CN111780818B - 一种感应式液态金属电磁流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感应式液态金属电磁流量计，包括圆形流道，隔热层、励磁线圈、励磁电源、感应信号拾取线圈、信号处理模块和屏蔽层。两组励磁线圈位于电磁流量计的两端，线圈绕制方向相反，匝数相同，由励磁电源供电，励磁电源可产生高频交流电信号，两组励磁线圈在流道内产生方向相反，大小相同的磁感应强度；当液态金属不流动时，两组励磁线圈产生的感应磁场相互抵消，当液态金属流动时，会导致感应信号拾取线圈位置处的磁场发生变化，进而在感应信号拾取线圈内产生与液态金属流量成正比的交变感生电压，通过信号处理模块得到流量信号。本发明的感应式液态金属电磁流量计适用于测量液态金属的流量，如钠、锂、铅铋合金、钠钾合金等。

Description

一种感应式液态金属电磁流量计
技术领域
本发明涉及液态金属计量设备领域，具体是一种感应式液态金属电磁流量计。
背景技术
随着第四代核反应堆及空间堆技术的发展，液态金属作为冷却剂的反应堆得到了越来越多的研究及应用，如铅铋快堆、钠冷快堆、以钠钾合金为冷却剂的空间堆。国内外对液态金属热工水力特性的实验研究也朝着大型化、极端工况方向发展，这些发展趋势对液态金属流量的测量提出了更高的要求，要求可测流量范围更大，耐温更高。而现有的永磁式电磁流量计采用永磁体作为励磁部件，其耐温受到了限制，且对大型试验装置，需要加工大尺寸，高重量的永磁体，大大限制了其使用的便利性和经济性。
发明内容
针对大型高温液态金属试验回路的测量需求，本发明提出一种测量范围广、精度高、耐温高的感应式液态金属电磁流量计。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种感应式液态金属电磁流量计，包括圆形流道1、第一励磁线圈3、第一励磁电源4、第二励磁线圈5、第二励磁电源6、感应信号拾取线圈7和信号处理模块8；所述第一励磁线圈3与第二励磁线圈5缠绕在圆形流道1两端，第一励磁电源4连接第一励磁线圈3，为第一励磁线圈3提供高频交流电，第二励磁电源6连接第二励磁线圈5，为第二励磁线圈5提供高频交流电；第一励磁线圈3和第二励磁线圈5绕制方向相反，匝数相同，在流道内产生方向相反，大小相同的磁感应强度；感应信号拾取线圈7缠绕在圆形流道1上并位于第一励磁线圈3与第二励磁线圈5的中间，感应信号拾取线圈7两端连接信号处理模块8，当液态金属不流动时，两组励磁线圈产生的感应磁场相互抵消，当液态金属流动时，在圆形流道内流动的液态金属会导致感应信号拾取线圈7位置处的磁场发生变化，进而在感应信号拾取线圈7内产生交变感生电压，此交变感生电压的大小与液态金属流量成正比，通过信号处理模块8处理得到流量信号。
所述第一励磁电源4和第二励磁电源6输出交流电频率范围为200-2000Hz。
所述信号处理模块8对感应信号拾取线圈7内产生的交变感生电压进行放大和算数均方根处理。
所述圆形流道1外壁面布置热阻大的隔热层2，当测量高温液态金属流量时，减小高温液态金属的热损及高温液态金属对第一励磁线圈3、第二励磁线圈5和感应信号拾取线圈7的热冲击，保证线圈工作在安全的温度范围内，感应式液态金属电磁流量计能够测量0-800℃液态金属的流量。
所述圆形流道1内无渐缩、渐扩流动阻力大的部件，不会产生额外的流动阻力。
所述流量计外部安装屏蔽层9，用于屏蔽外界交流电信号对感应信号拾取线圈7的干扰，屏蔽层9采用铁磁材料加工。
和现有技术相比，本发明具备如下优点：
(1)本发明的感应式液态金属电磁流量计可以适用于各种尺寸的流道，传统的永磁式液态金属电磁流量计适用于中小尺寸的流道，当流道尺寸比较大时，需要加工非常大的永磁体来提供磁感应强度足够大的磁场，导致永磁式电磁流量计非常笨重、成本上升、安装困难；
(2)传统的永磁式液态金属电磁流量计中使用到的永磁体在高温环境下会发生退磁现象，导致测量信号大幅衰减，测量结果错误。本发明的感应式液态金属电磁流量计中使用交流线圈励磁，励磁线圈与高温流体之间布置热阻大、导热系数非常小的隔热层，可使励磁线圈工作在安全的温度范围内，因此，本发明的感应式液态金属电磁流量计可以测量高温液态金属，可测液态金属温度可达800℃。
(3)传统的永磁式液态金属电磁流量计通过流道中的电极测量流道径向两端的霍尔电压进而得到流量大小，当测量工质为非腐蚀性液态金属时(如钠、钠钾合金等)，其测量信号比较准确；而当测量的工质为腐蚀性液态金属时(如铅铋合金)，其测量电极会被腐蚀，导致测量信号大幅衰减，测量结果错误。本发明的感应式液态金属电磁流量计中测量信号为信号拾取线圈中的交变感生电压，该交变感生电压是基于楞次定律产生的，因此，测量工质的腐蚀性不会对测量信号产生影响，其测量结果准确，精度高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
其中，1为圆形流道；2为隔热层；3为第一励磁线圈；4为第一励磁电源；5为第二励磁线圈；6为第二励磁电源；7为感应信号拾取线圈；8为信号处理模块；9为屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明是一种感应式液态金属电磁流量计，包括：圆形流道1；隔热层2；第一励磁线圈3；第一励磁电源4；第二励磁线圈5；第二励磁电源6；感应信号拾取线圈7；信号处理模块8；屏蔽层9。第一励磁线圈3与第二励磁线圈2缠绕在圆形流道1两端，第一励磁电源4连接第一励磁线圈3，为第一励磁线圈3提供高频交流电，第二励磁电源6连接第二励磁线圈5，为第二励磁线圈5提供高频交流电；第一励磁线圈3和第二励磁线圈5绕制方向相反，匝数相同，在流道内产生方向相反，大小相同的磁感应强度；第一励磁电源4和第二励磁电源6输出交流电频率范围为200-2000Hz；感应信号拾取线圈7缠绕在圆形流道1上并位于第一励磁线圈3与第二励磁线圈5的中间，感应信号拾取线圈7两端接信号处理模块8，信号处理模块8对感应信号拾取线圈7内产生的交变感生电压进行放大和算数均方根处理，当液态金属不流动时，两组励磁线圈产生的感应磁场相互抵消，当液态金属流动时，在圆形流道1内流动的液态金属会导致感应信号拾取线圈7位置处的磁场发生变化，进而在感应信号拾取线圈7内产生交变感生电压，此交变感生电压的大小与液态金属流量成正比，通过信号处理模块8处理得到流量信号。
作为本发明的优选实施方式，圆形流道1外壁面布置热阻大的隔热层2，当测量高温液态金属流量时，可减小高温液态金属的热损及高温液态金属对励磁线圈和感应信号拾取线圈7的热冲击，保证线圈工作在安全的温度范围内，感应式液态金属电磁流量计可测量0-800℃液态金属的流量；流量计外部安装屏蔽层9，用于屏蔽外界交流电信号对感应信号拾取线圈7的干扰，屏蔽层9采用铁磁材料加工。

