插入式超声涡街流量计.ppt

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。 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。 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 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H?ntzsch 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 2.1 发生体的确定 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。 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。 2.4 涡街流量计的数学建模 涡街流量计公式： ——流体流量，m3/s； ——涡街频率，s-1； ——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： 声束受到旋涡调制后，超声接收端收到的声能为： 式中 —— 声能的幅值； —— 旋涡对声束的调制度 —— 超声波的频率； —— 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： 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。 可以计算出: 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； 压电晶体：选用300KHz的压电晶体，它的厚度t=0.4mm，直径为6mm。 3.3 超声换能器结构设计 匹配层： 采用传统的理论模型设计方式： 式中 ——介质1的声阻抗 ——介质2的声阻抗