一种互感式伺服液态金属液位测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明具体涉及一种互感式伺服液态金属液位测量装置及方法，属于液位测量领域。
【背景技术】
[0002]由于液态金属温度高、化学性质活泼，常规液位计无法应用在液态金属液位测量领域。为了获得连续的液位变化数据，目前液态金属液位测量一般采用互感式液位计。互感式伺服液态金属液位测量装置及方法原理与互感式液位计相同，也是基于液态金属的高电导率的特性。根据电磁场理论，当在原边绕组中有交流电流时，在次级绕组中将产生感应电动势，感应电动势的大小会受到环绕绕组介质的影响，此时原边绕组产生的交变磁通，一方面与次级绕组交链，另一方面在液位计外套管及被测介质中产生感应涡流，从而产生感应磁场，引起总磁通减小，进而减小了次级绕组的感应电动势。敏感元件部分盘绕在铁芯的上段和下段，差动连接。当液态金属液位到达敏感元件中心区域时，桥路达到最大不平衡点，此时传感器输出电压为最大值Em。当液态金属液位继续上升时，随着上部绕组被淹没，桥路又恢复到平衡状态，此时传感器输出电压E又恢复到最小值。
[0003]液态金属的伺服液位测量在公开文献资料中查阅到中国专利申请号201210370050.X，采用的是金属探针自动校准感应敏感元件进行液态金属测量，与本液位计原理不同，且其需要直接接触液态金属。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种互感式伺服液态金属液位测量装置及方法。在满足工程应用的同时也可作为各类液态金属液位测量校准的参考标准器，如解决大量程互感式液位计的标定问题。
[0005]具体地，本发明提供一种互感式伺服液态金属液位测量装置，所述装置包括如下部件和结构:
[0006]液面探测器以及固定于液面探测器上的位移传感器；
[0007]伺服电机，控制所述液面探测器和位移传感器的移动；
[0008]信号转换采集单元，收集所述液面探测器、位移传感器的信号并传递信号给控制器;
[0009]控制器，根据所述信号转换采集单元传递的信号，控制伺服电机；
[0010]探测器电源，给所述液面探测器供电。
[0011]进一步地，如上所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，所述液面探测器包括电缆导管、安装在电缆导管一端的铁芯、围绕所述铁芯的绕组、和套在上述三个部件组成的敏感元件外的不锈钢套管。
[0012]进一步地，如上所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，所述液面探测器进一步包括编码器或位置指示器以获得液面变化量，实现液位测量。
[0013]进一步地，如上所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，所述伺服电机通过串联的吊绳卷筒、吊绳、钢丝绳轮毂来控制液面探测器的移动。
[0014]进一步地，如上所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，所述电源两端并联一个平衡电位器。
[0015]进一步地，本发明还提供一种使用如上所述装置的互感式伺服液态金属液位测量方法，所述方法包括如下步骤:
[0016]以位移传感器测量输出电压最大值作为设定值，位移传感器的中心水平于液面，当液面上升时，位移传感器测量输出电压通过信号转换采集单元传送给伺服电机的控制器，控制器判断电压的变化趋势，控制器发出指令带动伺服电机的反向转动，带动位移传感器上升直到所述测量输出电压达到设定值时停止；反之亦然，从而实现液位探测器对液面的跟随；通过液面探测器的编码器或位置指示器获得液面的变化量，实现液态金属液位的测量。
[0017]本发明的优点在于:测量精度高，精度能达到±2mm ;探测器与液态金属不接触，不会破坏容器的密封性；能够作为参考标准表使用，实现对非接触式大量程互感液位计的标定；标定时可以取代大量的传统液位探针从而减少设备投资和用钠量。
【附图说明】
[0018]图1为本发明液面探测器结构示意图；
[0019]图2为本发明液面探测器的绕组电路原理图；
[0020]图3为位移传感器输出电压随液态金属淹没高度的变化情况示意图；
[0021]图4为本发明的测量装置构成原理图；
[0022]图5为伺服液态金属液位测量装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0024]图1为本发明液面探测器结构示意图。主要以不锈钢为包壳材料、氧化镁为绝缘的双芯铠装电缆6中的两根芯线分别作为绕组1A-2A、1B-2B和3A_4A、3B_4B盘绕在铁芯2上段和下段上。绕组3在铁芯上的布置如图1所示。铠装电缆穿在电缆导管1内引出。这样就构成了互感式伺服液态金属液位测量的敏感元件5。敏感元件插在一端密封的不锈钢套管4中，而该套管则浸在液态金属中。由绕组1A-2A、1B-2B、3A-4A和3B-4B组成如图2所示的桥路。桥路由频率为6kHz的交流稳压电源仏供电。从桥路对角线取出位移传感器的输出电压E。
