng)㊙️加嚴重,輸出(chu)脈沖的頻率(lǜ)即爲🍓管道振(zhen)動的頻率。在(zài)振🧑🏾‍🤝‍🧑🏼動加速度(du)較大🔞時，低流(liú)速點🌈5m/s處的儀(yi)表系數的相(xiàng)對誤差集中(zhong)在-一點。随着(zhe)流速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的升高(gao),渦街流量計(jì)受管道振動(dòng)影響根據振(zhèn)動加速度的(de)不同可分爲(wèi)以下幾種情(qíng)況:1)管道振動(dong)加速度爲0.05g、0.1g時(shi),渦✌️街流量計(ji)儀表系數相(xiàng)對🔆誤差随流(liu)速的升高而(ér)減小，最終減(jiǎn)小至零;2)管道(dào)振動加速度(dù)爲0.2g時🌂,渦街流(liú)量計儀表系(xì)數相對誤差(cha)随流速升高(gao)先增大後減(jian)小，最終減小(xiǎo)至零;3)管道振(zhèn)動加速度爲(wei)0.5g時,渦街流量(liàng)計儀表系數(shù)相對誤差随(sui)流速升高先(xiān)增大後減小(xiǎo)，但最終未減(jiǎn)小至零。出現(xiàn)🐆上述現象的(de)原因在于,應(ying)力式渦街流(liu)量計是利用(yong)壓電探🏃🏻頭對(duì)交替作用在(zài)旋渦發生體(ti)上的升力的(de)檢測進而獲(huò)得🚶渦街頻率(lǜ)的，而作用在(zài)旋渦發生💞體(ti)上的升力與(yu)被測流體的(de)密度和流速(su)平方成正比(bǐ)。小流量時升(shēng)力幅值小，易(yi)受到管道振(zhen)動的幹擾,當(dang)振動加速🙇‍♀️度(dù)較大🌍時，振動(dong)信号的幅值(zhí)超過了渦街(jie)升力的幅值(zhi),有用信号幾(jǐ)乎完全被淹(yan)沒,隻能檢測(ce)到管道振動(dòng)信号,故渦街(jie)流量計儀表(biao)👌系數相對誤(wù)差集中在一(yi)❌點。随✍️着流速(sù)升高,作用在(zài)旋渦發生體(ti)上的升力🚶‍♀️幅(fu)值成💰平方倍(bèi)的增長,而管(guan)道振㊙️動加速(su)度不變即振(zhèn)動幅👨‍❤️‍👨值不變(biàn),故壓電探頭(tou)檢測到的混(hun)合信号中渦(wo)街有用信号(hào)逐☁️漸顯露出(chū)來。當管道振(zhèn)動加速度爲(wei)第1)種🌈情況時(shi)，渦街信💰号幅(fu)值随流速升(shēng)高而迅速增(zeng)強,最終能夠(gou)抑制管道的(de)🌈振動信号使(shǐ)儀表系數相(xiang)對誤差減小(xiao)至零;當管道(dao)振動加速度(du)爲後兩種情(qíng)況時,在低流(liu)速下,檢測到(dào)的信号完全(quan)是振動信号(hao),以此固定的(de)管道振動頻(pín)率作爲渦街(jiē)的頻率信号(hao),得出的儀表(biǎo)系數當然随(suí)着流速的升(shēng)高而減小，儀(yi)表系數繼續(xu)降低,相對誤(wu)差增大，随着(zhe)流速的升高(gāo)，渦街♍信号幅(fú)度增大,信噪(zao)比相對提高(gāo)時,相對誤差(cha)随之減小。而(ér)振動加速度(du)爲0.5g的振動信(xìn)号相對較強(qiáng),渦街信号的(de)幅值随着流(liú)速的升高雖(sui)然有大幅提(tí)升,但😘仍無法(fa)完全有效地(di)抑制管道振(zhen)動信号,儀表(biao)系數🈲相對誤(wu)差有所減小(xiǎo),但不能減至(zhì)零。

