摘要:爲研究管(guan)道振動對渦街(jie)流量計 測量的(de)影響,以國内普(pu)遍使用的應力(lì)式渦街流量計(jì)爲🈲研☂️究對象.在(zai)氣體流量管道(dào)振動試驗裝置(zhi)上,流量範圍35m'/h~145m/h内(nei),分别在不同㊙️管(guan)道振動加速度(du)(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻率(40Hz、100Hz、200Hz)、垂直和水(shui)平方向📱上進行(hang)✏️了一系列管道(dao)振動試驗。通過(guò)對不同📐管道振(zhen)動情況下的渦(wo)街流量計儀表(biao)系數誤差分析(xi)✨發現，渦街儀表(biǎo)系數誤差随管(guǎn)道振動加速度(dù)的增加而變大(da),抗振性能較差(cha);相同振🌈動加速(sù)度下,儀❤️表系數(shu)🌈誤差随流量增(zēng)大有減小趨勢(shi),小流👅量下對管(guan)道振動✂️尤爲敏(mǐn)感;同一振🚶‍♀️動☂️加(jia)速度下,儀表系(xi)數🙇‍♀️誤差随管道(dào)🈲振動頻率增大(da)而減小;水平方(fāng)向管道振動較(jiào)之垂直方向儀(yi)表系數誤差更(geng)小,抗振性能更(geng)好。
　　渦街流量計(ji)是一種基于流(liú)體振動原理的(de)流量計。目前已(yi)👈成爲管道中液(yè)體、氣體、蒸汽的(de)計量和工業過(guo)程控制中不可(ke)缺少的流量測(cè)量儀表1-2:o但是,渦(wō)街流量計本質(zhi)上是流體振動(dong)型流量計,它對(duì)機械振動、流體(ti)的流動狀态特(te)别敏感,不僅可(ke)以感受傳感器(qi)受到的渦街力(li)，還可以感受到(dao)傳感器受到的(de)其💔他力，如管道(dào)📞振動、流體脈動(dòng)以🏃‍♀️及流體的沖(chong)擊力等☂️3--4],這些幹(gan)擾勢必會對渦(wō)街流量計的⛹🏻‍♀️測(cè)量産生很大的(de)💁影響。
　　本文以國(guó)内應用廣泛的(de)應力式渦街流(liú)量計爲研究對(duì)象,在氣體流量(liàng)管道振動試驗(yan)裝置上,相同流(liú)量範圍内👌進行(háng)❤️了不同振動加(jia)速度的管道振(zhèn)動試驗。拟定渦(wō)街儀表系數誤(wu)差(除流量下限(xian)外)小于3%作爲渦(wō)街流量計抗管(guǎn)道振動的标準(zhun),研究☎️了應力式(shì)渦街流量計🌈在(zai)管道振動⭐條件(jian)下的抗振性能(néng)，并分析了不同(tóng)管道振動頻率(lü)、振動方向對渦(wō)街流量計測量(liàng)的影響，試驗結(jié)果對應力式渦(wo)街流量計具有(yǒu)普遍意義。
1試驗(yan)裝置
　　圖1爲氣體(ti)流量管道振動(dòng)試驗裝置結構(gòu)圖。爲避免氣體(ti)壓力波動,1先将(jiāng)大氣中的空氣(qì)壓縮打人2中，經(jing)3冷卻除濕後,得(dé)到的純淨氣體(tǐ)先後流經4、5.7.10後,通(tōng)向大✉️氣。流量♌校(xiao)準采用标準表(biao)法,即由 标準渦(wo)輪流量計 測得(dé)的流量、表前壓(ya)力以及被測渦(wō)街流量計的表(biao)前壓力,即❗可🔅換(huan)算得到被測渦(wō)街流量計常壓(ya)下的體積🌐流量(liàng)(管路中氣體溫(wēn)度變化很小忽(hū)略不計)。研🐅究對(duì)象10選用國内普(pǔ)遍使用的應力(li)式渦街流量計(jì),内徑爲50mm,流量範(fan)圍36m3/h~320m3/h;标準表 渦輪(lun)流量計 精度爲(wei)1%,内徑50mm,流量範圍(wei)5m3/h~100m3/h;壓力變送器精(jing)度均爲2%0。

