Электромагнитный измеритель потока, система электромагнитного измерения скорости потока и способ электромагнитного измерения скорости потока
Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой электромагнитный измеритель потока, а также систему и способ измерения скорости потока и предназначено для использования в ядерных реакторах. Устройство содержит элемент возбуждения, в котором магниты расположены с зазором один от другого вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, через который протекает жидкий металл, и формируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока. Между магнитами элемента возбуждения размещен электрод для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле. Предусмотрено устройство подачи импульсного электрического тока возбуждения в элемент возбуждения для подавления распределения скорости потока в направлении вдоль внешней периферии канала, даже при низкой скорости потока жидкого металла. Техническим результатом является повышение точности измерения скорости потока жидкости. 6 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электромагнитному измерителю потока, предназначенному для измерения скорости потока жидкого металла, который протекает в трубопроводе большого диаметра, например, в ядре или в системе трубопроводов реактора на быстрых нейтронах.
Уровень техники
Обычно скорость потока текучей среды, протекающей по каналу, имеющему различные формы, такому как кольцевой канал, можно измерять, используя электромагнитный измеритель потока. В качестве такого электромагнитного измерителя потока известна технология, раскрытая в Патентном документе 1. В технологии, раскрытой в Патентном документе 1, генератор магнитного поля установлен так, что оба магнитных полюса расположены с одной стороны внешней стенки трубопровода.
Более конкретно, технология, раскрытая в Патентном документе 1, включает в себя устройство возбуждения, предназначенное для формирования магнитного поля перпендикулярно внешней стенке трубопровода, и пару электродов для измерения электродвижущей силы, генерируемой, когда электропроводная текучая среда пересекает магнитное поле. Электроды и оба магнитных полюса устройства возбуждения расположены с одной стороны внешней стенки трубопровода.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: Публикация выложенной заявки на японский патент №2007-47071
Сущность изобретения
Задачи, решаемые изобретением
В описанном выше обычном электромагнитном измерителе потока для кольцевого канала выходное напряжение, снимаемое с электродов, повышается при увеличении скорости потока текучей среды, проходящей через кольцевой канал. Когда скорость потока текучей среды, предназначенной для измерения, низкая, необходимо получать большое выходное напряжение с электродов, путем повышения тока возбуждения.
Однако чем больше ток возбуждения, тем большей становится плотность магнитного потока для магнитного поля, генерируемого катушкой устройства возбуждения, и тем большая магнитная индукция действует локально на текучую среду, протекающую через кольцевой канал, как сила сопротивления, генерирующая распределение скорости потока в направлении вдоль внешней периферии кольцевого канала. В результате, когда скорость потока текучей среды, для которой требуется выполнить измерение, низка, обычный электромагнитный измеритель потока для кольцевого канала не позволяет получать точное значение скорости потока.
В обычном электромагнитном измерителе потока ток возбуждения всегда подают к электромагниту устройства возбуждения; временное изменение тока [А] возбуждения, магнитного поля [Т], выходного сигнала электрода [мВ] и скорости [м/с] течения натрия (Na) в непосредственной близи к электромагниту получают такими, как показано на фиг. 10. Как можно видеть на фиг. 10, скорость потока Na изменяется под влиянием магнитного поля, генерируемого подаваемым током возбуждения, что, таким образом, влияет на выходной сигнал электродов.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом описанной выше ситуации, и его задача состоит в том, чтобы обеспечить электромагнитный измеритель потока, систему электромагнитного измерения скорости потока и способ электромагнитного измерения скорости потока, которые подавляли бы возникновение распределения скорости потока в направлении вдоль внешней периферии в канале потока, даже когда скорость течения жидкого металла является низкой, и, таким образом, позволяли бы выполнять точное измерение скорости потока.
Средство решения задачи
Для достижения описанных выше задач, в соответствии с вариантом осуществления, предусмотрен электромагнитный измеритель потока, содержащий: элемент возбуждения, имеющий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, в котором протекает жидкий металл, так, что они разделены зазором один от другого, формируя магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока; электрод, предусмотренный между магнитами элемента возбуждения, и измеряющий напряжение, генерируемое, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и устройство подачи тока импульсного возбуждения, подающее ток импульсного возбуждения в элемент возбуждения.
Кроме того, для достижения описанной выше задачи, в соответствии с вариантом осуществления, предусмотрена система электромагнитного измерения скорости потока, содержащая множество электромагнитных измерителей потока, которые расположены в направлении внешней периферии канала потока, в котором протекает жидкий металл, так, что они разделены зазором один от другого, каждый электромагнитный измеритель потока, включающий в себя: элемент возбуждения, имеющий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, с зазором один от другого, и формирующие магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока; электрод, предусмотренный между магнитами элемента возбуждения и измеряющий напряжение, генерируемое, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и устройство подачи тока импульсного возбуждения, которое подает ток импульсного возбуждения в элемент возбуждения.
