DE1202027B - Druckmessgeraet fuer heisse Medien, insbesondere Fluessigmetalle - Google Patents

Druckmessgeraet fuer heisse Medien, insbesondere Fluessigmetalle

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DE1202027B
DE1202027B DEE24007A DEE0024007A DE1202027B DE 1202027 B DE1202027 B DE 1202027B DE E24007 A DEE24007 A DE E24007A DE E0024007 A DEE0024007 A DE E0024007A DE 1202027 B DE1202027 B DE 1202027B
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DE
Germany
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bellows
pressure
measuring
plate
spring
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DEE24007A
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English (en)
Inventor
Bernhard Schelten-Petersen
Wolfgang Schulze
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European Atomic Energy Community Euratom
Original Assignee
European Atomic Energy Community Euratom
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007Fluidic connecting means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/08Means for indicating or recording, e.g. for remote indication
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0033Transmitting or indicating the displacement of bellows by electric, electromechanical, magnetic, or electromagnetic means
    • G01L9/0036Transmitting or indicating the displacement of bellows by electric, electromechanical, magnetic, or electromagnetic means using variations in inductance

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Description

  • Druckmeßgerät für heiße Medien, insbesondere Flüssigmetalle Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmeßgerät für heiße Medien, insbesondere Flüssigmetalle, mit einem den Druckraum abdichtenden, vom Medium umspielten Federbalg (Meßbalg), dessen Abschlußplatte das eine Ende eines Druckstabes aufnimmt, der durch den Federbalg und ein gekühltes Gehäuseteil hindurch die Stellkraft auf ein Meßwerk überträgt und dabei die Druckkraft gegen die Rückstellkraft eines federnd abgestützten Tellers auswiegt, welcher den Druckstab an seinem anderen Ende führt. Ein Gerät dieses grundsätzlichen Aufbaues ist beispielsweise im »Liquid Metal Handbook«, des AEC Department of the Navy, Wash., 1955, S. 337, 338 dargestellt und beschrieben.
  • Wie aus F i g. IV-58 des Buches hervorgeht, wird der zu überwachende Druck des Flüssigmetalls von einer tellerartigen Druckplatte eines abdichtenden Balgs im Gehäuseeingangsteil - das ist das Unterteil des Apparates, die Anschlußkammer an die das Metall führende Leitung - aufgenommen und auf einen mit ihr verbundenen Druckstab weitergegeben.
  • Der Druckstab trägt an seinem oberen Ende einen Weicheisenkern, der in ein Differentialspulensystem im Gehäuseaufsatz - dem Meßkopf - eintaucht.
  • Unterhalb der Meßkopfkammer sitzt auf einem Federteller, der vom Druckstab getragen wird, eine Rückstellfeder, die von einem Faltenbalg umschlossen ist, der die Meßkopfkammer gegen das mittlere Gehäuseteil abdichtet.
  • Der Druckstab ist im Bereich zwischen Gehäuseeingangs- und -oberteil in einem engen Führungsrohr verschiebbar, das mit Kühlrippen versehen ist.
  • Gegenüber Druckmeßgeräten anderer Bauart weist das beschriebene Gerät den Vorteil auf, daß die Meßgenauigkeit weitgehend von der thermischen Ausdehnung des Druckstabes und der Änderung der Federkonstanten des benetzten Druckbalgs unabhängig ist. Dies ist durch geeignete Wahl der Federkonstanten des Druckbalgs und der Feder-Faltenbalg-Kombination erreichbar. Außerdem wird die Feder-Faltenbalg-Kombination auf niedriger Temperatur gehalten, und durch die Kühlung des Führungsrohres wird auch die Längenänderung des Druckstabes klein gehalten.
  • Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, die erläuterte Gerätekonstruktion in zweierlei Hinsicht zu verbessern: Einmal den Einfluß der thermischen Längenänderung von Stab, Gehäuse und elastischen Elementen auf die Meßgenauigkeit noch radikaler auszuschalten, zum anderen auch im Betrieb eine Eichprüfung des Gerätes zu ermöglichen. Dabei wird von der Methode der Gegenschaltung zweier Federelemente Gebrauch gemacht, wie sie z. B. in der französischen Patentschrift 1 187 788 für Gasdruckmesser beschrieben und dargestellt ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Vereinigung folgender Merkmale vorgesehen: a) dem Meßbalg ist ein gleichartiger Federbalg entgegengeschaltet, der einerseits an der Abschlußplatte des Meßbalgs, andererseits an einer mit Durchbrüchen versehenen Bodenplatte des Druckraumes befestigt ist, b) der Federteller ist von zwei einander entgegengeschalteten gleichen Federn getragen, bei einem Verhältnis der Federkräfte der Rückstellfedern zu denen der Bälge von etwa 5:1, c) die Kammer des Meßbalgs steht unter dem Vergleichsdruck eines Meßgases.
  • Auf diese Weise wird - für Meß- und Eichbetrieb - eine sehr gute Kompensation der temperaturbedingten Änderungen der Federkonstanten der Bälge und Rückstellfedern erreicht. Die Kompensation ist so gut, daß die Meßgenauigkeit des Gerätes im Betrieb bei + 0,6 % des Skalenendwertes für eine Druckvariation von + 0,5at liegt. Im Eichbetrieb wurde ein mittlerer Meßfehler von nur 0,8 % erreicht.
  • Die Zeichnung veranschaulicht schematisch zwei Ausführungsbeispiele des Druckmeßgerätes im Längsschnitt. Es zeigt F i g. 1 die bevorzugte Ausführung des Druckmeßgerätes und F i g. 2 eine Variante des Druckmeßgerätes nach Fig. 1.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Druckmeßgerät nach der Erfindung ist für den Anschluß an Kernreaktorkühlkreisläufe sowie entsprechende Versuchskreisläufe, insbesondere mit verflüssigtem Metall, wie z. B.
  • NaK, als Wärmeträger bestimmt. Das Gerät ist direkt an die das Flüssigmetall führende Leitung 1 angeschlossen. Es besteht grob unterteilt aus dem Gehäuseeingangsteil2, dem Gehäuseoberteil 3, dem Meßkopf 4 und dem Druckübertragungssystem in der Symmetrieachse des Gerätes.
  • Das Druckübertragungssystem besteht aus folgenden Elementen: der Druckplatte5, dem benetzten Druckbalg 6 zwischen Gehäuseeingangsteil und Druckplatte, dem Druckstab 7, dem Druckstabführungsrohr 8, der Rückstellfeder 9 zwischen Druckstab und Gehäuseoberteil, dem Weicheisenkern 10 und dem Differentialtransformator 11. Der Raum 12 im Gehäuseeingangsteil ist mit flüssigem, hochtemperiertem Metall (bis zu 7000 C) aus der Leitung 1 angefüllt. Die genannten Bauelemente sind auch bei dem eingangs erwähnten bekannten Druckmeßgerät vorhanden.
  • Ferner ist nun der Rückstellfeder 9 auf der anderen Seite des Federtellers 13 eine Gegenfeder 14, und dem Druckbalg 6 auf der benetzten Seite der Druckplatte 5 ein Gegenbalg 15 vorgeschaltet, wobei ein Verhältnis der Federkräfte der Rückstellfedern zu denen der Faltenbälge von etwa 5:1 gewählt ist.
  • Federteller und Druckplatte sind nach beiden Seiten hin kragenartig erweitert. Die Kragen 13 a, 13 b des Federtellers dienen der besseren Führung der Schraubenfedern9, 14, ferner als Begrenzungsanschläge für den Druckstab. Die Lippen 5 a, 5b der Druckplatten dienen zum Anschweißen der Enden der Faltenbälge. Die Schraubenfedern 9, 14 stützen sich jeweils am Kopfteil 3 a bzw. Bodenteil 3 b des Gehäuseoberteiles und der Wulst 13 c des Federtellers ab. Sie stehen unter Vorspannung. Der Federteller ist mit Hilfe der Gewindemutter 13 d am Druckstab 7, der dort ein Gewinde 13 e besitzt, festgespannt.
