摘要：選擇傳統應(ying)力式渦街流量計(ji) ,通過管道振動條(tiáo)件下的測量試驗(yan)結合頻譜分析方(fāng)法,研究其抗振性(xìng)能。試驗結果表明(ming),不考慮其下限流(liu)速,振動頻率爲40Hz時(shi),隻有在0.05g管道振動(dòng)加速度的🐅情況下(xia),才能正常工作。
0引(yin)言
　　渦街流量計利(li)用流體經過旋渦(wō)發生體後産生的(de)👈振動🈲進行流🔞量測(cè)量[1-2],因其介質适應(yīng)性強、無可動部件(jiàn)、結構簡單、可靠性(xìng)高等特點而被廣(guang)泛使用”。正是因爲(wèi)其以流體振動爲(wei)測量原理,在管🔴道(dao)振動的情況下,渦(wo)街😘流量計的使用(yòng)受到了限制。
　　國内(nèi)外諸多學者及研(yán)究機構對渦街流(liú)量計抗振性和💘振(zhen)動環♍境下渦街流(liu)量計的使用進行(hang)了大量研究[4-7]。本文(wen)以國内外應用最(zui)爲廣泛的應力式(shi)渦街☂️流量計作爲(wèi)研✨究對象,在氣體(tǐ)流量管道振動試(shi)驗裝置上,在📞相同(tong)流速範圍内進🔱行(hang)了相同振動頻率(lǜ)💃不同振動加速度(du)的管道振動試驗(yàn)，研究了應力式渦(wō)街流量計在管道(dào)振動條件下的抗(kang)振性能。
1試驗裝置(zhì)
　　圖1爲氣體流量管(guǎn)道振動試驗裝置(zhì)結構圖。爲避免氣(qi)🈲體壓☀️力⭐波動,空氣(qi)壓縮機先将大氣(qì)中的空氣壓縮打(dǎ)人穩壓儲氣罐💞中(zhong)，高🌈溫壓縮空氣經(jing)過冷千機冷卻除(chu)❄️濕後，得到的純淨(jing)氣體先後流經氣(qì)路總閥、氣動調節(jie)閥、渦輪流量計(标(biāo)準表)、渦街流量計(jì)(被校😍表)後,最終通(tong)🏃🏻向大氣。本文💰選用(yong)的振動台,具有頻(pin)率調節(1~400Hz)、簡易調整(zheng)🛀加速度(<20g)/振幅、輸出(chū)正弦類波形等功(gong)能,從而使設定頻(pin)率下不同振動加(jia)速度的管道振動(dòng)試驗得以實現)。

　　試驗中對渦街流(liu)量計的流量校準(zhǔn)采用标準表法👈,即(jí)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻由渦輪流量計測(ce)得的流量值和渦(wo)輪流量計表前壓(ya)力變送器測得的(de)壓力值便可換算(suan)得到流經被測渦(wo)街流量計的體積(ji)流量(管路中氣體(ti)溫度變化很小,忽(hu)略不計)。标🍓準表渦(wō)輪流量計的最大(dà)允許💋誤差爲±1%,内徑(jing)❄️爲50mm，流量範圍爲5~100m3/h;兩(liǎng)個 壓力變送器 的(de)最大允許誤差均(jun1)爲±2%
2試驗條件
　　爲了(le)分析管道振動對(duì)渦街流量計測量(liàng)的影響，分别在🏃🏻‍♂️5,7.5,11,15.5,20.5m/s五(wu)✔️個流🔆速,施加豎直(zhí)方向振動,振動頻(pín)率40Hz,振動的加⛹🏻‍♀️速度(du)分别爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗數據(jù)結果分析
　　選用國(guó)内生産的普通應(ying)力式模拟渦街流(liú)量計,在圖1所示的(de)氣體管道振動試(shì)驗裝置上進行測(cè)量試驗。試驗數據(ju)如表1所示。将☀️測量(liàng)數據整理分析，繪(huì)制其不同⛷️加速度(du)✏️振動條件下儀表(biǎo)系數相對于無管(guan)道振動時❌儀表系(xi)數的相對誤差曲(qu)線如👌2所示。

