摘要(yào):爲研究管(guǎn)道振動對(duì)渦街流量(liang)計 測量的(de)影響,以國(guó)内普遍使(shi)用的應力(lì)式渦街流(liu)量計爲研(yan)究對象.在(zài)氣體流量(liàng)管道振動(dong)試驗裝置(zhi)上,流量🐇範(fan)圍35m'/h~145m/h内,分🈲别(bie)在㊙️不同😍管(guan)道振動加(jiā)速度(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻率(lǜ)(40Hz、100Hz、200Hz)、垂直和水(shuǐ)平方向上(shàng)進行了一(yī)系🌍列管道(dao)振動試驗(yàn)。通過對不(bú)同管道振(zhèn)動情況下(xia)的渦街流(liu)量計儀表(biǎo)系數誤差(chà)分析發現(xian)，渦街儀💛表(biao)系數誤差(chà)随管道振(zhen)動加速度(du)的增🈲加而(ér)變大,抗振(zhen)性能較差(cha);相同振❄️動(dòng)加速度下(xia),儀表系數(shu)誤差随流(liu)量增大有(yǒu)減小趨勢(shì),小流量下(xia)對管道振(zhen)動尤爲敏(mǐn)感;同一振(zhèn)動加速度(dù)下,儀表系(xì)數誤差随(sui)管道振動(dong)頻率增大(dà)而減小;水(shuǐ)平🎯方向管(guan)道振動較(jiao)之垂直方(fāng)向儀表系(xì)數誤差更(gèng)小,抗振性(xing)能更好。
　　渦(wo)街流量計(ji)是一種基(ji)于流體振(zhèn)動原理的(de)流量計。目(mu)前已💃成爲(wei)管道中液(ye)體、氣體、蒸(zheng)汽的計量(liàng)和工業過(guò)程控制👅中(zhong)不可缺少(shǎo)的流量測(cè)量儀表1-2:o但(dan)是,渦街流(liú)量計🔞本質(zhì)上📐是流體(ti)振動型✂️流(liú)量計,它對(duì)機械振動(dòng)、流體的流(liú)動狀态特(te)别敏感,不(bú)僅可以感(gan)受傳感器(qì)受到的渦(wō)街力，還可(kě)以感受到(dào)傳感器受(shòu)到的其他(ta)力，如管道(dào)振動、流體(ti)脈動以及(ji)流體的沖(chòng)擊😘力等3--4],這(zhè)些幹擾勢(shi)必會對渦(wō)街🚩流量計(jì)的測量産(chǎn)生很大的(de)💚影響。
　　本文(wen)以國内應(ying)用廣泛的(de)應力式渦(wo)街流量計(ji)爲研究對(duì)象,在氣體(tǐ)流量管道(dao)振動試驗(yan)裝置上,相(xiang)同流👨‍❤️‍👨量範(fan)圍内進行(hang)了不同振(zhen)動加速度(du)的管道振(zhen)動試🐕驗。拟(nǐ)定渦街儀(yi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻表系數誤(wù)差(除流量(liang)下限外)小(xiǎo)于3%作爲渦(wō)街流量計(ji)抗管道振(zhèn)動的标準(zhǔn),研究👅了應(ying)力式🐇渦街(jiē)流量計在(zài)管道振動(dong)條件下的(de)抗🔅振性能(néng)，并分🚶析了(le)不同管☀️道(dào)振動頻率(lǜ)、振動方向(xiang)對渦街流(liú)量計❄️測量(liàng)的影響，試(shi)驗結果對(duì)應力式渦(wo)街流量計(jì)具有普遍(biàn)意義。
1試驗(yan)裝置
