摘(zhai)要:爲研(yan)究管道(dao)振動對(dui)渦街流(liu)量計 測(ce)量的影(ying)響,以國(guo)内普遍(bian)使用的(de)應力式(shi)渦街流(liu)量計爲(wei)研究對(dui)象.在氣(qi)體流量(liang)管道振(zhen)動試驗(yan)裝置上(shang),流量🌂範(fan)圍35m'/h~145m/h内,分(fen)别在不(bu)同✊管道(dao)振動加(jia)速度(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻(pin)率(40Hz、100Hz、200Hz)、垂直(zhi)和水平(ping)方向上(shang)進行了(le)一系列(lie)管道振(zhen)動試驗(yan)。通過對(dui)不同管(guan)道振動(dong)🈚情況下(xia)的渦街(jie)流量計(ji)儀表系(xi)數誤差(cha)分析發(fa)現，渦街(jie)儀表系(xi)數誤差(cha)随管道(dao)振動加(jia)速度的(de)增加而(er)變大,抗(kang)振性能(neng)較差;相(xiang)同振動(dong)加速度(du)下,儀💜表(biao)系數誤(wu)差随流(liu)量增大(da)有減小(xiao)趨勢,小(xiao)流量下(xia)對管道(dao)振動❗尤(you)爲敏感(gan);同一振(zhen)動加速(su)度下,儀(yi)表系數(shu)誤差随(sui)管道💛振(zhen)動頻🌈率(lü)增大而(er)減小;水(shui)平方向(xiang)管道振(zhen)動較之(zhi)垂直方(fang)向儀表(biao)系數誤(wu)差更小(xiao),抗振性(xing)能更好(hao)。
　　渦街流(liu)量計是(shi)一種基(ji)于流體(ti)振動原(yuan)理的流(liu)量計。目(mu)前🏃🏻已成(cheng)🔆爲管道(dao)中液體(ti)、氣體、蒸(zheng)汽的計(ji)量和工(gong)業過程(cheng)控制中(zhong)不可缺(que)✉️少的流(liu)量測量(liang)儀表1-2:o但(dan)是,渦街(jie)流量計(ji)本質上(shang)是流體(ti)振動型(xing)💞流量計(ji),它對機(ji)械振動(dong)、流體的(de)流動狀(zhuang)态特别(bie)敏感,不(bu)僅可以(yi)感受傳(chuan)感㊙️器受(shou)到的渦(wo)街力，還(hai)可以感(gan)受到傳(chuan)感器受(shou)到的其(qi)他力，如(ru)管道振(zhen)動、流體(ti)脈動以(yi)及流體(ti)的沖擊(ji)力等3--4],這(zhe)些幹擾(rao)勢必會(hui)對渦街(jie)流量計(ji)的測量(liang)産生很(hen)大的影(ying)響。
　　本文(wen)以國内(nei)應用廣(guang)泛的應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計爲研(yan)究對象(xiang),在氣體(ti)流量管(guan)道振動(dong)試驗裝(zhuang)置上,相(xiang)同流量(liang)範圍内(nei)進行了(le)不⚽同振(zhen)動加速(su)度的管(guan)道振動(dong)試🔴驗。拟(ni)定渦街(jie)儀🤞表系(xi)數誤差(cha)(除流量(liang)下限外(wai))小于3%作(zuo)爲渦街(jie)流量計(ji)抗管道(dao)振動的(de)🚩标準,研(yan)究了應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計在管(guan)道振動(dong)條件下(xia)的抗振(zhen)性能，并(bing)分✌️析了(le)不同管(guan)道振動(dong)頻率、振(zhen)動方向(xiang)對渦街(jie)流💁量計(ji)測量的(de)影響，試(shi)驗🔞結果(guo)對應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)具有普(pu)遍意義(yi)。
1試驗裝(zhuang)置
