CN102435381A - 液态金属钠实验回路压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态金属钠实验回路压力传感器。包括钠接管、弹性应变片、钠-钠钾合金压力传感盒、钠钾合金-空气压力传感器、压力表。钠接管与主管道相连，液态钠可以通过钠接管进入钠-钠钾合金压力传感盒；压力传感盒中间有一弹性应变片，应变片的两侧分别是液态钠和液态钠钾合金；液态钠钾合金通过管道进入钠钾合金-空气压力传感器，在压力传感器中把压力信号转变为电信号；转变后的电信号通过压力表显示出来。采用了两级传感，避免了钠与空气接触的可能，密封性能良好。钠钾合金-空气压力传感器的电桥电路采用了温度补偿电路，去除了温度产生的误差，提高了整体测量精度。
Description
技术领域
本发明属于液态金属钠的压力测量技术领域，具体涉及一种应用于液态金属钠试验回路中测量液态金属钠压力的传感器装置。
背景技术
液态金属钠由于其良好的导热性能，流动性能和好的中子性能，成为目前快中子反应堆首选的冷却剂材料，因此近些年对于液态金属钠各项性能的实验研究逐步深入。进行液态金属钠实验时，需要对一些位置，尤其是电磁泵前后进行液态金属钠的压力测量，而由于钠独特的化学性质，不能与空气和水接触，因此需要专门的压力测量装置对液态钠的压力进行测量。
液态金属钠压力传感器的基本工作原理是先把压力通过一个应变片从液态金属钠传给液态钠钾合金，再用一个压力传感器把液态钠钾合金的压力信号转变为电信号从而在仪表上显示出来。通过两次压力传感，杜绝了液态金属钠和空气接触的可能性，从而提高了安全性。
例如，中国专利200910040453提供一种压容式压力传感器，包括壳体，该壳体围成一个一端敞口的腔体，腔体的一个侧壁上设有流体进口，腔体的敞口端设有电容器，电容器具有密闭腔体的弹性金属片，一片刚性金属片与弹性金属片平行且相对地设置，一夹持件穿过并夹持刚性金属片与弹性金属片，弹性金属片与刚性金属片之间设有绝缘膜，绝缘膜与刚性金属片平行地设置，一对信号输出端口分别与弹性金属片及刚性金属片电连接。其发明提供的压容式压力传感器可用于检测强酸性或强碱性等腐蚀性气体或液体。但是以上专利采用的是一级传感，如应用到测量液态金属钠的压力，存在着钠与空气接触的危险，不宜作为液态金属钠的压力传感器。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术的局限性，提供了一种能够测量液态金属钠压力并能保证了钠的安全性，适用于中小规模液态金属钠实验回路装备使用的压力传感器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
液态金属钠实验回路压力传感器，包括钠接管、弹性应变片、钠-钠钾合金压力传感盒、钠钾合金-空气压力传感器和压力表；
钠接管与主管道相连，液态钠通过钠接管进入钠-钠钾合金压力传感盒一侧；钠-钠钾合金压力传感盒中间有一弹性应变片，应变片的两侧分别是液态钠和液态钠钾合金；钠-钠钾合金压力传感盒另一侧的液态钠钾合金通过管道进入钠钾合金-空气压力传感器，在压力传感器中通过电桥电路把压力信号转变为电信号。
所述钠-钠钾合金压力传感盒包括高压腔、低压腔、硅膜片和引线，其中低压腔设置在高压腔内部，低压腔通过硅膜片与高压腔隔离，在硅膜片上连接有引线，引线伸出高压腔外部。
所述硅膜片上设置四个等值的薄膜电阻并组成电桥电路，当不受力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡而输出电压，且输出的电压与压力成比例。
所述电桥电路包含了温度补偿电路和差动放大器；温度补偿电路通过对温度引起的电阻变化进行补偿，使得压力传感器精度提高；差动放大器将小的电压信号等比放大输出在压力表上。
本发明具有以下优点和有益效果：
1.采用两级传感，避免了钠和空气的接触，大大降低了危险，提高了安全性。
2.密封性能良好，可以用于液态金属的压力测量。
