액체 금속 전극의 초음파 속도 측정

요약

초음파 속도계는 액체 금속 전극의 유체 흐름에 의한 혼합을 연구하는 데 사용됩니다. 이 원고의 초점은 산화를 제한하고 온도, 적용된 전류 및 공급되는 히터 전력을 제어 및 모니터링하면서 정밀한 공간 분해능 초음파 측정을 수행하는 데 사용되는 방법을 설명하는 것입니다.

초록

전기 기술의 증가는 유체의 흐름에 따라, 종종 그 유체는 불투명하다. 광학적 방법을 적용하지 않기 때문에 불투명 한 유체의 흐름을 측정하는 것은, 투명한 액체의 흐름을 측정하는보다 본질적으로 더 어렵다. 초음파뿐만 아니라, 고립 점에서 불투명 유체의 속도를 측정하는데 사용될 수 있지만, 양호한 시간 해상도와, 선을 따라 배열 된 점 수백 또는 수천. 고온, 화학적 활성과 전기 전도도 : 액체 금속 전극에인가하면, 초음파 유속계 추가적인 어려움을 포함한다. 여기서 우리는 실험 장치 및 이러한 과제를 극복하고 작동 온도에서, 전류를 전도 같이, 액체 금속 전극에서의 흐름을 허용 측정 방법을 설명한다. 온도는 그 힘 맞춤형로 비례 - 적분 - 미분 (PID) 컨트롤러를 사용하여 ± 2 ℃ 내에서 조절된다. 화학 활성은 사람이다조심스럽게 용기 재료를 선택하고 아르곤 가득한 글로브 박스에있는 실험 장치를 둘러싸 세. 마지막으로, 의도하지 않은 전기적 경로는 신중하게 방지된다. 자동화 시스템은 디바이스를 동기화 하드웨어 트리거 신호를 이용하여, 제어 설정 및 실험 측정치를 기록. 이러한 장치 및 이러한 방법은 다른 방법으로 불가능 측정을 생성 및 최적화와 액체 금속 전지와 같은 전기 화학 기술의 제어를 허용 할 수있다.

서론

액체 금속 전지는 세계적인 전기 그리드 ⁽¹⁾ 상에 대규모 에너지 저장을 제공하기위한 유망한 기술이다. 이 배터리는 그리드 스케일 에너지 저장 ³ 이상적, 높은 에너지 밀도, 높은 출력 밀도, 긴 수명, 및 낮은 비용을 제공한다. 피크 면도을 허용 그리드의 안정성을 향상시키고, 태양 광, 풍력 및 조력 발전과 같은 간헐적 신 재생 에너지 원의 훨씬 더 광범위한 사용을 가능하게 할 에너지 그리드에 액체 금속 배터리를 소개합니다. 이전 작업 ^1에서 더 상세히 설명한 바와 같이 액체 금속 전지, 용융 염 전해에 의해 분리 된 두 개의 액체 금속 전극으로 구성되어있다. 금속과 전해액의 많은 상이한 조합이 작동 액체 금속 전지 초래할 수 있지만, 동작 원리는 동일하게 유지. 금속은 그들 합금을 형성하기 위해 에너지 적으로 유리한 것으로 선택된다; 따라서, 합금은 배터리를 배출하고, 탈 합금화 전하 그것. SA그것이하여 전기 제어 시스템을 수득 금속 이온이 두 개의 전극 사이를 통과하도록 허용하지만, 중성 종의 블록 전송되도록 LT 층이 선택된다.

