DE1237803B

DE1237803B - Temperaturmessvorrichtung, insbesondere fuer Messstellen an Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1237803B
Application number: DEU9165A
Authority: DE
Inventors: Wellesley Ashe Kealy; Richard Smart
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1961-08-03
Filing date: 1962-08-01
Publication date: 1967-03-30
Also published as: ES279739A1; US3230771A; BE621058A; GB966885A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAN

DEUTSCHES

PATENTAMT

(\ Int. Cl.

GOlk

PATENTSCHRIFT

US X

V/7

Deutsche Kl.: 42 i - 8/02

Nummer: I 237 803

Aktenzeichen: U 9165 IX b/42 i

Anmeldetag: 1. August 1962

Auslegetag: 30. März 1967

Ausgabetag: 12. Oktober 1967

Patentschrift stimmt mit der AusLegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf Temperaturmeßvorridhtungen, insbesondere für Meßstellen an Kernreaktoren, mit einem Wechselstrom-Bezugstemperaturgeber in der Umgebung der Meßstelle zur Anzeige einer der Meßstellentemperatur nahekommenden Bezugstemperatur.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß es wünschenswert ist, Thermoelemente zum Anzeigen der Temperatur von ferngelegenen, begrenzten Stellen zu messen. Für diesen Zweck sind Thermoelemente infolge ihrer geringen Größe und ihres raschen Wärmeansprechvermögens sehr geeignet. Thermoelemente können jedoch unter gewissen Umständen unzuverlässig sein, besonders im Bereich eines Kernereaktors, da sie ein nur schwaches »5 Gleichstromsignal erzeugen, welches in Leitungen, durch die das Signal hindurchgesendet wird, verzerrt werden kann. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Leitungen Verbindungsstellen oder Schalterkontakte aufweisen oder einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt sein können.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Vorteile-von.-Thermoelementen ausgenutzt-werden, während ihre Nachteile auf ein Kleinstmaß reduziert werden können. Dabei werden die Thermoelemente nicht verwendet, um den großen Temperaturunterschied, beispielsweise zwischen einem Kernbrennstoffelement in einem Reaktor und einer

Stelle außerhalb des -Reaktors anzuzeigen—Dieser

Temperaturunterschied wird durch einen Bezugstemperaturübertrager angezeigt, welcher so gewählt wird, daß er ein Ausgangssignal liefert, welches ohne ins Gewicht fallende Verzerrung oder Störung einem Wiedergabegerät übermittelt werden kann. Die Thermoelemente werden jedoch zur Anzeige des Temperaturunterschiedes zwischen der Stelle des Bezugstemperaturgebers und der genauen Stelle des Brennstoffelementes, an welcher die Temperatur gemessen werden soll, angewandt. Ein Thermoelement kann diese Funktion infolge seiner Größe und seiner raschen Wärmeansprechfähigkeit erstaunlich gut ausfüllen. Außerdem ist jeder Fehler im Thermoelementsignal nur von begrenzter Bedeutung, da der Temperaturunterschied, welcher von dem Thermoelement angezeigt wird, im Vergleich zu demjenigen, welcher von dem Bezugstemperaturgeber angezeigt wird, sehr klein ist. So kann z. B. der Bezugstemperaturgeber 950° C, das Thermoelement hingegen 50° C anzeigen. Wenn in diesem Fall durch das Thermoelement ein Fehler von 1% auftritt, so entspricht der Fehler 0,5° C Wenn aber das Thermoelement zur Anzeige der vollen 1000° C verwendet Temperaturmeßvorrichtung, insbesondere für Meßstellen an Kernreaktoren

Patentiert für:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen (Westf.), Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:
Wellesley Ashe Kealy,
Richard Smart, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Augusll961 (28 184)

würde, so entspräche ein IVoiger Fehler im Signal einem Fehler von —10° C.

