DE2719933A1

DE2719933A1 - Anzeigeeinrichtung zur ermittlung der stellung eines verfahrbaren teils innerhalb eines abgedichteten behaelters

Info

Publication number: DE2719933A1
Application number: DE19772719933
Authority: DE
Inventors: Milton Kearney Foxworthy
Original assignee: Diamond Power Specialty Corp
Current assignee: Diamond Power Specialty Corp
Priority date: 1976-05-05
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1977-11-10
Also published as: DE2719933C2; ES458345A1; IT1076737B; ES468375A1; JPS52151875A; FR2350578B1; CA1083245A; ES468374A1; US4064451A; JPS623877Y2; FR2350578A1; JPS59159842U; GB1568152A

Description

PATENTANWALT * ' I »J 9 3

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^w 27. April 1977

Anw.-Akte: 27.119

PATENTANMELDUNG

Anmelder: DIAMOND POWER SPECIALTY CORPORATION, Lancaster, OHIO

Titelt Anzeigeeinrichtung zur Ermittlung der Stellung eines verfahrbaren Teils innerhalb eines abgedichteten Behälters

Die Erfindung betrifft Stellungsanzeigesysteme im allgemeinen und Stellungsanzeigeschaltungen für die Anzeige der Stellung eines Kernreaktor-Regelstabs im besonderen.

Stellungsanzeigesysteme zur Anzeige der Stellung eines Regelstabs in einem Kernreaktor sind im allgemeinen bekannt. Solch bekannte Systeme verwenden einen Dauermagneten, der an dem Regelstab befestigt ist, um innerhalb des Reaktors mit dem Regelstab verfahrbar zu sein. Eine Reedschaltereinrichtung wird im allgemeinen außerhalb des Regelstabgehäuses entlang der Betriebsetrecke des Regelstabs und somit auf der Betriebsstrecke des Dauermagneten angeordnet. Venn der Regelstab verfahren wird, werden verschiedene Reedschalter meist mit Permanentmagneten durch den Magnetfluß des Magneten betätigt und ergeben entsprechende Auegangssignale, deren Grüßen die Stellung des Regelstabs anzeigen. Diese Auegangssignale werden verwendet, um den Kernreaktor zu regeln.

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Die Reedschalter solcher Reedschalter-Anordnungen haben eine ihnen eigene Hysteresecharakteristik, d. h. der Reedschalter benötigt eine große Magnetflußhöhe fL, um zu schließen, und nachdem er einmal geschlossen ist, bleibt er geschlossen, bis die Magnetflußhöhe auf eine niedrige Magnetflußhöhe φ „ fällt, die bedeutend niedriger liegt als φ j. Dieser Unterschied zwischen den Magnetflußhöhen führt zu einer Unsicherheit hinsichtlich der tatsächlichen Stellung des Regelstabs, da der Dauermagnet in einer ersten Stellung dicht bei dem Reedschalter sein muß, um den Reedschalter zu betätigen, damit dieser sich schließt, und da er von dem Reedschalter ziemlich weit entfernt sein muß, damit er sich öffnet. Somit kann ein Signal von einem geschlossenen Reedschalter nur anzeigen, daß der Regelstab sich irgendwo zwischen der ersten und der zweiten Regelstabstellung in Bezug auf den Reedschalter befindet« Dieser Faktor verhindert die Verwendung von Reedschaltern bei genaueren Kernreaktorregelungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Regelstab eine Stellungsanzeigeeinrichtung zu schaffen, die ein genaueres Ausgangssignal ergibt, welches die wahre Regelstabstellung anzeigt, wenn Reedschalter zur Anwendung kommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Spannungsteilerbrücke vorgesehen wird, an der entlang eine Reihe von Reedschaltern angeordnet ist, um Ausgangssignale bei Betätigung zu senden. Die Reedschalter werden so auf Abstand angeordnet, daß sie durch einen verfahrbaren Dauermagneten betätigt werden, der an dem Regelstab befestigt ist. Wenn der Regelstab verfahren wird, betätigt der Dauermagnet einzelne Reedschalter, die einen Teil der Spannungsteilerbrücke auf ein Schaltungsausgangsmeßgerät

