【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液态金属流体测量，具体涉及一种液态金属流量测量的工艺系统和高精度、可视化的标定方法。
技术介绍
1、液态金属作为第四代反应堆以及加速器驱动系统的冷却剂候选材料，因为其优良的中子学特性、热工水力学特性和化学惰性而被业内广泛研究。例如铅或铅铋合金材料熔点低、沸点高，反应堆可以在低压运行时获得较高的出口温度，避免了高压运行带来的冷却剂丧失事故的发生，同时化学稳定性高，与空气、水反应性弱，可避免起火及爆炸等安全问题。例如金属钠及钠钾合金亦有采用。
2、流量作为反应堆热工水力实验的重要热工参数，准确测量液态金属的流量是非常必要的。考虑到液体金属运行温度在200℃～600℃，不透明且化学腐蚀，流量计的标定比较困难。
3、针对上述问题工程人员提出相应的解决方案，目前液体流量标定的主要方法主要有：1、标准容积法；2、标准质量法；3、标准流量计法。例如公开号为cn 215642406u的中国专利公开的一种液体流量标定装置，其工作原理为：工作过程中，液体经过液体控制系统流入称重系统的盛液容器中，主控系统通过荷重传感器实时采集称重数据，当检测到数据变化时开始计时，在液体流入容器中前几秒的数据不做计算，以消除初期流量不稳定的影响。待流量稳定后数据清零，同时开始测量计时。设定测量时间达到后，液体控制系统关闭，待容器中液体稳定后显示系统显示质量值，重复测量多次后自动计算平均值、标准差。由于标准质量法采用称重的方式，需要换算成体积流量。例如公开号为cn 117824796a的中国专利公开的一种液态金属流量标定设备及标定方
4、基于现有解决方案存在的不足，提出一种高精度流量测量的工艺系统和标定方法来解决现有技术方案不足。
技术实现思路
1、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
2、一种液态金属流量标定工艺系统，包括热高分容器，液体金属回收低位容器，循环泵(如机械泵或电磁泵，但不限于此两种)，需要被标定的流量计(电磁流量计或孔板流量计，但不限于此两种)，氩气瓶组，高速摄像机及视觉测量系统，标准容积的石英管(根据介质不同调整，不限于此)及其密封连接件，相应的管道系统。
3、本专利技术的有益效果是：热高分容器将液体金属通过循环泵，经被标定流量计后回流至热高分容器，目的排出管道内残留气体。关闭去热高分容器的阀门，选择打通容积合适的石英管通道，利用高速摄像机拍摄石英管内介质液位高度变化。视觉测量系统通常由一套光学成像系统、图像采集装置、计算机后处理系统组成，通过成像系统配合光源照明完成物体的图像采集并通过特定的接口将采集的信号传递给计算机，计算机接收到采集后的图像信号使用一些后处理软件完成对图像的分析、信息的提取，从而实现石英管内介质液位高度的高速测量。
4、本专利技术的原理是：利用液体金属对石英玻璃不浸润，在透明管里液态金属反光明显，采用高速摄像机高帧率(如2000帧/s，但不限于此)拍摄液面变化，利用图像后处理获得间隔0.0005s时间的液体金属液面高度的图片，通过对图片采集，标准高度与像素标定，进行图片识别后处理获得时间与液面高度位移的曲线h-t。计算流经所述石英管的液态金属的瞬时体积流量亦可读取流经所述石英管的液态金属的平均流量标定方便，精确度高。
5、本专利技术可实现液态金属流量计瞬时流量和平均流量的标定。
6、本在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
7、进一步，在石英玻璃管内布置密度比液体金属小，直径略小于石英玻璃管内直径，厚度尽可能薄的圆环板，当液体金属补入时，圆环板因为浮力浮在充入进石英管的液体金属上表面，这克服传统方法由于液态金属溅射引起液面波动导致流量测量不准确的问题，同时也便于高速摄像机拍摄标记液面。
8、进一步，为提升标准高度与像素标定的准确度，在标准容积的石英管上以毫米为单位的刻度线，通过两条刻度线的高度δl可求得这段容积v，利用高速相机拍摄的不同时间下的页面位置，分别获得通过这两条刻度的时间t1和t2，最终流量为可以这两种流量标定方式可以互相印证。
9、进一步，为保证石英管内温度与所标定流量计处温度一致，避免温度波动对液体金属体积的影响，在石英管处增设管式立式管式炉，通过控制保证管内气体温度与标定流量计测温度一致。
10、进一步，为减少液体金属内卷入气体产生误差，管道系统上设置高点排气，标定前利用循环泵将热高分容器内液体金属循环至热高分容器内，使循环铅铋的管道内无残存气体。
11、采用综上的进一步技术方案，使液体金属流量的测量准确度得到保证。
12、优选的，在450℃以下液体金属(如铅铋、钠、钠钾等但不限于此)可采用白色透明的耐热防爆高硼硅玻璃。
13、优选的，对于低于1000℃的液体金属(如如铅铋、钠、钠钾等但不限于此)可采用超高温石英玻璃。
14、优选的，对于低于60℃的液体金属(如金属镓，金属汞)可以考虑采用亚克力等塑料材质。
15、由于大多数液体金属(如铅铋介质)对石英玻璃管不浸润、不腐蚀，不会出现介质附着在石英管表面的现象出现，故可以重复多次使用石英玻璃管。由于少量液体金属如金属镓会对石英玻璃管有腐蚀，故采用塑料类材质。
