[发明专利]一种单相低温流体流量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及低温流量测量技术领域，具体是一种单相低温流体流量测量装置。

背景技术

流量与温度、压力、液位和压差一起，是低温系统中重要的参数。这些技术参数反 映低温系统的运行状况，操作人员只有通过这些参数才能了解低温系统的运行情况和进行 必要的控制。同时这些技术参数是自动控制系统的眼睛，参数的精度直接影响自动控制的 精度和低温系统的运行安全性和可靠性，因而低温流量的测量具有重要的意义。作为低温 下测量流体介质的流量计应具有较高的精度、阻力损失小、测量范围广，成本低廉和可靠性 高等特点。

目前，孔板和文丘里管等节流式流量计由于其明确的物理意义并且易于推广，已 经成为单相流量计的最佳选择之一，是较为成熟的流量计。孔板流量计阻力损失较大，对于 同一个差压，文丘里流量计的压力损失只有孔板流量计压力损失的1/6～1/4，同时上下游 所需的直管段也要比孔板流量计的要短。涡轮流量计的应用的最低温度只能到液氮温区 （77K），并且其轴承在低温下可靠性急剧下降，容易出现故障。科式流量计虽然在低温下精 度很高，但是应用的温区达不到液氦温区（4.5K），并且不能在有磁场环境下使用。质量流量 计精度较高，但是只能在室温环境下使用，低温流体需复温到常温，间接测量其低温下流 量，因而其在低温下应用受限。

文丘里流量计，作为节流式流量计的一种，是根据流体通过文丘里管，使部分压力 能转变为动能产生差压信号的原理而工作的，精度高，可应用的温区极广，几乎涵盖整个温 区，同时其结构简单，造价便宜，具有永久压力损失小、要求的前后直管段长段短、寿命长等 特点。相对于其他的测量装置而言，文丘里流量计是最简单也是最可靠的一种流量测量装 置。在国内，中科院等离子体物理研究所较早地将文丘里流量计应用在超导磁体冷却回路 及超导托克马克氦低温系统中，并在实验中其准确性获得了认可。已应用的文丘里超临界 氦流量计涵盖了6～480g/s的流量、喉部直径为2～18mm、最低温度可达3.8K，测量误差小于 5%，最优可达2%。

发明内容本发明的目的是提供一种单相低温流体流量测量装置，基于伯努利原 理，可对液氮、液氢、超临界氢、液氦、超临界氦等单相介质的流量进行监测，精度高，结构简 单，造价便宜，具有永久压力损失小、要求的前后直管段长段短、寿命长等特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：包括有文丘里管，所述文丘里管由从左 向右依次同轴连通的圆筒收缩管段、喉部直管段和圆筒渐扩管段构成，且文丘里管左端管 口同轴连接有进口管，文丘里管右端管口同轴连接有出口管，所述进口管安装有上游压力 传感器和上游温度传感器，所述文丘里管靠近左端管口的侧部旁路连通有上游取压管，文 丘里管对应喉部直管段的侧部旁路连通有喉部取压管，且上游取压管、喉部取压管之间接 入有压差传感器，所述上游压力传感器的压力信号、上游温度传感器的温度信号、压差传感 器的差压信号分别采集至计算机处理显示。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述文丘里管由可在低温 下使用的材料做成，一般为金属或合金材料，优选由不锈钢材料制成。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述文丘里管的圆筒收缩 管段、喉部直管段和圆筒渐扩管段可一体加工成型，也可以在保证加工精度情况下，分段加 工，然后通过适当的连接方式组成整体。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述文丘里管可由机加工、 或铸造、或3D打印技术成型。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述进口管、出口管与文丘 里管对应端管口之间可通过螺纹、或法兰、或焊接、或其他方式连接，优选焊接方式连接。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述上游取压管和喉部取 压管采用单个管壁取压口的形式，用环室或均压环相连。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述进口管的长度至少为 其自身内径的10倍，出口管的长度至少为其自身内径的5倍。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述上游压力传感器和上 游温度传感器安装在距上游取压管至少5倍进口管内径的距离。

所述的一种单相低温流体流量测量装置，其特征在于：所述压力、温度和差压信号 还可以现场采集处理显示。