Der Bezugstemperaturgeber wird vorteilhaft so gewählt, daß er ein solcher mit einem Wechselstrom- _ausgangssignaUst,_uncLzwar_nicht-nur-deshalb,_weil— dieses Signal ohne beträchtliche Verzerrung oder Störung übertragen werden kann, sondern auch weil dieses Signal mit dem Thermoelementsignal für den Zweck der Übertragung kombiniert und darauffolgend für die Analyse getrennt werden kann. Diese Möglichkeit, die gesendeten Signale zu trennen, hat einen zusätzlichen Vorteil insofern, als dadurch eine Mehrzahl von Thermoelementen oder eine Thermosäule verwendet werden können. In diesem Fall kann durch die Trennung dieses Thermoelementsignals von dem Rest der Durchschnitt der Signale von den verschiedenen Thermoelementen her genommen werden, wodurch die Genauigkeit der Temperaturanzeige erhöht wird.

Bei einer bekannten Temperaturmeßvorrichtung wird eine Brückenschaltung offenbart, durch welche an einem Strahlungsmessersignal eine Temperaturkorrektur vorgenommen wird. Die kombinierten Signale werden dabei von Widerständen abgeleitet und können, da sie gleich sind, nicht für eine darauffolgende Analyse getrennt werden. Demzufolge kann also an einem groben Temperatursignal keine Feinkorrektur vorgenommen werden, welches von einem

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Wechselstromübertrager her gesendet wird. Bei wei- Mediums abhängt. Dementsprechend kann die Temteren bekannten Temperaturmeßvorrichtungen wird peratur des Mediums, die einen Bezugswert für das ebenfalls lediglich die Beaufschlagung eines Tempe- Brennelement bildet, durch Ermitteln der Resonanzratursignals von einem Thermoelement mit einer frequenz der Membran erhalten werden, und diese Gleichstromkorrektur vorgenommen. 5 wird durch eine Zunahme der Scheinimpedanz der

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Tempe- Spule 27 angezeigt, welche die resonierende Memraturmeßvorrichtung zu schaffen, bei der durch bran antreibt.

Kombination des Wechselstromsignals von einem Vier Thermoelemente, die in Reihe geschaltet sind,

Wechselstrom-Bezugstemperaturgeber her mit dem setzen sich aus vier Kaltverbindungen 35 zusammen Gleichstromsignal von dem Thermoelement her das io (von denen nur drei in F i g. 1 gezeigt sind), welche Thermoelement dazu verwendet werden kann, ein in der Kapsel 23 so angeordnet sind, daß sie in gutem Temperatursignal abzuleiten, welches die Genauig- Wärmekontakt mit dem die Kapsel füllenden Medium keit des Wechselstrom-Bezugstemperaturgebers in stehen, sowie aus vier Thermoelementkabeln 36 (von entscheidender Weise erhöhen kann. Dies wird erfin- denen nur zwei in F i g. 1 gezeigt sind), welche durch dungsgemäß durch ein Thermoelement zur Erfassung 15 die Wände der Kapsel in abgedichteter Weise hindes Unterschiedes zwischen Meßstellen-und Bezugs- durchführen und entlang der Seite des Brennelementes temperatur erreicht. VorteilhaftwirdzurUbertragung verlaufen, wobei sie durch die Lokalisierungsrippen der Wechselstromsignale des Bezugstemperaturgebers 12 b geschützt werden, welche über die Kabel gebogen und der Gleichstromsignale des Thermoelementes zu sind, sowie vier Heißverbindungsstellen 37. (von den Anzeigerorganen eine gemeinsame Leitung vor- 20 denen nur zwei in Fig. 1 gezeigt sind), welche an gesehen. den Enden der Thermoelementkabel gebildet und in

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie die Oberfläche des Brennelementes eingebettet sind, beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher Die Thermoelemente sind solche der »Chromel«- erläutert, und zwar zeigt »Alumel«-Bauart. Drei der Kabel 36 führen geraden-

F ig. 1 einen schematischen Schnitt durch den 25 wegs zu den Heißverbindungen; das vierte Kabel wird unteren Teil eines Kernbrennelementes, welches mit bei dem Verbindungskasten 30 unterbrochen. Ausder erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist, gangsleitungen 38 führen vom Verbindungskasten 30

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in weg.
Fig. 1, während Die elektrischen Anschlüsse für die Vorrichtung

