双探头涡街流量计抗振机理研究与实现

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1、双探头涡街流量计抗振机理研究与实现ResearchandRealizationofAnti-VibrationMechanismofVortexFlowmeterwithDoubleProbe学科专业：控制科学与工程作者姓名：耿飞指导教师：孙宏军副教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十二月摘要涡街流量计是一种基于卡门涡街原理的流量仪表，由于自身的诸多优点得到了广泛应用。卡门涡街源于流体振动，因此涡街流量计易受振动的干扰而影响测量精度。工业现场通常都会存在机械振动，为进一步满足工业生产的需要，本课题在研究管道振动特性的基础上提出

2、一种双探头传感器结构，对此展开了如下工作：（1）进行管道振动的理论分析。首先，根据实际的工业生产环境分析管道振动的来源并确定管道的主要振动形式为周期振动激励下的强迫振动。然后，通过建立和求解管道振动微分方程分析了周期振动激励下管道的振动特性及其影响因素。最后，分析了管道共振的产生原因及流-固耦合对管道振动的影响。（2）进行管道振动实验。利用三轴加速度计测量管道的振动情况，明确了管道振动的特点。对管道固有频率、气柱固有频率以及流-固耦合对管道振动的影响程度进行了实验分析，并结合现场环境给出了考虑相关因素的建议。（3）完成双探头机械结构的设

3、计，利用FCTVT430涡街信号处理芯片搭建了硬件处理系统并给出软件实现方法。对探头材料的抗振性能进行了实验比对，选择抗振性能更好的压电晶体作为敏感材料。（4）对DN50的双探头涡街流量进行性能测试。在纯流量、纯振动、振动加流量三种实验条件下该流量计均表现出良好的性能，能够抵抗0.8g-20Hz及以上频率的管道振动。关键词：涡街流量计，管道振动分析，抗振，双探头传感器，加速度测量IABSTRACTVortexflowmeterisakindinstrumentbasedontheKarmanvortexstreet.Vortexflow

4、meterhasmanyadvantagesandhasbeenwidelyused.Karmanvortexstreetcomesfromfluidvibration,sothevortexflowmeterissusceptibletovibrationinterference,whichcanreducetheaccuracyofthevortexflowmeter.Generally,thereismechanicalvibrationontheindustrialenvironment.Inordertomeettheneed

5、sofindustrialproduction,astructureofdoubleprobesensorisputforward,basedonthecharacteristicsofthepipevibration.Themaincompletedworksareasfollowed:(1)Theoreticalanalysisofpipevibration.Firstly,thesourceofpipevibrationisanalyzedaccordingtotheactualindustrialenvironment;thev

6、ibrationtypeofthepipeisdeterminedastheforcedvibrationundertheperiodicexcitation.Then,byestablishingandsolvingthedifferentialequationofpipevibration,thevibrationcharacteristicsandfactorsareanalyzed.Finally,thereasonofpiperesonanceandtheeffectofflow-solidcouplingonpipevibr

7、ationareanalyzed.(2)Experimentofpipevibration.Thevibrationofpipeismeasuredbythree-axisaccelerometer.Thecharacteristicsofpipevibrationisclarified.Theinfluencedegreeofthenaturalfrequencyofthepipe,theinherentfrequencyofthegascolumnandthefluid-solidcouplingonthepipelinevibra

8、tionareexperimentallyanalyzed,andthesuggestionsofconsideringtherelevantfactorsaregivenaccordingtotheind