高温液态金属多液位测量装置及测量方法

摘要

本发明公开了高温液态金属多液位测量装置及测量方法，包括一个液态金属罐，包括一个导热油罐，导热油罐上引出有导热油管道，导热油管道依次经过油泵、阀门然后回到导热油罐形成导热油循环回路，其中导热油管道穿过液态金属罐，并在导热油管道内设置多个热电偶，热电偶的引出线从导热油罐引出。本发明可以在有效的空间范围内探测出不同的金属液位，大大提高了液态金属液位测量的准确性，而且，由于需要密封的部分只有导热油管道与液态金属罐之间的连接点，其单一的密封要求大大降低了密封性能的困难度，能够更加广泛地应用于液态金属的液位测量。

权利要求

1.高温液态金属多液位测量装置，其特征在于：包括一个液态金属罐（7），包括一个导热油罐（2），导热油罐（2）上引出有导热油管道（3），导热油管道（3）穿过液态金属罐（7）后依次经过油泵（9）、阀门（5）然后回到导热油罐（2）形成导热油循环回路，导热油管道（3）内设置多个热电偶（6），热电偶（6）的引线束（1）从导热油罐（2）引出，导热油罐（2）的工作介质为高沸点导热油，导热油管道（3）由液态金属罐（7）底部穿入，由液态金属罐（7）顶部穿出，导热油管道（3）与液态金属罐（7）接触位置采用氩弧焊方式进行固定和密封；导热油管道（3）上端与导热油罐（2）出口连接，导热油管道（3）下端通过布置于液态金属罐（7）外部的导热油管道（3）与导热油罐（2）入口连接；导热油管道（3）上布置有油泵（9）与阀门（5），用于驱动和控制导热油的流动；热电偶（6）用于读取温度信号从而显示液位，电热电偶（6）的测温点等间距地固定于导热油管道（3）内壁面，径向位置为拟测液位位置，热电偶组测温点（6）数量根据拟测液位数量确定；热电偶组引线束（1）编号后由导热油管道（3）内向上穿过导热油罐（2）并由导热油罐（2）顶部穿出，穿出位置使用高温胶密封。

2.高温液态金属多液位的测量方法，采用权利要求1中的高温液态金属多液位测量装置进行测量，所述测量方法包括以下步骤：

（a）将导热油管道（3）置于液态金属罐（7），打开导热油管道（3）上的阀门（5）并开启油泵（9），液态金属从液态金属罐入口（10）注入液态金属罐（7），并从液态金属罐出口（8）排出；

（b）通过控制油泵（9）的功率和阀门（5）的开度，来控制导热油的流动速度，使得导热油罐（2）内的油温与测量点处的温度差异达到50℃以上；

（c）热电偶（6）将测量的温度通过传输线传输，当相邻两个热电偶的温度差达到设定值时，液态金属的液位位于该相邻两个热电偶（6）之间。

说明书

高温液态金属多液位测量装置及测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及液态金属测量设备技术领域，具体涉及一种应用于高温液态金属罐体内多个液位测量的装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 液态金属罐体中的液位反应了液态金属的量，是系统运行的重要参数。如罐体内液位过低，会导致气体进入电磁泵，致使电磁泵无法正常工作且发热量增加，冷却能力下降，损伤电磁泵线圈；如液位过高，会导致罐顶密封装置或其他检测控制设备与高温液态金属直接接触而失效。因此，对液态金属回路罐体内液位的准确测量是系统安全正常运行的必要前提。因此需要可以实现高温液态金属液位测量的装置。对于液位测量，有很多不同技术。

[0003] 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。

[0004] 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，无法对罐体内不同液位进行更为精确的测量。而且其密封绝缘部件为聚四氟乙烯，随着系统运行温度的升高，其密封绝缘性能会被破坏导致探针失效。因此不适用于需测量高温液态金属罐体内多个液位的系统。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种高温液态金属多液位测量装置及测量方法，解决现有技术中的测量装置和测量方法不满足液态金属液位测量的问题。

