DE2731381A1

DE2731381A1 - Messwertwandler

Info

Publication number: DE2731381A1
Application number: DE19772731381
Authority: DE
Inventors: Frederick Young Thomasson
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1978-02-02
Also published as: IL52408A; NL176026C; US4103161A; LU77712A1; DE2731381B2; NL176026B; IL52408A0; CH622095A5; CA1066776A; JPS5311050A; GB1561520A; FR2358641B1; SE426743B; ES460838A1; SE7708135L; NL7707363A; JPS583278B2; IT1075483B; BE856448A; FR2358641A1

Description

11. Juli 1977 Anw.-Akte: 27.130

PATENTANMELDUNG

sssssssss:

Anmelder; The Babcock & Wilcox Company

161 East ^2nd Street, New York, N.Y. 10017 -USA-

Titel: Meßwertwandler SSSSSSSSSBSSSSSSSSSSSSSSSBSBSSSSSSBSSSSSSSSSSSSSSSBSSSSSSSS

Die Erfindung betrifft Meßwertwandler für die Messung physikalischer Größen wie z.B. - ohne daß diese Aufzählung einen beschränkenden Charakter hat - Temperatur, Druck, Flüssigkeitsstand, Menge, Konzentration eines Gases, das Bestandteil eines Gasgemisches ist, oder der Neutronenflußdichte ·

Deraftige Meßwertwandler erhalten im allgemeinen das Ausgangssignal eines Meßfühlers, der in Eingenkraftausfuhrung sein kann, wie z.B. ein Thermoelement, oder der mit einer Fremdkraftquelle ausgestattet sein kann, wie ein Widerstandsthermometer. Das Ausgangssignal des Meßfühlers wird dann in dem Meßwertwandler verstärkt sowie, falls notwendig, maßstäblich verändert und linearisiert, um ein Meßwertwandler-Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional dem Ausgangssignal des Meßfühlers ist, und zwar für Anzeige-, Schreib- und/oder Regelzwecke· Bekanntlich können solche Meßwertwandler mit Schaltungsteilen versehen werden, wie z.B.

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Filter, Abschirmung und dergleichen, wodurch das Signal-/ Geräusch-Verhältnis oberhalb einer annehmbaren Grenze gehalten wird.

Bei der Messung physikalischer Größen wird im allgemeinen ein Meßwertwandler benötigt, der unverzüglich auf Änderungen der physikalischen Größe anspricht und dabei einen hohen Genauigkeitsgrad aufweist. Diese Forderungen sind in vielen Fällen unvereinbar. Somit wird ein nacktes Thermoelement schnell auf Temperaturänderungen ansprechen. Ein solches Thermoelement ist jedoch der Verschmutzung durch Umweltsbedingungen ausgesetzt, wodurch die Genauigkeit vermindert wird. Andererseits weiß man, daß ein gegen schädliche Umweltsbedingungen gut geschütztes Thermoelement oder Widerstandsthermometer zwar einen hohen Genauigkeitsgrad aufweist, jedoch auf Temperaturänderungen so langsam anspricht, daß es für viele Fälle ungeeignet ist. Dies ist nur ein bestimmtes Beispiel der allgemeinen Schwierigkeit, auf die man stößt, wenn die Messung physikalischer Größen ein unverzügliches Ansprechen auf Änderungen der Größe in Verbindung mit einer hohen Genauigkeit erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem durch Schaffung eines verbesserten Meßwertwandlers zu lösen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Meßwertwandler ein Ausgangssignal erzeugt, das die Kombination aus EingangsSignalen von einem unverzüglich ansprechenden Meßfühler mit einer kleineren oder größeren Genauigkeit und von einem zweiten verhältnismäßig langsam ansprechenden Fühler ist, der einen hohen Genauigkeitsgrad aufweist.

