插入式超声涡街流量计
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可以计算出:
h / d 1.32 d / D 0.291
20
3.2 传感头结构设计
3.2 传感头结构设计
3.3 超声换能器结构设计
超声换能器主要由三个部分组成：背衬、 压电晶体和匹配层。
背衬：采用HY6005A与HY6005B的混合 胶，调制比例是100:16。此外再加入一定 量的300目的软木粉；
1.3 国内外研究现状
2）美国Nice LPIV Low Profile Insertion Vortex Flow Meter
1.3 国内外研究现状
3）德国Höntzsch
德国KROHNE，日本横河电机，美国Fischer & Porter，北京菲波仪表有限公司
报告的主要内容：
1、课题背景及意义 2、方案的确定和数学建模 3、硬件实现 4、涡街流量计的性能测试 5、结论及展望
2）在日本已经把三角柱发生体 定位标准发生体。
强
wenku.baidu.com
强
低
中
1)矩形柱形状简单，利于大批量 1) 流 量 特 性 不 如 三 角 形
矩型柱 发体
生产；
好；
2)由于形状缘故，旋涡强度大， 2)在气体中，其产生的涡
强
低
低低
涡街强烈。
街信号差。
1)它产生的漩涡比三角柱的更 形状复杂，尺寸参数比较
T 型柱 发生体
1.3 国内外研究现状
2）20世纪50年代,如风速计和船速计等； 3）60年代末开始研制封闭管道流量计——
热丝检测法及热敏检测法涡街流量计； 4）20世纪70、80年代涡街流量计发展异常
迅速,开发出众多类型阻流体及检测法的 涡街流量计,并大量生产投放市场。
1.3 国内外研究现状
2.国内 我国涡街流量计生产发展迅速,全国
有数十家生产厂,但无论是涡街流量计的理 论研究还是实践经验均显不足。尤其是在 插入式涡街流量计方面，现在国内插入式 的主要还是针对大管径(200mm)的涡街流 量计。对于小管径的流量测量，只能用法 兰式涡街流量计。
1.3 国内外研究现状
4.产品 1）美国Racine RNG Series Insertion-Style Gas Meter
压电晶体：选用300KHz的压电晶体，它 的厚度t=0.4mm，直径为6mm。
2.1 发生体的确定
表 2-1 涡街发生体的特性对比
优势
劣势
信 号 强 度
稳 定 性
成 本
复 杂 度
1)形状简单，加工容易，阻力系 1）强度和稳定性不如非圆
圆柱发 数小，Sr 较高； 生体 2）只有 d 一个可变因素。
柱形截面棱柱体； 2）边界层控制技术的要求
中
中
低低
使结构复杂。
三角柱 形发生
体
1）形状简单，加工容易，涡街 压力损失比较大，不适用 稳定且规则，综合性能优良 于在某些特定的场合。
超声式涡街流量计：1）低流速特性较好，下限 较低；2）谐振状态下的等阻抗较小；3）安装 维修方便；4）体积小。
2.4 涡街流量计的数学建模
涡街流量计是在流体中放一根非流线型旋涡发生体， 液体在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。在一定的雷诺数范围内稳定的卡曼涡街 的脱落频率与流体流速成正比。
2)使流量计的流量下限更低。
尺寸参数比单发生体的 多，加工和试验成本高。
强
强
高
高
2.2 发生体的确定
三角发生体性能优良，可以产生既相对强 烈又稳定的涡街信号；
三角柱发生体结构相对简单，技术也相对 成熟；
已经有相关的标准（JIS Z 8766）可以参 考。
2.3 涡街检测方式的确定
现在主要的检测方式包括：热敏式、超声式、 电容式、压电式、光电式、电磁式、应变式和 光纤式等涡街探测方式。
2.4 涡街流量计的数学建模
涡街流量计公式：
qv f / K
qv ——流体流量，m3/s；
f ——涡街频率，s-1；
K ——仪表系数，m3。与管道直径D，发
生体有效长度d，斯特劳哈尔数Sr有关。
2.4 涡街流量计的数学建模
超声式涡街流量计应用卡曼涡街与超声声束相互作用， 旋涡对声束产生调制作用，受到调制作用的超声波以载 波的形式到达接受换能器，通过测量电路取出涡街型号， 实现流量测量。
2.4 涡街流量计的数学建模
涡街频率的检测 无旋涡时，超声接收端收到的声能为：
P P0 sin(2 fct) 声束受到旋涡调制后，超声接收端收到的声能
为：
P P0[1 M sin(2 ft)]sin(2 fct)
式中 P0 —— 声能的幅值； M —— 旋涡对声束的调制度 fc —— 超声波的频率； f —— 旋涡频率
报告的主要内容：
1、课题背景及意义 2、方案的确定和数学建模 3、硬件实现 4、涡街流量计的性能测试 5、结论及展望
3.1 三角体结构设计
三角体的数据：
d / D 0.28 ~ 0.33 h / d 1.2 ~ 1.5
15 ~ 60
3.1 三角体结构设计
通过计算，我们可以得出我们的三角体尺寸如 下： D=12mm，d=3.5mm， h=4.6mm，c=0，d1=0。
1.2 研究目的
开发一款小管径 （25mm）的插入 式涡街流量计，不 但能够应用在小管 径上面，而且安装 维修方便；
为公司开发一款新 型的流量计做前期 的研究，增强企业 的核心竞争力。
1.3 国内外研究现状
1.国外 1）1912年，德国物理学家冯·卡曼（Von.
