液态金属液位连续测量装置及其液位测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了液态金属液位连续测量装置，包括：导电外套管，导电外套管一端为封闭端部、另一端为开口端部，导电外套管的颈部采用绝缘密封卡套以绝缘安装的方式安装在液态金属盛放容器上；导电丝，导电丝从导电外套管开口端插入到导电外套管内部，导电丝与导电外套管之间形成仅有的一处导电连接部C，测电部，所述测电部包括直流供电电源、电压表，其中直流供电电源的正极与导电外套管的开口端部上的点A连接，直流供电电源的负极与导电丝的上端部上的点B连接；电压表的正极与导电外套管的开口端部上的点D连接，电压表负极与导电丝的上端部上的点B连接。

【技术实现步骤摘要】
液态金属液位连续测量装置及其液位测量方法
本专利技术属于高温液态金属测量设备
，具体涉及一种可以对液态金属液位进行连续测量的装置及其使用方法
技术介绍
核能在当今世界能源领域已经占据了越来越重要的地位，而随着核能的发展，如何充分的利用有限的铀资源，有效的处理核废料，已经日益引起了人们的重视。液态金属反应堆正是解决上述问题的有效出路。液态金属液位的高低及其变化规律是系统运行的重要参数。因此开发可以对液态金属液位连续有效测量的装置十分必要。对于液位测量，有很多不同技术。例如，中国专利99202908.2提供了一种浮力式液位测量仪，主要由浮子、系浮子的绳索、测量轮、以及与测量轮同轴安装的盘簧大轮、信号转换输出装置、一端卷绕在盘簧大轮上，另一端盘绕在盘簧小轮上的盘簧等部件组成，解决了浮子钢带型液位测量仪安装复杂，示值不精确的问题，可广泛用于液位的测量。但是其机械结构较多，无法达到对于高温和高密封的要求，而且也无法解决液态钠的高腐蚀性问题。因此不适合应用于液态金属系统。又如，中国专利2011102783125提供了一种液态金属液位探针及其使用方法，包括高液位探针、低液位探针、不锈钢套管、刚玉管以及必要的密封和绝缘部件，是一种利用液态金属导电性为基础的开关式液位检测装置。该装置可以有效的对液态金属罐体内液位进行检测，结果易于观察，设计合理，结构紧凑，适合装配于液态金属容器上。但是该探针仅能检测两个特定的液位，无法实现液态金属液位的连续测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种液态金属液位连续测量装置及其液位测量方法，可以特别解决在高温环境态下流动液态金属的液位连续测量的问题。本专利技术的具体技术方案为：液态金属液位连续测量装置，包括：导电外套管，导电外套管一端为封闭端部、另一端为开口端部，封闭端部用于插入液态金属容器内并隔离液态金属容器内的液态金属进入导电外套管，开口端部设置在液态金属盛放容器外，导电外套管的颈部采用绝缘密封卡套以绝缘安装的方式安装在液态金属容器上；导电丝，导电丝从导电外套管开口端插入到导电外套管内部，所述导电丝有1个，导电丝与导电外套管之间形成仅有的一处导电连接部C，该导电连接部C为：导电丝的下端部与导电外套管的封闭端部之间的导电连接部；测电部，所述测电部包括直流供电电源、电压表，其中直流供电电源的正极与导电外套管的开口端部上的点A连接，直流供电电源的负极与导电丝的上端部上的点B连接；电压表的正极与导电外套管的开口端部上的点D连接，电压表负极与导电丝的上端部上的点B连接；点A与点D的位置选择按照要求1进行，要求1：点A与点D为同一个点或同一高度的两个点。本专利技术上述结构中，导电外套管和导电丝组成探头部分，在探头部分与测电部的协作下整体形成一个能对液态金属液位进行连续测量的装置，其中由于导电外套管的插入到液态金属中的端部封闭形成的是封闭端部，因此可以阻隔高温液态金属进入到导电外套管内部，而本专利技术的核心结构导电丝是完全位于导电外套管内部的，因此导电丝没有与高温液态金属接触，避免导电丝被腐蚀，因此提升了使用寿命和测量精度，特别适合在高温环下进行高精度和长时间的使用。关于连续测量的解决方案是，由于本专利技术的结构中，导电丝直接连接到导电外套管的底部，同时按照上述结构方案加载了直流供电电源、电压表，因此，其结构中，导电外套管分为液面以上部分和液面以下部分，液面以上部分为液面至点A、点D的区间，液面以下部分为液面至封闭端部，在此情形下，导电外套管液面以上部分和液面以下部分均(分别)视为2个电阻，且随着液面的变化，2个部分的电阻则会发生变化，但总电阻之和不变，同时由于液体金属导电，那么在液体金属与导电外套管交界位置则形成并联，因此，液体金属及其液态金属容器可以视为一个电阻，其中导电外套管液面以上部分的电阻为R1，导电外套管液面以下部分的电阻为R2，液体金属及其液态金属盛放容器的电阻为R3，同时，由于导电丝也可以视为1个电阻Rw，在此结构下，其等效电路为，包括一回路，一回路为串联的电源、R1、R2、Rw，R1连接到电源正极，Rw连接电源负极，R2并联有R3，电压表的正极电源正极连接，电压表的负极串联有Rw，在该电路中，我们发现：Ein为直流供电电源的输出电压，Eout为电压表的读数，我们发现，该公式中，能已知的参数有：RW、Ein，Eout，R3，而R1和R2是个随液面变化而动态变化的参数，无法直接获得，我们发现，在RW采用的材料的导电性较差时，其整个电阻值较大，而由于本专利技术采用的导电外套管，其与液体金属之间存在较大的接触面积，因此使得液态金属及其容器部分的阻值非常低，我们发现，其中R3的值远小于R1、R2、RW，因此可以忽略R3，因此，上述情况下，上述公式可简化为：其中Ein为供电电源1输出电压，一般选择24V，RW在装置制造时测得。