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Die Erfindung betrifft einen Messgrössenwandler zum Messen von Temperatur, Druck, Durchflussmengen, der Gaskonzentration in einem Gemisch, Neutronenstromdichte u. dgl., der eine ihm zugeführte Eingangsgrösse in eine ihr fest zugeordnete, der Grösse der physikalischen Bedingung entsprechende Ausgangsgrösse umformt.
Solche Messgrössenwandler nehmen üblicherweise das Ausgangssignal eines Messfühlers auf, der eigenständig, z. B. durch ein Thermoelement betrieben oder mit einer äusseren Energiequelle, z. B. mit einem Widerstands-Thermometer verbunden ist. Das Ausgangssignal des Messfühlers wird dann verstärkt und falls erforderlich, im Messgrössenwandler linearisiert und in der Grössenordnung verändert, um im Wandler ein zum Ausgangssignal des Messfühlers proportionales Ausgangssignal zwecks Anzeige, Aufzeichnung und/oder Steuerung zu erzeugen. Solche Messgrössenwandler sind bekanntermassen mit Schaltkreisen wie Filtern, Abschirmungen u. dgl. versehen, um Störsignale unter einer annehmbaren Grenze zu halten.
Bei der Messung physikalischer Zustände ist grundsätzlich ein Messgrössenwandler erwünscht, der praktisch trägheitslos auf Änderungen des physikalischen Zustandes bei hoher Genauigkeit anspricht. Diese Erfordernisse sind in vielen Fällen nicht miteinander vereinbar. Beispielsweise spricht ein blankes Thermoelement sehr schnell auf Temperaturänderungen an, ist jedoch Umwelteinflüssen ausgesetzt, die zu einer Verschlechterung der Genauigkeit führen. Anderseits spricht ein Thermoelement oder ein Widerstands-Thermometer, das gegenüber schädlichen Umweltbedingungen streng abgeschirmt wird und so eine hohe Messgenauigkeit aufweist, nur verhältnismässig langsam auf Temperaturänderungen an, so dass es in vielen Fällen nicht verwendet werden kann.
Dies ist lediglich ein Beispiel für die allgemeine Schwierigkeit die bei der Messung physikalischer Zustände auftritt, die ein sofortiges Ansprechen auf Änderungen des jeweiligen Zustandes, verbunden mit einer hohen Messgenauigkeit erfordern.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
Dies wird mit einem Messgrössenwandler der eingangs erwähnten Art erreicht, der nach dem Vorschlag der Erfindung gekennzeichnet ist durch einen mit der zu messenden Grösse in unmittelbare Berührung kommenden rasch ansprechenden Fühler, der ein Signal entsprechend der Messgrösse erzeugt, einen zweiten langsam ansprechenden Fühler, der ein Signal entsprechend der Messgrösse mit wesentlich höherer Genauigkeit als die des Fühlers erzeugt, jedoch im Verhältnis zum ersten Fühler eine lange Zeitkonstante aufweist, einen auf die Signale der beiden Fühler ansprechenden Schaltkreis, der ein sich mit Änderungen des Signals des ersten Fühlers übereinstimmend sich änderndes Ausgangssignal erzeugt und einem Rückkoppelungskreis, der an den Ausgang des zweiten Fühlers angekoppelt ist,
um das Ausgangssignal des Schaltkreises an das vom zweiten Fühler erzeugte Signal in kontrolliertem Mass anzupassen.
Bei solch einer Ausführung des Messgrössenwandlers spricht das Ausgangssignal des Wandlers auf Änderungen des Ausgangssignals des ersten Messfühlers sofort an und zeigt unmittelbar physikalische Zustandsänderungen, u. zw. angepasst an das Zeitintegral des Beginns des Ausgangssignals des ersten Messfühlers gegenüber dem Ausgangssignal des zweiten Messfühlers, um ein Ausgangssignal des Wandlers zu erzeugen, das proportional zu dem des zweiten Messfühlers ist, wobei der jeweilige physikalische Zustand mit hoher Genauigkeit ersichtlich wird.
