專利名稱：一種高溫液態金屬流量在線標定裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于液態金屬流量測量領域，具體地涉及一種高溫液態金屬流量在線標定
>J-U ρ α裝直。本發明還涉及利用上述裝置進行在線標定的方法。
背景技術：
液態鉛秘合金(LBE, lead-bismuth eutectic)憑借其良好的中子學性能、優良的 抗輻照性能、傳熱性能和安全特性，已成為ADS(加速器驅動的次臨界反應堆系統)設計中散裂靶兼冷卻劑的首選材料，有關液態鉛鉍合金熱工水力特性的實驗研究越來越被人們所重視。為了使研究結果具有指導意義，實驗過程中需要將處于流動狀態的液態鉛鉍合金加熱到300°C以上，如此高溫度下液態鉛鉍合金的流量測量是一大難題。目前市場上銷售的液態金屬電磁流量計能夠承受的最高溫度為180°C，而超聲波流量計的最高耐受溫度也只有240°C左右，無法滿足測量要求。針對現有液態金屬流量計不能用于測量高溫液態金屬的問題，中國專利200910116768. 4和201020592931. 2分別提出了一種適合高溫液態金屬流量測量的永磁式液態金屬流量計。這種流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，利用產生的感應電動勢與被測介質流量(流速)成正比的現象進行流量測量。雖然該流量計可用于高溫液態金屬的流量測量，但用戶在實際使用過程中需要先確定感應電動勢與被測介質流量之間具體的線性關系，也就是說在實際使用時，需要為實驗主回路配備在線流量標定裝置，對其流量進行標定。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高溫液態金屬流量在線標定裝置。本發明的又一目的在于提供一種利用上述裝置進行在線標定的方法。為實現上述目的，本發明提供的高溫液態金屬流量在線標定裝置，主要包括熔化罐I頂部分別通過管道連接真空泵5和氮氣鋼瓶8 ;熔化罐I側壁液面上部氣體空間通過管道與儲液罐2液面上部氣體空間連接；儲液罐2底部通過管道與熔化罐I連接，該管道伸至熔化罐I的底部；儲液罐底部高于熔化罐內液面高度；儲液罐2頂部分別通過管道連接有真空泵5和第一壓力傳感器20 ;儲液罐側壁底部設有三通閥，該三通閥通過管道分別連接第二壓力傳感器21和液態金屬流量計3 ；液態金屬流量計3通過管道連接一電磁泵4，電磁泵4出口設置兩路管道，一路管道與熔化罐上部氣體空間相連接，另一路管道通往主實驗回路；壓力傳感器20、21和液態金屬流量計3均與計算機連接。所述的高溫液態金屬流量在線標定裝置，其中，熔化罐I、儲液罐2以及所有管道的外壁均設有保溫加熱裝置。所述的高溫液態金屬流量在線標定裝置，其中，熔化罐I和儲液罐2頂部分別通過管道連接有氣體安全閥10、13。所述的高溫液態金屬流量在線標定裝置，其中，壓力傳感器20、21和液態金屬流量計3通過數據采集器與計算機連接。本發明提供了利用上述高溫液態金屬流量在線標定裝置進行在線標定的方法I)將欲標定的金屬 充入熔化罐I中，對在線標定裝置進行抽真空；2)抽真空后，向在線標定裝置充入氮氣至在線標定裝置內部壓力略高于大氣壓；3)啟動熔化罐I的保溫加熱裝置，將熔化罐I內的金屬完全熔化，同時啟動儲液罐2與所有管道外壁的保溫加熱裝置，維持溫度在金屬熔點上；4)金屬完全溶化后，將溶化iil I內的液態金屬完全壓入儲液iiS 2中，記錄弟一壓力傳感器20和第二壓力傳感器21的數值，兩者之差為儲液罐2內液態金屬液位高度；5)保持熔化罐I和儲液罐2內氣體壓力相同，啟動電磁泵4，同時采集第一壓力傳感器20和第二壓力傳感器21的壓力信號以及液態金屬流量計3的感應電動勢信號，獲得各個時刻儲液罐2內液態金屬高度變化與感應電動勢的對應關系；6)通過改變電磁泵4的電壓對多個流量點進行校核，完成液態金屬流量計的標定工作。所述的在線標定方法，其中，步驟4中金屬完全熔化后將熔化罐I外壁面的加熱裝置調整至保溫狀態。所述的在線標定方法，其中，第一壓力傳感器20和第二壓力傳感器21的數據由采集器和計算機實時采集和保存。本發明提供的高溫液態金屬流量在線標定裝置，通過測量儲液罐上下壓差以及液態流量計產生的感應電動勢信號，可以完成液態流量計的在線標定。