通过查看电压表的读数后，可以测算出电阻R1的值。而R1与导电外套管上部未被液态金属淹没部分的长度成线性关系，依靠其线性关系则可以推算出最后的未被淹没区域的长度。由此，通过上述分析，我们可以看出，本专利技术要实现连续的测量，其主要是依赖上述特殊的结构设计，不仅满足高温的问题，还能设计出特定的电路设计，在该电路情况下，根据电源值、电压表实测值、以及提前测算出RW，以此得出R1，再根据液位高度与R1的线性关系得出液位高度。因此我们实际上可以直接测定变化的电压表值，就可以非常方便的计算出此时液位高度，其测定是连续的，任何高度都可以测定得到。液位高度与R1的线性关系是指，导电外套管上点A或点D到液面之间这段，该结构是个均匀结构，可以根据使用的材料和导电性能测算出线性关系，一般是S*P/Q＝R1，S为长度，也就是液面位置决定了S的大小，P是物质的电阻率，Q为截面。优选的，导电丝从导电外套管开口端插入到导电外套管内部，其两端分别为点B和点C。点B与点C的位置选择按照要求2进行，要求2：导电丝与导电外套管之间形成仅有的一处导电连接部C，该导电连接部C为：导电丝的下端部与导电外套管的封闭端部之间的导电连接部；导电丝的上端点B分别与直流电源负极和电压表负极连接。优选的，所述导电外套管采用电阻率较大、电阻随温度变化率小、耐高温且耐腐蚀的导电材料制成，导电丝采用电阻率较大、电阻随温度变化率小且耐高温的导电材料制成。所述导电外套管采用电阻率为P1、电阻随温度变化率为L1的导电材料制成，导电丝采用电阻率为P2、电阻随温度变化率为L2的导电材料制成；电阻率较大是指：其中，P1、P2的取值均为铜的电阻率80倍至200倍的范围，电阻随温度变化率小是指：L1、L2的取值范围为2％至5％。由于一般设备电源连接之间采用铜导线连接，因此，为了放大检测信号，所述导电外套管的导电横截面积满足导电丝的总电阻值与导电外套管的总电阻值相等(接近)，还需要将导电丝的材料选择时，其电阻率应当要大于铜，一般远大于铜时最佳，能放大其测定信号，即，加重导电丝的影响，一般选择其比铜导电性弱80-200倍的材料。同时本专利技术中是高温形态物质，因此本专利技术还要研究温度对材料的影响，本专利技术研究发现在材料中，Inconel600的导电性在常温到550℃的变化在3％以内，因此可以选择用Inconel600材料优选的作为导电丝，而同时，由于，是要让R3的值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.液态金属液位连续测量装置，其特征在于，包括：导电外套管(7)，导电外套管(7)一端为封闭端部、另一端为开口端部，封闭端部用于插入液态金属容器内并隔离液态金属容器内的液态金属进入导电外套管，开口端部设置在液态金属容器外，导电外套管的颈部采用绝缘密封卡套(3)以绝缘安装的方式安装在液态金属容器上；导电丝(4)，导电丝从导电外套管开口端插入到导电外套管内部，导电丝(4)与导电外套管(7)之间形成仅有的一处导电连接部C，该导电连接部C为：导电丝(4)的下端部与导电外套管(7)的封闭端部之间的导电连接部；测电部，所述测电部包括直流供电电源(1)、电压表(2)，其中直流供电电源(1)的正极与导电外套管(7)的开口端部上的点A连接，直流供电电源(1)的负极与导电丝(4)的上端部上的点B连接；电压表(2)的正极与导电外套管(7)的开口端部上的点D连接，电压表(2)负极与导电丝(4)的上端部上的点B连接；点A与点D的位置选择按照要求1进行，要求1：点A与点D为同一个点或同一高度的两个点。

【技术特征摘要】
1.液态金属液位连续测量装置，其特征在于，包括：导电外套管(7)，导电外套管(7)一端为封闭端部、另一端为开口端部，封闭端部用于插入液态金属容器内并隔离液态金属容器内的液态金属进入导电外套管，开口端部设置在液态金属容器外，导电外套管的颈部采用绝缘密封卡套(3)以绝缘安装的方式安装在液态金属容器上；导电丝(4)，导电丝从导电外套管开口端插入到导电外套管内部，导电丝(4)与导电外套管(7)之间形成仅有的一处导电连接部C，该导电连接部C为：导电丝(4)的下端部与导电外套管(7)的封闭端部之间的导电连接部；测电部，所述测电部包括直流供电电源(1)、电压表(2)，其中直流供电电源(1)的正极与导电外套管(7)的开口端部上的点A连接，直流供电电源(1)的负极与导电丝(4)的上端部上的点B连接；电压表(2)的正极与导电外套管(7)的开口端部上的点D连接，电压表(2)负极与导电丝(4)的上端部上的点B连接；点A与点D的位置选择按照要求1进行，要求1：点A与点D为同一个点或同一高度的两个点。2.根据权利要求1所述的液态金属液位连续测量装置，其特征在于，点B与点C的位置选择按照要求2进行，要求2：导电丝(4)的点B至导电丝(4)的下端点C的部分为导电部。3.根据权利要求1所述的液态金属液位连续测量装置，其特征在于，所述导电外套管(7)采用电阻率为P1、电阻随温度变化率为L1的导电材料制成，导电丝(4)采用电阻率为P2、电阻随温度变化率为L2的导电材料制成；其中，P1、P2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇子铖，兰治科，李勇，昝元锋，许世杰，李朋洲，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51