光纤涡街流量计的原理与结构设计
涡街流量计工作原理与结构
涡街流量计工作原理与构造1.工作原理在流体中设置旋涡发生体〔阻流体〕，从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1 所示。
旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。
设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U,旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D,依据卡曼涡街原理，有如下关系式f=SrU1/d=SrU/md〔1〕式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；Sr--斯特劳哈尔数；m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比m = 1- 4 [ l-COT)2 + 曲气管壁xWWWWWX wwwwwx \ \\\\\\\\\\\ \\\\ \ \\\\\\\\w图1 卡曼涡街管道内体积流量qv 为qv= n D2U/4=n D2mdf/4Sr(2)K=f/qv=[ n D2md/4Sr]-1 (3)测定弔能范園0.3 ■ 藉度保证范圉0.2 ■ 0 1 ■ +式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3 ( P/m3K 除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。
斯 特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体外形及雷诺数有关，图 2 所示为圆柱 状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。
由图可见，在ReD=2<104 7X 106 范围内，Sr 可视为常数，这是仪表正常工作范围。
当测量气体流量 时，VSF 的流量计算式为pTn En f pin 2n’一 ⑷图 2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线式中 qVn, qV--分别为标准状态下(0oC 或 20oC, 101.325kPa )和工况下 的体积流量，m3/h ;Pn, P--分别为标准状态下和工况下确实定压力，Pa ；Tn , T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K ;Zn ，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
由上式可见，VSF 输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响， 即仪表系数在肯定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的外形尺寸等有关。
涡街流量计的原理
涡街流量计的原理涡街流量计是一种常用的流量测量仪器，它利用了涡街效应原理来测量管道中的流体流量。
在涡街流量计中，流体通过一个装有固定间距的稳定涡街发生器的管道，当流体通过时，会形成交替的涡街。
涡街效应是流体通过障碍物时，产生的一系列交替旋涡，这是由于流体在障碍物两侧产生的压力差异和简化流体动力学的结果。
在涡街流量计中，涡街产生器常常是一个金属片，通常是一个V字形或类似的形状。
当流体通过涡街产生器时，它会产生交替的涡旋，涡旋的频率与流体流动的速度有关。
涡街流量计的关键部分是传感器，传感器是一种能够检测流体中涡旋的存在并将其转换为电信号的装置。
传感器通常使用霍尔效应或光电效应来感应由涡旋引起的运动。
当涡旋通过传感器时，传感器会产生一个脉冲信号，其频率与涡旋的频率成正比。
涡街流量计的工作原理是基于一个简单的关系，即涡旋的频率与流体的速度成正比。
由于流经管道的流体流量与流体速度有直接的关系，因此可以通过测量涡旋的频率来计算流体流量。
涡街流量计的传感器将涡旋的频率转换为电信号，并通过计算和显示设备进行处理，最终将流体流量显示出来。
涡街流量计的优点是具有较高的测量精度和稳定性。
由于涡旋的频率与流体速度成正比，而流体速度与流量成正比，因此可以通过测量涡旋的频率来间接测量流体流量。
此外，由于涡街流量计没有活动部件，因此相对其他类型的流量计来说更加耐用和可靠。
然而，涡街流量计也有一些限制。
首先，流体中的污染物和颗粒物可能会对涡旋的形成和传感器的工作产生干扰，从而影响测量的准确性。
另外，涡街流量计对于低速流体的测量不太准确，因为在低速情况下，涡旋的频率较低，可能会造成测量误差。
为了提高涡街流量计的测量精度和可靠性，可以采取一些措施。
首先，定期清洗和维护涡街流量计，以确保其正常工作和准确测量。
其次，可以使用滤网或阀门来减少流体中的污染物和颗粒物对涡旋和传感器的干扰。
此外，对于低速流体的测量，可以使用专门设计的涡街流量计，以提高测量的准确性。
涡街流量计的工作原理
涡街流量计的工作原理
涡街流量计是一种常用的流体流量测量仪表，其工作原理基于涡街效应。
涡街流量计由涡街传感器和处理器组成。
涡街传感器通常由一个铺有许多细小片状金属的固定支撑板和一个固定的箱体组成。
当流体通过涡街流量计时，流体会通过涡街传感器内部的棱柱型流速腔体。
流体在通过腔体时，会产生周期性地形成脱落涡街。
这些脱落涡街沿着涡街传感器内部的金属片堆积，并在金属片之间形成一个涡街剪切层。
当涡街剪切层通过传感器后，金属片会受到弯曲力，导致片与片之间的距离发生微小变化。
这种微小变化可以通过感应线圈产生微弱的电信号，该信号随着涡街的频率和流体流速的变化而变化。
感应线圈将产生的电信号传输到处理器中进行信号处理和计算。
处理器使用特定的算法对电信号进行分析，并将其转换为相应的流量值。
