电容式涡街流量计结构与抗振性能

　　本文阐述SWINGWIRLII电容式涡街流量计中所用的差动开关电容基本结构原理，并对其杭振能力特别强这一性能特点进行详尽分析。

　　1引言

　　在工业流量测量中，现场的工艺管道常常因受动力设备所影响而发生振动。这种振动所形成的燥声干扰对于流量仪表的准确检测是非常有害的，严重者会导致无法正常工作。直到近年来以差动开关电容(DSC)为检测元件的SWINGWIRL亚电容式涡街流量计问世，这一难题才从根本上得到了解决。本文将对这一新型仪表的基本结构原理和抗振性能作一剖析。

　　2墓本结构

　　三角形卡门旋涡发生体固定于仪表本体(测量管)中，并开有一径向中心孔，后者通过两侧面导压孔与流体连通。差动开关电容(DSC)传感器插入中心孔里面，用于检测卡门涡街所产生的压力脉冲信号，它是一个外径比中心孔稍小的圆柱体，实质上则是一个电容式机—电转换器，由两个细长的振动体所构成。

　　第一振动体是一个管形“振动舌”，机械结构坚固，可以认为是力学上的刚体。其管壁很薄，上端法兰式安装固定在仪表体上，下端面则密封，使得振动舌中心孔内部与流体隔离开来。由于其下端不是固定的，故旋涡压力脉冲可使它沿X轴方向发生横向偏移。

　　第二振动体是一个带有电极的管形支座，置于振动舌的中心孔内部。其上端与振动舌焊接在一起，中间及下端部分与振动舌内壁之间形成环形间隙。在下端部分附有一绝缘层，其表面则嵌入两个用金属薄片制成的弧状形电极，它们处于X轴的方位上。由于整个支座不与流体接触，所以不与旋涡压力脉冲发生任何藕合行为。但由于下端同样是自由端，在外力作用下，也可以离开静止位置而作任意横向偏移运动。

　　因为两个电极与振动舌内壁之间保留有宽度微小但充满空气的间隙，若把振动舌当作另一“电极，’(公共极，接地)，则前两个电极分别与振动舌构成两个电容器，电容大小与电极表面积成正比，与电极跟振动舌内壁之间的距离成反比，两电极分别通过两根信号电缆与仪表上部的前置放大器电容检测电路相接，等效电路如图3所示。

　　3工作原理

　　基本原理以卡门涡街理论为基础，信号的检测处理转换过程如下:

　　当管道中流体流经旋涡发生体而交替形成两列旋涡即卡门涡街时，由于在旋涡分离点处引起低压，结果在旋涡发生体两侧产生反相的周期性压力脉冲，并通过侧面孔传到旋涡发生体中心孔内部而作用到振动舌上，使它沿X轴作周期性横向偏移。但由于振动舌上端固定，故这种周期性偏移实际上演变为挠性振动，其频率和相位严格与旋涡压力脉冲一致，但振幅甚微，振动舌始终不会碰触旋涡发生体中心孔内壁和电极支座。另一方面，流体旋涡压力脉冲不会使电极支座发生任何偏移。所以，在旋涡压力的作用下，仅是振动舌的下端相对于静止的支座作相对运动。在某一时刻，振动舌与支座上一个电极之间的距离缩短，而与另一电极间的距离则增大;在另一时刻，情形又恰好相反。结果使两个电容失谐，其大小完全根据旋涡压力脉冲的频率作周期性变化。