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Weiterhin spricht erfindungsgemäß das Ausgangssignal des Meßwertwandlers unmittelbar auf Änderungen im Ausgangssignal des ersten Meßfühlers an, wodurch Änderungen der physikalischen Größe empfangen werden, und auf das Zeitintegral der Abweichung des Ausgangssignals des ersten Meßfühlers von dem Ausgangssignal des zweiten Meßfühlers, um dadurch ein Meßwertwandler-Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional demjenigen des zweiten Meßfühlers ist und somit den Wert der physikalischen Größe mit einem hohen Genauigkeitsgrad darstellt.

Weiterhin kann erfindungsgemäß das Ausgangssignal des zweiten Meßfühlers benutzt werden, um kontinuierlich das Ausgangssignal des ersten Meßfühlers unter Beharrungszustandsbedingungen zu eichen, ao daß die Korrektur, die an dem Meßwertwandler-Ausgangssignal erforderlich ist, um es proportional dem Ausgangssignal des zweiten Meßfühlers zu halten, minimal ist.

In der Zeichnung ist ein Logikschema eines Meßwertwandlers, der die Erfindungsgrundsätze beinhaltet, wie sie auf die Messung der Neutronen-flußdichte in einem Kernreaktor durch innerhalb des Kerns liegende Eigenkraft-Neutronenfluß-Meßfühler angewandt werden, dargestellt.

Ein kritisches Maß im Betrieb von Kernreaktoren ist die Neutronenflußdichte im Kern. Bisher sind solche Messungen an ausgewählten Kernstellen mit Eigenkraft-Rhodium-Meßfühlern durchgeführt worden. Solche Meßfühler haben einen annehmbaren Genauigkeitsgrad, sprechen aber langsam auf Änderungen der Flußdichte an, da sie eine Zeitkonstante - d_T h« die Zeit, die erforderlich ist, um auf 63 % einer Stufenänderung in der Flußdichte zu fallen oder zu steigen -

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in einer Größenordnung von einer oder von mehreren Minuten haben, wodurch deren Verwendung in einem Reaktorregel- oder -sicherheitskanal ausgeschlossen und deren Eineatz darauf begrenzt ist, den zeitlichen Verlauf der Kraftverteilungen und -änderungen während der Kraftbetriebsarten zu liefern. Ein solcher Meßfühler ist schematisch in der Zeichnung unter dem Bezugszeichen 2 dargestellt.

Für die Neutronenflußdichtemessung innerhalb von Kernen stehen auch schnell ansprechende Meßfühler zur Verfügung, deren Zeitkonstante in der Größenordnung von einer bis zwanzig Millisekunden liegt, wodurch sie die notwendige Ansprechgeschwindigkeit zum Einsatz in einem Reaktorregeloder -sicherheitskanal haben. Solch schnell ansprechende Meßfühler können aber einen nicht annehmbaren anfänglichen Genauigkeitsgrad aufweisen und können eventuell keine vorherbestimmte Punktionsbeziehung zwischen der Neutronenflußdichte und dem Signalausgang haben. Somit ist deren Nützlichkeit bei der überwachung des Reaktorbetriebs z.Bt. begrenzt. Typisch für solch schnell ansprechende Meßfühler ist der Ytterbium-Meßfühler, welcher schematisch in der Zeichnung unter dem Bezugszeichen 1 dargestellt ist.Meßfühlerpaare, wie sie mit 1 und 2 bezeichnet sind, können an gewählten kritischen Stellen innerhalb des gesamten Reaktorkerns angeordnet werden.

In den nunmehr zu beschreibenden Meßwertwandlern werden die Signalausgänge aus den Meßfühlern 1 und 2 in der erforderlichen Weise in den Verstärkern 3 bzw. k verstärkt. Die Ausgangssignale aus den Verstärkern können, falls gewüscht oder erforderlich, in den Funktionsgeneratoren 5 und 6 linearisiert und maßstäblich geändert werden. Das Ausgangssignal aus dem Funktionsgenerator 5» d. h. das Signal proportional dem Ausgangssignal aus dem Meßfühler 1, wird als

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Durchschaltsignal über die Schaltungsteile 7, 8 und 9, welche später zu beschreiben sind, auf eine entsprechende Anzeige-, Schreib- und/oder Regelvorrichtung 10 gegeben, Somit ergibt der Meßwertwandler ein Ausgangssignal, das sofort auf Änderungen der Plußdichte anspricht.