　　圖1爲(wei)氣體流(liu)量管道(dao)振動試(shi)驗裝置(zhi)結構圖(tu)。爲避免(mian)氣體壓(ya)💯力波動(dong),1先将大(da)氣中的(de)空氣壓(ya)縮打人(ren)2中，經3冷(leng)卻除濕(shi)後,得到(dao)的純淨(jing)🈲氣體先(xian)後流經(jing)4、5.7.10後,通向(xiang)大氣。流(liu)量校準(zhun)采用标(biao)準🙇‍♀️表法(fa),即由 标(biao)準渦輪(lun)流量計(ji) 測得的(de)流量、表(biao)前壓力(li)以及被(bei)測渦街(jie)流量計(ji)的表前(qian)壓力,即(ji)可換算(suan)得到被(bei)測渦街(jie)流量計(ji)常壓下(xia)的體積(ji)流量(管(guan)路中氣(qi)體溫度(du)變化很(hen)小忽略(lue)不計)。研(yan)究對象(xiang)10選用國(guo)内普遍(bian)使用的(de)應力式(shi)🈲渦街流(liu)量計,内(nei)徑爲50mm,流(liu)量範圍(wei)36m3/h~320m3/h;标準表(biao) 渦輪流(liu)量計 精(jing)度爲1%,内(nei)徑50mm,流量(liang)範圍5m3/h~100m3/h;壓(ya)力變送(song)器精度(du)均爲2%0。

　　管(guan)道振動(dong)試驗設(she)備由11、12組(zu)成,實物(wu)見圖2。11爲(wei)激振設(she)備由振(zhen)⭐動🥵台體(ti)和控制(zhi)器組成(cheng),具有調(diao)頻(1Hz~400Hz)定加(jia)速度(<20g)/振(zhen)幅、輸出(chu)正🐪弦類(lei)波形等(deng)功🌐能，從(cong)而使不(bu)同加速(su)度和頻(pin)率下🈲的(de)振動🐅試(shi)驗得🔴以(yi)實現。12爲(wei)測振設(she)備采用(yong)壓電式(shi)加速度(du)傳感器(qi)正确測(ce)量渦街(jie)流量計(ji)所在處(chu)管道振(zhen)動狀🔴态(tai)。由于振(zhen)動台爲(wei)單自由(you)度，僅能(neng)産生💯垂(chui)直方向(xiang)(圖1中Y方(fang)向)管道(dao)振動,爲(wei)了實現(xian)水平方(fang)向(X方向(xiang))管道振(zhen)動,将渦(wo)街流量(liang)計旋轉(zhuan)90°水平安(an)裝[如圖(tu)🏃🏻‍♂️2(b)],此時,振(zhen)動台再(zai)工作📞時(shi)其振動(dong)方向相(xiang)對于渦(wo)街流量(liang)計即實(shi)現了如(ru)圖1所示(shi)的X方向(xiang)。當管道(dao)振動💰時(shi)爲避免(mian)對标準(zhun)表産生(sheng)影響☎️,在(zai)渦街流(liu)量計上(shang)遊2.5m(50D)處加(jia)裝軟管(guan)消除機(ji)械振動(dong)。
　　整套試(shi)驗裝置(zhi)由計算(suan)機系統(tong)實時控(kong)制處理(li),對氣.動(dong)調節閥(fa)🔞采用PID調(diao)節确保(bao)流量穩(wen)定,對渦(wo)街、渦輪(lun)流量計(ji)以及壓(ya)力🥵變送(song)器的輸(shu)出信号(hao)均由計(ji)算機系(xi)統進行(hang)♊采集及(ji)數據分(fen)析。

2試驗(yan)結果與(yu)分析
　　在(zai)圖1試驗(yan)裝置上(shang),流量35m3/h~145m'/h(裝(zhuang)置所能(neng)達到的(de)常壓下(xia)的最大(da)流量)内(nei),分别在(zai)未施加(jia)和施加(jia)振動施(shi)加不同(tong)振動加(jia)速☂️度頻(pin)率、方🔞向(xiang)的👌情況(kuang)下,對渦(wo)街流量(liang)計進行(hang)了管道(dao)振動試(shi)驗,對試(shi)驗結🥵果(guo)予以分(fen)析。
2.1未施(shi)加管道(dao)振動的(de)試驗
