摘要：選擇傳統(tong)應力式渦街流(liu)量計 ,通過管道(dao)振動條件下的(de)測量試驗結合(hé)頻譜分析♻️方法(fǎ),研究其抗振性(xìng)能。試驗結果表(biao)明,不考慮其下(xia)限流速,振♈動頻(pin)率爲40Hz時,隻有在(zai)0.05g管道振動加速(sù)度的情況下,才(cai)能正❤️常工作。
0引(yǐn)言
　　渦街流量計(ji)利用流體經過(guò)旋渦發生體後(hòu)産生的振動進(jin)行流量測量[1-2],因(yīn)其介質适應性(xìng)強、無可動部件(jian)、結💜構簡單、可靠(kào)性高等⁉️特點而(er)被廣泛使用”。正(zheng)是因爲其以流(liu)體振動爲測量(liang)原理,在管🥵道振(zhen)動的情況下,渦(wo)街流量計的使(shi)用受到了限制(zhi)。
　　國内外諸多學(xue)者及研究機構(gou)對渦街流量計(ji)抗振🎯性和振動(dong)環境下渦街流(liu)量計的使用進(jin)行了大量研究(jiū)[4-7]。本文以國内外(wai)應用🌐最爲廣泛(fan)的應力式渦街(jiē)流量計作爲研(yan)✉️究對象,在氣體(ti)流量管🌈道振動(dong)試驗❗裝置上,在(zai)相同流速範圍(wei)内進♻️行了相同(tong)振動頻率不同(tóng)振動加速度的(de)管道振動試驗(yan)，研究了應力式(shi)渦街流量計在(zai)管道振動條件(jian)下的抗振性能(néng)。
1試驗裝置
　　圖1爲(wèi)氣體流量管道(dao)振動試驗裝置(zhì)結構圖。爲避免(mian)氣體壓力波動(dòng),空氣壓縮機先(xian)将大氣中的空(kōng)氣壓縮打人穩(wen)🐅壓儲氣罐中，高(gao)🔞溫壓縮空氣經(jīng)過冷千機冷卻(que)除濕後，得到的(de)純淨氣體先後(hou)流經氣路總閥(fá)、氣動調節🈚閥、渦(wo)輪流量計(标準(zhǔn)表)、渦街流💋量計(ji)(被校表)後,最終(zhōng)通向大氣。本文(wen)選用的振動台(tái),具有頻率🈲調節(jiē)(1~400Hz)、簡易調♈整加速(sù)度(<20g)/振幅、輸出正(zhèng)弦類波形👨‍❤️‍👨等功(gong)能,從而使設定(ding)頻率下不同振(zhen)動加速度的管(guǎn)道振動試驗得(de)以實現)。

　　試驗中對渦街(jiē)流量計的流量(liang)校準采用标準(zhǔn)表法,即由渦輪(lun)流量計測得的(de)流量值和渦輪(lún)流量計表前壓(yā)力變送器測得(dé)的壓力值便可(ke)換算得到流經(jīng)✏️被測渦街流量(liàng)計的體✍️積流量(liang)🏃‍♀️(管路中氣體溫(wēn)度變化很小,忽(hu)略不計)。标準表(biao)渦輪流量計的(de)最大允許🚩誤差(cha)爲±1%,内徑爲50mm，流量(liàng)範圍🔴爲5~100m3/h;兩個 壓(ya)力變送器 的最(zui)大允許誤差均(jun1)爲±2%
2試驗條件
　　爲(wei)了分析管道振(zhèn)動對渦街流量(liang)計測量的影響(xiang)，分别在🍓5,7.5,11,15.5,20.5m/s五個流(liu)速,施加豎直方(fang)向振動,振動頻(pín)率40Hz,振動的加速(su)度🍉分别爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗(yan)數據結果分析(xi)
　　選用國内生産(chan)的普通應力式(shì)模拟渦街流量(liàng)計,在圖1所示的(de)氣體管道振動(dong)試驗裝置上進(jìn)行測量試驗。試(shì)驗數據如表1所(suǒ)示。将測量數據(jù)整理分析，繪制(zhi)其不同🧑🏾‍🤝‍🧑🏼加速度(du)振動條件下儀(yí)✊表系數相對于(yú)無管✌️道振動時(shi)儀表系數🆚的相(xiang)對誤差曲線如(ru)2所示。

