永磁式液态金属流量计的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种永磁式液态金属流量计。该专利由中国原子能科学研究院申请，并于2018年10月9日获得授权公告。

内容说明

本发明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。

发明背景

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。

发明内容

根据现有技术所存在的问题，本发明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。

为了解决现有技术所存在的问题，本发明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。

本发明的有益效果：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。