摘要:爲(wei)研究管(guan)道振動(dong)對渦街(jie)流量計(jì) 測量的(de)影響,以(yi)國内普(pǔ)遍使用(yong)的應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)爲🐪研究(jiu)對象.在(zài)氣體流(liu)量管道(dao)振動試(shì)驗裝置(zhì)上,流量(liàng)範圍35m'/h~145m/h内(nei),分别在(zài)不同💰管(guǎn)道振動(dong)加速度(du)(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻率(40Hz、100Hz、200Hz)、垂(chuí)直和水(shuǐ)平方向(xiang)上進行(háng)🛀了一系(xì)列管道(dào)振動試(shì)驗。通過(guò)對不同(tong)管道振(zhen)動情況(kuàng)下的🐆渦(wō)街流量(liang)🔞計儀表(biǎo)系數誤(wù)差分析(xī)發現，渦(wo)街儀表(biao)系數誤(wù)差随管(guan)道振動(dong)❓加速度(du)的增加(jia)❗而變大(da),抗振性(xing)能較差(chà);相同振(zhen)動加速(su)度下,儀(yi)表系數(shu)🔴誤差随(sui)🔴流量增(zēng)大有減(jian)小趨勢(shì),小流量(liang)下對管(guan)道振動(dong)尤爲敏(mǐn)感;同一(yī)振動加(jia)速度下(xià),儀表系(xì)數誤差(chà)随管道(dao)⭐振動頻(pin)率增大(da)而減小(xiao);水平🛀方(fang)向管道(dào)振動較(jiao)‼️之垂直(zhí)方向儀(yí)表系數(shù)誤差更(gèng)小🔴,抗振(zhen)性能更(gèng)好。
　　渦街(jie)流量計(jì)是一種(zhǒng)基于流(liú)體振動(dong)原理的(de)流量計(ji)。目前已(yi)🈲成爲管(guǎn)道中液(ye)體、氣體(ti)、蒸汽的(de)計量和(hé)工業過(guò)程控制(zhi)⭐中不可(ke)缺♍少的(de)流量測(ce)量儀表(biǎo)1-2:o但是,渦(wō)街流量(liàng)計本質(zhì)上是流(liu)體振動(dòng)型流量(liàng)計,它對(duì)機械振(zhèn)動、流體(ti)的流動(dòng)狀态特(tè)别敏感(gan),不僅可(kě)以感受(shòu)傳感器(qi)受到的(de)渦街力(lì)，還可以(yǐ)㊙️感受到(dào)傳感🈲器(qì)受到的(de)其💘他力(li)，如管道(dao)振動、流(liu)體脈動(dòng)以♊及流(liu)體的沖(chòng)擊力等(děng)3--4],這些幹(gàn)擾勢必(bì)會對渦(wo)街流量(liàng)計的測(cè)量産生(sheng)很大的(de)影響。
　　本(běn)文以國(guó)内應用(yong)廣泛的(de)應力式(shì)渦街流(liu)量計爲(wei)研究對(dui)象,在氣(qì)體流量(liang)管道振(zhèn)動試驗(yan)裝置上(shàng),相同流(liú)量範圍(wéi)内進行(háng)了不同(tong)振動加(jia)速度的(de)管道振(zhèn)動試驗(yàn)。拟定渦(wō)街儀表(biao)系數誤(wù)差(除流(liu)量下限(xian)外)小于(yu)3%作爲渦(wō)街流量(liang)計抗管(guan)道振動(dong)的标準(zhǔn),研究了(le)應力式(shi)渦街流(liú)量計在(zài)管道振(zhen)動條件(jiàn)下的抗(kàng)🍉振性能(neng)，并分💔析(xi)了不同(tóng)管💞道振(zhen)動頻率(lǜ)、振動🌈方(fāng)向對渦(wō)街流量(liang)計測量(liàng)的影📞響(xiǎng)，試驗結(jié)果對應(ying)力式渦(wo)💘街流量(liang)計具有(you)🤞普遍意(yì)義。
1試驗(yàn)裝置
