摘要(yào):爲研究管(guǎn)道振動對(dui)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(liú)量計爲✌️研(yán)究對象.在(zài)氣體流量(liàng)管道振動(dong)試驗裝置(zhi)上,流量範(fàn)圍35m'/h~145m/h内,分别(bié)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(shui)平方向上(shang)進行了一(yī)系👄列管道(dào)❗振動試驗(yàn)。通過對不(bu)同管道振(zhèn)動情況下(xià)的渦街流(liú)量計儀表(biǎo)系數誤差(cha)分析發現(xiàn)，渦街儀♊表(biao)系數誤差(cha)随管道振(zhèn)動加速度(dù)的增加而(ér)變大,抗振(zhen)性能較差(chà);相同振🏃動(dong)加速度下(xià),儀表系數(shu)誤差随流(liu)量增大有(you)減小趨勢(shi),小流量下(xia)對管道振(zhèn)動尤爲敏(mǐn)感;同一振(zhen)動加速度(du)下,儀表系(xi)數誤差随(sui)管道振動(dòng)頻率增大(da)而減小;水(shui)平方向管(guan)道振動較(jiào)之垂直方(fang)向儀表系(xì)數誤差更(gèng)小,抗振性(xing)能更♊好。
　　渦(wō)街流量計(jì)是一種基(ji)于流體振(zhen)動原理的(de)流量計。目(mu)🍉前已☔成爲(wei)管道中液(ye)體、氣體、蒸(zhēng)汽的計量(liàng)和工業過(guo)程控制中(zhōng)不可缺少(shǎo)的流量測(ce)量儀表1-2:o但(dan)是,渦街流(liú)量計☔本質(zhì)上✉️是流體(tǐ)振動型流(liu)量計,它對(duì)機械振😍動(dong)、流體的💛流(liu)動狀态特(tè)别敏感,不(bu)僅可以感(gǎn)受傳感🤟器(qì)受到的渦(wo)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(jí)流體的沖(chòng)擊力等3--4],這(zhè)些幹擾勢(shì)必會對渦(wo)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(ti)流量管道(dao)振動試驗(yàn)裝置上,相(xiàng)同流量範(fàn)圍内進行(háng)了不🛀同振(zhèn)動加速度(du)的管道振(zhèn)動試驗。拟(ni)定渦街儀(yi)表系數誤(wu)差(除流量(liàng)下👈限外)小(xiǎo)于3%作爲渦(wo)街流🙇‍♀️量計(ji)抗管道振(zhen)動的标準(zhun),研究🔅了應(yīng)力式渦街(jiē)流量計在(zài)管道振動(dòng)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(shì)驗💞結果對(duì)應力式渦(wō)街流量計(jì)具有普🎯遍(bian)意義。
1試驗(yan)裝置
　　圖1爲(wèi)氣體流量(liàng)管道振動(dòng)試驗裝置(zhi)結構圖。爲(wei)避免氣🐉體(tǐ)壓力波動(dòng),1先将大氣(qi)中的空氣(qì)壓縮打人(ren)2中，經3冷卻(què)🌈除濕後,得(de)到的純淨(jing)氣體先後(hòu)流經4、5.7.10後,通(tong)向大氣。流(liu)量校準采(cai)用标準表(biao)法,即由 标(biao)準渦輪流(liú)量計 測得(dé)的流量、表(biao)前壓力以(yǐ)及被測渦(wo)街流量計(ji)的表前壓(yā)力,即可換(huan)算得到被(bèi)測渦街流(liú)量計常壓(yā)下的體積(jī)流量(管路(lù)中氣體溫(wēn)度變化很(hěn)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(liú)量計,内徑(jìng)爲50mm,流量範(fàn)圍36m3/h~320m3/h;标準表(biao) 渦輪流量(liang)計 精度爲(wèi)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(guan)道振動試(shi)驗設備由(you)11、12組成,實物(wù)見圖2。