DE2540386A1

DE2540386A1 - Mehrelektroden-profilthermoelement

Info

Publication number: DE2540386A1
Application number: DE19752540386
Authority: DE
Inventors: Boris Vasilievitsch Lysikov
Original assignee: LYSIKOV
Current assignee: LYSIKOV
Priority date: 1974-09-10
Filing date: 1975-09-10
Publication date: 1976-03-18
Also published as: DE2540386B2; JPS5233775A; FR2284991B1; SU589844A1; FR2284991A1; JPS5632570B2; DE2540386C3; US4075036A; GB1479549A

Description

Mehrelektroden-Profilthermoelement

Die Erfindung bezieht sich auf Temperaturmesser für Industrieanlagen, und zwar auf Mehrelektroden-Profilthermoelemente als Temperaturmesser für mehrere Meßsteilen. Sie dienen also hauptsächlich für kontinuierliche oder periodische Temperaturerfassung gleichzeitig an mehreren Stellen von Industrieanlagen in Betrieb.

Gegenwärtige Anforderungen an die Temperaturüberwachung, insbesondere von Kernenergieanlagen größerer Leistung, gehen dahin, daß die Temperaturverteilung über den Kern in ihrem ganzen Umfang wie außerhalb derselben alle Augenblicke erfaßt werden muß, und zwar womöglich mit einer Minimalanzahl von Temperaturfühlern, die außerdem möglichst

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klein im Durchmesser sein und eine große Lunge haben müssen, damit keine allzugroßen Metallmengen in den Kern eingeführt werden und man die Temperaturfühler in engen Kanälen verlegen kann. Es besteht also die Forderung nach einer Temperaturerfassung an mehreren Stellen, deren Zahl groß ist und die schwer zugänglich sind, bei hohen Neutronenflußdichten, in aggressiven Medien, bei Vibrationen.

Es ist eine Temperaturmeßvorrichtung (vgl. z.B. GB-PS 87J+ 65O Kl.40 (1) N 1956) für mehrere Meßstellen innerhalb eines Silos bekannt, die aus einem zentralen Leiter besteht, an dem in Abständen Nebenleiter als zweite Elektroden angelötet sind. Die Anordnung kann beispielsweise mit einem langenisolierten Konstantanleiter mit daran in gleichen Abständen angelöteten oder angeschweißten isolierten Kupferleitern als zweite von den heißen Heißlötstellen abgehende Thermoelektroden realisiert werden. Die Leiter sind durch unterschiedliche Färbungen markiert und in einer durchsichtigen Hülle eingeschlossen. Die Fertiglänge des Erzeugnisses ist keine fixierte, d.h., man trennt cfevon Stücke erforderlicher Länge ab. Im allgemeinen werden solche Thermoelementbündel nebst der Stahlader zu einem Kabel gemeinsam umhüllt. Das System mißt verhältnismäßig niedrige Temperaturen. Die Thermoe&nente selbst sind schlecht strahlungsabhängig, großflächig im Querschnitt, metallaufwendig und infolgedessen für Temperaturmessungen in Kernreaktoren nicht gut geeignet.

Es sind ferner Vierelektroden-Thermoelemente mit zwei Meßlötstellen In gleicher Höhe bekannt (vgl. z.B.

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W.F. Sotschkow "Hitzebe_ständige Kabel mit Magnesitisolation" Energija, 1969).

Ein solches Thermoelement gestattet es, die Temperatur gleichzeitig an zwei in gleicher Höhe liegenden Stellen zu ermitteln. Die gleichzeitige Temperaturerfassung an Stellen mit unterschiedlichem Höhenstand ist dabei unmöglich. Die Vielzahl der zu dem Temperaturmesser angpordneten Adern und die daraus resultierenden großen Metallmengen, die in den Kern des Reaktors eingeführt '.•/erden müssen, wirken sich auf die Meßergebnisse ungüns t ig aus.

Eine weitere Bauart ist ein Thermoelement für mehrere Meßstellen in Gestalt eines Thermopaarsatzes in einer metallischen Hülle (vgl. z. B. das Erzeugnis der Firma "Japan Thermowelle Co. Ltd"). Es stellt zwei oder mehrere Kabelthermoelemente in einem gemeinsamen Schutzrohr dar. Dabei richtet sich die Zahl der einzelnen Kabelthermoelemente nach derjenigen der vorgesehenen Meßstellen. Die metallische Hülle erhöht die Metallaufwendigkeit des Gesamterzeugnisses bzw. die Wärmeträgheit des Temperaturfühlers, andererseits verzerrt sie das Neutronenfeld und fördert den Neutroneneinfang im Falle der Temperaturmessungen im Kern des Reaktors.

