用于高温高压环境的光纤液位计制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于高温高压环境的光纤液位计。所述光纤液位计包括一端封闭另一端敞开的中空金属铠装管、绝缘导热芯、耐高温电热丝、测温光纤和尾端封头，绝缘导热芯装填在中空金属铠装管内，在绝缘导热芯内设有的中心电热丝通孔和环绕在中心电热丝通孔四周的一个或两个或两个以上测温光纤通道，所述耐高温电热丝位于中心电热丝通孔内，一根或两根或两根以上的测温光纤置于对应的测温光纤通道内，且耐高温电热丝和测温光纤的尾端从尾端封头穿出，并通过尾端封头将中空金属管的开口端密封。本实用新型专利技术所述的新型液位计的安装方式灵活，使用温度压力高，液位分辨率高，可应用于1000℃以下高压水、液态金属、熔盐等介质的液位测量。

Optical fiber liquid level meter for high temperature and high pressure environment

【技术实现步骤摘要】
用于高温高压环境的光纤液位计
本技术专利属于传感测量
，具体涉及一种用于高温高压环境且安装角度不受限的光纤液位计，该液位计可用于水冷反应堆核电站中稳压器、蒸发器的液位追踪，金属反应堆(钠冷、铅铋冷却反应堆)中液态金属液位、熔盐反应堆中熔盐液位监测。
技术介绍
核反应堆采用水、液态金属、熔盐等冷却剂将堆芯产生的热量导出并做功发电。各种反应堆事故中由于冷却剂的流失，将带来堆芯丧失冷源，而引起裸露烧毁的风险。因此核反应堆内各种设备内的冷却剂液位，特别是一回路稳压器中冷却剂的液位，是核反应堆极为需要监测的参数。但是核反应堆一回路是高温高压环境，其温度达300℃以上，压力达15MPa以上，因此对液位计的耐受温度及压力均有极高要求。目前，磁翻板液位计需要将被测容器内的高温介质引流降温后测量，以防止高温下传感器的退磁。这种液位计对容器上下端的开口引流，不但增大了高温高压容器破口风险，而且测量精度及响应速度均有下降。超声波液位计在应用于稳压器及蒸发器等的液相顶部存在蒸气的环境中，由于液相顶部局部出现的高密度蒸汽影响声波穿透，严重干扰测量结果。为应对上述高温高压环境中液位实时精确测量的苛刻条件，当前方案是采用多个不同原理的液位计进行多重测量，以相互校验，然而这种方式系统构成复杂、造价高，因此迫切需要开发一种高温高压环境下安装角度不受限的气-液相界面精确追踪的新型液位计。
技术实现思路
为了解决在高温高压环境，且对容器结构影响较小的液位精确测量问题，本技术专利提出了一种用于高温高压环境的光纤液位计及其制作方法，该光纤液位计可以用于与温度压力高的环境下，且液位分辨率高，不受自身角安装度的影响，可以减小对容器结构及摆放角度的要求。本技术专利解决其技术问题所采用的技术方案为：所述一种用于高温高压环境的光纤液位计，其特征在于：所述光纤液位计包括金属铠装管、绝缘导热芯、耐高温电热丝、一根或两根或两根以上的测温光纤和尾端封头，所述金属铠装管为一端封闭另一端敞开的中空金属管，其内部装填绝缘导热芯，开口端通过尾端封头密封，并在尾端封头的中部对应设有电热丝和光纤穿孔；在绝缘导热芯内设有中心电热丝通孔和环绕在中心电热丝通孔四周的一个或两个或两个以上测温光纤通道，所述耐高温电热丝位于中心电热丝通孔内，一根或两根或两根以上的测温光纤置于对应的测温光纤通道内，耐高电热丝和测温光纤的尾端从尾端封头穿出分别与外界的功率调节系统和光纤温度监测系统连接。