DE1180149B - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der AEnderung einer eindimensionalen Groesse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: GOId

Nummer:
Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

Deutsche Kl.: 42d-10

C18468 IXb/ 42 d
19. Februar 1959
22. Oktober 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Änderung einer eindimensionalen Größe unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem auf das Meßobjekt im wesentlichen in Richtung des Änderungsvektors der Größe einwirkenden und mit S diesem in Berührung stehenden vorgespannten Federelement sowie einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Kraft des Federelementes.

Ein derartiges Meßverfahren findet beispielsweise bei einem bekannten Meßwertwandler zur automa- *° tischen Umsetzung eines sehr kleinen Längenänderungssignals in eine Druckdifferenz Verwendung, wobei die Druckdifferenz durch Servoeinrichtungen verstärkt wird.

Ein wesentlicher Nachteil des eingangs erwähnten bekannten Meßverfahrens besteht darin, daß eine Änderung der Federkonstante des Federelementes, wie sie durch Umwelteinflüsse, bei einem Reaktor beispielsweise durch Neutronenstrahlung, hervorgerufen werden kann, das Meßergebnis in unkontrollierbarer Weise beeinflußt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren der vorstehend erwähnten Art so auszubilden, daß der genannte Mangel vermieden ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur rechnerischen Eliminierung der Federkonstanten das dem Meßobjekt abgewandte Ende des Federelementes einmal im neuen Zustand des Federelementes und bei jeder späteren Messung nacheinander in zwei definierte Auslenkstellungen gebracht wird und daß dabei die den Federkräften entsprechenden proportionalen Meßwerte ermittelt werden.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen Teil des Umfanges eines Reaktormoderatorblockes, der beispielsweise aus Graphit besteht und den Kern eines im übrigen nicht dargestellten Reaktors bildet. Die Wand eines den Reaktorkern umgebenden Druckbehälters ist mit 2 bezeichnet. Am äußeren Umfang des Moderatorblockes ist eine Ausnehmung 3 vorgesehen, die eine starre Platte 4 aufnimmt. An dieser Platte 4 ist eine Feder 5 befestigt.

Das andere Ende der Feder 5 ist am beweglichen Boden 6 eines dichten Faltenbalges 7 festgelegt, dessen Verfahren und Vorrichtung zur Messung der
Änderung einer eindimensionalen Größe

Anmelder:

Commissariat a PEnergie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Pierre Rouge, Gif S/Yvette, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 27. Februar 1958 (759 271)

anderer Boden 8 mit der Wand 2 des Druckbehälters fest verbunden ist.

Der bewegliche Boden 6 des Faltenbalges 7 ist in einem Zylinder 9 geführt und trägt ein als elektrisches Kontaktorgan ausgebildetes Tastelement 10. Die Anordnung enthält ferner zwei mit dem Tastorgan 10 zusammenwirkende Anschläge 11 und 12, die starr an der Wand 2 des Druckbehälters festgelegt sind. Die Lage des beweglichen Bodens 6, in der das Tastelement 10 am Anschlag 11 anliegt, wird im folgenden als »Stellung I« bezeichnet, während die Lage des Bodens 6, in der das Tastelement 10 am Anschlag 12 anliegt, als »Stellung II« bezeichnet wird.

Durch den Boden 8 des Faltenbalges 7 ist eine Rohrleitung 13 hindurchgeführt, die mit einer regelbaren Druckmittelquelle verbunden ist. In der Rohrleitung 13 liegt ein Meßelement, an dem der im Faltenbalg 7 herrschende Druck abgelesen werden kann.

Mit dieser Meßvorrichtung wird das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen durchgeführt:

Man mißt zunächst — im Zeitpunkt t_a — bei »neuem« Reaktor, d. h. im nicht gealterten Zustand des Federelementes 5, diejenigen Drücke im Faltenbalg 7, die erforderlich sind, um das Tastelement 10 nacheinander mit dem Anschlag 11 und dem Anschlag 12 in Berührung zu bringen. Durch diese Messung, die bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden kann, erhält man ein Druckwertepaar, aus dem sich zusammen mit der bekannten Federkonstante der Feder 5 im neuen Zustand gewisse

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Festwerte ermitteln lassen, wie im einzelnen formelmäßig noch erläutert wird.

Führt man dann später zu einem beliebigen Zeitpunkt t wiederum die gleiche Messung aus, indem das Tastelement 10 nacheinander mit dem Anschlag 11 und dem Anschlag 12 in Berührung gebracht wird und die hierzu erforderlichen Drücke im Faltenbalg 7 bestimmt werden, so läßt sich formelmäßig unter Berücksichtigung der erwähnten Festwerte die radiale »Schwellung« des Moderatorblockes (hervorgerufen insbesondere durch den »Wigner-Effekt«) bestimmen, ohne daß das Meßergebnis durch eine in der Zwischenzeit erfolgte Änderung der Federkonstante der Feder 5 verfälscht wird.

