摘要(yào)：選擇傳統(tǒng)應力式渦(wō)街流量計(jì) ,通過管道(dào)振動條件(jiàn)下的測量(liang)試驗結合(he)頻譜分析(xī)方法🈲,研究(jiū)❄️其抗振性(xing)能。試驗結(jie)果表明,不(bú)考慮其下(xià)限流速,振(zhen)動頻🏃‍♂️率爲(wei)💃🏻40Hz時,隻有在(zài)0.05g管道振動(dong)加速度的(de)㊙️情況下🏃‍♂️,才(cai)能正常工(gōng)作。
0引言
　　渦(wō)街流量計(ji)利用流體(ti)經過旋渦(wō)發生體後(hòu)産生的💘振(zhen)動進行🔞流(liu)量測量[1-2],因(yīn)其介質适(shì)應性強、無(wú)可動部件(jiàn)、結構簡單(dan)、可靠性高(gao)等🌈特點而(er)被廣泛使(shi)用”。正是因(yīn)爲其以流(liú)體振動爲(wèi)測量原理(li),在管🧑🏾‍🤝‍🧑🏼道振(zhèn)動的情況(kuang)下,渦街流(liú)量計的使(shǐ)用受到了(le)限制。
　　國内(nei)外諸多學(xué)者及研究(jiu)機構對渦(wo)街流量計(ji)抗振性和(he)振動環境(jing)下渦街流(liú)量計的使(shi)用進行了(le)大量研究(jiū)[4-7]。本文以國(guo)🤟内外應用(yong)最爲廣泛(fàn)的應力式(shi)渦街流量(liàng)計🙇‍♀️作爲研(yan)究對象,在(zài)氣體⛹🏻‍♀️流量(liàng)管道振動(dòng)試驗💞裝置(zhì)上,在相同(tong)流速💃範圍(wei)内進行了(le)相同振動(dòng)頻率不同(tong)振動加速(su)度的管道(dao)振動試驗(yàn)，研✂️究了應(yīng)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)。
1試驗裝置(zhì)
　　圖1爲氣體(ti)流量管道(dao)振動試驗(yàn)裝置結構(gou)圖。爲避免(miǎn)氣體🏒壓力(lì)⛹🏻‍♀️波動,空氣(qì)壓縮機先(xian)将大氣中(zhōng)的空氣壓(yā)🈚縮打人穩(wěn)壓儲㊙️氣罐(guan)中，高溫壓(yā)縮空氣經(jīng)過冷千機(ji)冷卻除☀️濕(shi)後，得到的(de)純淨氣體(tǐ)🐆先後流經(jīng)氣路總閥(fa)、氣動調節(jiē)閥、渦輪流(liú)量計(标準(zhǔn)表)、渦街流(liu)✏️量計(被校(xiào)表)後,最終(zhong)通向大氣(qì)。本文選用(yòng)的振動台(tái),具有頻率(lü)🌈調節(1~400Hz)、簡易(yì)調整加速(su)度(<20g)/振幅、輸(shu)出正弦類(lèi)波形等功(gōng)能,從而使(shi)設定頻率(lü)下不同振(zhen)動加⁉️速度(dù)的管道振(zhen)動🔴試驗得(dé)以實現)。

　　試驗(yan)中對渦街(jie)流量計的(de)流量校準(zhǔn)采用标準(zhǔn)表法,即🥰由(yóu)渦輪流量(liang)計測得的(de)流量值和(he)渦輪流量(liàng)計表前壓(ya)力變送器(qì)測得⚽的壓(yā)力值便可(ke)換算得到(dào)流經被測(cè)渦街流量(liang)計的體積(ji)流量(管路(lù)中氣體溫(wēn)度變化很(hen)小,忽略不(bú)計)。标準表(biǎo)渦輪流量(liang)計的🏃🏻最大(da)允許😍誤差(chà)爲±1%,内徑爲(wèi)50mm，流量範圍(wéi)爲5~100m3/h;兩個 壓(yā)力變送器(qì) 的最大允(yun)許誤差均(jun1)爲±2%
2試驗條(tiao)件
　　爲了分(fèn)析管道振(zhen)動對渦街(jie)流量計測(cè)量的影響(xiǎng)，分🈚别在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五(wǔ)個流🔱速,施(shī)加豎直方(fang)向振動,振(zhèn)動頻率40Hz,振(zhen)動的加速(su)度分别爲(wei)0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗數據(ju)結果分析(xi)
　　選用國内(nei)生産的普(pǔ)通應力式(shì)模拟渦街(jie)流量計,在(zài)圖1所🐆示的(de)氣體管道(dào)振動試驗(yàn)裝置上進(jìn)行測量試(shì)驗。試驗數(shù)據如表1所(suǒ)示。将測量(liàng)數據整理(li)分析，繪制(zhi)其不同加(jiā)速度振動(dòng)條⚽件下儀(yi)表系數相(xiang)對于無管(guan)道振動時(shi)⛹🏻‍♀️儀表系數(shù)的相對誤(wù)差曲線如(ru)2所示。