Для достижения упомянутых выше целей, в соответствии с вариантом осуществления, предусмотрен способ электромагнитного измерения скорости потока, содержащий: этап генерирования магнитного поля, состоящий в генерировании магнитного поля в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока, в котором протекает жидкий металл, посредством элемента возбуждения, имеющего множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока так, что они разделены зазором один от другого; и этап измерения напряжения, состоящий в измерении напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле, с помощью электрода, предусмотренного между магнитами элемента возбуждения, в котором на этапе генерирования магнитного поля импульсный ток возбуждения подают из устройства подачи импульсного возбуждения в элемент возбуждения.
Преимущество изобретения
С помощью электромагнитного измерителя потока, системы электромагнитного измерения скорости потока и способа электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением, возможно подавлять возникновение распределения скорости потока в направлении вдоль внешней периферии канала потока, обеспечивая, таким образом, точное измерение скорости потока.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий первый вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показан увеличенный вид электромагнитного измерителя потока по фиг. 1.
На фиг. 3 показана временная диаграмма, иллюстрирующая временные изменения тока возбуждения, магнитного поля, выходного сигнала электрода и скорости потока Na в электромагнитном измерителе потока по фиг. 1.
На фиг. 4 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий второй вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 5 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий третий вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий четвертый вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 7 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий пятый вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 8 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий шестой вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
На каждой из фиг. 9А и 9B показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий модификацию канала потока.
На фиг. 10 показана временная диаграмма, иллюстрирующая временные изменения тока возбуждения, магнитного поля, выходного сигнала электрода и скорости потока Na в обычном электромагнитном измерителе потока.
Подробное описание изобретения
Варианты осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока и способа электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением, будут описаны ниже со ссылкой на чертежи.
Первый вариант осуществления
На фиг. 1 показан вид конфигурации в поперечном сечении, представляющий первый вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 2 показан вид с увеличением электромагнитного измерителя потока по фиг. 1. На фиг. 3 показана временная диаграмма, иллюстрирующая временные изменения тока возбуждения, магнитного поля, выходного сигнала электрода и скорости потока Na электромагнитного измерителя потока по фиг. 1.
Как показано на фиг. 1, кольцевой канал 1 представляет собой трубопровод большого размера (большого диаметра), имеющий кольцевую форму в поперечном сечении, в котором протекает жидкий металл, такой, как натрий, в качестве текучей среды, измерение которой требуется выполнить, как, например, в активной зоне или в системе трубопроводов реактора на быстрых. Этот кольцевой канал 1 включает в себя внутреннюю и внешнюю трубу 2 и 3, каждая из которых изготовлена из немагнитного материала. Шесть электромагнитных измерителей 4 потока расположены на внешней периферийной поверхности внешней трубы 3, так, что они разнесены зазором друг от друга на заданный интервал. Количество электромагнитных измерителей 4 потока, расположенных на внешней периферийной поверхности внешней трубы 3 определяют на основе взаимозависимости между длиной внешней периферии кольцевого канала 1 и шириной каждого из электромагнитных измерителей 4 потока. В настоящем варианте осуществления шесть электромагнитных измерителей 4 потока расположены, как описано выше.
Каждый электромагнитный измеритель 4 потока, включает в себя элемент 5 возбуждения для формирования магнитного поля в направлении, нормальном оси кольцевого канала 1, и пару электродов 6а и 6b, для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле. Напряжение снимают снаружи через пару электродов 6а и 6b, и скорость потока жидкого металла рассчитывают на основе измеренной величины напряжения.
Элемент 5 возбуждения имеет три электромагнита 5а, 5b и 5c, которые расположены так, что они разделены друг от друга заданным интервалом. Ведущие концы этих трех электромагнитов 5а, 5b и 5c находятся в контакте с внешней периферийной поверхностью кольцевого канала 1. Электроды 6а и 6b расположены симметрично с обеих сторон от центра электромагнитов 5b. Задние части электромагнитов 5а, 5b и 5c соединены с соединительным участком 5d.
Катушки 15а, 15b и 15c возбуждения намотаны вокруг электромагнитов 5а, 5b и 5c, соответственно, как представлено на фиг. 2. Электрический ток протекает через катушки 15а, 15b и 15c возбуждения таким образом, что полярность магнитного полюса, возникающего на переднем конце центрального электромагнита 5b и полярность магнитных полюсов, возникающих на передних концах с обоих боковых электромагнитов являются противоположными друг другу. Таким образом, электромагниты 5а, 5b и 5c расположены так, что полюс N и полюс S появляются поочередно вдоль внешней периферийной поверхности внешней трубы 3.
