液氮流量計的工作原理與優缺點分析

點擊次數：3095 發（fā）布時間：2020-11-06 02:08:16

1.1液氮流量計工作原（yuán）理
液氮流量計是一種速度式流（liú）量計，其工作原理是根據置於流體中的葉輪的旋轉（zhuǎn）角速度與流體流速成正比，通過測量葉輪的旋轉角速度得到被（bèi）測流體的流速，從而得（dé）到管道內的流量值。整個儀表由殼體、導向體（tǐ）（疏流（liú）器）、葉輪、軸（zhóu）、軸承及信號檢測器等組成。流量（liàng）計內部（bù）結構如圖2-2所示。

液氮流量計在管（guǎn）道中心安放一個渦輪，兩端由軸承支撐。當流體進入流量計時，*先要經過液氮流量計內部特殊結構的前導流（liú）體並加速。在流體的作用（yòng）下，渦輪（lún）葉片（piàn）會與流體流向形成一定角度，這個時候渦輪（lún）就會產生轉動力矩，這（zhè）個轉動力矩需要克服阻力力矩和（hé）摩擦力（lì）矩之後才能（néng）帶動渦輪開始轉（zhuǎn）動。當轉動力矩（jǔ）、阻力力矩（jǔ）和摩擦力矩達到平衡時，渦輪的轉（zhuǎn）速就會恒定。而且渦輪轉動速（sù）度與流量成線性關係。葉輪的轉速經一（yī）副（fù）齒輪減速，同時由一個密封的磁性耦合器件將轉動的趨勢傳到儀表外部的機械式計數器。利（lì）用電磁感（gǎn）應原理，通過旋轉的渦輪葉（yè）片頂端導磁體周期性地改變磁阻，將檢測線圈檢測到的磁（cí）通周期變化（huà）信（xìn）號送入前置放大（dà）器，經過放（fàng）大、整形，產生（shēng）與流速（sù）成正比的脈衝信號，送入單位與流量積算電路，得到並顯示（shì）累積流量值；同時將脈衝信號送（sòng）入頻率-電（diàn）流轉換電路，轉（zhuǎn）換成模擬電流，進而（ér）指示瞬時流量值。
液氮（dàn）流量計的流量（liàng）方程為
Qv=f/K（2-1）
公式（2-1）中，Qv為體（tǐ）積流量，單位m3/h。f為流量計輸出信號的頻率，單位Hz。K為流（liú）量計（jì）的儀表係數，單位脈衝數/m3。
液氮流量計（jì）流量特性曲線如圖2-1所示。從（cóng）特性曲線可以看出，當流（liú）量計從零開始增大時，葉輪必須先克服軸與軸承之間產生的靜摩擦力矩（jǔ）後（hòu）才開始旋轉，*小量（liàng）的流體通過液氮流量計時（shí），渦輪並不轉動，隻有當流（liú）量大於某一*小值時，這一*小（xiǎo）流量值與流體的密度成平方根關係，所以它對密度較大的流體靈敏度較好，在流量計較小時（shí），流量特性變化很大，主要收粘滯性摩擦力矩影響。
當流量大於某一數（shù）值後，流量與轉（zhuǎn）數才近似線性關係，這就（jiù）是液氮流量計的工作（zuò）區域。
由於軸承（chéng）壽命、葉輪強度和壓損等消*的製約，渦輪不能轉動太快，因此液（yè）氮流量計和其他流量（liàng）計一樣，存（cún）在測量的上下限。

1.2液氮流量計優缺點
液氮流量（liàng）計在石油化工（gōng）、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫（wēn）流體中有著廣泛的應用，在使用量上是僅次於孔板流量計的計量儀（yí）表。
（一（yī））液氮流（liú）量計的優點
（1）高精度
對於液體一般為±0.25%~±0.5%，高精度型可達到±0.15%；當（dāng）介質為氣體時，一（yī）般為±1.5%，特殊專用型為±0.5%~1%，在所用流量計中，液（yè）氮流量計屬於*精確的。
（2）重複性好
短期重複性可達0.05%~0.2%，正是（shì）由於其具有良好的重複性，如經常校（xiào）準或（huò）在線校準可得*高的精確度，使（shǐ）其成為在貿易結算計量的**解決方案之一。
（3）測量範圍寬
中（zhōng）大口徑可（kě）達40:1~10:1，小口徑為（wéi）6:1或5:1。
（4）輸出脈衝頻率信號
適於總量計量及計算機連接，無零點漂移，抗幹擾能力強。可獲得很高的頻率信號（3~4Hz），信號分辨率強。
（5）適用於高壓測量
儀表表體不必開孔，易製成高壓型儀表。
（6）結構類型多（duō），可適應各種測量對象的需要。
（二）液氮流量計的缺點
（1）難以（yǐ）長（zhǎng）期保持校準特性（xìng），需要定期校驗。對於無潤滑性（xìng）的液體，液體中含有懸浮物或具有腐蝕性時，容易造成軸承磨（mó）損（sǔn）及卡（kǎ）住等（děng）問題，限製了其使用範（fàn）圍，特殊工況需要采用耐（nài）磨硬質合金軸和軸承。有（yǒu）貿易儲（chǔ）運（yùn）和高精度測（cè）量（liàng）要求時，*好配備現（xiàn）場校驗設備，可（kě）定期校準以保持其特性（xìng）。
（2）不適用於較高粘度介質（高粘度型除外），隨著粘度的增大，流量計測量下限值提高，測量範圍縮（suō）小，線性度變差。
（3）流體物性（密度、粘度）對儀表特（tè）性影響較大。氣體液氮流量計易受到密度的影響，而液體液氮流量計對粘度變化的反應敏感。由於密度（dù）和粘度與溫度、壓力關係密切，在現場溫（wēn）度、壓力波動較大（dà）的情況下，要根據它們對精確度影響的程度采取補償措施，才能使流量計保持在（zài）較高的精度。
（4）流量計受（shòu）到來自流速（sù）分（fèn）布畸變和旋轉流的影響較大，一（yī）次表上（shàng）下遊都需設置較長的直管（guǎn）段，安裝空間要求嚴格。
（5）對被測介質的潔淨度要求較高，限製了其適用領域，雖然可（kě）以通過安裝過濾器以適應髒汙介質，但亦帶來壓損增大、維（wéi）護量增大等一係列問題，因此在由於潔淨度較差的流體測量時要謹慎使用。
（6）小口徑（2”以下）儀表流量特性（xìng）受物性影響嚴重，儀表性能難以提高。
1.3液氮流量計安裝形式
液（yè）氮（dàn）流量計（jì）根據（jù）口徑的不（bú）同安裝（zhuāng）形式分為法（fǎ）蘭連（lián）接、螺紋連接以及夾裝式連接三種安裝（zhuāng）方式。螺紋連接與夾裝式連接一般常用於小口徑管線。液氮流量計安裝時液體流動方向（xiàng）應與傳感器外殼上指示流向的箭頭方向一致。典型的液氮流（liú）量（liàng）計安裝如圖2-3所（suǒ）示。