DE1213310B - Stellungsanzeigevorrichtung nach dem Induktionsprinzip - Google Patents

Description

• Stellungsanzeigevorrichtung nach dem Induktionspnnzip Für den sicheren Betrieb von Atomreaktoren ist es notwendig, jederzeit über die jeweilige Stellung der Regelstäbe Bescheid zu wissen. Da aber die Regelstäbe nur in den seltensten Fällen von außerhalb des Reaktors in ihrer Stellung visuell kontrolliert werden können - sie bewegen sich meistens innerhalb von druckfest abgeschlossenen Rohren -ist es notwendig, ihre jeweilige Stellung ohne direkte mechanische Berührung zu messen und zur Anzeige zu bringen. Solche Meßeinrichtungen beruhen z. B. auf dem Induktionsprinzip, wobei bereits eine Anzahl von technischen Varianten bekanntgeworden ist.
• So kann z. B. die Induktivität einer um das Druckrohr herum angeordneten Spule als Maß für die Eindringtiefe und damit die Stellung eines Regelstabes bzw. seines Antriebsstabes Verwendung finden. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, um den Bewegungsweg des Regelstabes herum Transformatorspulen anzuordnen, deren Kopplung durch einen ferromagnetischen Körper im Regelstab bzw. seinem Antriebsstab verändert wird. Jede Sekundärspule dieser Wicklungen war bei diesem Beispiel mit einer Lampe verbunden, die immer dann heller leuchtete, wenn durch den ferromagnetischen Körper eine gute magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklungsspule hergestellt wurde. Zur Anzeige einzelner ausgewählter Stellungen der bewegten Körper wurden dabei hinsichtlich des empirisch ermittelten Sollwertes voreingestellte Vergleichsschaltungen, z. B. elektrische Kippstufen, vorgeschlagen. Allen bisher bekanntgewordenen Regelstabstellungsanzeigeeinrichtungen war aber gemeinsam ein verhältnismäßig großer Aufwand zur Stabilisierung der Versorgungsspannungen sowie eine große Empfindlichkeit hinsichtlich der Meßgenauigkeit durch die Umgebungstemperaturen sowie durch Temperatur, Druck, Strahlung usw. Es sind zwar auch Möglichkeiten zur Kompensation dieser Umwelteinflüsse bekanntgeworden, diese bringen jedoch wiederum einen erheblichen technischen Aufwand mit sich.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der bisher bekanntgewordenen Einrichtungen und bezieht sich auf eine Stellungsferuanzeigevorrichtung nach dem Induktionsprinzip für auf geradlinigen Bahnen bewegte, ferromagnetische Teile enthaltende Körper, insbesondere Regelstäbe bzw. Antriebsstäbe bei Atomreaktoren, die eine räumliche Aneinanderreihung von je zwei einander zugeordneten Transformatoren und Wicklungen entlang der Bahn des anzuzeigenden Körpers aufweist und bei der die Primärwicklungen an eine stabilisierte Spannungsquelle angeschlossen sind. Erfindungsgemäß sind die Sekundärwicklungen zu jeweils einem Vierpol zusammengeschaltet, dessen Ausgangsklemmen je nach der Stellung des Körpers stufenweise sich ändernde Spannungswerte abgeben, wobei die Ausgangsklemmen in Reihe geschaltet und mit einer an sich bekannten Impulsformerstufe sowie einem Impulszähler verbunden sind.
• Die Vierpole enthalten dabei in der einen Verbindungsleitung zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme eine Gleichrichterdiode und in der anderen eine Zenerdiode sowie als Querableitung eine Parallelschaltung von einem ohmschen Widerstand und einer weiteren Zenerdiode. Der auf digitaler Basis arbeitende Impulszähler läßt dabei die jeweilige Stellung des bewegten Körpers digital als Impulssumme und/oder auch analog erkennen. Bei der analogen Anzeige wird beispielsweise durch die einzelnen Impulse eine Bewegungskurve geschrieben, deren Spitze der jeweiligen Stellung des Regelstabes entspricht.
• Zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung sei nun auf die Fig. 1 und 2 verwiesen. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Weise den Aufbau der gesamten Stellungsanzeigeeinrichtung, F i g. 2 den Spannungsverlauf am Ausgang jedes Vierpols, wenn der ferromagnetische Teil des Regelstabes den Bereich der zugehörigen Transformatorwicklungen durchwandert.