Nach dem Vorschlag der Erfindung kann das Ausgangssignal des zweiten Messfühlers dazu verwendet werden, um das Ausgangssignal des ersten Messfühlers kontinuierlich unter stetigen Bedingungen zu eichen, wobei sich die Korrektur des Ausgangssignales des Messgrössenwandlers, die erforderlich ist, um das Ausgangssignal proportional zu dem des zweiten Messfühlers zu halten, sehr klein halten lässt.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Sie zeigt das Schaltschema eines Messgrössenwandlers, der die Grundsätze der Erfindung zur Messung der Neutronenstromdichte in einem Kernreaktor durch eigenbetriebene, im Kern angeordnete Neutronenstrommessfühler darlegt.
Beim Betrieb eines Kernreaktors ist die Messung der Neutronenstromdichte im Kern äusserst problematisch. Bisher erfolgte dies an ausgewählten Stellen des Kernes durch eigenbetriebene Rhodium-Messfühler. Diese weisen zwar eine annehmbare Genauigkeit auf, sprechen aber nur langsam auf Änderungen der Stromdichte an, da sie eine Zeitkonstante in der Grössenordnung von einer und mehreren Minuten haben. Die erforderliche Zeit, um auf 63% einer Stufenänderung der Elektro-
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nenstromdichte abzufallen oder anzusteigen, weshalb die Verwendung dieser Messfühler bei der Reaktorsteuerung oder in einem Sicherheitskanal nicht möglich und ihre Anwendung auf die Registrierung von Energieverteilungen und Änderungen während eines Betriebsabschnittes begrenzt ist.
Ein solcher Fühler ist in der Zeichnung schematisch als Teil --2-- des Schaltschemas der Erfindung dargestellt.
Für die Messung der Neutronenstromdichte im Kern sind auch sofort ansprechende Fühler mit einer Zeitkonstante in der Grössenordnung von einer bis 20 Millisekunden bekannt, so dass die erforderliche Ansprechgeschwindigkeit für die Verwendung bei der Reaktorsteuerung oder in einem Sicherheitskanal vorhanden wäre. Ein solcher schnell ansprechender Messfühler ist jedoch anfänglich nicht hinreichend genau und hat keine vorgegebene Beziehung zwischen der Neutronenstromdichte und dem Signalausgang. Die Verwendbarkeit solcher Messfühler für die Überwachung eines Reaktors ist deshalb begrenzt. Ein Beispiel für solch einen schnell ansprechenden Messfühler ist der
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wählten kritischen Stellen des Reaktorkernes verteilt werden.
Im Kombinations-Messgrössenwandler, der im folgenden beschrieben wird, werden seine Mess- fühler-l und 2-- in Verstärkern --3 und 4-- jeweils auf die erforderliche Grösse gebracht. Die Ausgangssignale dieser Verstärker können, wenn gewünscht oder notwendig, in Funktionsgeneratoren - 5 und 6-- linearisiert und in der Grössenordnung verändert werden. Das Ausgangssignal vom Funktiomsgemeratpr --5--, d.h. das dem Ausgangssignal des Messfühlers-l-proportionale Signal. wird als Steuersignal über einen Verstärker --7-- und Summiereinheiten --8--, die unten noch näher beschrieben werden, auf eine geeignete Anzeige-, Aufzeichnungs- und/oder Steuervorrichtung --10-- übertragen.
Der Messgrössenwandler liefert so ein Ausgangssignal, das unmittelbar auf Änderungen der Neutronenstromdichte anspricht.
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gangssignal vom Funktionsgenerator --5--, d. h. das dem Ausgangssignal des Messfühlers --1-proportionale Signal verhältnismässig langsam zu ändern, bis unter stetigen Zustandbedingungen das der Vorrichtung --10-- über die Leitung --18-- zugeführte Ausgangssignal des Messgrössenwandlers gleich dem Ausgangssignal vom Funktionsgenerator --6-- ist. Dies wird durch den Rückkopplungskreis --22-- erreicht, in dem das Ausgangssignal des Wandlers über die Leitung --20-einem Differenzverstärker --11-- zugeführt wird, der ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional der Differenz zwischen dem Wandlersignal und dem Signal des Funktionsgenerators --6-- ist.
