DE1220173B

DE1220173B - Vorrichtung zum Ermitteln von Verunreinigungen in einen stroemenden fluessigen Metall durch Messen des elektrischen Widerstands des Metalls

Info

Publication number: DE1220173B
Application number: DEU6242A
Authority: DE
Inventors: Leslie Reginald Blake
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1958-06-03
Filing date: 1959-06-01
Publication date: 1966-06-30
Also published as: NL124295C; NL239809A; US3078412A; GB873912A; CH378413A; FR1227600A; NL268967A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

Deutsche KL: 421-3/53

Nummer: 1220173

Aktenzeichen: U 6242IX b/421

Amneldetag: 1. Juni 1959

Auslegetag: 30. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen geringer Änderungen des elektrischen Widerstands von flüssigen Metallen, insbesondere zum Anzeigen des Metalloxydgehalts von flüssigen Metallen, die jedoch außerdem auch noch dazu dienen kann, das Vorhandensein anderer Verunreinigungen, wie z. B. Gasblasen oder Oxydteilchen, anzuzeigen, die infolge Versagens einer zum Zurückhalten von Oxydteilchen dienenden Vorrichtung freigegeben werden können, durch welche das flüssige Metall hindurchgeleitet wird.

Das Anzeigen des Metalloxydgehalts ist wichtig, da das Metalloxyd im flüssigen Metall eine Korrosion von Werkstoffen verursachen kann, die durch das flüssige Metall selbst nicht angegriffen .werden. Das Auftreten von Blasen ist ein Anzeichen entweder für ein Entweichen von gasförmigen Substanzen aus einem Wärmeaustauscher, durch den das flüssige Metall hindurchgeleitet wird, oder, wenn das flüssige Metall in einem Kernreaktor verwendet wird, für den Bruch eines Brennstoffelements, an welchem gasförmige Spaltprodukte austreten.

Die erhaltenen Anzeigen sind charakteristisch: so ergeben Gasblasen hohe, scharf ausgeprägte Spitzen und Oxydteilchen kleine scharf ausgeprägte Spitzen an einem geeigneten Registriergerät, während Änderungen im Metalloxydgehalt als glatte oder flache Änderungen der Anzeigenwerte wiedergegeben werden.

Es ist bekannt, den Gehalt an Verunreinigungen in Metallen durch Messen des elektrischen Widerstands zu ermitteln.

Bei einem bekannten Verfahren zur Messung der Leitfähigkeit eines Elektrolyten wird magnetisch ein Strom in diesem induziert. Dieses Verfahren betrifft jedoch die Messung des Widerstands eines ortsfesten Elektrolyten. Die Erfindung muß den weiteren Problemen begegnen, welche auftreten, wenn der Gegenstand des vorstehend umrissenen älteren Vorschlags für flüssige Metallströme in Erwägung gezogen wird, wie sie z. B. bei durch flüssiges Metall gekühlten Kernreaktoren auftreten. Wegen der hohen Temperatur und der korrosiven Natur von flüssigen Metallen kann die Vorrichtung nicht unmittelbar dem Strom ausgesetzt sein, und außerdem muß der Metallstrom in geeigneten Metallrohren enthalten sein. Somit würde die Vorrichtung außerhalb der Metallrohre untergebracht sein müssen, und diese suchen einen Teil des induzierten Stroms durch den übrigen Teil des Rohrwerks hinwegzuleiten. Dadurch entstehen Ungenauigkeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln Vorrichtung zum Ermitteln von Verunreinigungen in einem strömenden flüssigen Metall durch
Messen des elektrischen Widerstands des Metalls

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:'