　　在(zai)無管道(dao)振動情(qing)況下,對(dui)渦街流(liu)量計進(jin)行了5點(dian)實流試(shi)驗,數據(ju)如表1。每(mei)個流量(liang)點每次(ci)檢定時(shi)間爲30s,重(zhong)複性、平(ping)均⭕儀表(biao)系數🐉和(he)線性度(du)均按照(zhao)速度式(shi)流量計(ji)檢定規(gui)程[12]中的(de)公式計(ji)算。試驗(yan)研究的(de)應力式(shi)渦街流(liu)量計 精(jing)度爲1級(ji)。

2.2不同管(guan)道振動(dong)加速度(du)的試驗(yan)
　　爲考察(cha)應力式(shi)渦街流(liu)量計對(dui)管道振(zhen)動加速(su)度的抗(kang)振性能(neng),在垂直(zhi)振動方(fang)向、振動(dong)頻率爲(wei)100Hz、振動加(jia)速度0.05g~1g情(qing)況下😄，進(jin)行了流(liu)量試🧑🏾‍🤝‍🧑🏼驗(yan)。将得到(dao)的5組試(shi)驗數據(ju),繪制出(chu)相應的(de)儀表系(xi)數随流(liu)量變化(hua)💁曲線如(ru)圖3所示(shi)。可見,當(dang)施加管(guan)道振動(dong)後,渦街(jie)流量計(ji)🆚儀表系(xi)數随流(liu)量及振(zhen)動加速(su)度的不(bu)同變化(hua)很大。爲(wei)了與無(wu)🥰管道振(zhen)動時作(zuo)🐪比較,圖(tu)4給出了(le)不同振(zhen)動加速(su)🔅度下的(de)儀表系(xi)數相對(dui)😄于無管(guan)道振動(dong)時平均(jun)儀表系(xi)數的誤(wu)差曲線(xian)。

　　由圖4可(ke)知,-方面(mian)，同一振(zhen)動加速(su)度下不(bu)同流量(liang)點對🎯渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)影響的(de)程度不(bu)同。小流(liu)量時受(shou)管道振(zhen)👌動影響(xiang)劇烈，輸(shu)🐪出脈沖(chong)即爲管(guan)道振動(dong)頻率,如(ru)圖335m3/h處儀(yi)☁️表系數(shu)集中在(zai)一點。随(sui)着流量(liang)增加，渦(wo)街流量(liang)計受管(guan)道振動(dong)影響根(gen)據振動(dong)加速度(du)的不同(tong)可💞分爲(wei)三種:(1)管(guan)道振動(dong)加速度(du)爲0.05g、0.1g、0.2g時,儀(yi)表系數(shu)誤差随(sui)流量增(zeng)加而減(jian)💃🏻小直至(zhi)爲零;(2)管(guan)道振動(dong)加速度(du)爲0.5g時,儀(yi)表系數(shu)誤差随(sui)流量增(zeng)加先變(bian)大後減(jian)小但未(wei)減🔅至零(ling);(3)管道振(zhen)動加速(su)🏃度爲1g時(shi),儀表系(xi)數誤差(cha)随流量(liang)增加而(er)變大最(zui)後趨于(yu)平穩。出(chu)現上述(shu)現象的(de)原因在(zai)于,應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)📐是利用(yong)壓電探(tan)🈲頭交替(ti)地作用(yong)在其上(shang)的升力(li)的檢測(ce)、獲得渦(wo)街頻率(lü)的，而升(sheng)力與被(bei)測流體(ti)的密度(du)和流速(su)🌈平方成(cheng)正比。小(xiao)流量時(shi)升力幅(fu)值小，易(yi)受管道(dao)振動幹(gan)擾、有用(yong)信号被(bei)淹沒,隻(zhi)能檢測(ce)到振動(dong)信号,故(gu)儀表系(xi)數集中(zhong)在一❌點(dian)🚶‍♀️。随着流(liu)量增加(jia)，升力幅(fu)值成平(ping)方倍增(zeng)長，而管(guan)道振動(dong)加速度(du)不變即(ji)振動幅(fu)值不變(bian),故壓電(dian)🏒探頭檢(jian)測到的(de)混合信(xin)号中渦(wo)街有🥰用(yong)信🎯号逐(zhu)漸顯露(lu)出來。