　　在相同(tóng)的振動加速度下(xia)不同流速對渦街(jie)流量計測量影響(xiang)的程度是不同的(de)。低流速時渦街流(liú)量計受管🔞道振動(dong)影響更加嚴重,輸(shu)出脈沖的頻率即(ji)爲管道振動的頻(pin)率。在振動加速💋度(du)較大時，低流速點(diǎn)5m/s處的儀表系數的(de)相對誤差集中在(zài)-一點🌈。随着流速♈的(de)升高,渦街流量計(ji)受管道振動影響(xiǎng)根據振動加速度(dù)的不同🐉可分爲以(yi)下幾種情況:1)管道(dào)振動加速度爲0.05g、0.1g時(shi),渦街流量計儀表(biao)系數相對誤差随(suí)流速的升高而減(jian)小，最終減小至零(ling);2)管道振動加速度(dù)爲0.2g時,渦街流量計(jì)儀表系數相對誤(wu)差随流速升高🌏先(xiān)增大後減小，最終(zhong)減小至零😘;3)管道振(zhen)動加速度爲0.5g時,渦(wo)🏃‍♀️街流量計儀表系(xì)數相對🔴誤差随流(liú)速升高先增大💔後(hou)減小，但最終未減(jian)小至零。出現✨上述(shù)現象的原因在于(yú),應力式渦街流量(liang)計是利用壓電探(tan)頭對交替作用在(zài)旋渦發生體上的(de)升力的檢測進而(er)獲得☀️渦街頻率的(de)，而作用在💰旋渦發(fā)生體上的升力與(yǔ)被測流體的密度(du)和流速平方成正(zheng)比。小流量時升力(lì)幅值小，易受到🔴管(guǎn)道振動的幹擾,當(dang)振動加速👈度較大(dà)時，振動信号的幅(fu)值超過了渦街升(sheng)力的幅值,有用信(xin)号幾乎完全被淹(yan)沒,隻能檢測到管(guan)道振動信号,故渦(wo)街流量計儀表系(xì)數相對誤差集中(zhong)在一點。随⭐着流速(su)升高,作用在旋渦(wō)發生體上的升力(lì)幅值成平🔴方倍的(de)增長,而管道振動(dòng)加速度不變即振(zhèn)動幅值不變,故壓(yā)電探頭檢測到的(de)混合信号中渦街(jiē)有用信号逐漸顯(xian)露出來。當管道振(zhen)動加速度爲第1)種(zhǒng)情況時，渦街信♋号(hao)幅值随流速升高(gāo)而迅速增強,最終(zhong)能夠抑制管道的(de)振動信号使儀表(biǎo)系數相對誤差減(jiǎn)小至零;當管道振(zhen)動加速度爲後兩(liang)種情況時♌,在低流(liú)速下,檢測到的信(xin)号完全是振動🐕信(xin)号,以此固定的管(guan)道振動頻率作爲(wèi)渦街的頻率信号(hào),得出☁️的儀表系數(shù)當然随着流速的(de)升高而減小，儀表(biǎo)系數繼續降低❌,相(xiàng)對誤差增大，随着(zhe)流速的升高，渦街(jiē)信号幅度💋增大,信(xìn)噪比相對提高時(shi),相對誤差随之減(jian)小。而振動加速度(dù)爲0.5g的振動信号相(xiàng)對較強,渦街信号(hào)的幅值随着流速(su)的☁️升高雖然有大(dà)幅提升,但🥵仍無法(fǎ)完全有效地抑制(zhì)管道振💔動信号,儀(yi)表系數🛀🏻相對誤差(chà)有所減小,但不能(néng)減至零。