Leslie Reginald Blake, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 3. Juni 1958 (17 649),
vom 26. Mai 1959

von Verunreinigungen in einem strömenden flüssigen Metall durch Messen des elektrischen Widerstands des Metalls bei seinem Weg durch ein Ringrohr mit einander gegenüberhegenden Einlaß- und Auslaßanschlüssen, einer elektromagnetischen Vorrichtung mit Induktionsspulen, welche einen Wechselstrom in der Flüssigkeit, die das Rohr durchströmt, induzieren, sowie mit einer Vorrichtung zum Abnehmen einer Spannung, welche ein Maß für diesen Strom ist, und mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Änderungen in der abgenommenen Spannung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen mit dem Ringrohr mit Hilfe eines Paars von Magnetkernschleifen gekoppelt sind, welche symmetrisch um das Ringrohr geführt sind, so daß der Wechselstrom in der Flüssigkeit mit gleichen elektrischen Potentialen an den Einlaß- und Auslaßverbindungen induziert wird, daß ferner die Spannung, die ein Maß für den induzierten Strom ist, durch eine Sondenspule abgenommen wird, die mit den Kernschleifen gekoppelt ist, und daß temperaturabhängige Organe zum Kompensieren der temperaturabhängigen Widerstandsänderung des Meßguts vorgesehen sind.

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Dadurch wird verhindert, daß der Strom durch den übrigen Teil des Rohrs zu ströinen sucht. Dies reicht jedoch nicht aus, um die Vorrichtung "für die Messung von Verunreinigungen geeignet zu machen, weshalb noch empfindliche Temperaturausgleichsmittel vorgesehen sind, um der temperaturbedingten Änderung des Widerstands des flüssigen Metalls selbst entgegenzuwirken. Deshalb ist die Erfindung außerdem durch derartige Mittel gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 1, während

Fig. 3 ein Schaltdiagramm wiedergibt, welches zu den Fig. 1 und 2 gehört.

Gemäß den Zeichnungen besteht die Einrichtung zum Messen geringer Änderungen des elektrischen Widerstands von flüssigem Metall, z. B. von Natrium, aus einem Ringrohr 35 aus rostfreiem Stahl mit einem Magnetisierungskreis aus zwei symmetrisch angeordneten Schleifen, wobei jede Schleife einen lamellierten Kern 36 von hoher Permeabilität mit einer Magnetisierurigswicklung 37 aufweist. Das Ronr 35 ist mit einer Nickel-Komparatorspule 38 versehen, wobei die Spule 38 in nichtinduktiver Weise rund um das Rohr 35 herumgewickelt ist und in engem Wärmekontakt mit diesem steht, jedoch gegenüber diesem elektrisch isoliert ist. Zwischen dem Rohr 35 und den Wicklungen 37 ist eine Wärmeisolation 39 vorgesehen, und das Rohr 35 besitzt Zu- und Ableitungen 40, 41 aus rostfreiem Stahl. Der Mittelsteg des Kerns 36 ist mit den Windungen einer Sondenspule 42 umwickelt, die dicht benachbart dem Ringrohr liegen.

In F i g. 3 ist die elektrische Schaltungsanordnung für die Einrichtung veranschaulicht. Ein Widerstand 43 ist parallel zur Spule 38 geschaltet; dieser Widerstand 43 ändert seinen Wert mit der Temperatur und ist einregelbar. Die Schaltungsanordnung weist eine Gegeninduktivität 44, ein Nullstellungspotentiometer 45 und einen Anpassungstransformator 46, der an einen phasenempfindlichen Gleichrichter 47 sowie an ein Meßgerät 48 angeschlossen ist, auf. Das Rohr 35 hat einen Innendurchmesser von 60,3 mm, einen Außendurchmesser von 92,1 mm und eine Wandstärke von 1,6 mm.

Im Betrieb strömt flüssiges Natrium durch die Vorrichtung, wie mit den Pfeilen 49 angezeigt, und in dem Natrium in dem Rohr 35 wird unmittelbar ein Strom infolge von Flußänderungen in den Kernschleifen 36 induziert, wobei die Stromrichtung durch die Pfeile 50 angezeigt ist. Infolge der symmetrischen Anordnung der Kerne besteht kein Potentialunterschied zwischen der Einlaßverbindung 40 und der Auslaßverbindung 41, so daß kein Strom im Rohrwerk außerhalb des Ringrohrs strömt. In der Sondenspule 42 wird eine Spannung erzeugt, die von dem Fluß in den Mittelschenkeln der Kernschleifen 36 abhängt und somit für den Wechselstrom repräsentativ ist, der in dem Ringrohr induziert ist. Das Meßgerät 48 zeigt den Unterschied der Spannungen in der Sondenspule 42 und der Bezugsspule 38 an.