Устройство 7а подачи тока импульсного возбуждения подает ток импульсного возбуждения в катушки 15а, 15b и 15 с возбуждения соответствующих электромагнитов 5а, 5b и 5 с. Ток возбуждения подают в течение короткого периода времени, составляющего несколько мс.
Далее описана работа настоящего варианта осуществления.
Когда ток импульсного возбуждения подают из устройства 7а подачи тока импульсного возбуждения в катушки 15а, 15b и 15с возбуждения каждого электромагнитного измерителя потока 4, магнитный поток от передних концов (N-полюса) боковых электромагнитов 5а и 5с каждого электромагнитного измерителя потока 4 к переднему концу (S-полюса) центрального электромагнита 5b, генерируют так, что формируется синтетическое магнитное поле в направлении (радиальном направлении кольцевого канала 1) перпендикулярно внешней трубе 3 в непосредственной близости к переднему концу центрального электромагнита 5b.
В результате, в соответствии с правилом правой руки Флеминга, в жидком металле вокруг ведущего конца центрального электромагнита 5b, генерируется электродвижущая сила (напряжение), в соответствии со скоростью потока жидкого металла в направлении, перпендикулярном обоим направлениям (радиальном направлении кольцевого канала 1) магнитного поля и в направлению (осевом направлении кольцевого канала 1) потока жидкого металла, другими словами, в направлении линии, соединяющей оба электрода 6а и 6b. Электродвижущую силу получают снаружи через два электрода 6а и 6b, и скорость потока или поток жидкого металла рассчитывают на основе ее измеренной величины с помощью представленной схемы преобразования скорости потока.
Когда ток возбуждения подают в катушки 15а, 15b и 15с возбуждения соответствующих электромагнитов 5а, 5b и 5с электромагнитного измерителя 4 потока, генерируется магнитное поле, и время, требуемое для генерирования выходного сигнала электрода, определяют по скорости свободных электронов, движущихся по пути между обоими электродами 6а и 6b. Эта скорость является чрезвычайно высокой, в то время как изменение скорости потока жидкого металла (скорости потока Na), который был подвергнут воздействию магнитного поля, является малым.
По этой причине, в настоящем варианте осуществления, импульсный ток возбуждения подают из устройства 7а подачи импульсного тока возбуждения в катушки 15а, 15b и 15с возбуждения соответствующих электромагнитов 5а, 5b и 5с. В результате, как показано на фиг. 3, выходной сигнал с электрода может быть получен до того, как будет вызвано изменение скорости потока Na, вызываемое магнитным полем.
В ядерной электростанции измеренное значение скорости потока или скорости потока жидкого металла подвергают выборке с постоянным интервалом, например, через каждые 24 часа.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, ток импульсного возбуждения подают из устройства 7а подачи тока импульсного возбуждения в катушки 15а, 15b и 15с возбуждения соответствующих электромагнитов 5а, 5b и 5с так, что даже когда скорость потока жидкого металла низкая, возможно предотвратить распределение скорости потока в направлении вдоль окружности кольцевого канала 1, чтобы, таким образом, обеспечить точное измерение скорости потока.
Хотя три электромагнита 5а, 5b и 5с и два электрода 6а и 6b (пара электродов 6а и 6b) установлены в настоящем варианте осуществления, количество электромагнитов и электродов, которые могут быть размещены, может изменяться, соответственно.
Кроме того, хотя каждые шесть электромагнитных измерителей 4 потока используют для расчета скорости потока или скорости потока жидкого металла в настоящем варианте осуществления, количество электромагнитных измерителей 4 потока, которые используются, не ограничено этим, но использование, по меньшей мере, одного электромагнитного измерителя 4 потока позволяет получить одинаковый результат измерения.
Второй вариант осуществления
На фиг. 4 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий второй вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
В следующих вариантах осуществления, описание тех же конфигураций и функций, как в первом варианте осуществления, будет исключено, и будут описаны только отличающиеся конфигурации и функции. Кроме того, электромагнитный измеритель 4 потока в следующих вариантах осуществления имеет ту же конфигурацию и работает так же, как и электромагнитные измерители 4 потока в первом варианте осуществления, таким образом, те же номера ссылочных позиций используются для идентичных компонентов, и их описание будет исключено.