當(dang)管道振(zhen)動加速(su)度爲第(di)(1)種情況(kuang)時,渦🏒街(jie)🔞信号幅(fu)值随流(liu)量增加(jia)而迅速(su)增強,最(zui)終抑制(zhi)振動信(xin)💚号使儀(yi)表⛹🏻‍♀️系數(shu)誤差減(jian)小至零(ling);當管道(dao)振動加(jia)速度爲(wei)第(2)種情(qing)況時,由(you)于振動(dong)信号幅(fu)值較強(qiang),渦街信(xin)号随✍️流(liu)量增✏️加(jia)雖然有(you)大幅提(ti)升，但仍(reng)無法完(wan)全有效(xiao)🈲地抑制(zhi)振🈚動信(xin)🍓号,儀表(biao)系數誤(wu)差有減(jian)小但不(bu)能.減至(zhi)零;但當(dang)管道振(zhen)🐆動加速(su)度爲第(di)(3)種情況(kuang)時,由于(yu)振動幹(gan)擾幅值(zhi)遠大于(yu)渦街❌信(xin)号幅值(zhi),所以儀(yi)表系數(shu)誤差很(hen)大,但是(shi)，渦街信(xin)🔴号幅值(zhi)🔴随流量(liang)增加成(cheng)平方倍(bei)增長仍(reng)會對管(guan)道振動(dong)🈲信号起(qi)到一定(ding)抑制作(zuo)用，所以(yi)儀表🍉系(xi)數誤差(cha)最後趨(qu)于平穩(wen)。
　　另一方(fang)面,除流(liu)量下限(xian)外,相同(tong)流量下(xia)渦街流(liu)量計儀(yi)表系🍉數(shu)誤差随(sui)振動加(jia)速度的(de)增加而(er)增大,這(zhe)是由于(yu)振動加(jia)速🥰度的(de)增加導(dao)緻振動(dong)幹擾幅(fu)值變大(da)🏃🏻‍♂️，對渦街(jie)流量計(ji)信号輸(shu)出必然(ran)造成惡(e)劣的影(ying)響。
　　按照(zhao)前文拟(ni)定的管(guan)道抗振(zhen)标準,此(ci)應力式(shi)渦街流(liu)量✌️計在(zai)管📱道振(zhen)動頻率(lü)爲100Hz時,垂(chui)直方向(xiang)抗振加(jia)速度🎯僅(jin)爲🥰0.05g。
2.3不同(tong)管道振(zhen)動頻率(lü)的試驗(yan)
　　爲了研(yan)究管道(dao)振動頻(pin)率變化(hua)對渦街(jie)流量計(ji)測量的(de)影響,将(jiang)🐕頻率分(fen)别調整(zheng)爲40Hz、200Hz後,重(zhong)新進行(hang)了2.2試驗(yan),得🌈到了(le)圖5所示(shi)不🈲同振(zhen)動加速(su)度下儀(yi)表系數(shu)誤差變(bian)🆚化曲線(xian)。
　　将圖4.5作(zuo)對比發(fa)現，無論(lun)管道振(zhen)動頻率(lü)如何變(bian)化,在同(tong)一👉振動(dong)加速度(du)下,儀表(biao)系數誤(wu)差随流(liu)量變化(hua)的趨勢(shi)類似🐕。但(dan)是,當管(guan)道振動(dong)頻率變(bian)化時,相(xiang)同振動(dong)加速度(du)下渦街(jie)流量計(ji)儀表系(xi)數誤差(cha)會随管(guan)道振😘動(dong)頻率增(zeng)🈲大而減(jian)小。這是(shi)因爲,一(yi)-方面渦(wo)街流量(liang)計信号(hao)處理電(dian)路中含(han)有放大(da)和低通(tong)濾波環(huan)節,對40Hz振(zhen)♻️動幹擾(rao)無法濾(lü)除且有(you)放大功(gong)㊙️能。另一(yi)方面,由(you)于渦街(jie)流量計(ji)輸出脈(mo)沖與流(liu)速成正(zheng)比、檢測(ce)旋渦的(de)升♻️力✉️與(yu)流速平(ping)方和被(bei)測流體(ti)的密度(du)成正比(bi),所以在(zai)小流量(liang)時,渦街(jie)流量傳(chuan)㊙️感器信(xin)🏃‍♂️号頻率(lü)低且幅(fu)值小，受(shou)低頻的(de)管道振(zhen)動幹擾(rao)影響嚴(yan)重,輸出(chu)脈沖誤(wu)差⛱️大;随(sui)着流量(liang)增加,渦(wo)街流量(liang)傳感器(qi)信号頻(pin)率變大(da)⛹🏻‍♀️且幅值(zhi)增強,受(shou)低頻的(de)管道振(zhen)動幹擾(rao)影響減(jian)弱,輸出(chu)脈沖也(ye)随之誤(wu)差變小(xiao)。

