DE2133318C2

DE2133318C2 - Anordnung zur Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2133318C2
Application number: DE19712133318
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Ing. 5060 Herkenrath Lauhoff; Kurt 5000 Köln Stickel
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE2133318A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur so Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüsslgkcl ten beispielsweise von flüssigem Natrium In Kernenergieanlagen, wobei ein Meßtransformator zur Umformung des Flüssigkeitsstandes in eine elektrische Große verwendet wird.

In der Zeitschrift »Feinwerktechnik«, 63. Jahrgang, November 1959, Heft 11, sind auf den Selten 393 bis 403 verschiedene Induktive Meßwertwandler beschrieben, darunter auch Füllsiandsmesser mit einem Meßtransformator. Allerdings wird dort die Kopplung der Transfer- matorspulen nicht durch die Flüssigkeit selbst* welche In dem dort beschriebenen Fall auch nicht elektrisch leitend sein muß. unterbrochen, sondern durch einen Schwimmer aus ferromagnetlschem Material. Eine solche Anordnung läßt sich für flüssiges Natrium nur schwer verwen- den. und es Ist auch nicht zu ersehen, wie diese Anordnung In Form e'.ner auswechselbaren Sonde hergestellt werden könnte.

Aus der DE-AS 12 43 891 Ist auch ein Gerät bekannt, welches zur Messung des Flüssigkeitsstandes elektrisch leitfähiger Flüssigkelten dient. Bei dieser Anordnung unterbricht die elektrisch leitende Flüssigkeit durch die in Ihr entstehenden Wirbelströme die Kopplung zwischen außen auf einen Behälter gewickelten Spulen und einer im inneren befindlichen Spule. Das dort verwendete Meßprinzip, nämlich die Unterbrechung der induktiven Kopplung von Spulen durch ein Ansteigen der elektrisch leitenden Flüssigkeit liegt auch der hier beschriebenen Erfindung zugrunde. Allerdings soll der Aufwand für diese Messung gegenüber der DE-AS 1243 891 verringert werden.

Aus der US-PS 24 35 043 Ist eine Vorrichtung zur Mesiung einer strömenden elektrisch leitenden Flüssigkeit bestimmt, die jedoch keinerlei Hinwels dafür liefert, wie diese Anordnung zur Füllstandsmessung verwendet werden könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten zu schaffen, welche an einem Handhabungsrohr befestigt und in einem Führungsrohr gleitend an den Meßort gebracht werden kann, wobei die Meßleitungen In dem Handhabungsrohr geführt werden. Diese Vorrichtung ist Insbesondere zum Lecknachweis, d. h. zum Nachweis von ausgetretenen elektrisch leitenden Flüssigkeiten, welche sich an schwer zugänglichen Stellen sammeln, gedacht. Andererseits soll eine größere Zahl solcher Meßwertgeber, untereinander in einem Rohr angeordnet, auch zur Überwachung des Füllstandes in einem Behälter dienen.

Die Schwierigkeit liegt Im hler behandelten Fall unter anderem darin, daß ein chemisch äußerst aggressives, auf hoher Temperatur befindliches und zum Teil auch radioaktives Medium, wie es das in bestimmten Arten von Kernreaktoren zur Kühlung verwendete flüssige Natrium ist, besondere Anforderungen an die Meßvorrichtung stellt, die es wünschenswert erscheinen lassen, eine Meßordnung zu verwenden, die ohne unmittelbaren Kontakt mit dem zu messenden 'i.tedium und ohne bewegliche Teile arbeitet und zu dem durch Fernbedienung an den Meßort gebracht und auch wieder von diesem entfernt werden kann, wodurch ein Auswechseln schadhaft gewordener Teile der Vorrichtung während des Betriebes möglich ist. Die Meßwertumsetzer sollen dabei getrennt von den Meßwertgebern aufgestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch vorgeschlagen, daß der Meßtransformator eine Primärspule und eine Sekundärspule aus metallisch ummanteltem, Isoliertem Draht aufweist und beide Spulen auf einen gemeinsamen hohlen, in Längsrichtung geschlitzten Kern koaxial gewickelt sind, wobei der Kern an seinen Enden und zwischen den Spulen mit umlaufenden, durch den Schlitz unterbrochenen Stegen versehen Ist und als Maß für den Flüssigkeitsstand der elektrisch leitenden Flüssigkeit der Quotient aus der gleichgerichteten Sekundärspannung dem gleichgerichteten Primärstrom dient.