Eine Zeitintegriereinheit --12--, die dieses Signal aufnimmt, erzeugt ein Signal, das über die Summiereinheit --9-- eine Einstellung des Wandlerausgangssignales anpasst, bis es mit dem Ausgangssignal des Funktionsgenerators --6-- gleich ist. So zeigt das Ausgangssignal des sofort auf Änderungen der Neutronenstromdichte ansprechenden Wandlers auch die Grösse der Neutronenstromdichte entsprechend dem Grad der Genauigkeit des langsam ansprechenden, sehr genauen Messfühlers --2-- an.
Um die erforderliche Korrektur für das Ausgangssignal des Wandlers über den Rickkopplungskreis --22-- vorwegzunehmen, ist eine sofortige Umwandlung dieses Signals im Verhältnis zu Änderungen des Signals des Messfühlers --2-- vorgesehen, indem dieses Signal über eine Leitung --17-und eine Zweigleitung --19-- der Summiereinheit --8-- zugeführt wird. Das von dieser Einheit zu Summiereinheit --9-- übertragene Ausgangssignal bewirkt eine sofortige Vorwegnahme des Ausgangssignals des Funktionsgenerators --5-- im Verhältnis zu Änderungen des Ausgangssignals vom Funktionsgenerator--6--.
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eine Eichung dieses Signals vorgesehen, die unter fortgesetzten stetigen Zustandsbedingungen erfolgt, wobei man das Signal des langsam ansprechenden Messfühlers --2-- als Bezug verwendet.
Gemäss dem Schaltschema wird das Ausgangssignal vom Funktionsgenerator --6-- über die Leitung - und eine Zweigleitung --21-- dem Differenzverstärker --14-- eingegeben, in den das Ausgangssignal vom Verstärker --7-- zurückgeführt wird. Die Integriereinheit --16--, die das Ausgangssignal vom Differenzverstärker --14-- erhält, erzeugt ein Ausgangssignal, das zum Verstärker --7-- gelangt und eine Eichungskorrektur an dem unter stetigen Zustandbedingungen im Funktionsgenerator --5-- erzeugten Signal vornimmt.
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In der Zeichnung und der Beschreibung wurden übliche Symbole verwendet, wobei die Steuerorgane oder Kleinteile wie sie manchmal benannt werden, die diese Symbole bezeichnen, im Handel erhältlich sind und ihre Funktion jedem Fachmann bekannt ist. Weitere übliche Symbole wurden verwendet, um eine Einschränkung auf einen besonderen Komponententyp, z. B. pneumatischer, hydraulischer oder elektronischer Art, zu vermeiden, da in der Erfindung irgendeine Type oder eine Kombination solcher Typen benutzt werden könnte.
Der erfindungsgemässe Messgrössenwandler ist in einem Ausführungsbeispiel beschrieben, jedoch ist ersichtlich, dass das Erfindungsziel auch in verschiedenen Abwandlungen der beschriebenen Ausführung erreicht werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Messgrössenwandler zum Messen von Temperatur, Druck, Durchflussmengen, Gaskonzentration in einem Gemisch, Neutronenstromdichte u. dgl., der eine ihm zugeführte Eingangsgrösse in eine ihr fest zugeordnete, der Grösse der physikalischen Bedingung entsprechende Ausgangsgrösse umformt, gekennzeichnet durch einen mit der zu messenden Grösse in unmittelbare Berührung kommenden rasch ansprechenden Fühler (1), der ein Signal entsprechend der Messgrösse erzeugt, einen zweiten langsam ansprechenden Fühler (2), der ein Signal entsprechend der Messgrösse mit wesentlich höherer
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Ausgangssignal erzeugt und einem Rückkopplungskreis (22), der an den Ausgang des zweiten Fühlers (2) angekoppelt ist, um das Ausgangssignal des Schaltkreises an das vom zweiten Fühler (2)
erzeugte Signal in kontrolliertem Mass anzupassen.