Как показано на фиг. 4, в настоящем варианте осуществления, шесть электромагнитных измерителей 4 потока соединены с общим устройством 7b подачи импульсного тока возбуждения. Устройство 7b подачи тока импульсного возбуждения имеет две функции: функцию выбора любого из шести электромагнитных измерителей 4 потока и функцию подачи импульсного тока возбуждения с короткой длительностью импульса в катушки 15а, 15b и 15c возбуждения элемента 5 возбуждения выбранных электромагнитных измерителей 4 потока.
Устройство 7b подачи импульсного тока возбуждения соединено с устройством 8 усреднения. Устройство 8 усреднения получает, если необходимо, выходное напряжение, генерируемое на электродах 6а и 6b электромагнитных измерителей 4 потока, которые были последовательно выбраны устройством 7b подачи импульсного тока возбуждения, для подачи тока возбуждения, и усредняет полученное выходное напряжение.
Далее описана работа настоящего варианта осуществления.
Устройство 7b подачи импульсного тока возбуждения последовательно выбирает любой из шести электромагнитных измерителей 4 потока и подает импульсный ток возбуждения в выбранные электромагнитные измерители 4 потока, и магнитное поле генерируется в электромагнитах 5а, 5b и 5c каждого из выбранных электромагнитных измерителей 4 потока. В соответствии с правилом правой руки Флеминга, сигнал электродвижущего напряжения генерируется на электродах 6а и 6b под действием магнитного поля. Затем устройство 7b подачи импульсного тока возбуждения подает, в соответствии с необходимостью, выходное напряжение, генерируемое на электродах 6а и 6b выбранных электромагнитных измерителей 4 потока в устройство 8 усреднения. Устройство 8 усреднения получает выходное напряжение с выбранных электромагнитных измерителей 4 потока и затем усредняет полученное выходное напряжение.
В основном, конфигурация и работа являются такими же, как и в первом варианте осуществления, и их описание будет исключено.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, электромагнитные измерители 4 потока последовательно выбирают с помощью устройства 7b подачи тока импульсного возбуждения, при этом ток возбуждения подают с высокой скоростью на катушки 15а, 15b и 15c возбуждения, измеренное выходное напряжение усредняют с помощью устройства 8 усреднения, и усредненное значение используют, как представительное значение, в результате чего, становится возможным получить эффект подавления влияния индивидуальный изменчивости, в дополнение к эффекту первого варианта осуществления.
Далее, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, устройство 7b подачи импульсного тока возбуждения последовательно выбирает электромагнитные измерители 4 потока, так, чтобы подавать в них ток возбуждения. Такая конфигурация требует только одного устройства 7b подачи импульсного тока возбуждения, что позволяет упростить структуру.
Третий вариант осуществления
На фиг. 5 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий третий вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг. 5, в настоящем варианте осуществления, катушки 15a, 15b и 15c возбуждения соответствующих электромагнитов 5a, 5b и 5c из шести электромагнитных измерителей 4 потока все последовательно соединены друг с другом. Все катушки 15а, 15b и 15c возбуждения, при таком последовательном соединении соединены с устройством 7c подачи импульсного тока возбуждения.
Устройство 7c подачи импульсного тока возбуждения может подавать короткий импульсный ток возбуждения, имеющий такое же значение тока возбуждения для катушек 15а, 15b и 15c возбуждения, что и у шести соединенных последовательно электромагнитных измерителей 4 потока.
Ниже описана работа настоящего варианта осуществления.
Устройство 7c подачи импульсного тока возбуждения подает импульсный ток возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения, в катушки 15а, 15b и 15c возбуждения шести электромагнитных измерителей 4 потока, и генерируется магнитное поле электромагнитов 5а, 5b и 5c каждого из электромагнитных измерителей 4 потока. В соответствии с правилом правой руки Флеминга, сигнал электродвижущего напряжения генерируется на электродах 6а и 6b под действием магнитного поля. Сигнал электродвижущего напряжения выводят наружу, и скорость потока или потока жидкого металла рассчитывают на основе его измеренного значения, используя не показанную схему преобразования скорости потока.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, одинаковое значение тока возбуждения подают из устройства 7c подачи импульсного тока возбуждения во множество электромагнитных измерителей 4 потока так, что становится возможным уменьшить индивидуальную изменчивость между значениями выходного напряжения из электромагнитных измерителей 4 потока по сравнению со случаем, когда ток возбуждения подают индивидуально в электромагнитные измерители 4 потока. Кроме того, эта конфигурация требует только одного устройства 7c подачи тока импульсного возбуждения, что позволяют упростить его конструкцию.
