常州市瑞明儀表廠
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閱讀：8發(fā)布時間：2026-7-14
旋進旋渦流量計對稱信號差分處理抗振動干擾實驗
旋進旋渦流量計是近些年來才廣泛應(yīng)用的新技術(shù)流量計，它通過測量流體在流量計內(nèi)部的旋進旋渦進動效應(yīng)的高沖頻率計算流量。該流量計主要特點是無活動部件，線性測量范圍寬，有很好的耐腐蝕性。對測量介質(zhì)的適應(yīng)性廣，可廣泛應(yīng)用于氣體、液體等介質(zhì)的計量。旋進旋渦流量計本身存在一個缺點，即抗干擾能力差。如果待測系統(tǒng)中存在振動、噪聲、壓力***動等干擾，就會引起測量系統(tǒng)誤差的增大，造成計量誤差，所以提高它的抗振性顯得更為重要。目前，旋進旋渦流量計的抗振措施主要有以下三種：
1）從源頭消除。該方法要求旋進旋渦流量計必須嚴格按照安裝要求進行安裝。遠離能產(chǎn)生干擾的底部件，例如：壓機、分離器、調(diào)壓閥、大小頭匯管及彎頭等，以避免振動及噪聲。保持流量計安裝位置前后直管段內(nèi)壁光滑，管道平直，表前直管段長度不小于10d，表后直管段長度不小5d。同時須保證被測流體是單相流體，不含其他雜質(zhì)。
2）用數(shù)字信號處理法（DSP）處理流量傳感器的信號。該方法就是對當前廣泛采用的從信號采集、放大、濾波、整形、到計數(shù)流程的提升，以求準確地將頻率信息從含管道振動和流場不穩(wěn)定等干擾中提取出來，提升流量計測量精度，達到工況要求。
3）對稱信號差分處理。本方法主要解決***動壓力差導(dǎo)致的蘇州華陸旋進旋渦流量計的測量信號質(zhì)量問題。在1991年為了降低旋進旋渦流量計量程下限，HeinRichs用集成差分傳感器做了相應(yīng)的實驗研究。2000年傅新等人用流體力學仿真法研究旋進旋渦流量計的流場特性，提出通過差分處理法改善對稱信號抗干擾性的思路。2002年后彭杰綱等人實驗研究了流場干擾對旋進旋渦進動效應(yīng)的*影響，發(fā)現(xiàn)旋進旋渦效應(yīng)的***動壓力與流體***動產(chǎn)生的壓力線性迭加現(xiàn)象，流場***動干擾使測量傳感器輸出信號主頻移動的現(xiàn)象；通過分析旋進旋渦有效信號和***動干擾信號的相位，發(fā)現(xiàn)軸對稱方向的旋進旋渦有效信號相位差接近180°，流體***動干擾信號相位差接近0°；基于相位判別法和仿真結(jié)果，提出蘇州華陸旋進旋渦流量計抗流場***動干擾的方法。
將對稱信號差分處理，能消除流體***動的干擾，但是對稱安裝的傳感器的位置和距離因素，導(dǎo)致其不能消除管道振動干擾。本文就消除管道振動方面進行了實驗研究。在同側(cè)沿軸向安裝兩個傳感器，而且保證安裝距離盡可能小，其中一個檢測流體***動和管道振動信號，另一個只檢測管道振動，將測得的信號做差分處理，可以消除各種類型的管道振動。
1 旋進旋渦流量計的工作原理
如圖1所示，旋渦發(fā)生體與流量計殼體固結(jié)安裝，其作用是使流入流量計內(nèi)腔的流體旋轉(zhuǎn)起來，旋轉(zhuǎn)速度的切向分量仍然會使流體沿內(nèi)腔軸線向前移動。流體的旋轉(zhuǎn)和軸向運動復(fù)合就產(chǎn)生連續(xù)的旋渦流，渦核在中心位置，被外圍的環(huán)流包裹。在收縮段流體流速處于加速狀態(tài)，渦核直徑迅速變小，而旋渦強度增強。當流體流經(jīng)擴散段時，旋渦速度降低，環(huán)流壓力回升，此時渦核壓力***，在壓力差的作用下發(fā)生了回流現(xiàn)象?