涡街流量测量中一种振动信号识别方法的研究.pdf

《涡街流量测量中一种振动信号识别方法的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第５期孙宏军等．涡街流量测量中一种振动信号识别方法的研究４８３涡街流量测量中一种振动信号识别方法的研究孙宏军李霄（天津大学电气与自动化工程学院，天津３０００７２）摘要基于流体振动原理的涡街流量计对振动干扰尤为敏感，为解决振动问题对涡街流量计发展的影响，通过实验证明了管道振动方向的多样性，同时基于涡街载荷方向的单一性提出了通过方向区分振动信号和涡街信号的新思路。为验证这一思路，将ＭＥＭＳ加速度计安装在探头末端，在振动条件下采集实验信号。实验结果证实：加速度计在３个方向上检测到了不同的信号，通过不同方向的加速度信号能够对涡街信号和振动信号进行

2、有效区分。关键词涡街流量计管道振动信号识别ＭＥＭＳ加速度计中图分类号ＴＨ８１４文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０５-０４８３-０５涡街流量计基于卡门涡街原理。当流体通过半，使两个探头信号相位差１８０°，同时感受相同漩涡发生体后，在发生体两侧产生交替脱落的漩的振动干扰信号，两信号相减，使涡街信号增强一［５］涡列并向下游移动。通过测量与流速成正比的频倍而使混叠的振动信号相互抵消；双压电元件率信号即可得到当前流速。在涡街流量计的设计放置在悬臂梁式探头的圆柱体腔内，并关于法兰［６］过程中，振动、电磁干扰及低流速测量等问题一直上下

3、对称制成三线共地涡街探头；菱形探头设［１］阻碍着其发展和应用。计，检测探头扭矩，探头管道内部分设计成菱形，目前，主要的涡街信号检测方式有热丝式、电管道两侧的漩涡分别作用在菱形探头的前后锲容式、应力式、差压式和超声式，其中效果最好、应面，使其产生扭矩。压电晶体按照检测扭矩的方用最广泛的为应力式和差压式。由于动态响应频式安装，振动信号不产生扭矩，从而实现纯涡街信［７］率限制，差压式检测方式在流量超过一定值后会号检测。［２］出现信号强度失真现象，限制了其在工业生产１识别涡街测量中振动信号的方法中的应用。应力式检测方式在信号稳定性、频率从文献可以

4、看出，当前涡街探头的抗振设计测量、信号幅值上较其他检测方式有很大的优主要还是以信号补偿和进行数字处理为主，这些［３］势。但是其对外界振动和流体的流动状态特别方法理论上效果很好，但在实际应用中，由于探头敏感，如管道振动、管道流体的冲击力以及由于流制作工艺水品不高，无法达到设计原理中的对称量的变化产生的随机脉动压力等干扰，都会对流结构或压电元件的对称安装要求，致使补偿效果量的测量产生很大的影响。因此抗振问题成为提不佳；或者由于振动问题本身较为复杂，某种方法高涡街流量计性能的关键，也成为涡街流量计在只能从某个方面降低振动干扰影响。这一系列问实际

5、应用中的突出问题。题使得上述方法实际运用效果与理论差距甚远。当前，国内外学者为解决涡街流量计抗振问事实上，振动载荷在频率、作用位置和方向上题做出了广泛而深入的研究，就探头抗振结构方都与涡街信号有着显著的差别。因此，从振动载面有如下研究：选择在梁结构的振动弯矩零点处荷作用在传感器的机理上进行区分有着重要意粘贴压电陶瓷来检测涡街信号；使用悬臂梁结构，义。笔者从振动载荷与涡街载荷作用方向的差异在探头内和管道外贴装两对压电元件，用管道外出发，提出区分振动干扰和涡街信号的新思路，即压电元件检测到的振动信号去补偿探头内压电元通过测量加速度来获取涡街频

6、率信号和振动干［４］件检测到的涡街振动混合信号；双探头内置于管道中，两个探头之间距离为同列涡街距离的一收稿日期：２０１５-０４-０８（修改稿）４８４化工自动化及仪表第４２卷扰，并通过实验验证此方法的可行性，揭示其解决３个方向的加速度值（图３）来分析振动状态。抗振问题的潜力。１．１实验装置为模拟管道振动，建立如图１所示的基于电磁振动台的负压法气体管道振动装置。管道末端连接离心风机从管道中抽气，保证实验管段微负压。ＰＣ机通过ＲＳ４８５总线连接，控制变频器来调节风机转速从而改变管道内的气体流速。实验暂不要求精确的流量控制，所以整个系统流量控制为

7、开环。气体流量通过气体涡轮流量计读取（精３度１％，口径５０ｍｍ，流量测量范围５～１００ｍ／ｈ）。图２实验管段在振动台上安装方式实验管段口径Ｄ＝５０ｍｍ，仪表上游直管段长２０Ｄ，下游长１０Ｄ，实验管段和仪表通过夹具固定在振动台上。为了防止实验管段的振动影响标准表，实验管段和下游管段采用软管连接。整个振动台系统以闭环控制方式运行，可输出正弦、随机及脉冲等不同形式、不同强度的激振力。图１基于电磁振动台的负压法气体管道振动装置１．２管道振动的基本现象在提出新的检测方式之前，先讨论一个关于管道振动的基本现象。工业现场的振动情况十分复杂，振动形式、幅

8、度、频率还有方向都不唯一，尤其是振动方向。工业现场的振源多为风机及空压机等机械设备，这些设备的振动方向至少是在某个二维平面内变化的；同时，工业管道的质量分布不均匀也会导致振动在其上传递过程中会