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数字压缩空气流量计抗管道振动性能比较
点击次数:394 发布时间:2015-05-19

0 引言
压缩空气流量计因其介质适应性强、无可动部件、结构简单、可靠性高、压力损失小、使用寿命长等诸多优点,在许多行业得到了广泛的应用,具有良好的发展形势。而在管道振动的情况下,压缩空气流量计的应用就凸显出了它的不足:涡街信号的信噪比很低,有用信号几乎被噪声淹没。
许多学者及研究机构对压缩空气流量计的研究也主要是针对如何解决其振动噪声干扰下的测量问题 J。为了研究压缩空气流量计的抗管道振动性能,具有一定抗振性的数字压缩空气流量计,使其在相同的管道振动条件下,进行抗振性能的比较分析。
1 试验装置
本文研究的数字压缩空气流量计抗管道振动性能试验,是在以天津大学过程检测和控制实验室的气固两相流实验装置为基础,经过部分改造后的试验装置上进行的。
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,空气压缩机先将大气中的空气压缩打入稳压储气罐中,高温压缩空气经过冷干机冷却除湿后,得到的纯净气体先后流经气路总阀、气动调节阀、涡轮流量计(标准表)、数字压缩空气流量计(被校表)后,zui终通向大气。管道振动由振动台实现。本文选用的振动台,具有频率调节(1~400Hz)、简易调整加速度(<20g)、输出正弦类波形等功能,从而使设定频率下不同振动加速度的管道振动试验得以实现。
试验中对压缩空气流量计的流量校准采用标准表法,并加入压力补偿。标准表涡轮流量计的准确度为1% ,内径为50mm,流量范围为5~100m /h;2个压力变送器的准确度均为0.2% 。

整个试验装置由计算机系统实时控制处理,并对气动调节阀采用PID调节,以确保流量稳定,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 试验条件
为了分析管道振动对压缩空气流量计测量的影响,分别在5,7.5,11,15.5,20.5m/s等5个流速,施加竖直方向振动,振动频率40Hz,振动的加速度分别为0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3 试验结果分析
3.1 数字压缩空气流量计试验结果
将数字压缩空气流量计置于上述试验装置。将测量数据整理分析,绘制其不同加速度振动条件下仪表系数相对于无管道振动时仪表系数的相对误差曲线如图2所示。

由图2可知,在相同的振动加速度下不同流速对压缩空气流量计测量影响的程度是不同的。随着流速的升高,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以下2种情况:
1)管道振动加速度为0.05g,0.1g时,压缩空气流量计仪表系数相对误差随流速的升高而减小,zui终减小至零;2)管道振动加速度为0.2g,0.5g时,压缩空气流量计仪表系数相对误差随流速升高先增大后减小,zui终减小至零。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作用在旋涡发生体上的升力的检测进而获得涡街频率的,而作用在旋涡发生体上的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,易受到管道振动的干扰。当管道振动加速度为第1)种情况时,涡街信号幅值随流速升高而迅速增强,zui终能够抑制管道的振动信号使仪表系数相对误差减小至零;当管道振动加速度为第2)种情况时,在低流速下,检测到的信号完全是振动信号,以此固定的管道振动频率作为涡街的频率信号,得出的仪表系数当然随着流速的升高而减
小,仪表系数继续降低,相对误差增大,随着流速的升高,涡街信号幅度增大,信噪比相对提高时,相对误差随之减小。由测量数据可知,横河数字压缩空气流量计已将振动信号滤除,而较大的测量相对误差,是由于振动信号的倍频信号造成的。由此可见,数字压缩空气流量计还是能有效地从夹杂着振动噪声的信号中将真实的涡街信号辨识出来。试验数据见表1。
3.2 ABB数字压缩空气流量计试验结果
将数字压缩空气流量计置于上文所述试验装置,对其施加竖直方向的振动,条件与3.1节中完全相同,进行试验测试。
将测量数据整理分析,绘制其不同加速度振动下仪表系数相对于无管道振动时仪表系数的相对误差曲线如图3所示。

由测量数据可知,数字压缩空气流量计的设计方案能有效地滤除检测到的振动噪声,图中较大的相对误差是由振动信号的倍频信号导致,说明其后续信号处理并没有关心振动信号的倍频信号。试验数据见表2。
本文在相同振动条件下,对数字压缩空气流量计作抗振性能的比较试验。由试验结果看来,两种数字压缩空气流量计都具有一定的抗管道振动能力,但振动信号的倍频信号对测量的影响没有消除。

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