DE2226961C2 - Incline meter - Google Patents

Incline meter

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DE2226961C2
DE2226961C2 DE2226961A DE2226961A DE2226961C2 DE 2226961 C2 DE2226961 C2 DE 2226961C2 DE 2226961 A DE2226961 A DE 2226961A DE 2226961 A DE2226961 A DE 2226961A DE 2226961 C2 DE2226961 C2 DE 2226961C2
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    • G—PHYSICS
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Description

6 Steigungsmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Taster (λ, B) als induktive Meßgrößenaufnehmer mit teleskopartig federnden Spitzen (20) ausgebildet sind und jede Spitze in ihrer Maximalauslenkung so justiert ist, daß ein Abstand zusehen Spitze und Rohr besteht und jede am Taster vorbeigeführte Außenrippe (3) die Spitze in Richtung der Längsachse des Tasters bewegt.6 inclinometer according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the buttons (λ, B) are designed as inductive measuring sensors with telescopically resilient tips (20) and each tip is adjusted in its maximum deflection so that a distance can be seen tip and tube and each outer rib (3) guided past the button moves the tip in the direction of the longitudinal axis of the button.

7. Steigungsmeßgerät nach einem oder mehrere:, der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Taster (A, B) als induktive Näherungsschalter ausgebildet sind.7. Inclinometer according to one or more :, of claims 1 to 6, characterized in that the buttons (A, B) are designed as inductive proximity switches.

S. Steigungsmeßgerät nach einem oaer mehrereri der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Taster (A, B) als optoelektronische Schalter ausgebildet sind.S. Inclinometer according to one or more of Claims 1 to 6, characterized in that the buttons (A, B) are designed as optoelectronic switches.

Die Erfindung betrifft ein Steigungsmeßgerät zur kontinuierlichen Kontrolle von Steigungsabweichungen von Außenrippen an Rohren.The invention relates to a slope measuring device for the continuous control of slope deviations of outer ribs on pipes.

Bei schnellen Brutreaktoren bestehen die Brennelemente aus einer Vielzahl von Brennstäben mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 10 mm und einer Länge von etwa 2 m. Das Hüllrohr des Brennstabes hat aus kernphysikalischen Gründen nur geringe Wandstärke und ist durch gleichmäßig am Umfang verteilte gewendelte Außenrippen verstärkt. Benachbarte Stäbe stützen sich an den Rippenköpfen ihrer Hüllrohre ab, wenn dafür gesorgt wird, daß die Steigung der Rippen bestimmten Genauigkeitsanforderungen genügt. Die Abmessungen der Stäbe eines Brennelementbündels unterliegen fertigungsbedingten Toleranzen. Diese können sich im Bündel addieren und zu einem Versatz der Stäbe, also zu Verschiebungen aus der Lage im regelmäßigen Stabverband führen. Neben der Größe des Bündels sind die Toleranzen des Kopfkreisdurchmessers der Rippen, des Brennelementkastens sowie die Rippensteigung von Bedeutung. Besonders wichtig ist die Steigungstoleranz, denn wenn der Unterschied der Rippensteigung benachbarter Stäbe eine' bestimmte Größe überschreitet, ist auf Grund des Auswanderns des gemeinsamen Abstützpunktes aus der Verbindungsgeraden der Stabmittelpunkte eine Annäherung benachbarter Stäbe möglich. Dadurch würde eineIn fast breeder reactors, the fuel elements consist of a large number of fuel rods a diameter of the order of magnitude of 5 to 10 mm and a length of about 2 m For reasons of core physics, the fuel rod has only a small wall thickness and is uniform through Coiled outer ribs distributed around the circumference reinforced. Adjacent bars are supported on the rib heads their cladding tubes if it is ensured that the pitch of the ribs certain accuracy requirements enough. The dimensions of the rods of a fuel assembly are production-related Tolerances. These can add up in the bundle and lead to an offset of the bars, thus lead to shifts from the position in the regular bar structure. Besides the size of the bundle are the tolerances of the tip diameter of the ribs, the fuel assembly box and the rib pitch significant. The slope tolerance is particularly important, because if the difference is the The inclination of the ribs of neighboring bars exceeds a certain size, is due to the migration of the common support point from the straight line connecting the rod centers an approximation neighboring bars possible. This would make a

