DE2716109A1

DE2716109A1 - Einrichtung zum nachweis von durch eine rohrleitung geleiteten, elektrisch leitfaehigen stueckguetern

Info

Publication number: DE2716109A1
Application number: DE19772716109
Authority: DE
Inventors: Guenter Breuer; Heinz Ing Grad Thyssen
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-04-12
Filing date: 1977-04-12
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US4424187A; JPS53127760A; JPS636901B2

Description

Kernforschungsanlage JUlich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Einrichtung zum Nachweis von durch eine Rohrleitung geleiteten,elektrisch leitfähigen Stückcütern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Nachweis von durch eine Rohrleitung geleiteten, elektrisch leitfähipcen Stückgütern, insbesondere von kugelförmigen Brenn- und/Her Brutelementen für Kernreaktoren mit Umhüllung aus Graphit, bei der ein Hochspannungsgenerator zwischen der Spitze einer elektrisch isolierten, durch die Wandung der Rohrleitung hindurchgeführten Elektrode und dem der Elektrode gegenüberliegenden, elektrisch leitenden Teil der Rohrwandung ein elektrisches Feld erzeugt und beim Passieren des nachzuweisenden Stückgutes ein Funkenüberschlag zwischen Elektrodenspitze und dem elektrisch leitenden Teil der Rohrwandung über das Stückgut entsteht und bei der eine die beim Funkenüberschlag hervorgerufenen elektrischen Signale anzeigende und/oder aufzeichnende Einrichtung vorgesehen ist.

Kine derartige Einrichtung ist aus der deutschen Patentschrift 2 ol8 624 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung ist in die Erdleitung ein Widerstand gelegt, zu dem eine Zählvorrichtung parallel geschaltet ist. Diese Zählvorrichtung ist dazu vorge-

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sehen, den an dem Widerstand infolge der beim Passieren des Stückgutes eintretenden Erhöhung des Ionisations· stromes zwischen der Elektrodenspitze und der Innenwandung der Rohrleitung auftretenden Spannungsabfall zu registrieren. Dabei hat sich gezeigt, daß die durch den Funkenüberschlag erzeugten Signale sehr unterschiedlich geformt und die Zählung daher - zumal die Signale durch Störungen im System überlagert werden - erschwert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ausgehend von der bekannten Einrichtung eine Einrichtung zum Nachweis von durch eine Rohrleitung geleiteten, elektrisch leitfähigen Stückgütern zu schaffen, bei der die durch den Funkenüberschlag erzeugten Signale derart verarbeitet werden, daß sie mit Sicherheit dem Passieren eines einzelnen Stückgutes zuzuordnen sind und beispielsweise auch - ohne daß weitere Maßnahmen notwendig wären in eine Einrichtung zur Datenverarbeitung eingespeist werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Hochspannungsgenerator ein Gleichspannungsgenerator ist, in dessen einer mit der Elektrode oder mit dem elektrisch leitenden Teil der Rohrwandung in Verbindung stehenden Leitung ein hochohmscher Widerstand vorgesehen ist und daß zwischen der Elektrode und dem elektrisch leitenden Teil der Rohrwandung ein Spannungsteiler geschaltet ist, an dessen dem hochohmschen Widerstand abgewandten, niederohmschen

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Teil eine Teilspannung im Bereich bis 100 V abfällt und daß ferner zwischen dem niederohmschen Teil des Spannungsteilers und der die elektrischen Signale anzeigenden und/oder aufzeichnenden Einrichtung eine Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, in der die beim Passieren des Stückgutes infolge des Zusammenwirkens des hochohmschen Widerstandes, der Funkenstrecke und der der Funkenstrecke parallel liegenden Streukapazität erzeugten, aus hochfrequenten Spannungsimpulsen bestehenden Spannungssignale durch Amplitudendemodulation in quasi den Hüllkurven der Spannungssignale entsprechende Spannungssignale umgeformt werden.

Im Unterschied zu der bekannten Einrichtung, bei der als Hochspannungsgeneratur ein Hochfrequenzgenerator vorgesehen ist, weist die Einrichtung gemäß der Erfindung einen Gleichspannungsgenerator auf. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß dann, wenn ein hochohmscher Widerstand in der Verbindungsleitung zwischen Hochspannungsgenerator und der aus Elektrode und dem leitfähigen Teil der Kohrwandung bestehenden Meßstelle vorgesehen ist, dieser Widerstand gemeinsam mit der Funkenstrecke und der der Funkenstrecke parallel liegenden Streukapazität ein schwingungsrähiges Gebilde nach Art eines Kippschwinggenerators bildet, sobald beim Durchgang des Stückgutes die Bedingung für einen Funkenüberschlag gegeben ist. Denn beim Funkenüberschlag wird sich die Streukapazität entladen und nach Abreißen

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des Funkens sofort wieder aufladen. Da sich danach das Stückgut noch immer im Bereich der Meßstelle befindet, sind die Bedingungen für einen Funkenüberschlag erneut gegeben, was zu einem weiteren Punkenüberschlag führt. Dieser Vorgang wird sich solange wiederholen, bis das Stückgut die Meßstelle verlassen hat. Die Frequenz dieses Schwingungsvorganges ist dabei bei gegebener Funkenstrecke und gegebener Streukapazität durch Wahl des Widerstandswertes in gewissen Grenzen veränderbar; im praktischen Fall beträgt die Frequenz bei einem Widerstand von etwa 20 M Ohm 1 bis 1,5 kHz.