Das Ausgangssignal aus dem Funktionsgenerator 6, d. h. das Signal proportional zum Ausgangssignal des Meßfühlers 2, dient dazu, über einen geschlossenen Rückführungskreis das Ausgangssignal aus dem Funktionsgenerator 5, d. h. das Signal proportional zum Ausgangssignal aus dem Meßfühler 1, mit einer verhältnismäßig langsamen, kontinuierlichen Geschwindigkeit zu ändern, bis unter Beharrungszustandsbedingungen das Meßwandler-Ausgangssignal, das in die Vorrichtung 10 über die Leitung 18 eingegeben wird, gleich dem Ausgangssignal aus dem Funktionsgenerator 6 ist. Dies wird durch den Rückführungskreis 22 erreicht, in welchem das Meßwandler-Ausgangssignal über die Leitung 20 zu einem Differenzglied 11 zurückgeführt wird, das ein Ausgangssignal erzeugt, welches proportional der Abweichung des Maßwandler-Ausgangssignals von dem Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6 ist. Ein Zeitintegralglied 12, welches dieses Signal erhält, erzeugt ein Ausgangssignal, welches über das Summierglied 9 dazu dient, das MeßwandIerausgangssignal mit einer kontrollierten Geschwindigkeit zu verstellen, bis es gleich dem Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6 ist₀ Somit spricht das Meßwandlerausgangssignal zwar unverzüglich auf Änderungen der Flußdichte an, ergibt aber auch die Höhe der Flußdichte mit dem Genauigkeitsgrad des zwar langsam ansprechenden, aber sehr genauen Meßfühlers 2.

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Um die Korrektur zu vermindern, die an dem Meßwandlerausgangs signal über den Rückführungskreis 22 vorgenommen werden muß, umfaßt die Erfindung auch die sofortige Änderung dieses Signals im Verhältnis zu Änderungen am Signal, das vom Meßfühler 2 erzeugt wird; zu diesem Zweck wird das letztgenannte Signal über eine Leitung 17 und eine Zweigleitung 19 zu dem Summierglied 8 geschickt. Das aus diesem Glied zum Summierglied 9 weitergeleitete Ausgangssignal wirkt so, daß es das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 5 sofort und im Verhältnis zu Änderungen des Ausgangssignals aus dem Funktionsgenerator 6 ändert.

In den Fällen, in denen die Genauigkeit des schnell ansprechenden Meßfühlers 1 sich stark und mehr oder weniger willkürlich ändert, umfaßt die Erfindung weiterhin die Eichung dieses Signals unter längeren Beharrungszustandsbedingungen, wobei das von dem langsam ansprechenden Meßfühler 2 erzeugte Signal als Eichmaß verwendet wird. Gemäß der Darstellung tritt das Ausgangssignal aus dem Funktionsgenerator 6 über die Leitung 17 und eine Zweigleitung 21 in ein Differenzglied Ik ein, in das das Ausgangssignal aus dem Multiplizierglied 7 rückgeführt wird. Ein Untergrierglied 16, welches das Ausgangssignal aus dem Differenzflied 1Ί erhält, erzeugt ein Ausgangssignal, das in das Multiplizierglied 7 eintritt und dazu dient, eine Eichkorrektur an dem Signal vorzunehmen, das im Funktionsgenerator 5 -unter Beharrungszustandsbedingungen erzeugt wird.

In der Zeichnung und in der Beschreibung sind konventionelle Logiksinnbilder verwendet worden. Es sollte daruf hingewiesen werden, daß die Regelteile, manchmal auch mit "Hardware" bezeichnet*, auf dem Markt erhältlich sind und daß deren Arbeitsweise den Fachleuten bekannt ist. Weitere

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konventionelle Logiksinnbilder sind verwendet worden, um eine eindeutige Unterscheidung von einer bestimmten
Geräteart zu erreichen, wie z. B. pneumatische, hydraulische oder elektronische Geräte, weil die Erfindung die
Verwendung irgendeiner dieser Arten oder ein Kombination aus denselben umfaßt.

