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  壓縮空氣流量計(jì)量目前的流量計(jì)，還是用一體化溫度壓力雙補(bǔ)償壓縮空氣流量計(jì)，下面分析下壓縮空氣流量計(jì)量管道振動(dòng)對(duì)流量計(jì)的影響
1、試驗(yàn)裝置
  圖1為氣體流量管道振動(dòng)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖。為避免氣體壓力波動(dòng), 1先將大氣中的空氣壓縮打入2中,經(jīng)3冷卻除濕后, 得到的純凈氣體先后流經(jīng)4、5、7、10后, 通向大氣。流量校準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法, 即由標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)測得的流量、表前壓力以及被測壓縮空氣流量計(jì)的表前壓力, 即可換算得到被測壓縮空氣流量計(jì)常壓下的體積流量(管路中氣體溫度變化很小忽略不計(jì))。研究對(duì)象10選用國內(nèi)普遍使用的應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì), 內(nèi)徑為50 mm, 流量范圍36 m3 /h～ 320 m3 /h;標(biāo)準(zhǔn)表渦輪流量計(jì)精度為1%, 內(nèi)徑50 mm, 流量范圍5 m3 /h～ 100m3 /h;壓力變送器精度均為2‰。

圖1　氣體流量管道振動(dòng)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖
1.空壓機(jī)　2.穩(wěn)壓罐　3.冷干機(jī)　4.總閥　5.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥6、9.壓力變送器　7.渦輪流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)表)　8.軟管 10.壓縮空氣流量計(jì)　11.振動(dòng)臺(tái)　12.測振儀管道振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備由11、12組成, 實(shí)物見圖2。11為激振設(shè)備由振動(dòng)臺(tái)體和控制器組成, 具有調(diào)頻(1 Hz～ 400 Hz)、定加速度(<20 g)/振幅、輸出正弦類波形等功能, 從而使不同加速度和頻率下的振動(dòng)試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。12為測振設(shè)備采用壓電式加速度傳感器準(zhǔn)確測量壓縮空氣流量計(jì)所在處管道振動(dòng)狀態(tài)。由于振動(dòng)臺(tái)為單自由度,僅能產(chǎn)生垂直方向(圖1中Y方向)管道振動(dòng), 為了實(shí)現(xiàn)水平方向(X方向)管道振動(dòng), 將壓縮空氣流量計(jì)旋轉(zhuǎn)90°水平安裝[如圖2(b)] , 此時(shí), 振動(dòng)臺(tái)再工作時(shí)其振動(dòng)方向相對(duì)于壓縮空氣流量計(jì)即實(shí)現(xiàn)了如圖1所示的X方向。當(dāng)管道振動(dòng)時(shí)為避免對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表產(chǎn)生影響, 在壓縮空氣流量計(jì)上游2.5 m(50D)處加裝軟管消除機(jī)械振動(dòng)。
整套試驗(yàn)裝置由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制處理, 對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用PID調(diào)節(jié)確保流量穩(wěn)定, 對(duì)渦街、渦輪流量計(jì)以及壓力變送器的輸出信號(hào)均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行采集及數(shù)據(jù)分析。

2、試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　在圖1試驗(yàn)裝置上, 流量35 m3 /h～ 145 m3 /h(裝置所能達(dá)到的常壓下的zui大流量)內(nèi), 分別在未施加和施加振動(dòng)、施加不同振動(dòng)加速度、頻率、方向的情況下, 對(duì)壓縮空氣流量計(jì)進(jìn)行了管道振動(dòng)試驗(yàn), 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果予以分析。
2.1　未施加管道振動(dòng)的試驗(yàn)
　　在無管道振動(dòng)情況下, 對(duì)壓縮空氣流量計(jì)進(jìn)行了5點(diǎn)實(shí)流試驗(yàn), 數(shù)據(jù)如表1。每個(gè)流量點(diǎn)每次檢定時(shí)間為30 s, 重復(fù)性、平均儀表系數(shù)和線性度均按照速度式流量計(jì)檢定規(guī)程中的公式計(jì)算。試驗(yàn)研究的應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)精度為1級(jí)。

2.2　不同管道振動(dòng)加速度的試驗(yàn)
　　為考察應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)對(duì)管道振動(dòng)加速度的抗振性能, 在垂直振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率為100 Hz、振動(dòng)加速度0.05 g～ 1 g情況下, 進(jìn)行了流量試驗(yàn)。將得到的5組試驗(yàn)數(shù)據(jù), 繪制出相應(yīng)的儀表系數(shù)隨流量變化曲線如圖3所示?？梢? 當(dāng)施加管道振動(dòng)后, 壓縮空氣流量計(jì)儀表系數(shù)隨流量及振動(dòng)加速度的不同變化很大。為了與無管道振動(dòng)時(shí)作比較, 圖4給出了不同振動(dòng)加速度下的儀表系數(shù)相對(duì)于無管道振動(dòng)時(shí)平均儀表系數(shù)的誤差曲線。