Reduzierung des Küwquerschnittes eintreten, so daß libe überhitzungen mit einer unzulässigen BeIa-S des Brennstabes dessen Standzeit herabsetzen aus Istwert-Sollwert'Reduction of the Küw cross section occur, so that libe overheating with an impermissible BeIa-S of the fuel rod reduce its service life from the actual value setpoint '

ezahnüber- tooth over-

^ulägg^ Her sich zwei Rippenköpfe im Brennelementbundel iide noch gegeneinander abstütze* können, ergibt aus der Rippenkopfbreite b, und dem Kopfkreisgen eine der
tionale ^^ ulägg ^ If two rib heads in the fuel element bundle can still be supported against one another *, one of the rib heads results from the rib head width b and the tip circles
tional ^

etereter

S derS the

pioportionale zweitepioportional second

eine rafcuuummv. ——. .— a rafcuuummv. ——. .—

tung «m einen vorbestimmten Weg verschoben und dabei der Winkel der von der gewendelten Rippe verursachten Drehung abgelesen und mit einem Soilv.jrt verglichen Dieses Verfahren ist wegen der erforderlichen manuellen Winkel- und Wegmessung sehr ungenau und zeitaufwendig. Da die von Hand beweise Meßtrommel vorzugsweise um eine Steigungsvei schoben wird, weil der Winkelsollwert dann C beträgt, können örtliche Steigungsabweichungcn sowie der kontinuierliche Verlauf der Rippenmantellmie nicht ermittelt werden.tung «m moved a predetermined path and while reading the angle of the rotation caused by the coiled rib and using a Soilv.jrt compared this procedure is because of the required manual angle and distance measurement is very imprecise and time-consuming. Since the by hand prove measuring drum preferably by a pitch vei is shifted because the angle setpoint is then C, local slope deviations can as well as the continuous course of the rib mantle layer cannot be determined.

von dc
stehen, ^..
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stand, ^ ..
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geführt ist "°d
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rvon zwei mit je einerrof two with one each

Führungsbuchsen zentral buhmng ^ ^Guide bushes central buhmng ^ ^

Abstände zwivorbestimmter desDistances between certain des

festse firmly se

n arretierbar ist. der Meßgroßen-n can be locked. the measured variable

ös,, ,laß voneinander unabhängige Taster als McS-ös ,, let independent buttons as McS-

Ä es auchÄ it too

als induktive Näherungs-SCalt» Uas inductive proximity switch » U

net sind, daß bei Abweichung Null der Steigung emer Kontrolle von Rippen-net are that with zero deviation of the slope emer Control of rib

u"nd wird in, fCgenden naherand will be in the near future

de,de,

der Ta**the Ta **

rur diefor the

MeBhAt = S k MeBhAt = S k

einer Rippe erzeugten Signahmpulse »erslarkl daß» Z »eÄlen Signalimpulse eines Taster te Aus-signal pulses generated by a rib »erslarkl that» Z »eÄlen signal pulses from a button

"'*'itigen> in Achsrichtung gemessenen 8!gSgeo,dnete Taster A B deren"'*'itigen> 8 ! g S g eo, dnete button AB their measured in the axial direction

AWenen Zeiten berührt. DieA few times touched. the

i, al» in eine ZeitdifTeren^ ■ transform.er,i, al »in a time difference ^ ■ transform.er,

2 2262 226

■<■ <

S =S =

00
ASAS

A φA φ

At = At =

Gesamtsteigung,
Sollwert der Steigung,
Steigungsabweichung,
örtliche Winkelabweichung,
Bezugslänge,
Zeitdifferenz,Total gradient,
Nominal value of the slope,
Slope deviation,
local angular deviation,
Reference length,
Time difference,

S= S0 ± AS S = S 0 ± AS

K)K)

At= ±^-AS.At = ± ^ -AS.
ηη

Bei der Zeitmessung ist also das Vorzeichen zu beachten, damit positive und negative Steigungsabweichungen verarbeitet werden können. When measuring time, the sign must be observed so that positive and negative slope deviations can be processed.