Schließlich ist auch ein Mehrelektroden-Profilthermoelement, das in einer gemeinsamen Schutzhülle angeordnete und voneinander isoliert eine Thermoelektrode der einen Polarität und mindestens zwei Thermoelektroden der anderen Polarität mit Heißlötstellen enthält, die in definierten Abständen über die Länge des Thermoelements verteilt sind,

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wobei die erste Heißlötstelle zweier ungleichpoliger Thermoschenkel am dem kalten Ende entgegengesetzten Ende des Thermopaars liegt, bekannt (vgl. z.B. US-PS 3 716 417, Kl. 136-232).

Die Thermodrähte eines solchen Thermoelements sind in einem starren isolierenden Stab aus Aluminiumoxid eingebettet und durch eine Quarzhülle geschützt.

Bei der Anordnung ist es von Vorteil, daß die Leiteranzahl im Querschnitt des Thermoelements über seine Länge nicht eine und dieselbe ist, sondern sich mit zurückbleibenden Heißlötstellen verringert, so daß am Ende nur noch zwei Leiter übrigbleiben, die aus dem isolierenden Stab heraustreten. Jedoch erschweren hohe Sprödigkeit und Härte der Isoliermaterialien ihre Behandlung bei der Herstellung von Heißlötstellen. Außerdem hat das Thermoelement verhältnismäßig großen Durchmesser und verhältnismäßig kleine Länge, die nicht ausreicht, wenn eine größere Meßstellenzahl mit einem einzigen Temperaturfühler erfaßt werden soll; es ist auch nicht so vibrationsfest und besitzt die notwendige Biegsamkeit nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Mehrelektroden-Profilthermoelement so aufzubauen, daß es geringen Platzbedarf, Biegsamkeit, hohe Anzeigekonstanz beim Arbeiten in aggressiven Medien, Strahlungsbeständigkeit und Vibrationsfestigkeit hat und fertigungsgerecht ist.

Diese Aufgabe *rird bei einem Mehrelektroden-Profilthermoelement, das in einer gemeinsamen Schutzhülle angeordnete

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und voneinander isoliert eine Thermoelektrode dereinen Polarität und mindestens zwei Thermoleketroden der anderen Polarität mit Heißlötstellen enthält, die in definierten Abständen über die Länge des Thermoelements verteilt sind, wobei die erste Heißlötstelle zweier ungleichpoliger Thermoschenkel am dem kalten Ende entgegengesetzten Ende des Thermopaars liegt, dadurch gelöst, daß die Thermoelektrode der einen Polarität ein Büschel von unterschiedlich langen gleichpoligen Thermoelektroden ist, deren Anzahl gleich der der Thermoelektroden der anderen Polarität ist, daß der Knotenpunkt des Büschels als die erste Heißlötstelle ausgebildet und mit den freien Enden mit den Thermoelektroden der anderen Polarität unlösbar verbunden ist und daß die Schutzhülle ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge von mindestens 1:50 hat.

Das erfindungsgemäße Mehrelektroden-Thermoelement nimmt für sich wenig Platz in Anspruch, hat nur wenige Thermoelektroden, eine gemeinsame Hülle und weist für den Fall des Einsatzes im Kern eines Kernreaktors eine in den Kern einzuführende Metallmenge auf, die verglichen mit anderen existierenden Thermoelementtypen gering ist.

Der Durchmesser des erfindungsgemäßen Mehrschenkel-Thermoelements schwankt je nach Zahl der Meßlötstellen zwischen 1,0 und 6,0 mm, die Länge zwischen einigen Dutzend Millimeter und 50 m und mehr.

Das erfindungsgemäße Thermoelement kann in engen Schlitzen bzw. Kanälen verlegt werden, wobei es dank seiner Biegsamkeit aHaiWindungen eines solchen Kanals folgt, so daß die Temperaturmessung für schwer zugängliche Stellen möglich wird. Die Temperaturerfassung kann in mehreren

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Reaktorzonen gleichzeitig geschehen. Folgende fünf Zonen können es zum Beispiel sein: die Zone des Moderators, die des Kühlmittels, die der Brennstoffelemente, die der Stahlkonstruktionen und die der biologischen Abschirmung.

Bei Bedarf kann das Thermoelement dank seiner großen Länge ohne Ausgleichsleitungen ausgeführt werden. Dergleichen kann man es unmittelbar an der Meßeinrichtung anschließen, so daß die dazwischenliegenden Klemmenanschlüsse entfallen. Dies alles verbessert stark die Zuverlässigkeit des Temperaturmessers, insbesondere beim Arbeiten in ausgesprochen aggressiven Medien.

Das erfindungsgemäße Thermoelement ist wegen seiner Fertigungsgerechtheit preisgünstig.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert, wobei in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Mehrschenkel-Profilthermoelement im Längsschnitt;

Fig. 2 das erfindungsgemäße Thermoelement in einem Kanal des Meßobjekts verlegt;

Fig. 3 eine 6-Thermoelektroden-Ausführung des erfindungsgemäßen Mehrschenkel-Thermoelemments im Längsschnitt;

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV nach Fig. 1;

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Fig. 5 einen Schnitt V-V nach Fig. 3.