16、采用上述优选的方案，扩大了流量测量的温度范围和介质类别。提出高温下管与金属法兰密封连接件的密封连接结构方式但不限于此种。优先的，650℃以下非氧化场合采用柔性石墨材质，1000℃以下采用定制耐高温石墨或者耐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高精度、可视化的流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：包括循环泵可以是电磁泵(7)或机械泵(8)，被标定流量计可以是电磁流量计(5)或孔板流量计(6)，热高分容器(12)，立式管式加热炉(2)，石英管组件(1)，高速摄像机(3)，计算机及后处理(4)；所述石英管(1)竖直安装在所述立式管式加热炉(2)内；所述高速摄像机(3)与所述计算机(4)信号线连接。所述热高分容器(12)内的液体金属通过依次循环泵(7)或(8)、被标定流量计(5)或(6)返回至热高分容器(12)。
2.根据权利要求1所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：所述石英管(1)具有透光，与液体金属基本不浸润，能具备耐高温，应该是标准容积其横截面积恒定方便计算流量，故不限圆管、方管或者其他形状的。
3.根据权利要求2所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：所述热高分容器(12)内的液体金属通过依次循环泵(7)或(8)、被标定流量计(5)或(6)返回至热高分容器(12)，通过阀门通断实现液体金属流经石英管组件(1)，采用高速摄像机拍摄每一帧下液体金属的
4.根据权利要求3所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：对高速采集的视频进行后处理，标记铅铋液位或者较薄的金属圆环板，获得每个帧数下的液位或者圆环板的标记位置，通过像素与实际距离的比例，最终得到每个时间对应的液面位置，即位移与时间的曲线，计算流经所述石英管组件(1)的液态金属的瞬时体积流量；亦可读取流经所述石英管组件(1)的液态金属的平均流量标定方便，精确度高。
5.根据权利要求4所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：石英管(1)根据液体金属的性质选择材质，对于低温液态金属采用有机玻璃类似亚克力性质的材质，对于高温液体金属采用石英玻璃或高硼硅玻璃；其密封采用以填料密封1-2为主，对于低温液体金属，也可采用其他密封形式；所述填料密封1-2安装在法兰1-1中，分别被石英管1-4和压盖1-3通过螺栓1-8或螺杆1-6预紧；所述法兰1-1端口可以是焊接坡口亦可采用法兰形式。
6.根据权利要求5所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：石英管1-4标记标准刻度，方便高速摄像机(3)的标定；所述石英管1-4内装比液体金属材质轻的薄板，可减少液面波动产生的影响。
7.根据权利要求6所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：所述石英管1-4内装比液体金属材质轻的金属浮子1-9，金属浮子1-9上标记非标准刻度，将有助于液位高度的测量，用区别于前述的另一种方式选取任意两张图片，可分别获得两张图片对应的时间t1和t2，通过图片看类似游标卡尺性质方式读取液面高度，最终流量为
8.根据权利要求7所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：采用此方式测量流量可视和直观，拍摄的图片具有可追溯性，而且流量测量的准确度高。
...【技术特征摘要】
1.一种高精度、可视化的流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：包括循环泵可以是电磁泵(7)或机械泵(8)，被标定流量计可以是电磁流量计(5)或孔板流量计(6)，热高分容器(12)，立式管式加热炉(2)，石英管组件(1)，高速摄像机(3)，计算机及后处理(4)；所述石英管(1)竖直安装在所述立式管式加热炉(2)内；所述高速摄像机(3)与所述计算机(4)信号线连接。所述热高分容器(12)内的液体金属通过依次循环泵(7)或(8)、被标定流量计(5)或(6)返回至热高分容器(12)。
2.根据权利要求1所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：所述石英管(1)具有透光，与液体金属基本不浸润，能具备耐高温，应该是标准容积其横截面积恒定方便计算流量，故不限圆管、方管或者其他形状的。
3.根据权利要求2所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：所述热高分容器(12)内的液体金属通过依次循环泵(7)或(8)、被标定流量计(5)或(6)返回至热高分容器(12)，通过阀门通断实现液体金属流经石英管组件(1)，采用高速摄像机拍摄每一帧下液体金属的液面位置，通过软件后处理获得不同时间对应的液面高度，乘上标准容积金属管的横截面积即获得瞬时流量和平均流量。
4.根据权利要求3所述的液态金属流量测量的工艺系统和标定方法，其特征在于：对高速采集的视频进行后处理，标记铅铋液位或者较薄的金属圆环板，获得每个帧数下的液位或者圆环板的标记位置，通过像素与实际距离的比例，最终得到...
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