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双钝体涡街流量计流体振动特性研究

时间:2018/03/11来源:未知

摘   要:涡街流量计测量应用广泛,但小流量信噪比低、抗干扰性能差。本论文提出以双钝体组合强化流体振动,从而降低涡街流量计的计量下限,提高其抗干扰性能。通过实验研究获得了优化的双钝体组合,表明双钝体组合能达到强化流体振动和提高流量计信噪比的目的。
1、引言:
  涡街流量计是 70 年代发展起来的一种流体振动的流量计。它利用旋涡脱离诱发流体振动的原理实现流量的计量,
其主要特点是无运动部件,因此不必考虑流体中杂质对流量计的物理损害,极大的拓展了精密流量计的应用范围;而且有良好的线性度、较大的量程和很强的介质适应性,可用于不同流体的稳态和瞬态流量的计量;此外,它还有具有压力损失小、可靠性高、维护方便和不受流体组成、密度、温度、压力影响等优点,是测量气体、液体、蒸汽、混合型和腐蚀性流体的理想的流量计。 
  但是涡街流量计有两个主要缺陷,一是小流量信噪比低,二是抗干扰性能差。针对这些问题本文提出以双钝体组合结构强化流体振动和以差动式传感器抑制共模干扰信号的方法来降低流量计的计量下限,提高流量计的抗振性能。并通过试验研究证明双钝体涡街流量计的信噪比和抗干扰性能有明显改善。
 
2、实验装置:
  双钝体涡街流量计实验装置原理图,如图 1 所示。真空泵在流量计两端产生压差,使外界大气流过流量计。流量的大小通过音速喷嘴控制。检测信号由数据采集卡采集到后送入计算机进行分析。 

3、实验中用到的流量:
  气体从流量脉动信号发生器出来后流入音速喷嘴流量测定装置,该音速喷嘴流量测定装置实际上就是一个已经标定好的音速喷嘴流量计,它使用的喷嘴是由浙江省天信仪表有限企业生产的临界流文丘利喷嘴,共有五个不同口径的喷嘴,流过每一个喷嘴的流量是固定的,所以此装置能标定 31种流量。该音速喷嘴流量测定装置上使用的五个临界流文丘利喷嘴都通过了中国计量科学研究院的检定。实验中用到的几个流量组合,如表 1 所示。 
表 1  流量组合实验数据
表 1  流量组合实验数据 
图  1   实验装置原理图

图  1   实验装置原理图 

4、实验结果与分析:
  试验结果如图 2~4 所示。图 2 是涡街信号幅值和两个钝体之间的距离之间的关系。当钝体之间的距离在 47mm 左右时,信号具有***大的幅值。图 3 是单钝体和双钝体两种情况下信号幅值之间的比较,应用双钝体组合信号幅值明显增大。图 4 是单钝体和双钝体两种情况下得到的信号波形比较,可以看出,使用双钝体组合可以得到更加理想的信号波形。图 5 比较了单钝体和双钝体两种情况下信号频率随流量变化的线性度,可以看出在小流量时使用双钝体组合可使线性度得到的改善。 
图  2   信号幅值和钝体距离之间的关系  图  3   单双钝体信号幅值比较 图  4   单双钝体信号波形比较  图  5   单双钝体信号线性度比较
图  2   信号幅值和钝体距离之间的关系  图  3   单双钝体信号幅值比较 图  4   单双钝体信号波形比较  图  5   单双钝体信号线性度比较 

5、结论:
  实验分析和与单钝体结构相比较,表明利用双钝体组合结构可以大大强化流体振动强度。在本实验中,信号强度***大增加到单钝体的 3.5 倍,而且波形明显改善。
  使用涡街流量计测量极大的扩展了精密流量计的测量范围,而且其线性度好,测量简单,量程大。但是,如何解决涡街流量计在小流量时线性度和抗干扰差的问题,将对涡街流量计的发展起到至关重要的作用。本文提出以双钝体组合强化流场振动,以差动式传感器抑制共模干扰信号,为降低涡街流量计计量下限和提高涡街流量计的抗干扰性能找到了一条切实可行的方法。 

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