DE3341630C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für den Flüssigkeitsstand in einem Behälter, insbesondere in dem Reaktordruckbehälter eines Kernreaktors, mit einer Brückenschaltung, die den Widerstand eines beheizten elektrischen Widerstandsleiters mit temperaturabhängi­ gem Widerstandskoeffizienten erfaßt.

Einrichtungen der oben genannten Art ermitteln den Flüssigkeitsstand aus Widerstandsänderungen, die durch die Flüssigkeit verursacht sind, weil die Flüssigkeit den Wärmeübergang zwischen der Heizung und dem Wider­ standsleiter beeinflußt, so daß eine Temperaturänderung entsteht, die zu einer Widerstandsänderung führt.

So zeigt die DE 31 25 591 A1 eine Meßeinrichtung, in der in einer Kettenschaltung eine Vielzahl von Widerständen mit posi­ tivem Temperaturkoeffizienten und/oder in einer anderen Ketten­ schaltung eine Vielzahl von Widerständen mit negativen Tempe­ raturkoeffizienten vorgesehen ist. In jeder der Kettenschaltun­ gen erfolgt dabei zwangsweise über den gesamten Meßbereich eine Meßwertveränderung in derselben Richtung. Infolge der thermi­ schen Beschaffenheit der bekannten Kettenschaltungen ändert sich darüber hinaus der Meßwert in dort erwünschter Weise analog zum zu erfassenden Flüssigkeitsstand. Dadurch ist das Erkennen fehlerhafter Meßwerte stark erschwert.

Bei einer Einrichtung nach der US-PS 39 21 450 sind die zur Brückenschaltung gehörenden Widerstände und ihre Heizdrähte in einem gemeinsamen Mantel untergebracht und mit diesem als Wendel auf einen Trägerstab aufgewickelt, so daß verhältnismäßig große Längen des Widerstandsleiters bei Füllstandsänderungen erfaßt werden. Dennoch sind die relativen Widerstandsänderungen im Hinblick auf die gesamte Länge des Widerstandsleiters begrenzt, so daß eine genaue Erfassung des Flüssigkeitsstandes schwierig ist.

Deshalb ist es die Aufgabe der Erfindung, eine genauere Erfassung des Flüssigkeitsstandes mit möglichst einfachen und vor allem störungsunempfindlichen Mitteln zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in einem Brücken­ zweig Widerstandsleiter, die einen positiven Temperatur­ koeffizienten haben, und Widerstandsleiter, die einen negativen Temperaturkoeffizienten haben, abwechselnd zu einer Kette hintereinandergeschaltet sind, wobei die Widerstandsleiter im Behälter in vertikaler Richtung angeordnet sind, daß mehrere (mindestens zum Beispiel drei) Ketten als Brückenzweige von Brückenschaltungen im Behälter benachbart so angeordnet sind, daß die Wi­ derstandsleiter der Ketten in vertikaler Richtung je­ weils gegeneinander versetzt sind, und daß eine digi­ tale Auswertungseinrichtung mit den Brückenschaltungen verbunden ist und aus den Richtungen der Widerstandsänderungen in den Ketten den Flüssigkeitsstand bestimmt.

Wie später anhand der Zeichnung näher erläutert wird, erhält man bei der Kette von Widerstandsleitern posi­ tiven und negativen Temperaturkoeffizientens eine quasi digitale Aussage, weil nicht mehr die Größe einer Widerstandsänderung zu erfassen ist, sondern ihre Richtung, d. h. als Erhöhung oder Verringerung des Widerstandes der Kette. Für jede Kette ergibt der Flüssigkeitsspiegel, je nachdem, ob er im Bereich zwi­ schen zwei Widerstandsleitern oder im Bereich eines Widerstandsleiters liegt, eine Ja-Nein-Aussage bezüg­ lich einer Widerstandsänderung. Deshalb kann man durch eine überlappende Anordnung der Widerstände von be­ nachbarten Ketten eine digitale Auswertung mit eindeu­ tiger Aussage erhalten. Dies gilt besonders für den Fall, daß die zweite der Ketten doppelt so viele, die dritte der Ketten viermal so viele Widerstandsleiter usw. aufweist wie die erste Kette und daß die Länge der Ketten gleich ist.

Vorzugsweise wird die Erfindung so ausgeführt, daß der Abstand zwischen den Widerstandsleitern groß ist ge­ gen die Länge der Widerstandsleiter. Möglichst kurze Leiter ergeben gewünscht steile Signalflanken an den Umschaltpunkten.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel be­ schrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch die An­ ordnung einer Meßeinrichtung in einem Flüssigkeitsbe­ hälter. Die Fig. 2 zeigt die zugehörige Auswertung, aus der die Ausbildung der Meßeinrichtung noch genauer her­ vorgeht.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Behälter 1 gezeichnet, der mit einer Flüssigkeit 2 gefüllt ist. Der Flüssigkeitsstand kann unterschiedlich sein. Der Behälter 1 ist insbesondere der Reaktordruckbehälter eines Kernreaktors, die Flüssigkeit 2 das Reaktorkühl­ mittel, das zur Abfuhr der Wärme von dem nicht ge­ zeichneten Reaktorkern mit einer gewissen Mindest­ menge vorhanden sein muß. In der Fig. 1 ist bei 3 ein erster Flüssigkeitsspiegel angedeutet. Ein zweiter Flüssigkeitsspiegel 4 liegt tiefer. Die Flüssigkeits­ spiegel können zum Beispiel für die Nachspeisung von Kühlmittel wichtig sein und müssen deshalb als Mindest­ werte genau überwacht werden.