Die von den Tastern A, B beim Abtasten der Rippe erzeugten Signale werden in Trägerfrequenzmeßbrükken 4, 5 verstärkt und als Signalimpulse A0 und B0 Verzögerungseinheiten 6 und 7 zugeführt und mit einer konstanten Verzögerung von 4 ms als Speicherbefehl auf je einen Analogspeicher 8,9 gegeben. Die Eingänge der Speicher 8 und 9 werden gleichzeitig mit einem Sägezahngenerator 10 angesteuert, dessen Sägezahnspannung mit dem Impuls A0 auf Null zurückgesetzt wird.The signals generated by the buttons A, B when scanning the rib are amplified in carrier frequency measuring bridges 4, 5 and supplied as signal pulses A 0 and B 0 to delay units 6 and 7 and with a constant delay of 4 ms as a memory command to an analog memory 8, 9 each given. The inputs of the memories 8 and 9 are controlled simultaneously with a sawtooth generator 10, the sawtooth voltage of which is reset to zero with the pulse A 0.

Wie sich aus dem in F i g. 2 dargestellten Impulsdiagramm ergibt, ist der Nullpunkt N der Sägezahnspannung mit dem unverzögerten Impuls A0 zeitlich identisch. Die gegenüber A0 um eine konstante und eine durch Steigungsabweichungen bedingte Zeit verzögerten Steuerimpulse Av und Bv für die Analogspeicher 8 und 9 übertragen der Zeitverzögerung entsprechende Momentanwerte UA und UB der Sägezahnspannung auf die Speicherausgänge, die mit einem Differenzverstärker 11 verbunden sind. Die im Differenzverstärker gebildete Spannungsdifferenz UA - UB = Ujs sind der örtlichen Steigungsabweichung 1S der RTppenmantellinie proportional und können am Ausgang des Differenzverstärkers abgenommen und auf einen Schreiber gegeben werden, dessen Schrieb in Fig. 3 wiedergegeben ist. Durch Integration der Differenzspannung U1 s mit einem Integrator 12 wird ein Signal ϋΛφ gebildet, das der örtlichen Winkelabweichung Δ φ der Rippe voü ihrer Sollposition entspricht und dem tatsächlichen Verlauf der Rippenmantellinie identisch istAs can be seen from the in FIG. 2 shows, the zero point N of the sawtooth voltage is chronologically identical to the instantaneous pulse A 0. The opposite A 0 delayed by a constant and caused by slope deviations timing pulses A v B v transferred to the analog memory 8 and 9 the time delay corresponding instantaneous values U A and U B of the ramp voltage to the memory outputs which are connected to a differential amplifier. 11 The voltage difference U A - U B = Ujs formed in the differential amplifier are proportional to the local slope deviation 1S of the Rppenmantellinie and can be picked up at the output of the differential amplifier and sent to a recorder, the record of which is shown in FIG. By integrating the differential voltage U 1 s with an integrator 12, a signal ϋ Λφ is formed which corresponds to the local angular deviation Δ φ of the rib from its target position and is identical to the actual course of the rib surface line

In Fig. 2 sind die drei grundsätzlich möglichen Fälle für den zeitlichen Verlauf von U15 und U1, dargestellt Dabei werden im Differenzverstärker die Spannungen U4 positiv und UB negativ bewertetIn Fig. 2, the three fundamentally possible cases for the time course of U 15 and U 1 are shown. The voltages U 4 are evaluated positively and U B negatively in the differential amplifier

Bei Übereinstimmung von Sollwert und Istwert der Rippenmantellinie sind die Signale/I0 und B0 der Taster A und B zeitlich identisch. Von der durch den Impuls A0 gestarteten Sägezahnspannung werden — gesteuert durch die ebenfalls zeitgleichen, um 4 ms verzögerten Impulse Av und Bv — auf die Ausgänge der Analogspeicher 8 und 9 positive Spannungen U4 If the target value and the actual value of the rib surface line match, the signals / I 0 and B 0 of buttons A and B are chronologically identical. From the sawtooth voltage started by the pulse A 0 , positive voltages U 4 are transferred to the outputs of the analog memories 8 and 9 - controlled by the pulses A v and B v , which are also simultaneous and delayed by 4 ms

und UB übertragen, die gleich groß sind, so daß UA - VB = 0 ergibt.and U B , which are of equal size, so that U A - V B = 0 results.

