[发明专利]一种高温液态金属温差流量计

说明书

技术领域

本发明为一种高温液态金属温差流量计，属能源、材料工程领域。

背景技术

液态金属，比如汞、钠、铅铋等，由于具有良好的热传导特性和中子特性已被选作先进快中子反应堆的冷却剂材料。用于快中子反应堆的冷却剂液态金属（钠、铅铋等）熔点高，其正常运行温度范围为200℃~600℃。同时，液态金属锂、锂铅等由于其良好的传热特性和氚增殖特性，在未来先进核聚变反应堆研究中被优先选为反应堆中的冷却剂材料和氚增殖材料。为了研究液态金属对反应堆材料的腐蚀以及其热工特性等，目前世界很多国家都已经建造或正在建在液态金属回路开展相关实验。中科院合肥物质科学研究院已经建造的DRAGON-IV液态锂铅回路是目前国际上独有的多功能强迫对流锂铅实验回路，近期还将建设系列高温液态铅铋强迫对流回路，用于演示加速器驱动液态铅铋冷却快中子嬗变堆技术，并作为综合实验平台获取液态金属铅铋对结构材料腐蚀率、热工水力学规律等，本发明可以有效的对高温（>200℃）液态金属进行流量测量，为实验提供必要的工况参数与控制输入信号。

现有的流量计种类很多，比如电磁流量计、涡街流量计、节流流量计、超声波流量计、热式质量流量计、差压流量计、容积流量计等，其中最突出的特点就是：流量计种类繁多，其测量原理、结构特性、使用范围、使用方法等各不相同，但每种都有它特定的适用性，也都有它的局限性。从使用范围上说，目前应用于液态金属测量的流量计种类贫乏，虽然液态金属良好的导电性可以优先选择电磁流量计，但是电磁流量计可以应用的最高温度只有400℃，且存在信号稳定性差、需要考虑液态金属与管壁材料的润湿性等缺点。而超声波流量计由于受压电材料居里温度、超声波探头与液态金属润湿性、不同界面处超声波传播的耦合性等限制，在液态金属测量中存在很大的技术难点。同时考虑到液态金属的物性条件、液态金属的驱动等问题，其它类型的流量计往往也很难应用到高温液态金属的测量中。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高温液态金属温差流量计，可以实现200℃~1250℃液态金属流量的测量；同时，两种导体或者半导体不同材料的导线头尾相接处形成两个连接点的安装方式有三种，尤其是第三种方法的使用可以降低局部压损小，从而降低对流体驱动等外部条件的要求。

本发明为一种高温液态金属温差流量计，其基本测量原理是：高温液态金属以一定的流速在管道中流动时，由于与外界环境存在换热，在管道中流经一定长度后，该段管道前后两处的液态金属存在温差。液态金属的流动速度不同，即流量不同，那么前后端管道的温差也将不同。因此，通过该段管道前后液态金属的温差，得到高温液态金属的流量大小。管道内为高温液态金属，比如，铅、铅铋、锂铅、钠等，在管道两端A和B处为测量点，其中A和B之间相距为L。设管道中液态金属在A和B处的温差为ΔT，管道与外界环境外界存在换热，但环境的温度不因管道内液态金属与外界环境的换热温度升高（这一点通过实验室的排气扇等是可以近似实现的）。那么，理想情况下，温差ΔT是高温液态金属流动速度V和A和B之间管道长度L的函数。即：

ΔT=ΔT(V,L)

A和B之间的管道长度L可以根据实际工况条件选择确定。那么温差ΔT就仅是高温液态金属流动速度V的函数了。因此，通过温差测量就可以得到高温液态金属的流动速度。管道中高温液态金属流速与流量的关系为：

Q=πD²V/4

其中D为管道的内径，V为高温液态金属的流动速度，Q为高温液态金属的流量。

本发明技术解决方案；

（1）高温液态金属温差流量计包括传感器和转换器,传感器由两种导体或者半导体材料的导线头尾相接构成闭环结构，整个闭环结构安装于保护套管内，保护套管与环路之间填满绝缘材料。两种不同材料的导线头尾相接处形成两个连接点，两个连接点位于保护套管的两端。各有一根导线与两种不同材料的导线中点连接，穿过保护套管引出测量信号。传感器的两个连接点所在处分别安装于管道的两端，即A、B端；传感器中与两种不同材料的导线连接并引出测量信号的部分处于远离管道且温度(大小为T₀)稳定的环境中，引出测量信号的导线连接于转换器；