0引言
近年(nián)來，振動測(ce)量技術得(dé)以在航空(kōng)、航天、電子(zǐ)、船舶等多(duo)領👉域🚩發✊展(zhǎn)和應用，呈(cheng)現出良好(hao)的發展态(tai)勢，也因此(cǐ)成爲了學(xue)者們争相(xiang)研究的熱(re)點話題。振(zhèn)動測量技(jì)術是運用(yòng)現代檢測(cè)手段實現(xian)對機械結(jie)構振💚動的(de)檢測♊，測量(liang)其流體的(de)振動頻率(lǜ)，進而确定(ding)流體🚶♀️在管(guǎn)道中流速(su)與流量，而(ér)渦街流量(liàng)計正是一(yi)種基于振(zhèn)動測量原(yuán)理的流量(liang)測量儀表(biǎo)，其主👉要用(yong)來測量渦(wō)街流體在(zai)管道中産(chan)生的旋渦(wo)頻率，是♻️依(yi)據🌂流體❗振(zhèn)動頻率與(yu)流速之間(jian)的比例關(guan)系的原理(li)來工作的(de)。渦街流量(liang)計應用過(guo)程中需要(yào)利用振動(dòng)檢測技術(shù)，将振動量(liang)轉🌈化爲相(xiàng)對應的電(diàn)荷量，并将(jiang)電荷量轉(zhuǎn)化爲電壓(yā)量，而電荷(hé)放大器在(zài)這🌈其中起(qi)了關☔鍵💛性(xìng)作用，由此(ci)也成了本(ben)文的研究(jiū)重🐕點，爲了(le)提升渦街(jie)流量計的(de)測量精度(dù)。
1振動測量(liang)内容介紹(shào)
振動測量(liang)技術是一(yī)種現代常(cháng)用的流量(liang)測量方法(fǎ)之一，其依(yī)據振動測(ce)量基本原(yuan)理對機械(xiè)結構振動(dong)進行檢測(ce)，并将㊙️振動(dòng)運動量轉(zhuǎn)化爲與之(zhi)成一定比(bi)例的電學(xué)或是其它(ta)易于觀察(cha)、分析和處(chù)理的物理(li)信号，最後(hou)通過對該(gāi)信号頻率(lǜ)的計算分(fèn)析，獲取機(jī)械振動結(jie)構的振動(dong)特性，從而(er)實現對機(ji)械設備振(zhèn)🤞動的測量(liàng)。
振動測量(liang)可根據結(jié)構振動的(de)類型，将儀(yi)器設備的(de)振動信号(hào)分🌈爲兩類(lèi):确定性振(zhen)動和随機(jī)振動，本文(wen)所研究渦(wō)街流㊙️量計(jì)中流體所(suo)引起的振(zhèn)動，是其中(zhōng)的确定性(xing)振動，利用(yòng)振動傳感(gǎn)器實現振(zhèn)動信号的(de)采集，對流(liu)🤞體的振動(dòng)頻率進行(háng)測量，從而(ér)可以推算(suan)出流體的(de)流🔞量與速(su)度。該基于(yú)振動測量(liàng)技術原理(li)的渦街流(liu)量⚽計目前(qian)已經被廣(guǎng)泛用于氣(qi)體、液體和(he)蒸汽流量(liàng)♍的測量💜。同(tóng)時，渦街流(liú)量計對于(yú)振動測量(liang)來🐉說是檢(jiǎn)測流體振(zhèn)動的特征(zhēng)參數，在具(jù)體的測量(liàng)過程中可(kě)采用的方(fang)法🌈有三類(lèi):機械量法(fǎ)、光測法和(he)🔞電測法，本(ben)文所研究(jiū)的渦街流(liú)量計中的(de)振動測量(liang)🧡技術采用(yong)的是電測(cè)法，運用振(zhèn)動測量傳(chuán)感器獲取(qǔ)機械振動(dong)信号,并将(jiang)其轉化成(chéng)電💃🏻信号，通(tong)過電荷放(fàng)大器進行(hang)調理放大(da)，進而确定(dìng)流💃體在管(guǎn)道中流速(su)與流量。
2振(zhèn)動測量系(xì)統的構成(chéng)