　　圖(tú)1爲氣體(ti)流量管(guan)道振動(dòng)試驗裝(zhuāng)置結構(gou)圖。爲避(bì)免氣體(tǐ)壓☀️力波(bo)動,1先将(jiāng)大氣中(zhōng)的空氣(qi)壓縮打(dǎ)人2中，經(jīng)3冷卻除(chu)濕🏃‍♂️後,得(dé)到的😍純(chún)淨氣體(ti)先後流(liú)經4、5.7.10後,通(tōng)向大氣(qi)。流量校(xiào)準采🎯用(yong)标準表(biao)法,即由(you) 标準渦(wō)輪流量(liang)計 測得(de)的流量(liàng)、表前壓(yā)力以及(jí)被測渦(wo)街流量(liàng)計的表(biao)前壓🌈力(li),即🌈可換(huàn)算得到(dao)被測渦(wo)街流量(liàng)計常壓(ya)下的體(ti)積流量(liàng)🌐(管路中(zhōng)氣🌈體溫(wēn)度變化(hua)很小忽(hu)略不計(ji))。研究對(duì)象10選用(yòng)國内普(pu)遍🏃🏻使用(yòng)的應力(li)式渦街(jiē)流量計(ji)🔱,内徑爲(wèi)50mm,流量範(fan)圍36m3/h~320m3/h;标準(zhun)表 渦輪(lun)流量計(ji) 精度爲(wèi)1%,内徑50mm,流(liú)量範圍(wéi)5m3/h~100m3/h;壓力變(bian)送器精(jing)度均爲(wei)2%0。

　　管道振(zhen)動試驗(yàn)設備由(yóu)11、12組成,實(shi)物見圖(tú)2。11爲激振(zhèn)設備由(yóu)振動台(tai)體和控(kòng)制器組(zu)成,具有(you)調頻(1Hz~400Hz)定(ding)加速度(du)(<20g)/振幅、輸(shū)✨出正🎯弦(xián)類波形(xing)☔等功🔅能(néng)，從而使(shǐ)不同加(jia)速度和(he)頻率下(xia)⭐的振動(dòng)試驗得(dé)以實現(xiàn)。12爲測振(zhen)設備采(cai)用壓電(diàn)式加速(su)度傳感(gan)器正确(que)測量渦(wo)街流量(liang)🤟計所在(zài)處🈲管道(dào)振動狀(zhuang)🐉态。由于(yu)振動台(tái)爲單自(zi)由度，僅(jǐn)能産生(sheng)垂直方(fāng)向(圖1中(zhong)Y方向)管(guǎn)道振動(dong),爲了實(shi)現水平(píng)方向(X方(fāng)向)管道(dào)振動,将(jiāng)⭐渦街流(liu)量計旋(xuan)轉90°水平(ping)安裝[如(ru)圖2(b)],此💘時(shi),振動台(tai)再工作(zuò)時其振(zhèn)動方向(xiang)相對于(yú)渦街流(liu)量計即(jí)實現了(le)如圖1所(suo)示的X方(fāng)向。當管(guǎn)道振動(dong)時爲避(bi)免對标(biao)準表産(chǎn)生影響(xiang),在渦街(jiē)流量計(jì)上遊2.5m(50D)處(chu)加🛀裝軟(ruǎn)管消除(chú)機械振(zhèn)動。
　　整套(tào)試驗裝(zhuang)置由計(ji)算機系(xi)統實時(shi)控制處(chù)理,對氣(qi).動調節(jiē)閥采用(yong)PID調節确(què)保流量(liàng)穩定,對(duì)渦街、渦(wo)輪流量(liang)計以及(ji)壓力變(bian)送器的(de)輸出信(xìn)号均由(yóu)計算機(jī)系🤩統進(jin)行⭐采集(jí)及❌數據(ju)分析。

2試(shì)驗結果(guǒ)與分析(xi)
　　在圖1試(shi)驗裝置(zhì)上,流量(liàng)35m3/h~145m'/h(裝置所(suǒ)能達到(dào)的常壓(yā)下的最(zui)大流量(liàng))内,分别(bié)在未施(shī)加和施(shī)加振動(dong)施加不(bú)同🔅振動(dòng)♊加速度(dù)頻率、方(fāng)向的情(qíng)況下,對(duì)渦街流(liu)量計進(jin)行了管(guan)道振動(dong)試驗,對(duì)試驗結(jié)果予以(yǐ)分析。
2.1未(wèi)施加管(guǎn)道振動(dong)的試驗(yàn)
