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高溫液態金屬電磁流量計在線測量方法與技術綜述

來源:作者:李雪菁,姚新紅,張進明發表時間:2021-12-31 08:33:04

        基于法拉第電磁感應定律的電磁流量計具有結構簡單、輸出信號強、線性度好、耐高溫且對流體流動特征不敏感等優點[11-12]。電磁流量計的基本結構包括傳感器和轉換器,其中傳感器由勵磁模塊、電極、法蘭、測量管道組成。測量時,勵磁線圈在測量管道空間中產生感應磁場,當導電流體流過磁場覆蓋的空間時,會在測量電極兩端產生相應的感應電勢,平均流速與感應電勢成正相關。電磁流量計結構如圖6所示。

電磁流量計結構示意圖
        根據勵磁方式的不同,電磁流量計可以分為交流電磁流量計、直流電磁流量計[13-14]。
 
        在高溫液態金屬測量中,由于液態金屬的高電導率特點,電磁流量計成為目前在高溫液態金屬測量中應用最廣泛的流量計之一,是國際上核反應中鉛秘、鈉、鈉鉀合金等液態金屬冷卻計流量測量的主選設備之一[15]。除了原理上的優勢,電磁流量計內部沒有阻力件、結構簡單等都是在高溫液態金屬冷卻劑測量中的顯著優勢。但缺點是,由于受到邊界條件、電化學等因素、勵磁模塊退磁等因此影響,電磁流量計長時間測量液態金屬流量時需要進行定期標定來校正輸出信號[16-17]。 
 
        還有一些測量方法通過對傳統流量計進行優化,無論在實驗還是現場都取得了不錯的效果。如將傳統電磁流量計進行結構優化應用于鈉冷快堆冷卻劑流量測量[43]。
 
        還有對探針法進行結構優化。例如,Vives 探針法就是 Ricou 和 Vives 等[44-46] 采用特制的電磁流體探針測量電磁感應條件下的金屬流場。Hayashi H, Becker A 等[47]從理論和實驗的角度分別探索了電磁體取代速度探針的方法,改進后的探針能應用于銅合金或鋼等更高的環境溫度。該方法解決了當溫度達到永磁鐵居里溫度時,磁場消失導致無法測量液態金屬流速的問題。
 
        此外,還有結構優化后的渦街流量計、渦輪流量計等[6,48-49] 。
 
        高溫液態金屬流量測量儀表在線校準儀表校準是為了保證流量測量儀表的準確可靠。高溫液態金屬流量測量儀表在工作過程中長期受到高溫、輻照、熱沖擊、熱循環等影響,在使用一段時間之后,測量精度會下降。有些流量計需要全封閉環境運行,無法進行離線校準,因此在線校準對于提高流量測量計的準確性和可靠性是非常重要的。
 
        常規的校準技術包括容積法校準、標準表法校準、稱重法校準。文獻[50]利用容積法對永磁式高溫鈉流量計進行在線校準;文獻[51] 以文丘里流量計為標準表,利用標準表法實現高溫鉛鉍電磁流量計的在線校準;文獻[40]利用稱重法對鋅流體流量計在線校準。然而由 于高溫液體金屬流量計的特殊性,傳統的校準技術應用范圍非常有限,且校準誤差基本在 10%以上。
 
        除了傳統的校準技術,還可以通過構建互相關函數進行在線校準。Rapti[52]建立兩路流量波動信號的相關函數,對(2~10)m/s 流速下的 DN12、DN300 和DN400 的永磁式電磁流量計在線校準。該方法的校準誤差大約在 10%。Akira[53]基于測量管道內流速分布與信號波動頻率之間的關系,利用兩路波動信號的相關函數提出了一種基于傳播速度法的校準技術,并在(2~5)m/s 流速范圍內進行在線校準,校準誤差在±5%左右。Ramakrishna 等[54]分別對口徑為 DN40、DN100和 DN200 的永磁式電磁流量計進行在線校準實驗,流量范圍分別為(0.84~2.79)m/s、(0.91~3.71)m/s 和 (0.75~1.59)m/s。具體方法是構建測量管路間的感應電動勢的波動信號互相關函數。該方法應用于印度英迪拉甘地中心的鈉水反應測試設備(第 1 組)、蒸汽發生器測試設備(第 2 組)和快速增殖試驗反應堆(第2 組),且校準結果誤差在±6%左右。Jian D , Karcher C[55]介紹了一種利用兩路洛倫茲力信號進行互相關分析的鎵銦錫合金流量計在線校準方法,并提供了數值仿真結果,但是這個方法有待于進一步的驗證。
 
        隨著計算機技術的發展,也有部分科研人員利用計算軟件進行在線校準的研究。劉云焰,陳道龍等[56]設計了一套基于 Labview 的在線校準系統,并在流速為(0.3~2.1)m/s 下,對 DN48 永磁式鈉電磁流量計進行校準,校準誤差在 7%以內。
 
法律提示:本文摘自:儀器儀表學報,具體版權說明如下:
 
《儀器儀表學報》網絡很好論文
題目:
高溫液態金屬流量在線測量方法與技術綜述
作者:
李雪菁,姚新紅,張進明
收稿日期:
2021-08-10
網絡很好日期: 2021-12-31
引用格式:
李雪菁,姚新紅,張進明.高溫液態金屬流量在線測量方法與技術綜述
 
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