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1.管道振動(dòng)干擾的產(chǎn)生
渦街流量傳感器直接裝在路道上, 管道振動(dòng)或與之相聯(lián)的壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等振動(dòng)都可能對(duì)儀表造成干擾, 應(yīng)力式、振動(dòng)圓盤(或梭球) 式、靜電電容式及應(yīng)變式壓縮空氣流量計(jì)對(duì)振動(dòng)都較敏感。不同檢測(cè)方式對(duì)振動(dòng)的方向敏感程度也不相同, 圓盤(或梭球) 對(duì)旋渦發(fā)生體軸向振動(dòng)較敏感, 應(yīng)力式、應(yīng)變式和電容式對(duì)升力方向上的振動(dòng)較敏感, 因此各種壓縮空氣流量計(jì)的防振措施也不盡相同。有防振要求的儀表, 在儀表的安裝使用說明書中都提出具體要求和注意事項(xiàng), 請(qǐng)用戶在安裝儀表時(shí)應(yīng)盡可能滿足。
2.儀表的防振設(shè)計(jì)
采用壓電元件做敏感元件的應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)是受到重視的產(chǎn)品。目前各國廠商銷售的商用儀表就有六種不同的型式, 其應(yīng)用范圍之廣, 結(jié)構(gòu)刑式之多樣都為其他檢測(cè)方法壓縮空氣流量計(jì)所不及。但無論哪種型式, 消除振動(dòng)應(yīng)力, 提高信噪比都是共同問題。這里談?wù)剮追N應(yīng)力-壓電壓縮空氣流量計(jì)的防振設(shè)計(jì)問題。
(1) 簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)防振設(shè)計(jì)
圖5 是簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì), 旋渦發(fā)生體是上端固定, 下端簡(jiǎn)支的受力系統(tǒng)。隨著旋渦分離(見圖), 交變升力Fl. 同步地從兩側(cè)作用到發(fā)生體上(見圖5b), 這個(gè)力學(xué)系統(tǒng)把反升力變成作用在壓電元件3 上的交變應(yīng)力, 壓電敏感元件又把力轉(zhuǎn)換成交變電荷信號(hào)。

另一方面, 當(dāng)管道受振動(dòng)力作用時(shí), 這種振動(dòng)力也會(huì)被傳到旋渦發(fā)生體這個(gè)簡(jiǎn)支梁力學(xué)系統(tǒng)。無論振動(dòng)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(gè)互相垂直的分力, 作用在壓電敏感元件上。為了消除振動(dòng)力的影響, 儀表在設(shè)計(jì)上采取如下措施。
① 壓電敏感元件的電極分割如圖6 所示, 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(gè)對(duì)稱的半圓, 分別處于中性面的兩邊。三個(gè)不同方向的振動(dòng)力產(chǎn)生的電荷信號(hào)與極性如圖6 所示。

a. 振動(dòng)與流動(dòng)方向垂直, 而與旋渦升力方向相同(見圖6a), 在兩電極上產(chǎn)生異性電荷, 與旋渦升力作用的效果相同, 也是zui不利的情況。
b.振動(dòng)與旋渦發(fā)生體垂直而與流動(dòng)方向相同,在壓電元件兩電極產(chǎn)生同性電荷(見圖6 b), 可通過電極反并聯(lián)和差分輸入電荷放大器消除。
c.振動(dòng)與旋渦發(fā)生體軸向相同(圖6c中⑧喪示振動(dòng)向紙里,O 表示振動(dòng)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)和差分輸人電荷放大器加以消除。
② 合理選擇壓電片封裝位置, 消除升力方向上的振動(dòng)干擾
圖7 是立力式渦街流量訓(xùn)旋渦發(fā)生體的受力圖。設(shè)流場(chǎng)和升力均勻?qū)ΨQ分布, 為便于分析間題, 假定升力集中作用在旋渦發(fā)生的體形心B 點(diǎn)上, 而振動(dòng)力可看作通過受力系統(tǒng)重心C 作用到簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)( 見圖c7 ), 從升力和振動(dòng)力的彎矩分布圖7b、c 可看出, 如把壓電敏感元件放在振動(dòng)彎矩的0 點(diǎn)上, 壓電元件將不會(huì)受到振動(dòng)力的作用, 這是壓電元件的*防振位置。
(2) 對(duì)稱差動(dòng)式傳感器消除振動(dòng)影響
根據(jù)振動(dòng)干擾作用(見圖5b)一與旋渦升力信號(hào)作用(見圖8c) 不同特點(diǎn), 用四只壓電敏感元件構(gòu)成旋渦傳感器。傳感器以安裝法蘭為中心, 兩對(duì)反并聯(lián)壓電元件封裝在上、下對(duì)稱部位, 每對(duì)壓電片又以傳感器中性面為中心, 分置中性面兩側(cè)。
當(dāng)外部振動(dòng)作用到傳感器時(shí), 無論什么方向的振動(dòng),四只壓電片產(chǎn)生電荷均可相互抵消。當(dāng)旋渦升力作用在傳感器(見圖8c) 時(shí), 只有下面兩只壓電片產(chǎn)生差動(dòng)電荷信號(hào)。
(3) 采用振動(dòng)應(yīng)力釋故結(jié)構(gòu), 減小振動(dòng)影響
在旋渦發(fā)生體固定基座與旋渦發(fā)生體3 之間,設(shè)一段剛性小的應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)2, 消除振動(dòng)影響。這段應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)像彈簧一樣把外部傳入振動(dòng)“ 吸收" , 從而減小旋渦發(fā)生體3 變形引起的應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)如圖9 所示。
3. 現(xiàn)場(chǎng)管道防振措施
盡管儀表采取了一系列防振設(shè)計(jì), 但對(duì)振動(dòng)較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng), 安裝時(shí)還要采取防振措施, 如在儀表上、下游附近安裝防振座、防振墊和管道緊固墩等。

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