Wird eine am Meßort befindliche Induktionsspule als Primärspule durch einen h|ndurchfließend?n Wechselstrom erregt, so wird In einer zweiten, auf derselben magnetischen Achse liegenden Induktionsspule als Sekundärspule ein zweiter Wechselstrom Induziert, dessen Spannung und Phasenlage durch das Vorhandensein einer elektrisch leitenden Flüssigkeit beispielsweise von flüssigem Natrium, In der Nähe der Spulen, z. B. an der Außenwand des Führungsrohres. In dem sich diese

befinden, meßbar beeinflußt werüm und ?.war in bestimmten Grenzen proportional dem Grad der Benetzung des Führungsrohres durch die Flüssigkeit. Die Spannung dieses in der Sekundärspule induzierten Stromes liefert den Meßwert, der in den Meßwertumsetzer eingespeist und dort mit der Erregerspannung verglichen wird. Der dort gebildete Quotient kann zur Anzeige des Füllsiandss und/oiiür zur Auslösung eines Signals verwendet werden. Der hier beschriebene Aufbau der Anordnung entspricht weltgehend dem der in der Patentanmeldung P 21 2U 523 beschriebenen Vorrichtung zur FernüberwüV'jr.g vöe elektrisch leitenden Flüssigkeiten, doch weist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung statt mindestens drei nur zwei Induktionsspulen auf. Die Verwendung von metallummanteltem Draht erlaubt eine Verwendung der Vorrichtung auch bei hohen Temperaturen und bei hohen Strahlendosen, wobei es sich gezeigt hat, daß das Aneinanderliegen der Metallummtntelungen der Drähte trotz der dadurch hervorgerufenen iCurzschlußströme in den Spulen überraschenderweise ohne nachteiligen Einfluß auf die Güte und Stärke des Meßsignals bleibt. Der Spulenkern aus Reineisen, dessen Curie-Punkt 750° C beträgt, bewirk: eine Steigerung der Signalspannung um etwa das 30fache gegenüber der von einer Spule ohne Kern gelieferten. Sein magnetischer Widerstand beispielsweise gegenüber Natrium ist so gering, daß auch etwaige Änderung seiner Permeabilität infolge von Strahlungseinwirkung ohne Rückwirkung auf die Genauigkeit der Messung bleibt. Der Längsschlitz im Kern dient zur Dämpfung der in ihm auftretenden Wirbelströme und zur Verlegung der Drähte. Die umlaufenden Stege aus dem gleichen Material, mit denen der Kern versehen ist, und die zwischen den Spulen und deren äußeren Enden angeordnet sind, bewirken, daß die magnetischen Feldlinien der Spulen in stärkerem Maße senkrecht zur Achse des Kerns ausgelenkt und sie dadurch stärker durch eine in ihrem Bereich befindliche elektrisch leitende Flüssigkeit beeinflußt werden, wodurch das Meßsignal ebenfalls verstärkt wird. Eine Füllstandsmessung ist nur im Bereich der Induktionsspulen möglich, deren Länge mit Rücksicht darauf, daß der Meßwertgeber möglicherweise auch durch gekrümmte Führungsrohre an den Meßort gebracht werden muß, begrenzt ist. Die guten Ergebnisse, die mit solchen Sonden erzielt werden, liegen in der besonders günstigen Kombination verschiedener Merkmale begründet, wobei zur Ertüchtigung für die extremen Einsatzbedingungen und zur Verringerung des Aufwandes mehrere Maßnahmen gleichzeitig nötig waren, deren günstiges Zusammenwirken nicht ohne weiteres erkennbar war. Insbesondere auch die Bildung des Quotienten aus gleichgerichteter Sekundärspannung und gleichgerichtetem Primärstrom bewirkt eine Verbesserung der Meßgenauigkeit.

Im folgenden werden in den Unteransprilchen weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Zur Erfassung eines oder mehrerer größerer Füllstandsbereiche wird gemäß einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal vorgeschlagen, daß mehrere mit dem Meßwertumsetzer verbundene Meßwertgeber übereinander angeordnet sind, und zwar entweder In einem gemeinsamen Führungsrohr oder aber In mehreren solcher Führungsrohre.

In weilerer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Induktionsspulen und Ihr Kern In einem geschlossenen Schutzrohr angeordnet sind. Das Schutzrohr verhindert neben mechanischen Beschädigungen der Spulen deren tnrjlicherwelse ungleichmäßige Benetzung, die zu fehUrhaften Meßergebnissen führen könnte und die auch eine zusätzliche Dämpfung hervorrufen würde.