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aufschalten. Das Ausgangsmeßgerät ist geeicht, um die Regelstabstellung entsprechend der Größe der Spannungsteilerbrücke anzuzeigen, die der Schaltung aufgeschaltet ist. Jeder Reedschalter besitzt bekanntlich eine Spule, die um ihn herum gewickelt ist, einen Wechselstrom leitet und ein wechselndes Magnetflußfeld um den Reedschalter herum errichtet, wobei das wechselnde Flußfeld den Reedschalter geöffnet hält. Die Einführung eines äußeren Flußfeldes in die Nähe des Reedschalters von dem Dauermagneten verlagert das wechselnde Magnetflußfeld, wodurch es die Flußgrenze für das Schließen des Reedschalters überschreitet und den Reedschalter schließt. Die Entfernung des äußeren Feldes führt dazu, daß das wechselnde Flußfeld sich nach unterhalb der Grenze für das Öffnen des Schalters verlagert. Das Hystereseband des Reedschalters wird dadurch negiert, daß der Ausschlag des wechselnden Magnetflußfeldes auf das Hystereseband des Reedschalters bemessen wird, wodurch dieser sofort auf die Anwesenheit und die Entfernung des äußeren Flußfelds des Dauermagneten anspricht.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es, eine Stellungsanzeigeschaltung zu schaffen, bei der der Hysteresefehler der bekannten Reedschalter auf ein Geringstmaß herabgesetzt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Stellungsanzeige-Anordnung ;

Fig. 2 eine Vergrößerung eines der hysteresekompensierten Reedsohalter gemäß Figur 1,

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Fig. 3 eine graphische Darstellung der Reedschalterzustände, wenn der Dauermagnet an dem Reedschalter vorbei führt,

Fig· 4 eine graphische Darstellung des wechselnden Magnetflußfeldes, welches jeden der Reedschalter gemäß Fig. 1 umgibt,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Verlagerung des

wechsehden Magnetfluflfeldes der Figur 4 durch das äußere Flußfeld des Dauermagneten, der sich auf den Reedschalter zu bewegt,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Verlagerung des wechsenden Magnetflußfelds der Fig. 4 durch das äußere Flußfeld des Magneten, der sich von dem Reedschalter weg bewegt.

Figur 1 zeigt einen Dauermagneten 10, der an eine Leitspindelverlängerung 12 eines nicht dargestellten Regelstabe angeschlossen ist, und kann innerhalb eines abgedichteten Reaktorgehäuses 14 mit dem Regelstab verfahren werden· Der Regelstab wird durch bekannte Antriebsvorriohtungen wie z.B. hydraulische Hubvorrichtungen, Rollenmuttern, Kolben usw., entlang einer festgelegten Strecke L verfahren, die die Stellungen zwischen dem voll eingefahrenen Zustand des Regelstabs im Gehäuse 14 und dem voll auegefahrenen Zustand des Regelstabs aus dem Gehäuse 14 begrenzt.

Der Dauermagnet 10 erzeugt ein örtliches MagnetfIuOfeld, das durch eine nioht-magnetisohe Wand 16 de· Kemreaktor-

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gehäuses Ik verläuft und einen Reedschalter im Bereich des Dauermagneten 10 betätigt. Dadurch wird der dichte Abschluß des Reaktorgehäuses Ik aufrechterhalten. Außen entlang der festgelegten Strecke L des Reaktorgehäuses ist in einer Teilung von 50 mm eine Reihe von 72 magnetischen Reedschaltern S. bis S₇₂ angeordnet, die sich in enger Nähe der Wand l6 befinden und so auf Abstand angeordnet sind, daß sie betätigt werden können, wenn der Dauermagnet 10 auf der Strecke L verfährt.

Die Reedschalter S. bis S₇₂ werden zwischen 72 Widerständen R. bis R₇₂ verbunden, die im wesentlichen den gleichen Widerstand aufweisen und in Reihe geschaltet sind, um eine 72-stufige Spannungsteilerschaltung zu bilden. Die Spannungsteilerschaltung 18 ist an eine Gleichstromquelle P zu 5 V an einem Ende angeschlossen, wobei Bruchteile dieser Versorgungsspannung P zu iinem Ausgangsmeßgerät H dadurch geleitet werden können, daß entsprechende Reedsohalter S, bis S₇₂ geschlossen werden. Die Teilung der Reedschalter S₁ bis S₇₂ wird so gewählt, daß die Betätigung von zwei benachbarten Reedschaltern S durch den Dauermagneten 10 verhindert wird.

