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圖1是簡支梁結構應力式壓縮空氣流量計。旋渦發(fā)生體是上端固定, 下端簡支的受力系統(tǒng)。隨著旋渦的分離, 交變升力F1同步地從兩側作用到發(fā)生體上, 這個力學系統(tǒng)把反升力變成作用在壓電元件3 的交變應力, 壓電元件又把交變應力轉換成交變電荷信號。
另一方面, 當管道受振動力作用時, 這種振動力同樣會被傳到旋渦發(fā)生體這個簡支梁力學系統(tǒng), 無論振動力是什么方向, 它都可以分解成以旋渦發(fā)生體軸線為Z 軸的三個互相垂直的分力, 作用在壓電晶體上。為了消除振動力的影響, 傳感器在設計上采取如下措施。
1.壓電晶體的電極分割
沿著旋渦發(fā)生體的中性面, 把圓形壓電片的銀電極分割成兩個對稱的半圓, 分別處于中性面的兩邊。三個不同方向的振動力產(chǎn)生的電荷信號與極性如圖2所示。
(1)振動方向與流動方向垂直, 而與旋渦升力方面(見圖2a), 在兩電極上產(chǎn)生異性電荷, 與旋渦升力作用的效果相同, 這是j睦不利的狀況。
(2) 振動方向與旋渦發(fā)生體垂直而與流動方向相同, 在壓電元件兩電極產(chǎn)生同性電荷(見圖2b), 可通過電極反并聯(lián)和差分輸入電荷放大器消除。
(3) 振動方向與旋渦發(fā)生體軸向相同(圖2c), ⑧ 表示振動向紙里,⊙表示振動向紙外, 在壓電元件兩電極上產(chǎn)生同性電荷,用電極反并聯(lián)和差分輸入電荷放大器加以消除。
2.合理選擇壓電片的封裝位里, 消除升力方向的振動干擾
圖3是應力式壓縮空氣流量計發(fā)生體的受力圖。設流場和升力均勻對稱分布。為便于分析問題, 假設升力集中作用在旋渦發(fā)生體的體形心B點上, 而振動力則可看作通過受力系統(tǒng)重心C 作用到簡支力梁系統(tǒng)上(圖3c ), 從升力和振動力的彎矩分布圖b3、3c中可以看出, 如把壓電片放在振動彎矩的O點上, 壓電元件將不會受到振動力的作用,此點就是壓電元件的*抗振位置。
以上措施可以削弱振動所產(chǎn)生的影響,但由于安裝位置的偏差或壓電晶體兩個半圓不對稱的緣故, 這種影響不可能*消除, 振動干擾會同流量信號疊加一起輸出,雖然在轉換器電路內, 設計了濾波器, 但如果干擾的頻譜恰好落在流量信號的頻率范圍之內, 則濾波器不起作用, 這時振動干擾將會對測量結果發(fā)生較大影響。為此我們進行了理論探討和大量的試驗研究, 結果表明, 增加補償壓電晶體片, 構成雙片壓電傳感器是提高壓電應力式壓縮空氣流量計抗振性能的有效方法。
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