D!¹? Verwendung von meiaiiummsnic'H ^ Dreht gestalte?, es. als weiteres Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung vorzuschlagen, daß die Sn dem Handhabungsrcf:^r g?.^rPhrten Zuleitungen der Induktionsspulen mit den Drähten der zugehörigen Induktionsspulen eine Einheit bilden. Durch den Wegfall von Klemm- oder Lötverbindungen wird die Betriebssicherheit der Vorrichtung erhöhte.

In weiterer Ausgestaltung ücr Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Zuleitungen der Induktionsspulen in einer Durchführung am Ende des Schut^rohres dient eingelötet sind. Dadurch wird erreicht, daß der Meßwertgeber eine geschlossene Einheit bildet und die Zuleitungen gegen Beschädigung durch Scheuern an der Durchführung geschützt sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das mit dem Meßwertgeber verbundene Handhabungsiohr aus einer eng aneinander gewickelten Drahtspirale und mindestens einem dar >.^ver geflochtenen Drahtgewebeschlauch besteht. Dies ermöglicht es, das Rohr sowohl auf Zug als auch auf Druck beanspruchen zu können, wie es beispielsweise nötig ist, um den Meßwertgeber aus dem Führungsrohr herauszuziehen, bzw. in dieses hineinzuschieben. Die vorgeschlagene Konstruktion gestattet es, diese Kräfte ohne Schaden für das Rohr so zu bemessen, daß auch erhebliche Widerstände, beispielsweise durch das Klemmen des Meßwertgebers im Führungsrohr venjrsacht, überwunden werden können, ja jede der beiden Arten der Belastung durch ein besonderes, dafür geeignetes Organ aufgenommen wird, wobei sich beide Organe gegenseitig abstützen. Als weltere Vorteile sind zu nennen: Die Möglichkeit, im freien Innenraum des Rohres die Zuleitungen der Induktionsspulen zu führen und die Möglichkeit, das Rohr bei hohen Umgebungstemperaturen zu verwenden. Ferner lassen sich bei dieser Bauweise geringe Rohrdurchmesser, beispielsweise von 12 mm und geringe Biegeradien, beispielsweise von 0,5 m erreichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das erwähnte Handhabungsrohr mit einer bifilar gewickelten elektrischen Heizung versehen 1st, die es gestattet, etwa vorhandene erstarrte Reste der Flüssigkeit, beispielsweise festes Natrium, abzuschmelzen, die sonst die Handhabung beeinträchtigen könnten. Es ist zweckmäßig, auch die Meßwicklungen beheizbar auszuführen, so daß auch der Meßwertgeber erwärmt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 die Vorrichtung in einer zum tecknachweis geeijneiin Anordnung,

Fig. 2 einen Längsajiialschnüt durch den Meßwertseber In dieser Anordnung,

Fig. 3 die Vorrichtung In einer Anordnung, die zur Füllstandsmessung dient,

Fig. 4 einen Längsaxlalschnitt durch den Meßwertgeber in dieser Anordnung,

Flg. 5 einen Querschnitt durch denselben entsprechend der Linie A-S in den Flg. 2 und 4,
Fig. 6 einen Längsaxlalsrhnui durch das flexible Handhabungsrohr.

Die F) g. I Z₁Ii₅I e'ne-s Rdiälter (1), der mit einer Flüssigkeit (2) gefüllt und In einem Sicherheitsbehälter ;3). beispielsweise aus Beton angeordnet Ist. Zum Nachwels

etwaiger Lecks Im Behälter (1) dient ein In einem Führungsrohr (4) an die tiefste Stelle des Slcherheltsbehälters (3) geführter Meßwertgeber (27), der In Fl g. 2 näher dargestellt Ist.

Die Fig. 2 zeigt den Im Führungsrohr (4) geführten Meßwertgeber (27), bestehend aus einer Prlmflrspule (S) und aus einer Sekundärspule (6), beide aus metallumwikkeltem. Isoliertem Draht, die auf einen gemeinsamen, hohlen, zylindrischen Eisenkern (7) gewickelt sind, der über seine gesamte Länge mit einem Schlitz (8) (s. Flg. S) und an seinem Umfang mit Stegen (9) versehen Ist. Die Spulen (5 und 6) sind In einem Schutzrohr (10) angeordnet, das unten und oben mit Stopfen (11 bzw. 12) verschlossen Ist. An dem oberen Stopfen (12) Ist eine Durchrührung (13) befestigt, In der Drähte (19) dicht eingelötet sind, die von und zu den Spulen (5 und 6) führen, und von denen hler nur zwei dargestellt sind. Die Durchführung (13) ist mit einem umlaufenen Wulst (20) verse ilen, UCi UCIi iticmWci igcucf

Dieses kann mit Bohrungen (21) versehen sein, um die Leckflüssigkeit In unmittelbare Nähe der Spulen (5 und 6) zu bringen. Der Meßwertgeber Ist an seinem oberen Ende mit einem flexiblen Handhabungsrohr, dessen Teile (14, IS) und (17) In der Fig. 6 näher erläutert sind, verbunden.

