CN205373787U - 一种永磁式液态金属流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流量计技术领域，公开了一种永磁式液态金属流量计。该流量计包括一次传感器、二次仪表及相关法流量测量装置；所述一次传感器包括磁系统测量部件、温度测量部件、支承定位组件及防护部件，其中磁系统测量部件是一次传感器的核心，其为多个磁钢组件串联组成，该多个磁钢组件由一对磁极连接组成闭合磁路，为永磁式管道液态金属流量计提供稳定磁场；磁系统测量部件还包括电极及管道组件；管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直；该流量计采用串联式分体结构，可实现在线校准、测量线性度好且测量误差小的适于大量程(>300m³/h)的优点。

Description

一种永磁式液态金属流量计

技术领域

本实用新型属于流量计技术领域，具体涉及一种永磁式液态金属流量计。

背景技术

由于液态金属温度高、化学性质活泼并且大多应用领域处于高辐照环境，所以常规流量计无法应用在液态金属流量测量领域。永磁式管道液态金属流量计基于法拉第电磁感应定律的原理，即液态金属在垂直于磁场的管道中流动时切割磁力线，在与液态金属运动方向和磁力线方向相垂直的两电极上产生感应电动势。这种感应电动势的大小与流体流速成正比，从而通过检测流量计输出感应电动势即可求得液态金属流量。

由于永磁式管道液态金属流量计具有结构简单、输出信号强、线性度好、耐高温和对流体流动特征不敏感等优点，在国内外已被应用于管道液态金属流量测量。但是液态金属(如钠冷快堆中的钠)的应用领域一般都具有温度高且温度变化范围宽(如钠在快堆中温度变化范围为150℃～600℃)的特点，如果只保证某一温度下的测量线性度是不能完全满足实际测量要求的。

目前已公开的中国专利(申请号为200910116768.4和201210556276.9)均是采用永磁式原理的液态金属流量计，两者均采用整体式磁钢组件结构，如果用作大口径(如DN200)、大量程管道液态金属流量测量会存在测量线性度无法满足需求的问题。

另外，传统的液态金属流量计安装后基于安全性因素的考虑一般采取焊接方式安装，不再拆卸标定，而且目前公开的液态金属流量计在设计时均未考虑如何实现流量计的在线校准。

实用新型内容

(一)实用新型目的

根据现有技术所存在的问题，本实用新型提供了一种可实现在线校准、测量线性度好且测量误差小的适于大量程(>300m³/h)的液态金属流量计。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种永磁式液态金属流量计，该流量计包括一次传感器、二次仪表及相关法流量测量装置；

所述一次传感器包括磁系统测量部件、温度测量部件、支承定位组件及防护部件，其中防护部件位于磁系统测量部件的外部，为钟罩形结构，用于流量计的防护；防护部件的上部还设置有一个磁通测量盲管，该盲管作为磁通量密度测量接口，用于放置特斯拉计；定期校准时将特斯拉计伸到盲管底部，保证不同时刻特斯拉计探头测量位置的一致性，完成磁钢组件的磁通量密度测量后，通过计算从而修正流量计长时间运行后由磁通量密度的变化引起的流量计分度特性变化；

所述磁系统测量部件是一次传感器的核心，其为多个磁钢组件串联组成，该多个磁钢组件由一对磁极连接组成闭合磁路，为永磁式管道液态金属流量计提供稳定磁场；磁系统测量部件还包括电极及管道组件；

所述每个磁钢组件均包括永磁体、磁轭，永磁体、磁轭及磁极对称地设置于管道组件的径向位置处，且永磁体和磁轭之间固定连接；永磁体的形状为长方体或圆柱状，磁轭的形状为U型，其位于管道组件的下方，U型磁轭的两端分别与永磁体固定连接；磁极的形状为扁平长方体，磁极与永磁体固定连接；所述电极的对数为多对，其位于两磁极中心位置偏向液态金属流动方向一侧；管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直；

所述温度测量部件的测温点位于磁系统测量部件内的永磁体上，用于磁钢组件的温度测量，以在线补偿由于介质温度变化而引起的传感器分度特性的变化。

所述支承定位组件位于管道组件下方，实现管道组件的固定支承，并防止管道组件的周向及径向运动，保证管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直。