根據上述(shù)内容可知(zhī)，本文振動(dòng)測量系統(tǒng)研究中采(cǎi)用的是電(diàn)測法，這是(shì)振動測量(liàng)中常用方(fang)法，與光測(ce)法和機械(xie)法比較而(ér)言，該⭐方法(fa)具有使用(yong)頻率範圍(wei)寬，動态範(fàn)圍廣，測量(liàng)靈敏度高(gāo)等優勢，而(ér)且電測法(fa)能夠适用(yong)于不同的(de)🌈測振傳感(gan)器，而信号(hao)♊也便于被(bèi)🐆記錄、處理(lǐ)和♻️傳送。由(you)此，本文中(zhōng)的振動測(ce)量系統主(zhǔ)要由:振動(dòng)傳感器、電(dian)荷放大器(qi)、信号分析(xī)儀等構成(chéng)，如圖1所示(shì)。
2．1振動測量(liàng)傳感器
振(zhen)動測量傳(chuán)感器是獲(huo)取振動信(xìn)息的重要(yào)裝置，是振(zhèn)動測🥰量系(xi)統的核心(xin)部分，其種(zhǒng)類很多，在(zai)具體的🏃🏻♂️應(yīng)用測量中(zhong)應結合不(bu)同🏃的測量(liang)方法和目(mù)的選用不(bú)同的傳感(gan)器，以保證(zhèng)測量效果(guǒ)。現代振動(dòng)測量傳🐅感(gǎn)器完全改(gai)變了傳統(tong)的獨立🍉機(ji)械測量裝(zhuāng)置，已經成(cheng)爲整個振(zhen)動測量系(xi)統的一個(ge)重要組成(chéng)部分，用來(lai)檢測位移(yi)、速✌️度、加速(su)度、頻率和(he)相位，而且(qiě)還與電荷(hé)放大器等(deng)相關電子(zi)線☀️路存在(zai)密💋切相關(guān)性。
同時，振(zhen)動測量傳(chuán)感其在機(jī)電變換原(yuan)理方面存(cún)在差異✔️性(xing)📧，輸出的電(dian)量形式并(bing)不相同，一(yi)般會将機(ji)械量的振(zhen)動信号轉(zhuǎn)化爲電阻(zu)、電感等電(dian)參數的變(bian)化，而且要(yào)設置專有(yǒu)的測量路(lù)線以便針(zhen)對不同的(de)機電變化(huà)原理，将傳(chuan)感器的輸(shu)出電量轉(zhuan)化成爲後(hou)續顯示、記(ji)錄、分♌析儀(yí)所接受的(de)電信号形(xíng)❓式。
2．2電荷放(fang)大器
電荷(hé)放大器能(néng)夠将傳感(gan)器輸出的(de)微弱電荷(hé)信号❌轉🤟化(hua)爲放大的(de)電壓信号(hào)，同時又能(neng)夠将傳感(gǎn)器的高阻(zǔ)抗輸出轉(zhuǎn)換成低阻(zu)抗輸出，并(bìng)成功驅動(dong)後續電路(lù)。同時，在振(zhèn)動測量中(zhōng)，鑒于振動(dong)傳感器在(zài)特性📐上呈(cheng)現出的差(chà)異性，測量(liàng)參數涉及(ji)位移🐇、速度(dù)以及加速(su)度，而且這(zhe)些被測振(zhèn)🐅動量的峰(fēng)值、振動頻(pín)率、周期和(hé)相位差等(děng)相關參數(shu)也應該包(bāo)含其中，由(you)此，爲了使(shǐ)測量參數(shu)能夠以最(zui)佳的方式(shi)獲得，在振(zhèn)動傳感器(qì)與信号分(fèn)析儀🙇♀️之間(jian)需要設置(zhì)電荷放大(dà)器以實現(xiàn)對位移、速(su)度和加速(sù)度等不同(tóng)電荷量信(xìn)号的放大(dà)，并将其轉(zhuǎn)化成電壓(yā)🔞或是電流(liu)信号。
2．3振動(dong)信号分析(xi)儀
振動信(xìn)号分析儀(yi)能夠顯示(shi)振動的測(cè)量參數“加(jiā)速度，速度(du)，位移值”，現(xiàn)場數據采(cai)集及分析(xī)功能，還可(ke)以正确診(zhěn)斷(如:不平(píng)衡，不對中(zhong)，機械松動(dòng)，軸承故障(zhang)，齒輪箱故(gù)♊障)引起的(de)振動過大(dà)，指出故障(zhàng)發生的位(wei)置及損壞(huài)程度，從而(ér)全面的掌(zhǎng)握機器設(she)備的運行(háng)狀況及發(fa)展趨勢。
3渦(wō)街流量計(jì)的工作原(yuán)理
