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管道振动对压缩空气流量计量的影响
点击次数:593 发布时间:2015-03-19

  压缩空气流量计量目前zui理想的流量计,还是用一体化温度压力双补偿压缩空气流量计,下面分析下压缩空气流量计量管道振动对流量计的影响
1、试验装置
  图1为气体流量管道振动试验装置结构图。为避免气体压力波动, 1先将大气中的空气压缩打入2中,经3冷却除湿后, 得到的纯净气体先后流经4、5、7、10后, 通向大气。流量校准采用标准表法, 即由标准涡轮流量计测得的流量、表前压力以及被测压缩空气流量计的表前压力, 即可换算得到被测压缩空气流量计常压下的体积流量(管路中气体温度变化很小忽略不计)。研究对象10选用国内普遍使用的应力式压缩空气流量计, 内径为50 mm, 流量范围36 m3 /h~ 320 m3 /h;标准表涡轮流量计精度为1%, 内径50 mm, 流量范围5 m3 /h~ 100m3 /h;压力变送器精度均为2‰。

图1 气体流量管道振动试验装置结构图
1.空压机 2.稳压罐 3.冷干机 4.总阀 5.气动调节阀6、9.压力变送器 7.涡轮流量计(标准表) 8.软管 10.压缩空气流量计 11.振动台 12.测振仪管道振动试验设备由11、12组成, 实物见图2。11为激振设备由振动台体和控制器组成, 具有调频(1 Hz~ 400 Hz)、定加速度(<20 g)/振幅、输出正弦类波形等功能, 从而使不同加速度和频率下的振动试验得以实现。12为测振设备采用压电式加速度传感器准确测量压缩空气流量计所在处管道振动状态。由于振动台为单自由度,仅能产生垂直方向(图1中Y方向)管道振动, 为了实现水平方向(X方向)管道振动, 将压缩空气流量计旋转90°水平安装[如图2(b)] , 此时, 振动台再工作时其振动方向相对于压缩空气流量计即实现了如图1所示的X方向。当管道振动时为避免对标准表产生影响, 在压缩空气流量计上游2.5 m(50D)处加装软管消除机械振动。
整套试验装置由计算机系统实时控制处理, 对气动调节阀采用PID调节确保流量稳定, 对涡街、涡轮流量计以及压力变送器的输出信号均由计算机系统进行采集及数据分析。

2、试验结果与分析
  在图1试验装置上, 流量35 m3 /h~ 145 m3 /h(装置所能达到的常压下的zui大流量)内, 分别在未施加和施加振动、施加不同振动加速度、频率、方向的情况下, 对压缩空气流量计进行了管道振动试验, 对试验结果予以分析。
2.1 未施加管道振动的试验
  在无管道振动情况下, 对压缩空气流量计进行了5点实流试验, 数据如表1。每个流量点每次检定时间为30 s, 重复性、平均仪表系数和线性度均按照速度式流量计检定规程中的公式计算。试验研究的应力式压缩空气流量计精度为1级。

2.2 不同管道振动加速度的试验
  为考察应力式压缩空气流量计对管道振动加速度的抗振性能, 在垂直振动方向、振动频率为100 Hz、振动加速度0.05 g~ 1 g情况下, 进行了流量试验。将得到的5组试验数据, 绘制出相应的仪表系数随流量变化曲线如图3所示。可见, 当施加管道振动后, 压缩空气流量计仪表系数随流量及振动加速度的不同变化很大。为了与无管道振动时作比较, 图4给出了不同振动加速度下的仪表系数相对于无管道振动时平均仪表系数的误差曲线。

由图4可知, 一方面, 同一振动加速度下不同流量点对压缩空气流量计测量影响的程度不同。小流量时受管道振动影响剧烈, 输出脉冲即为管道振动频率, 如图335 m3 /h处仪表系数集中在一点。随着流量增加, 压缩空气流量计受管道振动影响根据振动加速度的不同可分为三种:(1)管道振动加速度为0.05 g、0.1 g、0.2 g时, 仪表系数误差随流量增加而减小直至为零;(2)管道振动加速度为0.5 g时, 仪表系数误差随流量增加先变大后减小但未减至零;(3)管道振动加速度为1 g时, 仪表系数误差随流量增加而变大zui后趋于平稳。出现上述现象的原因在于, 应力式压缩空气流量计是利用压电探头对交替地作用在其上的升力的检测、获得涡街频率的,而升力与被测流体的密度和流速平方成正比。小流量时升力幅值小, 易受管道振动干扰、有用信号被淹没,只能检测到振动信号, 故仪表系数集中在一点。随着流量增加, 升力幅值成平方倍增长, 而管道振动加速度不变即振动幅值不变, 故压电探头检测到的混合信号中涡街有用信号逐渐显露出来。当管道振动加速度为第(1)种情况时, 涡街信号幅值随流量增加而迅速增强, zui终抑制振动信号使仪表系数误差减小至零;当管道振动加速度为第(2)种情况时, 由于振动信号幅值较强, 涡街信号随流量增加虽然有大幅提升, 但仍无法完全有效地抑制振动信号, 仪表系数误差有减小但不能减至零;但当管道振动加速度为第(3)种情况时, 由于振动干扰幅值远大于涡街信号幅值, 所以仪表系数误差很大, 但是, 涡街信号幅值随流量增加成平方倍增长仍会对管道振动信号起到一定抑制作用, 所以仪表系数误差zui后趋于平稳。
另一方面, 除流量下限外, 相同流量下压缩空气流量计仪表系数误差随振动加速度的增加而增大, 这是由于振动加速度的增加导致振动干扰幅值变大, 对压缩空气流量计信号输出必然造成恶劣的影响。
按照前文拟定的管道抗振标准, 此应力式压缩空气流量计在管道振动频率为100 Hz时, 垂直方向抗振加速度仅为0.05 g。
2.3 不同管道振动频率的试验
为了研究管道振动频率变化对压缩空气流量计测量的影响, 将频率分别调整为40 Hz、200 Hz后, 重新进行了2.2试验, 得到了图5所示不同振动加速度下仪表系数误差变化曲线。
将图4、5作对比发现, 无论管道振动频率如何变化, 在同一振动加速度下, 仪表系数误差随流量变化的趋势类似。但是, 当管道振动频率变化时, 相同振动加速度下压缩空气流量计仪表系数误差会随管道振动频率增大而减小。这是因为, 一方面压缩空气流量计信号处理电路中含有放大和低通滤波环节, 对40 Hz振动干扰无法滤除且有放大功能。另一方面, 由于压缩空气流量计输出脉冲与流速成正比、检测旋涡的升力与流速平方和被测流体的密度成正比, 所以在小流量时, 涡街流量传感器信号频率低且幅值小, 受低频的管道振动干扰影响严重, 输出脉冲误差大;随着流量增加, 涡街流量传感器信号频率变大且幅值增强, 受低频的管道振动干扰影响减弱, 输出脉冲也随之误差变小。
综合图4、5可知, 对于应力式压缩空气流量计来说, 垂直方向上的抗振性能均较差。当管道振动频率为40Hz、100 Hz时, 抗管道振动加速度为0.05 g;当管道振动频率为200 Hz时, 抗管道振动加速度为0.1 g。

2.4 不同管道振动方向的试验
为了比较不同方向管道振动对压缩空气流量计测量的影响, 在水平方向管道振动条件下, 重新进行试验, 得到了管道振动频率分别为40 Hz、100 Hz、200 Hz, 振动加速度分别为0.05 g、0.1 g、0.2 g、0.5 g、1 g时, 涡街仪表系数误差随流量变化的曲线, 如图6所示。通过水平方向管道振动与垂直方向试验结果作比较, 发现两种情况下, 管道振动频率和振动加速度对仪表系数误差的影响趋势类似;但是, 水平方向较之垂直方向仪表系数误差更小, 抗振性能更好。依据拟定的抗振标准, 将此应力式压缩空气流量计在不同振动方向上,抗管道振动性能小结如表2。

 

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