所述相关法流量测量装置包括主要包括数据采集单元、相关分析机等，其通过信号电缆与电极相连，其是对任意两对电极的流量信号进行分析，建立流量波动信号的传输时间与流量的关系，通过测量流量波动信号的传输时间，就可以确定液态金属的流量，从而完成流量计的在线校准。

优选地，所述磁极与管道组件间为空气间隙，间隙的宽度为2～6mm。

(三)有益效果

本申请提供的液态金属流量计不同于传统的流量计结构，其是通过采用串联式分体结构，对液态金属流量测量尤其是大流量(>300m³/h)流量测量时，增加了流量计磁系统测量部件所在磁场的均匀区域范围，改善了输出线性度；配套的温度测量部件及二次仪表，可实时在线补偿由于介质温度变化而引起的流量计分度特性的变化，保证了液态金属在整个运行温度范围内的测量精度。另外，该装置配套的相关法流量在线校准装置可实现流量计在线校准，解决了液态金属流量计不便拆卸进行定期校准的难题。

其中，该流量计对液态金属流量进行测量时进行在线温度补偿的原理是：

当液态金属在垂直于磁场的管道中流动时切割磁力线，在与液态金属运动方向和磁力线方向相垂直的两电极上产生感应电动势。

感应电动势的大小可用下式表示：

$E=Bd\stackrel{-}{v}---\left(1\right)$

式中：

E──在液态金属中产生的感应电动势，V；

B──管道截面上的磁通量密度，T；

d──液态金属管道内径，m；

──液态金属流速，m/s；

利用感应电势E计算出液态金属流体流速v，从而求得液态金属体积流量Q：

$Q=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}^2\stackrel{-}{v}=\frac{\mathrm{\π}Ed}{4B}=KE---\left(2\right)$

式中：K──每1毫伏输出信号对应的流量，即流量计分度特性曲线的斜率。

当流量计结构尺寸确定时，流量计的分度特性实际上还要受磁钢组件的温度T_m、液态金属温度T_f影响。考虑液态金属的加热速度一般不大，可以认为磁钢组件温度T_m与液态金属温度T_f之间是一一对应的关系，从而只需通过液态金属流量计标定回路进行实验建立K与液态金属温T_f(或磁钢温度T_m)之间的关系，便可得到整个运行温度范围内的流量计分度特性。

可以按下式描述K与液态金属温度T_f的关系：

K＝f(T_f)(3)

流量计的分度特性关系式可表示为：

Q＝KE＝f(T_f)E(4)

当测得电动势E及液态金属温T_f时，利用式(4)式即可确定液态金属的流量。

利用流量计对液态金属流量进行测量，进行相关法流量测量装置对其进行校准的原理是：

实现流量计在线校准功能时，将两对电极输出的感应电压信号输送至相关法流量测量装置中，用相关分析法计算出这2个信号相关函数峰值对应的时间，也就是它们的传输时间τ。在两电极间距恒定情况下，传输时间τ与液态金属流速成反比，从而通过测量传输时间τ，就可以在役校准钠流量。当流量计标定时，利用相关法流量测量装置测定在不同液态金属温度t下的流量波动信号传输时间τ，并建立流量计的流量Q～传输时间τ关系式：

Q＝(at²+bt+c)/τ(5)

式中：Q——流量，m³/h(或kg/s)；

τ——传输时间，s；

t——液态金属温度，℃；

a、b、c——系数。

把测定的数据作为标准数据存档。此后定期对流量计进行就地校准，利用相关法流量测量装置测定τ和流量计的输出电动势mV信号，结合标定时测定的传输时间τ与Q关系的数据建立新的Q～E分度特性，从而完成流量计分度特性的在役校准工作。