Claims (6)

1.一种感应式液态金属电磁流量计，其特征在于：包括圆形流道1、第一励磁线圈(3)、第一励磁电源(4)、第二励磁线圈(5)、第二励磁电源(6)、感应信号拾取线圈(7)和信号处理模块(8)；所述第一励磁线圈(3)与第二励磁线圈(5)缠绕在圆形流道(1两端，第一励磁电源(4)连接第一励磁线圈(3)，为第一励磁线圈(3)提供高频交流电，第二励磁电源(6)连接第二励磁线圈(5)，为第二励磁线圈(5)提供高频交流电；第一励磁线圈(3)和第二励磁线圈(5)绕制方向相反，匝数相同，在流道内产生方向相反，大小相同的磁感应强度；感应信号拾取线圈(7)缠绕在圆形流道1上并位于第一励磁线圈(3)与第二励磁线圈(5)的中间，感应信号拾取线圈(7)两端连接信号处理模块(8)，当液态金属不流动时，两组励磁线圈产生的感应磁场相互抵消，当液态金属流动时，在圆形流道内流动的液态金属会导致感应信号拾取线圈(7)位置处的磁场发生变化，进而在感应信号拾取线圈(7)内产生交变感生电压，此交变感生电压的大小与液态金属流量成正比，通过信号处理模块(8)处理得到流量信号。
2.根据权利要求1所述一种感应式液态金属电磁流量计，其特征在于：所述第一励磁电源(4)和第二励磁电源(6)输出交流电频率范围为200-2000Hz。
3.根据权利要求1所述一种感应式液态金属电磁流量计，其特征在于：所述信号处理模块(8)对感应信号拾取线圈(7)内产生的交变感生电压进行放大和算数均方根处理。
4.根据权利要求1所述一种感应式液态金属电磁流量计，其特征在于：所述圆形流道(1)外壁面布置热阻大的隔热层(2)，当测量高温液态金属流量时，减小高温液态金属的热损及高温液态金属对第一励磁线圈(3)、第二励磁线圈(5)和感应信号拾取线圈(7)的热冲击，保证线圈工作在安全的温度范围内，感应式液态金属电磁流量计能够测量0-800℃液态金属的流量。
5.根据权利要求1所述一种感应式液态金属电磁流量计，其特征在于：所述圆形流道(1)内无渐缩、渐扩流动阻力大的部件，不会产生额外的流动阻力。
6.根据权利要求1所述一种感应式液态金属电磁流量计，其特征在于：所述流量计外部安装屏蔽层(9)，用于屏蔽外界交流电信号对感应信号拾取线圈(7)的干扰，屏蔽层(9)采用铁磁材料加工。
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