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压缩空气流量计管道振动干扰及对策
点击次数:483 发布时间:2015-01-15

1.管道振动干扰的产生
涡街流量传感器直接装在路道上, 管道振动或与之相联的压缩机、风机等振动都可能对仪表造成干扰, 应力式、振动圆盘(或梭球) 式、静电电容式及应变式压缩空气流量计对振动都较敏感。不同检测方式对振动的方向敏感程度也不相同, 圆盘(或梭球) 对旋涡发生体轴向振动较敏感, 应力式、应变式和电容式对升力方向上的振动较敏感, 因此各种压缩空气流量计的防振措施也不尽相同。有防振要求的仪表, 在仪表的安装使用说明书中都提出具体要求和注意事项, 请用户在安装仪表时应尽可能满足。
2.仪表的防振设计
采用压电元件做敏感元件的应力式压缩空气流量计是受到重视的产品。目前各国厂商销售的商用仪表就有六种不同的型式, 其应用范围之广, 结构刑式之多样都为其他检测方法压缩空气流量计所不及。但无论哪种型式, 消除振动应力, 提高信噪比都是共同问题。这里谈谈几种应力-压电压缩空气流量计的防振设计问题。
(1) 简支梁结构防振设计
图5 是简支梁结构应力式压缩空气流量计, 旋涡发生体是上端固定, 下端简支的受力系统。随着旋涡分离(见图), 交变升力Fl. 同步地从两侧作用到发生体上(见图5b), 这个力学系统把反升力变成作用在压电元件3 上的交变应力, 压电敏感元件又把力转换成交变电荷信号。

另一方面, 当管道受振动力作用时, 这种振动力也会被传到旋涡发生体这个简支梁力学系统。无论振动力是什么方向, 它都可以分解成以旋涡发生体轴线为Z 轴的三个互相垂直的分力, 作用在压电敏感元件上。为了消除振动力的影响, 仪表在设计上采取如下措施。
① 压电敏感元件的电极分割如图6 所示, 沿着旋涡发生体的中性面, 把圆形压电片的银电极分割成两个对称的半圆, 分别处于中性面的两边。三个不同方向的振动力产生的电荷信号与极性如图6 所示。

a. 振动与流动方向垂直, 而与旋涡升力方向相同(见图6a), 在两电极上产生异性电荷, 与旋涡升力作用的效果相同, 也是zui不利的情况。
b.振动与旋涡发生体垂直而与流动方向相同,在压电元件两电极产生同性电荷(见图6 b), 可通过电极反并联和差分输入电荷放大器消除。
c.振动与旋涡发生体轴向相同(图6c中⑧丧示振动向纸里,O 表示振动向纸外), 在压电元件两电极上产生同性电荷, 用电极反并联和差分输人电荷放大器加以消除。
② 合理选择压电片封装位置, 消除升力方向上的振动干扰
图7 是立力式涡街流量训旋涡发生体的受力图。设流场和升力均匀对称分布, 为便于分析间题, 假定升力集中作用在旋涡发生的体形心B 点上, 而振动力可看作通过受力系统重心C 作用到简支梁系统( 见图c7 ), 从升力和振动力的弯矩分布图7b、c 可看出, 如把压电敏感元件放在振动弯矩的0 点上, 压电元件将不会受到振动力的作用, 这是压电元件的zui佳防振位置。
(2) 对称差动式传感器消除振动影响
根据振动干扰作用(见图5b)一与旋涡升力信号作用(见图8c) 不同特点, 用四只压电敏感元件构成旋涡传感器。传感器以安装法兰为中心, 两对反并联压电元件封装在上、下对称部位, 每对压电片又以传感器中性面为中心, 分置中性面两侧。
当外部振动作用到传感器时, 无论什么方向的振动,四只压电片产生电荷均可相互抵消。当旋涡升力作用在传感器(见图8c) 时, 只有下面两只压电片产生差动电荷信号。
(3) 采用振动应力释故结构, 减小振动影响
在旋涡发生体固定基座与旋涡发生体3 之间,设一段刚性小的应力释放结构2, 消除振动影响。这段应力释放结构像弹簧一样把外部传入振动“ 吸收" , 从而减小旋涡发生体3 变形引起的应力。这种结构如图9 所示。
3. 现场管道防振措施
尽管仪表采取了一系列防振设计, 但对振动较强的现场, 安装时还要采取防振措施, 如在仪表上、下游附近安装防振座、防振垫和管道紧固墩等。

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