[发明专利]一种无旋涡发生体的永磁式钠流量计的信号模型建立与测量准确度评估

说明书

本发明针对无旋涡发生体的永磁式钠流量计，进行实验，采集多对互相关电极输出的电压波动信号；使用多电极同向相减和低频抑制的方法对其进行预处理；然后，进行互相关分析，得到渡越时间序列，建立渡越时间序列的滑动平均模型；深入分析渡越时间序列的模型，将其分解为稳态分量和波动分量；稳态分量和波动分量分别与决定原位校准测量准确度的两个指标—示值误差和重复性误差有关；分析稳态分量和波动分量的参数规律，分别得到仪表修正系数理想值及每次测量渡越时间的均值，根据修正系数引入的示值误差上限以及渡越时间的重复性误差的上限，通过分析得到互相关测量准确度的上限。

技术领域

本发明涉及流量检测领域，特别是一种无旋涡发生体的永磁式钠流量计的信号模型建立与测量准确度评估。

背景技术

能源问题依旧是当今世界最为关注的问题之一。随着人类社会生活逐渐现代化和智能化，对于能源的消耗和需求自然也逐渐扩大。核能发电稳定可靠，高质量，高密度，可作为电力基荷能源，越来越受到重视。全球核电的发展基本是以热中子堆—快中子堆—聚变堆的形式发展，热中子堆技术已基本成熟，快中子堆正在发展阶段，而聚变堆还处于探索阶段。热中子反应堆以铀-235作为裂变燃料，压水堆为主机堆型。但天然铀-235存量较少，只占自然界铀资源的0.711％，且热中子对铀资源的利用率极低，只有1％～2％。因此，为了核电的持续发展和提升铀资源的利用率，第四代核电技术—快中子增殖反应堆(简称“快堆”)应用而生。快堆使用占比为99％以上的铀-238，其吸收中子后转化为易裂变的钚-239，钚-239发生裂变再使铀-238发生转化，不断地增殖，可以实现60％～70％的高利用率。在快堆中，钠冷快堆是现阶段发展最快，相对最成熟的堆型，也是各个国家正大力建设的堆型。

钠冷快堆采用“钠-钠-水”三回路设计。液态碱金属钠具有熔点低、沸点高、粘度低，传热性好、中子吸收截面小、无毒等优良性能，被用作快堆的冷却剂和传热剂。为了保证堆芯能快速、充分地冷却和及时换热，保障快堆的安全运行，就需要实时监测一回路和二回路中的液态钠的流量。永磁式钠流量计由于其结构简单、量程宽、压力损失小、响应速度快等优点常被用于实时监测液态钠的流量。永磁式钠流量计(也称为普通永磁式钠流量计)基于法拉第电磁感应定律工作，主要由流量管、磁钢(永磁体、磁轭、磁极)和感应电极构成。感应电极输出的电动势E与流体速度v、磁通密度B和管道内径D正相关，由此测量钠流体的流速。

在正常工作状态下，磁通密度B不变，通过感应电极输出的直流电压信号的幅值U_V1即可准确地计算出管道内的平均流量，即永磁式钠流量计的显示流量Q_i。但是，液态钠的温度常年在250～550℃之间，永磁式钠流量计长期工作在高温、高中子辐射的环境中，其永磁体会发生退磁现象，导致磁通密度下降，使得显示流量偏离标准值。因此，需要定期对永磁式钠流量计的仪表系数进行修正以消除偏差，即定期校准。但是，安装在堆内的永磁式钠流量计是不可拆卸的，例如，在一回路的燃料管道中的永磁式钠流量计暴露在中子辐射中，无法取出来进行离线校准。所以，需要永磁式钠流量计具备原位校准的功能。

原位校准是指在不改变被校准仪表的工作状态下，即不将被校准仪表从测量现场拆卸下来，而是保持仪表原来的工作状态，通过一定的技术手段，包括改变结构组成和采用不同的信号处理方法，对仪表进行标定，以便确定其测量准确度。对于永磁式钠流量计，原位校准就是采用互相关法对两对互相关电极的输出信号进行处理，计算其延迟(渡越)时间，得出互相关流速和互相关流量；再修正为标准流量，与由一对感应电极输出的电磁感应信号的幅值得出的显示流量进行比较，以判断通过电磁感应原理测量的流量结果是否准确。这样就形成了具有原位校准功能的永磁式钠流量计(与前面提到的普通永磁式钠流量计不同)。根据流量管中是否有流体阻挡物，具体分为内嵌旋涡发生体的永磁式钠流量计和无旋涡发生体的永磁式钠流量计。

对于小口径管道(例如，管道的口径在100mm以下的)，由于其管道不是钠流动的主管道，因此，可以在流量管中加入阻挡物，以便在一定方向上产生流体的扰动，为互相关法测量提供有一定信噪比的互相关信号，又不影响感应信号的测量，称之为内嵌旋涡发生体的永磁式钠流量计。