　　圖1爲(wei)氣體流量(liang)管道振動(dong)試驗裝置(zhì)結構圖。爲(wei)避免氣🔞體(ti)🌂壓力波動(dong),1先将大氣(qi)中的空氣(qì)壓縮打人(rén)2中，經3冷卻(que)除濕後,得(de)到的純淨(jìng)氣體先後(hòu)流經4、5.7.10後,通(tōng)向大氣。流(liu)量校準采(cǎi)用标準表(biao)法,即由 标(biao)準渦輪流(liu)量計 測得(dé)的流量、表(biao)前壓力以(yi)及被測渦(wō)街流量計(jì)的表前壓(ya)力,即可換(huàn)算得到被(bèi)測渦街流(liu)量計常壓(yā)下的體積(ji)✔️流量(管路(lu)中氣體溫(wēn)度變化很(hen)小忽略不(bú)計)。研🔞究對(dui)象10選用國(guo)内普遍使(shi)用的應力(lì)式渦街流(liu)量計,内徑(jìng)爲50mm,流量範(fàn)圍36m3/h~320m3/h;标準表(biǎo) 渦輪流量(liang)計 精度爲(wei)1%,内徑50mm,流量(liang)範圍5m3/h~100m3/h;壓力(lì)變送器精(jing)度均爲2%0。

　　管(guǎn)道振動試(shì)驗設備由(yóu)11、12組成,實物(wù)見圖2。11爲激(jī)振設備由(you)振動台體(ti)和控制器(qi)組成,具有(yǒu)調頻(1Hz~400Hz)定加(jia)速度(<20g)/振幅(fu)、輸出正弦(xian)類波形等(děng)功能，從而(er)使不同加(jiā)速度和頻(pín)率下☂️的振(zhen)動試驗得(de)🤩以實現。12爲(wèi)測振🐅設備(bei)采用壓電(diàn)式加速度(dù)傳感器㊙️正(zhèng)确測量渦(wo)街流量計(jì)所在處管(guǎn)道振動狀(zhuàng)态。由于振(zhèn)動台爲單(dān)自由度，僅(jin)能産生🐕垂(chuí)直方向(圖(tu)1中Y方向)管(guan)道振動,爲(wèi)了實現水(shuǐ)平方向🐅(X方(fāng)向)管道振(zhen)動,将渦街(jiē)流量計旋(xuan)轉90°水平安(an)裝[如圖2(b)],此(cǐ)時,振動台(tai)再工作時(shi)其振動方(fāng)向相對于(yú)渦街流量(liàng)計即實現(xiàn)了如圖1所(suo)示的X方向(xiang)。當管道振(zhen)動時爲💜避(bì)免對标準(zhun)表産生影(ying)響,在渦街(jie)流量計上(shang)遊2.5m(50D)處加裝(zhuang)軟管消除(chú)機械振動(dong)。
　　整套試驗(yàn)裝置由計(ji)算機系統(tong)實時控制(zhì)處理,對氣(qì).動調節閥(fá)采♋用PID調節(jie)确保流量(liang)穩定,對渦(wō)街、渦輪流(liú)量計以及(jí)壓力變送(sòng)器的輸出(chū)信号均由(you)計算機系(xì)統進行🤟采(cai)集及💃數據(ju)分析。

2試驗(yan)結果與分(fen)析
　　在圖1試(shì)驗裝置上(shàng),流量35m3/h~145m'/h(裝置(zhi)所能達到(dao)的常壓下(xià)的最大流(liu)量)内,分别(bié)在未施加(jiā)和施加振(zhen)動施加不(bú)同振動加(jia)速度頻率(lǜ)、方向的情(qing)況下,對渦(wo)街流量計(ji)進💜行了管(guan)道振動🎯試(shì)驗,對試驗(yàn)結果予以(yǐ)分析。
2.1未施(shī)加管道振(zhèn)動的試驗(yan)