　　此外,除(chu)最低流速點(diǎn)外,相同流速(sù)下渦街流量(liàng)計的儀表🧡系(xi)數相🌐對誤差(chà)随振動加速(sù)度的增加而(er)增大🏃🏻‍♂️,這是♉由(yóu)于振動加速(su)度的增加導(dao)緻管道振動(dòng)幹擾的幅度(du)🤞變大,對🔅渦街(jiē)流🌍量計信号(hào)輸出✌️造成更(geng)加惡劣的影(ying)響😄。由以上試(shì)驗以及分析(xi)可以看出,普(pu)通模拟渦街(jiē)流量計抗管(guan)道振動的性(xìng)能很差,不考(kǎo)慮其下限流(liu)速,振動頻率(lǜ)爲40Hz時,隻有👄在(zài)0.05g管道振動加(jiā)速度的情況(kuang)下,才能正常(cháng)工作。

4試驗信(xìn)号頻譜分析(xi)
　　爲了觀測管(guan)道振動情況(kuang)下渦街流量(liang)信号的特征(zheng),在上述試驗(yan)中還啓用了(le)基于計算機(ji)的信号采集(jí)系統,分别⛱️在(zài)上述五個流(liu)🔴速下，對經過(guò)電荷放大和(he)🐉.低通濾波後(hòu)的渦街正弦(xian)信号進行數(shu)據采集,利用(yòng)頻譜分析軟(ruan)件繪制出其(qí)對應的頻譜(pǔ)圖。由前面對(dui)測量數據分(fèn)🔆析可知,0.05g和0.5g兩(liǎng)個振動加速(sù)度情況下的(de)渦街特性具(ju)備♋一定的代(dài)表性。故此處(chù)僅以0.05g和0.5g兩個(gè)振動加速度(du)情況🏃‍♀️下的渦(wo)街信号爲例(lì),說明其振動(dòng)條件下的渦(wo)街信号的情(qing)況。其他振動(dòng)加速度的信(xìn)号情況均介(jiè)于這兩種情(qing)況之間。

　　由圖(tú)3可知，在5m/s和7.5m/s兩(liǎng)個低流速點(diǎn)時,振動信号(hao)比較強,渦街(jiē)信号受到嚴(yán)重影響，流量(liang)計輸出的脈(mo)沖頻率不是(shì)渦街頻率,而(er)是振動信号(hào)與渦街信号(hao)合成的🚶‍♀️頻率(lü),造成了流🏃🏻‍♂️量(liàng)計的測量誤(wu)差。随着流速(su)的增大,渦街(jie)的真實信号(hào)逐漸顯露出(chu)來,振動信号(hào)相對比較微(wēi)弱,被渦街真(zhen)實的信💋号淹(yān)沒,此時流量(liàng)計輸出‼️的脈(mo)沖頻率即爲(wei)渦街信号的(de)真實頻率。
　　從(cóng)圖3和圖4可以(yǐ)看出,0.5g振動加(jiā)速度情況下(xià),渦街信号受(shou)管道振🏃動📱的(de)影響程度與(yu)0.05g振動加速度(du)相比要嚴🈲重(zhong)得多。雖然仍(réng)存在随着流(liu)速的增大,渦(wo)街信号逐漸(jiàn)增強的趨勢(shi)，但是在🌈整個(gè)試驗測量範(fan)圍内,渦街信(xin)号都沒有完(wán)全顯露出來(lai),而都是振動(dong)信号占據了(le)主導地位。隻(zhi)有當流速比(bi)較高時，振🙇🏻動(dòng)信号中才疊(dié)加了渦街信(xìn)号,而當流速(su)相對比較低(dī)時,渦街信号(hào)完全被振動(dòng)信号淹沒♋。儀(yi)表輸出的脈(mò)沖頻率爲振(zhen)動信号的頻(pin)率。因此可以(yǐ)解釋圖2相對(dui)誤差曲線中(zhōng)0.5g振動加速度(dù)情況下,誤差(chà)比較大,而且(qie)最終🧑🏾‍🤝‍🧑🏼仍然沒(mei)有歸零的原(yuan)因。
5小結　　
　　本文(wen)以應用最爲(wèi)廣泛的應力(li)式渦街流量(liang)計作爲研究(jiu)✌️對象⛱️,對其進(jin)行管道振動(dong)條件下的測(cè)量試驗,分析(xī)其信号頻譜(pu)的㊙️特點。試驗(yàn)結果表明,不(bu)考慮其下限(xian)流速，振動頻(pin)率爲40Hz時,隻有(you)在0.05g管道💋振動(dong)加速度的情(qíng)況下㊙️，才能正(zhèng)常♉工作。

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