Четвертый вариант осуществления
На фиг. 6 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий четвертый вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг. 6, катушки 15а, 15b и 15c возбуждения электромагнитных измерителей 4 потока, расположенные взаимно противоположно друг другу через кольцевой канал 1, соединены последовательно, так, что они составляют пару друг с другом, и предусмотрены три таких пары. Одна пара электромагнитных измерителей 4 потока соединена с одним устройством 7c подачи импульсного тока возбуждения. Таким образом, предусмотрены три набора, каждый из которых включает в себя пару электромагнитных измерителей 4 потока, и одно устройство 7c подачи импульсного тока возбуждения.
Как и в третьем варианте осуществления, три устройства 7c подачи импульсного тока возбуждения, каждое из которых может подавать короткий импульс тока возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения, в катушки 15а, 15b и 15c возбуждения включенных последовательно пар электромагнитных измерителей 4 потока.
Далее описана работа настоящего варианта осуществления.
Каждое из трех устройств 7c подачи тока импульсного возбуждения подает импульсный ток возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения, в катушки 15а, 15b и 15c возбуждения двух электромагнитных измерителей 4 потока, и магнитное поле генерируется в электромагнитах 5а, 5b и 5c каждого из электромагнитных измерителей 4 потока. В соответствии с правилом правой руки Флеминга, сигнал электродвижущего напряжения генерируется на электродах 6а и 6b магнитным полем. Сигнал электродвижущего напряжения выводят наружу, и скорость потока жидкого металла рассчитывают на основе его измеренного значения с помощью не показанной схемы преобразования скорости потока.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, импульсный ток возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения, подают из устройства 7c подачи импульсного тока возбуждения в пару электромагнитных измерителей 4 потока, и сигналы электродвижущего напряжения получают с помощью трех не показанных схем преобразования скорости потока, соответственно. Такая конфигурация может применяться в измерителе потока, который может быть предусмотрен в защитной системе, для которой требуются два выхода из каждой из трех систем в обычной атомной электростанции.
Пятый вариант осуществления
На фиг. 7 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий пятый вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг. 7, в настоящем варианте осуществления, измерительная катушка 9, используемая, как устройство измерения магнитного поля, располагается в непосредственной близости к одному из шести электромагнитных измерителей 4 потока в конфигурации третьего варианта осуществления, представленной на фиг. 5.
Более конкретно, катушки 15а, 15b и 15c возбуждения соответствующих электромагнитов 5а, 5b и 5c шести электромагнитных измерителей 4 потока все последовательно соединены друг с другом. Все катушки 15а, 15b и 15c возбуждения, последовательно соединенные таким образом, подключены к устройству 7d подачи импульсного тока возбуждения.
Устройство 7d подачи импульсного тока возбуждения может подавать короткий импульс тока возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения, в последовательно включенные катушки возбуждения шести электромагнитных измерителей 4 потока.
Измерительная катушка 9, выполненная с возможностью передачи сигнала в устройство 7d подачи импульсного тока возбуждения, расположена в непосредственной близости к одной стороне одного из шести электромагнитных измерителей 4 потока. Таким образом, измерительная катушка 9 расположена в непосредственной близости к одной стороне электромагнита 5c электромагнитного измерителя 4 потока. Измерительная катушка 9 измеряет магнитную индукцию, генерируемую электромагнитом 5c, когда ток возбуждения подают в электромагнитный измеритель 4 потока. Таким образом, измерительная катушка 9 расположена в пределах действия магнитного поля электромагнита 5c.
Ниже описана работа настоящего варианта осуществления.
Устройство 7d подачи импульсного тока возбуждения подает импульсный ток возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения, в катушки 15а, 15b и 15c возбуждения шести электромагнитных измерителей 4 потока, и магнитное поле генерируется в электромагнитах 5а, 5b и 5c каждого из электромагнитных измерителей 4 потока. В соответствии с правилом правой руки Флеминга, сигнал электродвижущего напряжения генерируется на электродах 6а и 6b под действием магнитного поля. Сигнал электродвижущего напряжения выводят наружу, и скорость потока жидкого металла рассчитывают на основе его измеренного значения, используя не показанную схему преобразования скорости потока.
Затем, когда ток возбуждения подают из устройства 7d подачи импульсного тока возбуждения, магнитную индукцию поля, генерируемую электромагнитом 5c, измеряют с помощью измерительной катушки 9. Сигнал измерений, полученный с помощью измерительной катушки 9, передают в устройство 7d подачи импульсного тока возбуждения. Это позволяет отслеживать постоянное изменение магнитного поля.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, магнитное поле, генерируемое электромагнитом 5c при подаче тока возбуждения, измеряют, используя измерительную катушку 9, и измеренный сигнал, полученный измерительной катушкой 9, передают в устройство 7d подачи импульсного тока возбуждения, в результате чего, можно отслеживать постоянное изменение магнитного поля. В результате, становится возможным детектировать отказ или ухудшение функции электромагнитного измерителя 4 потока на ранних этапах и управлять током возбуждения, в соответствии с постоянным изменением магнитного поля, для установки значения тока возбуждения, при котором может быть получено заданное выходное напряжение.