Diese Verhältnisse seien an Hand einer kurzen Ableitung verdeutlicht. Hierbei bedeutet

e den Abstand der Anschläge 11 und 12
K die Federkonstante der Feder 5 im Zeitpunkt t₀ (neuer Zustand),
K' die Federkonstante der Feder 5 im Zeitpunkt t,

P₁ ⁰ den Überdruck im Faltenbalg? im Zeitpunkt t_Q gegenüber dem Druck im Reaktor in der Stellung I (Tastelement 10 am Anschlag 11),

p₂ ⁰ den Überdruck im Faltenbalg 7 im Zeitpunkt i₀ in der Stellung II (Tastelement 10 am Anschlag 12),

P₁* den Überdruck im Faltenbalg 7 im Zeitpunkt t in der Stellung I,
p₂ ⁽ den Überdruck im Faltenbalg 7 im Zeitpunkt t in der Stellung II,
s die dem Druckmittel im Faltenbalg 7 ausgesetzte wirksame Querschnittsfläche des Bodens 6,

d die radiale »Schwellung« des Moderatorblockes im Zeitpunkt t gegenüber dem Zeitpunkt t₀, A und B Konstante.

Ermittelt man für die beiden Endstellungen I und II des Tastelementes 10 das Kräftegleichgewicht der auf den beweglichen Boden 6 von beiden Seiten wirkenden Kräfte, so ergibt sich für den Zeitpunkt t₀ Hieraus ergibt sich

d =

K'

'Pi

¹-

(4a)

Setzt man Gleichung (3) in Gleichung (4a) ein, so erhält man

d =

Pi⁰-Pz⁰ Pi-Pi

■Pi'-Pi⁰

In dieser Gleichung sind s und K von vornherein bekannte Größen, während P₁ ⁰ und p₂ ⁰ unveränderliche Größen darstellen, die im neuen Zustand des Reaktors (Zeitpunkt /₀) bei einer bestimmten Temperatur einmal ermittelt werden. Gleichung (5) läßt sich daher auch wie folgt schreiben:

d = A

Pi¹-Pl

B.

e-K

und für den Zeitpunkt t
e-K'

= Pi¹ — Pz

(2)

Dividiert man Gleichung (1) durch Gleichung (2), so erhält man

K''~ Js

(3)

Die radiale »Schwellung« d des Reaktors im Zeitpunkt t gegenüber dem Zeitpunkt /₀ hat eine stärkere Zusammendrückung der Feder 5 zur Folge:

d =

K'

(4) Hierbei sind A und B Konstante. Wie sich aus F i g. 6 ohne weiteres ergibt, kann man in einem beliebigen Zeitpunkt t durch Bestim-

»5 mung der Werte p_t ^l und p_t ^l die radiale Schwellung d des Reaktors ermitteln, ohne das die Federkonstante K', die eine komplizierte Funktion der Zeit darstellen kann, in das Meßergebnis eingeht. Bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren ist die Federkonstante der_ Feder 5 somit eliminiert.

Hat man die Werte A und B durch entsprechende Messungen im Zeitpunkt t₀ für verschiedene Temperaturen des Reaktors bestimmt, so kann man auch später zu einem beliebigen Zeitpunkt / die radiale Schwellung d des Reaktors für die gerade vorhandene Reaktortemperatur ermitteln. Zu diesem Zweck werden bei Anwendung der Gleichung (6) die zu der betreffenden Temperatur gehörenden Werte von A und B benutzt.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem an der der Feder 5 abgewandten Seite des beweglichen Bodens 6 des Faltenbalges 7 eine weitere Feder 14 anliegt, die sich am Boden 8 abstützt. Diese Feder 14 besitzt die gleiche Federkonstante K wie die Feder 5, jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Windungen: Je nachdem, ob die bei der Messung anzuwendende Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Faltenbalg 7 und dem Raum innerhalb des Reaktors positiv oder negativ gewählt wird, ist die Anzahl der Windungen der Feder 14 kleiner oder größer als die Zahl der Windungen der Feder 5.

Durch Verwendung einer derartigen zweiten Feder kann man auch noch den Einfluß ausschalten, den eine bleibende Formänderung der Feder 5 im Laufe der Betriebszeit, beispielsweise eine Verringerung der Federlänge in entspanntem Zustand, beim Fehlen einer solchen Kompensationsfeder auf das Meßergebnis ausüben könnte.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Änderung einer eindimensionalen Größe unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem auf das Meßobjekt im wesentlichen in Richtung des Änderungsvektors der Größe einwirkenden und mit diesem in Berührung stehenden vorgespannten Federelement sowie einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der

Kraft des Federelementes, dadurch gekennzeichnet, daß zur rechnerischen Eliminierung der Federkonstanten (K, K') das dem Meßobjekt (1) abgewandte Ende (6) des Federelementes (5) einmal im neuen Zustand (Zeitpunkt t₀) des Federelementes und bei jeder späteren Messung (Zeitpunkt t) nacheinander in zwei definierte Auslenkstellungen (11,12) gebracht wird und daß dabei die den Federkräften entsprechenden proportionalen Meßwerte (ρ_λ°, p₂ ⁰ bzw. P₁ ¹, p£) ermittelt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Meßobjekt (1) abgewandte Ende des Federelementes (S) am beweglichen Boden (6) eines Faltenbalges (T) abgestützt ist, dessen Innenraum mit einer regelbaren Druckmittelquelle in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Zylinder (9) geführte bewegliche Boden (6) des Faltenbalges (7) ein als Kontaktorgan ausgebildetes, durch einen Durchbruch des Zylinders hindurchgeführtes Tastelement (10) trägt, das zwischen zwei die Auslenkstellungen des Federelementes (S) bestimmenden Anschlägen (11, 12) beweglich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem mit dem Meßobjekt (1) in Berührung stehenden Federelement (5) abgewandten Seite des beweglichen Bodens (6) des Faltenbalges (T) ein weiteres Federelement (14) mit gleicher Federkonstante anliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 530711.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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