　　在相(xiang)同的振動(dòng)加速度下(xià)不同流速(su)對渦街流(liu)量計測量(liàng)影響🍉的🤞程(cheng)度是不同(tong)的。低流速(su)時渦街流(liu)量計受管(guǎn)👌道振動影(yǐng)響更加嚴(yan)重,輸出脈(mò)沖的頻率(lǜ)即爲🈲管道(dào)振💁動的頻(pín)率。在振動(dòng)加速度較(jiào)大時，低流(liu)速點🤞5m/s處的(de)儀表系數(shù)的相對誤(wù)差集中在(zài)-一點。随着(zhe)流速的升(sheng)高,渦街流(liu)量計受管(guan)道振動影(ying)響根據振(zhen)動加🐇速度(dù)的不同可(ke)分爲以下(xià)幾種情況(kuang):1)管道振動(dòng)加速度爲(wèi)0.05g、0.1g時,渦街流(liú)量計儀表(biǎo)🐕系數相對(dui)誤差随流(liú)速的升高(gāo)而減小，最(zuì)終減小至(zhì)零;2)管道振(zhen)動加速度(du)爲0.2g時,渦街(jie)流量計儀(yí)表系數相(xiang)對誤差随(suí)流速升高(gao)先增大後(hou)減小，最終(zhong)減小至零(ling);3)管道振動(dong)加速度爲(wei)0.5g時,渦街流(liú)量計儀表(biǎo)系數相對(duì)♻️誤差随流(liu)速升高先(xiān)增大♻️後減(jian)小，但最終(zhōng)未減小至(zhi)零。出現上(shàng)述現象的(de)原因在于(yú),應力式渦(wō)街流量計(jì)是利用壓(yā)電💋探頭對(dui)交替作用(yòng)在旋渦發(fa)生體上的(de)升力的檢(jian)✔️測進而獲(huò)得渦💰街頻(pín)率的，而作(zuo)用在旋渦(wo)發生體上(shang)的升力與(yǔ)被測流體(ti)的密度和(hé)流速平方(fang)成正比。小(xiao)流量👣時升(shēng)力幅值小(xiao)，易受到管(guan)道振動的(de)⭐幹擾,當振(zhèn)動加速度(dù)較大時，振(zhen)動信号的(de)幅值超過(guo)了渦街升(shēng)力的幅值(zhi),有用信号(hao)幾乎完全(quán)被淹沒,隻(zhi)能檢測到(dao)管道振動(dòng)信🙇‍♀️号😘,故渦(wo)街流量計(jì)儀表系數(shù)相對誤差(cha)👌集中在一(yī)點。随着流(liu)速升高,作(zuo)用在旋渦(wo)發生體上(shang)的升力幅(fú)值成平❤️方(fang)倍的增長(zhang),而管道振(zhen)🈲動加速度(du)不變即振(zhèn)動幅值不(bú)㊙️變,故壓電(diàn)探頭檢測(ce)到的混合(hé)信号中渦(wo)街有用信(xìn)号☂️逐漸顯(xiǎn)露出來。當(dang)管道振動(dòng)加速度爲(wèi)第1)種✌️情況(kuàng)時，渦街信(xìn)号幅值随(suí)流速升高(gāo)而迅速增(zeng)強,最終能(néng)夠抑制管(guan)道的振動(dong)信号使儀(yí)表系數相(xiàng)對誤差減(jiǎn)小至零;當(dang)管道振動(dòng)🌐加速度爲(wèi)後兩種情(qíng)況時,在低(dī)流速下,檢(jiǎn)測到的信(xìn)号完全是(shi)振動💃信号(hào),以此固定(ding)的管道振(zhen)動頻率作(zuo)爲渦街的(de)頻率信号(hào),得出的儀(yí)表系數當(dāng)然随着流(liú)速的升高(gāo)而減小，儀(yí)表系數繼(ji)續降低☁️,相(xiàng)對誤差增(zeng)大，随着流(liú)速的升高(gao)，渦街信号(hao)幅度增大(dà),信噪比相(xiang)對提高時(shi),相對誤差(cha)随之減小(xiǎo)。而振動加(jia)速度爲0.5g的(de)振動信号(hào)相對較強(qiang),渦街信号(hao)的幅值随(suí)着流速的(de)升高雖然(ran)有大幅提(tí)升,但仍無(wu)法完全有(you)效地抑制(zhi)管道振動(dong)信号,儀表(biao)系數🔞相對(duì)誤差有所(suo)減小,但不(bú)能減至零(ling)。

