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電磁流量計

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高温液态金属電磁流量計在线测量方法与技术综述

來源:作者:李雪菁,姚新紅,張進明发表时间:2021-12-31 08:33:04

        基于法拉第电磁感应定律的電磁流量計具有结构简单、输出信号强、线性度好、耐高温且对流体流动特征不敏感等优点[11-12]。電磁流量計的基本结构包括传感器和转换器,其中传感器由励磁模块、电极、法兰、测量管道组成。测量时,励磁线圈在测量管道空间中产生感应磁场,当导电流体流过磁场覆盖的空间时,会在测量电极两端产生相应的感应电势,平均流速与感应电势成正相关。電磁流量計结构如图6所示。

電磁流量計结构示意图
        根据励磁方式的不同,電磁流量計可以分为交流電磁流量計、直流電磁流量計[13-14]。
 
        在高温液态金属测量中,由于液态金属的高电导率特点,電磁流量計成为目前在高温液态金属测量中应用最广泛的流量计之一,是国际上核反应中铅秘、钠、钠钾合金等液态金属冷却计流量测量的主选设备之一[15]。除了原理上的优势,電磁流量計内部没有阻力件、结构简单等都是在高温液态金属冷却剂测量中的显著优势。但缺点是,由于受到边界条件、电化学等因素、励磁模块退磁等因此影响,電磁流量計长时间测量液态金属流量时需要进行定期标定来校正输出信号[16-17]。 
 
        还有一些测量方法通过对传统流量计进行优化,无论在实验还是现场都取得了不错的效果。如将传统電磁流量計进行结构优化应用于钠冷快堆冷却剂流量测量[43]。
 
        还有对探针法进行结构优化。例如,Vives 探针法就是 Ricou 和 Vives 等[44-46] 采用特制的电磁流体探针测量电磁感应条件下的金属流场。Hayashi H, Becker A 等[47]从理论和实验的角度分别探索了电磁体取代速度探针的方法,改进后的探针能应用于铜合金或钢等更高的环境温度。该方法解决了当温度达到永磁铁居里温度时,磁场消失导致无法测量液态金属流速的问题。
 
        此外,还有结构优化后的涡街流量计、涡轮流量计等[6,48-49] 。
 
        高温液态金属流量测量仪表在线校准仪表校准是为了保证流量测量仪表的准确可靠。高温液态金属流量测量仪表在工作过程中长期受到高温、辐照、热冲击、热循环等影响,在使用一段时间之后,测量精度会下降。有些流量计需要全封闭环境运行,无法进行离线校准,因此在线校准对于提高流量测量计的准确性和可靠性是非常重要的。
 
        常规的校准技术包括容积法校准、标准表法校准、称重法校准。文献[50]利用容积法对永磁式高温钠流量计进行在线校准;文献[51] 以文丘里流量计为标准表,利用标准表法实现高温铅铋電磁流量計的在线校准;文献[40]利用称重法对锌流体流量计在线校准。然而由 于高温液体金属流量计的特殊性,传统的校准技术应用范围非常有限,且校准误差基本在 10%以上。
 
        除了传统的校准技术,还可以通过构建互相关函数进行在线校准。Rapti[52]建立两路流量波动信号的相关函数,对(2~10)m/s 流速下的 DN12、DN300 和DN400 的永磁式電磁流量計在线校准。该方法的校准误差大约在 10%。Akira[53]基于测量管道内流速分布与信号波动频率之间的关系,利用两路波动信号的相关函数提出了一种基于传播速度法的校准技术,并在(2~5)m/s 流速范围内进行在线校准,校准误差在±5%左右。Ramakrishna 等[54]分别对口径为 DN40、DN100和 DN200 的永磁式電磁流量計进行在线校准实验,流量范围分别为(0.84~2.79)m/s、(0.91~3.71)m/s 和 (0.75~1.59)m/s。具体方法是构建测量管路间的感应电动势的波动信号互相关函数。该方法应用于印度英迪拉甘地中心的钠水反应测试设备(第 1 组)、蒸汽发生器测试设备(第 2 组)和快速增殖试验反应堆(第2 组),且校准结果误差在±6%左右。Jian D , Karcher C[55]介绍了一种利用两路洛伦兹力信号进行互相关分析的镓铟锡合金流量计在线校准方法,并提供了数值仿真结果,但是这个方法有待于进一步的验证。
 
        随着计算机技术的发展,也有部分科研人员利用计算软件进行在线校准的研究。刘云焰,陈道龙等[56]设计了一套基于 Labview 的在线校准系统,并在流速为(0.3~2.1)m/s 下,对 DN48 永磁式钠電磁流量計进行校准,校准误差在 7%以内。
 
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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