液氮流量計(jì)的工作原理與優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1液氮流量計(jì)工作原理
液氮流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，其工作原理是根據(jù)置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，通過(guò)測(cè)量葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到被測(cè)流體的流速，從而得到管道內(nèi)的流量值。整個(gè)儀表由殼體、導(dǎo)向體（疏流器）、葉輪、軸、軸承及信號(hào)檢測(cè)器等組成。流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。

液氮流量計(jì)在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐。當(dāng)流體進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，*先要經(jīng)過(guò)液氮流量計(jì)內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)流體并加速。在流體的作用下，渦輪葉片會(huì)與流體流向形成一定角度，這個(gè)時(shí)候渦輪就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩需要克服阻力力矩和摩擦力矩之后才能帶動(dòng)渦輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、阻力力矩和摩擦力矩達(dá)到平衡時(shí)，渦輪的轉(zhuǎn)速就會(huì)恒定。而且渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度與流量成線性關(guān)系。葉輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)一副齒輪減速，同時(shí)由一個(gè)密封的磁性耦合器件將轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)傳到儀表外部的機(jī)械式計(jì)數(shù)器。利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片頂端導(dǎo)磁體周期性地改變磁阻，將檢測(cè)線圈檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，經(jīng)過(guò)放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入單位與流量積算電路，得到并顯示累積流量值；同時(shí)將脈沖信號(hào)送入頻率-電流轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成模擬電流，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。
液氮流量計(jì)的流量方程為
Qv=f/K（2-1）
公式（2-1）中，Qv為體積流量，單位m3/h。f為流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，單位Hz。K為流量計(jì)的儀表系數(shù)，單位脈沖數(shù)/m3。
液氮流量計(jì)流量特性曲線如圖2-1所示。從特性曲線可以看出，當(dāng)流量計(jì)從零開(kāi)始增大時(shí)，葉輪必須先克服軸與軸承之間產(chǎn)生的靜摩擦力矩后才開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，極小量的流體通過(guò)液氮流量計(jì)時(shí)，渦輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)，只有當(dāng)流量大于某一*小值時(shí)，這一*小流量值與流體的密度成平方根關(guān)系，所以它對(duì)密度較大的流體靈敏度較好，在流量計(jì)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(dāng)流量大于某一數(shù)值后，流量與轉(zhuǎn)數(shù)才近似線性關(guān)系，這就是液氮流量計(jì)的工作區(qū)域。
由于軸承壽命、葉輪強(qiáng)度和壓損等消極的制約，渦輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)太快，因此液氮流量計(jì)和其他流量計(jì)一樣，存在測(cè)量的上下限。

1.2液氮流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
液氮流量計(jì)在石油化工、有機(jī)液體、無(wú)機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體中有著廣泛的應(yīng)用，在使用量上是僅次于孔板流量計(jì)的計(jì)量?jī)x表。
（一）液氮流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
（1）高精度
對(duì)于液體一般為±0.25%~±0.5%，高精度型可達(dá)到±0.15%；當(dāng)介質(zhì)為氣體時(shí)，一般為±1.5%，特殊專用型為±0.5%~1%，在所用流量計(jì)中，液氮流量計(jì)屬于*精確的。
（2）重復(fù)性好
短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%，正是由于其具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得極高的精確度，使其成為在貿(mào)易結(jié)算計(jì)量的**解決方案之一。
（3）測(cè)量范圍寬
中大口徑可達(dá)40:1~10:1，小口徑為6:1或5:1。
（4）輸出脈沖頻率信號(hào)
適于總量計(jì)量及計(jì)算機(jī)連接，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)。可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4Hz），信號(hào)分辨率強(qiáng)。
（5）適用于高壓測(cè)量
儀表表體不必開(kāi)孔，易制成高壓型儀表。
（6）結(jié)構(gòu)類型多，可適應(yīng)各種測(cè)量對(duì)象的需要。
（二）液氮流量計(jì)的缺點(diǎn)
（1）難以長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。對(duì)于無(wú)潤(rùn)滑性的液體，液體中含有懸浮物或具有腐蝕性時(shí)，容易造成軸承磨損及卡住等問(wèn)題，限制了其使用范圍，特殊工況需要采用耐磨硬質(zhì)合金軸和軸承。有貿(mào)易儲(chǔ)運(yùn)和高精度測(cè)量要求時(shí)，*好配備現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)設(shè)備，可定期校準(zhǔn)以保持其特性。
（2）不適用于較高粘度介質(zhì)（高粘度型除外），隨著粘度的增大，流量計(jì)測(cè)量下限值提高，測(cè)量范圍縮小，線性度變差。
（3）流體物性（密度、粘度）對(duì)儀表特性影響較大。氣體液氮流量計(jì)易受到密度的影響，而液體液氮流量計(jì)對(duì)粘度變化的反應(yīng)敏感。由于密度和粘度與溫度、壓力關(guān)系密切，在現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力波動(dòng)較大的情況下，要根據(jù)它們對(duì)精確度影響的程度采取補(bǔ)償措施，才能使流量計(jì)保持在較高的精度。
（4）流量計(jì)受到來(lái)自流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大，一次表上下游都需設(shè)置較長(zhǎng)的直管段，安裝空間要求嚴(yán)格。
（5）對(duì)被測(cè)介質(zhì)的潔凈度要求較高，限制了其適用領(lǐng)域，雖然可以通過(guò)安裝過(guò)濾器以適應(yīng)臟污介質(zhì)，但亦帶來(lái)壓損增大、維護(hù)量增大等一系列問(wèn)題，因此在由于潔凈度較差的流體測(cè)量時(shí)要謹(jǐn)慎使用。
（6）小口徑（2”以下）儀表流量特性受物性影響嚴(yán)重，儀表性能難以提高。
1.3液氮流量計(jì)安裝形式
液氮流量計(jì)根據(jù)口徑的不同安裝形式分為法蘭連接、螺紋連接以及夾裝式連接三種安裝方式。螺紋連接與夾裝式連接一般常用于小口徑管線。液氮流量計(jì)安裝時(shí)液體流動(dòng)方向應(yīng)與傳感器外殼上指示流向的箭頭方向一致。典型的液氮流量計(jì)安裝如圖2-3所示。

液體渦輪流量傳感器可水平、垂直安裝，垂直安裝時(shí)流體方向必須向上。液體應(yīng)充滿管道，不得有氣泡。直管段內(nèi)壁應(yīng)光滑清潔，無(wú)凹痕、積垢和起皮等缺陷。

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