附图说明

图1是本申请提供的永磁式流量计的主视示意图；其中1为管道组件；

图2是本申请提供的永磁式流量计的侧视示意图；其中2为磁轭；3为永磁体；4为磁极；5为电极；6为铠装热电偶；

图3是本申请提供的永磁式流量计的俯视示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。

实施例1

一种永磁式液态金属流量计，该流量计包括一次传感器、二次仪表及相关法流量测量装置；

所述一次传感器包括磁系统测量部件、温度测量部件、支承定位组件及防护部件，其中防护部件位于磁系统测量部件的外部，为钟罩形结构，用于流量计的防护；防护部件的上部还设置有一个磁通测量盲管，该盲管作为磁通量密度测量接口，用于放置特斯拉计；定期校准时将特斯拉计伸到盲管底部，保证不同时刻特斯拉计探头测量位置的一致性，完成磁钢组件的磁通量密度测量后，通过计算从而修正流量计长时间运行后由磁通量密度的变化引起的流量计分度特性变化；

所述磁系统测量部件是一次传感器的核心，其为多个磁钢组件串联组成，该多个磁钢组件由一对磁极连接组成闭合磁路，为永磁式管道液态金属流量计提供稳定磁场；磁系统测量部件还包括电极5及管道组件1；

所述每个磁钢组件均包括永磁体3、磁轭2，永磁体3、磁轭2及磁极4对称地设置于管道组件1的径向位置处，且永磁体3和磁轭2之间固定连接；永磁体3的形状为长方体或圆柱状，磁轭2的形状为U型，其位于管道组件1的下方，U型磁轭2的两端分别与永磁体3固定连接；磁极4的形状为扁平长方体，磁极4与永磁体3固定连接；所述磁极4与管道组件1间为空气间隙，间隙的宽度为2mm；所述电极5的对数为多对，其位于两磁极中心位置偏向液态金属流动方向一侧；管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直；

所述温度测量部件包括铠装热电偶6，其测温点位于磁系统测量部件内的永磁体上，用于磁钢组件的温度测量，以在线补偿由于介质温度变化而引起的传感器分度特性的变化。

所述支承定位组件位于管道组件1下方，实现管道组件1的固定支承，并防止管道组件1的周向及径向运动，保证管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直。

所述相关法流量测量装置包括主要包括数据采集单元、相关分析机等，其通过信号电缆与电极相连，其是对任意两对电极的流量信号进行分析，建立流量波动信号的传输时间与流量的关系，通过测量流量波动信号的传输时间，就可以确定液态金属的流量，从而完成流量计的在线校准。

实施例2

与实施例1不同的是，所述磁极4与管道组件1间为空气间隙，间隙的宽度为6mm。

Claims (2)

1.一种永磁式液态金属流量计，其特征在于，该流量计包括一次传感器、二次仪表及相关法流量测量装置；

所述一次传感器包括磁系统测量部件、温度测量部件、支承定位组件及防护部件，其中防护部件位于磁系统测量部件的外部，为钟罩形结构，用于流量计的防护；防护部件的上部还设置有一个磁通测量盲管，该盲管作为磁通量密度测量接口，用于放置特斯拉计；

所述磁系统测量部件是一次传感器的核心，其为多个磁钢组件串联组成，该多个磁钢组件由一对磁极连接组成闭合磁路，为永磁式管道液态金属流量计提供稳定磁场；磁系统测量部件还包括电极及管道组件；

所述每个磁钢组件均包括永磁体、磁轭，永磁体、磁轭及磁极对称地设置于管道组件的径向位置处，且永磁体和磁轭之间固定连接；永磁体的形状为长方体或圆柱状，磁轭的形状为U型，其位于管道组件的下方，U型磁轭的两端分别与永磁体固定连接；磁极的形状为扁平长方体，磁极与永磁体固定连接；所述电极的对数为多对，其位于两磁极中心位置偏向液态金属流动方向一侧；管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直；

所述温度测量部件的测温点位于磁系统测量部件内的永磁体上，用于磁钢组件的温度测量，以在线补偿由于介质温度变化而引起的传感器分度特性的变化；

所述支承定位组件位于管道组件下方，实现管道组件的固定支承，并防止管道组件的周向及径向运动，保证管道组件轴线、电极轴线、磁力线三者互相垂直；

所述相关法流量测量装置包括主要包括数据采集单元、相关分析机，其通过信号电缆与电极相连。

2.根据权利要求1所述的一种永磁式液态金属流量计，其特征在于，所述磁极与管道组件间为空气间隙，空气间隙的宽度为2～6mm。