F i g. 3 ein Blockschaltbild der elektrischen Schäl- 30 sind schematisch in F i g. 3 gezeigt, aus welcher hertung der Vorrichtung darstellt. vorgeht, daß die vier Thermoelemente miteinander

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein und mit der Spule 27 und den Ausgangsleitungen 38 Kernbrennstoffkörper 11 (Fig. 1 und 2) in einer in Reihe geschaltet sind. Die vier Kaltverbindungen Magnesiumlegierungshülle 12 mit längsverlaufenden 37 sind an einer Stelle angeordnet, die durch einen Wärmeübertragungsrippen 12 a und Fixierungsrippen 35 gemeinsamen Umfang an der Oberfläche des Brenn-12 6 eingeschlossen. Die Hülle 12 ist an ihrem unte- dementes · bestimmt ist. Die vier Verbindungen an ren Ende durch eine Endkappe 13 abgedichtet. Der der Oberfläche des Elementes sind voneinander auf Brennstoffkörper 11 ist von der Endkappe 13 durch Abstand gehalten, so daß das Gleichstromsignal in eine Wärmeisolierungsscheibe 15 - auf. Abstand ge^. den-in-Reihe geschalteten-Thermoelementea mit der halten. Die Endkappe 13 hat einen mit Gewinde ver- 40 Durchschnittstemperatur an der Stelle der Oberfläche sehenen Bauteil 18, auf welchen ein Endfitting 21 ge- des Elementes in bezug gebracht ist und einen Temschraubt ist, welches mit einem Endfitting am oberen peraturunterschied zwischen der Kapsel und der Ende eines anderen Elementes (nicht gezeigt) zu- Stelle anzeigt.

sammenwirkt, damit eine Reihe von Brennstoff- Im Betrieb wird die Resonanzfrequenz der Mem-

elementen in einer Säule übereinandergestapelt_Jwer^_45_bran^ — den können. Das Endfitting weist einen Hohlraum 20 und eines Detektors 42 ermittelt, der in Reihe mit mit einer Innenschulter 22 auf. Eine Ubertragungs- den Ausgangsleitungen 38 (F i g. 3) geschaltet ist. kapsel 23 drückt gegen die Schulter 22 und wird Der Oszillator 41 beaufschlagt die Spule 27 mit einem durch eine Gewindescheibe 24 in dem Hohlraum ge- oszillierenden Signal von bekannter Frequenz, und halten. Die Kapsel 23, welche abgedichtet ist, ist mit 50 zwar über einen hohen Widerstand 43, welcher den einem geeigneten Medium, wie beispielsweise Helium- Signalstrom konstant hält, und über einen Kondengas, gefüllt. In der Kapsel nimmt ein Block 25 von sator 44. Die Frequenz des OszUlatorausgangs beelektrisch isolierendem Material einen Weicheisen- streicht ein Frequenband, während ein Anzeigegerät kern 26 auf, um welchen herum eine elektromagne- 45, das mit dem Detektor 42 in Verbindung steht, tische Spule 27 gewickelt ist. Die elektrischen Leitun- 55 beobachtet wird. Das Anzeigegerät 45 zeigt die von gen 28 der Spule 27 führen durch eine Bohrung 29 der Spule 27 dargebotene Impedanz an, die auf einen im Endfitting 21 nach einem Verbindungskasten 30, Spitzenwert ansteigt, wenn die Membran 31 resoniert. welcher an das Endfitting angeschweißt ist. In der Die Frequenz, mit welcher die Membran resoniert, Kapsel 23 ist eine Membran 31 zwischen einer Innen- wird gemessen, und diese zeigt die Temperatur der schulter der Kapsel und einem Schraubring 32 fest- 60 Kapsel 23 an.

geklemmt. Die Membran trägt einen kleinen Weich- Die Thermoelemente, welche in Reihe mit der eisenanker 33, welcher durch den Elektromagneten Resonatorspule geschaltet sind, überlagern das 26, 27 beeinflußt werden kann. Eine öffnung 34 in Wechselstromsignal mit ihrer eigenen Gleichstromder Membran läßt einen Druckausgleich auf jeder komponente, wobei diese Komponente durch den Seite der Membran zu. 65 Kondensator 44 zwischen dem Detektor 42 und dem