由圖4可知, 一方面, 同一振動(dòng)加速度下不同流量點(diǎn)對(duì)壓縮空氣流量計(jì)測量影響的程度不同。小流量時(shí)受管道振動(dòng)影響劇烈, 輸出脈沖即為管道振動(dòng)頻率, 如圖335 m3 /h處儀表系數(shù)集中在一點(diǎn)。隨著流量增加, 壓縮空氣流量計(jì)受管道振動(dòng)影響根據(jù)振動(dòng)加速度的不同可分為三種:(1)管道振動(dòng)加速度為0.05 g、0.1 g、0.2 g時(shí), 儀表系數(shù)誤差隨流量增加而減小直至為零;(2)管道振動(dòng)加速度為0.5 g時(shí), 儀表系數(shù)誤差隨流量增加先變大后減小但未減至零;(3)管道振動(dòng)加速度為1 g時(shí), 儀表系數(shù)誤差隨流量增加而變大zui后趨于平穩(wěn)。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因在于, 應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)是利用壓電探頭對(duì)交替地作用在其上的升力的檢測、獲得渦街頻率的,而升力與被測流體的密度和流速平方成正比。小流量時(shí)升力幅值小, 易受管道振動(dòng)干擾、有用信號(hào)被淹沒,只能檢測到振動(dòng)信號(hào), 故儀表系數(shù)集中在一點(diǎn)。隨著流量增加, 升力幅值成平方倍增長, 而管道振動(dòng)加速度不變即振動(dòng)幅值不變, 故壓電探頭檢測到的混合信號(hào)中渦街有用信號(hào)逐漸顯露出來。當(dāng)管道振動(dòng)加速度為第(1)種情況時(shí), 渦街信號(hào)幅值隨流量增加而迅速增強(qiáng), zui終抑制振動(dòng)信號(hào)使儀表系數(shù)誤差減小至零;當(dāng)管道振動(dòng)加速度為第(2)種情況時(shí), 由于振動(dòng)信號(hào)幅值較強(qiáng), 渦街信號(hào)隨流量增加雖然有大幅提升, 但仍無法*有效地抑制振動(dòng)信號(hào), 儀表系數(shù)誤差有減小但不能減至零;但當(dāng)管道振動(dòng)加速度為第(3)種情況時(shí), 由于振動(dòng)干擾幅值遠(yuǎn)大于渦街信號(hào)幅值, 所以儀表系數(shù)誤差很大, 但是, 渦街信號(hào)幅值隨流量增加成平方倍增長仍會(huì)對(duì)管道振動(dòng)信號(hào)起到一定抑制作用, 所以儀表系數(shù)誤差zui后趨于平穩(wěn)。
另一方面, 除流量下限外, 相同流量下壓縮空氣流量計(jì)儀表系數(shù)誤差隨振動(dòng)加速度的增加而增大, 這是由于振動(dòng)加速度的增加導(dǎo)致振動(dòng)干擾幅值變大, 對(duì)壓縮空氣流量計(jì)信號(hào)輸出必然造成惡劣的影響。
按照前文擬定的管道抗振標(biāo)準(zhǔn), 此應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)在管道振動(dòng)頻率為100 Hz時(shí), 垂直方向抗振加速度僅為0.05 g。
2.3　不同管道振動(dòng)頻率的試驗(yàn)
為了研究管道振動(dòng)頻率變化對(duì)壓縮空氣流量計(jì)測量的影響, 將頻率分別調(diào)整為40 Hz、200 Hz后, 重新進(jìn)行了2.2試驗(yàn), 得到了圖5所示不同振動(dòng)加速度下儀表系數(shù)誤差變化曲線。
將圖4、5作對(duì)比發(fā)現(xiàn), 無論管道振動(dòng)頻率如何變化, 在同一振動(dòng)加速度下, 儀表系數(shù)誤差隨流量變化的趨勢(shì)類似。但是, 當(dāng)管道振動(dòng)頻率變化時(shí), 相同振動(dòng)加速度下壓縮空氣流量計(jì)儀表系數(shù)誤差會(huì)隨管道振動(dòng)頻率增大而減小。這是因?yàn)? 一方面壓縮空氣流量計(jì)信號(hào)處理電路中含有放大和低通濾波環(huán)節(jié), 對(duì)40 Hz振動(dòng)干擾無法濾除且有放大功能。另一方面, 由于壓縮空氣流量計(jì)輸出脈沖與流速成正比、檢測旋渦的升力與流速平方和被測流體的密度成正比, 所以在小流量時(shí), 渦街流量傳感器信號(hào)頻率低且幅值小, 受低頻的管道振動(dòng)干擾影響嚴(yán)重, 輸出脈沖誤差大;隨著流量增加, 渦街流量傳感器信號(hào)頻率變大且幅值增強(qiáng), 受低頻的管道振動(dòng)干擾影響減弱, 輸出脈沖也隨之誤差變小。
綜合圖4、5可知, 對(duì)于應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)來說, 垂直方向上的抗振性能均較差。當(dāng)管道振動(dòng)頻率為40Hz、100 Hz時(shí), 抗管道振動(dòng)加速度為0.05 g;當(dāng)管道振動(dòng)頻率為200 Hz時(shí), 抗管道振動(dòng)加速度為0.1 g。

2.4　不同管道振動(dòng)方向的試驗(yàn)
為了比較不同方向管道振動(dòng)對(duì)壓縮空氣流量計(jì)測量的影響, 在水平方向管道振動(dòng)條件下, 重新進(jìn)行試驗(yàn), 得到了管道振動(dòng)頻率分別為40 Hz、100 Hz、200 Hz, 振動(dòng)加速度分別為0.05 g、0.1 g、0.2 g、0.5 g、1 g時(shí), 渦街儀表系數(shù)誤差隨流量變化的曲線, 如圖6所示。通過水平方向管道振動(dòng)與垂直方向試驗(yàn)結(jié)果作比較, 發(fā)現(xiàn)兩種情況下, 管道振動(dòng)頻率和振動(dòng)加速度對(duì)儀表系數(shù)誤差的影響趨勢(shì)類似;但是, 水平方向較之垂直方向儀表系數(shù)誤差更小, 抗振性能更好。依據(jù)擬定的抗振標(biāo)準(zhǔn), 將此應(yīng)力式壓縮空氣流量計(jì)在不同振動(dòng)方向上,抗管道振動(dòng)性能小結(jié)如表2。