Karman）在进行大量的实验观察的基础 上，获得了稳定的涡街。
强烈；
多，设计比较复杂，会大
2)在较宽的雷诺数范围内，涡街 大的增加加工。
强
低
强强
信号稳定性更高。
梯型发 生体
1)形状简单，加工容易，产生的 涡 街 的 稳 定 性 比 较 难 控 涡街强度要比三角柱型强。 制，比三角柱型稍差。
强
中
中
中
双（多） 发生体
1) 进 一 步 提 高 涡 街 信 号 的 强 度 和稳定性；
插入式超声涡街流量计 的设计与实现
报告的主要内容：
1、课题背景及意义 2、方案的确定及数学建模 3、硬件实现 4、涡街流量计的性能测试 5、结论及展望
1.1 流量的定义
所谓流量，是指流经封闭管道或明渠有效 截面的流体量。单位时间内的流体量称瞬 时流量，一段时间内的累积流体量称为累 积流量。
当流体量以体积表示时称为体积流量；当 流体量以质量表示时称为质量流量。
h / d 1.32 d / D 0.291
20
3.2 传感头结构设计
3.2 传感头结构设计
3.3 超声换能器结构设计
超声换能器主要由三个部分组成：背衬、 压电晶体和匹配层。
背衬：采用HY6005A与HY6005B的混合 胶，调制比例是100:16。此外再加入一定 量的300目的软木粉；
1.3 国内外研究现状
2）美国Nice LPIV Low Profile Insertion Vortex Flow Meter
1.3 国内外研究现状
3）德国Höntzsch
德国KROHNE，日本横河电机，美国Fischer & Porter，北京菲波仪表有限公司
报告的主要内容：
1、课题背景及意义 2、方案的确定和数学建模 3、硬件实现 4、涡街流量计的性能测试 5、结论及展望
2）在日本已经把三角柱发生体 定位标准发生体。
强
wenku.baidu.com
强
低
中
1)矩形柱形状简单，利于大批量 1) 流 量 特 性 不 如 三 角 形
矩型柱 发体
生产；
好；
2)由于形状缘故，旋涡强度大， 2)在气体中，其产生的涡
强
低
低低
涡街强烈。
街信号差。
1)它产生的漩涡比三角柱的更 形状复杂，尺寸参数比较
T 型柱 发生体
1.3 国内外研究现状
2）20世纪50年代,如风速计和船速计等； 3）60年代末开始研制封闭管道流量计——
热丝检测法及热敏检测法涡街流量计； 4）20世纪70、80年代涡街流量计发展异常
迅速,开发出众多类型阻流体及检测法的 涡街流量计,并大量生产投放市场。
1.3 国内外研究现状
2.国内 我国涡街流量计生产发展迅速,全国
有数十家生产厂,但无论是涡街流量计的理 论研究还是实践经验均显不足。尤其是在 插入式涡街流量计方面，现在国内插入式 的主要还是针对大管径(200mm)的涡街流 量计。对于小管径的流量测量，只能用法 兰式涡街流量计。
1.3 国内外研究现状
4.产品 1）美国Racine RNG Series Insertion-Style Gas Meter
压电晶体：选用300KHz的压电晶体，它 的厚度t=0.4mm，直径为6mm。
2.1 发生体的确定
表 2-1 涡街发生体的特性对比
优势
劣势
信 号 强 度
稳 定 性
成 本
复 杂 度
1)形状简单，加工容易，阻力系 1）强度和稳定性不如非圆
圆柱发 数小，Sr 较高； 生体 2）只有 d 一个可变因素。
柱形截面棱柱体； 2）边界层控制技术的要求
中
中
低低
使结构复杂。
三角柱 形发生
体
1）形状简单，加工容易，涡街 压力损失比较大，不适用 稳定且规则，综合性能优良 于在某些特定的场合。