Jeder Reedschalter S, - S₇₂ hat eine Spule C₁ - C₇₂, die um den Reedschalter gewickelt ist, von einer Wechselstroaquelle 20 versorgt wird und parallel zu den anderen Spulen C. - C₇₂ dadurch gesohaltet ist, daß die einzelnen Spulen C. - C₇₂ an Stromzuführungsleitungen 22 und 24 angeschlossen werden. Der Wechselstrom von der Stromquelle 20 errichtet somit ein im wesentlichen gleichen Magnetflußfeld um jeden Reedsohalter S. - S₇₂, welches die Hysterese negiert, die man bei den meisten Reedschaltern vorfindet, wie später

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erläutert wird. Da die Hysterese geringfügig zwischen den Reedschaltern schwanken kann, hat jede Spule C. - Q ein in Reihe angeschlossenes veränderliches Drosselelement 26, durch das das einzelne Magnetflußfeld der Spule geändert werden kann, um zu den Zungen des Reedschalters zu passen·

In der zuvor erläuterten Schaltung kann ein einzelner gestörter Reedschalter S wesentlich die Wirkungsweise der Schaltung auf Grund der Einzelbetätigung der Reedschalter S beeinträchtigen. Es sind andere Schaltungen bekannt, die dieses Problem dadurch beseitigen, daß die Reedschalter in der Reihenfolge überlappend betätigt werden und daß eine Redundanz von Reedschaltern vorgesehen wird. Somit wird man verstehen, daß die Reedschalteranordnung nach der Erfindung nicht nur bei der offenbarten Schaltung zur Anwendung kommen kann, sondern auch bei diesen bekannten anderen Schaltungen.

Die Arbeitsweise des Stellungsanzeigesystems unter Verwendung der hysteresekompensierten Reedschalter S. bis S „ wird nunmehr auf der Grundlage der Figuren 2 bis 6 in Verbindung mit Figur 1 erläutert« Wenn man irgendeinen der Reedschalter S nimmt, ist festzustellen, daß ohne Speisung der Spule C von der Wechselstromquelle 20 das Schließen und Öffnen des Schalters der in Figur 3 dargestellten Kennlinie folgen würde. Der Kurve 28 kann man entnehmen, daß, wenn der Magnet 10 sich dem Reedschalter S nähert, ein Magnetfluß im Bereich des Reedschalters S sioh auf eine erste Magnetflußhöhe φ. aufbauen muß, bevor der Reedschalter schließen wird, um ein Signal zu dem Meßinstrument M zwecks Anzeige der Regelstabstellung zu senden· Wenn er jedoch einmal geschlossen ist, dann bleibt der Reedschalter S geschlossen, selbst wenn die Magnetflußhöhe unter ^₁

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liegt, bis der Magnet 10 sich von dem Reedschalter S genügend wegbewegt hat, um den Magnetfluß in dem Bereich des Reedschalters S auf eine zweite Magnetflußhöhe rf« fallen zu lassen, die bedeutend niedriger als die erste Höhe rf. liegt. Der Darstellung in Figur 3 kann man entnehmen» daß ohne Stromversorgung der Spule C der Reedschalter S hei Betätigung nur eine allgemeine Anzeige ergibt die besagt, daß der Regelstab 12 sich irgendwo in der Nähe des Reedschalters S befindet, wodurch an dem Schalter S ein Magnetflußfeld errichtet werden kann, das größter ist ale ^₂ .

Aus Figur k ist zu erkennen, daß, wenn die Spule C von der Wechselstromquelle 20 gespeist und durch die regelbare Drossel 26 angepaßt wird, ein wechselndes Magnetfeld rf um den Reedschalter S herum mit einem Ausschlag oder mit maximalen und minimalen Magnetflußwerten gebildet wird, die innerhalb der Kurvenhülle φ, und rf„ liegen. Wenn der wechselnde Fluß rf unterhalb der Kurvenhülle rf.

el X

und ff_o gehalten wird, hindert man den wechselnden Fluß rf

Λ el

daran, abwechselnd den Reedschalter in die geschlossene und offene Stellung zu bringen. Aus Figur 5 ist zu entnehmen, daß die Einführung eines äußeren Magnetflusses rf , wie z.B. vom Magneten 10, dazu führt, daß sich der äußere Fluß rf mit dem abwechselnden Magnetfluß rf verbindet, um den abwechselnden Fluß rf von der Basislinie 30 um ein

el

Maß wegzubewegen, das dem aufgeschalteten äußeren Fluß rf

entspricht. Wenn sich also der Magnet 10 dem Reedschalter S_ nähert, dann wird der wechselnde Fluß rf um das Maß

JL el

rf verlagert, was schließlich dazu führt, daß der maximale Ausschlag des wechselnden Flusses rf diskontinuierlich

el

die Flußhöhe rf. überschreitet, bei der der Reedschalter

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geschlossen wird. Die Frequenz der Sinusschwingung des wechselnden Flusses φ wird vorher so eingestellt, daß sie geringer ist als die mechanische Eigenschwingungszahl der Zungen des Reedschalters S , um es den Reedschaltern S zu erlauben, geschlossen zu bleiben, nachdem einmal die Spitzen der Sinusschwingungen des wechselnden Flusses φ beginnen, den Fluß φ_Λ zu überschreiten· Wenn der Magnet 10 beginnt, sich von dem Reedschalter S wegzubewegen, dann setzt der äußere Fluß φ die Kombination aus wechselndem Fluß φ und reduziertem äußeren Fluß φ-.