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Claims

Anw.-Akte: 27.130 PATENTANSPRÜCHE: 2731331

1. Meßwertwandler, welcher ein Ausgangssignal proportional

ν ^der Größe eines physikalischen Zustande erzeugt, dadurch

gekennzeichnet , daß er umfaßt: einen ersten unverzüglich ansprechenden Meßfühler (l), der ein Signal entsprechend der Größe des physikalischen Zustande erzeugt, einen zweiten langsam ansprechenden Meßfühler (2), der ein Signal erzeugt, welches der Größe des physikalischen Zustande entspricht, wobei dieser Meßfühler (2) jedoch eine hohe Genauigkeit in Bezug auf die Genauigkeit des ersten Meßfühlers (l) aufweist, jedoch eine lange Zeitkonstante gegenüber der Zeitkonstante des ersten Meßfühlers (l), eine Schaltung, die auf die von dem ersten und dem zweiten Meßfühler erzeugten Signale anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, welches sich in Übereinstimmung mit Änderungen an dem durch den ersten Meßfühler erzeugten Signal ändert, sowie einschließlich Mittel, das das Ausgangssignal der Schaltung verstellt, um dem Signal zu entsprechen, das von dem zweiten Meßfühler in einer kontrollierten Geschwindigkeit erzeugt wurde.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das letztgenannte Mittel das Schaltungsausgangssignal mit einer Geschwindigkeit ändert, die proportional dem Zeitintegral der Abweichung des durch den ersten Meßfühler erzeugten Signals von dem durch den zweiten Meßfühler erzeugten Signal ist.

3. Meßwertwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt: Mittel, das das von dem ersten Meßfühler erzeugte Signal proportional zu den Änderungen des von dem zweiten Meßfühler erzeugten Signals ändert.

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ORIGINAL INSPECTED

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k. Meßwertwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einschließt: Mittel, das das von dem ersten Meßfühler erzeugte Signal in einer Geschwindigkeit ändert, die proportional zum Zeitintegral der Abweichung des vom ersten Meßfühler erzeugten Signals vom Signal ist, welches vom zweiten Meßfühler erzeugt wird.

5. Meßwertwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Änderungsmittel ein Differenzglied einschließt, welches ein Ausgangssignal proportional zur Differenz zwischen den Signalen erzeugt, die von dem Ersten und dem zweiten Meßfühler erzeugt wurden, ein Integrierglied, das auf das Ausgangssignal des Differenzglieds anspricht und ein Ausgangssignal proportional zum Zeitintegral des Differenzglied-Ausgangssignals erzeugt, sowie ein Multiplizierglied, das das von dem ersten Meßfühler erzeugte Signal mit dem Signalausgang des Integrierglieds multipliziert, um gegenüber dem ersten Meßfühler ein modifiziertes Signal zu erzeugen, das gleich dem von dem zweiten Meßfühler erzeugten Signal ist.

6. Meßwertwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Modifiziermittel ein Summierglied (9) einschließt, das ein Ausgangssignal proportional zu der Summe der Signale erzeugt, die von dem ersten und dem zweiten Meßfühler erzeugt werden.

7. Meßwertwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Funktionsgeneratoren einschließt, die auf die Signale ansprechen, welche von dem ersten und dem zweiten Meßfühler erzeugt werden, und die Ausgangssignale erzeugen, welche sich in einer vorher bestimmten Funktionsbeziehung zu den von dem ersten und dem zweiten Meßfühler erzeugten Signalen ändern.

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8. Meßwertwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste unverzüglich ansprechende Meßfühler (l) ein Eigenkraft-Ytterbium-Meßfühler ist, der auf Neutronenflußdichte anspricht, und der zweite langsam ansprechende Meßfühler (2) ein eigenkraftlUiodium-Meßfühler ist, der auf Heutronenflußdichte anspricht.

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