　　管道振(zhen)動試驗設備由(yóu)11、12組成,實物見圖(tú)2。11爲激振設備由(you)振❤️動💃🏻台體和控(kong)制器組成,具有(you)調頻(1Hz~400Hz)定加速度(dù)(<20g)/振幅、輸出正弦(xián)類波形😘等功能(neng)，從而使不同加(jia)速度和頻率下(xia)的振動試驗得(dé)以實現。12爲測振(zhen)設備采用壓電(diàn)式加速度傳感(gan)器❗正确測量渦(wo)街流量計所在(zai)處💰管道振動狀(zhuàng)⭕态。由于振動台(tái)爲單自由度，僅(jin)能産生⁉️垂直方(fāng)向(圖1中Y方向)管(guǎn)道振動,爲了實(shí)現水平🏃🏻‍♂️方向🔞(X方(fāng)向)管道振動,将(jiāng)💜渦街流量計旋(xuán)轉90°水平安裝[如(rú)圖2(b)],此時,振動台(tái)再工作📐時其振(zhen)動方向相對于(yu)渦街流🐉量計即(ji)實現了如圖1所(suo)示的X方🔞向。當管(guǎn)道振動時爲避(bi)免對标準表産(chǎn)生影響✍️,在渦街(jiē)流量計上遊2.5m(50D)處(chu)加裝軟管消除(chú)機械振動。
　　整套(tào)試驗裝置由計(jì)算機系統實時(shi)控制處理,對氣(qi).動調節🔱閥采用(yong)PID調節确保流量(liang)穩定,對渦街、渦(wō)輪流🤞量計以及(jí)壓力變送器的(de)輸出信号均由(yóu)計算機系統進(jìn)行采集及數據(jù)分析。

2試驗結果(guǒ)與分析
　　在圖1試(shì)驗裝置上,流量(liàng)35m3/h~145m'/h(裝置所能達到(dào)的常壓下的🔅最(zui)大流量)内,分别(bié)在未施加和施(shi)加振動施加不(bú)同振動加速度(du)頻率、方向的情(qíng)況下,對渦街流(liu)量計進行了管(guǎn)道振動試驗,對(dui)試驗結☔果予以(yi)分析。
2.1未施加管(guǎn)道振動的試驗(yàn)
　　在無管道振動(dong)情況下,對渦街(jiē)流量計進行了(le)5點實流試驗,數(shu)據如表1。每個流(liú)量點每次檢定(ding)時間爲30s,重複性(xìng)、平均儀表系數(shu)🛀🏻和線性度均按(àn)照速度式流量(liang)💛計檢定規程[12]中(zhōng)的公式計算。試(shi)驗研究的應力(li)式渦街流量計(ji) 精度爲1級。

2.2不同(tong)管道振動加速(su)度的試驗
　　爲考(kǎo)察應力式渦街(jie)流量計對管道(dao)振動加速度的(de)抗💘振🌐性能,在垂(chuí)直振動方向、振(zhèn)動頻率爲100Hz、振動(dòng)加速度0.05g~1g情況下(xià)，進行了流量試(shi)驗。将得到的5組(zu)試驗數據✊,繪制(zhì)出😘相應的儀表(biǎo)系數随流量變(biàn)化曲線如圖3所(suo)示。可見,當✏️施加(jiā)管道振動後,渦(wō)👌街流量計儀表(biao)系數随流量及(jí)振動加速度的(de)不同變化很大(dà)。爲了與無管道(dào)振動時作比較(jiao),圖4給出了不同(tong)振動加速度下(xia)的儀表系⭐數相(xiàng)對于無管道振(zhèn)動時平均儀表(biǎo)系數‼️的誤差曲(qǔ)線。