[0006] 本发明通过下述技术方案实现：

[0007] 高温液态金属多液位测量装置，包括一个液态金属罐，包括一个导热油罐，导热油罐上引出有导热油管道，导热油管道依次经过油泵、阀门然后回到导热油罐形成导热油循环回路，其中导热油管道穿过液态金属罐，并在导热油管道内设置多个热电偶，热电偶的引出线从导热油罐引出。现有技术中金属液位的测量是将高液位探针与高液位指示灯串联后与直流电源正极连接；所述低液位探针与低液位指示灯串联后与直流电源正极连接；直流电源负极与筒体连接；工作时，当液态金属液面上升至与低液位探针下端接触时，则低液位探针与筒体之间连通，即低液位探针支路导通，此时低液位指示灯亮，表明液位到达低液位探针指示高度；随着液位上升，当液位到达高液位探针下端时，则高液位探针与筒体亦连通，高液位探针支路导通，高液位指示灯亮，表明液位到达高液位探针指示高度，此时应该停止向筒体内注入液态金属，当排放液态金属时，相当于顺序断开高液位探针支路和低液位探针支路，高液位指示灯与低液位指示灯相继熄灭，可以看出，其只能够液态金属的最低和最高两个液位点，而两个液位点之间的液位无法测量和探知，如果需要测量更多的液位点，则需要增加长度不同的探针，安装在测量装置上形成多个探针构成的矩阵结构，其占用的空间较大，不具有可操作性，而且数量众多的探针其密封结构也提出了更高的要求，按照现有的密封技术，数量越多，越难以完成密封。而本发明的液位测量装置其测量的原理与现有技术中的液态金属液位测量原理完全不同，本发明采用导热油罐作为导热油的存储机构，利用一根导热油管道从导热油罐引出，并经过被测量的液态金属罐，导热油管道经过油泵、阀门然后回到导热油罐形成导热油循环回路，在导热油管道内设置多个热电偶，热电偶的引线从导热油管道内引出，使用时，通过油泵的功率控制和阀门的开合度控制，可以调节导热油管道内的导热油流速，导热油罐内存有较多导热油，且散热面积较大，可以保证流入测量管的导热油温度与液态金属温度之间存在明显温差，当某个液位的热电偶探测到油温与外部的温度差异后，输出信号，在外部的灯导通，通过灯的亮灭来确定当前的液态金属液位，如此，可以在有效的空间范围内探测出不同的金属液位，大大提高了液态金属液位测量的准确性，而且，由于需要密封的部分只有导热油管道与液态金属罐之间的连接点，其单一的密封要求大大降低了密封性能的困难度，能够更加广泛地应用于液态金属的液位测量。

[0008] 所述导热油管道与液态金属罐之间采用氩弧焊方式进行固定和密封。进一步讲，为了更好的实现导热油管道与液态金属罐之间的密封，申请人通过了众多的实验总结出了较好的实现方式，通过氩弧焊方式进行固定和密封具有很好的效果。

[0009] 所述热电偶在导热油管道内等间距设置。通过等间距的设置方式，可以通过灯的亮灭情况换算成实际的液位高度数据，具有更好的通用性。

[0010] 高温液态金属多液位的测量方法，包括以下步骤：

[0011] (a)将导热油管道置于液态金属罐，液态金属从液态金属罐入口注入液态金属罐，并从液态金属罐出口排出；

[0012] (b)通过控制油泵的功率和阀门的开度，来控制导热油的流动速度，使得导热油罐内的油温与测量点处的温度差异达到50℃以上；

[0013] (c)热电偶将测量的温度通过传输线传输，当相邻两个热电偶的温度差达到设定值时，液态金属的液位位于该相邻两个热电偶之间。

[0014] 本发明的另一个目的是提供一种适用于上述装置的高温液态金属液面测量方法，通过控制油泵的功率和阀门的开度，来控制导热油的流动速度，从而控制测量点处导热油管道内外的温度差异，精准地显示出液位。