[0025]当敏感元件全裸露、未被液态金属淹没时，通过调整并联在所述电源上的平衡电位器R，使位移传感器输出电压E为最小值。当液态金属液位上升时，随着N0.1绕组被液态金属淹没，液态金属中产生感应涡流，使得1A-2A、1B-2B绕组阻抗发生变化，造成桥路愈加不平衡。当液态金属液位到达敏感元件中心区域Μ时，桥路达到最大不平衡点，此时传感器输出电压为最大值Em。当液态金属液位继续上升时，随着N0.2绕组被液态金属淹没，桥路又恢复到平衡状态，此时传感器输出电压E又恢复到最小值。这样，可以精确定位液态金属液位。图3表示出传感器输出电压随液态金属淹没高度的变化情况。图1所示的N0.1与N0.2绕组均采用双重绕组，并把双重绕组布置在如图2所示的桥路对边上，目的在于提高灵敏度。这种桥路布置的灵敏度比单绕组桥路提高了 1倍。
[0026]图4为本发明的测量装置构成原理图；所述装置包括如下部件和结构:液面探测器以及固定于液面探测器上的位移传感器；伺服电机，控制所述液面探测器和位移传感器的移动；信号转换采集单元，收集所述液面探测器、位移传感器的信号并传递信号给控制器；控制器，根据所述信号转换采集单元传递的信号，控制伺服电机；探测器电源，给所述液面探测器供电。
[0027]图5为伺服液态金属液位测量装置结构示意图。可实现液面测量、系统自检、液面参考值的计算与设定、探测器脱离/极限位置判断等功能。
[0028]互感式伺服液态金属液位测量装置由下列部件组成:
[0029]1、液面探测器:
[0030]包括铁芯2、绕组3、电缆导管1、不锈钢套管4。
[0031]2、伺服系统:
[0032]伺服电机、编码器(未图示)、吊绳卷筒7，吊绳8，钢丝绳轮毂9。
[0033]3、控制系统:
[0034]包括液面探测器供电电源、信号转换采集单元、位移传感器及控制器。
[0035]本发明以传感器输出电压最大值作为设定值，位移传感器中心水平于液面，当液面上升时，传感器测量电压E传送给伺服电机的控制器，控制器判断电压的变化趋势，此时电压变化处在图3的下降沿，控制器发出指令带动伺服电机的反向转动，带动位移传感器上升直到测量输出值达到设定值时停止。反之亦然，从而实现探测器对液态金属液面的跟随；通过伺服系统的编码器或位置指示器获得液态金属液面的变化量，实现液态金属液位的测量。
[0036]本发明的互感式伺服液态金属液位测量装置及方法可实现跟随液态金属液面变化而实时测量液位数据，满足工程需要。该测量系统液位测定精确，不需进行温度补偿，测量稳定、维护量小、使用寿命长，没有量程范围限制，并且也可用于液态金属液位标定装置中，连续提供参考液面位置数据。
[0037]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种互感式伺服液态金属液位测量装置，其特征在于: 所述装置包括如下部件和结构: 液面探测器以及固定于液面探测器上的位移传感器； 伺服电机，控制所述液面探测器和位移传感器的移动； 信号转换采集单元，收集所述液面探测器、位移传感器的信号并传递信号给控制器； 控制器，根据所述信号转换采集单元传递的信号，控制伺服电机； 探测器电源，给所述液面探测器供电。2.如权利要求1所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，其特征在于: 所述液面探测器包括电缆导管、安装在电缆导管一端的铁芯、围绕所述铁芯的绕组、和套在上述三个部件组成的敏感元件外的不锈钢套管。3.如权利要求1所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，其特征在于: 所述液面探测器进一步包括编码器或位置指示器以获得液面变化量，实现液位测量。4.如权利要求1所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，其特征在于: 所述伺服电机通过串联的吊绳卷筒、吊绳、钢丝绳轮毂来控制液面探测器的移动。5.如权利要求1所述的互感式伺服液态金属液位测量装置，其特征在于: 所述电源两端并联一个平衡电位器。6.一种使用如权利要求1-5中任一项所述装置的互感式伺服液态金属液位测量方法，其特征在于所述方法包括如下步骤: 以位移传感器测量输出电压最大值作为设定值，位移传感器的中心水平于液面，当液面上升时，位移传感器测量输出电压通过信号转换采集单元传送给伺服电机的控制器，控制器判断电压的变化趋势，控制器发出指令带动伺服电机的反向转动，带动位移传感器上升直到所述测量输出电压达到设定值时停止；反之亦然，从而实现液位探测器对液面的跟随；通过液面探测器的编码器或位置指示器获得液面的变化量，实现液态金属液位的测量。
【专利摘要】本发明涉及一种互感式伺服液态金属液位测量装置及方法。所述装置包括如下部件和结构：液面探测器以及固定于液面探测器上的位移传感器；伺服电机，控制所述液面探测器和位移传感器的移动；信号转换采集单元，收集所述液面探测器、位移传感器的信号并传递信号给控制器；控制器，根据所述信号转换采集单元传递的信号，控制伺服电机；探测器电源，给所述液面探测器供电。本发明的互感式伺服液态金属液位测量装置及方法可实现跟随液态金属液面变化而实时测量液位数据，满足工程需要。该测量系统液位测定精确，不需进行温度补偿，测量稳定、维护量小、使用寿命长，没有量程范围限制，并且也可用于液态金属液位标定装置中，连续提供参考液面位置数据。
【IPC分类】G01F23/00
【公开号】CN105352562
【申请号】CN201510883299
【发明人】杨洋, 董康乐, 杨建伟, 崔国生, 吴宏岩, 赵保平
【申请人】中国原子能科学研究院
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月4日