　　在無管道(dào)振動情況(kuang)下,對渦街(jiē)流量計進(jin)行了5點實(shí)流🈲試驗,數(shu)據如表1。每(měi)個流量點(diǎn)每次檢定(ding)時間爲30s,重(zhòng)複性、平均(jun)儀表系數(shu)和線性度(dù)均按照速(su)度式流量(liàng)計檢定規(gui)程[12]中的公(gōng)式計算。試(shì)驗研究的(de)應力式渦(wō)街流量計(ji) 精度爲1級(ji)。

2.2不同管道(dào)振動加速(sù)度的試驗(yàn)
　　爲考察應(ying)力式渦街(jiē)流量計對(dui)管道振動(dong)加速度的(de)抗振性能(néng),在⁉️垂直振(zhèn)動方向、振(zhèn)動頻率爲(wei)100Hz、振動加速(su)度0.05g~1g情況下(xia)，進行了流(liu)量試驗。将(jiāng)得到的5組(zǔ)試驗數據(jù),繪制出相(xiàng)應的🈲儀表(biǎo)系🚶‍♀️數随流(liú)量變化曲(qǔ)線如圖3所(suo)示。可見,當(dang)施加管道(dào)振動後,渦(wō)街流量計(ji)儀表系數(shù)随流量及(ji)振‼️動加速(sù)度的不同(tóng)變化很大(dà)。爲了與無(wu)管道振動(dòng)時作比較(jiao),圖4給出了(le)💰不同振動(dong)加速🌂度下(xia)的儀表系(xì)數相對于(yú)無管道振(zhen)動時🔞平均(jun)儀表系數(shù)的🥵誤差曲(qǔ)線。

　　由圖4可(kě)知,-方面，同(tóng)一振動加(jia)速度下不(bu)同流量點(dian)對渦🈲街流(liú)量計測量(liàng)影響的程(chéng)度不同。小(xiǎo)流量時受(shòu)管道振動(dòng)影響劇烈(liè)，輸出脈沖(chong)即爲管道(dào)振動頻率(lü),如⛹🏻‍♀️圖335m3/h處儀(yí)☁️表系數集(jí)中在一點(diǎn)。随🐪着流量(liàng)🔴增加，渦街(jiē)流量計受(shou)管🌍道振動(dòng)影響根據(ju)振🌈動加速(su)度的不同(tong)可分爲三(sān)種:(1)管道振(zhen)動加速度(du)爲0.05g、0.1g、0.2g時,儀表(biǎo)系數誤差(chà)随流量增(zēng)加而減小(xiǎo)直至爲零(ling);(2)管🙇🏻道振動(dong)加速度爲(wei)0.5g時👉,儀表系(xì)數誤差随(suí)流量增加(jiā)先變大🌈後(hòu)減小但未(wèi)減至零;(3)管(guan)道振動加(jiā)速度爲1g時(shi),儀表系數(shù)誤差随流(liú)量增加而(er)變大最後(hou)趨于平穩(wen)。出現上述(shu)現象的原(yuán)因在于,應(ying)力式渦街(jie)流量計🐆是(shì)利用壓電(diàn)探頭交替(tì)地🎯作用在(zai)其上的升(shēng)力的檢測(ce)📧、獲得渦街(jiē)頻率的，而(ér)升✍️力與被(bèi)測流體的(de)密度和🔞流(liú)速平✏️方成(cheng)正比。小流(liú)量🛀時升力(li)幅值小，易(yì)受管道振(zhen)動幹✍️擾、有(you)用信号被(bèi)淹沒,隻能(neng)檢測到振(zhèn)動信号,故(gu)儀表系數(shu)集中在一(yī)🛀點。随着流(liu)量增加，升(shēng)力幅值成(chéng)平方倍增(zēng)長，而管道(dào)振動加☀️速(sù)度不變即(ji)振動幅值(zhi)不變,故壓(yā)電💃探頭檢(jian)測到的混(hun)合信✌️号中(zhōng)渦街有用(yòng)信号逐漸(jian)顯露出來(lai)。