摘要：介紹電容式渦街流量計的工作原理及其在空間環(huán)境模擬設(shè)備液氮系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。
1概述
液氮系統(tǒng)是空間環(huán)境模擬設(shè)備的一個主要分系統(tǒng)。試驗時,它給真空容器內(nèi)的熱沉輸送一定流量的過冷液氮,使其產(chǎn)生一個穩(wěn)定的低溫背景。液氮系統(tǒng)的一個主要參數(shù)就是液氮的流量.
在我國現(xiàn)有的大型空間環(huán)境模擬設(shè)備如KM3、KM4中，其液氮系統(tǒng)都沒有安裝流量計,給液氮系統(tǒng)運行狀況的分析和系統(tǒng)的操作帶來了一定的困難.在液氮系統(tǒng)中也曾使用過孔板式流量計和渦輪流量計,但由于在液氮系統(tǒng)的啟動過程中,流體狀態(tài)較復(fù)雜,有液相、氣相或氣液兩相,使得上述兩種流量計都不能進行正常工作,甚至使流量計損壞。
為了正確方便地測量液氮的流量,所選擇的流量計必須同時滿足兩個主要條件:耐低溫(-200C);耐氣體沖擊.在KM3液氮系統(tǒng)中進行文丘利管試驗時，采用了德國E+H公司生產(chǎn)的電容式渦街流量計(SWINGWIRLII),取得了比較滿意的試驗結(jié)果。本文將詳細介紹該流量計的工作原理及其在試驗中的應(yīng)用情況。
2電容式渦街流計的工作原理
電容式渦街流量計,可用來正確測量封閉管道中氣體或液體的流量,如圖1所示。其最大優(yōu)點是沒有運動部件.測量時,管道中的流體從三角形擋體(旋渦發(fā)生體)的正面流過,在該發(fā)生體后面兩側(cè)周期性形成--系列的旋渦，并交替分離開來,依次向下游流去，如圖2所示。當雷諾數(shù)Re大于3800時,旋渦的分離頻率與管道中流體的平均流速成正比。圓柱形差動開關(guān)電容(DSC)檢測元件位于旋渦發(fā)生體的圓孔之中.由旋渦分離引起的壓力脈沖,通過發(fā)生體兩側(cè)橫孔傳到檢測元件.上，使檢測元件產(chǎn)生微量的偏移,并在其內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的電容變化.即把檢測元件檢測到的旋渦壓力脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖,然后經(jīng)前置放大器處理成為直流4~20mA矩形脈沖信號.再通過二次儀表將檢測到的脈沖信號換算成瞬時流量值或累積流量值.
3電容式渦街流量計的應(yīng)用
電容式渦街流量計的工作溫度范圍寬(-200~+400℃),測量范圍大(液體:0.3~2300m/h).而且由于沒有運動部件,所以不怕氣體沖擊.在規(guī)定的范圍內(nèi),測量不受介質(zhì)的壓力溫度、密度和導(dǎo)電率等因素的影響.根據(jù)這種流量計的特點，我們作了第-次嘗試,將它應(yīng)用于對大型空間環(huán)境模擬設(shè)備液氮系統(tǒng)中液氮流量的測量.
當在KM3空間環(huán)境模擬設(shè)備的液氮系統(tǒng)中進行文丘利管試驗時,由于需要液氮流量這個參數(shù)來對試驗結(jié)果進行分析.所以我們在液氮泉的出口處安裝了一臺電容式渦街流量計,并配備了一臺數(shù)顯二次儀表.試驗時,從該流量計測得的數(shù)據(jù)是令人滿意的,給液氮系統(tǒng)運行狀況的分析及操作提供了可靠依據(jù)、下面列舉試驗中的幾種情況:
a.液氮系統(tǒng)預(yù)冷時,由于管內(nèi)存在氣液兩相,所以流量計測得的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,但可以定性地說明有一定量的液氮流過.
b.當液氮系統(tǒng)完成預(yù)冷,啟動液氮泵時,由于有時預(yù)冷不充分,產(chǎn)生了氣堵。雖然液氮泵運轉(zhuǎn),系統(tǒng)的壓力升高,但液氮并不流動,只能停機重新預(yù)冷.以前只能憑經(jīng)驗來判斷這種情況,安裝了渦街流量計后,從流量計上可以清楚的看到，此時的讀數(shù)為零。如果液氮泵正常啟動后,流量計的讀數(shù)快速增大,并達到一穩(wěn)定值時,則證明系統(tǒng)啟動成功.
c.試驗過程中,我們還做了通過改變系統(tǒng)的壓力來觀測流量變化的測試工作。當液氮系統(tǒng)的壓力不低于其飽和蒸汽壓力時,降低或升高系統(tǒng)的壓力,泵的揚程不變,流量也不改變。此時測得的流量值為16m³/n,與泵的額定流量值相等。當壓力低于其對應(yīng)飽和蒸汽壓時液氮泵出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象,流量降低,試驗測得的流量值為8m³/h,這種結(jié)果與理論上是完全符合的.
4結(jié)論
電容式渦街流量計用于對空間環(huán)模設(shè)備中液氨流量的測量在國內(nèi)還是首次.試驗結(jié)果表明該流量計能正確地測量液氮系統(tǒng)的流量,反映出液氮系統(tǒng)的運行狀況,因此給液氮系統(tǒng)的操作提供了可靠的依據(jù)。而且其安裝簡便,壓力損失小,非常適用于大型空間環(huán)境模擬設(shè)備中液氮系統(tǒng)的流量測量.
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