蒸汽涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器包括:表体;旋涡发生体;检测元件;安装架和法兰等。转换器包括:前置放大器;滤波整形电路;接线端子;支架和防护罩等。近年来问世的智能式仪表还将CPU、存储单元、显示单元、通信单元及其他功能模块也装在转换器内,形成智能型和组合型蒸汽涡街流量计。
1、旋涡发生体
旋涡发生体是涡街流量计的关键部件,一般采用1Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢,仪表的流量特性(仪表系数、线性度、范围度等)和阻力特性都与它的几何参数和排列方式相关。在旋涡发生体选型及设计时,应考虑旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离的特性,才能保证旋涡的稳定性。为产生强烈和稳定的涡街并在较宽雷诺数范围内,有稳定的旋涡分离点,必须保持旋涡发生体的特征宽度(迎流宽度)d不变,保证St为常数;另外,形状和结构力求简单,便于加工和几何参数标准化,便于各种检测元件的安装与组合;为保证仪表运行的稳定性和寿命,旋涡发生体的固有频率应远离涡街信号的频带,以避免共振,其材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀、耐冷热、耐冲刷。总结起来,旋涡发生体应满足如下基本要求:
a、有一个钝截面形状(即非流线形的),形状和结构尽量简单,便于加工和装卸,便于安装各种检测元件;
b、应是上下截面形状相同,左右对称的柱形体;
c、能控制旋涡在轴线方向上同步分离,并有稳定的旋涡分离点,保持恒定的斯特劳哈尔数;
d、柱形要有一定的陡度以产生强烈的涡街,提高信噪比;
e、材质能适应被测介质性质的要求;
f、固有频率应在旋涡信号频率以外。
但旋涡发生体几何参数至今还没有比较成熟的计算方法,大多通过实验确定。按柱形分,它有圆柱、三角柱、梯形柱、T形柱、矩形柱等;按结构分,它有单体、双体和多体之分。
2、旋涡信号检测
伴随旋涡的形成和分离,旋涡发生体周围流体会同步发生流速、压力变化和下游尾流周期振荡。依据这些现象可以进行旋涡分离频率的检测。综合起来检测技术可概括以下两大类。
a、检测旋涡发生后在旋涡发生体上受力的变化频率,即受力检测类,一般可用应力、应变、电容、电磁等检测技术。
b、检测旋涡发生后在旋涡发生体附近的流动变化频率,即流速检测类,一般可用热敏、超声、光电(光纤)等检测技术。不管采用哪一种检测技术,就其检测旋涡频率信号的方式主要有以下5种:
c、用安装在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压的方式;
d、在旋涡发生体上开设导压孔,在导压孔中安装检测元件,检测发生体两侧差压的方式;
e、检测旋涡发生体周围交变环流的方式;
f、检测旋涡发生体背面交变差压的方式;
g、检测尾流中旋涡列的方式。
3、转换器
转换器将检测元件检测到的微弱电信号进行放大、滤波、整形等处理,输出与流量成比例的脉冲信号。对于流量显示仪,一般还转换成4-20mA的标准信号。不同检测方法应配备不同特性的前置放大器。后面的滤波、整形D/A(F/I)转换电路则无根本区别。