當管道振(zhen)動加速度(dù)爲第(1)種情(qíng)況時,渦街(jiē)信号幅值(zhí)随流量增(zeng)加而迅速(sù)增強,最終(zhōng)抑制振動(dòng)信号使儀(yí)表系數誤(wù)差減小至(zhì)零;當管道(dao)振動加速(su)度爲第(2)種(zhong)情況時,由(yóu)于振❤️動信(xìn)号幅值較(jiào)強,渦街信(xin)号随流量(liàng)增加雖然(ran)有大幅提(tí)升，但仍無(wu)法完全有(you)效地抑制(zhì)振動信号(hao),儀表系數(shu)誤差有減(jiǎn)小但不能(neng).減至零;但(dàn)當♉管道振(zhen)動🚶‍♀️加速度(du)爲第(3)種情(qing)況時,由于(yu)振動幹擾(rǎo)幅值遠大(da)于渦街👌信(xìn)号幅值,所(suǒ)以儀表系(xì)數誤差很(hen)大,但是，渦(wo)街信号幅(fu)值💛随流量(liang)增加成平(ping)方倍增長(zhang)仍會對管(guan)道振動信(xìn)号起到💋一(yī)定抑制作(zuo)用，所以儀(yi)表系數誤(wu)差最後趨(qū)于平穩。
　　另(ling)一方面,除(chu)流量下限(xiàn)外,相同流(liu)量下渦街(jiē)流量計🚶儀(yi)表系數誤(wù)差随振動(dong)加速度的(de)增加而增(zeng)大,這是由(you)于振動加(jia)速度的增(zēng)加導緻振(zhen)動幹擾幅(fú)值變大，對(dui)渦街流量(liàng)計信号輸(shu)出必然造(zao)成惡❓劣的(de)影響。
　　按照(zhao)前文拟定(dìng)的管道抗(kang)振标準,此(ci)應力式渦(wo)街流量計(ji)在管道振(zhen)動頻率爲(wèi)100Hz時,垂直方(fāng)向抗振加(jia)速度僅爲(wei)0.05g。
2.3不同管道(dao)振動頻率(lǜ)的試驗
　　爲(wei)了研究管(guǎn)道振動頻(pín)率變化對(dui)渦街流量(liàng)計測量的(de)影響,将頻(pín)率分别調(diào)整爲40Hz、200Hz後,重(zhong)新進行了(le)2.2試驗,得到(dào)了🔞圖5所示(shì)不同振動(dòng)加速度下(xià)儀表系數(shu)誤差變化(huà)曲線。
　　将圖(tú)4.5作對比發(fā)現，無論管(guan)道振動頻(pin)率如何變(biàn)化,在同一(yi)👄振動加💋速(su)度下,儀表(biao)系數誤差(chà)随流量變(bian)化的趨勢(shi)類似。但是(shi)🐅,當管道振(zhèn)動頻率變(bian)化時,相同(tong)振動加速(su)度下渦街(jie)👨‍❤️‍👨流量計📞儀(yi)表系數誤(wu)差會随管(guan)道振🔴動頻(pín)率增大而(er)減小💛。這是(shì)因爲,一-方(fang)面渦街流(liú)量計信号(hào)處理電路(lù)中含有放(fang)大和低通(tōng)濾波環節(jie),對40Hz振🏃‍♂️動幹(gan)擾無法濾(lü)除且有放(fang)大功能。另(lìng)一方面,由(you)于渦街流(liú)量計輸出(chu)脈沖與流(liú)⛱️速成正比(bi)、檢測旋渦(wo)的升力🚶與(yu)流速平方(fang)和被測流(liú)體的密度(du)成正比,所(suo)以在小流(liú)量時,渦街(jiē)流量傳🔞感(gǎn)器信号頻(pín)率低且幅(fu)值小🐅，受低(dī)頻的管道(dào)振動幹擾(rao)影響嚴重(zhong),輸出脈沖(chòng)誤差🌈大;随(suí)着流量❤️增(zeng)加,渦街流(liú)🏃量📞傳感器(qì)信号頻率(lü)變大且幅(fú)⛱️值增強,受(shou)低頻的管(guan)道振動☎️幹(gan)擾影響減(jian)弱,輸出脈(mo)沖也随之(zhi)誤差變小(xiao)。

