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0 引言
壓縮空氣流量計(jì)因其介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)可動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、壓力損失小、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展形勢(shì)。而在管道振動(dòng)的情況下，壓縮空氣流量計(jì)的應(yīng)用就凸顯出了它的不足：渦街信號(hào)的信噪比很低，有用信號(hào)幾乎被噪聲淹沒(méi)。
許多學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)對(duì)壓縮空氣流量計(jì)的研究也主要是針對(duì)如何解決其振動(dòng)噪聲干擾下的測(cè)量問(wèn)題 J。為了研究壓縮空氣流量計(jì)的抗管道振動(dòng)性能，具有一定抗振性的數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)，使其在相同的管道振動(dòng)條件下，進(jìn)行抗振性能的比較分析。
1 試驗(yàn)裝置
本文研究的數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)抗管道振動(dòng)性能試驗(yàn)，是在以天津大學(xué)過(guò)程檢測(cè)和控制實(shí)驗(yàn)室的氣固兩相流實(shí)驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)部分改造后的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行的。
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)，空氣壓縮機(jī)先將大氣中的空氣壓縮打入穩(wěn)壓儲(chǔ)氣罐中，高溫壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷干機(jī)冷卻除濕后，得到的純凈氣體先后流經(jīng)氣路總閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)表)、數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)(被校表)后，zui終通向大氣。管道振動(dòng)由振動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)。本文選用的振動(dòng)臺(tái)，具有頻率調(diào)節(jié)(1～400Hz)、簡(jiǎn)易調(diào)整加速度(<20g)、輸出正弦類波形等功能，從而使設(shè)定頻率下不同振動(dòng)加速度的管道振動(dòng)試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。
試驗(yàn)中對(duì)壓縮空氣流量計(jì)的流量校準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，并加入壓力補(bǔ)償。標(biāo)準(zhǔn)表渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度為1％ ，內(nèi)徑為50mm，流量范圍為5～100m ／h；2個(gè)壓力變送器的準(zhǔn)確度均為0．2％ 。

整個(gè)試驗(yàn)裝置由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制處理，并對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用PID調(diào)節(jié)，以確保流量穩(wěn)定，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)條件
為了分析管道振動(dòng)對(duì)壓縮空氣流量計(jì)測(cè)量的影響，分別在5，7．5，11，15．5，20．5m／s等5個(gè)流速，施加豎直方向振動(dòng)，振動(dòng)頻率40Hz，振動(dòng)的加速度分別為0．05g，0．1g，0．2g，0．5g。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
3．1 數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)試驗(yàn)結(jié)果
將數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)置于上述試驗(yàn)裝置。將測(cè)量數(shù)據(jù)整理分析，繪制其不同加速度振動(dòng)條件下儀表系數(shù)相對(duì)于無(wú)管道振動(dòng)時(shí)儀表系數(shù)的相對(duì)誤差曲線如圖2所示。

由圖2可知，在相同的振動(dòng)加速度下不同流速對(duì)壓縮空氣流量計(jì)測(cè)量影響的程度是不同的。隨著流速的升高，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以下2種情況：
1)管道振動(dòng)加速度為0．05g，0．1g時(shí)，壓縮空氣流量計(jì)儀表系數(shù)相對(duì)誤差隨流速的升高而減小，zui終減小至零；2)管道振動(dòng)加速度為0．2g，0．5g時(shí)，壓縮空氣流量計(jì)儀表系數(shù)相對(duì)誤差隨流速升高先增大后減小，zui終減小至零。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)交替作用在旋渦發(fā)生體上的升力的檢測(cè)進(jìn)而獲得渦街頻率的，而作用在旋渦發(fā)生體上的升力與被測(cè)流體的密度和流速平方成正比。
小流量時(shí)升力幅值小，易受到管道振動(dòng)的干擾。當(dāng)管道振動(dòng)加速度為第1)種情況時(shí)，渦街信號(hào)幅值隨流速升高而迅速增強(qiáng)，zui終能夠抑制管道的振動(dòng)信號(hào)使儀表系數(shù)相對(duì)誤差減小至零；當(dāng)管道振動(dòng)加速度為第2)種情況時(shí)，在低流速下，檢測(cè)到的信號(hào)*是振動(dòng)信號(hào)，以此固定的管道振動(dòng)頻率作為渦街的頻率信號(hào)，得出的儀表系數(shù)當(dāng)然隨著流速的升高而減
小，儀表系數(shù)繼續(xù)降低，相對(duì)誤差增大，隨著流速的升高，渦街信號(hào)幅度增大，信噪比相對(duì)提高時(shí)，相對(duì)誤差隨之減小。由測(cè)量數(shù)據(jù)可知，橫河數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)已將振動(dòng)信號(hào)濾除，而較大的測(cè)量相對(duì)誤差，是由于振動(dòng)信號(hào)的倍頻信號(hào)造成的。由此可見(jiàn)，數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)還是能有效地從夾雜著振動(dòng)噪聲的信號(hào)中將真實(shí)的渦街信號(hào)辨識(shí)出來(lái)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
3．2 ABB數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)試驗(yàn)結(jié)果
將數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)置于上文所述試驗(yàn)裝置，對(duì)其施加豎直方向的振動(dòng)，條件與3．1節(jié)中*相同，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。
將測(cè)量數(shù)據(jù)整理分析，繪制其不同加速度振動(dòng)下儀表系數(shù)相對(duì)于無(wú)管道振動(dòng)時(shí)儀表系數(shù)的相對(duì)誤差曲線如圖3所示。

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知，數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)的設(shè)計(jì)方案能有效地濾除檢測(cè)到的振動(dòng)噪聲，圖中較大的相對(duì)誤差是由振動(dòng)信號(hào)的倍頻信號(hào)導(dǎo)致，說(shuō)明其后續(xù)信號(hào)處理并沒(méi)有關(guān)心振動(dòng)信號(hào)的倍頻信號(hào)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
本文在相同振動(dòng)條件下，對(duì)數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)作抗振性能的比較試驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，兩種數(shù)字壓縮空氣流量計(jì)都具有一定的抗管道振動(dòng)能力，但振動(dòng)信號(hào)的倍頻信號(hào)對(duì)測(cè)量的影響沒(méi)有消除。