再谈两类电容式涡街流量计的结构兼与“几种流量测量仪表选型设计商榷”一文

    近阅曹王剑先生的“几种流量测量仪表选型设计商榷”一文〔1〕(以下简称曹文),该文对有关电容式涡街流量计结构及性能的问题是这样论述的:“……200℃以上中高温介质最好选用……电容式”。“即使是抗振性强的电容式涡街流量计……”;“电容式也有欠缺的地方,因传感器空穴里充硅油,万一膜损坏导致油泄放到管道中,这在某些场合是不允许的”。简而言之,该文的观点就是(所有)电容式涡街流量计性能好、耐高温、抗振动,但传感器空穴里充油,膜片损坏导致泄油。其实这一观点,早在其另两篇文章〔2,3〕中已有更详尽地论述。然而,事实真的如此吗?

    关于这个问题,笔者曾有过文章〔4〕论述,指出目前存在传感器结构形式完全不同的两类电容式涡街流量计,其性能也迥异。现笔者就此问题进行更全面地分析讨论。

    1　结构及性能分析

    总的来说,电容式涡街流量计是采用差动电容技术检测卡门涡街产生的旋涡频率信号,其检测传感器为膜片/电容或悬臂/电容,检测位置为将传感器置入旋涡发生体内(两者一体化或相互独立),检测过程是旋涡压力使传感器产生微小位移,该位移引起电容变化再转换成电信号。传感器的材料、结构形式有多种,其检测效果也不一样,但一般可归成两类,即差动开关电容与普通差动电容。

    1.1　差动开关电容(DSC)传感器

    差动开关电容(DSC)传感器为外置悬臂式结构^[5],独立于仪表旋涡发生体但又径向插入发生体的中心孔中(如图1所示),与两侧导压孔连通,以检测卡门旋涡压力的变化。它实质上为一个电容式机/电转换器,其机械结构如图2所示。

    外观为圆筒形且下端密封而管壁又很薄的振动舌,作为电容器的公共电极,其内部有两个附于同一支座下端但又相互绝缘的弧状形电极。这两个电极与公共电极振动舌内壁之间保留有充满空气的微小间隙,构成两个电容器。电介质为空气。其电容的大小与电极和振动舌内壁之间的距离成反比。

    当旋涡压力使振动舌发生左右挠性振动时,由于内部两个电极及其支座仍固定不动,因而导致两电容的大小因距离相对变化而发生周期性的变化,产生了差动信号。这也是差动开关电容检测电路所检测到的唯一信号。

    由于振动舌与两个电极支座的振动特性和几何结构相匹配,它们对于外部振动的响应是同步的,不产生差动信号,因此能够消除任何轴向、频率≤500Hz,而加速度≤1g的强机械振动的影响。

    由于采用了现代工程材料与方法,因此其工作温度范围扩展至-200~+400℃,而且不存在破裂、老化等问题,能够承受得住高达100℃/s的热冲击。