超声式涡街流量计：1）低流速特性较好，下限 较低；2）谐振状态下的等阻抗较小；3）安装 维修方便；4）体积小。
2.4 涡街流量计的数学建模
涡街流量计是在流体中放一根非流线型旋涡发生体， 液体在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。在一定的雷诺数范围内稳定的卡曼涡街 的脱落频率与流体流速成正比。
2)使流量计的流量下限更低。
尺寸参数比单发生体的 多，加工和试验成本高。
强
强
高
高
2.2 发生体的确定
三角发生体性能优良，可以产生既相对强 烈又稳定的涡街信号；
三角柱发生体结构相对简单，技术也相对 成熟；
已经有相关的标准（JIS Z 8766）可以参 考。
2.3 涡街检测方式的确定
现在主要的检测方式包括：热敏式、超声式、 电容式、压电式、光电式、电磁式、应变式和 光纤式等涡街探测方式。
2.4 涡街流量计的数学建模
涡街流量计公式：
qv f / K
qv ——流体流量，m3/s；
f ——涡街频率，s-1；
K ——仪表系数，m3。与管道直径D，发
生体有效长度d，斯特劳哈尔数Sr有关。
2.4 涡街流量计的数学建模
超声式涡街流量计应用卡曼涡街与超声声束相互作用， 旋涡对声束产生调制作用，受到调制作用的超声波以载 波的形式到达接受换能器，通过测量电路取出涡街型号， 实现流量测量。
2.4 涡街流量计的数学建模
涡街频率的检测 无旋涡时，超声接收端收到的声能为：
P P0 sin(2 fct) 声束受到旋涡调制后，超声接收端收到的声能
为：
P P0[1 M sin(2 ft)]sin(2 fct)
式中 P0 —— 声能的幅值； M —— 旋涡对声束的调制度 fc —— 超声波的频率； f —— 旋涡频率
报告的主要内容：
1、课题背景及意义 2、方案的确定和数学建模 3、硬件实现 4、涡街流量计的性能测试 5、结论及展望
3.1 三角体结构设计
三角体的数据：
d / D 0.28 ~ 0.33 h / d 1.2 ~ 1.5
15 ~ 60
3.1 三角体结构设计
通过计算，我们可以得出我们的三角体尺寸如 下： D=12mm，d=3.5mm， h=4.6mm，c=0，d1=0。
1.2 研究目的
开发一款小管径 （25mm）的插入 式涡街流量计，不 但能够应用在小管 径上面，而且安装 维修方便；
为公司开发一款新 型的流量计做前期 的研究，增强企业 的核心竞争力。
1.3 国内外研究现状
1.国外 1）1912年，德国物理学家冯·卡曼（Von.
Karman）在进行大量的实验观察的基础 上，获得了稳定的涡街。
强烈；
多，设计比较复杂，会大
2)在较宽的雷诺数范围内，涡街 大的增加加工。
强
低
强强
信号稳定性更高。
梯型发 生体
1)形状简单，加工容易，产生的 涡 街 的 稳 定 性 比 较 难 控 涡街强度要比三角柱型强。 制，比三角柱型稍差。
强
中
中
中
双（多） 发生体
1) 进 一 步 提 高 涡 街 信 号 的 强 度 和稳定性；
插入式超声涡街流量计 的设计与实现
报告的主要内容：
1、课题背景及意义 2、方案的确定及数学建模 3、硬件实现 4、涡街流量计的性能测试 5、结论及展望
1.1 流量的定义
所谓流量，是指流经封闭管道或明渠有效 截面的流体量。单位时间内的流体量称瞬 时流量，一段时间内的累积流体量称为累 积流量。
当流体量以体积表示时称为体积流量；当 流体量以质量表示时称为质量流量。