本技术进一步的技术方案：所述绝缘导热芯金属铠装管中空区域完全填充，所述中心电热丝通孔设置在绝缘导热芯的中轴线上，其内径与耐高电热丝的外径相匹配，所述测温光纤通道分布在以中心电热丝通孔为圆心的等半径圆柱截面上，其内径与测温光纤的外径相匹配；所述测温光纤通道是与中心电热丝通孔相平行的至少两个直通道，或是螺旋盘绕在中心电热丝通孔周围的一根或两根或两根以上的螺旋通道；当测温光纤通道为多个直通道时，布置在多个测温通道内的多根测温光纤在同一截面上的测点交替分布；当设置两根或两根以上的螺旋通道时，各螺旋通道的盘绕螺距及盘绕半径均一致，螺旋通道之间无交汇区域。本技术进一步的技术方案：所述光纤液位计还包括光纤温度监测系统和功率调节系统；所述光纤温度监测系统可以采用普通光纤测温系统，通过后处理软件将光纤测温系统的测温值转换成液位值，光纤温度监测系统对测温光纤沿程温度信号进行解调，获得绝缘导热芯轴向方向的温度分布信息，与测温光纤一起实现高空间分辨率的温度测量，如果测温光纤呈螺旋盘绕的话，需要把螺旋光纤沿程测点对应成液位计轴向位置，如果是多根直光纤交替布置，需要将各个光纤的测点位置依次对应。所述耐高温电热丝为通电发热金属丝，所述功率调节系统是与耐高电热丝相匹配的加热功率调节系统，采用调节电压或电流的形式，通过调节加载在耐高温电热丝上的电功率的控制耐高温电热丝的发热功率。本技术较优的技术方案：所述金属铠装管采用不锈钢管、铜管、镍合金管、钛合金管、可伐合金管中的任意一种管材；所述测温光纤分布式连续测温光纤或采用沿程刻有多个测温光栅的准分布式测温光纤。本技术较优的技术方案：所述绝缘导热芯是由带有中心电热丝通孔及测温光纤通道的耐高温绝缘芯块依次拼接而成；或直接采用耐高温绝缘粉末进行填充形成。所述耐高温绝缘芯块为带有耐高温电热丝孔及测温光纤通道的陶瓷或云母芯块，其中心电热丝通孔的孔径与耐高温电热丝紧密配合；所述耐高温绝缘粉末为氮化硼或氧化镁粉末。本技术提供中的用于高温高压环境的光纤液位计的制作方法，具体包括以下步骤：(1)基于被测容器结构及液位变动范围，确定液位计金属铠装管的插入位置、插入角度、插入深度，以及测温光纤温度测量区间的覆盖范围；所述步骤(1)中液位计的插入位置为容器顶部、底部及侧面，插入角度为任意角度，插入深度确保液位计前端测量段完全插入到液位变化区，完全覆盖液位变化范围，并留有余量；(2)准备液位计的金属铠装管、绝缘导热芯、耐高温电热丝和一根或两根或两根以上的测温光纤，耐高温电热丝通过绝缘导热芯固定在金属铠装管的中轴线上，测温光纤分布在中心电热丝为圆心的等半径圆柱截面上的，且两根或两根以上的测温光纤在同一截面上的测点交替分布；所述绝缘导热芯选用带有中心电热丝通孔及测温光纤通道的耐高温绝缘芯块，或采用耐高温绝缘粉末；当采用耐高温绝缘芯块时，其外径与金属铠装管内径相匹配，测温光纤包括至少两根平行于中心电热丝通孔的直通道或螺旋盘绕在中心电热丝通孔周围的一根或两根或两根以上的螺旋通道，在安装耐高温电热丝和测温光纤时，直接将多个耐高温绝缘芯块置于金属铠装管内，将耐高温电热丝插入绝缘导热芯中心孔内，并在测温光纤通道内布置测温光纤，然后调节测温光纤的测温区域或测温光栅点的位置，使其覆盖液位的变动范围并满足空间分辨率的要求；当采用耐高温绝缘粉末时，选用两端开口的金属铠装管，将耐高温电热丝定位至金属铠装管的中心位置，测温光纤定位至高温电热丝周围，采用有定位孔的挡片遮挡金属铠装管底端，将高温绝缘粉末完全充实的填充至金属铠装管内，然后去掉定位挡片，将金属凯装管底端完全封闭并调节测温光纤的测温区域或测温光栅点的位置，使其覆盖液位的变动范围并满足空间分辨率的要求；该方式只能适用于直线分布的测温光纤；(3)在耐高温电热丝和测温光纤安装好之后，将耐高温电热丝和测温光纤的尾端穿过尾端封头上的耐高温电热丝穿孔及测温光