11爲激(ji)振設備由(yóu)振動台🔴體(tǐ)和控制器(qi)組成,具有(you)調頻(1Hz~400Hz)定加(jiā)速度(<20g)/振🐅幅(fú)、輸💋出正弦(xian)類波形等(deng)功能，從而(er)使不同加(jia)速度和頻(pín)率下♈的振(zhèn)動試驗得(de)以實現。12爲(wèi)測振設備(bei)采用壓電(dian)式加速度(du)傳感器🔞正(zheng)确測量渦(wo)街流量計(jì)所在處🔴管(guan)道振動狀(zhuàng)态。由于振(zhen)動台爲單(dān)自由度，僅(jin)能産生垂(chui)直方向(圖(tu)1中Y方向)管(guan)道振動👄,爲(wèi)了實現水(shui)平🔞方向(X方(fāng)向)管道振(zhen)動,将渦街(jiē)流量計旋(xuán)轉90°水平安(ān)裝[如圖2(b)],此(ci)時,振動台(tai)再工作時(shi)其振動方(fang)向相🌈對于(yú)渦街流量(liang)計即實現(xian)了如圖1所(suǒ)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻示的X方📱向(xiang)。當管道振(zhèn)動時爲避(bì)免對标準(zhun)表産生影(yǐng)響,在渦街(jie)流量計🌂上(shang)遊2.5m(50D)處加裝(zhuāng)軟管消除(chú)機械振動(dong)。
　　整套試驗(yàn)裝置由計(jì)算機系統(tong)實時控制(zhì)處理,對氣(qi).動調節閥(fa)📧采用PID調節(jiē)确保流量(liàng)穩定,對渦(wo)街、渦輪流(liu)量計以及(ji)壓力變送(song)器的輸出(chū)信号均由(yóu)計算機系(xì)統進行采(cǎi)集及數據(ju)分析。

2試驗(yàn)結果與分(fen)析
　　在圖1試(shi)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(liú)量)内,分别(bie)在未施加(jiā)和施加振(zhèn)動施加不(bu)同振動加(jia)速度頻率(lǜ)、方向的情(qíng)況下,對渦(wō)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(yàn)
　　在無管道(dào)振動情況(kuàng)下,對渦街(jiē)流量計進(jin)行了5點實(shi)流試驗,數(shù)據如表1。每(měi)個流量點(dian)每次檢定(dìng)時間爲30s,重(zhòng)複性、平均(jun)儀表系數(shu)和線性度(du)均按照速(su)度式流量(liàng)計檢定規(guī)程[12]中的公(gong)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(dao)振動加速(su)度的試驗(yan)
　　爲考察應(ying)力式渦街(jie)流量計對(dui)管道振動(dong)加速度的(de)抗振性能(neng)👄,在垂直振(zhen)動方向、振(zhèn)動頻率爲(wèi)100Hz、振動加速(su)度0.05g~1g情況下(xià)，進行了流(liú)量試驗。将(jiāng)得到的5組(zǔ)試驗數據(ju),繪制出相(xiang)應的儀表(biao)系數随流(liu)量變化曲(qu)線如圖3所(suǒ)示。可見,當(dang)施加管道(dào)振動後,渦(wo)街流量計(ji)儀表系數(shu)🈲随流量及(jí)振動加速(su)度的不同(tong)變化很大(dà)。爲了與無(wu)🌏管道振動(dong)時作比較(jiào),圖4給出了(le)不同振動(dòng)加速度下(xia)🔆的儀表系(xi)數相對🐪于(yu)無管道振(zhen)動時平均(jun1)儀表系數(shu)的誤差曲(qu)線。