　　綜合圖(tu)4、5可知,對(dui)于應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)來說,垂(chui)直方向(xiang)上的抗(kang)振性能(neng)均較差(cha)。當管道(dao)振動頻(pin)率爲40Hz、100Hz時(shi),抗管道(dao)🌍振動加(jia)速度爲(wei)0.05g;當管道(dao)振動頻(pin)率爲200Hz時(shi),抗管道(dao)振動加(jia)速度爲(wei)0.1g。
2.4不同管(guan)道振動(dong)方向的(de)試驗
　　爲(wei)了比較(jiao)不同方(fang)向管道(dao)振動對(dui)渦街流(liu)量計測(ce)量的影(ying)響,在😘水(shui)平方向(xiang)管道振(zhen)動條件(jian)下,重新(xin)進行試(shi)♋驗,得到(dao)了💚管道(dao)🤟振動🥰頻(pin)率分别(bie)爲40Hz、100Hz、200Hz,振動(dong)加速度(du)分别爲(wei)0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時,渦街(jie)儀表系(xi)數誤差(cha)随流量(liang)變化的(de)曲線,如(ru)圖🎯6所示(shi)。

　　通過水(shui)平方向(xiang)管道振(zhen)動與垂(chui)直方向(xiang)試驗結(jie)果作比(bi)較,發現(xian)兩☀️種情(qing)況下,管(guan)道振動(dong)頻率和(he)振動加(jia)速度對(dui)儀表系(xi)數誤差(cha)的影響(xiang)趨勢類(lei)似;但是(shi),水方向(xiang)較之垂(chui)直方向(xiang)儀表系(xi)數誤差(cha)更小,抗(kang)振性能(neng)更好。依(yi)據拟定(ding)的抗振(zhen)标準,将(jiang)此應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)在不同(tong)振動方(fang)向上，抗(kang)管道振(zhen)動性能(neng)小結如(ru)表2。

3結(jie)論
　　爲研(yan)究管道(dao)振動對(dui)渦街流(liu)量計測(ce)量的影(ying)響，利用(yong)氣體💃🏻流(liu)量管㊙️道(dao)振動試(shi)驗裝置(zhi),在相同(tong)流量範(fan)圍内,分(fen)别在不(bu)同管道(dao)振動加(jia)速度頻(pin)率方向(xiang)上對應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計進行(hang)振動試(shi)驗研究(jiu),得😄到以(yi)下結論(lun):
(1)渦街流(liu)量計儀(yi)表系數(shu)誤差随(sui)管道振(zhen)動加速(su)度的增(zeng)加而變(bian)大,整體(ti)抗振性(xing)能較差(cha)，以管道(dao)振動頻(pin)率100Hz爲例(li),垂直方(fang)向抗振(zhen)加速度(du)爲0.05g,水平(ping)方向抗(kang)振加速(su)🈚度爲0.2g。
(2)在(zai)相同管(guan)道振動(dong)加速度(du)條件下(xia),無論振(zhen)動頻率(lü)如何變(bian)化,渦街(jie)流量計(ji)儀表系(xi)數誤差(cha)随流量(liang)增大有(you)減小趨(qu)勢🈚,小流(liu)量下受(shou)管道振(zhen)動影響(xiang)最大。
(3)在(zai)相同管(guan)道振動(dong)加速度(du)條件下(xia),渦街流(liu)量計儀(yi)表系數(shu)誤差随(sui)🌈管道振(zhen)動頻率(lü)的增大(da)而減小(xiao)。
(4)水平管(guan)道振動(dong)方向較(jiao)之垂直(zhi)方向，渦(wo)街流量(liang)計儀表(biao)系數誤(wu)差更小(xiao),抗振性(xing)能更好(hao)。

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