这样，涡街流量计就可以通过对涡街效应的测量，得出流体流速和流量。
涡街流量计具有精度高、响应速度快、可重复性好等特点，广泛应用于工业生产和流体管道中的流量测量。
涡街流量计工作原理
涡街流量计工作原理涡街流量计是一种常用的流量测量仪器，广泛应用于工业生产中的流体测量领域。
它利用涡街效应来测量流体的流量，具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
下面将详细介绍涡街流量计的工作原理。
涡街流量计的工作原理基于涡街效应，涡街效应是指当流体通过装有障碍物的管道时，会形成一系列的旋涡，这些旋涡会使得障碍物后面的流体产生周期性的脉动。
而涡街流量计正是利用了这种脉动来测量流体的流量。
涡街流量计的主要组成部分包括流体传感器、转换器和显示仪表。
流体传感器通常由一个安装在管道中的涡街体和一个传感器组成。
当流体通过管道时，涡街体会产生旋涡，传感器可以检测到这些旋涡，并将信号传送给转换器。
转换器是涡街流量计的核心部分，它接收传感器传来的信号，并将其转换成标准的电信号，然后送到显示仪表上显示出来。
通常涡街流量计的转换器会配有微处理器，可以对传感器信号进行处理，从而提高测量精度和稳定性。
涡街流量计的工作原理可以简单概括为，当流体通过管道时，涡街体会产生旋涡，传感器检测到旋涡并将信号传送给转换器，转换器将信号转换成标准的电信号，并送到显示仪表上显示出来。
通过测量旋涡的频率和流体的速度，涡街流量计可以精确地测量流体的流量。
涡街流量计的工作原理使其具有一些优点，首先是测量范围广，涡街流量计可以适用于各种流体的测量，包括液体、气体和蒸汽等。
其次是测量精度高，涡街流量计的测量精度通常可以达到1%以内，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
此外，涡街流量计结构简单、稳定性好、维护方便，使用寿命长，因此被广泛应用于工业生产中的流体测量领域。
总之，涡街流量计利用涡街效应来测量流体的流量，其工作原理简单清晰，具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者对涡街流量计的工作原理有了更深入的了解。
光纤流量计工作原理及特点
光纤流量计工作原理及特点
光纤流量计是一种用于测量流体的流量的仪器。
它利用光学原理来测量流体流过光纤的速度，并根据速度来计算流量。
以下是光纤流量计的工作原理及特点：
1. 工作原理：
光纤流量计利用了光的折射原理。
当流体通过光纤时，由于流体的折射率不同于光纤的折射率，光线会以一定的角度发生折射。
光纤流量计通过测量入射光线和折射光线之间的角度差来计算出流体的速度。
通过测量流体速度并结合管道截面积，可以得到流体的流量。
2. 特点：
a. 非侵入式：光纤流量计可以在流体管道的外部进行安装和测量，无需直接与流体接触，因此不会对流体产生影响，同时也避免了传统流量计可能存在的泄漏和污染问题。
b. 高精度：光纤流量计采用了精密的光学测量技术，能够实现较高的测量精度和重复性，可用于要求精确流量测量的应用领域。
c. 宽测量范围：光纤流量计可以适应不同流体的流量测量，包括液体和气体。
同时，光纤流量计还可以测量较小到极大范围的流量，满足不同应用需求。
d. 稳定性高：光纤流量计不受温度、压力和湿度等环境因素的影响，可以长时间稳定地工作。
e. 无动态压力损失：由于光纤流量计不需要直接接触流体，因此不会引起管道内的压力损失，保持管道流体的原始状态。
f. 可远程监控：光纤流量计具有数字化输出和通信接口，可以
与计算机系统连接，实现远程测量和监控。
总之，光纤流量计具有非侵入式、高精度、宽测量范围、稳定性高、无动态压力损失和可远程监控等特点，广泛应用于化工、水处理、能源等领域的流量测量。
涡街流量计的工作原理图
涡街流量计的工作原理图
涡街流量计一般也称为漩涡流量计或是卡门涡街流量计,而之所以有漩涡和卡门涡街流量计之称这完全是由其工作原理得来的。
工作原理：在仪器壳体管道内设置一个三角柱漩涡的发生体，当流体以相应的流速经过三角柱就会产生有规则漩涡，而这种漩涡就称为“卡门漩涡”。
在涡街流量计的三角柱下游会设计一个记录流体所产生轻微压差的机械传感器，如果流体不流动就不会产生漩涡，当有一定流速的流体流动时就会由下游的机械传感器精确计量，该传感器能承受管道高达1g的震动，压力冲击和温度骤变都对其测量没有任何影响，所以涡街流量计也具有测量性稳定的特性。
涡街流量计一般可以精确测量蒸汽、气体、和液体，同时也广泛应用于水、人工燃气、天然气、蒸汽、过热蒸汽等各个领域。
涡街流量计结构及工作原理
二、特点
由于它兼有无转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。
它在流量测量方面有许多的优点，例如使用比较方便，量程比较宽，
能量损失小，不需要重新标定，不仅可用于封闭的管道，还可用于开 放的沟槽等，在现代流量测量中应用越来越广泛。
与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作
量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量计测量范围大， 能量损失小，准确度高，安装与维护都比较简单。
涡街流量计
一、结构及工作原理
涡街流量计是20世纪70年代开发和发展起来的，属于流体振荡式流 量计的一种。涡街流量计的外形见图1所示。
图1 涡街流量计结构
图2 涡街流量计工作原理图
它是利用流体在特定流道条件下流动时将会产生振荡，而且振荡的 频率与流速成比例的这一原理设计的，当通流截面一定时，流速又与流 量成正比，因此，测量振荡频率即可测得流量。
涡街流量计的工作原理
涡街流量计的工作原理
首先，涡街流量计的核心部件是涡街传感器，它由一个装有偶极子的转子和一个光电传感器组成。
当流体通过管道时，流体流过转子会产生交替的涡旋，这种交替的涡旋就是涡街效应。
涡街传感器通过感知这些交替的涡旋来测量流体的速度。