  • Der Druckbalg 6 im Gehäuseeingangsteil ist mit seinem oberen Rand an einem Kragen 2 a der Kopfplatte 2 b des Gehäuseeingangsteils verschweißt, während der Gegenbalg 15 mit seinem unteren Rand an der mit Durchbrüchen für das Flüssigmetall versehenen Bodenplatte 2 c des Gehäuseeingangsteils verschweißt ist. Die Bodenplatte besteht an sich aus einem äußeren Ringteil und einer darin eingefügten Kreisscheibe, die zugleich den Druckstab 7 in Gestalt des stangenartigen Fortsatzes 5 c der Druckplatte zentriert und führt.
  • Während der Druckbalg 6 nur an der Außenseite vom heißen Wärmeträger benetzt wird, wird der Gegenbalg 15 davon auch an der Innenseite beaufschlagt. Zur Verbesserung der Zirkulation weist die Druckplatte Querbohrungen 5 d auf.
  • Durch die Verwendung doppelter Federn und doppelter Bälge und infolge der größeren Federkonstanten der Federn, werden die Änderungen der Federkonstanten der Faltenbälge kompensiert, zumal beide vom Wärmeträger benetzt werden und somit annähernd gleiche Temperaturen aufweisen. Desgleichen werden ungleiche Längenänderungen des Druckstabes und Gehäuses und damit verbundene Nullpunktverschiebungen im Meßkopf kompensiert.
  • Die Nullpunktlage ist also für alle Druck- und Temperaturbereiche konstant. Da die Bälge leicht auf einer Temperatur über 2000 C gehalten werden können, sind auch Oxydabsetzungen des legierten Flüssigmetalls oder direkte Metallniederschläge nicht möglich. Nicht zuletzt trägt auch zur Genauigkeit der Messung bei, daß sich Druckstab und Federn frei bewegen können.
  • Weiter sind nach einem Merkmal der Erfindung die miteinander kommunizierenden Räume der Druckübertragungsstrecke bis zur Druckplatte 5 hin tlber eine Leitung mit Meßgas beaufschlagt. Der Gasraum umfaßt die durch die Büchse 3 c des Kopfteiles 3 a des Gehäuseoberteiles 3 gebildete Kammer 16, die Federnkammer 17, den Kanal des Führungsrohres 8 und die Balgkammer 18. Die Meßgasleitung ist in F i g. 1 durch die Zuleitung 19 und die Austrittsleitung 20 unterhalb des Meßkopfes veranschaulicht, von denen die letzte über ein Drehkolbenmanometer zu einem Nadelventil (beide nicht dargestellt), führt.
  • Der Bereich um die Federnkammer 17 ist wassergekühlt. Von der Eintrittsleitung 21 tritt das Kühlwasser in den Ringraum 22, von da durch Durchbrüche im Bodenteil 3 b des Gehäuseoberteils in den Wasserraum23 unterhalb der Federnkammer, und es verläßt das Gerät schließlich durch die Austrittsleitung 24. Durch die Kühlung werden insbesondere die Rückstellfedern auf niedriger Temperatur gehalten.
  • Der Ringraum 22 wird gebildet durch den Zylinderansatz 3 d des Bodenteiles und die Armatur 25.
  • Er führt den Federteller 13. Die Armatur besitzt mehrere Stützfüße 25 a zur Halterung des Druckmeßgerätes.
  • Auch das Führungsrohr 8 des Druckstabes ist gekühlt (vgl. die Kühlrippen26, die sich über den Raum zwischen Gehäuseober- und -eingangsteil erstrecken).
  • Die Eichprüfung des Gerätes im Betrieb geht wie folgt vor sich: Das Ausströmnadelventil in der Leitung 20 wird so weit gedrosselt, daß sich im Gasraum des Gerätes - der ja ständig mit Gas (Argon) von Betriebsnormaldruck angefüllt ist - der gleiche Druck einstellt wie im Wärmeträger. Das hat zur Folge, daß die Rückstellfeder den Druckstab und die Instrumentenanzeige aus der jeweiligen Betriebslage in Richtung auf die Nullage zurückführen. Stimmt die Endlage des Zeigers mit der Nullage der Skala überein, ist das Meßgerät in Ordnung, da Gasdruck und Wärmeträgerdruck übereinstimmen. Ist das nicht der Fall, muß das Federnsystem neu eingestellt werden.