Bei Abweichungen vom Sollwert kann einmal das Signal B0 früher als das Signal A0 erzeugt werden. Das Signal Bv liegt ebenfalls zeitlich früher als Av, In case of deviations from the desired value, the signal B 0 can be generated earlier than the signal A 0 again. The signal B v is also earlier in time than A v ,

so daß die am Sägezahn abgegriffene Spannung UB < U4, die Differenzspannung UA - UB > O ist. Wird im anderen Fall das Signal B0 später als A0 erzeugt, so liegt auch Bv zeitlich nach Av, und es ist UB > UA und UA-UB< O.so that the voltage U B <U 4 tapped at the sawtooth, the differential voltage U A - U B > O is. If, in the other case, the signal B 0 is generated later than A 0 , then B v is also temporally after A v , and U B > U A and U A -U B < O.

Das vorgeschlagene Steigungsmeßgerät ist auch geeignet für Messungen an Rohren mit π Rippen,The proposed inclinometer is also suitable for measurements on pipes with π ribs,

. denn auf Grund des Herstellungsverfahrens schließen die Verbindungslinien der η Rippenmantellinien mit dem Rohrzentrum Zentriwinkel konstanter Größe ein, die lediglich von Rippe zu Rippe um ebenfalls konstante Beträge voneinander abweichen können.. because due to the manufacturing process, the connecting lines of the η rib surface lines with the tube center include central angles of constant magnitude, which can only differ from one another by also constant amounts from rib to rib.

Auch die Steigungsabweichungen, bedingt durch Herstellungsfehler, sind für alle π Rippen von gleicher Größe, Steigungsabweichungen bedingt durch nach der Fertigung auftretende mechanische Einwirkungen dagegen nicht.The pitch deviations, caused by manufacturing errors, are also the same for all π ribs Size, pitch deviations due to mechanical effects occurring after production on the other hand not.

F i g. 3 zeigt Meßwerte von Steigungsabweichungen U15 und Winkelabweichungen Uif über der Rohrlange, also den Verlauf der Rippenmantellinie an einem Rohr mit 6 Wendelrippen.F i g. 3 shows measured values of slope deviations U 15 and angle deviations U if over the pipe length, that is to say the course of the rib surface line on a pipe with 6 helical ribs.

Während die Winkelabweichungen Ay für alle Rippen gleich groß sind (sauberer Strich), zeigen die Steigungsabweichungen A S von Rippe zu Rippe kleine Unterschiede (Zackenschrieb), die jedoch über die Rohrlänge konstant sind (Amplitude der Zacken).While the angular deviations Ay are the same for all ribs (clean line), the slope deviations AS show small differences from rib to rib (serration), which, however, are constant over the length of the pipe (amplitude of the serrations).

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Abtasteinrichtung. Das Rippenrohr 1 wird in Führungsbuchsen 13 mit einer Drehzahl π gedreht und gleichzeitig mit einem Vorschub VR in Achsrichtung bewegt. Die Führungsbuchsen sind an eine erste Hülse 14 angeschlossen, auf der eine zweite Hülse 15 drehbar angeordnet und in vorbestimmter Winkelstellung mit einer Feststellmutter 16 arretierbar ist. In einer Bohrung 17 der Hülse 14 ist ein Taster A und in einer Bohrung 18 der Hülse 15 ist ein Taster B als Meßgrößenaufnehmer angeordnet deren Spitzen 20 von den vorbeilaufenden Rippen 3 in ihrer Achsrichtung bewegt werden. Im Achsabstand I0 = 60 mm der Taster A und B ist die Hülse 14 mit einem sich über den Hülsenumfang erstreckenden Langloch 19 versehen, durch das der Taster B geröhrt ist4 shows a simplified sectional illustration of a scanning device. The finned tube 1 is rotated in guide bushes 13 at a speed π and at the same time moved with a feed rate V R in the axial direction. The guide bushings are connected to a first sleeve 14, on which a second sleeve 15 is rotatably arranged and can be locked in a predetermined angular position with a locking nut 16. In a bore 17 of the sleeve 14 is a button A and in a bore 18 of the sleeve 15 is a button B as a transducer, the tips 20 of which are moved by the passing ribs 3 in their axial direction. At the center distance I 0 = 60 mm of the buttons A and B, the sleeve 14 is provided with an elongated hole 19 extending over the circumference of the sleeve, through which the button B is tubular