이 작품은 정량화 및 물질 전달 효과를 제어하여 액체 금속 배터리 기술을 진출하게됩니다. 여기에 설명 된 방법은 Sadoway 등으로

프로토콜

1. 시스템 설치 및 조립

1. 이소프로판올와 초음파 변환기를 청소합니다.
2. 글러브 박스를로드합니다.
   1. 로드 필요한 장비와 산소 및 수분의 유입을 최소화하기 위해 글러브 박스 제조업체의 지침에 따라, 글러브 박스에 (초음파 변환기, ePbBi, 볶음 스틱 및 열전대 포함) 소재.
   2. 글러브 박스에 들어가기 전에 12 시간 동안 글러브 박스의 대기실에서 진공 상태에서 다공성 물질을 보관하십시오.
3. 조정 PID 제어기 (만 처음).
   1. 실험 (840g)에 사용되는 배터리 용기에 고체 ePbBi의 같은 양을 놓습니다.
   2. 이 있지 않은 경우 배터리 용기 주위로 절연을 놓고 부정적인 집과 열전대와 함께 배터리 용기 위에 뚜껑을 놓습니다.
   3. 에 나타낸 바와 같이, 열전대와로 전력에 대한 모든 전기 연결 확인 URE 2B.
   4. 설정 점 150 ° C를 사용하여, PID 제어기의 자동 튜닝을 시작합니다. 참고 :이 단계의 세부 사항은 PID 제어기 제조 업체와 모델에 따라 다를 수 있습니다. 시간에 걸쳐, RT에서 작동 온도 네 전체 냉열 사이클을 제어함으로써, 자동 동조 여기서....

결과

(위에서 상세히 설명 된) 사운드의 속도를 측정하기위한 절차는 신호 처리 방법을 사용하여 SA에서 적응시켰다. 원칙적으로, 음속 쉽게 공지 범위에 벽에서 에코의 비행 시간을 측정함으로써 얻을 수있다. 그러나 정확하게 변환기면의 유효 위치를 측정하는 것은 어려운 일이므로, 그 대신 하나의 측정치 사이의 공지 된 거리에 의해 벽을 변위시키는 마이크로 미터를 사용하여, 두 배의 비행 시간을 측정 할 수있다. 즉 변위량 및 비행의 측정 시간의 차이는 서로 음속을 얻었다. 이들 실험에서 음속의 측정에 이용하는 장치는도 4a에 도시된다. ePbBi 사운드 속도의 측정은 그림 (b)에 나타나있다. 측정 된 에코를 보여주는 각각의 곡선은 7.4 초에 걸쳐 98 프로파일에 비해 평균입니다. 각 피크 에코 많은 데이터 포인트를 사용한다 가우시안 곡선 (도시)에 적합하기 때문에 훨씬 더 정확하게 반향 벽을 찾아 단일 최대를 찾는 것보다. 에코 시간을 알고, 그리고 반향 벽 측.......

토론

초음파 기술은 투명 또는 불투명 한 액체에 수백 또는 위치의 수천, 초당 여러 번에서 속도 측정을 생성 할 수 있습니다. 액체 금속 전극에인가, 초음파 기술은 높은 온도, 화학적 활성 및 전기 전도성의 문제가 발생. 이러한 문제점을 극복하고 활성화 된 액체 금속 전극의 흐름을 측정하기위한 방법이 설명되었다. 첫째, 동일한 물리학 고온 액체 금속 전지 전극 (550 ° C)에서 작동하지만, 훨씬 낮은 온도 (150 ° C)에 전극 재료 주제는, 온도와 관련된 문제를 완화. 고객의 주문에 따라 만들 수로 및 조정 제어 시스템은 2 ° C의 내 정상 전극 온도를 유지하기 위해 사용되었다. 바람직하지 않은 화학적 활성을 완화하기 위해, 모든 실험은 아르곤 충전 글러브 박스에서 일어날 및 시스템 구성 요소 (주로 스테인레스 스틸)에 대한 화학적으로 비활성 물질을 선택합니다. 최적의 초음파 응답, transd 들어ucers은 액체 금속 시험 유체와 직접 접촉하여 배치되어있다. 그리고 전기 전류는 가치있는 악기가 손상 될 수 있습니다 접지.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
K 형 열전대 프로브	McMaster-Carr	3856K83	http://www.mcmaster.com/
Red Lion PID 컨트롤러	Red Lion	P1610000	http://store.redlion.net/store/p16.html
측정 컴퓨팅 데이터 수집 장치	Measurement Computing Corporation	USB-2408	http://www.mccdaq.com/index.aspx
전원 공급 장치	TDK-Lambda	GEN 8-90-USB-U	http://us.tdk-lambda.com/hp/
초음파 기기	신호 처리 SA	DOP3010	http://www.signal-processing.com/index.html
초음파 변환기	신호 처리 SA		TR0805LTH http://www.signal-processing.com/index.html
비스무트 리드 공융	VWR	AA40949-P2	https://us.vwr.com/