摘要(yao):爲研究管(guan)道振動對(dui)渦街流量(liang)計 測量的(de)影響,以國(guo)内普遍使(shi)用的應力(li)式渦街流(liu)量計爲研(yan)究對象.在(zai)氣體流量(liang)管道振動(dong)試驗裝置(zhi)上💛,流量範(fan)圍35m'/h~145m/h内,分别(bie)在不同管(guan)道振動加(jia)速度(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻率(lü)(40Hz、100Hz、200Hz)、垂直和水(shui)平方向上(shang)進行💛了一(yi)系列管道(dao)振動試驗(yan)。通過對不(bu)同管道振(zhen)動情況下(xia)的渦街流(liu)量計儀表(biao)系數誤差(cha)分析發現(xian)，渦街儀表(biao)系數誤差(cha)随管道振(zhen)動🚩加速度(du)的增加而(er)變大,抗振(zhen)性能較差(cha);相同振動(dong)加速度下(xia),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(zhen)動尤爲敏(min)感;同一振(zhen)動加速度(du)下,儀表系(xi)數🧑🏾‍🤝‍🧑🏼誤差随(sui)管道振動(dong)頻率增大(da)而減小;水(shui)平🌏方向管(guan)道振動較(jiao)之垂直方(fang)向儀表系(xi)數🈲誤差更(geng)小,抗振性(xing)能更好。
　　渦(wo)街流量計(ji)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(zheng)汽的計量(liang)和工業過(guo)程控制中(zhong)不可缺少(shao)的流量測(ce)量儀表1-2:o但(dan)是,渦街流(liu)量計本質(zhi)上是流體(ti)振動型流(liu)量計,它對(dui)機械振☎️動(dong)、流體的流(liu)動狀态特(te)别敏感,不(bu)僅可以✉️感(gan)受傳感器(qi)受到的渦(wo)街力，還可(ke)以感受到(dao)傳感器受(shou)到的其他(ta)力，如管道(dao)振動、流體(ti)脈動以及(ji)流體的沖(chong)擊力等☔3--4],這(zhe)些幹擾勢(shi)必會✍️對渦(wo)街流量計(ji)的測量産(chan)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(dui)象📐,在氣體(ti)流量管道(dao)振動試驗(yan)裝置上,相(xiang)同流📐量範(fan)圍内進行(hang)了不同振(zhen)動加速度(du)的管道振(zhen)動試驗。拟(ni)定渦街儀(yi)表系數誤(wu)差(除流量(liang)下限外)小(xiao)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(ying)力式渦街(jie)流量計在(zai)管道振動(dong)條件下的(de)抗振性能(neng)，并分💯析了(le)不同管道(dao)振動頻率(lü)、振動方向(xiang)對渦街流(liu)量計測量(liang)的影響，試(shi)驗結果對(dui)應力式渦(wo)街流量計(ji)具有普遍(bian)意義。
1試驗(yan)裝置
　　圖1爲(wei)氣體流量(liang)管道振動(dong)試驗裝置(zhi)結構圖。爲(wei)避免氣體(ti)壓力👄波動(dong),1先将大氣(qi)中的空氣(qi)壓縮打人(ren)2中，經3冷卻(que)除濕後,得(de)到的純淨(jing)氣體先後(hou)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(liu)量計 測得(de)的流量、表(biao)前壓力以(yi)及被測渦(wo)街流量計(ji)的表前壓(ya)👨‍❤️‍👨力,即可換(huan)算得到被(bei)測渦街流(liu)量計常壓(ya)下的體積(ji)☎️流量(管路(lu)中氣體溫(wen)😄度變化很(hen)小忽略不(bu)計)。研🌈究對(dui)象10選用國(guo)内普遍使(shi)用的😘應力(li)式渦街流(liu)量計,内徑(jing)爲50mm,流量範(fan)圍36m3/h~320m3/h;标準表(biao) 渦輪流量(liang)計 精度爲(wei)1%,内徑50mm,流量(liang)範圍5m3/h~100m3/h;壓力(li)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(wu)見圖2。11爲激(ji)振設備由(you)振動🙇🏻台體(ti)和控制器(qi)組成,具有(you)調頻(1Hz~400Hz)定加(jia)速度(<20g)/振幅(fu)、輸出正弦(xian)類波形等(deng)功能，從而(er)使不同加(jia)速度和🎯頻(pin)率下的振(zhen)動試驗得(de)☔以實現。12爲(wei)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(ji)所在處🏃🏻‍♂️管(guan)道振動狀(zhuang)态。由于振(zhen)動台爲單(dan)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(wei)了實現水(shui)平方向(X方(fang)向)管道振(zhen)動,将渦街(jie)流❌量計旋(xuan)轉90°水平安(an)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(yu)渦街流㊙️量(liang)計即實現(xian)了如圖1所(suo)示的X方向(xiang)。當管道振(zhen)動時爲避(bi)免對标準(zhun)表産生影(ying)響,在渦街(jie)流量計上(shang)遊2.5m(50D)處加⚽裝(zhuang)軟管消除(chu)機械振動(dong)。