　　由圖4可(ke)知,-方面，同(tóng)一振動加(jia)速度下不(bú)同流量點(diǎn)對渦街流(liú)量計測量(liàng)影響的程(cheng)度不同。小(xiao)流量時受(shou)管道振動(dong)影響劇烈(lie)，輸⭐出脈沖(chòng)即爲管道(dào)振動頻率(lǜ),如圖335m3/h處儀(yí)表系數集(jí)中在一點(dian)。随着流量(liàng)☁️增加，渦街(jiē)流🐅量計受(shòu)管道振動(dong)影響根據(ju)振🔞動加速(sù)度的不同(tóng)可分爲三(sān)種:(1)管🔞道振(zhèn)動加速度(du)爲0.05g、0.1g、0.2g時,儀表(biǎo)系數誤差(cha)随流量增(zēng)加而減小(xiao)直至爲零(ling);(2)管道振動(dòng)加速度🔞爲(wei)0.5g時,儀表系(xì)數誤差随(suí)流量增加(jia)先變大後(hòu)減小但未(wei)減至零;(3)管(guǎn)道振動加(jia)速💃🏻度爲1g時(shi),儀表系數(shù)誤差随流(liu)量增加而(ér)變大最後(hou)趨于平穩(wen)。出🏒現上述(shu)現象的📧原(yuán)因在于,應(yīng)力式渦街(jiē)流量計是(shi)利用壓電(diàn)探頭交替(ti)地🎯作用在(zài)其上的升(shēng)力的檢測(ce)、獲得渦街(jiē)頻率的，而(er)升力與被(bei)測流體的(de)密度和流(liu)速平♉方成(cheng)正比。小流(liú)量時升力(li)幅⭐值小，易(yì)受管道振(zhèn)動幹擾、有(yǒu)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(liú)量增加，升(shēng)力幅值成(chéng)平方倍增(zeng)長，而管道(dào)振動加速(sù)度不💃變即(ji)振動幅值(zhí)不變,故壓(ya)電探頭檢(jiǎn)測到的混(hùn)合信📧号中(zhong)渦街有♍用(yong)信号逐漸(jian)顯露出來(lái)。當🔆管道振(zhèn)動加速度(du)爲第(1)種情(qing)況時,渦街(jiē)信号幅值(zhi)随流量增(zeng)加🐪而迅速(sù)增強,最終(zhōng)抑制振動(dòng)信号使儀(yi)表系數誤(wù)差減小至(zhi)零;當管道(dao)振動加速(sù)度爲第(2)種(zhong)情況時,由(yóu)于振動信(xin)号幅值較(jiào)強,渦街信(xìn)号随流量(liàng)增加雖然(rán)有大幅提(ti)升，但仍🛀🏻無(wu)法完全有(you)效💋地抑制(zhi)振動信👣号(hao),儀表系數(shu)誤差有減(jiǎn)小但不能(neng).減至零;但(dan)當管道振(zhèn)動加速度(du)爲第(3)種情(qing)況時,由于(yú)振動幹擾(rao)幅值遠大(dà)于渦街❗信(xìn)号幅值,所(suǒ)以儀表系(xi)數誤差很(hen)大,但是，渦(wō)街信✔️号幅(fu)值🥵随流量(liang)增加成平(píng)方倍增長(zhang)仍會對管(guan)道振動信(xin)号起到🐆一(yī)定🐪抑制作(zuò)用，所以儀(yí)表系數誤(wù)差最後趨(qu)于平穩。
　　另(lìng)一方面,除(chú)流量下限(xian)外,相同流(liu)量下渦街(jiē)流量計♍儀(yi)🔞表系🔴數誤(wu)🏃‍♀️差随振動(dong)加速度的(de)增加而增(zēng)大,這是由(yóu)于振動加(jia)速度的增(zēng)加導緻振(zhen)動幹擾幅(fu)值變大⭕，對(duì)渦街流量(liang)計信号輸(shu)出必然造(zao)成惡劣的(de)影響。
　　按照(zhao)前文拟定(ding)的管道抗(kàng)振标準,此(ci)應力式渦(wō)街流量計(jì)在管👉道振(zhen)動頻率爲(wei)100Hz時,垂直方(fang)向抗振加(jiā)速度僅爲(wèi)0.05g。
2.3不同管道(dao)振動頻率(lü)的試驗
　　爲(wei)了研究管(guan)道振動頻(pín)率變化對(dui)渦街流量(liàng)計測量的(de)影響,将頻(pin)率分别調(diào)整爲40Hz、200Hz後,重(zhòng)新進行了(le)2.2試驗,得到(dào)了圖5所示(shi)不同振❗動(dòng)加🧡速度下(xià)儀表系數(shù)誤差變化(hua)曲線♈。
