摘要：介绍电容式涡街流量计的工作原理及其在空间环境模拟设备液氮系统中的应用情况。
1概述
液氮系统是空间环境模拟设备的一个主要分系统。试验时,它给真空容器内的热沉输送一定流量的过冷液氮,使其产生一个稳定的低温背景。液氮系统的一个主要参数就是液氮的流量.
在我国现有的大型空间环境模拟设备如KM3、KM4中，其液氮系统都没有安装流量计,给液氮系统运行状况的分析和系统的操作带来了一定的困难.在液氮系统中也曾使用过孔板式流量计和涡轮流量计,但由于在液氮系统的启动过程中,流体状态较复杂,有液相、气相或气液两相,使得上述两种流量计都不能进行正常工作,甚至使流量计损坏。
为了正确方便地测量液氮的流量,所选择的流量计必须同时满足两个主要条件:耐低温(-200C);耐气体冲击.在KM3液氮系统中进行文丘利管试验时，采用了德国E+H公司生产的电容式涡街流量计(SWINGWIRLII),取得了比较满意的试验结果。本文将详细介绍该流量计的工作原理及其在试验中的应用情况。
2电容式涡街流计的工作原理
电容式涡街流量计,可用来正确测量封闭管道中气体或液体的流量,如图1所示。其最大优点是没有运动部件.测量时,管道中的流体从三角形挡体(旋涡发生体)的正面流过,在该发生体后面两侧周期性形成--系列的旋涡，并交替分离开来,依次向下游流去，如图2所示。当雷诺数Re大于3800时,旋涡的分离频率与管道中流体的平均流速成正比。圆柱形差动开关电容(DSC)检测元件位于旋涡发生体的圆孔之中.由旋涡分离引起的压力脉冲,通过发生体两侧横孔传到检测元件.上，使检测元件产生微量的偏移,并在其内部产生相应的电容变化.即把检测元件检测到的旋涡压力脉冲转换成电脉冲,然后经前置放大器处理成为直流4~20mA矩形脉冲信号.再通过二次仪表将检测到的脉冲信号换算成瞬时流量值或累积流量值.
3电容式涡街流量计的应用
电容式涡街流量计的工作温度范围宽(-200~+400℃),测量范围大(液体:0.3~2300m/h).而且由于没有运动部件,所以不怕气体冲击.在规定的范围内,测量不受介质的压力温度、密度和导电率等因素的影响.根据这种流量计的特点，我们作了第-次尝试,将它应用于对大型空间环境模拟设备液氮系统中液氮流量的测量.
当在KM3空间环境模拟设备的液氮系统中进行文丘利管试验时,由于需要液氮流量这个参数来对试验结果进行分析.所以我们在液氮泉的出口处安装了一台电容式涡街流量计,并配备了一台数显二次仪表.试验时,从该流量计测得的数据是令人满意的,给液氮系统运行状况的分析及操作提供了可靠依据、下面列举试验中的几种情况:
a.液氮系统预冷时,由于管内存在气液两相,所以流量计测得的数据不稳定,但可以定性地说明有一定量的液氮流过.
b.当液氮系统完成预冷,启动液氮泵时,由于有时预冷不充分,产生了气堵。虽然液氮泵运转,系统的压力升高,但液氮并不流动,只能停机重新预冷.以前只能凭经验来判断这种情况,安装了涡街流量计后,从流量计上可以清楚的看到，此时的读数为零。如果液氮泵正常启动后,流量计的读数快速增大,并达到一稳定值时,则证明系统启动成功.
c.试验过程中,我们还做了通过改变系统的压力来观测流量变化的测试工作。当液氮系统的压力不低于其饱和蒸汽压力时,降低或升高系统的压力,泵的扬程不变,流量也不改变。此时测得的流量值为16m³/n,与泵的额定流量值相等。当压力低于其对应饱和蒸汽压时液氮泵出现气蚀现象,流量降低,试验测得的流量值为8m³/h,这种结果与理论上是完全符合的.
4结论
电容式涡街流量计用于对空间环模设备中液氨流量的测量在国内还是首次.试验结果表明该流量计能正确地测量液氮系统的流量,反映出液氮系统的运行状况,因此给液氮系统的操作提供了可靠的依据。而且其安装简便,压力损失小,非常适用于大型空间环境模拟设备中液氮系统的流量测量.
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