　　在無管(guǎn)道振動(dong)情況下(xià),對渦街(jie)流量計(jì)進行了(le)5點實流(liú)試驗,數(shù)據如表(biǎo)1。每個流(liú)量點每(měi)次檢定(ding)時間爲(wei)30s,重複性(xing)、平均儀(yí)表系數(shu)和線㊙️性(xìng)度均按(an)照速度(dù)式流量(liàng)計檢定(ding)規程[12]中(zhōng)的公式(shì)計算。試(shì)📧驗研究(jiu)的應力(li)式渦街(jie)流量計(jì) 精度爲(wèi)1級。

2.2不同(tóng)管道振(zhen)動加速(sù)度的試(shi)驗
　　爲考(kǎo)察應力(lì)式渦街(jie)流量計(ji)對管道(dao)振動加(jiā)速度的(de)抗振性(xìng)能,在垂(chui)直振動(dong)方向、振(zhen)動頻率(lü)爲100Hz、振動(dong)加速度(dù)0.05g~1g情況下(xia)，進行了(le)流量試(shì)🐅驗。将得(de)到的5組(zǔ)試驗數(shu)據,繪制(zhi)出🏒相應(yīng)的🧡儀表(biǎo)系數随(suí)流量變(biàn)化♉曲線(xiàn)如圖3所(suǒ)示。可見(jiàn),當施加(jiā)管道振(zhèn)動後,渦(wō)街流量(liang)計儀表(biǎo)系數随(sui)流量及(jí)振動加(jiā)速度的(de)不同變(bian)化很大(dà)。爲了與(yǔ)無管道(dào)振動時(shí)❤️作比較(jiào),圖4給出(chū)了不同(tóng)振動加(jia)速度下(xia)的儀表(biǎo)系數相(xiàng)對于無(wú)管道振(zhen)動時平(ping)均儀表(biao)系數的(de)❓誤差曲(qu)線。

　　由圖(tu)4可知,-方(fāng)面，同一(yi)振動加(jiā)速度下(xià)不同流(liu)量點對(duì)渦街🔴流(liu)量計測(ce)量影響(xiǎng)的程度(du)不同。小(xiao)流量時(shí)受管道(dao)振⛱️動影(ying)響劇烈(lie)，輸出脈(mo)沖即爲(wei)管道振(zhen)動頻率(lǜ),如圖335m3/h處(chù)儀表系(xì)數集中(zhōng)在💰一點(dian)。随着流(liú)量增加(jiā)，渦街流(liú)量計受(shou)管😍道振(zhen)動影🈚響(xiang)根據振(zhen)🛀🏻動加速(sù)度的不(bú)同可🛀🏻分(fèn)爲三種(zhong):(1)管道振(zhèn)動加速(su)💋度爲0.05g、0.1g、0.2g時(shí),儀表系(xì)數誤差(cha)随流量(liang)增加而(ér)減小直(zhi)至爲零(ling);(2)管道振(zhen)動加速(su)度爲0.5g時(shí),儀表系(xi)數誤差(cha)随流量(liang)增加先(xiān)變大🛀後(hòu)減小但(dàn)未減至(zhi)零;(3)管道(dao)振動加(jiā)速🔅度爲(wèi)1g時,儀表(biǎo)系數🧡誤(wu)差随流(liu)量⛹🏻‍♀️增加(jia)而變大(da)最後趨(qū)于平穩(wen)。出現上(shàng)述現象(xiàng)的原因(yin)💃在于,應(ying)力式渦(wō)街🔴流量(liàng)計是利(li)用壓電(dian)探頭交(jiao)替地作(zuò)用在其(qi)上的升(sheng)力的檢(jiǎn)測、獲得(de)渦街頻(pín)率的，而(er)升㊙️力與(yu)被測流(liu)體的密(mi)度和💃🏻流(liu)速平方(fang)成正比(bǐ)。小流量(liang)時升力(li)幅值小(xiao)，易受管(guan)道振動(dòng)幹擾、有(you)用信号(hào)被淹✏️沒(méi),隻能檢(jiǎn)測到振(zhèn)動👣信号(hao),故儀表(biǎo)系數集(jí)中在一(yī)點。随着(zhe)流量增(zeng)加，升力(li)🐕幅值成(chéng)平方倍(bei)增長，而(er)管道振(zhèn)動加速(sù)度不變(biàn)即振動(dong)幅♋值不(bu)變,故壓(yā)電探頭(tou)檢測到(dào)的混合(he)信号中(zhong)渦街有(yǒu)用信号(hào)逐漸顯(xiǎn)露出來(lái)。