本文渦(wō)街流量計(jì)是基于”卡(kǎ)門渦街“原(yuán)理而發展(zhan)而來的一(yī)種流量測(ce)量儀器，其(qí)利用流體(tǐ)振動原理(li)實現流量(liàng)的測量。渦(wo)街流量計(jì)是在流體(ti)的垂直流(liú)向上安裝(zhuāng)✂️一根或是(shì)多跟非流(liú)線型旋渦(wō)發生體，在(zài)流🔞體的流(liú)速達到特(te)定比值時(shí)，會在阻流(liú)體的兩側(cè)各自釋放(fàng)分離🔴出兩(liang)串規則的(de)旋轉方向(xiàng)相反的旋(xuan)渦，而且在(zài)一定的一(yi)定雷諾數(shu)範圍内流(liú)體的振✊動(dòng)頻率與流(liu)速💃🏻成相關(guan)性，運用振(zhèn)動檢測🔅技(ji)術檢測旋(xuan)渦分💞離頻(pin)率就能夠(gòu)推算出流(liú)體的平均(jun)流速和流(liu)量，具體的(de)工作原理(lǐ)如圖2所示(shì)。
當前(qian)，渦街流量(liàng)計已經成(chéng)爲主要流(liu)量測量儀(yí)器之一，因(yin)其測量💰可(kě)靠性好，測(cè)量範圍寬(kuān)而被廣泛(fan)應用于石(shi)油、化工、發(fā)電等領域(yù)，在對液體(tǐ)、氣體、蒸汽(qi)的流量計(ji)量及檢測(cè)和控制方(fang)面呈現良(liang)好🈲的利用(yong)價值。然而(er)，因爲渦街(jiē)流量計是(shì)利用振動(dong)測量技術(shù)實現流體(ti)測量的，其(qí)較易受到(dào)外界的幹(gàn)擾，影響了(le)其測量精(jing)度;同時，由(you)于渦街傳(chuán)感器傳輸(shū)的信号微(wēi)弱，在噪聲(sheng)的影響下(xià)小流量測(cè)量受限。爲(wei)了保證渦(wō)街流量計(jì)的測量精(jīng)度，應💯充分(fen)地利用振(zhèn)動檢測技(jì)術，并減小(xiǎo)電荷放大(dà)電路的噪(zao)聲，從而提(tí)高其應用(yòng)性能。
4振動(dòng)檢測技術(shu)在渦街流(liu)量計中的(de)應用
4．1渦街(jiē)流量計流(liu)體振動檢(jiǎn)測
渦街流(liu)量計采用(yong)的是上述(shu)振動測量(liang)技術實現(xian)流🔆體檢測(cè)的，對于渦(wo)街流量計(ji)的振動檢(jiǎn)測而言，其(qi)隻需檢測(cè)流體振動(dòng)的🌈特征參(cān)數，也即流(liú)體在具體(ti)應用管道(dào)🐆中産生的(de)旋渦頻率(lü)即可實現(xian)🍉振動測量(liang)獲取振動(dong)測量信号(hao)。當前，渦街(jiē)流量計中(zhōng)應用的振(zhèn)動檢測方(fang)式可采用(yòng):壓電式和(he)電容式，壓(ya)電式是通(tong)過交替旋(xuán)渦導緻的(de)壓力脈動(dong)使其檢測(cè)元件壓電(dian)晶體産生(shēng)電脈沖來(lai)進行檢測(cè)的，而電容(rong)式的檢測(ce)元件🌈是電(dian)容，其通過(guo)旋🐆渦産生(sheng)的壓差促(cù)使電容量(liàng)改變差值(zhí)來😍實現振(zhen)動測量，其(qi)中壓電元(yuán)件在響應(yīng)速度，以及(jí)其不易受(shou)流體密度(du)、粘度和溫(wēn)度的影響(xiǎng)，具有良好(hao)的穩定性(xing)，由此得以(yǐ)🍓在渦街流(liu)量計中廣(guǎng)泛應用。渦(wo)街流量計(ji)流體振動(dòng)檢測具體(tǐ)如圖3所示(shì)。
本(běn)文渦街流(liú)量計振動(dòng)測量系統(tǒng)中的壓電(diàn)式傳感器(qi)的輸出的(de)微弱電信(xìn)号，同上述(shu)振動測量(liàng)系統一樣(yàng)需⚽要将💋電(diàn)荷信号經(jīng)過高輸入(rù)阻抗的前(qian)置放大器(qi)的阻🥰抗交(jiao)換之後，才(cai)能夠将借(jie)助于放大(da)檢波電💃路(lù)将傳感♈器(qi)信号傳輸(shu)到顯示儀(yi)表或實現(xiàn)遠程傳輸(shu)，這一過程(chéng)🏃都是依據(ju)振動檢測(cè)的相關原(yuan)理和技👄術(shù)來完成的(de)。