• Der Regelstab bzw. seine Verlängerung, der Antriebsstab, ist mit 2 bezeichnet, sein ferromagnetischer Teil, der die Kopplung zwischen den einzelnen Transformatorwicklungen beeinflußt, mit 21. Entlang der Bahn dieses ferromagnetischen Körpers 21, z. B. innerhalb des Druckrohres, das in dieser Zeichnung der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist, ist eine Anzahl von paarweise zueinander konzentrischen Transformatorwicklungen angeordnet. Die Primärwicklungen sind dabei mit 3, die Sekundärwicklungen mit 4 bezeichnet. Erstere sind an eine stabilisierte Spannungsquelle angeschlossen, was keinen wesentlichen technischen Aufwand bedingt. Es- ist dabei durchaus möglich, den Anschluß an verschiedene Spannungsquellen herzustellen, damit beim Ausfall einer Spannungsquelle- nicht die Funktion der gesamten Anzeigeeinrichtung in Frage gestellt ist. In diesem Sinn wäre es dann z. B. zweckmäßig, jede Primärspule aus mehreren Einzelwicklungen aufzubauen, von denen jede an eine andere Spannungsquelle angeschlossen ist. Beim Ausfall einer Spannungsquelle würde dann z. B. lediglich die Höhe der Sekundärspannung um ein geringes Maß schwanken, wodurch lediglich die in Fig. 2 dargestellten Spannungssprünge am Ausgang des betreffenden Vierpols seitlich~etwas verschoben wären, was eine örtlich begrenzte kleine Ungenauigkeit mit sich brächte.
• Selbstverständlich wächst die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung stetig beim Eintauchen des ferromagnetischen Körpers in den Kopplungsbereich beider Spulen an. Durch die Wirkung des an die jeweilige Sekundärspule angeschlossenen Vierpols ergibt sich jedoch an der Ausgangsklemme desselben eine stufenförmige Spannungskurve gemäß Fig.2. Diese Spannungen sind hintereinandergeschaltet und werden einer Impulsformerstufe 6, die einen Impulszähler enthält, zugeführt. Die Impulsformerstufe 6 bildet bei jedem Spannungssprung gemäß F i g. 2 einen Impuls, der in an sich bekannter Weise gezählt wird. Diese sichtbar gemachte Summe der Impulse ist ein digitales Maß für die Stellung des einzelnen Regelstabes. Jedoch können die Einzelimpulse auch zur Ausbildung einer analogen Kurve verwendet werden, die ein verkleinertes Abbild der Bewegung des zu überwachenden Regelstabes darstellt. Da es dabei nicht auf die Höhe der einzelnen Spannungsstufen ankommt, sondern lediglich auf ihre Zahl, ist dieses Gerät weitgehend unempfindlich gegen Spannungsschwankungen. Es hat außerdem den großen Vorteil, daß die. Vierpole zur Ausbildung der Spannungsstufen weitab von den den Umweltbedingungen unterworfenen Meßfühlern in Gestalt der Transformatorwicklungen angeordnet sein können. Sie sind daher einmal nicht den störenden UmwelteiMüssen, wie insbesondere auch der Reaktorstrahlung, ausgesetzt und können zum anderen im Fall einer Störung ohne jede Schwierigkeit gegeneinander bzw. gegen neue Bauelemente ausgetauscht werden.
• Die Wirkungsweise dieser Vierpole zur Ausbildung der gestuften Spannungskurve nach F i g. 2 ist dabei etwa folgende: Bei loser Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, also wenn der ferromagnetische Teil 21 des Absorberstabes 2 sich noch nicht innerhalb dieser Transformatorspulen befindet, liegt an den Eingangsklemmen 51 und 52 des Vierpols 5 die Spannung Ur, die als die Grundspannung des Transformators 3/4 bezeichnet werden kann. Die Diode D3 des Vierpols richtet diese Spannung einphasig gleich Gegenüber dieser Spannung sind die beiden anderen in Reihe geschalteten DiodenD,, in in Sperrichtung angeordnet Die Zenerdiode D1 wird so ausgewählt, daß ihre Zenerspannung geringfügig über der Span- nung Ul liegt. Da die Dioden2 mit dem Widerstand Rt überbrückt ist, steht spmit die ganze Gleichspannung an der Zenerdiode D, an.
• Wenn nun der ferromagnetische Kern 21 langsam in die Transformatorspulen- 3,. 4 eintaucht, erhöht sich die Spannung U, auf die Spannung U,'. Die Zenerspannung der DiodeD, ist so festgelegt, daß bei einem geringen Anstieg von Ut die Diode bereits im Zenergebiet arbeitet. Dies bedeutet, daß die Differenzspannung zwischen U,' und der Zenerspannung am Widerstand R1 abfällt. Dies ist somit die zweite Spannungsstufe, die an den Ausgangsklemmen 53, 54 anliegt.
• Taucht der ferromagnetische Abschnitt 21 des Absorberstabes weiter in den Transformatorbereich ein, so steigt die Spannung U1, weiterhin an, bis die Differenzspannung an .R1 die Zenerspannung der Diode D2 erreicht. Die an Rt abfallende Spannung kann infolgedessen nur bis zu diesem Wert ansteigen.
• Ein weiterer Spannungszuwachs müßte an einem in diesem Stromkreis geschalteten Widerstand abfallen.
• Dieser kann jedoch in der praktischen Ausführung entfallen, da die Sekundärwicklungen 4 bei Verwendung von dünnem Wicklungsdraht selbst einen ohm-. schen Widerstand darstellen. Zusätzlich ist auch bei eingetauchtem Eisenkern 21 die Kopplung zwischen den Transformatorspulen noch so- lose, daß der Strom innerhalb des Vierpols nicht bis zur Schädigung der Zenerdioden ansteigen kann.