　　由圖4可知,-方(fāng)面，同一振動加(jiā)速度下不同流(liú)量點對渦街流(liu)量計測量影響(xiang)的程度不同。小(xiao)流量時受管道(dào)振動影響劇烈(lie)，輸出脈沖即爲(wei)管道振動頻率(lǜ),如圖335m3/h處儀❓表系(xì)數集中在🔞一點(diǎn)。随着流量增加(jiā)，渦街流量計受(shòu)管道振動影響(xiang)根據振🈲動加速(su)度的不同可分(fèn)爲三種:(1)管道振(zhèn)動加速🍓度爲0.05g、0.1g、0.2g時(shi),儀表系數誤差(cha)随☎️流量增加而(er)🌈減小直至爲零(líng);(2)管道振動加速(su)度爲0.5g時,儀表系(xì)數🛀誤差随流量(liang)增加先變大☁️後(hòu)減小但未減至(zhì)♻️零;(3)管道振動加(jiā)速💋度爲1g時,儀表(biao)系數誤差随流(liú)量增加而變大(da)最後趨于平穩(wen)。出現上述現象(xiang)的原因📱在于,應(ying)力式渦街流量(liàng)計是利用壓電(dian)探♌頭交替地🌏作(zuò)用在其上的升(shēng)力的檢🈲測、獲得(de)渦街頻率的，而(er)升力與被測流(liú)體的密度和流(liu)速📱平方成正比(bi)。小流量時升力(lì)幅值小，易受管(guan)道振動幹擾、有(yǒu)用🤞信号被淹沒(méi),隻能檢測到振(zhèn)動信号,故儀表(biǎo)系數集中在一(yī)⁉️點📧。随着流量增(zeng)加，升力幅值成(cheng)平方倍增長，而(er)管道振動加速(su)度不變即振動(dòng)幅值不變,故壓(yā)電👈探頭檢測到(dào)的混合信⭕号中(zhōng)渦街有用信号(hào)逐漸顯露出來(lái)。當㊙️管道振動加(jiā)速度爲👌第(1)種情(qíng)況時,渦街信号(hao)幅🔱值随流量增(zeng)加而迅速增強(qiáng),最終抑制振動(dong)信号使儀表系(xi)數誤差減小至(zhì)零;當管道振動(dong)加速度爲第(2)種(zhǒng)情況時,由于振(zhen)動信号幅值較(jiao)強,渦街信号随(suí)流量增加雖然(ran)有大幅提升，但(dàn)仍無法完全有(you)效地抑制振動(dòng)信号,儀表系數(shu)誤差有減小但(dan)不能👨‍❤️‍👨.減至零;但(dàn)當👄管道振動💛加(jiā)速度爲第(3)種情(qíng)況時,由于振動(dong)幹擾幅值遠大(da)于❄️渦街信号幅(fú)值,所以儀表系(xì)數誤差很大,但(dan)是，渦街信号幅(fu)值📞随流量增加(jiā)成平方倍增長(zhǎng)仍會對管道振(zhen)動信号起到一(yī)定⭐抑制作用，所(suǒ)以儀表系數誤(wù)差最後趨📐于平(ping)穩。
　　另一方面,除(chú)流量下限外,相(xiang)同流量下渦街(jie)流量計儀表🔞系(xì)數誤差随振動(dòng)加速度的增加(jia)而增大,這是㊙️由(you)于振動⁉️加速🧡度(dù)的增加💚導緻振(zhèn)動幹擾幅值變(biàn)大，對渦街流量(liàng)計信号輸出必(bì)然造成惡劣的(de)影響。
　　按照前文(wen)拟定的管道抗(kàng)振标準,此應力(li)式渦街流量計(jì)在管道振動頻(pín)率爲100Hz時,垂直方(fang)向抗振加速度(du)僅爲0.05g。
2.3不同管道(dao)振動頻率的試(shì)驗
　　爲了研究管(guǎn)道振動頻率變(biàn)化對渦街流量(liang)計測量的影響(xiǎng),将頻率分别調(diao)整爲40Hz、200Hz後,重新進(jìn)行了2.2試驗,得到(dào)了😄圖5所示不同(tong)振動加速度下(xia)儀表系數誤差(chà)變化曲線。
　　将圖(tu)4.5作對比發現，無(wú)論管道振動頻(pin)率如何變化,在(zài)💯同一振動加🔞速(su)度下,儀表系數(shù)誤差随流量變(biàn)化的趨勢類似(si)。但是,當管道振(zhen)♊動頻率變化時(shi),相同振動加速(sù)度♋下渦街💘流量(liang)計😍儀表系數誤(wu)差會随管道振(zhen)動頻率增大而(er)減小。這是因爲(wei),一-方面渦街流(liu)量計信号處理(li)電路中含有放(fang)大和低通濾波(bo)環節,對40Hz振動幹(gàn)擾無法濾除且(qie)有放大功⁉️能。另(ling)一方面,由于渦(wō)街流量計輸出(chū)脈沖與流速成(chéng)正比、檢測旋渦(wo)的升㊙️力與流速(sù)平方和被測流(liu)體的密度成正(zheng)比,所以在小流(liú)量時,渦街流量(liàng)傳感器信号頻(pín)率低且幅值小(xiǎo)，受低頻的管道(dào)振動幹擾影響(xiang)嚴重,輸出脈沖(chong)誤差大;随着流(liu)量增加,渦街流(liu)量傳感器信号(hào)頻率變大且幅(fu)值增強,受低頻(pin)的管道振動幹(gan)擾影響減弱,輸(shu)🔞出脈沖也✌️随之(zhī)誤差變小。

