[发明专利]一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统

权利要求书

1.一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，其特征在于，包括设置在液态金属泵的泵轴(1-1)和泵壳(1-2)上的磁场生成系统、设置在液态金属泵的泵叶片(1-9)表面处的探针阵列(1-8)，通过与探针阵列(1-8)连接的导电金属丝(1-4)以及泵轴(1-1)中的输出信号线(1-5)连接的位于液态金属泵外的电势采集系统(1-6)，与电势采集系统(1-6)连接的转换器(1-7)；

所述泵轴(1-1)包括泵轴外壳(2-4)和泵轴中心层(2-7)；所述磁场生成系统包括固定设置在泵轴外壳(2-4)与泵轴中心层(2-7)间的内环形磁铁(2-5)和内环磁屏蔽层(2-6)，其中内环磁屏蔽层(2-6)与泵轴中心层(2-7)接触位于内环形磁铁(2-5)内部；所述磁场生成系统还包括固定设置在泵壳(1-2)外部的外环形磁铁(2-2)以及设置在外环形磁铁(2-2)外部的外环磁屏蔽层(2-1)；

所述泵叶片(1-9)安装在泵轴外壳(2-4)上，探针阵列(1-8)分布在泵叶片(1-9)的不同空间位置上，以此来测量叶片上不同空间位置处液态金属与泵叶片之间的相对流速；

当泵轴(1-1)转动时，内环形磁铁(2-5)会跟随泵轴(1-1)一同旋转，外环形磁铁(2-2)固定在泵壳(1-2)外，泵壳(1-2)外还会安装环形马达及其固定装置，环形马达保持和泵轴(1-1)相同的转速运行，使外环形磁铁(2-2)和内环形磁铁(2-5)保持相对静止，从而使得生成的磁场与泵叶片(1-9)保持相对静止；泵叶片(1-9)安装在泵轴外壳(2-4)上，位于泵轴外壳(2-4)和泵壳(1-2)之间，相对静止的磁场和泵叶片(1-9)将运动的泵叶片表面处流速测量转换成静止泵叶片表面处的流速测量；内环形磁铁(2-5)内包裹着内环磁屏蔽层(2-6)，外环形磁铁(2-2)外包裹着外环磁屏蔽层(2-1)，使得内外环形磁铁生成的磁场的磁力线方向沿着泵轴的径向，同时也防止外部磁场对测量过程的影响；

所述电势采集系统(1-6)通过输出信号线(1-5)与不同泵叶片(1-9)上的探针阵列(1-8)相连，采集、储存电势信号并传递到转换器(1-7)中；所述转换器(1-7)将收到的电势信号转换为液态金属与泵叶片之间的相对流速；

所述探针阵列(1-8)中每个探针置于每个泵叶片上预加工的微孔中，并从叶片表面伸出0.5-1mm，探针除了尖端之外均包裹绝缘材料，仅探针的尖端与液态金属流体有电接触，探针两两配对组成电势信号的正负极；当一组探针之间的间距足够小时，认为测量的是一个局部点的流速信息；探针之间的间距为0.5mm-1mm；每个泵叶片上预加工的微孔中填充有绝缘材料以保证液态金属流体与泵叶片壁面无电接触。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，其特征在于，所述内环磁屏蔽层(2-6)和外环磁屏蔽层(2-1)采用由高磁导率的铁磁材料制成的薄层。

3.根据权利要求1所述的一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，其特征在于，所述输出信号线(1-5)安装于泵轴中心的直径为1-2mm的微型通道中，保证了输出信号线(1-5)与液态金属没有接触，输出信号线(1-5)汇集探针尖端产生的电势信号并传递到电势采集系统(1-6)。

4.根据权利要求1所述的一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，其特征在于，所述导电金属丝(1-4)外部包裹着绝缘材料，通过泵叶片(1-9)中预加工的细小通道与探针相连。

5.根据权利要求1所述的一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，其特征在于：所述转换器(1-7)将收到的电势信号转换为液态金属与泵叶片之间的相对流速的具体方法如下：

由欧姆定律可知，液态金属在磁场中流动时遵循下述定律：

j＝σ(E+v×B_m)

其中，j为电流密度，σ为金属的导电率，E为电势，v为液态金属的流速，B_m为测量磁场的磁通密度；在电流密度j为0的情况下，令为探针尖端产生的电势差，上式简化为设探针尖端之间的间距为且方向垂直于外加磁场的方向，则液态金属的流速由下式得出：

因此，在已知和B_m的值后，只需要测量出探针尖端之间的电势即能够得到液态金属的流速。