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        電磁流量計

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        電磁流量計的適配器形狀對應力的影響

        來源:作者:發表時間:2020-05-26 08:29:53

         摘要:在電磁流量計中,適配器用于連接傳感器部分和變送器部分。在一體式電磁流量計中,由于電磁流量計的變送器部分比較重,在運輸過程中或者管道發生振動的時候,要求適配器能夠抵抗此時振動所產生的應力。適配器的結構形式直接影響了應力的分布,選擇適當的適配器結構,能夠極大地降低應力的分布,從而降低適配器斷裂的風險。

         
              電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電性液體體積的儀表,由于具有無壓損、可以測量較寬的流量范圍、測量液體與溫度無關以及成本比較低的優勢,所以現在已經被廣泛用于各種行業。從安裝形式看,電磁流量計主要分為遠程式電磁流量計和一體式電磁流量計。其中對于極其惡劣的工況,比如高腐蝕和高溫的環境,客戶一般定制一體式不銹鋼電磁流量計。但是一體式不銹鋼電磁流量計的變送器外殼材料也采用不銹鋼,所以變送器比較重,在運輸過程中或者管道發生振動的時候,會導致變送器與傳感器的連接部分的應力較大,如果應力大于材料的屈服應力,極有可能會導致變送器和傳感器的連接部分發生斷裂。流量計的結構抗振性由多方面因素決定,其中一個重要的因素就是適配器的結構,不同的適配器結構會產生不同的應力效果。
         
        一、電磁流量計適配器結構分析
              電磁流量計主要由傳感器和變送器組成,傳感器的外殼通常采用碳鋼或者不銹鋼材料,也有部分廠家采用了鋁合金材料,在這里我們只針對于不銹鋼材料的外殼進行分析。從安裝形式看,電磁流量計分為遠程式安裝和一體式結構安裝,一體式的電磁流量計的變送器直接安裝在傳感器上,那么適配器具體是指用于連接傳感器和變送器的部分。一般適配器是焊接到傳感器的外殼上,適配器與傳感器外殼的連接結構大多分為兩種,一種為圓形結構,一種為長方形結構。在市面上常見的幾種國際品牌的電磁流量計中,西門子電磁流量計為圓形的適配器,科隆電磁流量計為圓形的適配器,羅斯蒙特電磁流量計為圓形結構的適配器和長方形結構的適配器。
         
        二、電磁流量計適配器結構比較
              下面通過ANSYS(有限元分析軟件)仿真程序來去驗證在同等的情況下哪一種形狀產生的應力更小。由于在驗證的時候所采用的變送器和傳感器外殼一致,所以在仿真模型的處理上,不用對整個電磁流量計進行處理,只需要對局部進行仿真驗證。由于電磁流量計所應用的區域位于具有較低振動的管道,所以在測試電磁流量計的時候,基于IEC61298-3-2008國際電工委員會標準規范,選擇了2G的正弦掃頻振動,其基本要求如下:掃頻頻率范圍為10-57.5Hz,正弦掃頻振動,**大振幅0.15mm,掃頻速度0.5oct/min;掃頻頻率范圍為57.5-1000Hz,正弦掃頻振動,**大峰值加速度為2G,掃頻速度0.5oct/min。仿真程序步驟如下:
         
              很好,模型建立,利用三維軟件Pro/E所建立的三維模型導入到ANSYSWorkebench(協同仿真平臺)中,模型建立的時候僅僅選擇傳感器的中間部分外殼和適配器。
              第二,靜應力分析,用于分析僅僅施加重力加速度時的應力分布。
              第三,模態分析,用于查找共振的各個頻率以及共振的模態。
              第四,諧響應分析,用于分析在共振情況下的應力分布情況,判定出**惡劣的振動方向。
              圓形的適配器是焊接到傳感器外殼上的,在這里只是截取部分外殼進行分析,選擇了適配器與傳感器外殼的連接區域,在共振的時候,其應力**大,**大應力為327MPa。長方形的適配器同樣也是焊接到傳感器外殼上,所分析的部分同圓形的適配器是一致的,在共振的時候,應力**大,其**大應力為1700MPa,**大應力產生在長方形的角上,極其容易發生應力集中。
              對于共振頻率的分析,由于其選擇模型的部分只為局部模型,所以仿真的共振頻率是與實際不完全符合的,但是其趨勢一致。圓形適配器結構**大應力對應的共振頻率為287.3Hz,長方形適配器結構**大應力對應的共振頻率為70.2Hz。
         
        三、結語
              通過上面的ANSYS仿真分析,在同等情況下,適配器形狀對于應力的分布有著很大的影響,圓形的適配器在應力分布上更加均勻,同時也不容易產生應力集中,應力的峰值也比較小。此外,圓形的適配器的共振頻率遠遠高于方形的適配器結構,說明圓形的適配器的結構更加不容易發生共振。綜上所述,在發生沖擊的時候,圓形適配器的結構抵抗沖擊性會更強,破裂風險會更低,所以在設計適配器的時候,在不影響其他方面的情況下,建議采用圓形的適配器結構,避免選擇長方形或者方形的適配器。
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