Zum Justieren des Steigungsmeßgerätes werden an einem Testrohr mit einer Lehre Steigungsabweichungen ermittelt und diese Abweichungen vom SollwertTo adjust the inclinometer, incline deviations are measured on a test tube with a gauge determined and these deviations from the target value

durch entsprechendes Einstellen der Zeitverzögerung an den Verzögerungseinheiten 6 und 7 kompensiert Die Meßgenauigkeit ist also im wesentlichen von der Genauigkeit der bei der Testmessung verwendeten Lehre abhängig.compensated for by setting the time delay at the delay units 6 and 7 accordingly The measurement accuracy is therefore essentially the same as that used in the test measurement Teaching dependent.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Steigungsmeßgerät zur kontinuierlichen Kontrolle von Steigungsabweichungen von Außenrippen an Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Taster (A, B) als Meßgrößenaufnehmer in einem vorbestimmten, in Richtung der Rohrachse liegenden Abstand (I0) und in einem anderen vorbestimmten, der Rippensteigung entsprechenden azimutalen Abstand (O0) so angeordnet sind, daß bei Abweichung Null der Steigung einer Rippe (3) von dem Sollwert der Rippensteigung jeder der Taster (A, B) relativ zur Rippe (3) die gleiche Stellung einnimmt und jede Rippe des mit vorbestimmter Drehzahl und vorbestimmtem Vorschub bewegten Rohres (I) beim Erreichen eines Tasters einen Signalimpuls erzeugt, und daß eine nachgeschaltete Meßwertverarbeitung (4 bis 12) die zeitliche Relation der Signalimpulse (/I0, B0) du Taster (A, B) ermittelt und in Spannungswerte (UΛ, VB) umformt, wobei deren Differenzspannung (U15 = UA - U8) der örtlichen Abweichung ( 1 S) der Rippensteigung von ihrem Sollwerf und eine durch Integration der Differenzspannung (Uts) gebildete zweite Spannung (Uh) der örtlichen Winkelabweichung ( I9) der Rippe von ihrer Sollposition proportional ist.1. Inclinometer for the continuous control of inclination deviations of outer ribs on pipes, characterized in that two independent buttons (A, B) as measuring transducers in a predetermined, in the direction of the pipe axis distance (I 0 ) and in another predetermined, the rib slope corresponding azimuthal distance (O 0 ) are arranged so that when the slope of a rib (3) deviates from the setpoint value of the rib slope, each of the buttons (A, B) relative to the rib (3) assumes the same position and each rib of the predetermined speed and predetermined feed of moving pipe (I) when reaching a button generates a signal pulse, and that a downstream measured value processing (4 to 12) determines the time relation of the signal pulses (/ I 0 , B 0 ) du button (A, B) and converted into voltage values (U Λ , V B ) , their differential voltage (U 15 = U A - U 8 ) being the local deviation (1 S) of the rib slope from their m Sollwerf and a second voltage (U h ) formed by integrating the differential voltage (U ts ) is proportional to the local angular deviation (I9) of the rib from its target position. 2. Steigungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerfrequenz-Meßbrücke (4, 5) die vom Taster (A, B) beim Abtasten einer Rippe (3) erzeugten Signalimpulse (A0, B0) verstärkt, daß die verstärkten Signalimpulse (A0) eines Tasters (A) die Ausgangs.°pannung eines Sägezahngenerators (10) auf Null zurücksetzt, daß die Sägezahnspannung auf die Eingänge zweier Analogspeicher (8, 9) geführt ist, daß die Signalimpulse (A0, B0) der Trägerfrequenz-Meßbrükken (4,5) mit je einer Verzögerungseinheit (6,7) um eine vorbestimmte Zeit verzögert auf die Steuereingänge der Analogspeicher (8, 9) gelangen, daß jeder Signalimpuls (A0, B0) bedingt durch seine vorbesümmte Zeitverzögerung und eine zusätzliche aus Istwert-Sollwert-Abweichungen resultierende Zeitverzögerung je einen Momentanwert (UA, U8) der Sägezahnspannung auf den Ausgang der Analogspeicher (8,9) überträgt, daß ein Differenzverstärker (11) aus diesen Spannungen (UA, UB) eine der örtlichen Steigungsabweichung (1 S) proportionale Differenzspannung (U15) und ein nachgeschalteter Integrator (12) eine der örtlichen Winkelabweichung (Λφ) der Rippe von ihrer Sollposition proportionale zweite Spannung (U1,) erzeugt. 