一种基于银锂合金的温度测量方法
阅读说明：本技术 一种基于银锂合金的温度测量方法 (Temperature measuring method based on silver-lithium alloy ) 是由 谌继明 郑鹏飞 魏然 李峰 张归航 徐莉莎 刘星 车通 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于反应堆温度测量技术领域,具体涉及一种基于银锂合金的温度测量方法,包括：确定待测温环境的目标温度的范围为[A-1,A-2]；确定银锂合金样品的熔点范围为[T-1,T-2]；每间隔间隔值X℃选择一个熔点值,根据对应的银锂合金相图,确定所选熔点值对应的银锂合金的成分比例,制备不同熔点值的均匀银锂合金；并加工成形状相同的银锂合金样品；将加工的银锂合金样品依次放入待测温的环境中,进行待测温环境的温度测量；温度测量结束后,判断不同熔点值的银锂合金样品的实际熔化状态,确定待测温的环境的温度区间。本发明方法能够精确测量高辐射或其他极端环境下的待测环境温度。(The invention belongs to the technical field of reactor temperature measurement, and particularly relates to a temperature measurement method based on a silver-lithium alloy, which comprises the following steps: determining the target temperature range of the environment to be measured as [ A ] 1 ,A 2 ](ii) a Determining the melting point range of the silver-lithium alloy sample as [ T 1 ,T 2 ](ii) a Selecting a melting point value at every interval of X ℃, determining the component proportion of the silver-lithium alloy corresponding to the selected melting point value according to the corresponding silver-lithium alloy phase diagram, and preparing uniform silver-lithium alloys with different melting point values; processing the silver-lithium alloy sample into a silver-lithium alloy sample with the same shape; sequentially placing the processed silver-lithium alloy samples into an environment to be measured for temperature measurement, and measuring the temperature of the environment to be measured; and after the temperature measurement is finished, judging the actual melting state of the silver-lithium alloy samples with different melting point values, and determining the temperature interval of the environment to be measured. The method can accurately measure the temperature of the environment to be measured under high radiation or other extreme environments.)
技术领域
本发明属于反应堆温度测量技术领域，具体涉及一种基于银锂合金的温度测量方法。
背景技术
常规测温一般是利用机械温度计、液体温度计、红外线或热电偶等进行测量。
然而，在反应堆堆芯等高辐射环境或其他极端环境下，这些常规的测温方法可能由于空间限制、环境影响、电磁干扰、无法接出引线及传递信号等问题无法使用。因此需要开拓一种新的测量方法，对在反应堆堆芯等高辐射环境或其他极端环境下的温度进行测量和监控。
银锂合金属于匀晶合金的一种，相比于其他共晶或匀晶合金，同一成分下其固相线和液相线间差距较小，而且其熔点在较大的温度区间内随成分的变化而连续变化，基本不受其他条件影响，可以通过成分控制来精确确定其熔点值。