　　在相同的(de)振動加速度下(xià)不同流速對渦(wo)街流量計👌測量(liang)影響的程度是(shì)不同的。低流速(sù)時渦街流量計(ji)受管道振動影(yǐng)響更加嚴重,輸(shu)出脈沖的頻率(lü)即爲管道振動(dong)的頻率。在振動(dong)加速度較大時(shí)，低流速點❓5m/s處的(de)儀表系數的相(xiàng)對誤差集中在(zài)-一點。随着流速(su)的升高,渦街流(liu)量計受管❤️道振(zhèn)動影響根據振(zhèn)動加速度的不(bú)同👣可分爲以下(xià)幾種情況:1)管道(dao)振動加速💃度爲(wei)0.05g、0.1g時,渦街流量計(jì)儀表💘系數相對(dui)誤差随流速的(de)升高而減小，最(zui)終減🍉小至零;2)管(guan)道振動🧡加速度(du)爲0.2g時,渦街流量(liang)🈲計儀表系數相(xiàng)對誤差随流速(sù)升高先增👣大後(hou)減小，最終減小(xiao)至零;3)管道振動(dong)加速度爲0.5g時,渦(wo)街流量計儀表(biǎo)系數相對誤差(cha)随流速升高先(xiān)增大後減小，但(dan)最終未減小至(zhì)零。出現上述現(xiàn)象的原因在于(yú),應力式渦街流(liú)量計是利用壓(ya)電探頭對交替(ti)👄作用在旋渦發(fā)生體上的升力(li)的檢測進而獲(huo)得渦🈲街頻率的(de)，而作用在旋渦(wō)發生體上的㊙️升(sheng)力與被測🔴流體(tǐ)🔴的密度和流速(sù)平方成正比。小(xiǎo)流量時升力幅(fú)值小，易受到管(guan)道振動的🌈幹擾(rǎo)👄,當振動加速度(dù)較大時，振動信(xìn)号的幅值超過(guò)了渦街升力🔅的(de)幅值,有用信号(hào)幾乎完全被淹(yan)沒,隻能檢測到(dào)管道振動信号(hao)👌,故渦街流量計(jì)儀表系數相對(duì)誤差集中在一(yi)點。随着流速升(sheng)高🔞,作用在旋渦(wo)發生體上的升(sheng)力幅值成平方(fang)倍的增長,而管(guǎn)道振動加速度(dù)不變即振動幅(fu)值不☎️變,故壓電(diàn)探頭檢測到的(de)混合信号中渦(wō)街有用信号⁉️逐(zhu)漸顯露出來。當(dāng)管道振動加速(su)度爲第1)種情況(kuang)時，渦街信号幅(fu)值随流速升高(gao)而迅速增強,最(zui)終能夠抑制😘管(guǎn)道的振動信号(hào)使儀表系數相(xiang)對誤差減小至(zhì)零;當管道振動(dòng)加速🐕度爲後兩(liang)種情況時,在低(di)流速下,檢測到(dao)的信号完全是(shi)振動信号,以此(cǐ)⁉️固定的管道振(zhèn)動頻率作爲渦(wō)街的頻率信号(hào),得出✉️的儀表系(xì)數當然随着流(liu)速的升高而減(jiǎn)小，儀表系數繼(ji)續降低,相對誤(wù)差增大，随着流(liú)速的升高，渦街(jiē)💰信号幅度增大(dà),信噪比相對提(ti)高時,相對誤差(cha)随之減小。而振(zhèn)動加速度爲0.5g的(de)振動信号相對(dui)較強,渦街信号(hào)的幅值随着流(liu)速的升高雖然(ran)有大幅提升,但(dàn)仍無法完全有(yǒu)效地抑制管道(dao)振♻️動信号,儀表(biao)系數相對誤差(chà)有🥰所📞減小,但不(bú)能減至零。

