阅读说明：本技术 一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装置及方法 (Device and method for synchronously measuring speed and temperature of opaque liquid metal in magnetic field ) 是由 王增辉 张登科 倪明玖 于 2021-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明专利涉及液态金属的测量领域,且公开了一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装置及方法,解决了由于液态金属的不透明特性造成的速度测量困难的问题,并且在这基础上解决了对液态金属流场中速度与温度如何在空间与时间上同步测量问题。由于液态金属MHD流动的物理特性,不透明、具有化学腐蚀性且经常在高温下,和磁场的存在,精确测量液态金属MHD流动中的局部速度需要特殊的仪器。本发明专利利用两根热电偶丝制作的电势探针去测量在磁场的作用下液态金属流动切割磁感线产生感应电势,以此推算出液态金属的速度,并且通过热电偶丝本身的电信号得到同时刻同位置的温度信号,完成对液态金属速度与温度的同步测量。(The invention relates to the field of liquid metal measurement, and discloses a device and a method for synchronously measuring the speed and the temperature of opaque liquid metal in a magnetic field, which solve the problem of difficulty in speed measurement caused by the opaque characteristic of the liquid metal and solve the problem of synchronous measurement of the speed and the temperature in a liquid metal flow field in space and time on the basis. Due to the physical properties of liquid metal MHD flow, opacity, chemical corrosiveness and often high temperatures, and the presence of magnetic fields, accurate measurement of local velocities in liquid metal MHD flow requires special instrumentation. The invention uses potential probes made of two thermocouple wires to measure the induced potential generated by the liquid metal flow cutting magnetic induction line under the action of a magnetic field, so as to calculate the speed of the liquid metal, and obtains temperature signals at the same time and the same position through the electric signals of the thermocouple wires, thereby completing the synchronous measurement of the speed and the temperature of the liquid metal.)

一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装 置及方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体为一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装置及方法。

背景技术

由于液态金属MHD流动的物理特性(不透明、具有化学腐蚀性且经常在高温下)和磁场的存在，精确测量液态金属MHD流动中的局部速度需要特殊的仪器，由于液态金属的不透明特性，光学方法不能使用。热膜传感器仅限于液态汞，并且不能在超过100℃的流体温度下工作。皮托管受到液态金属凝固的困扰，只给出局部平均速度分量的值。所以市场上的大部分测量速度的仪器并不适用于液态金属的测量。

现有的测量技术存在以下缺陷：

1、由于液态金属的不透明特性，光学方法不能使用。

2、皮托管受到液态金属凝固的困扰，只给出局部平均速度分量的值。

3、超声多普勒测量方法受限于壁面附近的声波信号盲区。

4、目前市面上的没有速度与温度同步测量的手段。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装置及方法。解决了由于液态金属的不透明特性造成的速度测量困难的问题，并且在这基础上解决了对液态金属流场中速度与温度如何在空间与时间上同步测量问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装置，包括传感器，所述传感器为热电偶，其中一根为正极，另一根为负极，其右侧为热电偶焊接点，焊接点采集电信号和温度信号，通过铜管信号屏蔽，使电势信号传递到信号采集卡接收端，通过对探头间距两根热电偶丝的间距L的测量以对两探头之间液态金属的速度进行计算。

优选的，所述传感器的材质为热电偶。

优选的，两根热电偶丝导出的4根电信号的接线方式为相同材质之间的电信号为速度信号，不同材质的信号为温度信号。

优选的，测量工质为导电流体。

优选的，所述磁场覆盖区采用电磁场或永磁铁实现。

优选的，焊接点采集到的电信号通过铜管进行信号屏蔽。

优选的，铜管在液态金属中外面涂有绝缘漆。

一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的方法，包括以下步骤：

S1、利用该传感器能够记录局部电位梯度的分量，当满足与感应循环电流大小有关的要求时，利用外加磁场的大小和探针的间距来计算出局部的速度大小，

S2、使用热电偶丝制作电势探针的传感器能够在采集电势信号的同时得到同位置同时刻的温度信号，

S3、在采集电信号的过程中，对外界电信号进行屏蔽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)、与采用超声多普勒速度测量手段相比，电势探针法所测量得到的速度在空间精度有很大的提高，超声多普勒测速的探头直径为8mm，电势探针的探头间距一般为2mm左右，是超声多普勒测速仪的1/4；

2)、本发明结构更为简便，外部做干扰屏蔽的铜管直径也仅有5mm，在有约束空间的条件下，更小的尺寸就意味这可以布置更多的探头，更小的空间尺寸也对流场的影响更小；

3)、与传统的电势探针相比，本发明可利用传感器为热电偶的特点，通过特殊的接线方式，实现速度与温度的同步采集。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明整体的结构示意图；

图中：1、传感器；2、焊接点；3、铜管；4、采集卡接线端；5、探头间距。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，由图1给出，本发明包括传感器1，所述传感器1为热电偶，黄色为正极，灰色为负极，其右侧为热电偶焊接点2，焊接点2采集电信号和温度信号，通过铜管3信号屏蔽，使电势信号传递到信号采集卡接收端4，通过对探头间距5两根热电偶丝的间距L的测量对两探头之间液态金属的速度进行计算。

实施例二，在实施例一的基础上，所述传感器1的材质为热电偶，通过传感器1，使得该装置在液态金属流场中可以进行温度的测量。

实施例三，在实施例一的基础上，两根热电偶丝导出的4根电信号的接线方式，相同材质之间的电信号为速度信号，不同材质的信号为温度信号。使得该装置可以在液态金属流场中的到与速度相关的电信号。

实施例四，在实施例一的基础上，磁场覆盖区采用电磁场或永磁铁实现，通过磁场覆盖区的设置，磁场方向的变化会改变电信号的正负，但不改变大小。

实施例五，在实施例一的基础上，采用测量工质为导电流体，因为只有导电流体才可以切割磁感线得到感应电势。

实施例六，在实施例一的基础上，焊接点2采集到的电信号需要铜管3做信号屏蔽。通过这种电磁屏蔽的设置，测量得到的电信号的误差才会更小。

实施例七，在实施例一的基础上，铜管3在液态金属中需要做到电绝缘，所以外面涂有绝缘漆。这种铜管3绝缘的设置，是为了防止其他位置的电势信号对其进行干扰。

一种在磁场下对不透明液态金属的速度与温度同步测量的装置及方法，包括以下步骤：

S1、利用该传感器1可以记录局部电位梯度的分量。如果满足一些与感应循环电流大小有关的基本要求，就可以利用外加磁场的大小和探针的间距来计算出局部的速度大小；

S2、使用热电偶丝来制作电势探针的传感器1可以在采集电势信号的同时得到同位置同时刻的温度信号；

S3、在采集电信号的过程中，由于电信号是微伏量级，很容易受到外界的干扰，干扰的的屏蔽非常的重要。

工作原理：

当液态金属流过足够强的磁场时，在电势探针的两个点之间产生电势差，这个电势差与流体的流速和磁场强度存在一定关系，在一定的磁场强度下只要测量出电极之间的电势差和电极距离，就可以计算出两电极之间的流体流速。

不可压缩、粘性、导电流体暴露在均匀横向磁场中的三维稳态流:

电流密度由欧姆定律决定：

在电荷守恒的约束下

取欧姆定律的散度，在条件(4)下，得到电势的泊松方程:

考虑速度和电流脉动的欧姆定律

在绝缘壁面的情况下，σ很大，故

该表达式表明，局部速度不仅由电势梯度决定，而且由流体中的感应电流决定。因此，仅当电流密度很小或已知时，传感器尖端测量的电位差就可以直接用局部速度解释。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。