Aufgrund dieses Schwingungsvorganges entsteht beim Durchgang eines Stückgutes ein aus einer hochfrequent oszillierenden Spannung bestehendes Spannungssignal, von dem am niederohmschen Widerstand des Spannungsteilers eine Teilspannung abgegriffen und in der nachfolgenden Schaltungseinrichtung gemäß der durch die Erfindung gegebenen Lehre durch Amplitudendemodulation umgeformt wird. Die dabei entstehenden Spannungssignale sind charakteristisch für den Durchgang eines Stückgutes und zugleich unverwechselbar mit anderen, gegebenenfalls durch Störung hervorgerufenen Signalen.

Die Sicherheit mit der die in der Einrichtung zur Anzeige und/oder zur Aufzeichnung oder auch zur Zählung eingespeisten Signale dem Durchgang eines Stückgutes zugeordnet werden können, wird dabei

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noch dadurch erhöht, daß die Schaltunrseinrichtung zur Amplitudendemodulation zusätzlich einen Schwellonwertverstärker und einen Begrenzerverstärker aufweist, wobei zweckmäßigerweise der Schaltungseinrichtung zur Amplitudenaemodulation der hochfrequenten Signale noch ein Trennverstärker, der als impedanzwandler dient, vorgeschaltet ist. Durch geeignete Einstellung des Schwellenwertes des Schwellenwertverstärkers werden dabei aus den hochfrequent oszillierenden Spannungssignalen diejenigen Schwingungen ausgeschieden, deren Amplituden unterhalb des Schwellenwertes liegen. Entsprechend werden durch den Begrenzerverstärker die Schwingungen ausgeschieden, deren Amplituden höher als eine vorgegebene Begrenzerschwelle liegen. Dadurch werden auch Signale, die eine von der Rechteckform stark abweichende Form aufweisen, der Rechteckform angenähert. Das kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn sich der Abstand zwischen Elektrode und dem Stückgut bei dessen Durchgang durch die Meßstelle inl'oige der Geometrie des Stuckgutes verändert und dadurch beim Passieren des Stückgutes unterschiedliche Bedingungen für den Funkenüberschlag gegeben sind.

Eine Erhöhung der Frequenz der SpannungsOszillationen während des Durchganges eines Stückgutes und damit noch bessere Voraussetzungen für die Weiterverarbeitung des Signals werden dadurch erzielt, daß der hochohmsche Widerstand über ein möglichst kurzes Leitungsstück mit der Elektrode oder dem elektrisch leitfähigen Teil der Rohrwandung in Verbindung steht, wodurch die der

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Meßstrecke parallel liegende Streukapazität klein gehalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch und zum Teil als elektrische Schaltung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert :

Es zeigen
Figur 1

Figur 7

Figur 3

eine schematische Darstellung der aus Meßstrecke und den zur Erzeugung und zur Verarbeitung sowie zur Anzeige der Spannungssignale vorgesehenen elektrischen Einrichtungen bestehende Einrichtung,

eine schematische Darstellung der zur Verarbeitung der in der Funkenstrecke erzeugten Signale vorgesehenen elektrischen Einrichtungen,

die elektrische Schaltung der aus Trennverstärker, Schwellenwertverstärker, Begrenzungsverstärker und der Schaltungseinrichtung zur Amplitudendemodulation der Signale bestehende elektrische Einrichtung.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht die Meßstrecke aus der Elektrode 1 und dem der Elektrode gegenüberliegenden, elektrisch leitenden Teil 2 der Rohrleitung, die im vorliegenden Falle aus einem Metallrohr besteht. Die Elektrode 1 ist daher elektrisch isoliert gegenüber der Rohrwandung angebracht.

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Wie aus Figur 1 ferner hervorgeht, ist der positive Pol des Gleichstromgenerators über einen hochohmschen VJiderstand R„ von 20 M Ohm mit der Elektrode 1, und der negative Pol mit dem elektrisch leitenden Teil 2 der Rohrleitung verbunden. Die der Meßstrecke parallel liegende Streukapazität C ist in Figur

ebenfalls wiedergegeben.

Parallel zur Meßstrecke ist ein aus dem Widerstand ^RT1 ^{= 11+0 M-l1 und R}T2 ⁼ 50 KU bestehender Spannungsteiler geschaltet, an dessen niederohmschem Widerstand R_rn-, über ein abgeschirmtes Kabel eine Teilspannung abgegriffen und der Einrichtung zur Detektion der Spannungsimpulse zugeleitet wird. Der Einrichtung zur Detektion der Spannungsimpulse ist ein Zähler nachgescnaltet. Der negative Pol des Hochspannungsgenerators ist ebenso wie der elektrische Teil 2 der Rohrleitung, der Widerstand R_mp, die Einrichtung zur Detektion der Spannungsimpulse sowie der Zähler mit Erde verbunden.