　　将圖(tu)4.5作對比發(fa)現，無論管(guǎn)道振動頻(pín)率如何變(bian)化,在同一(yī)振動加速(su)度下,儀表(biao)系數誤差(chà)随流量變(biàn)化的趨勢(shì)類似。但是(shi),當管道振(zhen)動頻率變(biàn)化時,相同(tóng)振動加速(su)度下渦街(jiē)流量計儀(yí)表系數誤(wù)差會随管(guǎn)道振💯動頻(pin)率增大而(er)減小。這是(shi)因爲,一-方(fang)面渦街流(liu)量計👅信号(hào)處理電路(lù)中含有放(fang)大和低通(tong)濾波環節(jiē),對40Hz振動幹(gan)擾無法濾(lǜ)除且有放(fàng)大功能。另(ling)一方面,由(you)🏃‍♂️于渦街流(liú)量計輸出(chū)脈沖與流(liu)速成正比(bi)、檢測旋渦(wō)的升力與(yǔ)流速平方(fang)和被㊙️測流(liu)體的密度(du)成正比,所(suo)以在小流(liu)量時📞,渦街(jiē)流量傳🥵感(gǎn)器信号頻(pin)率低且幅(fu)值小，受低(dī)頻的管道(dao)振動幹擾(rǎo)影響嚴重(zhòng),輸出脈沖(chong)誤差大;随(sui)着流量♈增(zeng)加,渦街流(liú)量傳感器(qi)信号頻率(lü)變大🔅且幅(fu)值增強,受(shou)低頻的管(guan)🈲道振動幹(gan)擾影響減(jian)弱,輸出脈(mò)沖也随之(zhi)誤差變小(xiǎo)。

　　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(fāng)💘向上的抗(kang)📐振性能均(jun)較差。當管(guan)道振動頻(pin)率爲40Hz、100Hz時,抗(kang)管道振動(dòng)加速😄度爲(wèi)0.05g;當管道振(zhen)動頻率爲(wei)200Hz時,抗管道(dao)振動加速(su)度爲🤟0.1g。
2.4不同(tóng)管道振動(dòng)方向的試(shi)驗
　　爲了比(bǐ)較不同方(fang)向管道振(zhèn)動對渦街(jiē)流量計測(ce)量的影響(xiang),在水🔞平方(fāng)向管道振(zhen)動條件下(xià),重新進行(hang)試🌏驗,得到(dao)了💃管道☔振(zhen)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(hua)的曲線,如(ru)圖6所示。

　　通(tong)過水平方(fang)向管道振(zhèn)動與垂直(zhi)方向試驗(yan)結果作比(bǐ)較,發現兩(liang)種情況下(xià),管道振動(dòng)頻率和振(zhen)動加速度(dù)對儀表系(xi)數誤差的(de)影響趨勢(shi)類似;但是(shì),水方向🚩較(jiào)之垂直方(fāng)向儀表系(xì)數誤差更(gèng)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(liu)量計在✍️不(bú)同振動方(fāng)向上，抗管(guan)道振動性(xing)能小結如(ru)表2。

3結論
　　爲研(yan)究管道振(zhèn)動對渦街(jie)流量計測(cè)量的影響(xiang)，利用氣體(ti)流量☂️管道(dao)振動試驗(yàn)裝置,在相(xiang)同流量範(fàn)圍内,分别(bie)📧在不🔆同管(guan)道振動加(jiā)速度頻率(lü)方向上對(dui)應力式渦(wo)街流量計(jì)進行振動(dong)試驗❓研究(jiū),得到以下(xia)結論:
(1)渦街(jiē)流量計儀(yi)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(yi)管道振動(dòng)頻率100Hz爲例(li),垂直方向(xiang)抗振加速(su)度爲0.05g,水平(ping)方向抗振(zhèn)加速度爲(wèi)0.2g。
(2)在相同管(guan)道振動加(jia)速度條件(jiàn)下,無論振(zhen)動頻率如(rú)何✉️變化,渦(wo)💞街流量計(ji)儀表系數(shù)誤差随流(liú)量增大有(yǒu)💚減小趨勢(shì),小流☂️量下(xia)受管道振(zhèn)動影響最(zuì)大。
(3)在相同(tóng)管道振動(dong)加速度條(tiao)件下,渦街(jiē)流量計儀(yí)表系數誤(wu)差随管道(dao)振動頻率(lǜ)的增大而(er)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(xi)數誤差更(gèng)小,抗振性(xing)能更好。

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