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提高涡街流量计抗震性能的有效措施

发表时间:2020-03-30
涡街流量计自70年代初问世以来,由于其量程范围宽,压力损失小,介质适应性强,安装方便等优点,很快在全世界得到推广应用。尤其在80年代后,压电应力式祸街流量计的出现,是涡街流量计发展的一次重大进步,使涡街流量计的优良性能得到更充分的体现。但也使一个老问题变得更加突出,这就是涡街流量计的抗振问题,由于涡街流量计本质上是一种流体振荡型流量计,因此它对外界振动特别感,压电应力式涡街流量计因压电晶体埋设在传感器内部,它不仅可以感受到传感器受到的涡街力,同样也会感受到传感器所受到的其它力,如管道传递的振动力、管道流体的冲击力等。这些外界振动力和涡街力混在一起,对涡街信号形成振动噪声于扰,使流量测量精度降低,尤其在管道内介质流速低,被测介质密度小的情况下,振动信号有可能将涡街信号完全淹没使仪表无法正常工作。因此应力式涡街流量计的振动于扰是一个不可忽视的问题,也是目前迫切需要解决的难题。
 
1.涡街流量计的基本抗振措施
图1是简支梁结构应力式涡街流量计。
旋涡发生体是上端固定,下端简支的受力系统,随着旋涡的分离,交变升力F1同步地从两侧作用到发生体上,这个力学系统把反升力变成作用在压电元件3的交变应力,压电元件又把交变应力转换成交变电荷信号,另方面,当管道受振动力作用时,这种振动力同样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渴发生体轴线为Z轴的三个互相垂直的分力,作用在压电晶体上。为了消除振动力的影响,传感器在设计上采取如下措施。
 
1.1压电晶体的电极分割
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2所示。
(1)振动方向与流动方向垂直,而与能涡升力方面(见图2a),在两电极上产生异性电荷,与旋涡升力作用的效果相同,这是不利的状况。
(2)振动方向与旋满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(见图2b),可通过电扱反并联和差分输入电荷放大器消除。
(3)振动方向与旋涡发生体轴向相同
(图2c),振动向纸里,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入电荷放大器加以消除。
1.2合理选择E电片的封装位量,消除升力方向的振动干扰
图3是应力式涡街流量计发生体的受力图。设流场和升力均匀对称分布。为便于分析问题,假设升力集中作用在旋涡发生体的体形心B点上,而振动力则可看作通过受力系统重心C作用到简支力梁系统上(图3c),从升力和振动力的弯矩分布图3b、3c中可以看出,如把压电片放在振动弯矩的O点上,压电元件将不会受到振动力的作用,此点就是压电元件的ZUI佳抗振位置。
 
以上措施可以削弱振动所产生的影响,但由于安装位置的偏差或压电品体两个半圆不对称的缘故,这种影响不可能完全消除,动干扰会同流量信号叠加一起输出,虽然在转换器电路内,设计了滤波器,但如果干扰的频谱恰好落在流量信号的频率范同之内,则滤波器不起作用,这时振动干扰将会对测量结果发生较大影响。为此大家进行了理论探讨和大量的试验研究,结果表明,增加补偿压电晶体片,构成双片压电传感器是提高压电应力式涡街流量计抗振性能的有效方法。
 

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