圖I是本發明所述高溫液態金屬流量在線標定裝置示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I所示，本發明提供的高溫液態金屬流量在線標定裝置，主要包括熔化罐I、儲液罐2、液態金屬流量計3、電磁泵4、真空泵5、高壓氮氣鋼瓶8、管路控制閥門9，11，12，14，15，16，17，18，19、氣體安全閥10，13、第一壓力傳感器20，第二壓力傳感器21、數據采集器6和計算機7。本發明的高溫液態金屬流量在線標定裝置中，熔化罐I位于整個標定裝置的最低位置，其頂蓋分別連接有一個氣體安全閥10，一個真空泵5，一個高壓氮氣鋼瓶8 ;熔化罐I側壁液面上方位置外接一管路控制閥門12與儲液罐2液面上部氣體空間聯通；一不銹鋼金屬管道連接儲液罐2底部，該不銹鋼金屬管道的另一端延伸至熔化罐I的底部。本發明的高溫液態金屬流量在線標定裝置中，儲液罐2底部平面要高于熔化罐I內液面高度，儲液罐2的頂蓋分別連接有一個氣體安全閥13，一個真空泵5，第一壓力傳感器20 ;在儲液罐2側壁接近底平面位置水平引出一段不銹鋼金屬管道，通過三通外接一管路控制閥門17，閥門17連接第二壓力傳感器21，三通的另一端接一液態金屬流量計3。本發明的高溫液態金屬流量在線標定裝置中，液態金屬流量計3接一電磁泵4，電磁泵4出口設置兩路不銹鋼金屬管道，一路不銹鋼金屬管道通過管路控制閥門19相連通往主實驗回路，另一路不銹鋼金屬管道通過管路控制閥門18連通熔化罐I上部氣體空間。本發明的高溫液態金屬流量在線標定裝置中，熔化罐I、儲液罐2以及所有不銹鋼金屬管道的外壁面均配備有保溫加熱裝置。本發明的高溫液態金屬流量在線標定裝置中，第一壓力傳感器20、第二壓力傳感器21和液態金屬流量計3的測量數據均通過數據采集器6和計算機7實時采集和保存。本發明的高溫液態金屬流量在線標定裝置在具體操作時，根據容器的尺寸以及各個接口的高度位置確定所需金屬的重量(金屬完全熔化后液面的高度必須符合設計要求)，然后將其充入熔化罐I中。開啟管路控制閥門9、12、15、16和18，關閉管路控制閥門11和19，啟動真空泵5對整個裝置進行抽真空。抽真空操作完成后，關閉管路控制閥門9、 15和18，開啟管路控制閥門11，向裝置內充入適當氮氣，當裝置內部壓力略高于大氣壓時關閉管路控制閥門11、12和16。啟動熔化罐I外壁面的加熱裝置將金屬完全熔化，同時啟動儲液罐2與不銹鋼金屬管道外部的保溫加熱裝置，維持其表面溫度在金屬熔點以上。金屬完全熔化后，將熔化罐I外壁面的加熱裝置調整至保溫模式，先開啟管路控制閥門16，然后再緩慢開啟管路控制閥門11，將熔化罐I內的液態金屬完全壓入儲液罐2中，然后關閉管路控制閥門11和16此通過計算機記錄下第一壓力傳感器20和第二壓力傳感器21的數值，兩者之差即為儲液罐2內液態金屬液位高度。開啟管路控制閥門12，保持熔化罐I和儲液罐2內氣體壓力相同，然后開啟管路控制閥門18并啟動電磁泵4，同時令數據采集器6和計算機7實時采集和記錄壓力傳感器20和21的壓力信號以及液態金屬流量計的感應電動勢信號。通過以公式(I)可以獲得任意時段內的流量數據
^ P1' — P^] ph — PtI \I 0202 )
g = v f 廣)(I)