；亓魇剐郎u流偏離前進方向作類似陀螺的運動，此時旋渦的運動可分解為三部分：旋渦繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)、旋渦軸線繞主流軸線的旋轉(zhuǎn)、旋渦沿主流方向的前進運動。旋渦流進動效應(yīng)發(fā)生在擴大段且貼近流量計殼體內(nèi)壁面，進動頻率與流速呈線性關(guān)系，旋渦進動頻率可以定性反映流速和體積流量的大小，經(jīng)過標定后的流量計可以定量測量流體的體積流量。
2 管道振動干擾對旋進旋渦流量計測量*影響實驗研究
2.1 實驗測試系統(tǒng)
實驗流體為氣體，系統(tǒng)安裝在音速噴嘴流量標定裝置上，由5個部分組成，如圖2所示。管道振動模擬裝置，用于在實驗室里模擬管道在工況下的振動；實驗表體；流量標定裝置，選用音速噴嘴流量標定裝置；壓差產(chǎn)生裝置，通過真空泵產(chǎn)生負壓，入口和出口之間產(chǎn)生一個壓差，形成小型風洞；信號采集、放大及顯示系統(tǒng)，信號經(jīng)兩放大后在示波器上顯示波形，示波器的型號為RIGOLDS5022ME，帶寬為25MHz，實時采樣率為1GSa/s。
2.2 實驗條件
實驗所用的傳感器是直徑為7mm壓電式壓力傳感器，其共振響應(yīng)頻率很，可以忽略傳感器共振給實驗的*影響。實驗介質(zhì)為空氣，實驗時的瞬時流量固定為21.8m3/h，管道內(nèi)徑為DN50。為了滿足安裝要求并得到充分發(fā)展的湍流，入口直管道長度為流量標定裝置的直管長度3000mm（>>10d），出口直管長度為500mm（>5d）。
3 實驗結(jié)果及討論
為了充分顯示管道振動對蘇州華陸旋進旋渦流量計采集信號的*影響，針對管道的振動特性、流場中復(fù)合信號特性、流場中復(fù)合信號差分特性3個方面分別進行了實驗研究。
如圖3所示，在管道同側(cè)沿軸向安裝兩個壓電傳感器，左側(cè)傳感器a埋在流量計殼體中，不與流體接觸，只檢測管道的振動信號；右側(cè)傳感器b與流體有接觸，檢測的信號包含管道振動信號和流體***動干擾信號、旋進旋渦的有效信號等。信號采集之后將右側(cè)傳感器b的信號與左側(cè)傳感器a的信號作差分處理。
3.1 管道振動特性實驗（管道中流體瞬時流量為21.8m3/h）
由于傳感器a不與流體接觸，故所采集的信號與流量無關(guān)（如圖4），傳感器a采集的信號主要是管道的振動（如圖5）。
3.2 流場中復(fù)合特性實驗（管道中流體瞬時流量為21.8m3/h）
傳感器b所采集的信號包含有旋進旋渦有效信號（圖6、圖7中FFT的一個尖峰），流體***動干擾信號（圖6、圖7中FFT第二個尖峰），管道振動信號（圖7中FFT第三個尖峰）。
3.3 流場中復(fù)合信號差分的特性實驗（管道中流體瞬時流量為21.8m3/h）
經(jīng)過差分后，圖8、圖9中FFT一個尖峰所代表的旋進旋渦有效信號得到明顯加強，圖5和圖7中351Hz的管道振動干擾信號被消除。由于傳感器a的信號不包含管道中流體的***動干擾信號，故差分后也不能消除管道中流體***動干擾，在圖9中仍然存在流體***動干擾信號（FFT中第二個尖峰）。
采用同側(cè)軸向并排安裝雙傳感器差分法可以消除管道的振動干擾信號，但不能消除管道中流體***動干擾信號，雙傳感器的安裝位置與安裝距離有待進一步實驗研究。在軸對稱位置加裝另***組傳感器用來同時消除管道中流體***動干擾和管道振動干擾的方法有待實驗驗證。
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