　　整套試驗(yan)裝置由計(ji)算機系統(tong)實時控制(zhi)處理,對氣(qi).動調節☔閥(fa)采用PID調節(jie)确保流量(liang)穩定,對渦(wo)街、渦輪流(liu)量計以及(ji)壓力變送(song)器的輸出(chu)信号均由(you)計算機系(xi)統進行采(cai)集及數據(ju)分析。

2試驗(yan)結果與分(fen)析
　　在圖1試(shi)驗裝置上(shang),流量35m3/h~145m'/h(裝置(zhi)所能達到(dao)的常壓下(xia)的最🐕大流(liu)量🏒)内,分别(bie)在未施加(jia)和施加振(zhen)動施加不(bu)同振動加(jia)速💰度頻率(lü)、方向的情(qing)況下,對渦(wo)街流量計(ji)進行了管(guan)道振動試(shi)驗,對試驗(yan)結果予以(yi)分析。
2.1未施(shi)加管道振(zhen)動的試驗(yan)
　　在無管道(dao)振動情況(kuang)下,對渦街(jie)流量計進(jin)行了5點實(shi)流試驗,數(shu)🌈據✨如表1。每(mei)個流量點(dian)每次檢定(ding)時間爲30s,重(zhong)✏️複性😍、平均(jun)儀表系數(shu)♌和線性度(du)均按照速(su)度式流量(liang)⛷️計檢定規(gui)程[12]中的公(gong)式計算。試(shi)驗研究的(de)應力式渦(wo)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(zhen)動頻率爲(wei)100Hz、振動加速(su)度0.05g~1g情🔱況下(xia)，進行了流(liu)量試驗。将(jiang)得到的5組(zu)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(suo)✔️示。可見,當(dang)施加管道(dao)振動後,渦(wo)街流量計(ji)儀表系數(shu)随流量及(ji)振動加速(su)度的不同(tong)變化很大(da)。爲了與無(wu)🍉管道振動(dong)時作比較(jiao),圖4給出了(le)♍不同振動(dong)加速度下(xia)的儀表系(xi)數相對于(yu)無管道振(zhen)動時平均(jun)儀表系數(shu)的誤差曲(qu)線。

　　由圖4可(ke)知,-方面，同(tong)一振動加(jia)速度下不(bu)同流量點(dian)對渦街流(liu)量🏃‍♀️計測量(liang)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(chong)即爲管道(dao)振動頻率(lü),如圖335m3/h處儀(yi)表系數集(ji)中在🤟一點(dian)。随着流量(liang)增加，渦街(jie)流⭕量計受(shou)管道振動(dong)影響根據(ju)振動加速(su)度的不同(tong)可分爲三(san)種:(1)管道振(zhen)動加速度(du)爲0.05g、0.1g、0.2g時,儀表(biao)系數誤差(cha)随流量增(zeng)加而❤️減小(xiao)直至爲零(ling);(2)管‼️道振動(dong)加速度爲(wei)0.5g時✏️,儀表系(xi)數誤差随(sui)流量增加(jia)先變大‼️後(hou)減小但未(wei)減至零;(3)管(guan)道振動加(jia)速💚度爲1g時(shi),儀表系數(shu)✨誤差随流(liu)量增加而(er)變大最後(hou)趨于平穩(wen)。出現上述(shu)現象的✨原(yuan)因在于,應(ying)力式渦街(jie)🐉流量計是(shi)利用壓電(dian)探頭交替(ti)地作用在(zai)其上💘的升(sheng)力的檢測(ce)、獲得渦街(jie)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(liu)量時升力(li)幅值小，易(yi)受管道振(zhen)動幹擾、有(you)💔用信号被(bei)淹🛀沒,隻能(neng)檢測到振(zhen)動信号,故(gu)儀表系數(shu)集中在一(yi)點。随着流(liu)量增加，升(sheng)力幅值成(cheng)平♈方倍增(zeng)長，而管道(dao)振🔞動加速(su)度不變即(ji)振動幅💔值(zhi)不變,故壓(ya)電㊙️探頭檢(jian)測到的混(hun)合信号中(zhong)渦街有💯用(yong)信💞号逐漸(jian)顯露✏️出來(lai)。當✏️管道振(zhen)動加速度(du)爲第(1)種情(qing)況時,渦街(jie)信号幅值(zhi)随流量增(zeng)加而迅速(su)增強,最終(zhong)抑制振動(dong)信号使儀(yi)表系數誤(wu)差減小至(zhi)零;當管道(dao)振動加❤️速(su)度爲第(2)種(zhong)情況時,由(you)于振動信(xin)号幅值較(jiao)強,渦街信(xin)号随流量(liang)增加雖然(ran)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(jian)小但不能(neng).減至零;但(dan)當管道振(zhen)動加速度(du)爲第(3)種情(qing)況時,由于(yu)振動幹擾(rao)幅值遠大(da)于渦街信(xin)号幅值,所(suo)以儀表系(xi)數誤差很(hen)大,但是，渦(wo)街信号幅(fu)值随流量(liang)增加成平(ping)方倍增長(zhang)仍會對管(guan)道振動信(xin)号起到一(yi)定抑制作(zuo)用，所以儀(yi)表🧡系數誤(wu)差最後趨(qu)于平穩。