Der Spannungsabfall, welcher durch die Kombination der Widerstände 38, 43 und 45 geliefert wird, dient als Bezugsspannung, welche für den Strom durch das gleiche Metall, das aber einen feststehenden ÖxydS Verunreinigungs- und Gasbläsengehält hat, repräsentativ ist. Diese Bezugsspannung ist durch Ändern der Einstellung des Nullstellungspotentiometersu45 auf verschiedene Werte einstellbar, wobei das Verfahren, welches zum Erhalten von Ablesungen des Widerstands angewandt wird, darin besteht, daß das Potentiometer 45 eingeregelt wird, bis das Meßgerät 48 Null registriert, und dann der Widerstandswert von der Potentiometereinstellung abgenommen wird. Wegen der engen Nachbarschaft der Spule 38 zu dem Rohr 35 spricht die Spule 38 schnell auf Temperaturänderungen in dem Rohr 15 an. Der Widerstand 43 ist so eingestellt, daß die Spule 38 (welche einen hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten hat) und der Widerstand 43 in Parallelschaltung den gleichen Widerstandstemperaturkoeffizienten über einen speziellen Temperaturbereich haben wie das Rohr 35, wenn es mit flüssigem Natrium mit feststehendem Natriumoxyd-, Verunreinigungs- und Gasblasengehalt gefüllt ist.

Die Gegeninduktivität 44 sorgt für einen Phasenausgleich. Bei einer Alternativausführungsform sind die Spule 38, der Widerstand 43 und die Gegeninduktivität 44 in Reihe geschaltet.

Beide Ausführungsformen der an Hand der Zeichnung beschriebenen Einrichtung können bei Kühlmittelkreisläufen von mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktoren verwendet werden.

Bei Einrichtungsformen können auch zum Anzeigen des Metalloxydgehalts anderer flüssiger Metalle als 'Natrium verwendet werden, beispielsweise für Kalium und Natrium-Kalium-Legierungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ermitteln von Verunreinigungen in einem strömenden flüssigen Metall durch Messen des elektrischen Widerstands des Metalls bei seinem Weg durch ein Ringrohr mit einander gegenüberliegenden Einlaß- und Auslaßanschlüssen, einer elektromagnetischen Vorrichtung mit Induktionsspulen, welche einen Wechselstrom in der Flüssigkeit, die das Rohr durchströmt, induzieren, sowie mit einer Vorrichtung zum Abnehmen einer Spannung, welche ein Maß für diesen Strom ist, und mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Änderungen in der abgenommenen Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen mit dem Ringrohr (35) mit Hilfe eines Paars von Magnetkernschleifen (36) gekoppelt sind, welche symmetrisch um das Ringrobr (35) geführt sind, so daß der Wechselstrom in der Flüssigkeit mit gleichen elektrischen Potentialen an den Einlaß- und Auslaßverbindungen induziert wird, daß ferner die Spannung, die ein Maß für den induzierten Strom ist, durch eine Söndenspule (42) abgenommen wird, die mit den Kernschleifen (36) gekoppelt ist, und daß temperaturabhängige Organe (38, 43) zum Kompensieren der temperaturabhängigen Widerstandsänderung des Meßguts vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein veränderlicher Widerstand (43), welcher temperaturunabhängig ist, parallel zu einem temperaturabhängigen, in thermischen Gleichgewicht mit dem Ringrohr (35) befind-

lichen und in Reihe mit der Sondenspule (42) geschalteten Widerstand (38) geschaltet ist, wodurch der Temperaturkoeffizient der Widerstandskombination (38, 43) so eingeregelt werden kann, daß er dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands der Flüssigkeit in dem Ringrohr (35) entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 860 663, 836 262, 764544,746 944,677732;

USA.-Patentschriften Nr. 2 542 057, 1893 700; »Naturwissenschaften«, 32,1944, S. 169;

»Zeitschrift für angewandte Physik«, 10, 1958, S. 500.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen