專利名稱：一種液態(tài)金屬壓力測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置。本發(fā)明還涉及一種利用上述裝置測(cè)量高溫液態(tài)金屬壓力的方法。
背景技術(shù)：
液態(tài)金屬由于具有高的換熱能力，在高熱流密度散熱需求的工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在核工業(yè)領(lǐng)域目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，如鉛鉍合金、鋰鉛合金、鈉和鈉鉀合金等具有高沸點(diǎn)低熔點(diǎn)的金屬目前在一些反應(yīng)堆內(nèi)作為一回路冷卻介質(zhì)已經(jīng)應(yīng)用。由于液態(tài)金屬的流動(dòng)傳熱等特性與常規(guī)流體不同，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)也搭建了大規(guī)模液態(tài)金屬流動(dòng)傳熱及腐蝕特性研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。液態(tài)金屬一般具有腐蝕性，且溫度較高，其關(guān)鍵參數(shù)壓力的測(cè)量是其中的一個(gè)難點(diǎn)，而壓力監(jiān)控是液態(tài)金屬回路安全運(yùn)行的一個(gè)必需 指標(biāo)。目前一般采用了兩組膜片傳感器的方式對(duì)液態(tài)金屬的壓力進(jìn)行測(cè)量，壓力傳感器不直接接觸具有較高腐蝕能力及較高溫度的液態(tài)金屬，單獨(dú)制作耐高溫腐蝕的膜片跟液態(tài)金屬接觸，然后通過在該膜片與壓力傳感器膜片間一段管道內(nèi)填充腐蝕性小且常溫下為液態(tài)的介質(zhì)將液態(tài)金屬壓力傳遞到壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)通過中間管道的自然對(duì)流冷卻降低溫度，使得壓力傳感器工作在安全溫度范圍內(nèi)。兩組膜片的壓力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)中間填充介質(zhì)要求較高，理想狀態(tài)是不可壓介質(zhì)且體積不受溫度變化影響最好，否則由于溫度的變化會(huì)引起較大的測(cè)量誤差，其沸點(diǎn)要高，在與液態(tài)金屬接觸側(cè)的較高溫度下不能產(chǎn)生相變，常溫下也要保持液態(tài)，要具有較小的腐蝕性，因此二次側(cè)介質(zhì)的選擇也是一個(gè)難點(diǎn)，很難找到理想的中間介質(zhì)。而且若與液態(tài)金屬直接接觸的膜片損壞后，不能實(shí)現(xiàn)在線更換。大部分液態(tài)金屬在常溫下一般呈固態(tài)，因此液態(tài)金屬常溫凝固條件下不能再接觸壓力膜片，否則凝固過程中的體積變化可能會(huì)對(duì)直接接觸膜片產(chǎn)生不可逆損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置。本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置測(cè)量液態(tài)金屬壓力的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，主要包括一壓力表連接氣體管；氣體管通過轉(zhuǎn)接彎頭連接引壓緩沖管；引壓緩沖管通過彎頭連接至液態(tài)金屬管道。所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，壓力表和氣體管之間連接有閥門。所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，引壓緩沖管與液態(tài)金屬管道可任意角度連接。所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，引壓緩沖管的管壁安裝有溫度傳感器、電加熱元件和保溫材料；溫度傳感器、電加熱元件分別與PID控制儀表、繼電器連接，PID控制儀表與繼電器連接。
所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，引壓緩沖管靠近氣體管的一端安裝有溫度傳感器。本發(fā)明提供的利用上述裝置測(cè)量液態(tài)金屬壓力的方法首先將液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置內(nèi)部抽真空，充入惰性氣體微正壓保護(hù)，液態(tài)金屬流經(jīng)液態(tài)金屬管道時(shí)，將彎頭內(nèi)氣體排出并充入液態(tài)金屬，引壓緩沖管和氣體管內(nèi)的惰性氣體被封閉在管內(nèi)；當(dāng)液態(tài)金屬管道內(nèi)壓力升高時(shí)，壓縮密閉在引壓緩沖管和氣體管內(nèi)的惰性氣體，直到達(dá)到壓力平衡，通過壓力表測(cè)量氣體壓力即可獲得對(duì)應(yīng)位置液態(tài)金屬的壓力。所述的方法，其中，充入的惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻Ｋ龅姆椒?，其中，氣體管為豎直放置并裸露在大氣中；引壓緩沖管為水平安放。
所述的方法，其中，溫度傳感器測(cè)量得到的溫度采集到PID控制儀表內(nèi)與所設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，控制電加熱元件的加熱功率維持引壓緩沖管最低溫度高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)，防止液態(tài)金屬在管內(nèi)凝固，影響壓力測(cè)量。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要兩組膜片共同工作；2)不需要填充中間液態(tài)介質(zhì)；3)可以直接在線維護(hù)更換傳感器部件；4)液態(tài)金屬凝固也不會(huì)對(duì)傳感器有損壞；5)在發(fā)生管路堵塞故障時(shí)對(duì)液態(tài)金屬壓力有緩沖作用。


圖I是本發(fā)明液態(tài)金屬管道與引壓緩沖管呈垂直連接時(shí)的裝置示意圖。圖2是本發(fā)明液態(tài)金屬管道與引壓緩沖管呈水平連接時(shí)的裝置示意圖。附圖中主要組件符號(hào)說明I壓力表；2壓力表安裝座；3閥門；4氣體管；5轉(zhuǎn)接彎頭；6保溫材料；7電加熱元件；8引壓緩沖管；9、10彎頭；11繼電器；12PID控制儀表；13溫度傳感器；14液態(tài)金屬管道。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的測(cè)壓裝置包括有壓力表I (可以是指針、數(shù)顯壓力儀表等)，壓力表安裝座2，閥門3 (可以是球閥、截止閥等)，氣體管4，轉(zhuǎn)接彎頭5，保溫材料6，電加熱元件7(可以是電加熱帶、電加熱膜、電加熱片等)，引壓緩沖管8，彎頭9和10，繼電器11 (可以是交流接觸器、固態(tài)繼電器、調(diào)壓器等)，PID控制儀表12，溫度傳感器13(可以是熱電偶、熱電阻等)。具體連接關(guān)系如圖I所示壓力表I安裝在壓力表安裝座2上，并連接至氣體管4，在壓力表I和氣體管4之間安裝有閥門3。氣體管4通過轉(zhuǎn)接彎頭5連接至引壓緩沖管8的一端。引壓緩沖管與液態(tài)金屬管道可任意角度連接，由于圖I顯示的是液態(tài)金屬管道14與引壓緩沖管8呈垂直連接關(guān)系，因此在引壓緩沖管8與液態(tài)金屬管道14之間采用兩個(gè)彎頭9、10，即引壓緩沖管8的另一端通過彎頭9、10連接至液態(tài)金屬管道14。如果液態(tài)金屬管道14與引壓緩沖管8呈水平連接關(guān)系，則如圖2所示只需要安裝一個(gè)彎頭9。引壓緩沖管8的管壁上安裝有溫度傳感器13、電加熱元件7、保溫材料6，溫度傳感器13與PID控制儀表12連接，電加熱元件7與繼電器11連接 ，繼電器11與PID控制儀表12連接。本發(fā)明上述裝置使用時(shí)，在工作回路填充液態(tài)金屬之前，先對(duì)上述裝置進(jìn)行抽真空處理，同時(shí)進(jìn)行檢漏，保證本發(fā)明壓力表I、氣體管4與引壓緩沖管8的氣體密封性。抽真空處理后通過充入惰性氣體微正壓保護(hù)，防止空氣中雜質(zhì)氣體滲入，惰性氣體一般采用氬氣或氮?dú)獾却蠓肿託怏w。液態(tài)金屬流經(jīng)液態(tài)金屬管道14時(shí)，由于存在密度差，彎頭10內(nèi)的氣體被排出，并充入液態(tài)金屬，彎頭9及引壓緩沖管8、氣體管4內(nèi)的惰性氣體被封閉在管內(nèi)。當(dāng)液態(tài)金屬管道14內(nèi)的壓力升高時(shí)，壓縮密閉在彎頭9及引壓緩沖管8、氣體管4內(nèi)的惰性氣體，直到達(dá)到壓力平衡，此時(shí)壓力表所測(cè)氣體壓力經(jīng)過修正后即為液態(tài)金屬管道對(duì)應(yīng)位置壓力。修正后液態(tài)金屬管道14引壓口處的壓力可表達(dá)為P = P0+ P式中，P0為壓力表I所測(cè)壓力，P 為液態(tài)金屬密度，g為重力加速度，H為液態(tài)金屬管道14引壓位置與引壓緩沖管8中心軸間的豎直距離。本發(fā)明中引壓緩沖管8與氣體管4內(nèi)部容積及氣體管4長(zhǎng)度和壁厚的選取比較關(guān)鍵，需根據(jù)所測(cè)位置正常工作時(shí)可能出現(xiàn)的最大壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)所測(cè)位置出現(xiàn)的最大壓力計(jì)算密閉在管內(nèi)的氣體被壓縮后的體積，氣體管4的容積要稍小于最大壓力下氣體壓縮后的體積，體積壓縮部分通過較大容積的引壓緩沖管8部分吸收，最大壓力下引壓緩沖管8內(nèi)液態(tài)金屬充滿率為90%以上。為了安全工作,氣體管4需要豎直放置,裸露在大氣中，長(zhǎng)度及厚度應(yīng)滿足當(dāng)密閉氣體出現(xiàn)緩慢泄露時(shí)液態(tài)金屬流入氣體管4到達(dá)閥門3前，通過自然冷卻可以使液態(tài)金屬凝固的要求，以保護(hù)壓力儀表安全。同時(shí)滿足通過自然冷卻后，任何情況下與壓力表I接觸部分氣體溫度低于壓力表I正常工作允許的最高溫度。本發(fā)明中引壓緩沖管8要水平放置，盡可能減小由于內(nèi)部液態(tài)金屬的填充高度變化引起的壓力測(cè)量誤差。