　　另(ling)一方面,除(chu)流量下限(xian)外,相同流(liu)量下渦街(jie)流量計儀(yi)表系數🏃‍♂️誤(wu)🐉差随振動(dong)加速度的(de)增加而增(zeng)大,這是由(you)于☔振動💃🏻加(jia)速度的增(zeng)加導緻振(zhen)動幹擾幅(fu)值變大🔴，對(dui)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(kang)振标準,此(ci)應力式渦(wo)街流量計(ji)🔆在♌管道✂️振(zhen)動頻率爲(wei)100Hz時,垂直方(fang)向抗振加(jia)速度僅爲(wei)🤟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(pin)率變化對(dui)渦街流量(liang)計測量的(de)影響,将頻(pin)率分别調(diao)整爲40Hz、200Hz後,重(zhong)新進行了(le)2.2試驗,得到(dao)了圖5所示(shi)不同振🔞動(dong)加速度下(xia)儀表系數(shu)誤差變化(hua)曲線。
　　将圖(tu)4.5作對比發(fa)現，無論管(guan)道振動頻(pin)率如何變(bian)化,在同一(yi)🌈振動加⭕速(su)度下,儀表(biao)系數誤差(cha)随流量變(bian)化的☔趨勢(shi)😄類似🏃‍♀️。但是(shi),當管道振(zhen)動頻率變(bian)化時,相同(tong)振動🌈加速(su)度🏃‍♀️下渦街(jie)流量計儀(yi)表系數誤(wu)差會随管(guan)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(hao)處理電路(lu)中含有放(fang)大和低通(tong)濾波環節(jie),對40Hz振動幹(gan)擾無法🌈濾(lü)除且有放(fang)大功能。另(ling)一方面,由(you)于渦街流(liu)量計輸出(chu)脈沖與流(liu)速成正比(bi)、檢測旋渦(wo)的升力與(yu)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(jie)流量傳感(gan)器信号頻(pin)率低且幅(fu)值小，受低(di)頻的管道(dao)振⁉️動幹擾(rao)影響嚴重(zhong),輸出脈沖(chong)誤差✔️大;随(sui)着流量🆚增(zeng)加,渦街流(liu)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(mo)沖也🤩随之(zhi)誤差變小(xiao)。

　　綜合圖4、5可(ke)知,對于應(ying)力式渦街(jie)流量計來(lai)說,垂直方(fang)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(dong)加速度爲(wei)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(tong)管道振動(dong)方向的試(shi)驗
　　爲了比(bi)較不同方(fang)向管道振(zhen)動對渦街(jie)流量計測(ce)量的🚶‍♀️影響(xiang),在👄水平方(fang)向管道振(zhen)動條件下(xia),重新進行(hang)試🌐驗,得到(dao)了管道振(zhen)動⭕頻率分(fen)别爲40Hz、100Hz、200Hz,振動(dong)加速度分(fen)别爲0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時,渦(wo)街儀表系(xi)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(zhen)動與垂直(zhi)方向試驗(yan)結果作比(bi)較,發現兩(liang)種情況下(xia),管道振動(dong)頻率和振(zhen)動加速度(du)對儀表系(xi)數誤差的(de)影響趨勢(shi)類似;但是(shi),水方向較(jiao)之垂直方(fang)向儀表系(xi)數誤差📐更(geng)小,抗振性(xing)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(bu)同振動方(fang)♻️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(zhen)動對渦街(jie)流量計測(ce)量的影響(xiang)，利用氣❌體(ti)流🈲量☁️管道(dao)振動試驗(yan)裝置,在相(xiang)同流量範(fan)圍内,分别(bie)在不💰同管(guan)道振🈲動加(jia)速度頻率(lü)方向上對(dui)應力式渦(wo)街流量計(ji)進行振動(dong)試驗研究(jiu),得到以下(xia)結論:
(1)渦街(jie)流量計儀(yi)表系數誤(wu)差随管道(dao)振動加速(su)度的增🛀加(jia)而變🥰大,整(zheng)體抗振性(xing)能較差，以(yi)管道振動(dong)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(zhen)加速度爲(wei)0.2g。
(2)在相同管(guan)道振動加(jia)速度條件(jian)下,無論振(zhen)動頻率如(ru)何變化,渦(wo)街流量計(ji)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)受管🐕道振(zhen)動影響最(zui)大。
(3)在相同(tong)管道振動(dong)加速度條(tiao)件下,渦街(jie)流量計儀(yi)表❌系🧑🏾‍🤝‍🧑🏼數誤(wu)差随管道(dao)振動頻率(lü)的增大而(er)減小。
(4)水平(ping)管道振動(dong)方向較之(zhi)垂直方向(xiang)，渦街流量(liang)計儀🍉表系(xi)數誤差更(geng)小,抗振性(xing)能更好。

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