DE2102565A1 - Anzeigevorrichtung fur die Stellung eines Regelstabs - Google Patents

Description

Unser Zeichen; A 1560

ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) 23^VeUUe de l'/lstronomie Saint-Josse-ten-ITooae, Brüssel, Belgien

Anzeigevorrichtung für die Stellung eines Regel3tabs.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kernreaktortechnik. Auf diesemGebiet ist bereits eine Anzeigevorrichtung für die Stellung eines Regelstabs bekannt, bei welcher der Regelstab fest mit dem Enöe einer gerillten Betätigungsstange verbunden ist, die von Klinken betätigt wird, die mittels Elektromagneten gesteuert werden. Das freie Ende der gerillten Betätigungsstange bewegt sich im Innern einer Selbstinduktivität. Diese Selbstinduktivität wird über eine hohe Impedanz von einer stromkonstantan Wechselstromquelle gespeist, und an ihre-Klemmen ist ein Spannungsrneßgerät angeschlossen. Das Maß dieser Spannung bildet eine Anzeige für die Stellung des Regelstabs* Die Genauigkeit einer solchen Vorrichtung ist aber nicht sehr groß. Die boDtcn bis heute erhaltenen Leistungen sind Stellungsraesoungen, die mit einem Fehler in einem Bereich von + 5$ behaftet Rind. Zur Erzielung dieses Ergebnisses iat e3 unerläßlich, daß sich der Regelstab im Stillstand befindet. Während der Bewegung des Regelstabs ist keine gültige Messung inüglioh.

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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Messung der Stellung eines Regelstabs selbst bei dessen Bewegung zu ermöglichen, und die Meßgenauigkeit wesentlich zu verbessern. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zwischen den Klemmen der Selbstinduktivität und dem SpannungsMeßgerät eine Anordnung angeschlossen ist, welche die Änderungen der Klemmenspannung der Selbstüdaktivität, die von magnetischen Störfeidern stammen, die von den die Klinken steuernden Elektromagneten erregt werden, wenigstens zum großen Teil unterdrücken, daß an den Ausgang des Spannungsmeßgeräts eine für schnelle Änderungen ihrer Eingangsspannungen empfindliche Schaltung angeschlossen i3t, und daß an diese empfindliche Schaltung ein Vorwärts-und Rückwärtszähler zur Lieferung einer numerischen Anzeige der' Stellung des Regelstabs angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß sind insbesondere zwei verschiedene Ausführungsformen, der die Störänderungen der Klemmenspannung der Selbstinduktivität unterdrückenden Anordnung, sowie eine zusätzliche Verbesserung der Anzeigevorrichtung für die Stellung eines Regelstab3 vorgesehen.

Gemäß einer ersten Aasführungsform ist die die Störänderungen der Klemmenspannung der Selbstinduktivität unterdrückende Anordnung gekennzeichnet durch eine rings um die Selbstinduktivität in einem gewissen Abstand von deren Enden angeordnete Hilfswicklung und durch eine zwischen den Klemmen der Selbstinduktivität und dem Spannungsmeßgerät angeschlossene Kompensationsschaltung, in welcher von dem an den Klemmen der Selbstinduktivität abgenommenen Signal ein in der Hilfswicklung induziertes und auf eine geeignete Amplitude eingestelltes Störsignal subtrahiert wird. Vorzugsweise wird das in der Hilfswicklung induzierte Störsignal auf eine Amplitude eingestellt,

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die gleich der Amplitude des in der Selbstinduktivität induzierten Störsignals ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die zwischen den Klemmen der Selbstinduktivität und dem Spannungsmeßgerät angeschlossene Anordnung zur Unterdrückung der Stör änderungen der Klemmenspannung der Selbstinduktivität durch ein Bandpaßfilter gebildet, das an eine Klemme der Selbstinduktivität angeschlossen und höefeselektiv für eine Frequenz ist, bei welcher der Störeinfluß sehr klein ist.