3.第一级传感(钠-钠钾合金)只传递压力，结构简洁，原理简单；第二级传感(钠钾合金-空气)采用常见的压阻式压力传感器，使用方便，适用于测量化学性质活泼的液态金属压力。
4.第二级传感器灵敏度高，结构尺寸小，使用寿命长，并采用了温度补偿，精度高。
总之，本装置可以有效的对液态金属钠回路中的钠进行压力测量，设计合理，结构简单，方便使用操作，适合装配于实验用液态金属钠回路。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为压力传感器内部结构图。
图3为电桥原理图。
其中：1为钠接管；2为弹性应力片；3为钠-钠钾合金压力传感盒；4为钠钾合金-空气压力传感器；5为压力表；6为引线；7为高压腔；8为低压腔；9为硅膜片。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明包括钠接管，弹性应力片，钠-钠钾合金压力传感盒、钠钾合金-空气压力传感器、压力表。钠接管从需要测量压力的主管道上接出，连接钠-钠钾合金压力传感盒，钠-钠钾合金压力传感盒中间有一弹性应力片，弹性应力片把一侧钠的压力传至另一侧钠钾合金，使得两侧压力一致。钠-钠钾合金压力传感盒中的钠钾合金接出后连接一钠钾合金-空气压力传感器，在钠钾合金-空气压力传感器中将压力信号变为电信号并在压力表中显示出来。钠钾合金-空气压力传感器内部具体结构如图2。
所述钠-钠钾合金压力传感盒包括高压腔、低压腔、硅膜片和引线，其中低压腔设置在高压腔内部，低压腔通过硅膜片与高压腔隔离，在硅膜片上连接有引线，引线伸出高压腔外部。
在硅膜片上制造出四个等值的薄膜电阻并组成电桥电路(如图3)，当不受力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡而输出电压，且输出的电压与压力成比例。电桥电路还包含了温度补偿电路和差动放大器。温度补偿电路通过对温度引起的电阻变化进行补偿，使得压力传感器精度提高。差动放大器将小的电压信号等比放大输出在压力表上。
经过在某液态金属钠试验回路中使用并于回路运行过程中对回路中液态金属钠不定时压力测量分析，证明该压力传感器能够满足钠回路实验要求，可以在试验回路中准确测量液态钠的压力。而且其设计简单，精度高，尺寸小，杜绝了钠与空气接触的可能，因此本发明非常适合试验用液态金属钠回路使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (4)
1.液态金属钠实验回路压力传感器，其特征在于：
包括钠接管、弹性应变片、钠-钠钾合金压力传感盒、钠钾合金-空气压力传感器和压力表；
钠接管与主管道相连，液态钠通过钠接管进入钠-钠钾合金压力传感盒一侧；钠-钠钾合金压力传感盒中间有一弹性应变片，应变片的两侧分别是液态钠和液态钠钾合金；钠-钠钾合金压力传感盒另一侧的液态钠钾合金通过管道进入钠钾合金-空气压力传感器，在压力传感器中通过电桥电路把压力信号转变为电信号。
2.如权利要求1所述液态金属钠实验回路压力传感器，其特征在于：
所述钠-钠钾合金压力传感盒包括高压腔、低压腔、硅膜片和引线，其中低压腔设置在高压腔内部，低压腔通过硅膜片与高压腔隔离，在硅膜片上连接有引线，引线伸出高压腔外部。
3.如权利要求1所述液态金属钠实验回路压力传感器，其特征在于：
所述硅膜片上设置四个等值的薄膜电阻并组成电桥电路，当不受力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡而输出电压，且输出的电压与压力成比例。
4.如权利要求3所述液态金属钠实验回路压力传感器，其特征在于：
所述电桥电路包含了温度补偿电路和差动放大器；温度补偿电路通过对温度引起的电阻变化进行补偿，使得压力传感器精度提高；差动放大器将小的电压信号等比放大输出在压力表上。
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