2. Inclinometer according to claim 1, characterized in that a carrier frequency measuring bridge (4, 5) amplifies the signal pulses (A 0 , B 0 ) generated by the button (A, B) when scanning a rib (3), that the amplified signal pulses (A 0 ) of a button (A) resets the output voltage of a sawtooth generator (10) to zero, that the sawtooth voltage is fed to the inputs of two analog memories (8, 9), that the signal pulses (A 0 , B 0 ) of the Carrier frequency measuring bridges (4,5), each with a delay unit (6,7) delayed by a predetermined time, arrive at the control inputs of the analog memory (8, 9) so that each signal pulse (A 0 , B 0 ) is due to its predetermined time delay and an additional time delay resulting from deviations from the actual value and setpoint value for each instantaneous value (U A , U 8 ) of the sawtooth voltage to the output of the analog memory (8, 9) transmits that a differential amplifier (11) uses these voltages (U A , U B ) one of the local slopes softness (1 S) proportional differential voltage (U 15 ) and a downstream integrator (12) generates a second voltage (U 1 ,) proportional to the local angular deviation (Λφ) of the rib from its target position. 3. Steigungsmeßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogspeicher (8,9) im wesentlichen aus je einem Sample- and Hold-Kreis bestehen.3. Inclinometer according to claim 1 and 2, characterized in that the analog memory (8,9) essentially consist of one sample and hold circuit each. 4. Steigungsmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Taster (A, B) in je einer rohrförmigen Führungshülse (14, 15) angeordnet ist und die Längsachsen der Taster die Wand der Führungshülse radial durchdringen und senkrecht auf der Längsachse des von der Führungshülse umschlossenen Meßobjektes (1) stehen, daß das Meßobjekt von zwei mit je einer Führungshülse verbundenen Führungsbuchsen (13) zentral geführt ist und daß die Fünrungshülsen Mittel zum Einstellen vorbestimmter azimutaler Abstände (O0) zwischen den Längsachsen der Taster (A, B) und vorbestimmter Absfände (Z0) der Taster in Richtung der Langsachse des Meßobjektes besitzt4. Inclinometer according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that each button (A, B) is arranged in a tubular guide sleeve (14, 15) and the longitudinal axes of the buttons penetrate the wall of the guide sleeve radially and perpendicularly the longitudinal axis of the test object (1) enclosed by the guide sleeve, that the test object is guided centrally by two guide bushes (13) each connected to a guide sleeve and that the guide sleeves have means for setting predetermined azimuthal distances (O 0 ) between the longitudinal axes of the buttons ( A, B) and predetermined distances (Z 0 ) the button has in the direction of the longitudinal axis of the test object 5 Steigungsmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer ersten feststehenden Führungshülse (14) eine zweite Führungshülse (15) drehbar angeordnet und mit einer Feststellmutter (16) in vorbestimmten azimutalen Abständen (O0) arretierbar5 inclinometer according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a second guide sleeve (15) is rotatably arranged on a first stationary guide sleeve (14) and can be locked with a locking nut (16) at predetermined azimuthal distances (O 0 )
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