Die Flg. 3 zeigt einen weiteren Behalter (22), der eine Flüssigkeit (23) enthält, deren verschiedene mögliche Spiegel, Im Beispiel drei (24, 25 und 26) durch ebenso viele. Im Führungsrohr (4) In der entsprechenden Höhe angeordnete und durch Stücke eines flexiblen Handhabungsrohres sowohl miteinander verbundene als auch auf dem erforderlichen Abstand voneinander gehaltene Meßwertgeber (28, 29 und 30) überwacht werden.

Die Sollhöhe der Flüssigkeitsspiegel (24, 25 und 26) kann In einfacher Welse dadurch verändert werden, daß die Meßwertgeber (28, 29 und 30) mittels des flexiblen Handhabungskabels mehr oder weniger lief In das Führungsrohr (4) eingeschoben werden.

Die Flg. 4 zeigt einen der Meßwertgeber, Im Beispiel den mittleren (29). wobei die Bezeichnungen mit denen der Flg. 2 übereinstimmen. Die Drähte (10), die zu dem oberhalb gelegenen Meßwertgeber (28) führen, sind hler ebenfalls durch den hohlen Kern (7) des Meßwertgebers (29) geführt, und dieser Ist an beiden Enden mit flexiblen Handhabungsrohren verbunden, wie sie in Flg. 6 näher dargestellt sind.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen der Meßwertgeber (27, 28; 29 oder 3°) «nisnrechend der Linie A-B In den Fl g. 2 und 4 und die Lage eines Schlitzes (8), der über die gesamte Länge des Kernes (7) führt.

Die Fig. 6 zeigt das erfindungsgemäße Handhabungsrohr, bestehend aus einer eng anelnandergewickelten Drahtspirale (14), über die hier ein Drahtgewebeschlauch (15) geflochten Ist. An jedem Ende Ist das Rohr mit Anschlußstulzen (16 und 17) versehen. Ferner weist das Handnabungsrohr eine blfllar gewickelte elektrische Heizung (Vi) auf.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten mit einem Meßtransfor- s mator zur Umformung des Flüssigkeitsstandes in eine elektrische Grüße, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Der Meßtransformator weist eine Primärspule (1) \>.n<l eine Sikundärspule (2) aus metallisch ummanteltem, isoliertem Draht auf.

b) Primärspule (1) und Sekundärspule (2) sind auf einem gemeinsamen hohlen in Längsrichtung geschlitzten Kern (3) koaxial angeordnet.

c) Der Kern 1st an seinen Enden und zwischen den Spulen mit umlaufenden, durch den Schlitz (4) unterbrochenen Stegen (5) versehen.

d) Als Mall für den Fius^^itsstand der elektrisch leitenden Flüssigkeit dient der (quotient aus der gleichgerichteten Sekundärspannung und dem gleichgerichteten Primärstrom.

2. Anordnung zur Füllstandsmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere MeBtransformatoren übereinander angeordnet sind.

3. Anordnung zur Füllstandsmessung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (1 und 2) und ihr Kern (3) In einem geschlossenen Schutzrohr (6) angeordnet sind.

4. Anordnung zur Füllstandsmessung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (10) der Induktionsspulen (1 und 2) in einer Durchfall.ung (9) am Ende des Schutzrohres (6) dicht eingelotet sind.

5. Anordnung zur Füllstandsmessung nach Anspruch 1, dadurch gekenruelchr-ot, daß die Meßan-Ordnung mit einem flexiblen Handhabungsrohr verbunden ist, das aus einer eng anelnandergewlckclten Drahtspirale (14) und mindestens einem darüber geflochtenen Drahtgewebeschlauch (15) besteht.

6. Anordnung zur Füllstandsmessung nach «o Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das Handhabungsrohr im Inneren mit einer blfllar gewickelten elektrischen Heizung (18) versehen Ist.