其次，涡街传感器通过转子的旋转来产生脉冲信号，这些脉冲信号的频率与流体的速度成正比。
传感器会将这些脉冲信号发送给计算机或显示屏，经过一系列的计算和处理，就可以得到流体的流量。
涡街流量计的工作原理可以用一个简单的比喻来形象地描述，就好像我们在河流中放入一个旋转的浮标，浮标随着水流的冲击而旋转，我们只需要计算浮标旋转的频率，就可以得知河流的流速和流量一样。
另外，涡街流量计还有一些需要注意的工作原理，比如在安装时要保证流体的进出口流线型，避免产生涡流和湍流，影响测量的准确性；同时，流体的密度、粘度等参数也会对测量结果产生影响，需要进行相应的修正和校正。
总的来说，涡街流量计通过感知流体中的涡旋来测量流体的速度，再通过一系列的计算和处理得到流量。
它的工作原理简单直观，测量范围广泛，准确性高，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者对涡街流量计的工作原理有了更清晰的认识。
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导师姓名 及 职 称：张铁强
学位类别：工学硕士 论文起止年月： 2005 年 9 月至 2007 年 4 月
教授
光 纤 涡 街 流 量 计 的 原 理 与 结 构 设 计
吉 林 大 学
王
敏
吉林大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教 师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注 明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律结果由本人承担。
2 ． 1 光纤涡街流量计工作原理介绍 .......................................................13 2． 2 光在光纤里传输规律 ......................................................................14 2 ． 2． 1 光线在光纤内传输 ..................................................................14 2 ． 2． 2 光波在光纤中的传输模式 ......................................................20 2． 2． 3 光纤特性 .................................................................................24 2 ． 2． 4 光纤损耗 .................................................................................25 2． 2 ． 5 光纤传感基本思想 ..................................................................30 2． 3 旋涡发生理论 ..................................................................................31 2． 4 流场中光纤受力分析 ......................................................................32 2 ． 4． 1 层流状态下的弦振动方程及解 ..............................................33 2． 4． 2 紊流状态下的稳定性分析 ......................................................34 第三章 光纤涡街流量计的结构设计 ..........................................................37 3 ． 1 光纤涡街流量计的基本结构 ...........................................................37 3． 2 光电传感系统 ..................................................................................38 3． 2 ． 1 光源及传感光纤的选放 ..........................................................38 3 ． 2． 2 耦合光路 .................................................................................39 3． 2 ． 3 涡街发生体 .............................................................................41 3． 2 ． 4 光电转换电路 .........................................................................42
作者联系地址（邮编） ：吉林大学南岭校区物理教学中心 （ 130025） 作者联系电话： 0431-85095143
作者姓名 保密级别 学位类别
王 公
敏 开
论文分类号 研究生学号 授予学位单位 培养单位
TH814 2004322084 吉林大学 吉林大学物理
工学硕士
专业名称
光学工程 （院、 所、 中心） 科学学院 光电信息处理 2004 年 9 月至 学习时间 及系统 2007 年 7 月 光纤涡街流量计的原理与结构设计 The Theory And Design of Structure of A Fiber Optics Vortex Flowmeter