引壓緩沖管8的外壁靠近氣體管4 一端安裝有溫度傳感器13，測(cè)量溫度采集到PID控制儀表12內(nèi)與設(shè)定的控制目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算，控制繼電器11動(dòng)作，調(diào)節(jié)引壓緩沖管8外壁的電加熱元件7的加熱功率，維持引壓緩沖管8最低溫度高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)，防止液態(tài)金屬在管內(nèi)凝固，影響壓力測(cè)量。本發(fā)明中閥門3的作用是在線更換壓力表1，當(dāng)壓力表I出現(xiàn)故障時(shí)，關(guān)閉閥門3即可對(duì)壓力表I進(jìn)行在線更換，然后將閥門關(guān)閉，安裝壓力表I后打開閥門，本發(fā)明裝置即可正常工作。本發(fā)明中液態(tài)金屬直接與氣體接觸，在出現(xiàn)管路堵塞等故障時(shí)，對(duì)液態(tài)金屬壓力的急劇變化起到緩沖作用。氣體管4內(nèi)惰性氣體具有可壓縮性，因此本發(fā)明不適用于壓力變化劇烈的瞬態(tài)壓力測(cè)量，適于穩(wěn)定流動(dòng)的壓力測(cè)量以及緩慢變化的壓力測(cè)量。本發(fā)明可以直接采用常規(guī)壓力傳感器對(duì)液態(tài)金屬的壓力進(jìn)行測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，即使液態(tài)金屬凝固后也不會(huì)對(duì)壓力傳感器造成損害。從而克服了公知技術(shù)中的兩組膜片傳感器及裝置，不需要兩組膜片組合使用，不存在液態(tài)中間介質(zhì)選擇問題。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，主要包括 一壓力表連接氣體管； 氣體管通過轉(zhuǎn)接彎頭連接引壓緩沖管； 引壓緩沖管通過彎頭連接至液態(tài)金屬管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，壓力表和氣體管之間連接有閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，引壓緩沖管與液態(tài)金屬管道可任意角度連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，引壓緩沖管的管壁安裝有溫度傳感器、電加熱元件和保溫材料；溫度傳感器、電加熱元件分別與PID控制儀表、繼電器連接，PID控制儀表與繼電器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，其中，引壓緩沖管靠近氣體管的一端安裝有溫度傳感器。
6.一種利用權(quán)利要求I所述裝置測(cè)量液態(tài)金屬壓力的方法 首先將液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置內(nèi)部抽真空，充入惰性氣體微正壓保護(hù)，液態(tài)金屬流經(jīng)液態(tài)金屬管道時(shí)，將彎頭內(nèi)氣體排出并充入液態(tài)金屬，引壓緩沖管和氣體管內(nèi)的惰性氣體被封閉在管內(nèi)； 當(dāng)液態(tài)金屬管道內(nèi)壓力升高時(shí)，壓縮密閉在引壓緩沖管和氣體管內(nèi)的惰性氣體，直到達(dá)到壓力平衡，通過對(duì)壓力表測(cè)量的氣體壓力進(jìn)行修正即可獲得液態(tài)金屬管道引壓口處的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，充入的惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，氣體管為豎直放置并裸露在大氣中；引壓緩沖管為水平安放。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，溫度傳感器測(cè)量得到的溫度采集到PID控制儀表內(nèi)與所設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，控制電加熱元件的加熱功率維持引壓緩沖管最低溫度高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)，防止液態(tài)金屬在管內(nèi)凝固，影響壓力測(cè)量。
全文摘要
一種液態(tài)金屬壓力測(cè)量裝置，主要包括一壓力表連接氣體管；氣體管通過轉(zhuǎn)接彎頭連接引壓緩沖管；引壓緩沖管通過彎頭連接至液態(tài)金屬管道。本發(fā)明還提供了利用上述裝置測(cè)量液態(tài)金屬壓力的方法。本發(fā)明可以直接采用常規(guī)壓力傳感器對(duì)液態(tài)金屬的壓力進(jìn)行測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，即使液態(tài)金屬凝固后也不會(huì)對(duì)壓力傳感器造成損害。從而克服了公知技術(shù)中的兩組膜片傳感器及裝置，不需要兩組膜片組合使用，不存在液態(tài)中間介質(zhì)選擇問題。
文檔編號(hào)G01L11/00GK102928151SQ201210458198
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者李勛鋒, 蔡軍, 淮秀蘭, 郭江峰, 陶毓伽 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所