CH385994A - Vorrichtung zum Messen von kleinen elektrischen Widerstandsänderungen - Google Patents

Description

  
 



  Vorrichtung zum Messen von kleinen elektrischen Widerstandsänderungen
Der tiefe Schmelzpunkt von Alkalimetallen, insbesondere von Natrium, macht diese besonders geeignet als Kühlmittel bei Atomreaktoren, da sie einen guten Wärmeübergang aufweisen. Jedoch muss ein hoher Reinheitsgrad aufrechterhalten werden, wobei besonders der Oxydgehalt tief gehalten werden muss. Oxydabscheider können im Strömungskreis vorhanden sein; trotzdem ist aber eine Kontrolle des Oxydgehaltes immer noch erwünscht. Der Vorteil der elektrischen Widerstandsmessung gegenüber anderen Kontrollarten besteht darin, dass die Widerstandsmessung kontinuierlich vorgenommen werden kann.



   Bei Natrium ergibt die Zunahme des Sauerstoffgehaltes um einen Millionstel eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes um etwa   0,01 0/0.    Jedoch ist der Temperaturbeiwert des elektrischen Widerstandes verhältnismässig gross, so dass die gleiche Widerstandsänderung durch eine Temperaturänderung von   0,040    bewirkt wird. Ein völliger Ausgleich der Temperaturänderungen ist daher wesentlich.



  Dieser Ausgleich wird nun durch die vorliegende Erfindung angestrebt.



   In der Schweizer Patentschrift Nr. 378 413 ist eine Vorrichtung zum Messen von kleinen elektrischen   Widerstandsänderungen    in bewegten Metallschmelzen beschrieben, welche hauptsächlich zur Bestimmung des Metalloxydgehaltes an einem bestimmten Punkt im Strom dient, da es nun einmal feststeht, dass Oxyde in einer Metallschmelze den Widerstand ändern. Andere Unreinigkeiten haben die gleiche Wirkung, so dass eine solche Vorrichtung auch zum Feststellen von Gasblasen dienen kann.



   Eine solche Vorrichtung umfasst Mittel zur Erzeugung eines Wechselstromes durch eine in einem Rohr befindliche Metallschmelze, Mittel zur Erhaltung einer Prüfspannung, welche vom durch die Metallschmelze hindurchgehenden Strom abhängt, und Mittel zum Vergleichen der Prüfspannung mit einer Bezugsspannung, welche von einem   Stand ard-    widerstand herrührt, durch welchen ein mit dem Strom in der Metallschmelze in bezug stehender Strom geschickt wird. Dabei hat der Standardwiderstand den gleichen Temperaturbeiwert wie die Metallschmelze und wird in Wärmekontakt mit der Metallschmelze gehalten.



   Es ist möglich, als Standardwiderstand ein Material zu verwenden, das den gleichen Temperaturbeiwert aufweist wie das zu prüfende, flüssige Metall; aber dies ist wahrscheinlich wegen Grössen zweiter Ordnung der diesbezüglichen Beiwerte nur in einem beschränkten Temperaturbereich so.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung, welche ein Rohr, Mittel zum Anlegen eines Wechselstromes an die Schmelze, Mittel zum Erhalten einer Prüfspannung in Abhängigkeit vom Wechselstrom, einen Standardwiderstand in Wärmekontakt mit der Metallschmelze, Mittel zum Erhalten einer Bezugsspannung, indem ein mit dem Wechselstrom in Beziehung stehender Strom durch den Standardwiderstand geschickt wird, und Mittel zum Vergleichen der Prüfspannung mit der Bezugsspannung umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Standardwiderstand einen Teil, welcher mit einem temperaturempfindlichen, in Wärmekontakt mit der Metallschmelze stehenden Widerstand versehen ist, einen weiteren, einen temperaturunabhängigen Widerstand enthaltenden Teil und die zwei Teile verbindende Transformermittel aufweist, wobei die Transformermittel verstellbar sind,

   um den Anteil der von jedem Widerstand erhaltenen Bezugsspannung und daher den gesamten Temperaturbeiwert des Standardwiderstandes variieren zu können.  vorzugsweise in-als Paste auf die Glimmerhülse aufgetragenes Magnesiumoxyd eingebettet, worauf Asbestband dicht um den Widerstand gewickelt ist.