　　此外(wai),除最低流(liú)速點外,相(xiàng)同流速下(xia)渦街流量(liang)計的儀表(biǎo)系數相對(duì)誤差随振(zhen)動加速度(dù)的增加而(er)增大,這是(shì)由于📧振動(dong)☁️加速度的(de)增加導緻(zhì)管道振動(dong)幹擾的幅(fu)度變大,對(duì)渦街流量(liàng)計信号輸(shū)出造成更(gèng)加惡劣的(de)影響。由以(yǐ)上試驗以(yǐ)及分🔱析可(kě)以看出,普(pǔ)通模🔞拟渦(wo)街流量計(ji)抗管道振(zhèn)動的性能(néng)很差,不考(kao)慮其下限(xiàn)流速,振💚動(dong)📱頻率爲40Hz時(shi),隻有在0.05g管(guan)道振動加(jia)速度👅的情(qíng)況下,才能(neng)正常工作(zuo)。

4試驗信号(hào)頻譜分析(xī)
　　爲了觀測(cè)管道振動(dong)情況下渦(wō)街流量信(xin)号的特征(zheng),在上述✉️試(shì)驗中還啓(qi)用了基于(yu)計算機的(de)信号采集(jí)系統,分别(bie)在上述五(wu)個流⛹🏻‍♀️速下(xia)，對經過電(dian)荷放大和(he).低通濾波(bō)後的渦街(jiē)正❗弦信号(hào)進行數據(jù)采集,利用(yòng)頻譜分析(xi)軟件繪制(zhì)出其對應(yīng)的頻譜圖(tu)。由前面對(duì)測量數據(ju)分析可知(zhī),0.05g和0.5g兩個振(zhèn)動加速度(du)情況下的(de)♌渦街特性(xìng)具備一定(ding)的代表性(xìng)。故此處僅(jin)以0.05g和0.5g兩個(ge)振動加速(sù)度情況下(xià)的渦街信(xin)号爲例,說(shuo)明其振動(dong)條件下的(de)渦街信号(hào)🤞的情況。其(qi)他振動加(jiā)速度的信(xìn)💋号情況均(jun1)介于這兩(liang)種情況之(zhī)間。

　　由圖3可(ke)知，在5m/s和7.5m/s兩(liǎng)個低流速(su)點時,振動(dòng)信号比較(jiao)強,渦街💚信(xin)号受到嚴(yan)重影響，流(liu)量計輸出(chū)的脈沖頻(pín)率不是渦(wō)街頻率,而(er)是振動信(xin)号與渦街(jie)信号合成(chéng)的頻率,造(zao)成了流量(liang)計的測量(liàng)誤差。随着(zhe)❄️流速的增(zeng)大,渦街的(de)真實信号(hao)逐漸顯露(lù)出來,振動(dong)信号相對(duì)比🈲較微弱(ruo),被渦❓街真(zhēn)實的信号(hào)淹沒,此時(shí)流量計輸(shu)出的脈沖(chong)頻率即爲(wei)渦街信号(hao)的真實頻(pín)率。
　　從圖3和(he)圖4可以看(kàn)出,0.5g振動加(jiā)速度情況(kuàng)下,渦街信(xin)号受管道(dao)振動的影(yǐng)響程度與(yǔ)0.05g振動加速(su)度相比要(yao)嚴❌重得多(duō)。雖然仍存(cún)在随着流(liu)速的增大(dà),渦街信号(hao)逐漸增強(qiang)👄的趨勢👅，但(dàn)是在整個(ge)試💔驗測量(liang)範圍内,渦(wō)街信号都(dōu)沒有完全(quan)顯露出來(lai),而都是振(zhèn)動信号占(zhan)據了主導(dǎo)地位。隻有(you)當流速比(bǐ)較高時，振(zhèn)動信号中(zhōng)才疊加了(le)渦街信号(hao),而當流速(su)相對比較(jiao)低時,渦街(jiē)信号完全(quan)被振動信(xin)号淹沒🌈。儀(yí)表輸出🤩的(de)脈沖頻率(lǜ)爲🔞振👄動信(xin)号的頻率(lǜ)。因此可以(yi)解釋圖2相(xiang)對誤差曲(qǔ)線中0.5g振動(dòng)加速度情(qing)況下,誤差(cha)比㊙️較大,而(er)且最終🆚仍(reng)然沒有歸(gui)零的原因(yin)。
5小結　　
　　本文(wen)以應用最(zui)爲廣泛的(de)應力式渦(wō)街流量計(ji)作爲研究(jiū)對象,對其(qi)進行管道(dao)振動條件(jiàn)下的測量(liang)試驗,分析(xi)其信号頻(pín)譜的特點(dian)。試驗結果(guǒ)表明,不考(kao)慮其✍️下限(xiàn)流速，振動(dòng)頻率爲40Hz時(shi),隻有在0.05g管(guan)道振動加(jiā)速度🚶的情(qíng)況下，才能(néng)正常工作(zuò)。

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