　　此外,除最低流(liú)速點外,相同流速(su)下渦街流量計的(de)儀表系數相對誤(wù)差随振動加速度(du)的增加而增大☔,這(zhe)是由于振動加速(su)度的增加導緻管(guan)道振動幹擾的幅(fú)度變大,對🆚渦街流(liu)量計信号輸出🐆造(zào)成更加惡劣的影(yǐng)響🈲。由以上試驗以(yǐ)及分⭐析可以看出(chū),普通模拟渦街流(liu)量✉️計抗管道振動(dong)的性能很差,不考(kao)慮其下限流速,振(zhen)動🈲頻率爲40Hz時,隻有(you)在0.05g管道振動加速(su)度的情況下,才能(néng)正常工作。

4試驗信(xìn)号頻譜分析
　　爲了(le)觀測管道振動情(qíng)況下渦街流量信(xin)号的特征,在上述(shu)試驗中還啓用了(le)基于計算機的信(xìn)号采集系統,分别(bié)在上述五個流㊙️速(sù)下，對經過電荷放(fang)大和.低通濾波後(hou)的渦街正弦信号(hao)進行數據采集,利(li)用頻譜分析軟件(jian)繪制💜出其對應的(de)頻譜圖。由前面對(dui)測量數據分析可(kě)知,0.05g和0.5g兩❗個振動加(jia)速度情況下的渦(wo)街特性具🌈備♈一定(dìng)的代表性。故此處(chù)僅以0.05g和0.5g兩個振動(dong)加速度情況下的(de)渦⁉️街信号爲例,說(shuō)明其振動📐條件下(xià)的渦街信号🏃🏻的情(qing)況。其他振動💞加速(sù)度的信号情況均(jun)🏃‍♀️介于這兩種情況(kuang)之間。

　　由圖3可知，在(zài)5m/s和7.5m/s兩個低流速點(diǎn)時,振動信号比較(jiào)強,渦街🥵信号受到(dào)嚴重影響，流量計(jì)輸出的脈沖頻率(lǜ)不是渦街頻率💜,而(er)是振動信号與渦(wō)街信号合成的👅頻(pín)率,造成了流💞量計(jì)的測量誤差。随着(zhe)流速的增大,渦街(jie)的真實信号逐漸(jian)顯露出😍來,振動信(xìn)号相對比🔞較微弱(ruo),被渦街真實的信(xìn)号淹沒,此時流量(liang)計輸出🔅的脈沖頻(pín)率🔴即爲渦街信号(hao)的真實頻率。
　　從圖(tu)3和圖4可以看出,0.5g振(zhèn)動加速度情況下(xia),渦街信号受管道(dào)振動的影響程度(du)與0.05g振動加速度相(xiang)比要嚴重得多。雖(sui)然仍存在🔆随着🈚流(liu)速的增大,渦街信(xin)号逐漸增強的趨(qu)勢，但是在整個試(shi)驗測量範圍内,渦(wo)街信号都沒有完(wán)全顯露出來,而⛱️都(dou)是振動信号占據(jù)👅了主導地位。隻有(you)當流速🈲比較高時(shi)，振動信号中才疊(die)加了渦街信号,而(ér)當流速相對比較(jiào)低時,渦街信号完(wán)全被振動信号淹(yan)沒。儀表輸出的脈(mo)沖頻率爲振📞動信(xin)号的頻率。因此可(ke)以解釋圖2相對誤(wu)差曲線中0.5g振動加(jia)速度情況下,誤差(cha)比較大,而且最終(zhōng)仍然沒有歸零的(de)原因。
5小結　　
　　本文以(yǐ)應用最爲廣泛的(de)應力式渦街流量(liang)計作爲研究對象(xiang)💔,對其進行管道振(zhèn)動條件下的測量(liàng)試驗,分析其信号(hào)頻譜的💁特點。試驗(yàn)結果表明,不考慮(lǜ)其下限流速，振動(dong)頻率爲40Hz時,隻有在(zài)0.05g管道振動加速度(dù)🏃🏻的情況下💚，才能正(zheng)常工作。

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