h h上式中，t代表測試時刻，P2為第二壓力傳感器所示壓力，P1為第一壓力傳感器所示壓力，S為儲液罐內部橫截面積，P為液態金屬密度。通過改變電磁泵4的供電電壓可以對多個流量點進行校核，獲取液態金屬流量隨感應電動勢的變化曲線，從而完成液態金屬流量計的標定工作。標定工作完成以后，關閉管路控制閥門12和18，同時開啟管路控制閥門19，即可以進行液態金屬熱工水力特性實驗。
權利要求
1.一種高溫液態金屬流量在線標定裝置，主要包括 熔化罐頂部分別通過管道連接真空泵和氮氣鋼瓶；熔化罐側壁液面上部氣體空間通過管道與儲液罐液面上部氣體空間連接； 儲液罐底部通過管道與熔化罐連接，該管道伸至熔化罐的底部； 儲液罐底部高于熔化罐內液面高度； 儲液罐頂部分別通過管道連接有真空泵和第一壓力傳感器；儲液罐側壁底部設有三通閥，該三通閥通過管道分別連接第二壓力傳感器和液態金屬流量計； 液態金屬流量計通過管道連接一電磁泵，電磁泵出口設置兩路管道，一路管道與熔化罐上部氣體空間相連接，另一路管道通往主實驗回路； 第一壓力傳感器、第二壓力傳感器以及液態金屬流量計均與計算機連接。
2.如權利要求I所述的高溫液態金屬流量在線標定裝置，其中，熔化罐、儲液罐以及所有管道的外壁均設有保溫加熱裝置。
3.如權利要求I或2所述的高溫液態金屬流量在線標定裝置，其中，熔化罐和儲液罐頂部分別通過管道連接有氣體安全閥。
4.如權利要求I所述的高溫液態金屬流量在線標定裝置，其中，第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和液態金屬流量計通過數據采集器與計算機連接。
5.一種利用權利要求I所述高溫液態金屬流量在線標定裝置進行在線標定的方法 1)將欲標定的金屬充入熔化罐中，對在線標定裝置進行抽真空； 2)抽真空后，向在線標定裝置充入氮氣至在線標定裝置內部壓力略高于大氣壓； 3)啟動熔化罐的保溫加熱裝置，將熔化罐內的金屬完全熔化，同時啟動儲液罐與所有管道外壁的保溫加熱裝置，維持溫度在金屬熔點以上； 4)金屬完全熔化后，將熔化罐內的液態金屬完全壓入儲液罐中，記錄第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的數值，兩者之差為儲液罐內液態金屬液位高度； 5)保持熔化罐和儲液罐內氣體壓力相同，啟動電磁泵，同時采集第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的壓力信號以及液態金屬流量計的感應電動勢信號，獲得各個時刻儲液罐內液態金屬高度變化與感應電動勢的對應關系； 6)通過改變電磁泵的供電電壓對多個流量點進行校核，完成液態金屬流量計的標定工作。
6.根據權利要求5所述的在線標定方法，其中，步驟4中金屬完全熔化后將熔化罐I壁面的加熱裝置調整至保溫狀態。
7.根據權利要求5所述的在線標定方法，其中，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的數據由采集器和計算機實時采集和保存。
全文摘要
一種高溫液態金屬流量在線標定裝置熔化罐頂部分別通過管道連接真空泵和氮氣鋼瓶；熔化罐側壁液面上部氣體空間通過管道與儲液罐液面上部氣體空間連接；儲液罐底部通過管道與熔化罐連接，該管道伸至熔化罐的底部；儲液罐底部高于熔化罐內液面高度；儲液罐頂部分別通過管道連接有真空泵和第一壓力傳感器；儲液罐側壁底部設有三通閥，該三通閥通過管道分別連接第二壓力傳感器和液態金屬流量計；液態金屬流量計通過管道連接一電磁泵，電磁泵出口設置兩路管道，一路管道與熔化罐上部氣體空間相連接，另一路管道通往主實驗回路；第一壓力傳感器、第二壓力傳感器以及液態金屬流量計均與計算機連接。本發明還公開了在線標定的方法。
文檔編號G01F25/00GK102721452SQ20121020995
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者李勛鋒, 淮秀蘭, 蔡軍, 郭江峰, 陶毓伽 申請人:中國科學院工程熱物理研究所