摘要：介紹電容式渦街流量計(jì)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(gè)主要分系統(tǒng)。試驗(yàn)時(shí),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(gè)穩(wěn)定的低溫背景。液氮系統(tǒng)的一個(gè)主要參數(shù)就是液氮的流量.
在我國(guó)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(jì),給液氮系統(tǒng)運(yùn)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(jì)和渦輪流量計(jì),但由于在液氮系統(tǒng)的啟動(dòng)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(jì)都不能進(jìn)行正常工作,甚至使流量計(jì)損壞。
為了正確方便地測(cè)量液氮的流量,所選擇的流量計(jì)必須同時(shí)滿足兩個(gè)主要條件:耐低溫(-200C);耐氣體沖擊.在KM3液氮系統(tǒng)中進(jìn)行文丘利管試驗(yàn)時(shí)，采用了德國(guó)E+H公司生產(chǎn)的電容式渦街流量計(jì)(SWINGWIRLII),取得了比較滿意的試驗(yàn)結(jié)果。本文將詳細(xì)介紹該流量計(jì)的工作原理及其在試驗(yàn)中的應(yīng)用情況。
2電容式渦街流計(jì)的工作原理
電容式渦街流量計(jì),可用來正確測(cè)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(diǎn)是沒有運(yùn)動(dòng)部件.測(cè)量時(shí),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(dāng)雷諾數(shù)Re大于3800時(shí),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(dòng)開關(guān)電容(DSC)檢測(cè)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(cè)元件.上，使檢測(cè)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(cè)元件檢測(cè)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(hào).再通過二次儀表將檢測(cè)到的脈沖信號(hào)換算成瞬時(shí)流量值或累積流量值.
3電容式渦街流量計(jì)的應(yīng)用
電容式渦街流量計(jì)的工作溫度范圍寬(-200~+400℃),測(cè)量范圍大(液體:0.3~2300m/h).而且由于沒有運(yùn)動(dòng)部件,所以不怕氣體沖擊.在規(guī)定的范圍內(nèi),測(cè)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(jì)的特點(diǎn)，我們作了第-次嘗試,將它應(yīng)用于對(duì)大型空間環(huán)境模擬設(shè)備液氮系統(tǒng)中液氮流量的測(cè)量.
當(dāng)在KM3空間環(huán)境模擬設(shè)備的液氮系統(tǒng)中進(jìn)行文丘利管試驗(yàn)時(shí),由于需要液氮流量這個(gè)參數(shù)來對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析.所以我們?cè)谝旱某隹谔幇惭b了一臺(tái)電容式渦街流量計(jì),并配備了一臺(tái)數(shù)顯二次儀表.試驗(yàn)時(shí),從該流量計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)是令人滿意的,給液氮系統(tǒng)運(yùn)行狀況的分析及操作提供了可靠依據(jù)、下面列舉試驗(yàn)中的幾種情況:
a.液氮系統(tǒng)預(yù)冷時(shí),由于管內(nèi)存在氣液兩相,所以流量計(jì)測(cè)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(dāng)液氮系統(tǒng)完成預(yù)冷,啟動(dòng)液氮泵時(shí),由于有時(shí)預(yù)冷不充分,產(chǎn)生了氣堵。雖然液氮泵運(yùn)轉(zhuǎn),系統(tǒng)的壓力升高,但液氮并不流動(dòng),只能停機(jī)重新預(yù)冷.以前只能憑經(jīng)驗(yàn)來判斷這種情況,安裝了渦街流量計(jì)后,從流量計(jì)上可以清楚的看到，此時(shí)的讀數(shù)為零。如果液氮泵正常啟動(dòng)后,流量計(jì)的讀數(shù)快速增大,并達(dá)到一穩(wěn)定值時(shí),則證明系統(tǒng)啟動(dòng)成功.
c.試驗(yàn)過程中,我們還做了通過改變系統(tǒng)的壓力來觀測(cè)流量變化的測(cè)試工作。當(dāng)液氮系統(tǒng)的壓力不低于其飽和蒸汽壓力時(shí),降低或升高系統(tǒng)的壓力,泵的揚(yáng)程不變,流量也不改變。此時(shí)測(cè)得的流量值為16m³/n,與泵的額定流量值相等。當(dāng)壓力低于其對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓時(shí)液氮泵出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象,流量降低,試驗(yàn)測(cè)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(jì)用于對(duì)空間環(huán)模設(shè)備中液氨流量的測(cè)量在國(guó)內(nèi)還是首次.試驗(yàn)結(jié)果表明該流量計(jì)能正確地測(cè)量液氮系統(tǒng)的流量,反映出液氮系統(tǒng)的運(yùn)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(jiǎn)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(cè)量.
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