當管道(dào)振動加(jia)速度爲(wèi)第(1)種情(qing)況時,渦(wō)街📐信号(hao)幅值随(suí)流量增(zēng)加而迅(xùn)速增強(qiang),最終🌍抑(yi)制振動(dong)信号使(shǐ)儀表系(xi)數誤差(chà)減小至(zhì)零;當管(guan)道振動(dong)加速度(dù)爲第(2)種(zhong)情況時(shi),由于振(zhen)動信号(hao)幅值較(jiào)強,渦街(jiē)信号随(suí)流量增(zēng)⭕加雖然(rán)有大幅(fú)提升，但(dan)仍無法(fa)完全有(yǒu)效地抑(yi)制振動(dong)信❌号,儀(yí)表系數(shù)誤差有(yǒu)減小但(dan)不能.減(jiǎn)至零;但(dan)當管道(dào)振♉動加(jiā)速度爲(wèi)第(3)種情(qing)況時,由(yóu)于振動(dòng)幹擾幅(fú)值遠大(da)于渦街(jie)信号幅(fu)值,所以(yǐ)儀表系(xì)數誤差(cha)很大,但(dàn)是，渦街(jiē)信号幅(fú)值随流(liu)量增加(jia)成平方(fang)倍增長(zhang)仍會對(dui)管道振(zhèn)動信号(hào)起到一(yi)定抑制(zhi)作用，所(suǒ)以儀表(biǎo)系數誤(wu)差最後(hòu)趨于平(píng)穩。
　　另一(yi)方面,除(chu)流量下(xià)限外,相(xiàng)同流量(liàng)下渦街(jie)流量計(ji)🔴儀表系(xi)🈲數誤差(chà)随振動(dòng)加速度(dù)的增加(jia)而增大(da),這是由(yóu)于振動(dòng)加速度(dù)的增加(jiā)導緻振(zhèn)動幹擾(rao)幅值變(bian)大👅，對渦(wo)街流量(liang)計信号(hao)輸出必(bì)然造成(chéng)惡劣的(de)影響。
　　按(an)照前文(wen)拟定的(de)管道抗(kang)振标準(zhun),此應力(lì)式渦街(jiē)流量計(jì)㊙️在管道(dao)振動頻(pín)率爲100Hz時(shí),垂直方(fāng)向抗振(zhèn)加速度(dù)僅爲0.05g。
2.3不(bu)同管道(dào)振動頻(pin)率的試(shi)驗
　　爲了(le)研究管(guǎn)道振動(dòng)頻率變(bian)化對渦(wō)街流量(liàng)計測量(liàng)的影響(xiang),将💋頻率(lü)分别調(diao)整爲40Hz、200Hz後(hou),重新進(jin)行了2.2試(shi)驗,得🐪到(dào)了圖5所(suo)示不同(tong)振動加(jiā)速度下(xia)儀表系(xi)數誤差(cha)變🧑🏽‍🤝‍🧑🏻化曲(qu)線☔。
　　将圖(tu)4.5作對比(bǐ)發現，無(wú)論管道(dào)振動頻(pín)率如何(he)變化,在(zài)同一振(zhèn)📐動加✊速(sù)度下,儀(yi)表系數(shù)誤差随(sui)流量變(bian)化的趨(qu)勢類似(si)。但是,當(dang)管道振(zhèn)☎️動頻率(lü)變化時(shí),相同振(zhen)動加速(sù)度下渦(wo)街流量(liàng)計儀表(biao)系數誤(wù)差會随(sui)管道振(zhen)動頻率(lü)增大而(ér)減小。這(zhè)是因爲(wei),一-方面(mian)渦街流(liu)量計👈信(xìn)号處理(lǐ)電路中(zhong)含有放(fang)大和低(di)通濾波(bō)環節,對(duì)40Hz振動幹(gan)擾無法(fa)🐅濾除且(qiě)有放大(dà)功能。另(ling)一方面(miàn),由于渦(wo)街流量(liàng)計輸出(chu)脈沖與(yǔ)流❤️速成(chéng)正比、檢(jiǎn)測旋渦(wo)的升力(li)與流速(sù)平方和(he)被測流(liú)體的密(mì)度成正(zheng)比,所以(yǐ)在小流(liú)量時,渦(wō)街流量(liang)傳📞感器(qi)信号頻(pín)率低且(qie)幅值小(xiǎo)☂️，受低頻(pín)的管道(dao)振動幹(gan)擾影響(xiang)嚴重,輸(shū)出脈沖(chong)誤差大(da);随着流(liú)量增加(jia),渦街流(liú)量傳感(gǎn)器信号(hào)頻率變(biàn)大且幅(fú)值增強(qiáng),受低頻(pín)的管道(dào)振動幹(gàn)擾影響(xiang)減弱,輸(shu)出脈沖(chong)也🈲随之(zhī)誤差變(biàn)小。