Eine zusätzliche Verbesserung der Anzeigevorrichtung für die Stellung des Regelstabs ist gekennzeichnet durch ein Ixermoelement, das auf der Selbstinduktivität in einem gewissen Abstand von deren Enden angebracht und an die in dem Spannungsmeßgerät gleichgerichtete Spannung angeschlossen ist, um den Temperatureinfluß auf die Messung der Klemmenspannung der Selbstinduktivität au kompensieren.

Ausführungsbeispiele ; der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Pig.1 eine schematische Darstellung der mechanischen Ausbildung der Anzeigevorrichtung,

Tig.2 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anzeigevorrichtung und

Fig.3 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anzeigevorrichtung,

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Fig.1 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Betätigungsstange. In einen Druckbehälter 1, der einen nicht dargestellten Reaktorkern umschlfeßt,tauchen Regelstäbe 2 ein, von denen nur einer dargestellt ist. Der Regelstab 2 ist fest mit dem unteren Ende einer gerillten Betätigungsstange 3 verbunden. Diese Betätigungsstange befindet sich im Inneren eines Mantels 4, der zusammen mit dem Druckbehälter 1 ein dichtes Gehäuse bildet, in welchem das primäre Druckwasser eingeschlossen ist, das sich auf der hohen Reaktortemperatur befindet. Eine für hohe Temperaturen beständige zylindrische Selbstinduktivität 5 ist auf den Mantel 4 aufgesteckt. Rings um die Selbstinduktivität 5 ist eine Hilfswicklung 6 angeordnet. An der Stelle, an welcher der Mantel 4 mit dem Druckbehälter 1 verbunden ist, umschlidät er einen elektromagnetischen Klinkenmechanismus , 7, der von außerhalb des Mantels 4 angeordneten Slektromagneten 8 gesteuert wird. Wenn die Elektromagneten 8 in geeigneter Weise erregt werden, greifen die nicht dargestellten Klinken des Mechanismus 7 in einer vorgegebenen Reihenfolge in die horizontalen Rillen der Stange 3 ein, wodur.ch sie deren Auf- und Abwärtsbewegung steuern. Die Stange 3 besteht aus einem ferromagnetischen Material, und ihre Eindringtiefe in die Selbstinduktivität 5 ist annähernd deren Impedanz proportional, so daß die Klemmenspannung der Selbstinduktivität 5 etwa der Eindringtiefe des Endes der Betätigungsstange 3 in der Selbstinduktivität proportional ist.

Wenn die Elektromagneten 8 erregt werden, ght ein Störfluß durch die Betätigungsstange 3. Dieser Störfluß erzeugt eine entsprechende Schwankung der Klemmenspannung der Selbstinduktivität 5, wodurch die Messung der Eindringtiefe des freien Endes der Betätigungsstange 3 während der Bewegung der

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Betätigungsstange 3 in der zuvor beschriebenen Weise unmöglich gemacht wird. Die die Selbstindulctivität an deren Ende umgebende Hilfswicklung 6 ermöglicht die Beseitigung dieses Nachteils. Diese Hilfswicklung ist in der Nähe des Endes der Selbstinduktivität, durch" das die Betätigungsstange 3 in deren Inneres Eintritt, in einem solchen Abstand angeordnet, daß die Schwankungen der Klemmenspannung der Selbstißduktivität 5 einerseits und diejenigen der Wicklung 6 andrerseits gleichphasig erfolgen. Wenn ein Störfluß durch die Betätigungsstange λ

3 geht, induziert er in der bereits angegebenen Weise eine Schwankung der Klemmenspannung der Selbstinduktivität 5 und eine gleichartige Schwankung der Klemmenspannung der Hilfswicklung 6. Durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch eine entsprechende Bemessung der Windungszahl der Hilfswicklung 6 oder mit Hilfe eines nicht dargestellten Verstärkers oder Dämpfungspoteniometer3 wird die Ausgangsspannung an den Klemmen der Hilfswicklung 6 so eingestellt, daß ein Störfluß in der Betätigungsstange 3 gleich große Änderungen der Klemmenspannung der Selbst induktivität 5 und der Klemmenspannung der Hilfswicklung 6 erzeugt.

Eine vorteilhafte, jedoch nicht unbedingt notwendige Verbesserung besteht darin, daß ein Thermoelement 26 an einer geeigneten Stelle auf der Selbätinduktivität angeordnet wird, vorzugsweise in der Nähe des unteren Endes der Selbstinduktivität.

Fig.2 zeigt eine Meßschalbung. Ein Wechselspannungsgenerator 9 schickt über einen Widerstand 10, dsssen Wert sehr groß gegen den Wert der maximalen Impedanz der Selbstinduktivität 5 ist, einen Strom, der ungeachtet der Änderungen der Impedanz der Selbstinduktivität praktisch

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konstant ist. Die Klemmenspannungen der Selbstinduktivität 5 und der Hilfswicklung 6, die geeignet eingestellt sind, werden den Eingängen eines Differenzverstärkers 11 zugeführt, dem ein Gleichrichter 12 nachgeschaltet ist, dessen Filterzeitkonstante mit der Verstellgeschwindigkeit der Betätigungsstange 3 vereinbar ist. Die Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 12 stellt die von Störschwanküngen befreite Klemmenspannung der Selbstinüuktivität 5 dar; sie wird von einem geeigneten Meßgerät 13 gemessen. Diese Messung wird von den durch die Betätigung der Elektromagneten 8 verursachten Störungen nicht beeinflußt,, doch ist sie noch mit einem nicht vernachläßigbaren relativen Fehler (etwa + 5$) behaftet.

Um diesen Fehler zu verringern, ist das Meßgerät 13 durch eine Zählvorrichtung für die Vers teils ehritte ergänzt. Ein Spannungsteiler 14 speist über einen Filterverstärker 15 und einen Gleichrichter 16 ein Potentiometer 17.Der Verstärker 15 und der Gleichrichter 16 haben die gleichen Kennlinien wie der Verstärkern bzw. der Gleichrichter 12.

Ein Bruchteil der an das Potentiometer 17 angelegten Ausgaagsgleichspannung des Gleichrichters 16 wird an einem beweglichen Abgriff 18 abgenommen, der von einem Servomotor 19 gesteuert wird. Der Wert der Spannung am beweglichen Abgriff 18 wird auf den Wert der Ausgangsspannung des Gleichrichters 12 eingestellt. Zu diesem Zweck werden diese beiden Spannungen in eine Vergleichsschaltung 20 eingegeben. An den Ausgang der Vergleichsschaltung 20 ist eine Anordnung 21 anges3hlo33en, die aus einem Relais und einem Spannungsdiskrirainator besteht, und für eine Spannung empfindlich ist, die einer Verstellung

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der Betätigungsstange 3 um den Bruchteil eines Schrittes entspricht. Wenn dieser Spaηηungsdiskriminator 21 sine Spannung feststellt, die über ihrer Empfindlichkeitsschwelle liegt, löst sie das Relais nach einer Zeit aus, die etwas langer als die für die Zählung eines Verstellsohrittes erforderliche Zeit ist. Das Relais legt das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 20 an den Servomotor 19 an, der daraufhin den beweglichen Abgriff 18 des Potentiometers .17 verstellt und die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 12 unter

die Empfind!ichkeitsschwelle des Spannungsdiscriminators %

zurückbringt. Eine Schaltung 22 enthält zwei bistabile Elemente,deren Kippschwelle etwas unter der Amplitude der schnellen Änderungen der Ausgangsspanngng der Vergleichsschaltung 20 bei der Bewegung der Betätigungsstange 3 umi. einen Schritt ist. Eines der bistabilen Elemente spricht auf eine Einführung der Betätigungsstange 3 in die Selbst induktivität 5 an, und das andere auf eine Entnahme, so daß die Schaltung 22 zwei Ausgänge besitzt. Wenn die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 20 am Beginn Null oder praktisch Null ist, ist eines der bistabilen Elemente für einen positive Ausgangsspannung und das andere für eine negative Ausgangs- a spannung der ,Vergleichsschaltung 20 empfindlich. Die beiden Ausgänge der Schaltung 22 sind mit den Eingängen einer Vorwärts-und Rückwärtszählschaltung 23 verbunden, die von Hand oder automatisch mit Hilfe einer nicht dargestellten Schaltung auf Null zurückgestellt wird, wenn ein Regelstab niedergelassen ist oder sich am Grund befindet. Die Anzeige der Vorwärts- und Rückwärtszählschaltung stellt dann ein äußerst genaues Maß für die Stellung des Regelstabs dar. Damit eine Kontrollmöglichkeit für diese Aneeige besteht, kann ein Spannungsdiskriminator 24 gleichfalls mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung 20 verbunden sein. Dieser Spannungsdiskriminator

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ist für Änderungen der Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 20 empfindlich, die von Verstellungen des Regelstabs stammen, die größer als ein Schritt sind und entweder von einem absichtlichen Absenken oder einem Betriebsfehler der nicht dargestellten Klinken des Mechanismus 7 stammen. Der Diskriminator 24 betätigt dann eine Signalisiervorrichtung 25, die anzeigt, daß eine Verstellung um mehr als einen Schritt stattgefunden hat.

Das Thermoelement 26 kann an die gleichgerichtete Ausgangsspannung angeschlossen sein, die dem Meßgerät 13 über einen Kompensationsverstärker 27 zugeführt wird. Wie bereits erwähnt wurde, ist diese Kompensation fakultativ.

In Fig.3 ist eine andere Ausführungsform des elektrischen Teils der Anzeigevorrichtung für die Stellung eines Regelstabs dargestellt. Ein Stromkonstanter Generator 26 speist die Selbstinduktivität 5. An die eine Klemme der Selbstinduktivität 5 ist ein sehr selektives Bandpaßfilter 29 angeschlossen, das beispielsweise auf 120 Hz abgestimmt ist, wenn die von den Elektromagneten 8 erzeugten Störungen ein Maximum bei 10Hz haben. Das Jilter kann beispielsweise ein Stimmgabelfilter sein. Es ist andrerseits an den Gleichrichter 12 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Gleichrichters 12 wird einerseits dem Meßgerät 13 zugeführt, und andrerseits dem Eingang einer "Sample & Hold"-Schaltung 30, wie sie beispielsweise in der Zeitschrift "EEE", Mai 1970, Seiten 65 bis 75 beschrieben ist. Diese "Sample & Hold"-Schaltung ersetzt die Teile bis 21 von Pig.2. Sie führt die gleichen Funktionen wie diese Teile aus, besitzt aber eine sehr viel höhere Ansprechgeoßhwindigkeit. Wie im Fall von Fig.2 kann eine

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Temperaturkompensation der Selbst induktivität 5 mit Hilfe des Thermoelements 26 und des Kompensationsverstärkers 27 erfolgen.

Infolge der Beseitigung der von dem Elektromagneten 8 hervorgerufenen Störungen, wird es durch die Erfindung möglich, die Anaeigevorrichtung für die Stellung eines Regelstabs mit einer numerischen Kontrolle zu versehen, wodurch ihre Genauigkeit ganz außerordentlich erhöht
wird. Ferner erhöht die Temperaturkompensation 3er Selbstinduktivität die Genauigkeit der analogen Stellungsmessung.

Patentansprüche

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Claims (7)

1. - ίο -

   Patentansprüche

   Anzeigevorrichtung für die Stellung eines Regelstabs, die fest mit dem Ende einer gerillten Betätigungsstange verbunden ist, die von Klinken betätigt wird, die mittels Elektromagneten gesteuert werden, mit einer Selbstinduktivität, ,in deren Innerem sich das freie Ende der gerillten Betätigungsstange bewegt, einer stromkonstanten Wechselst rom quelle, welche die Selbstinduktivität über eine hohe Impedanz speist, und einem an die itlemmen der Selbstinduktivität angeschlossenen Spannungsmeßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Klemmen der Selbstinduktivität und dem Spannungsmeßgerät eine Anordnung angeschlossen ist, welche die Änderungen der Klemmenspannung der Selbstinduktivität , die von magnetischen Störfeldern stammen, die von den die Klinken steuernden Elektromagneten erzeugt werden, wenigstens zum großen Teil unterdrücken, daß an den Ausgang des Spannungsmeßgeräts eine für schnelle Änderungen ihrer Eingangs spannungen empfindliche Schaltung angeschlossen ist, und daß an diese empfindliche Schaltung ein Vorwärts- und Rückwärts zähler zur Lieferung einer numerischen Anzeige der Stellung des Regelstabs angeschlossen ist.
2. 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Klemmen der Selb.stinduktivität und dem Spannungsmeßgerät angeschlossene Anordnung durch eine rings um die Selbstinduktivität in einem gewissen Abstand von deren Enden angeordnete Hilfswicklung und durch eine zwischen den Klemmen der Selbstinduktivität und dem Spannungsmeßgerät angeschlossene Kompensationsschaltung gebildet ist, und daß in der Kompensationssohaltung von dem an den Klemmen der Selbstinduktivität abgenommenen Signal ein in der Hilfswicklung induziertes

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   und auf eine geeignete Amplitude eingestelltes Störsignal subtrahiert wird,
3. 3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Klemmen der Selbstinduktivität und dem Spannungsmeßgerät angeschlossene Anordnung durch ein Bandpaßfilter gebildet ist, das an eine Klemme der S'elbstinduktivität angeschlossen und hochselektiv für eine Frequenz ist, bei welcher der Störeinfluß sehr klein ist.
4. 4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einThermoelement, das auf der Selbstinduktivität in einem gewissen Abstand von deren Enden angebracht und an die in dem Spannungsmeßgerät gleichgerichtete Spannung angeschlossen ist, um den Temperatureinfluß auf die Messung der Klemmenspannung der Selbstinduktivität zu kompensieren.
5. 5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Meßgerät, das für schnelle Änderungen der Klemmenspannung der Selbstinduktivität empfindlich, ist, und durch einen Vorwärts- und Rückwärtszähler für diese schnellen Änderungen.
6. 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät einen an die Kompensationsschaltung angeschlossenen ersten filternden Gleichrichter, einen mit einem an die Wechselstromquelle angeschlossenen Spannungsteiler verbundenen zweiten filternden Gleichrichter, ein an den Ausgang des zweiten filternden Gleichrichters angeschlossenes Potentiometer, einen den beweglichen Abgriff des Potentiometers betätigenden Servomotor, eine an den beweglichen Abgriff des Potentiometers

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   und an den Ausgang des ersten filternden Gleichrichters angeschlossene Vergleichsschaltung einen einerseits mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung und andrerseits mit dem Servomotor verbundenen Spannungsdiskriminator und eine an den Ausgang der Vergleichsschaltung angeschlossene und einen Vorwärts- und Rückwärts zähler speisende, für die schnellenSpannungsänderungen empfindliche Schaltung mit bistabilen Elementen enthält.
7. 7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang der Vergleichsschaltung angeschlossene Anordnung, die au3 einem Spannungsdiskriminator und einem Relais besteht und eine Signalvorrichtung betätigt, die Verstellungen anzeigt, die größer als ein Schritt sind.

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