Хотя измерительная катушка 9 расположена с одной стороны электромагнита 5c в настоящем варианте осуществления, измерительная катушка 9 может быть расположена с одной стороны электромагнита 5а. Кроме того, в качестве альтернативы, измерительная катушка 9 может быть расположена с одной из сторон соответствующих электромагнитов 5a и 5c. Путем размещения измерительных катушек 9 на сторонах соответствующих электромагнитов 5а и 5c, как описано выше, можно повысить точность измерения магнитного поля.
Кроме того, хотя сигнал измерений, получаемый с помощью измерительной катушки 9, передают в устройство 7d подачи импульсного тока возбуждения в настоящем варианте осуществления, сигнал измерений может быть передан в устройство отслеживания. То же можно сказать в отношении шестого варианта осуществления, который описан ниже.
Шестой вариант осуществления
На фиг. 8 показан вид конфигурации в поперечном сечении, иллюстрирующий шестой вариант осуществления системы электромагнитного измерения скорости потока, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг. 8, в настоящем варианте осуществления, измерительные катушки 9 располагаются в непосредственной близости к сторонам соответствующих шести электромагнитных измерителей 4 потока в конфигурации первого варианта осуществления, представленного на фиг. 1. Таким образом, измерительные катушки 9 расположены в непосредственной близости к одной стороне электромагнитов 5c соответствующих электромагнитных измерителей 4 потока. Каждая катушка 9 измеряет магнитную индукцию поля, генерируемого электромагнитами 5c, когда ток возбуждения подают в электромагнитные измерители 4 потока. Таким образом, каждая измерительная катушка 9 расположена в пределах дальности действия магнитного поля электромагнита 5c.
Как и в первом варианте осуществления, устройство 7а подачи импульсного тока возбуждения подает импульсный ток возбуждения в катушки 15a, 15b и 15c возбуждения соответствующих электромагнитов 5a, 5b и 5c.
Далее описана работа настоящего варианта осуществления.
В устройство 7а подачи импульсного тока возбуждения подают импульсный ток возбуждения, имеющий одинаковое значение тока возбуждения в катушках 15а, 15b и 15c возбуждения соответствующих шести электромагнитных измерителей 4 потока, и магнитное поле генерируется в электромагнитах 5а, 5b и 5c каждого из электромагнитных измерителей 4 потока. В соответствии с правилом правой руки Флеминга, сигнал электродвижущего напряжения генерируется на электродах 6а и 6b магнитным полем. Сигнал электродвижущего напряжения выводят наружу, и скорость потока жидкого металла рассчитывают на основе его измеренного значения, используя не показанную схему преобразования скорости потока.
Затем, когда ток возбуждения подают из каждого из устройств 7а подачи импульсного тока возбуждения, магнитную индукцию магнитного поля, генерируемого каждым электромагнитом 5c, измеряют с помощью измерительной катушки 9. Измеренный сигнал, полученный с помощью измерительной катушки 9, передают в соответствующее устройство 7а подачи импульсного тока возбуждения. Это позволяет отслеживать постоянное изменение магнитного поля каждым электромагнитным измерителем 4 потока.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, магнитные поля, генерируемые соответствующими электромагнитами 5c, при подаче тока возбуждения в шесть электромагнитных измерителей 4 потока, измеряют с помощью соответствующих измерительных катушек 9, и измеренные сигналы, полученные с помощью измерительных катушек 9, передают в соответствующие устройства 7а подачи импульсного тока возбуждения, в результате чего можно отслеживать постоянное изменение каждого магнитного поля. В результате, становится возможным детектировать отказ или ухудшение функции каждого из электромагнитных измерителей 4 потока на ранних этапах и управлять током возбуждения, в соответствии с постоянным изменением магнитного поля для установления тока возбуждения на значение, при котором может быть получено заданное выходное напряжение.
Кроме того, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, возможно подавать ток возбуждения с заданным значением во множество электромагнитных измерителей 4 потока по отдельности, и измерительные катушки 9 предусмотрены для соответствующих электромагнитных измерителей 4 потока так, что возможно детектировать отказ или ухудшение функции отдельных электромагнитных измерителей 4 потока и управлять током возбуждения, в соответствии с постоянным изменением магнитного поля, для установления значения тока возбуждения, при котором может быть получено заданное выходное напряжение.
Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше, эти варианты осуществления являются только иллюстративными, и не ограничивают объем настоящего изобретения. Новые варианты осуществления могут быть выполнены на практике в других разных формах, и различные исключения, замены и изменения могут быть выполнены без выхода за пределы объема изобретения.
Например, хотя шесть электромагнитных измерителей 4 потока расположены вдоль внешней поверхности окружности кольцевого канала 1, так, что они отделены друг от друга заданным интервалом в каждом из описанных выше вариантах осуществления, настоящее изобретение не ограничено этим, но компоновка, по меньшей мере, одного или больше электромагнитных измерителей 4 потока на внешней поверхности окружности кольцевого канала 1 может достигать того же эффекта.
Кроме того, хотя кольцевой канал 1, имеющий кольцевую форму в поперечном сечении, используется, как канал потока в каждом из описанных выше вариантах осуществления, настоящее изобретение не ограничено этим. Например, канал потока, предназначенный для использования в настоящем изобретении, может иметь вертикально удлиненное прямоугольное поперечное сечение, горизонтально удлиненное прямоугольное поперечное сечение, или другую форму поперечного сечения.
Кроме того, устройство возбуждения в каждом из описанных выше вариантах осуществления включает в себя устройство возбуждения постоянного тока. В качестве альтернативы, устройство возбуждения на постоянном магните или устройство возбуждения переменного тока можно использовать вместо устройства возбуждения постоянного тока.
Далее, хотя прямоугольная форма колебаний используется в качестве импульсного тока возбуждения в каждом из описанных выше вариантах осуществления, треугольная форма колебаний или пилообразная форма колебаний также могут использоваться. Кроме того, в дополнение к току возбуждения, имеющему прямоугольную форму колебаний, может использоваться форма колебаний, которая позволяет устранять влияние остаточного магнитного поля.
Варианты осуществления и их модификации включены в объем или сущность настоящего изобретения в приложенную формулу изобретения и ее эквиваленты.
Например, хотя кольцевой канал используется в каждом из описанных выше вариантов осуществления, форма канала потока не ограничена этим. Конфигурация каждого из описанных выше вариантов осуществления можно применяться для случая, в котором распределение скорости потока возникает в канале потока под действием магнитного потока, генерируемого при постоянном возбуждении магнита электромагнитного измерителя потока. Более конкретно, конфигурация каждого из описанных выше вариантов осуществления может применяться в конфигурации, в которой магнитное поле не проходит через весь канал потока, но сильный магнитный поток проходит через часть канала потока.
Другими словами, в качестве другого примера кольцевого канала могут быть рассмотрены канал 1а потока, имеющий форму дуги круга (часть круглого кольца) в поперечном сечении перпендикулярно осевому направлению канала потока (фиг. 9А), канал 1b потока, имеющий прямоугольную форму в поперечном сечении перпендикулярно осевому направлению канала потока (фиг. 9B), и т.п. В качестве альтернативы, даже в случае канала потока в виде круглой трубки (имеющего круглую форму в поперечном сечении перпендикулярно осевому направлению канала потока) и когда влияние магнитного поля не является локальным, применение конфигурации каждого из описанных выше вариантов осуществления позволяет уменьшить влияние электромагнитного измерителя потока в результате возбуждения, при условии, что скорость потока охладителя будет низкой (например, в случае, когда охладитель циркулирует не под действием насоса, а в результате естественной циркуляции).
Пояснение номеров ссылочных позиций
1: Кольцевой канал
1а: Канал потока в виде дуги круга
1b: Прямоугольный канал потока
2: Внутренняя труба
3: Внешняя труба
4: Электромагнитный измеритель потока
5: Элемент возбуждения
5а, 5b, 5c: Электромагнит
6а, 6b: Электрод
7: Устройство подачи импульсного тока возбуждения
7а: Устройство подачи импульсного тока возбуждения
7b: Устройство подачи импульсного тока возбуждения
7c: Устройство подачи импульсного тока возбуждения
7d: Устройство подачи импульсного тока возбуждения
8: Устройство усреднения
9: Измерительная катушка (устройство измерения магнитного поля)
15а, 15b, 15c: Катушки возбуждения
1. Электромагнитный измеритель потока, содержащий:
элемент возбуждения, содержащий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, в котором протекает жидкий металл, так что магниты установлены с зазором один от другого и формируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока;
электрод, размещенный между магнитами элемента возбуждения и предназначенный для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и
устройство подачи тока импульсного возбуждения в элемент возбуждения, выполненное с возможностью подачи импульсного тока возбуждения в течение нескольких мс.
