DE2345932A1

DE2345932A1 - Kontinuierlicher fuellstandsmesser fuer elektrisch leitende fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2345932A1
Application number: DE19732345932
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl Ing Lauhoff
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1973-09-12
Filing date: 1973-09-12
Publication date: 1975-03-20
Also published as: GB1476758A; FR2243425A1; FR2243425B1; JPS5759928B2; DE2345932C2; JPS5055796A; DE7333074U; IT1021215B

Description

INTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg

Kontinuierlicher Füllstandsmesser für elektrisch leitende Flüssigkeiten

5.9.1973 We/Di 24.234.9

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kontinuierlichen Füllstandsmesser nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitende Flüssigkeiten, beispielsweise für das in Kernenergieanlagen verwendete flüssige Natrium, i^obei eine Primärspule mit einem konstanten Wechselstrom erregt und die in einer Sekundärspule induzierte Spannung überwacht wird und die Spulen auf einen gemeinsamen stabförmigen Kern aus einem ferromagnetischen Material oder austenitischem Stahl gewickelt sind. Um die Spulen gegen den Einfluß korrosiver Flüssigkeiten und gegen mechanische Beschädigungen zu schützen, werden sie zumeist in einem geschlossenen Hüllrohr angeordnet.

Derartige Füllstandsmesser sind an sich bekannt. In dem Bericht von H.W. Slocomb:Liquid Metal Level Measurement (Sodium) State of the Art Study, Nr. NAA-SR-MEMO-125 82 vom 15.11.67 des Liquid Metal Engineering Center wird auf den Seiten 10 bis 16 eine Obersicht über die bekannten Vorrichtungen dieser Art gegeben. Danach ist es bekannt, eine bifilar auf einen Kern gewickelte Spule zu verwenden, deren einer Draht als Primär-, und deren anderer Draht als Sekundärwicklung wirkt. Dabei nimmt die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung in dem Maße ab, in dem das Hüllrohr der Spule mit der elektrisch

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leitenden Flüssigkeit benetzt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die in der Sekundärspule induzierte Spannung auch bei einem durch die zu überwachende Flüssigkeit benetzten Hüllrohr im Verhältnis zu der beim unbenetzten Hüllrohr auftretenden verhältnismäßig groß ist. Diese Rostspannung kann nicht ohne weiteres wegkompensiert werden, da sie von der Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit abhängt. Ein ähnliches Gerät ist auch in der DT-AS 1 243 891 beschrieben, das jedoch den Nachteil aufweist, daß nur die Sekundärspule auf den Kern gewickelt ist, die Primärspule jedoch auf die Außenwand des die zu überwachende Flüssigkeit enthaltenden Behälters. Dadurch wird der.mögliche Durchmesser des Behälters auf ein bestimmtes Maß begrenzt, oder aber die Primärspulen müssen konzentrisch um die Sekundärspulen in einem zusätzlichen, ringförmigen Hüllrohr angeordnet werden. In der DT-OS 2 210 296 hat die Anmelderin bereits einen Füllstandsmesser für elektrisch leitende Flüssigkeiten vorgeschlagen, der die genannten Nachteile weitgehend vermeidet, jedoch eine größere Anzahl von abwechselnd zueinander angeordneten Spulen erfordert, die in umlaufenden Nuten des Kerns angeordnet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein verbesserter und vereinfachter kontinuierlicher Füllstandsmesser nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitende Flüssigkeiten, bei dem die in den Sekundärspulen induzierte Spannung bei benetztem Hüllrohr vernachlässigbar klein ist, der von einfachem Aufbau, im Betrieb auswechselbar und auch bei höheren Temperaturen, beispielsweise 600⁰C verwendbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, nur je eine Primär- und Sekundärspule zu verwenden, die in Längsrichtung auf den Kern gewickelt sind. Gegenüber der in der DT-OS 2 210 296 gezeigten Vorrichtung wird durch den Einsatz nur je einer Primär- und Sekundärspule, von denen jede nur eine geringe Anzahl von Windungen