　　綜合(hé)圖4、5可知(zhi),對于應(ying)力式渦(wō)街流量(liàng)計來說(shuō),垂直方(fāng)👉向上的(de)抗振性(xing)能均較(jiao)差。當管(guan)道振動(dòng)頻率爲(wèi)40Hz、100Hz時,抗管(guǎn)道振動(dòng)加速🔅度(dù)爲0.05g;當管(guan)道振動(dong)頻率爲(wei)200Hz時,抗管(guan)道振動(dòng)加速度(dù)爲☔0.1g。
2.4不同(tóng)管道振(zhèn)動方向(xiang)的試驗(yan)
　　爲了比(bi)較不同(tong)方向管(guan)道振動(dong)對渦街(jiē)流量計(jì)測量的(de)🚩影響,在(zai)水🈚平方(fāng)向管道(dào)振動條(tiao)件下,重(zhong)新進行(hang)試驗,得(dé)到了管(guan)道振動(dong)頻率分(fen)别爲40Hz、100Hz、200Hz,振(zhèn)動加速(sù)度分别(bie)爲0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時,渦(wō)街儀表(biao)系數誤(wu)☀️差随流(liú)量變化(huà)的曲線(xiàn),如圖6所(suǒ)示。

　　通過(guo)水平方(fāng)向管道(dao)振動與(yǔ)垂直方(fāng)向試驗(yan)結果作(zuo)🔞比🐉較,發(fā)現兩種(zhong)情況下(xia),管道振(zhèn)動頻率(lǜ)和振動(dong)加速度(du)對📐儀表(biǎo)系數🤟誤(wù)差的影(yǐng)響趨勢(shi)類似;但(dan)是,水方(fāng)向較之(zhi)垂直方(fāng)向儀表(biǎo)系數誤(wù)差更小(xiao),抗振性(xing)能更好(hǎo)。依據拟(nǐ)定的抗(kàng)振标準(zhun),将此應(yīng)🏃🏻力式渦(wo)街流量(liàng)計在🐆不(bu)同振動(dòng)方向上(shang)，抗管道(dao)振動性(xing)能小結(jié)如表2。

3結論
　　爲(wèi)研究管(guǎn)道振動(dong)對渦街(jiē)流量計(jì)測量的(de)影響，利(lì)用氣體(ti)流量管(guan)道振動(dòng)試驗裝(zhuang)置,在相(xiàng)同流量(liang)範圍内(nèi),分别🈲在(zai)不同管(guan)道振動(dòng)加🔴速度(du)頻率方(fang)向上對(duì)應力式(shì)渦街流(liú)量計進(jin)行振動(dong)試驗研(yán)究,得到(dào)以下結(jié)論:
(1)渦街(jiē)流量計(ji)儀表系(xì)數誤差(cha)随管道(dao)振動加(jiā)速度的(de)🐪增加而(er)👅變大,整(zhěng)體抗振(zhèn)性能較(jiào)差，以管(guǎn)道振動(dong)頻率♌100Hz爲(wei)例,垂直(zhi)方向抗(kang)振㊙️加速(su)度爲0.05g,水(shuǐ)平方向(xiàng)抗振加(jia)速度爲(wèi)0.2g。
(2)在相同(tóng)管道振(zhen)動加速(su)度條件(jiàn)下,無論(lun)振動頻(pín)率如何(he)變化,渦(wō)街🐇流量(liàng)計儀表(biǎo)系數誤(wù)差随流(liu)量增大(da)有減小(xiao)趨勢🌍,小(xiǎo)流量下(xia)🈲受管道(dào)振動影(yǐng)響最大(da)。
(3)在相同(tóng)管道振(zhen)動加速(sù)度條件(jian)下,渦街(jiē)流量計(ji)儀表系(xì)數誤🎯差(chà)随管道(dao)振動頻(pín)率的增(zēng)大而減(jian)小。
(4)水平(píng)管道振(zhèn)動方向(xiang)較之垂(chui)直方向(xiang)，渦街流(liu)量計儀(yi)表🐕系數(shù)🥰誤差更(gèng)小,抗振(zhèn)性能更(geng)好。

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