纤的穿孔，并将尾端封头与金属铠装管密封连接，同时将耐高温电热丝和测温光纤穿过尾端封头的部位进行密封，完成传感器的封装；所述耐高温电热丝与金属铠装管在端头通过留设间距实现绝缘隔离；在进行尾端封头与金属铠装连接时，采用橡胶密封圈或采用高温绝缘胶在耐高温电热丝穿孔及测温光纤的穿孔处进行密封定位，并通过橡胶密封圈或采用高温绝缘胶实现耐高温电热丝与尾端封头之间的绝缘隔离；测温光纤在穿出尾端封头后采用塑料或者橡胶包覆层或者金属波纹管进行保护；(4)将穿出金属铠装管的耐高温电热丝连接至功率调节仪，穿出金属铠装管的测温光纤接入光纤测温系统的输入端口；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温高压环境的光纤液位计，其特征在于：所述光纤液位计包括金属铠装管(1)、绝缘导热芯(2)、耐高温电热丝(3)、一根或两根或两根以上的测温光纤(4)和尾端封头(5)，所述金属铠装管(1)为一端封闭另一端敞开的中空金属管，其内部装填绝缘导热芯(2)，其开口端通过尾端封头(5)密封，并在尾端封头(5)的中部对应位置设有耐高温电热丝和测温光纤的通孔；在绝缘导热芯(2)内设有中心电热丝通孔和环绕在中心电热丝通孔四周的一个或两个或两个以上测温光纤通道，所述耐高温电热丝(3)位于中心电热丝通孔内，一根或两根或两根以上的测温光纤(4)置于对应的测温光纤通道内，耐高温电热丝(3)和测温光纤(4)的尾端从尾端封头(5)穿出分别与外界的功率调节系统(7)和光纤温度监测系统(6)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高温高压环境的光纤液位计，其特征在于：所述光纤液位计包括金属铠装管(1)、绝缘导热芯(2)、耐高温电热丝(3)、一根或两根或两根以上的测温光纤(4)和尾端封头(5)，所述金属铠装管(1)为一端封闭另一端敞开的中空金属管，其内部装填绝缘导热芯(2)，其开口端通过尾端封头(5)密封，并在尾端封头(5)的中部对应位置设有耐高温电热丝和测温光纤的通孔；在绝缘导热芯(2)内设有中心电热丝通孔和环绕在中心电热丝通孔四周的一个或两个或两个以上测温光纤通道，所述耐高温电热丝(3)位于中心电热丝通孔内，一根或两根或两根以上的测温光纤(4)置于对应的测温光纤通道内，耐高温电热丝(3)和测温光纤(4)的尾端从尾端封头(5)穿出分别与外界的功率调节系统(7)和光纤温度监测系统(6)连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于高温高压环境的光纤液位计，其特征在于：所述绝缘导热芯(2)将金属铠装管(1)中空区域完全填充，所述中心电热丝通孔设置在绝缘导热芯(2)的中轴线上，其孔径与耐高温电热丝(3)的外径相匹配，所述测温光纤通道分布在以中心电热丝通孔为圆心的等半径圆柱截面上，其孔径与测温光纤(4)的外径相匹配；所述测温光纤通道是与中心电热丝通孔相平行的至少两个直通道，或是螺旋盘绕在中心电热丝通孔周围的一根或两根或两根以上的螺旋通道；当测温光纤通道为至少两个直通道时，布置在测温通道内的至少两根测温光纤(4)在同一截面上的测点(4-1)交替分布；当设置两根或两根以上的螺旋通道时，各螺旋通道的盘绕螺距及盘绕半径均一致，螺旋通道之间无交汇区域。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张桂林，赵大卫，
申请(专利权)人：武汉雷施尔光电信息工程有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42