基于以上情况，本发明开发一种基于银锂合金的温度测量方法，用于精确测量在反应堆堆芯等高辐射环境或其他极端环境下的所处环境的温度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中在反应堆堆芯等高辐射环境或其他极端环境下无法正常使用热电偶等常规温度测量方法对所处环境的温度进行较为精确的测量或评估的问题，提供一种基于银锂合金的温度测量方法，能够精确测量在反应堆堆芯等高辐射环境或其他极端环境下的待测环境温度。
实现本发明目的的技术方案：一种基于银锂合金的温度测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、确定待测温环境的目标温度的范围为[A1,A2]；
步骤(2)、根据不同成分的银锂合金的熔点值，确定银锂合金样品的熔点范围为[T1,T2]；
步骤(3)、根据银锂合金样品的熔点范围[T1,T2]，每间隔间隔值X℃选择一个熔点值，根据对应的银锂合金相图，确定所选熔点值对应的银锂合金的成分比例，并根据银锂合金的成分比例制备不同熔点值的均匀银锂合金；
步骤(4)、将步骤(3)制备的不同熔点值的均匀银锂合金加工成形状相同的银锂合金样品；
步骤(5)、将步骤(4)加工的银锂合金样品依次放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量；
步骤(6)、温度测量结束后，判断不同熔点值的银锂合金样品的实际熔化状态，确定待测温的环境的温度区间。
进一步地，所述步骤(2)中银锂合金样品的熔点范围[T1,T2]包含待测温环境的目标温度的范围[A1,A2]。
进一步地，所述步骤(2)中在极端配比时所对应的银锂合金样品的熔点的最值分别为最小值MIN和最大值MAX，极端配比的银锂合金样品的熔点最值范围为[MIN,MAX]，极端配比的银锂合金样品的熔点最值范围[MIN,MAX]包含银锂合金样品的熔点范围[T1,T2]。
进一步地，所述步骤(2)中MIN为180℃，MAX为962℃。
进一步地，所述步骤(3)中间隔值X为5、10、20、50。
进一步地，所述步骤(4)中加工的银锂合金样品为锥状、圆柱状、丝状。
进一步地，所述步骤(5)包括：
步骤(5.1)、根据步骤(4)加工的银锂合金样品，制备密封测温单元；
步骤(5.2)、将步骤(4)加工的银锂合金样品依次安装于密封测温单元中；
步骤(5.3)、将安装有银锂合金样品的密封测温单元全部同时放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
进一步地，所述步骤(5.2)中将步骤(4)加工的银锂合金样品依次安装于密封测温单元后，设置密封测温单元为真空状态或充满惰性气体。
进一步地，所述步骤(6)具体为：温度测量结束后取出密封测温单元，测量密封测温单元的实际重心位置，与温度测量开始前测量的密封测温单元的原始重心位置相比较，若装有熔点为x的银锂合金样品的密封测温单元重心改变最大，装有熔点为y的银锂合金样品的密封测温单元重心未改变，待测温环境的最高温度范围为[x,y]。
进一步地，所述步骤(6)具体为：温度测量结束后取出密封测温单元，在热室中切开密封测温单元，观察并记录各个不同熔点值的银锂合金样品的熔化状态。若熔点为x的合金样品已经熔化，熔点为y的合金样品未熔化，待测温环境的最高温度范围为[x,y]。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明的一种基于银锂合金的温度测量方法利用银锂合金的熔点在一定区间内随成分的变化而不断变化的物理特性，根据单个的合金材料确定目标环境温度高于或低于熔点，从而通过一系列不同熔点的合金材料的熔化情况确定目标环境温度所处范围；
2、本发明的一种基于银锂合金的温度测量方法以将银锂合金作为温度指示材料，通过重力法、直接观察、熔断法等在线监测或离线收集材料的熔化状态等手段，在空间、环境等受限制而无法使用其他测试方法时对温度进行较为精确的测量；
3、本发明的一种基于银锂合金的温度测量方法使用银锂合金测量目标环境的温度适应于多种极端条件，且测量利用的合金材料小、不受环境干扰、无需连线传递信号，测量范围较广。
附图说明
图1为本发明实施例1中采用重心法测熔点的密封测温单元结构示意图；
图2为本发明实施例2中采用形状观察法测熔点的密封测温单元结构示意图；
图3为本发明实施例3中采用熔断法测熔点的密封测温单元结构示意图；
图4为本发明实施例中所依据的Ag-Li(合金)相图。
图中：1、银锂合金样品；2、顶部密封盖；3、底部密封盖；4、密封测温单元主体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
银锂合金属于匀晶合金的一种，同一成分下其固相线和液相线间差距较小，而且其熔点在较大的温度区间内随成分的变化而连续变化，基本不受其他条件影响。
具体而言，银锂合金的熔点会随着成分比例的变化而连续变化，在一定范围内若间隔不同的定值来确定对应熔点的银锂合金的成分比例，其熔点也会在一定范围内变化。经查询，100％锂的熔点为180℃，即最小值MIN；100％银的熔点为961.78℃，即最大值MAX。因此将极端配比的合金样品的熔点最值范围[MIN,MAX]设为[180℃,962℃]，在[180℃,962℃]范围内选择合金样品的熔点范围[T1,T2]，并使其包含待测温环境的目标温度的范围[A1,A2]。
然而，银锂合金中锂的含量会极大地影响合金的性质，因此根据相图和经验将合金的熔点分成三段，即锂含量较高的合金熔点，锂含量较低的合金熔点和锂含量极低的合金熔点。
具体实施方式如下：
实施例1待测温环境的目标温度范围[A1,A2]为[350℃,520℃]时进行温度测量
待测温环境的目标温度范围[A1,A2]为[350℃,520℃]，采用锂含量较高的银锂合金样品对待测温环境进行温度测定。当锂含量较高时，升温过程中合金会对石英管表现出一定的腐蚀性，因此，本实施例采用抗腐蚀的金属管作为密封测温单元，并将银锂合金样品加工成锥状，通过测量或计算装有锥状银锂合金样品的密封测温单元的重心位置变化判断其中的银锂合金样品是否已经熔化，进而得到待测温环境的实际温度。具体步骤如下：
步骤(1)根据相图和经验，确定待测温环境的目标温度的范围[A1,A2]为[350℃,520℃]。
步骤(2)、根据采用的锂含量较高的合金的熔点值，确定银锂合金的熔点范围[T1,T2]为[350℃,520℃]。
步骤(3)、在步骤(2)确定的银锂合金的熔点范围[350℃-520℃]内每间隔20℃选择一个熔点值，分别为350℃，370℃，390℃，410℃，430℃，450℃，470℃，490℃，510℃，520℃；同时根据如图4所示的Ag-Li合金相图确定所选熔点值对应的银锂合金的成分比例，并根据银锂合金的成分比例制备对应熔点值的10种均匀银锂合金样品；同时进行合金熔点的检验和精度的确认，使测量样品的熔化温度的观测误差控制在5℃以内。
步骤(4)、将步骤(3)制备的不同熔点值的均匀合金加工成锥状的银锂合金样品并进行标记，其中锥状的银锂合金样品的底部直径为5mm，高为5mm。
步骤(5)、将步骤(4)加工的银锂合金样品按照熔点值从低到高依次放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
步骤(5.1)、根据将步骤(4)加工的银锂合金样品，制备密封测温单元。
根据所选择的银锂合金的数量，采用抗腐蚀的金属管制备密封测温单元。如图1所示，本实施例的密封测温单元为圆柱形结构，包括密封测温单元主体4、顶部密封盖2和底部密封盖3，底边内径为5mm，高为10mm，壁厚为1.5mm。
步骤(5.2)、将步骤(4)加工的银锂合金样品按照熔点值从低到高依次置于密封测温单元中。
如图1所示，将加工的锥状银锂合金样品安装于密封测温单元中，安装好的锥体银锂合金样品1尖端指向底部密封盖3中心，而锥体银锂合金样品1的上端固定在密封测温单元主体4内部上端，且锥体银锂合金样品1和圆柱形的密封测温单元主体4同轴设置。圆柱形的密封测温单元主体4上下端分别通过顶部密封盖2和底部密封盖3封闭成为密封测温单元，并将密封测温单元设置为真空状态，用于防止银锂合金样品发生化学反应，例如高温氧化。然后对密封测温单元进行记号标注，在开始温度测量前测试或计算密封测温单元的重心作为原始重心，从空腔端的底部测量将原始重心位置记为L1点，以作对比。
此外，确保装入合金样品后的密封测温单元整体的重心为密封测温单元的几何中心，以密封测温单元重心变化作为合金样品熔化状态的判定依据并进行熔点检测，从而修正实际的熔点数据。
步骤(5.3)、将安装好锥状银锂合金样品的密封测温单元全部同时放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
步骤(6)、温度测量结束后，取出步骤(5.3)放入的全部密封测温单元并分别测量其实际的重心位置，从空腔端的底部测量将实际重心位置记为L2点，与步骤(5.2)测试或计算的原始重心位置进行比较。
若测得的实际重心L2在原重心L1上端，即L2≥L1，说明熔丝未熔化；反之若测得的实际重心在原重心下端，即L2<L1，则说明熔丝已经熔化。
若装有熔点为x，例如x＝390℃的银锂合金样品的密封测温单元重心改变最大，而装有熔点为y，例如y＝430℃的银锂合金样品的密封测温单元重心未改变，则待测温环境的最高温度范围为[390℃,430℃]。
然后，通过缩小相邻熔点间的区间范围，并重复进行以上步骤，提高待测温环境的温度测量精度。
实施例2待测温环境的目标温度范围[A1,A2]为[520℃,950℃]时进行温度测量
待测温环境的目标温度范围[A1,A2]为[520℃,950℃]，采用锂含量较低的银锂合金样品对待测温环境进行温度测定。当锂含量较低时，银锂合金较脆，腐蚀性较弱，因此本实施例采用石英制备的密封管作为密封测温单元，并将银锂合金样品加工成圆柱状，通过直接观察圆柱状直径的变化判断其中的银锂合金样品是否已经熔化，进而得到待测温环境的实际温度。具体步骤如下：
步骤(1)根据相图和经验，确定待测温环境的目标温度的范围[A1,A2]为[520℃,950℃]。
步骤(2)、根据采用的锂含量较低的合金的熔点值，确定银锂合金的熔点范围[T1,T2]为[520℃,950℃]。
步骤(3)、在步骤(2)确定的银锂合金的熔点范围[520℃,950℃]内每间隔50℃选择一个熔点值，分别为520℃，570℃，620℃，670℃，720℃，770℃，820℃，870℃，920℃，950℃；同时根据如图4所示的Ag-Li合金相图确定所选熔点值对应的银锂合金的成分比例，并根据银锂合金的成分比例制备对应熔点值的10种均匀银锂合金样品；同时进行合金熔点的检验和精度的确认，使测量样品的熔化温度的观测误差控制在5℃以内。
步骤(4)、将步骤(3)制备的不同熔点值的均匀合金加工成圆柱状的银锂合金样品并进行标记，其中圆柱状的银锂合金样品的直径为5mm，高为5mm。
步骤(5)、将步骤(4)加工的银锂合金样品按照熔点值从低到高依次放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
步骤(5.1)、根据将步骤(4)加工的银锂合金样品，制备密封测温单元。
根据所选择的银锂合金的数量，采用石英管制备密封测温单元。如图2所示，本实施例的密封测温单元为漏斗形结构，包括一体成型的密封测温单元主体4，密封测温单元主体4包括上部结构和下部结构，上部结构的内径为6mm，高为10mm，下部结构的内径为3mm，高为20mm，上部结构与下部结构整体的壁厚均为1mm。
步骤(5.2)、将步骤(4)加工的银锂合金样品按照熔点值从低到高依次置于密封测温单元中。
如图2所示，将加工的圆柱状银锂合金样品安装于密封测温单元中，将漏斗形的密封测温单元主体4通过顶部密封成为密封测温单元，并将密封测温单元设置为真空状态，用于防止银锂合金样品发生化学反应，例如高温氧化。然后对密封测温单元进行记号标注。
步骤(5.3)、将安装好圆柱状银锂合金样品的密封测温单元全部同时放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
步骤(6)、温度测量结束后，取出步骤(5.3)放入的全部密封测温单元，在热室中切开密封测温单元，观察不同熔点值的银锂合金样品的熔化状态。
若熔点为x，例如x＝520℃的银锂合金样品已经部分直径变小为3mm，熔点为y，例如y＝570℃的银锂合金样品直径保持在5mm，待测温环境的最高温度范围为[520℃,570℃]。
然后，通过缩小相邻熔点间的区间范围，并重复进行以上步骤，提高待测温环境的温度测量精度。
实施例3待测温环境的目标温度范围[A1,A2]为[950℃,962℃]时进行温度测量
待测温环境的目标温度范围[A1,A2]为[950℃,962℃]，采用锂含量极低的银锂合金样品对待测温环境进行温度测定。当锂含量极低时，银锂合金较软，呈现出良好的韧性，并且腐蚀性较弱，因此本实施例采用石英制备的密封管作为密封测温单元，并将银锂合金样品加工成丝状，通过直接观察丝状银锂合金样品的熔断状况，判断待测温环境的实际温度。具体步骤如下：
步骤(1)根据相图和经验，确定待测温环境的目标温度的范围[A1,A2]为[950℃,962℃]。
步骤(2)、根据采用的锂含量极低的合金的熔点值，确定银锂合金的熔点范围[T1,T2]为[950℃,962℃]。
步骤(3)、在步骤(2)确定的银锂合金的熔点范围[950℃,962℃]内选择熔点值分别为950℃、955℃、962℃；同时根据如图4所示的Ag-Li合金相图和经验可知其中熔点为950℃的银锂合金中对应的锂的含量约为1.5at.％，熔点为962℃的银锂合金中对应的银的含量约为100at.％；根据银锂合金的成分比例制备对应熔点值的3种均匀银锂合金样品；同时进行合金熔点的检验和精度的确认,使测量样品的熔化温度的观测误差控制在3℃以内。
步骤(4)、将步骤(3)制备的不同熔点值的均匀合金加工成丝状的银锂合金样品并进行标记，其中丝状的银锂合金样品的直径为0.5mm。
步骤(5)、将步骤(4)加工的银锂合金样品按照熔点值从低到高依次放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
步骤(5.1)、根据将步骤(4)加工的银锂合金样品，制备密封测温单元。
根据所选择的银锂合金的数量，采用石英管制备密封测温单元。如图3所示，本实施例的密封测温单元为圆柱形结构，包括密封测温单元主体4、顶部密封盖2和底部密封盖3，底边内径为5mm，高为10mm，壁厚为1mm。
步骤(5.2)、将步骤(4)加工的银锂合金样品按照熔点值从低到高依次置于密封测温单元中。
如图3所示，将加工的丝状银锂合金样品分别缠绕在密封测温单元内的杆上，圆柱形的密封测温单元主体4上下端分别通过顶部密封盖2和底部密封盖3封闭成为密封测温单元，并将密封测温单元设置为真空状态或充满惰性气体，例如氩气，用于防止银锂合金样品发生化学反应，例如高温氧化。然后对密封测温单元进行记号标注。
步骤(5.3)、将缠绕好丝状银锂合金样品的密封测温单元全部同时放入待测温的环境中，进行待测温环境的温度测量。
步骤(6)、温度测量结束后，取出步骤(5.3)放入的全部密封测温单元，在热室中切开密封测温单元，观察不同熔点值的丝状银锂合金样品的熔化状态。
若熔点为x，例如x＝955℃的丝状银锂合金样品有熔断，熔点为y，例如y＝962℃的丝状银锂合金样品未熔断，待测温环境的最高温度范围为[955℃,962℃]。
然后，通过缩小相邻熔点间的区间范围，并重复进行以上步骤，提高待测温环境的温度测量精度。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
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