　　綜合圖4、5可(ke)知,對于應(ying)力式渦街(jiē)流量計來(lai)說,垂直方(fang)向上的抗(kang)振性能均(jun1)較差。當管(guan)道振動頻(pin)率爲40Hz、100Hz時,抗(kàng)♌管道㊙️振動(dòng)加速😄度爲(wèi)0.05g;當管道振(zhèn)動頻率爲(wèi)200Hz時,抗管道(dào)❌振動加🍓速(sù)度爲0.1g。
2.4不同(tóng)管道振動(dong)方向的試(shi)驗
　　爲了比(bi)較不同方(fang)向管道振(zhèn)動對渦街(jie)流量計測(cè)量🤞的影響(xiǎng),在💃🏻水平方(fāng)向管道振(zhen)動條件下(xia),重新進行(háng)試👉驗,得到(dao)了管道振(zhèn)動頻率分(fèn)别爲40Hz、100Hz、200Hz,振動(dong)加速度分(fèn)别爲0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時,渦(wo)✂️街儀表系(xì)數誤差随(sui)流🐇量變化(huà)的曲線,如(ru)圖6所示。

　　通(tōng)過水平方(fāng)向管道振(zhen)動與垂直(zhi)方向試驗(yan)結果作🤩比(bǐ)🌈較,發現兩(liang)種情況下(xia),管道振動(dòng)頻率和振(zhen)動加速😍度(dù)對儀表系(xì)數㊙️誤差的(de)影響趨勢(shì)類似;但是(shi),水方向較(jiao)之垂直方(fang)向儀表系(xì)數誤差更(geng)小,抗振性(xìng)能更好🌍。依(yi)據拟定的(de)抗振标準(zhun),将此應力(li)式渦街流(liú)量計在不(bú)同振動方(fāng)向上，抗管(guǎn)道振動性(xing)能小🔱結如(rú)表2。

3結論
　　爲研(yán)究管道振(zhèn)動對渦街(jiē)流量計測(ce)量的影響(xiang)，利用氣體(tǐ)🔞流量管道(dao)振動試驗(yan)裝置,在相(xiang)同流量範(fan)圍内,分别(bie)㊙️在不同管(guan)道振動加(jia)🌈速度頻率(lǜ)方向上對(duì)應力式渦(wō)街☎️流量計(jì)進行振😍動(dòng)試驗研究(jiu),得到以下(xià)結論:
(1)渦街(jiē)流量計儀(yí)表系數誤(wù)差随管道(dào)振動加速(sù)度的增加(jia)而變大,整(zhěng)體抗振性(xing)能較差，以(yǐ)管道振動(dong)頻率100Hz爲例(li)🍉,垂直📞方向(xiang)抗振加速(sù)度爲0.05g,水平(ping)方向抗振(zhen)加速度爲(wei)0.2g。
(2)在相同管(guan)道振動加(jiā)速度條件(jiàn)下,無論振(zhen)動頻率如(ru)何變化,渦(wo)街流量計(ji)儀表系數(shu)誤差随流(liu)量增大有(yǒu)減小👌趨勢(shì),小流量下(xià)受管道振(zhèn)動影響最(zuì)大。
(3)在相同(tóng)管道振動(dòng)加速度條(tiáo)件下,渦街(jie)流量計儀(yí)表系數誤(wu)差随管道(dào)振動頻率(lü)的增大而(ér)減小。
(4)水平(ping)管道振動(dong)方向較之(zhī)垂直方向(xiàng)，渦街流量(liàng)計儀表系(xì)數誤差✏️更(geng)小,抗振性(xìng)能更好。

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