  • Es sei daran erinnert, daß bei dieser Eichprüfung die Kragen 13 a, 13 b des Federtellers durch Anschlag am Kopf- oder Bodenteil des Gehäuseoberteiles eine Überdehnung der Faltenbälge verhindern.
  • Die Druckanzeige als solche geschieht elektrisch, sowohl für den Wärmeträger als auch für das Gas.
  • Beide Drücke werden vektoriell positiv addiert, wenn die Anzeige oberhalb des Nullpunktes liegt und negativ, wenn die Anzeige unter den Nullpunkt geht.
  • Die Summe wird geschrieben und angezeigt, so daß man den jeweiligen Wärmeträgerdruck sofort ablesen kann.
  • Das Vorhandensein eines Gasmeßkreises hat vor allem auch den großen Vorteil, daß der Meßbereich des Gerätes durch Erhöhung oder Verminderung des Gasdruckes leicht variiert werden kann, was eine kontinuierliche Druckmessung mit dem gleichen Anzeigegerät ermöglicht. Es brauchen keine stärkeren Rückstellfedem, die die Ablesegenauigkeit beeinträchtigen würden, eingebaut zu werden. Weiter entfallen durch die negative und positive Addition des Wärmeträgerdruckes zum Gasdruck Fehlmessungen durch Volumenänderungen des Gases. Dem wird bei der Geräteausführung nach Fig. 1 auch dadurch entgegengewirkt, daß der Gasraum des Gerätes so knapp wie möglich bemessen ist. Das hat einen nur kleinen Argondurchsatz zur Folge.
  • Wo der Argongasverbrauch keine große Rolle spielt, kann das Druckmeßgerät nach Fig.2 interessant sein, bei dem das Meßgas zugleich zur Kühlung des Druckstabes und des Federsatzes dient. Es entfällt also die Wasserkühlung, die beim Gerät nach F i g. 1 vorgesehen ist. Im vorliegenden Falle werden die Federn durch eine leichte Gasströmung auf gleicher Temperatur gehalten. Zwischenwände 29, 28 im Gehäuseoberteil mit kleinen Bohrungen verhindern, daß der obere Faltenbalg 6 mit kaltem Gas in Berührung kommt und daß die Rückstellfedern mit heißem Gas beaufschlagt werden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Druckmeßgerät für heiße Medien, insbesondere Flüssigmetalle, mit einem den Druckraum ab- dichtenden, vom Medium umspielten Federbalg (Meßbalg), dessen Abschlußplatte das eine Ende eines Druckstabes aufnimmt, der durch den Federbalg und ein gekühltes Gehäuseteil hindurch die Stellkraft auf ein Meßwerk überträgt und dabei die Druckkraft gegen die Rückstellkraft eines federnd abgestützten Tellers auswiegt, welcher den Druckstab an seinem anderen Ende führt, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: a) dem Meßbalg (6) ist ein gleichartiger Federbalg (15) entgegengeschaltet, der einerseits an der Abschlußplatte (5) des Meßbalgs, andererseits an einer mit Durchbrüchen versehenen Bodenplatte(2c) des Druckraumes (12) befestigt ist, b) der Federteller (13) ist von zwei einander entgegengeschalteten gleichen Federn (9, 14) getragen, bei einem Verhältnis der Federkräfte der Rückstellfedern zu denen der Bälge von etwa 5:1, c) die Kammer (18) des Meßbalgs (6) steht unter dem Vergleichsdruck eines Meßgases.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 187788; Liquid Metal Handbook, AEC Department of the Navy, Wash., 1955, S. 337, 338.
DEE24007A 1962-12-11 1962-12-11 Druckmessgeraet fuer heisse Medien, insbesondere Fluessigmetalle Pending DE1202027B (de)

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