Wie Figur 2 zu entnehmen ist. besteht die Einrichtung zur Detektion der Spannungsimpulse aus einem Trennverstärker, einem Schwellenwertverstärker, einem Begrenzerverstärker und der Einrichtung zur -Amplitudendemodulation der hochfrequenten elektrischen Schwingungen. Zur Anpassung der von der Einrichtung zur AmOlitudendemodulation an den Zähler abgegebenen Spannungsimpulse ist zusätzlich eine - in der Zeichnung jedoch nicht dargestellte - Einrichtung zur

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Impulsformung vorgesehen. In dieser werden die Spannungsimpulse sowohl in Hinsicht auf die Zeitdauer als auch auf ihre Höhe an den Zähler angepaßt.

Aus Figur 3 ersieht man den parallel zur Meßstrecke gegen Erde geschalteten Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R,,. und FL₁,,. Die Versorgung mit einer Gleichspannung von 15 kV erfolgt über den Widerstand K_y. über den Pußpunktwiderstand V,,^, wird das Eingangssignal abgegriffen und über H 15 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V 1 zugeführt. Die Verstärkungseinstellung dieses Trennverstärkers geschieht über R16 und beträgt 1:1. Der nachfolgende Schwellenwertverstärker V 2 erhält sein Signal über H 17. Mit R 19 kann der Schwellenwert des Schwellenwertverstärkers eingestellt werden, über R 21 gelangt das Signal zum Begrenzerverstärker, der aus einer Gleichrichterdiode D 1 und aus drei hintereinander geschalteten NAND-Gates G 1, G 2 und G 3 besteht. Das Signal wird nun dem eigentlichen Demodulator über H 22 zugeführt, der aus dem speziellen rücktriggerbaren monostabilen Multivibrator M 1, den Transistoren T 1 und T 2, den V/iderständen R 2 3, H 24, R 26 und den Kondensatoren C 1 und C 2 besteht. Die Auskopplung des Signals erfolgt schließr lieh über den Transistor T 3.

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Claims

Patentansprü ehe

.^Einrichtung zum Nachweis von durch eine Rohrleitung geleiteten, elektrisch leitfähigen Stückgütern, insbesondere von kugelförmigen Brenn- und/oder Brutelementen für Kernreaktoren mit Umhüllungen aus Graphit, bei der ein Hochspannungsgenerator zwischen der Spitze einer elektrisch isolierten, durch die Wandung der Rohrleitung hindurchgeführten Elektrode und dem der Elektrode gegenüberliegenden, elektrisch leitenden Teil der Rohrwandung ein elektrisches feld erzeugt und beim Passieren des nachzuweisenden Stückgutes ein Funkenüberschlag zwischen Elektrodenspitze und dem elektrisch leitenden Teil der Rohrwandung über aas Stückgut entsteht und bei der eine die beim funkenüberschlag hervorgerufenen elektrischen Signale anzeigende und/oder aufzeichnende Einrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsgenerator ein (Jleichspannungsgenerator ist, in dessen einer mit der Elektrode (1) oder mit dem elektrisch leitenden i'eil (2) der Rohrwandung in Verbindung stehenden Leitung ein hochohmscher Widerstand (R,.) vorgesehen ist und daß zwischen der Elektrode (.1) und dem elektrisch leitenden Teil (2) der Rohrwandung ein Spannungsteiler geschaltet ist, an dessen dem hochohmschen Widerstand (R_y) abgewandten, niederohmschen Teil (H,„„) eine Teilspannung im Hereich bis ΐυυ V

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ORIGINAL INSPFCTED

abfällt und daß ferner zwischen dem nieaerohmschen Teil (R ) aes Spannungsteilers und aer die elektrischen Signale anzeigenden und/oder aufzeichnenden einrichtung eine Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, in der die beim Passieren des Stückgutes infolge des Zusammenwirkens des hochohmschen Widerstandes (Ky) j der Funkenstrecke und der der funkenstrecke parallel liegenden Streukapazität erzeugten, aus hochfrequenten Spannungsinpulsen bestehenden Spannungssignale durch Amplitudendemodulation in quasi aen Hüllkurven aer Spannungssignale entsprechende Spannungssisnale umgeformt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltungseinrichtung zur Amplitudendemodulation zusätzlich einen Schv/ellenwertverstärker und einen Begrenzerverstärker aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schaltungseinrichtung zur Amplitudendemodulation ein Trennverstärker vorgeschaltet ist.
4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nochohmsche widerstand (^y) über ein möglichst kurzes Leitungsstück mit der Elektrode (1) oder dem elektrisch leitfähigen Teil (2) der Hohrwandung in Verbindung steht.

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