　　此外,除最低流(liu)速點外,相同流(liú)速下渦街流量(liàng)計的儀表系數(shu)相對誤差随振(zhèn)動加速度的增(zēng)加而增大,這是(shi)由于振動加速(su)度的增加導緻(zhì)管道振動幹擾(rǎo)的幅度變大,對(duì)🌍渦街流量計信(xin)号輸出造成更(gèng)加惡🤞劣的影響(xiang)。由以上試🔅驗以(yǐ)及分析可以看(kàn)出,普通模🔞拟渦(wō)街流量☀️計抗管(guǎn)道振動的性能(néng)很差,不考慮其(qí)下限流速,振動(dong)頻率爲40Hz時,隻有(yǒu)在0.05g管道振動加(jiā)速度的情況下(xià),才能正常工作(zuo)。

4試驗信号頻譜(pu)分析
　　爲了觀測(cè)管道振動情況(kuàng)下渦街流量信(xìn)号的特征🐕,在上(shang)述試驗中還啓(qǐ)用了基于計算(suàn)機的信号采集(jí)系統,分别在上(shang)述五個流速下(xia)，對經過電荷放(fang)大和.低通濾⛷️波(bō)後的渦街正弦(xián)信号進行數據(jù)采集,利用頻譜(pu)分析軟件繪制(zhì)出其對應的頻(pín)譜圖🛀。由前面對(dui)測量數據分析(xi)可知,0.05g和0.5g兩個振(zhen)動加速度情況(kuang)下的渦街特性(xìng)具備一定的代(dài)表性。故此處僅(jin)以0.05g和0.5g兩個振動(dong)加速度情況下(xia)的渦✊街信号爲(wèi)例,說明其振動(dong)條件下的渦街(jiē)信号的情況。其(qi)他振動😄加速度(dù)的信号情況均(jun1)介于這兩種情(qíng)況之間。

　　由圖3可(kě)知，在5m/s和7.5m/s兩個低(di)流速點時,振動(dong)信号比較強,渦(wō)街💃信号受到嚴(yan)重影響，流量計(jì)輸出的脈沖頻(pin)率👌不是渦街🔞頻(pín)率,而是振動信(xìn)号與渦街信号(hao)合成的頻率,造(zao)成了流量計的(de)測量誤差。随着(zhe)💋流速的增大,渦(wō)街的真🈲實信号(hào)逐漸顯露出來(lái),振動信号相對(dui)比較微弱,被渦(wo)街真實的信号(hào)淹沒,此時流量(liàng)計輸出🤩的脈沖(chong)頻率即爲渦街(jiē)信号的真實頻(pín)率。
　　從圖3和圖4可(kě)以看出,0.5g振動加(jiā)速度情況下,渦(wō)街信号受管🐇道(dào)振🌈動的影響程(cheng)度與0.05g振動加速(su)度相比要嚴重(zhong)得多。雖然仍🍉存(cun)在随着流速的(de)增大,渦街信号(hào)逐漸增強的趨(qū)勢👈，但是在整個(ge)試驗測量範圍(wei)内,渦街🌐信号都(dōu)沒有完全顯露(lu)出來,而都是振(zhèn)動信号占據了(le)主導地位。隻有(you)當流速比較高(gao)時，振動信号中(zhōng)才疊加了渦街(jiē)信号,而當流速(sù)相對比較低時(shí),渦街信号完全(quan)被振動信🔱号淹(yān)沒✨。儀表輸出🐉的(de)脈沖頻率爲振(zhèn)動信号的頻率(lǜ)。因此可以解釋(shi)圖2相對誤差曲(qǔ)線中0.5g振動加速(sù)度情況下,誤差(chà)比較大,而且最(zui)終仍然💋沒有歸(guī)零的原因📧。
5小結(jie)　　
　　本文以應用最(zui)爲廣泛的應力(li)式渦街流量計(jì)作爲研究對象(xiàng),對其進行管道(dào)振動條件下的(de)測量試驗,分析(xī)其信号頻譜的(de)特點。試驗結果(guo)表明,不考慮其(qi)下限流⛷️速，振動(dòng)頻率爲40Hz時,隻有(you)在0.05g管道振動加(jiā)速度的情況下(xià)，才能正常工作(zuò)。

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