2. Электромагнитный измеритель потока по п. 1, в котором канал потока представляет собой кольцевой канал.
3. Система электромагнитного измерения скорости потока, содержащая множество электромагнитных измерителей потока, которые расположены в окружном направлении канала потока, в котором протекает жидкий металл, так что они расположены с зазором один от другого, при этом
каждый электромагнитный измеритель потока содержит:
элемент возбуждения, содержащий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, так что магниты расположены с зазором один от другого и формируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока;
электрод, размещенный между магнитами элемента возбуждения и предназначенный для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и
устройство подачи тока импульсного возбуждения в элемент возбуждения, выполненное с возможностью подачи импульсного тока возбуждения в течение нескольких мс.
4. Система электромагнитного измерения скорости потока по п. 3, которая содержит множество устройств подачи импульсного тока возбуждения в соответствии с указанным множеством электромагнитных измерителей потока.
5. Система электромагнитного измерения скорости потока по п. 3, в которой
электромагнитные измерители потока образуют множество пар взаимно противоположных электромагнитных измерителей потока, и
каждая пара взаимно противоположных электромагнитных измерителей потока снабжена устройством подачи импульсного тока возбуждения.
6. Система электромагнитного измерения скорости потока, содержащая множество электромагнитных измерителей потока, которые расположены в окружном направлении канала потока, в котором протекает жидкий металл, так что они расположены с зазором один от другого, при этом
каждый электромагнитный измеритель потока содержит:
элемент возбуждения, содержащий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, так что магниты расположены с зазором один от другого и формируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока;
электрод, размещенный между магнитами элемента возбуждения и предназначенный для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и
устройство подачи тока импульсного возбуждения в элемент возбуждения, причем
указанная система содержит множество устройств подачи импульсного тока возбуждения в соответствии с указанным множеством электромагнитных измерителей потока, и
каждый электромагнитный измеритель потока снабжен устройством измерения магнитного поля, предназначенным для измерения магнитного поля, генерируемого элементом возбуждения, когда ток возбуждения подается в каждый из электромагнитных измерителей потока.
7. Система электромагнитного измерения скорости потока, содержащая множество электромагнитных измерителей потока, которые расположены в окружном направлении канала потока, в котором протекает жидкий металл, так что они расположены с зазором один от другого, при этом
каждый электромагнитный измеритель потока содержит:
элемент возбуждения, содержащий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, так что магниты расположены с зазором один от другого и формируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока;
электрод, размещенный между магнитами элемента возбуждения и предназначенный для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и
устройство подачи тока импульсного возбуждения в элемент возбуждения,
причем указанное устройство подачи импульсного тока возбуждения является единственным и выполнено с возможностью выбирать любое из множества электромагнитных измерителей потока, для подачи импульсного тока возбуждения.
8. Система электромагнитного измерения скорости потока, содержащая множество электромагнитных измерителей потока, которые расположены в окружном направлении канала потока, в котором протекает жидкий металл, так что они расположены с зазором один от другого, при этом
каждый электромагнитный измеритель потока содержит:
элемент возбуждения, содержащий множество магнитов, которые расположены вдоль внешней периферийной поверхности канала потока, так что магниты расположены с зазором один от другого и формируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока;
электрод, размещенный между магнитами элемента возбуждения и предназначенный для измерения напряжения, генерируемого, когда жидкий металл пересекает магнитное поле; и
устройство подачи тока импульсного возбуждения в элемент возбуждения,
причем указанное устройство подачи импульсного тока возбуждения является единственным и выполнено с возможностью подавать импульсный ток возбуждения в последовательно соединенные элементы возбуждения соответствующих электромагнитных измерителей потока.
9. Система электромагнитного измерения скорости потока по п. 8, в которой один из электромагнитных измерителей потока снабжен устройством измерения магнитного поля, предназначенным для измерения магнитного поля, генерируемого элементом возбуждения, когда ток возбуждения подается в электромагнитный измеритель потока.
10. Способ электромагнитного измерения скорости потока, включающий:
этап генерирования магнитного поля, на котором генерируют магнитное поле в направлении, перпендикулярном внешней периферийной поверхности канала потока, в котором протекает жидкий металл, посредством элемента возбуждения, содержащего множество магнитов, расположенных вдоль внешней периферийной поверхности канала потока так, что они расположены с зазором один от другого; и
этап измерения напряжения, на котором измеряют напряжение, генерируемое, когда жидкий металл пересекает магнитное поле, с помощью электрода, расположенного между магнитами элемента возбуждения,
при этом на этапе генерирования магнитного поля в элемент возбуждения подают импульсный ток возбуждения из устройства подачи импульсного возбуждения в течение нескольких мс.