   Ein Speisetransformator 21 ist an Wechselstrom angeschlossen, und seine Sekundärwicklung ist mit der Magnetisierwicklung 17 über den in Serie geschalteten Temperaturausgleichswiderstand 20 und einen weiteren Widerstand 22   -verbunden, -welcher    aus einem Material mit kleinem Temperaturbeiwert, wie z. B.   Konstantandraht    oder ein Draht einer unter dem Handelsnamen  Manganin  bekannten Ni-Cu Legierung, besteht. Dieser Widerstand 22 ist weit von den die Metallschmelze führenden Rohren entfernt, damit er wärmestabil ist. Bei Konstantandraht kann der kleine negative Temperaturbeiwert durch den Zusammenschluss eines kurzen Kupferdrahtes, welcher einen positiven Beiwert aufweist, ausgeglichen werden.



   Die Prüfspule 18 speist einen Prüfkreis über einen Spannungstransformator 23, dessen Sekundärwicklung mit zwei weiteren Spannungstransformatoren 24 und 25 in Serie geschaltet ist, deren Sekundärwicklungen wiederum zum Abgreifen des Spannungsabfalles an den zwei Widerständen 20 und 22 dienen. Im Prüfkreis befindet sich ein Gleichrichter 26, welcher die Wechselstromsignale des Prüfkreises gleichrichtet und sie an ein Aufzeichnungsgerät 27 weitergibt. Der Gleichrichter 26 erhält eine Vorspannung von einer Wicklung 29 des Speisetransformators 21. Diese Vorspannung wird gleichgerichtet und dazu verwendet, um das Aufzeichnungsgerät 27 in eine Mittelstellung für ein Nullsignal im Prüfkreis zu bringen. Um die Entstehung einer um   90    verschobenen Phasenkomponente als Folge z.

   B. des Ableitungswiderstandes zwischen dem Toroidrohr und der Prüfspule zu verhindern, ist eine veränderliche Gegeninduktivität 28 im Primärkreis des Prüfspulentransformators 23 eingeschaltet. Die Abgriffe der Sekundärwicklungen der Transformatoren 24 und 25 sind   -mechanisch      miteinander    gekuppelt (30), so dass die von den Widerständen 20 und 22 erhaltene Spannung bei der Betriebstemperatur unverändert bleibt, wenn eine Verstellung dieser Abgriffe gemacht wird. Der Zweck dieser Verstellung besteht darin, dass die einzelnen Anteile der Widerstände verändert werden.



   Flüssiges Natrium hat einen Temperaturbeiwert   von 0,0026 pro o C bei 200o C, was den entsprechen-    den Wert von Platin von 0,0021 übersteigt. Die Anschlüsse der Transformatoren 24 und 25 sind daher so angelegt, dass die vom wärmestabilen Widerstand 22 abgegebene Spannung von der am Widerstand 20 abgegriffenen Spannung abgezogen wird, so dass der Temperaturbeiwert der Kombination grösser ist als derjenige des Widerstandes 20 allein.



   Im Betrieb wird durch -die Magnetisierung des Kernes 16 von der Magnetisierwicklung 17 ein Wechselstrom in der   Metallscbmelze    erzeugt, welche das Toroidrohr 13 zwischen dem Eine und Auslass 14 bzw.   {5 durchströmt.      Die etforderliche    Spannung
Die Verwendung eines Transformators erlaubt eine Anpassung des Temperaturbeiwertes des
Standardwiderstandes an den Temperaturbeiwert der Metallschmelze, welcher grösser oder kleiner als derjenige der temperaturempfindlichen Komponente des
Standardwiderstandes ist.



   Die Wahl des Materials für einen Temperaturausgleichwiderstand ist wichtig, da dieses Material möglichst weitgehend den folgenden Erfordernissen Genüge tun soll, welche als sehr wichtig für grosse Genauigkeit erachtet werden: grosser elektrischer und Oxydationswiderstand, ein konstanter Temperaturbeiwert, welcher sehr ähnlich demjenigen der zu   prüfenden l\ Metallschmelze ist, und nichtmagnetische    Eigenschaften. Es hat sich gezeigt, dass Platindraht diesen Erfordernissen genügt. Ein solcher Draht kann nichtinduktiv und elektrisch isoliert um das die Metallschmelze führende Metallrohr gewickelt werden. Um zu verhindern, dass Verzögerungen bei einem abrupten Temperaturwechsel der Metallschmelze auf den Platindraht übertragen werden, wird letzterer vorzugsweise in Stromrichtung oberhalb einer Rohrschleife auf das Rohr aufgewickelt.



   Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt, welche eine teilweise perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit dem dazugehörigen Schaltschema zeigt.



   Gemäss der Zeichnung weist eine eine Metallschmelze, z. B. von Natrium, enthaltende   Hauptlei    tung 11 eine Rohrabzweigung 12 auf, welche eine geschlossene Schleife in Form eines Toroidrohres 13 enthält. Dieses ist mit einem Einlass 14   -und -einem    gegenüberliegenden Auslass 15 versehen. Die Rohre sind aus nichtrostendem Stahl und sind so angeordnet, dass die Metallschmelze senkrecht nach oben strömt, damit Gasblasen, Oxyde und andere Verunreinigungen nicht im Toroidrohr hängen bleiben.



   Ein Doppeljoch-Magnetkern 16 ist   symmetrisch    zum Toroidrohr 13 zwischen dem Einlass 14 und dem Auslass 15 angeordnet und besteht   ausigeschich-    tetem Mumetall und dazwischenliegenden Glimmerisolationen. Solche Isolationen   können-mit-Silikon-    harz auf nur einer Seite der einzelnen   Metaliblätter    befestigt sein, und die   Metallblätter    können in   paaren    Rückseite an Rückseite zusammengebaut werden.



  Mit Glimmerisolation kann der Kern bei hoher Temperatur betrieben werden, ohne dass die Wirbel  stroruverluste    ansteigen. Eine einzelne Magnetisierwicklung 17 wird um den gemeinsamen Schenkel des Doppeljochkerns auf der einen Seite des Toroidrohres gewickelt und wirkt als Primärwicklung, so dass das im Toroidrohr strömende   Metall clen    Sekundärleiter bildet. Weiterhin ist eine   Prüfspule    18 um den gemeinsamen Schenkel in engster Nachbarschaft mit dem Toroidrohr gewickelt.



   Ein Platindraht ist   nichtinduktiv    auf eine   -Glim-    merhülse 19 in Strömungsrichtung vor dem Toroidrohr um das Rohr 12 gewickelt. Dieser Platindraht dient als Temperaturausgleichwiderstand 20. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, ist der Widerstand  wird in Abhängigkeit der Windungszahl der Prüfspule 18 bemessen, und diese Prüfspulenspannung wird durch Regulierung eines verstellbaren Abgriffes auf der Primärwicklung des Transformators 23 ausbalanciert, wobei die Spannung von der Widerstandskombination 20, 22 erhalten wird, um auf dem Aufzeichnungsgerät 27 eine Nullablesung zu erhalten.



  Der Abgriff des Transformators 23 kann auf seiner Primärseite direkt als spezifisch elektrischer Widerstand kalibriert sein, oder die Sekundärseite kann abgegriffen werden und als Leitfähigkeit kalibriert sein.



   Der Temperaturbeiwert der Widerstandskombination kann in Anpassung an verschiedene Metallschmelzen eingestellt werden. Zu diesem Zweck werden die gekuppelten Abgriffe 30 verstellt, bis bei den verschiedenen Temperaturen ein Gleichgewicht erzielt wird, wobei ein Metall verwendet wird, welches rein ist oder einen bestimmten Verunreinigungsgehalt aufweist. Dieses Einstellen soll nach Möglichkeit so ausgeführt werden, dass die Temperatur langsam in einem kleinen Bereich oszilliert.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Messen von kleinen elektrischen Widerstandsänderungen in strömenden Metallschmelzen, welche ein Rohr, Mittel zum Anlegen eines Wechselstromes an die Schmelze, Mittel zum Erhalten einer Prüfspannung in Abhängigkeit vom Wechselstrom, einen Standardwiderstand in Wärmekontakt mit der Metallschmelze, Mittel zum Erhalten einer Bezugsspannung, indem ein mit dem Wechselstrom in Beziehung stehender Strom durch den Standardwiderstand geschickt wird, und Mittel zum Vergleichen der Prüfspannung mit der Bezugsspannung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Standardwiderstand einen Teil, welcher mit einem temperaturempfindlichen, in Wärmekontakt mit der Metallschmelze stehenden Widerstand versehen ist, einen weiteren, einen temperaturunabhängigen Widerstand enthaltenden Teil und die zwei Teile verbindende Transformermittel aufweist,

   wobei die Transformermittel verstellbar sind, um den Anteil der von jedem Widerstand erhaltenen Bezugsspannung und daher den gesamten Temperaturbeiwert des Standardwiderstandes variieren zu können.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der den temperaturempfindlichen Widerstand aufweisende Teil ein nichtinduktiver und um ein Metallschmelzenrohr gewickelter Platindraht ist.

   2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr eine Schleife aufweist, wobei ein Wechselstrom elektromagnetisch in der in der Schleife zirkulierenden Metallschmelze induziert wird, und dass der Platindraht in der Strömungsrichtung vor der Schleife um das Rohr gewickelt ist.