4．2渦街流量(liàng)計傳感器(qì)
渦街流量(liang)計傳感器(qi)采用壓電(dian)傳感器，該(gāi)傳感器測(ce)量效率高(gāo)👌，可不用直(zhi)接接觸測(ce)量介質就(jiu)能實現流(liú)體測量，通(tong)常運用壓(yā)電元♌件的(de)應力檢測(ce)方法來進(jìn)行振動頻(pín)率的測量(liàng)，具體操作(zuo)過程是♋将(jiang)有漩渦産(chan)生的交替(tì)變化的壓(yā)力轉化爲(wei)🔞壓電傳感(gǎn)👅器電荷信(xìn)号，電荷信(xìn)号的變化(hua)頻率📱與旋(xuán)渦脫落頻(pín)率相同，經(jing)過電子線(xian)路處理後(hou)的交變電(dian)荷轉化成(cheng)旋渦🎯頻率(lǜ)，因旋渦頻(pin)率與流體(tǐ)流量成正(zhèng)相關性，由(you)此也就得(dé)到了流體(tǐ)流量。利用(yòng)壓電晶體(tǐ)元件進行(hang)旋渦分離(lí)頻率的檢(jian)測，在柱體(ti)後部兩側(cè)🔆實現旋渦(wō)的交🌏替分(fen)🌈離，從而促(cu)使壓力脈(mò)動的産生(shēng)，經安裝在(zài)主體候補(bu)尾流中順(shùn)的探頭檢(jian)測到交變(biàn)力，并使得(dé)位于探頭(tou)✊内部的壓(yā)電晶體元(yuán)件在交變(bian)力的壓力(lì)作用下産(chǎn)生變電荷(hé)，交變電荷(hé)信号在被(bèi)檢測放大(dà)器處理或(huò)數字信号(hao)處理後，輸(shu)出頻率信(xin)号，或是轉(zhuan)化成與流(liú)👌量成比例(li)的4～20mA直流标(biāo)準信号輸(shu)出。
4．3渦街流(liú)量計放大(da)電路
渦街(jie)流量計中(zhong)傳感器所(suǒ)輸出的電(dian)壓信号，需(xu)要放大電(dian)路✨将其放(fàng)大并對信(xìn)号進行處(chù)理，利用振(zhèn)動測量技(ji)術的測量(liang)電路關鍵(jiàn)在于前置(zhi)放大器的(de)設置，其不(bu)僅🌈能夠将(jiang)💁傳感器的(de)輸出信号(hao)從👌高阻抗(kang)變爲低阻(zu)抗，還能夠(gou)将傳感器(qì)微弱的電(diàn)信号進行(hang)放大👉。前置(zhi)放大電路(lu)可采用電(diàn)壓放大器(qi)或♻️是用帶(dài)電融反饋(kuì)的電荷放(fàng)大器，本文(wen)采用❄️電荷(hé)放大器作(zuò)爲渦街流(liu)量計的轉(zhuǎn)換✌️裝置，放(fàng)大、濾波、整(zhěng)💞形後變成(cheng)頻率與流(liú)速成正比(bǐ)的脈沖信(xin)号，然後進(jìn)行計數處(chù)理得到流(liu)量信🏃🏻♂️号，以(yi)此來提高(gao)渦街流量(liang)計的抗幹(gàn)擾能力。
5結(jié)語
機械振(zhèn)動是一種(zhong)常見的現(xian)象，其直接(jiē)影響着機(jī)器精度和(hé)正常♊運轉(zhuǎn)，而通過機(ji)械振動原(yuán)理發展而(er)來的振動(dòng)測量技術(shu)則是工業(yè)控制和生(sheng)産中的重(zhòng)要内容之(zhī)一，尤其與(yu)渦街流量(liang)計中的振(zhèn)動檢測原(yuan)理存在衆(zhōng)多相通處(chù)，爲振動檢(jian)測技術在(zài)渦街流量(liàng)計🆚中的應(yīng)用提供了(le)可能性，由(you)此，本文針(zhēn)對渦街流(liú)量🏃♂️計中振(zhèn)動檢測技(jì)術的應用(yong)具♋有重要(yao)的理論意(yì)義和使用(yòng)價值，并能(néng)夠推動渦(wo)街流量計(jì)的不斷創(chuang)新發展提(tí)供相關依(yi)據。
以上内(nei)容來源于(yú)網絡，如有(you)侵權請聯(lian)系即删除(chu)!