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(ca. 5) aufzuweisen braucht, eine erhebliche Vereinfachung erreicht. Dabei hat sich außerdem gezeigt, daß störende Kopplungen der Spulen noch in einem erheblich größeren Frequenzbereich (bis ca. 10 kHz) unterdrückt werden können. Die sonstigen guten Eigenschaften der erwähnten Vorrichtung und ihre Wirkungsweise bleiben dagegen unverändert, d.h., daß bei unbenetztem Hüllrohr die in der Sekundärspule induzierte Spannung infolge der guten Kopplung" zwischen Primär- und Sekundärspule verhältnismäßig hoch ist, bei durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit benetztem Hüllrohr dagegen das von Primär- und Sekundärspule gebildete Feld durch die dann auftretenden Wirbelströme soweit gedämpft wird, daß in der Sekundärspule nur noch eine vernachlässigbar kleine Spannung induziert wird. Die gute Linearität der Füllstandsanzeige über die ganze Länge des Füllstandsmessers mit Ausnahme kurzer Strecken an dessen unteren* und oberem Ende bleibt ebenfalls erhalten.

Der Spulenkern aus einem ferromagnetischen Material dient außer seiner Funktion als Stützköi*per für die Spulen auch dazu, den Streufluß zwischen den Spulen zu verstärken, so daß die in der Sekundärspule induzierte Spannung bei benetztem Hüllrohr stark herabgesetzt wird. Bei Verwendung des Füllstandsmessers bei Temperaturen, die oberhalb der Curietemperaturen für ferromagnetische Materialien (maximal 1121⁰C für Kobalt) liegen, empfiehlt sich aus Festigkeitsgründen die Verwendung eines Kernes aus einem austenitischen Stahl, wobei allerdings der Vorteil einer vernachlässigbar kleinen Restspannung verloren geht.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Primär- und Sekundärspule an den Stirnflächen des Kernes einander unter einem spitzen Winkel kreuzend auf je zwei einander diametral gegenüberliegenden Mantelflächen des Kernes angeordnet sind. Dabei muß zur Erzielung einer

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nachträglich

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Kopplung zwischen den Spulen der Kreuzungswinkel weniger als 90, vorzugsweise jedoch 45° betragen. Während an sich zum Zweck einer guten Kopplung ein noch kleinerer Winkel wünschenswert wäre, würde so der Vorteil verloren gehen, daß die bei -öflbenetztem Hüllrohr induzierte Spannung ver-

ßtaachlässigbar klein bleibt. Diese Ausführung hat den Vorteil eines besonders einfachen Aufbaus für sich.

Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, daß die Primär- und die Sekundärspule je für sich auf je einem Teil der Mantelfläche des Kernes angeordnet sind, die einander diametral gegenüberliegen. Bei dieser Ausführungsform wird die Mantelfläche des Kerns besser genutzt, da die vier über den Umfang verteilten Spulenabschnitte in einem Abstand von 90 zueinander angeordnet werden können. Auch entfa'llen die Kreuzungspunkte der Spulen an den Stirnseiten des Kerns, an denen sich störende Kopplungen bilden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Kern mit Ring- und/oder Radial- und Längsnuten ver- ' sehen ist, in die die Spulen eingelegt sind. Neben einer besseren Befestigungsmöglichkeit für die Spulen bietet diese Ausführung den Vorteil, daß die zwischen den Spulen stehenbleibenden Stege die in den Spulen gebildeten Felder stärker in Richtung auf die zu überwachende Flüssigkeit auslenken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Primär- und die Sekundärspule je für sich kurzschließbar sind. Dadurch kann für Prüfzwecke die Benetzung des Hüllrohres durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit nachgeahmt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Widerstand der Sekundärspule einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und die Sekundärspule mit einem

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Widerstand belastet ist. Auf diese Weise kann die Temperaturabhängigkeit der Spannung bei unbenetztem Hüllrohr beseitigt werden. Da die Rostdämpfung des Hüllrohres und des Kerns mit zunehmender Temperatur abnimmt, nimmt die in der Sekundärspule induzierte Spannung entsprechend zu. Nimmt, wie vorgeschlagen, der Innenwiderstand der Spule im gleichen Maße zu, und wird sie mit einem passenden Abschlußwiderstand belastet, so bleibt die induzierte Spannung bei unbenetztem Hüllrohr über einen weiten Temperaturbereich konstant.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in perspektivischer Darstellung, wobei der Übersichtlichkeit halber jede Spule als aus nur zwei Windungen bestehend dargestellt ist.