　　綜合(he)圖4、5可知,對于應(ying)力式渦街流量(liang)計來說,垂直方(fāng)向上的抗🌈振性(xìng)能均較差。當管(guǎn)道振動頻率爲(wei)40Hz、100Hz時,抗管道振動(dòng)加速度爲0.05g;當管(guan)道振動頻率爲(wei)200Hz時,抗管道振動(dong)加速度爲0.1g。
2.4不同(tóng)管道振動方向(xiàng)的試驗
　　爲了比(bi)較不同方向管(guan)道振動對渦街(jiē)流量計測量的(de)🐉影響,在🌈水平方(fang)向管道振動條(tiáo)件下,重新進行(hang)試驗,得🌍到了管(guǎn)道振動頻率分(fen)别爲40Hz、100Hz、200Hz,振動加速(sù)度分别爲0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時,渦(wō)街儀表系數誤(wù)差随流☎️量變化(hua)🌏的曲線,如圖6所(suo)示。

　　通過水平方(fāng)向管道振動與(yu)垂直方向試驗(yàn)結果作比較,發(fā)😘現🏃兩種情況下(xià),管道振動頻率(lü)和振動加速度(du)對儀表👉系數誤(wu)差的影響趨勢(shì)類似;但是,水方(fāng)向較之垂🤞直方(fang)向儀表系數誤(wù)差更小,抗振性(xing)能更好。依據拟(nǐ)定的抗振标㊙️準(zhǔn),将此應力式渦(wō)街♻️流量計在不(bu)同振動方向上(shàng)，抗管道振動性(xing)能小🔞結如表2。

3結論
　　爲研究管(guan)道振動對渦街(jiē)流量計測量的(de)影響，利用氣體(ti)流量管道振動(dòng)試驗裝置,在相(xiàng)同流量範圍内(nèi),分别在不同管(guan)道振動加🔞速度(du)頻率方向上對(duì)應力式渦街流(liú)量計進行振動(dong)試驗研究,得到(dao)以下結論:
(1)渦街(jiē)流量計儀表系(xì)數誤差随管道(dao)振動加速度的(de)增加而變大,整(zheng)體抗振性能較(jiào)差，以管道振動(dong)頻率100Hz爲例,垂直(zhí)方向抗振加速(su)度爲0.05g,水平方向(xiàng)抗振加速度爲(wei)0.2g。
(2)在相同管道振(zhèn)動加速度條件(jian)下,無論振動頻(pín)率如🏃‍♀️何變化,渦(wō)街流量計儀表(biao)系數誤差随流(liu)量增大有減小(xiao)趨勢,小流量下(xia)受管道振動影(ying)響最大。
(3)在相同(tóng)管道振動加速(sù)度條件下,渦街(jiē)流量計儀表系(xi)數誤差随管道(dao)振動頻率的增(zeng)大而減小。
(4)水平(píng)管道振動方向(xiàng)較之垂直方向(xiàng)，渦街流量計儀(yí)😄表系數誤差更(geng)小,抗振性能更(gèng)好。

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