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unter die Höhe φ~ herab, wie man der Figur 6 entnehmen kann, und dann kehrt der Schalter S in seinen offenen Zustand zurück. Wenn der Magnet 10 wieder an dem (Schalter S in umgekehrter Richtung vorbeikommt, dann beginnt wieder das Wechselspiel zwischen dem äußeren Magnetfluß φ und dem wechselnden Magnetfluß φ , wodurch die maxi malen Spitzen der Sinusschwingungen des wechselnden Flusses die Flußhöhe φ* überschreitet, um den Schalter zu schließen.

Den obigen Ausführungen ist zu entnehmen, daß durch richtige Einstellung des Ausschlags der Sinuskurve des wechselnden Flusses φ , um innerhalb der durch φ, und φ_ζ gebildeten Hysteresehülle des Reedschalters S zu liegen, die den bekannten in Reedschaltern herrschende Hysterese auf ein Geringstmaß herabgesetzt, wenn nicht sogar fast beseitigt werden kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

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( 1.)Anzeigeeinrichtung zur Ermittlung der Stellung eines verfahrbaren Teils innerhalb eines abgedichteten Behälters, unfassen;

ein einen Magnetfluß erzeugendes Teil, das an dem beweglichen Teil befestigt und mit diesem verfahrbar ist;

eine Reihe von Reedschaltern, die außerhalb des abgedichteten Behälters entlang der Länge des abgedichteten Behälters mit Abstand angeordnet sind, und einzeln durch das den Fluß erzeugende Teil betätigt werden, wenn das verfahrbare Teil sich innerhalb des abgedichteten Behälters bewegt, und dadurch die Stellung des verfahrbaren Teils anzeigt; und

an jeder der Reedschalterreihen befestigte Mittel zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflußfeld* im Bereich eines jeden der Reedschalter, und die Hysterese zwischen der betätigten und der nicht betätigten Reedschalterstellung auf ein Geringstmaß herabsetzen·

2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflußfelds einschließen:

eine Spule, die um jeden Reedschalter gewickelt ist und elektrischen Wechselstrom hindurchleitet und

eine an jede der Spulen angeschlossene Wechselstromquelle.

3. Anzeigesystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen regelbaren Widerstand, der einzeln an jede der Spulen anschließbar ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Hystereseschwache Reedschaltereinrichtung für eine Stellungeanzeigevorrichtung mit einem magnetischen Teil, das in einem abgedichteten Behälter verfahrbar ist, gekennzeichnet durch

einen Reedschalter, der außerhalb des abgedichteten Behälters angeordnet ist, um normalerweise durch das magnetische Teil auf einer ersten Magnetflußhöhe betätigt und auf einer zweiten Magnetflußhöhe freigelassen zu werden, wenn das magnetische Teil sich in der Nähe des Reedschalters bewegt;

eine Wechselstromquelle und

eine Drahtspule, die um den Reedschalter herum gewickelt ist, um einen wechselnden Magnetfluß zu erzeugen, der einen Ausschlag hat, welcher zwischen der ersten und der zweiten Flußhöhe liegt, wenn an die Wechselstromquelle angeschlossen«

5· Reedschaltereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen regelbaren Widerstand, der zwischen der Drahtspule und der Quelle geschaltet ist und der den auf den Reedschalter aufgebrachten wechselnden Magnetfluß ändert.

6. Verfahren zur Verminderung der Hysterese zwischen der Reedschalterbetätigung und -freilassung bei Stellungsanzeigesystemen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Schrittes

a· in dem Stellungsanzeigesystem einen Reedschalter vorsehen, der bestimmte Betriebezustände hat, welche einer ersten konstanten Magnetflußhöhe und einer kweiten konstanten Magnetflußhöhe entsprechen, die niedriger liegt als die erste konstante Magnetflußhöhe;

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b. um den Reedschalter herum einen wechselnden Magnetfluß betätigen, der maximale und miniaale Magaetflußhöhen innerhalb des Bereichs der ersten und zweiten konstanten Magnetflußhöhen hat; und

c. ein äußeres konstantes Magnetflußfeld in den Bereich des Reedschalters fahren, um mit dem wechselnden Magnetflußfeld zusammenzuwirken und die Vorher bestimmten Betriebszustände des Reedschalters zu ändern·

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