论文分类号 密 级
TH814 公 开
单
位
代
码
1 0 1 8 3 2004322084
研 究 生 学 号
吉
硕 士
林
学
大
位 论
学
文
光纤涡街流量计的原理与结构设计
The Theory And Design of Structure of A Fiber Optics Vortex Flowmeter
作者姓名：王 专
提
要
流量测量在工业生产、能源计量、环境保护、交通运输、生物技术、 军事工程和科学研究等领域占据重要位置，因此，流量测量仪表的研究 和开发应用有着深远的意义。 卡门涡街独有的流体振荡特性，使涡街流量计成为流量测量仪表中 不可缺少的一员。基于涡街流量计及光纤传感器的优点，本文在传统涡 街流量计的基础上，设计了一种新型光纤涡街流量计。 文章首先对各种流量计的发展和现状进行了分析，阐述了光纤涡街 流量计国内外的研究情况。接着详尽叙述了光纤涡街流量计的测量原 理，从光在光纤中传输规律、涡街发生理论和流体力学等角度分析了流 体对光纤的作用以及光电转换器件受光调制机理。在研究工作中，设计 了光纤涡街流量计的系统结构和信号处理电路，通过 W78E58B 单片机和 汇编语言，实现了对流体流量的实时测量。最后给出了实验结果并对实 验结果进行讨论和总结，分析了实验误差产生的原因。 目前，关于光纤涡街流量计的研究，大多处于实验室试验阶段，但 是，光纤涡街流量计各方面的性能特点决定了其极其广阔的开发和应用 前景。本课题中传感光纤的放置和光电转换系统的结构设置具有自己的 特点，并能为以后研究开发实用化的新型光纤涡街流量计打下基础。 关键词：流量计，光纤，涡街，传感器
学位论文作者签名： 日 期： 年 月 日
《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明
研究生院： 本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的 内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊 （光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据 库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予 出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和 CNKI 系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。 论文级别：■硕士 □博士 学科专业：光学工程 论文题目：光纤涡街流量计的原理与结构设计 作者签名： 指导教师签名： 年 月 日
研究方向 论文中文题目 论文英文题目
关键词 (3-8 个 ) 流量计，光纤，涡街，传感器 导师情况 姓 名 张铁强 本 科 职 称 教授
学历学位 论文提交日期 是否基金资助项目
工作单位 吉林大学 答辩日期 2007 年 06 月 08 日
2007 年 06 月 03 日 否
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3． 3 电信号处理 ......................................................................................43 3 ． 3． 1 滤波电路 .................................................................................43 3． 3 ． 2 整形电路 .................................................................................45 3 ． 4 数据处理 .........................................................................................46 3． 4． 1 数字接口 .................................................................................46 3 ． 4． 2 软件设计 .................................................................................52 第四章 光纤涡街流量计实验讨论 .............................................................57 4． 1 实验调试过程 ..................................................................................57 4． 2 实验结果 ..........................................................................................58 4． 3 实验结果分析 ..................................................................................59 4． 4 误差分析 .........................................................................................59 第五章 总 结 ............................................................................................63