Die Membran 31 hat eine Resonanzfrequenz, Oszillator 41 ausgefiltert wird. Die Gleichstromkomwelche von dem Druck des Mediums, in welchem sie ponente wird einem Hochimpedanz-Gleichstromversich befindet, und somit von der Temperatur dieses stärker 46 zugeführt, welcher parallel zum Detektor

Claims

I 237 803 42 geschaltet ist; dieser Verstärker 46 ist mit Filtern versehen, um eine gegenseitige Beeinflussung oder Interferenz zwischen Verstärker 46 und Oszillator 41 zu vermeiden. Die Gleichstromkomponente wird durch ein Anzeigegerät 47 angezeigt, welches mit dem Verstärker 46 in Verbindung steht. Durch Kombinieren der Temperatur der Kapsel 23, wie sie durch die Wechselstromkomponente des Signals in den Leitungen 38 angezeigt wird, und des Temperaturunterschieds zwischen der Kapsel 23 und der Oberfläche des Brennelementes, wie er durch die Gleichstromkomponente des Signals in den Leitungen angezeigt ist, kann die Temperatur an der Oberfläche des Brennelementes abgeleitet werden. Die Kombination von Gleichstrom- und Wechselstromsignalen ermöglicht es, daß nur ein einziges Paar von elektrischen Ausgangsleitungen 38 vom Brennelement her durch einen Reaktordruckbehälter geführt zu werden braucht. Dieses einzige Paar von elektrischen Leitungen kann Verbindungsstellen und Unterbrecherkontakte aufweisen, ohne daß die Gefahr besteht, daß fehlerhafte elektromotorische Kräfte induziert werden; dementsprechend können an Stelle der Leitungen 38, die in F i g. 1 gezeigt sind, unterbrechbare Kontakte vorgesehen werden, welche beispielsweise Ansätze sein können, die am Endfitting 21 zum Eingreifen an einem benachbarten Brennelement angebracht sind. Die Erfindung soll nicht auf die Einzelheiten des vorliegenden Beispiels beschränkt sein; so braucht z. B. die Kapsel 23 nicht in der Endkappe eines Brennelementes untergebracht zu sein, sondern sie kann auch an den Spalterrippen eines Elementes angeordnet werden. Außerdem kann die Vorrichtung auch beispielsweise zum Messen eines Gasturbinenabgases oder zum Messen der Temperaturen von Turbinenläuferschaufeln verwendet werden. Vorzugsweise setzt sich der Bezugstemperaturgeber zusammen aus einer mit einem Medium gefüllten Kammer, einer Membran in dieser Kammer und einer elektromagnetischen Spule zum Erregen der Membran, wobei die Resonanzschwingung der Membran von der Temperatur des Mediums in der Kam mer abhängig und durch die Wirkung der Resonanz auf die von der Spule dargebotene elektrische Impedanz nachweisbar ist. Alternativ kann der Bezugstemperaturgeber auch einen akustischen Resonator. ίο wie beispielsweise einen Orgelpfeifenreson&tor, einen Helmholtz-Resonator oder einen Pfeifenresonator enthalten. Patentansprüche:

1. Temperaturmeß vorrichtung, insbesondere für Meßstellen an Kernreaktoren, mit einem Wechselstrom-Bezugstemperaturgeber in der Umgebung der Meßstelle zur Anzeige einer der Meßstellentemperatur nahekommenden Bezugs temperatur, gekennzeichnet durch ein Thermoelement (35 bis 37) zur Erfassung des Unterschiedes zwischen Meßstellen- und Bezugstemperatur.

2. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Wechselstromsignale des Bezugstemperaturgebers (23 bis 34) und der Gleichstromsignale des Thermoelementes (35 bis 37) zu den Anzeigeorganen eine gemeinsame Leitung (38) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 627 558, 906 021, 868, 1012 088; britische Patentschrift Nr. 640 711; USA.-Patentschrift Nr. 2 707 881; W. S tab lein, »Die Technik der Fernwirkanlagen«, 1934, S. 219 bis 223.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 547/182 3.67 Q Bundesdrucker« Berlin