CH622095A5

CH622095A5 -

Info

Publication number: CH622095A5
Application number: CH843577A
Authority: CH
Inventors: Frederick Young Thomasson
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1981-03-13
Also published as: IT1075483B; IL52408A0; DE2731381B2; JPS583278B2; FR2358641B1; IL52408A; NL176026C; US4103161A; SE426743B; FR2358641A1; NL7707363A; GB1561520A; LU77712A1; SE7708135L; NL176026B; CA1066776A; JPS5311050A; BE856448A; DE2731381A1; ES460838A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Messgrössenwandler für die

Messung von physikalischen Messgrössen, wie z.B. der Temperatur, von Druck, eines Flüssigkeitsspiegels, einer Durchflussmenge, der Konzentration eines Gases in einem Gasgemisch, der Neutronenstromdichte usw., ohne aber auf diese Anwendungen beschränkt zu sein.

Messgrössenwandler nehmen üblicherweise das Ausgangssignal eines Messfühlers auf, dies können aktive oder Energie abgebende Elemente sein, wie z.B. im Falle eines Thermoelementes, oder passive Elemente mit einer äusseren Energiequelle, wie z.B. bei einem Widerstands-Thermometer. Das Ausgangssignal des Messfühlers wird dann verstärkt und, falls erforderlich, im Messgrössenwandler linearisiert und skaliert, um ein Ausgangssignal des Wandlers zu bilden, das proportional zu dem Ausgangssignal des Messfühlers ist, so dass eine Anzeige, eine Aufzeichnung und/oder eine Steuerung ausgeführt werden kann. Es ist bekannt, dass solche Messgrössenwandler mit Schaltkreisen versehen sein können zur Filterung und Abschirmung gegenüber Störsignalen, um diese unterhalb einer akzep- , tierbaren Grenze zu halten.

Bei der Messung von physikalischen Messgrössen besteht grundsätzlich das Bedürfnis nach einem Messgrössenwandler, der praktisch trägheitslos auf Änderungen der zu messenden Grössen anspricht und dabei trotzdem eine hohe Genauigkeit aufweist. Diese Anforderungen sind in vielen Fällen jedoch nicht miteinander vereinbar. Beispielsweise spricht ein blankes Thermoelement sehr schnell auf Temperaturänderungen an, jedoch ist es Umwelteinflüssen ausgesetzt, die zu einer Verschlechterung der Genauigkeit führen. Andererseits zeigt es sich, dass sowohl ein Thermoelement als auch ein Widerstands-Thermometer, die richtig gegenüber schädlichen Umweltbedingungen geschützt sind und bei hoher Messgenauigkeit gehalten werden, nur verhältnismässig langsam auf Temperaturänderungen ansprechen, so dass sie in zahlreichen Fällen nicht anwendbar sind. Dieses spezielle Beispiel zeigt nur die allgemeine Schwierigkeit, die bei der Messung von physikalischen Messgrössen auftritt, die ein sofortiges Ansprechen auf Änderungen der Messgrösse, verbunden mit einer hohen Genauigkeit der Messung, erfordern. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.

Erfindungsgemäss wird ein Messgrössenwandler vorgeschlagen, mit einem ersten schnell ansprechenden Messfühler, der ein Signal entsprechend der Grösse der physikalischen Messgrösse erzeugt, sowie einem zweiten langsam ansprechenden Messfühler, der ein Signal entsprechend der Grösse der physikalischen Messgrösse mit hoher Genauigkeit erzeugt, jedoch eine lange Zeitkonstante relativ zur Zeitkonstante des ersten Messfühlers aufweist, sowie einen auf die Signale des ersten und des zweiten Messfühlers ansprechenden Schaltkreis, der ein Ausgangssignal erzeugt, das sich in Übereinstimmung mit Änderungen des ersten Messfühlers ändert und einen Schaltkreis mit Rückführschlaufe in die Linie mit dem Ausgangssignal des zweiten Messfühlers zurückführt zur Angleichung des Ausgangssignals des Gesamtschaltkreises entsprechend dem durch den zweiten Messfühler erzeugten Signal.

Somit spricht der Messgrössenwandler unmittelbar auf Änderungen des Ausgangssignals des ersten Messfühlers an und bewirkt entsprechend unmittelbar eine Anzeige der physikalischen Zustandsänderungen, und das über die Zeit integrierte Signal vom Anfang des Ausgangssignals des ersten Messfühlers bis zum entsprechenden Ausgangssignal des zweiten Messfühlers ergibt ein Ausgangssignal des Wandlers, das proportional zu dem Signal des zweiten Messfühlers ist. Entsprechend ergibt sich auch eine hohe Genauigkeit der Anzeige der physikalischen Messgrösse. Das Ausgangssignal des zweiten Messfühlers kann verwendet werden, um fortlaufend das Ausgangssignal des ersten Messfühlers unter stationären Bedingungen nachzueichen, um damit die Korrektur des Messgrössenausgangssignals, das

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proportional zum Ausgangssignal des zweiten Sensors gehalten wird, zu minimieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Blockdiagramm eines Messgrössenwandlers für die Messung der Neutronenstrom- ? dichte in einem Kernreaktor durch im Kern angeordnete aktive, d.h. der Messgrösse proportional Energie abgebende Neutro-nenstrommessfühler.

Beim Betrieb eines Kernreaktors ist die Messung der Neutronenstromdichte des Reaktor-Kernes äusserst problematisch, m Bisher erfolgte die Messung in ausgewählten Stellen des Reak-tor-Kernes durch aktive Rhodium-Messfühler. Solche Messfühler haben eine akzeptierbare Genauigkeit, aber sie sprechen langsam auf Änderungen der Stromdichte an und haben eine Zeitkonstante in der Grössenordnung von einer oder mehr i ? Minuten, d.h. entsprechend einer Zeit, die erforderlich ist, um eine Erniedrigung oder einen Anstieg auf 63% einer Stufenänderung der Elektronenstromdichte zu erreichen. Die Verwendung dieser Messfühler bei der Reaktorsteuerung oder in einem Sicherheitskanal ist deshalb nicht möglich, und ihre Anwendung ;i> ist begrenzt auf die Registrierung von Energieverteilungen und Änderungen während eines Betriebsabschnittes. Ein solcher Sensor ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und hat die Bezugsziffer 2.

Für die Messung der Neutronenstromdichte im Kern sind 25 auch sofort ansprechende Sensoren bekannt, die eine Zeitkonstante haben, die in der Grössenordnung von einer bis 20 Millisekunden liegt, so dass die erforderliche Ansprechgeschwindigkeit für die Verwendung bei der Reaktorsteuerung oder in einem Sicherheitskanal vorhanden ist. Ein solcher 30 schnell ansprechender Messfühler hat jedoch nicht eine ausreichende anfängliche Genauigkeit und keine vorgegebene Beziehung zwischen der Neutronenstromdichte und dem Signalausgang. Die Nützlichkeit solcher Messfühler für die Überwachung eines Reaktors ist deshalb begrenzt. Ein Beispiel für einen 35 solchen schnell ansprechenden Messfühler ist die Ytterbium-Messfühler, der in der Zeichnung mit der Bezugsziffer 1 schematisch dargestellt ist. Paare von Messfühlern 1 und 2 können an ausgewählten kritischen Stellen des Reaktorkernes verteilt werden. 40

In dem Kombinations-Messgrössenwandler, der im folgenden beschrieben wird, werden die Signalausgänge der Messfühler 1 und 2 auf die erforderliche Weise in Verstärkern 3 und 4 jeweils verstärkt. Das Ausgangssignal von dem Funktionsgenerator 5, d.h. ein dem Ausgangssignal des Messfühlers 1 propor- 45 tionales Signal, wird über Schaltkreise 7,8 und 9, die noch näher beschrieben werden, einer geeigneten Anzeige-, Aufzeich-nungs- und/oder Steuervorrichtung 10 übertragen. Der kombinierte Messgrössenwandler liefert somit ein Ausgangssignal, das unmittelbar auf Änderungen der Neutronenstromdichte an- so spricht.

Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6, d.h. das dem Signal des Messfühlers 2 proportionale Signal dient dazu, mittels einer geschlossenen Rückführung das Ausgangssignal von dem Funktionsgenerator 5 zu verändern, d.h. das Signal, ?5 das proportional dem Ausgangssignal des Messfühlers 1 ist.

Diese Veränderung erfolgt mit einer verhältnismässig langsamen fortlaufenden Rate, bis im stationären Zustand das Ausgangssignal des Messgrössenwandlers, das der Vorrichtung 10 über die Leitung 18 zugeführt wird, gleich dem Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6 ist. Dies wird durch eine Rückführung 22 erreicht, indem das Ausgangssignal des Wandlers über die Leitung 20 zu einer Differenzeinheit 11 zugeführt wird, die ein Ausgangssignal erzeugt, beispielsweise bewirkt durch eine sprungartige Veränderung der zu messenden physikalischen Grösse, das proportional zur zeitlichen Abweichung des Ausgangssignals des Messgrössenwandlers und des Ausgangssignals des Funktionsgenerators 6 ist. Ein Integrator 12, der dieses Signal aufnimmt, erzeugt ein Ausgangssignal, das über die Summiereinheit 9 eine Veränderung des Ausgangssignals des Messgrössenwandlers bei einer gesteuerten Rate bewirkt, bis dieses Ausgangssignal dem Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6 angeglichen ist. Damit entsteht ein Ausgangssignal des Wandlers, das sofort auf die Änderungen der Neutronenstromdichte anspricht und entsprechend dem Grad der Genauigkeit des langsam ansprechenden sehr genauen Messfühlers 2 präzise ist.

Um die Korrektur-Grösse für das Ausgangssignal des Wandlers über den Rückführungsschaltkreis 22 zu verringern, ist eine sofortige Anpassung dieses Signals im Verhältnis zu Änderungen des Signals des Messfühlers 2 vorgesehen, indem dieses letzterwähnte Signal über die Leitung 17 und eine Zweigleitung 19 der Summiereinheit 8 zugeführt wird. Das Ausgangssignal von dieser Einheit, das zu der Summiereinheit 9 übertragen wurde, bewirkt die Änderung des vom Funktionsgenerator 5 herstammenden Signales unmittelbar im Verhältnis zu den Änderungen des vom Funktionsgenerator 6 herstammenden Signales.

In den Fällen, in denen die Genauigkeit des schnell ansprechenden Messfühlers 1 sich stark und mehr oder weniger wahllos verändert, ist zudem vorgesehen, in verlängerten stationären Zuständen den Ausgang des Messfühlers 1 mit Hilfe der Signale des langsam ansprechenden Messfühlers 2 als Begzugsgrösse zu eichen. Dies geschieht im Multiplizierer 7 durch Multiplizieren der vom Messfühler 1 herstammenden Grösse am Ausgang des Funktionsgenerators 5 mit einer vom Messfühler 2 abhängigen Grösse am Ausgang des Integrators 16. Wie dargestellt ist, wird das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6 über die Leitung 17 und eine Zweigleitung 21 einer Differenzeinheit 14 zugeführt, in die das Ausgangssignal von der Multipliziereinheit 7 zurückgeführt wird. Eine Integriereinheit 16, die das Ausgangssignal der Differenzeinheit 14 erhält, erzeugt ein Ausgangssignal, das zu der Multipliziereinheit 7 gelangt und dazu dient, eine Eichungskorrektur an dem Signal vorzunehmen, das unter stationären Bedingungen bzw. in eingeschwungenem Zustand in dem Funktionsgenerator 5 erzeugt wurde.

In der Zeichnung und der Beschreibung wurden übliche Symbole verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuerorgane bzw. die «Hardware», die durch diese Symbole dargestellt sind, im Handel erhältlich sind und ihre Funktion dem Fachmann allgemein bekannt ist. Ausserdem wurden übliche Symbole verwendet, um eine Einschränkung auf einen speziellen Komponententyp, z.B. pneumatischer, hydraulischer oder elektronischer Art, zu vermeiden, da verschiedene Ausführungsformen oder Kombinationen dieser Komponenten möglich sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Messgrössenwandler für die Messung einer physikalischen Messgrösse, insbesondere der Neutronenstromdichte, gekennzeichnet durch einen ersten schnell ansprechenden Messfühler

( 1 ), der ein Signal entsprechend der Grösse der physikalischen > Messgrösse erzeugt, einen zweiten langsam ansprechenden .Messfühler (2), der ein Signal entsprechend der Grösse der physikalischen Messgrösse mit hoher Genauigkeit erzeugt, jedoch eine lange Zeitkonstante relativ zur Zeitkonstante des ersten Messfühlers aufweist, einen auf Änderungen der Signale i o des ersten und des zweiten Messfühlers ansprechenden Schaltkreis (9), der ein Ausgangssignal erzeugt, das sich in Übereinstimmung mit Änderungen des Signals des ersten Messfühlers

(1) ändert, und einen Schaltkreis (22) mit Rückführschlaufe, die in die Linie mit dem Ausgangssignal des zweiten Messfühlers 15 zurückführt, zur Angleichung des Ausgangssignals des Gesamtschaltkreises entsprechend dem durch den zweiten Messfühler

(2) erzeugten Signal.
2. Messgrössenwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (22) mit Rückführschlaufe das 20 Ausgangssignal des Gesamt-Schaltkreises mit einer Rate verändert, die proportional zum Zeitintegral der Abweichung des Ausgangssignals von dem durch den zweiten Messfühler (2) erzeugten Signal gebildet wird.
3. Messgrössenwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet 25 durch einen Summierkreis (8) zur Veränderung des vom ersten Messfühler (1) stammenden Signals in Abhängigkeit zu Änderungen des Signals des zweiten Messfühlers (2).
4. Messgrössenwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis (7, 8,14,16) zur Veränderung des vom 30 ersten Messfühler stammenden Signals mit einer Rate, die proportional zu dem Zeitintegral der Abweichung des vom ersten Messfühler (1) stammenden und durch den genannten Schaltkreis korrigierten Signals von demjenigen des vom zweiten Messfühler (2) stammenden Signals ist. 35
5. Messgrössenwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (7,8,14,16) zur Veränderung des Signals einen Differenz-Schaltkreis (14) enthält, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zur Differenz des Ausgangssignals eines Multiplikators (7) und eines vom zweiten 40 Messfühler stammenden Signals ist und eine auf das Ausgangssignal des Differenz-Schaltkreises (14) ansprechende Integriereinheit (16) ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zu dem Zeitintegral des Ausgangssignals des Differenz-Schaltkrei-ses (14) ist, wobei das Ausgangssignal des Multiplikators (7) das 45 Produkt des vom ersten Messfühler stammenden Signals mit dem Ausgangssignal der Integriereinheit ist, um ein durch das Signal des zweiten Messfühlers modifiziertes Signal zu bilden.
6. Messgrössenwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Summierkreis (8) zur Veränderung der Signa- 50 le eine Summiereinheit aufweist, die ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zur Summe der von den ersten und zweiten Messfühlern stammenden Signale ist.
7. Messgrössenwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Funktionsgeneratoren (5,6) aufweist, die 55 jeweils auf die Signale des ersten und zweiten Messfühlers ansprechen und Ausgangssignale erzeugen, die in vorgegebener funktioneller Beziehung zu den Signalen der beiden Messfühler stehen.
8. Messgrössenwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- «u zeichnet, dass der ersten Messfühler (1) ein aktiver Ytterbium-Messfühler und der zweite Messfühler (2) ein aktiver Rhodium-Messfühler sind und dass beide Messfühler auf Neutronenstromdichte ansprechen.

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