Das Mehrelektroden-Profilthermoelement 1 (Fig. 1) besteht zunächst aus einen in einer Schutzhülle 2 eingeschlossenen Bündel 4 von durch keramisches Pulver 3 gegeneinander isolierten, unterschiedlich langen, jedoch im Durchmesser gleich großen Minus-Teilthermoelektroden 4 beispielsweise aus der Legierung Alumel.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ferner in der Hülle drei Plus-Thermoelektröden 5 beispielsweise aus der Legierung Chromel untergebracht.

Eine der Minus-Thermoelektrodeη 6 und eine der Plus-Thermoelektroden gehen von der ersten Hejßlöt..teile 8 ab, die am dem kalten Ende 10 des Thermoelements 1 entgegengesetzten Ende 9 ausgeführt 1st. Die erste Heißlötstelle 8 ist also mit dem Knotenpunkt des Thermoelektr odeη-BündeIs 4 zusammengelegt.

Die Heißlötstellen 11 und 12 zwischen Thermoelektroden und Thermoelektroden 4 liegen in der Länge des Thermoelemente 1 in einem definierten Abstand 1 voneinander.

Das Verhältnis Durchmesser der Thermoelementhülse 2 .zu Länge ist gleich 1:50, weshalb das Thermoelement 1 in großem Maße biegsam ist und den Windungen jedes Kanals 13 (Fig. 2) des Meßobjekts für die Aufnahme des Thermoelements folgen kann.

Die Zahl der Thermoelektroden 5 in der Hülle 2 richtet sich nach der erwünschten Meßstellenzahl bei der Temperaturmessung .

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Es ist beispielsweise eine Ausführung mit sechs Thermoelektroden 5 (Fig. 3) möglich.

Die Thermoelektroden 4 und 5 liegen im Querschnitt des Thermoelements 1 (Fig. 4) und (Fig. 5) symmetrisch zueinander.

Die erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung arbeitet wie folgt:

Den Ausführungen des bis zur vorgegebenen Tiefe im Kanal IJ (Fig. 2) verlegten Thermoelements 1 werden Werte der Thermospannung entnommen, die Temperaturwerten der drei Höhenstände nach Zahl der Heißlötstellen entsprechen.

Somit besteht das erfindungsgemäße Thermoelement 1 (S¹ ig. 1) aus mehreren Thermopaaren. Das erste Thermopaar setzt sich aus der Minus-Thermoelektrode 6 uruder Plus-Thermoelektrode 7, die die Heißlötstelle 8 bilden, zusammen und liefert die Thermospannung von der Temperatur, gemessen im Bereich der Lötstelle 8. Das zweite Thermopaar besteht aus zwei Abschnitten 6 und 4 der Minuselektrode und aus der Thermoelektrode 5 und liefert die Thermospannung von der Temperatur, gemessen im Bereich der Lötstelle 12. Das dritte Thermopaar weist zwei Abschnitte 6 und 4 der Minusthermoelektroden und die Plusthermoelektrode 5 auf und liefert die Thermospannung von der Temperatur, gemessen im Breich der Lötstelle 11. Die Lötstellen 8, 11, 12 sind jeweils um einen definierten Abstand 1 voneinander entfernt.

Das erfindungsgemäße Thermoelement nimmt für sich wenig Platz in Anspruch, hat nur wenige Thermoelektroden,

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eine gemeinsame Hülle und weist für den Fall des
Einsatzes im Reaktorkern einein den Kern einzuführende Metallmenge auf, die verglichen mit anderen existierenden Thermoelementtypen gering ist. Darüber hinaus hat das Thermoelement einen kleinen Durchmesser und eine
große Länge von 50 m und mehr, so daß es in engen Kanälen von jedem Profil verlegt und an einem Sekundärgerät direkt, ohne Benutzung von Ausgleichsleitungen, angeschlossen werden kann.

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Claims

Patentanspruch

Mehrelektroden-Profilthermoelement, das in einer gemeinsamen Schuföhülle angeordnete und voneinander insoliert eine Thermoelektrode der einen Polarität und mindestens zwei Thermoelek^fcroden der anderen Polarität mit Heißlötstellen enthält, die in definierten Abständen über die Länge des Thermoelements verteilt sind, wobei die erste Heißlötstelle zweier ungleichpoliger Thermoschenkel am dem kalten Ende entgegengesetzten Ende des Thermopaars liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die T?hermoelektrode der einen Polarität ein Büschel (4) von unterschiedlich langen gleichpoligen Thermoelektroden (6 u.a.) ist, deren Anzahl gleich der der Thermoelektroden der anderen Polarität ist, daß der Knotenpunkt (8) des Büschels (4) als die erste Heißlötstelle ausgebildet und mit den freien Enden mit den Thermoelektroaön (5) der anderen Polarität unlösbar verbunden ist uM daß die Schutzhülle (2) ein Verhältnis von Durchmesser zu Lange von mindestens 1:50 hat.

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L e e r s e i t e