Beiden Ausführungsbeispielen und den Figuren 1 und 2 sind gemeinsam: ein Behälter 1 beliebiger Form und Größe, in dem eine elektrisch leitende Flüssigkeit 2 enthalten ist, deren Höhenstand gemessen werden soll; ein Hüllrohr 3, das aus einem gegen die Flüssigkeit 2 beständigen Material hergestellt ist und einen Spulenkern 4 aus einem ferromagnetischen. Material, z.B. Weicheisen oder austenitischem Stahl umschließt, auf den je eine Primärspule 5 und eine Sekundärspule 6 gewickelt sind, wobei es bei Verwendung des Füllstandsmessers unter hohen Temperaturen von Vorteil ist, metallummantelten, keramisch isolierten Draht zu verwenden; ferner eine mit der Primärspule verbundene Konstantwechselstromquelle 7 und ein mit der Sekundärspule 6 verbundenes Spannungsmeßgerät 8, dessen Anzeige Aufschluß über den Umfang der Benetzung des Hüllrohres 3 durch die Flüssigkeit 2 und somit über den Grad der Füllung des Behälters 1 Aufschluß gibt. Der Spulenkern 4 ist in beiden Fällen hohl. Ferner sind Schalter 14, 15 vorgesehen, um die Primärspule 5 bzw. die Sekundärspule 6 zu Prüfzwecken kurzschließen zu können. Letztere ist mit einem einstellbaren Widerstand 16 als Abschlußwiderstand versehen, wenn sie aus einem Draht mit positivem Temperatur-Widerstandskoeffizienten gewickelt ist.

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nachgereiohtI

Ben:; .».us fuhrungsboispis L der Figur 1 sind die Priin.ärspule 5 und die Sekimdvirspula 5 an don Stirnseiten des Spulenkerns 4 einander unter 45° kreuzend in je zwei einander diametral gegenüberliegenden Längsnuten-ΊΟ angeordnet, die sich an den Stirnseiten des Spulenkerns 4 in Radialnuten 11 fortsetzen.

In der Ausführungs form gemäß der Figur 2 sind die Primärspulsi 5 und die Sekund/irspule 6 in Form je einer Schleife auf einander di.Aiii3tral gegenüberliegenden Teilen der Mantelfläche des Spulenkerns 4 angeordnet, und zwar in Längsnuten 12 und in umlaufenden Ringnuten 13, wobei letztere möglichst nahe an das obere und untere Ende des Spulenkerns 4 gerückt sind. Der Aufbau der hier nicht sichtbaren Sekundärspule 6 ist derselbe wie der der PrLr.ärspule 5,

5 0 9 812/0619 3ad original

Claims

- 7 - 5.9.1975

We/Di 24.234*9

Schu t ζ ansp rüche

Kontinuierlicher Füllstandsmesser nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitende Flüssigkeiten, wobei eine Priraärspule mit einem konstanten Wechselstrom erregt und die in einer Sekundärspule induzierte Spannung überwacht wird und die Spulen auf einem gemeinsamen stabförmigen Kern aus einem ferromagnetischen Material oder austenitischem Stahl gewickelt sind,

dadurch gekennzeichnet, , _t

daß die Spulen (5, 6) in Längsrichtung auf den Kern (4) gewickelt sind.
2. Füllstandsmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Primär-(5) und die Sekundärspule (6) an den Stirnflächen des Kerns (4) einander unter einem spitzen Winkel kreuzend auf je zwei einander diametral gegenüberliegenden Mantelflächen des Kerns angeordnet sind.
3. Füllstandsmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Primär-(5) und die Sekundärspule (6) je für sich auf je einem Teil der Mantelfläche des Kerns (4) angeordnet sind, die einander diametral gegenüberliegen.
4. Füllstandsmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kern (4) mit Ring-(13) und/oder Radial-(11) und Längsnuten (10, 12) versehen ist, in die die Spulen (5, 6) eingelegt sind.

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5. Füllstandsmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Primär-(5) und Sekundärspule (6) je für sich kurzschließbar sind.
6. Füllstandsmesssr nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Sekundärspule (6) einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und die Sekundärspule (6) mit einem Widerstand (16) belastet ist.

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