[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

[0016] 1、本发明高温液态金属多液位测量装置及测量方法，采用导热油罐作为导热油的存储机构，利用一根导热油管道从导热油罐引出，并经过被测量的液态金属罐，导热油管道经过油泵、阀门然后回到导热油罐形成导热油循环回路，在导热油管道内设置多个热电偶，热电偶的引线从导热油管道内引出，使用时，通过油泵的功率控制和阀门的开合度控制，可以调节导热油管道内的导热油流速，导热油罐内存有较多导热油，且散热面积较大，可以保证流入测量管的导热油温度与液态金属温度之间存在明显温差，当某个液位的热电偶探测到油温与外部的温度差异后，输出信号，在外部的灯导通，通过灯的亮灭来确定当前的液态金属液位，如此，可以在有效的空间范围内探测出不同的金属液位，大大提高了液态金属液位测量的准确性，而且由于需要密封的部分只有导热油管道与液态金属罐之间的连接点，其单一的密封要求大大降低了密封性能的困难度，能够更加广泛地应用于液态金属的液位测量；

[0017] 2、本发明高温液态金属多液位测量装置及测量方法，通过控制油泵的功率和阀门的开度，来控制导热油的流动速度，从而控制测量点处导热油管道内外的温度差异，精准地显示出液位。

附图说明

[0018] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

[0019] 图1为本发明结构示意图；

[0020] 图2为本发明图1中测量部位的放大示意图。

[0021] 附图中标记及对应的零部件名称：

[0022] 1-热电偶组引线束，2-导热油罐，3-导热油管道，4-测量管，5-阀门，6-热电偶，7-液态金属罐，8-液态金属罐出口，9-油泵，10-液态金属罐入口，61、62、63、64、65均为各热电偶的测温点。

具体实施方式

[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

[0024] 实施例

[0025] 如图1至2所示，本发明高温液态金属多液位测量装置及测量方法，包括一个液态金属罐7、一个导热油罐2，导热油罐2上引出有导热油管道3，导热油管道3依次经过油泵9、阀门5然后回到导热油罐2形成导热油循环回路，其中导热油管道3穿过液态金属罐7，并在导热油管道3内设置多个热电偶6，热电偶6的引出线从导热油罐2引出，导热油罐2的工作介质为高沸点导热油，导热油管道3由液态金属罐7底部穿入，由液态金属罐7顶部穿出，导热油管道3与液态金属罐7接触位置采用氩弧焊方式进行固定和密封；导热油管道3上端与导热油罐2出口连接，导热油管道3下端通过布置于液态金属罐7外部的导热油管道3与导热油罐2入口连接；导热油管道3上布置有油泵9与阀门5，用于驱动和控制导热油的流动；热电偶6用于读取温度信号从而显示液位，电热电偶6的测温点61、62、63、64、65等间距地固定于导热油管道3内壁面，径向位置为拟测液位位置，热电偶组测温点6数量根据拟测液位数量确定；热电偶组引线束1编号后由导热油管道3内向上穿过导热油罐2并由导热油罐2顶部穿出，穿出位置使用高温胶密封。

[0026] 本发明装置的控制方法为：首先打开导热油管道3上的阀门5并开启油泵9，使导热油沿图1中所示方向在导热油回路内循环流动，然后向液态金属罐7内充入少量液态金属，使其由液态金属罐入口10进入，由液态金属罐出口8流出，此时可以观察到下部(液面以下)热电偶读数与上部(液面以上)热电偶读数有明显差别。当液态金属液位或温度发生变化时，适当调节油泵9流量和阀门5开度，保持下部热电偶与上部热电偶之间读数差别明显。此时可判断液面位于读数有明显差别的两相邻热电偶所在位置之间，例如假设布置10个测点，从上至下1～6号热电偶读数为120℃左右，7～10号热电偶读数为370℃左右，则可以判定液面位于6号和7号热电偶测温点之间，热电偶测温点之间距离越小，即热电偶测温点排列越紧密读数精确度越高。经过在某液态金属试验回路中使用，发现其工作可靠，能够达到预期功能，检测结果易于观察，整个装置操作简便。因此本发明非常适合高温液态金属装置内多液位的测量。

[0027] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。