• Die an den Ausgangsklemmen anliegenden unterschiedlichen Spannungsstufen sind also ein Maß für den jeweiligen Ort des Regelstabes, der Spannungsabstand von Stufe zu Stufe entspricht also einem bestimmten Regelstabweg. Dieser Weg pro Spannungsstufe ist in seiner Länge gegeben durch die Höhe der Transformatorspalen 3 bzw. 4 undloder die Anzahl der in Reihe geschalteten Zenerdioden im Vierpol 5.
• Aus den vorstehenden Darlegungen zu Fig. 1 geht hervor, daß die Schaltung des Vierpols 5 nicht auf zwei Zenerdioden beschränkt ist. Selbstverständlich müssen dann auch die jeweiligen Zenerspannungen der einzelnen hintereinandergeschalteten Dioden mit entsprechenden, möglichst gleichmäßig gewählten Abständen ausgesucht sein. Auch ist es durchaus möglich, an Stelle der Zenerdioden andere Halbleiterbauelemente mit geknickter Kennlinie zu verwenden, wobei dann unter Umständen die Gleichrichter entfallen können.
• Da die Spannungsstufen in dem Impulsgerät in Einzelimpulse umgeformt werden, z B. über Differenzierglieder, so spielt die tatsächliche Spannungshöhe an den Ausgangsklemmen keine Rolle. Die Ausgangsklemmen können daher, wie vorbeschrieben, hintereinandergeschaltet werden, wobei dann jede entlang des Bewegungsweges des Regelstabes entstehende Spannungsstufe an irgendeinem Klemmenpaar 53/54 zu einem Zählimpuls führt. Im Impulszählwerk ist dann die Zahl der Impulse ein Maß für den jeweiligen Standort des Absorberstabes.
• Selbstverständlich ist es auch möglich, durch Impulsformerstufe und Zählwerk 6 die jeweilige Lage des Absorberstabes analog z. B. mit Hilfe einer »Braunschen Röhre« darzustellen.
• Bisher wurde nur von einer Summation der Impulse bei fortschreitender Bewegung des Absorberstabes gesprochen. Bei Richtungsumkehr der Bewegung werden selbstverständlich die dabei ebenfalls entstehenden Impulse von der höchsten erreichten Zahl wieder abgezogen. Die dafür notwendigen elektronischen Mittel sind bekannt, sie können z. B. nach der Methode des Spannungsvergleichs zwischen aneinanderfolgenden Spannungsstufen arbeiten.
• Selbstverständlich sind auch noch andere Varianten einer derartigen Stellungsanzeigevorrichtung denkbar. So ist es z. B. möglich, an Stelle der beiden Transformatorwicklungen nur eine einzige Spule vorzusehen und ihr gegenüber der primären Spannungsquelle einen Vorwiderstand in Reihe zu schalten. Die an diesem Vorwiderstand abfallende Spannung kann auf den Vierpol gegeben werden. Es wäre dies dann eine induktiv gesteuerte Spannungsteilerschaltung, wobei die Speisung der vielen Induktivitäten potentialfrei erfolgen muß.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Stellungsfernanzeigevorrichtung nach dem Induktionsprinzip für auf geradlinigen Bahnen bewegte, ferromagnetische Teile enthaltende Körper, insbesondere Regelstäbe bzw. Antriebsstäbe bei Atomreaktoren, die eine räumliche Aneinanderreihung von je zwei einander zugeordneten Transformatoren und Wicklungen entlang der Bahn des anzuzeigenden Körpers aufweist und bei der die Primärwicklungen an eine stabilisierte Spannungsquelle angeschlossen sind, d a du r c h gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (4) zu jeweils einem Vierpol (5) zusam- mengeschaltet sind, dessen Ausgangsklemmen je nach der Stellung des Körpers (2) stufenweise sich ändernde Spannungswerte abgeben, wobei die Ausgangsklemmen in Reihe geschaltet und mit einer an sich bekannten Impulsformerstufe (6) sowie einem Impulszähler verbunden sind.
2. 2. Stellungsanzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol (5) in der einen Verbindungsleitung zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme eine Gleichrichterdiode (D3) und in der anderen eine Zenerdiode (D1) und als Querableitung eine Parallelschaltung von einem ohmschen Widerstand (Rt) und einer weiteren Zenerdiode (D2) enthält.
3. 3. Stellungsanzeigeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschiede in den Zenerspannungen der Dioden (D,, D2) etwa gleich groß sind und die am Ausgang des Vierpols (5) auftretende stabilisierte Spannung der zugehörigen Sekundärwicklung (4) in Abhängigkeit von der Kopplung der beiden Transformatorwicklungen (3, 4) durch den sich bewegenden ferromagnetischen Körper (21) stufenweise sich ändernde Werte annimmt.
4. 4. Stellungsanzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf digitaler Basis arbeitende Impulszähler (6) die jeweilige Stellung des bewegten Körpers digital als Impulssumme und/oder analog anzeigt.