基于加速度测量的涡街探头设计与实现

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国近代第－所大学＜ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８？５ｆｉ，４硕±学位论文化化化Ｗ控制科学与工程学科专业：ｊ！李霄作者姓名：指导教师：孙宏军副教授■＇；天津大学研究生院／２０１４年１２月：■．．．ｉＩ基于加速度测量的涡街探头设计与实现DesignandImplementationofVortexProbeBasedonMeasurementofAcceleration学科专业：控制科学与工程研究生：李霄指导

2、教师：孙宏军副教授天津大学电气与自动化工程学院二〇一四年十二月十二日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育一机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年２月／ｙ曰Ｍ１学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位

3、论文的规定。特授权天津大学可山、将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行、检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编［＾供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或化构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本提权说明）。寺／学位论文作者签名：＾导师签名：巧＼签字。ｌ巧日舰之叶年ｆ／ＳＨ签判期：刮午年月曰摘要摘要在石油化工等工业领域中，涡街流量计由于其自身诸多优点被被广泛运用。然而复杂的工业现场环境，加之涡街流量计基于流体振动原理使得其在实际运用中容易受到振动的干扰

4、，导致测量误差的产生。因此，本文为提高涡街流量计的抗振性能，从新型测量方式出发进行探头设计研究。对涡街流量计的工作原理进行了介绍说明，并对当前涡街流量计研究中关于抗振探头设计进行了简要叙述和对比，提出基于加速度测量的涡街探头设计思路，在此思路之上开展了如下研究工作：(1)通过实验方式证明振动载荷在管道上传播会发生扩散，即使单一方向的激振力在管道上传播一段距离后振动载荷在各个方向上都有分量。(2)通过在传统压电探头末端安装加速度计设计出基于加速度测量的涡街探头原型。并在天津大学气体管道振动装置上进行了实验，在不同轴向

5、信号中检测到了涡街信号、振动信号以及涡街振动混叠信号。(3)以传统压电探头结构为基础提出了适合加速度测量的探头结构。并对由探头抽象出的单端支固的悬臂梁结构进行了理论模态分析，求得其在涡街载荷方向模态频率和模态振型。(4)通过有限元分析软件对新型探头结构进行了模态分析，得到前十阶模态振型和模态频率，提出了通过模态参与因子识别涡街载荷方向模态振型和频率的方法，并对识别出的模态振型和频率与理论结果进行对比，证明有限元模态分析的正确性。(5)对不同厚度以及材质的探头组合进行模态分析，得到不同探头在涡街载荷方向一阶模态频率，

6、并分析了影响涡街探头模态频率的因素，提出了拓宽探头工作频带的有效方法。(6)为了模拟涡街载荷周期性作用于探头，使用模态叠加法对不同组合的探头进行谐响应分析。对探头在简谐压力载荷下末端位移进行了对比分析，找到能产生较大末端加速度的探头材料和结构。最终根据仿真结果设计制作了新式涡街探头并将加速度传感器小型化安装在探头内部，经过实验验证实现了一定优化效果。关键词：涡街探头加速度测量模态分析模态叠加法谐响应分析IABSTRACTABSTRACTVortexflowmeterhasmanyadvantages,andithas

7、beenwidelyusedinthepetro-chemicalandotherindustrialenvironments.Duetothecomplexityoftheworkenviron-ment,vortexflowmeter,whichissensitivetovibration,canbeinterferedbymechanicalvibrationandleadtomeasurementerror.Inordertosolvethisproblem,inthisarticle,thenewmeasu

8、rementmethodforvortexprobedesignarediscussed.Theresearchstatusofvortexflowmeterandworkingprincipleareintroduced.Throughthecomparisonbetweendifferentanti-vibrationvortexprobe,thenewme