Zur Erfassung des Flüssigkeitsspiegels dient die als Ganzes mit 6 bezeichnete Meßeinrichtung. Sie umfaßt eine Kette 7 aus abwechselnd hintereinander geschal­ teten Widerstandselementen 8, 9, 10 und 11, die den einen Brückenzweig einer Brückenschaltung 12 bilden. In dem anderen Brückenzweig 13 liegt ein Widerstand 14, dessen Wert gleich der Summe der Widerstandslei­ ter 8 bis 11 ist. Die weiteren Brückenzweige 16 und 17 enthalten Abgleichwiderstände 18 und 19.

Die Brückenzweige 7, 13, 16 und 17 sind mit ihren Klem­ men 20 und 21 an eine Spannungsquelle 22 gelegt. Es handelt sich um eine Gleich- oder Wechselspannung von 24 V.

Das Meßsignal zwischen den Brückenzweigen 7, 13 und 16, 17 wird zu Klemmen 23, 24 geführt, die in bekannter Weise mit Verstärkern, Anzeigeeinrichtungen oder dergleichen verbunden sind, um den Flüssigkeitsstand im Behälter 1 als eindeutiges elektrisches Signal zu liefern.

Die Widerstandsleiter 8 und 10 bestehen zum Beispiel aus Platin. Sie haben deshalb einen potitiven Tempera­ turkoeffizienten von 0,0031. Die Widerstandsleiter 9 und 11 haben dagegen einen negativen Temperatur­ koeffizienten etwa gleicher Größe, was man bekanntlich durch Verwendung von Materialien spezieller Legierungen erreicht.

Die Beheizung, die zu unterschiedlichen Temperaturen der Widerstandsleiter führt, je nachdem, ob der Wärme­ übergang durch die Flüssigkeit 2 beeinflußt wird (un­ terhalb des Spiegels 3, 4) oder nicht (oberhalb des Spiegels 3, 4), ist in den Figuren nicht dargestellt. Sie erfolgt über einen Heizleiter, der räumlich parallel zur Kette 7 verläuft.

An den Klemmen 23, 24 kann das in Fig. 2 dargestellte Signal S abgenommen werden, wenn sich der Flüssig­ keitsspiegel 3, 4 vom oberen Rand des Behälters über die Höhe H längs der Kette 7 der Widerstandsleiter nach unten verschiebt. Erfaßt der Flüssigkeitsspiegel den Widerstandsleiter 8 vollständig, ist die Brücke 12 abgeglichen. Das Signal hat, wie durch den Teil 27 des Kurvenzuges 28 dargestellt ist, den Wert Null.

Sinkt der Flüssigkeitsspiegel unter das Ende des Wider­ standsleiters 8 mit positivem Widerstandskoeffizienten, so ändert sich der Widerstandswert gemäß dem gestri­ chelt gezeichneten Kurventeil 29 auf den Wert 1, wie durch den Kurventeil 30 im Bereich zwischen den Wider­ standsleitern 8 und 9 angedeutet ist.

Im Bereich des Widerstandsleiters 9 mit negativem Tempe­ raturkoeffizienten ändert sich der Widerstandswert wiederum entsprechend dem Kurventeil 31 auf den Wert Null, wie er durch den Kurventeil 32 angedeutet ist.

Die vorgenannte, für eine digitale Auswertung geeig­ nete Widerstandsänderung ergibt sich für den Fall, daß die durch den Flüssigkeitsstand beeinflußten Wider­ standsänderungen der Widerstandsleiter 8 bis 11 in po­ sitivem wie negativem Sinne gleich sind. Dabei ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 noch die Länge L aller Widerstandsleiter annähernd ebenso groß wie der Abstand A zwischen zwei aneinander grenzenden Wider­ standsleitern 8, 9 usw. gezeichnet. Um die Über­ gangszonen 29, 31 . . . 37, 42 . . . 57, 58 möglichst kurz zu halten und damit eindeutige digitale Zustände zu erzeugen, wird die Länge L möglichst klein gegen den Abstand A gewählt.

Die Kurvenzüge 35 und 36 in der Fig. 2 gehören zu zwei von weiteren möglichen Brückenschaltungen, die räumlich parallel zu der Brückenschaltung 12 im Behälter 1 an­ geordnet, der Übersichtlichkeit wegen jedoch in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Hier sind die Widerstandsleiter gegenüber der räumlichen Ausbildung nach Fig. 1 in bezug auf Länge und Zahl verdoppelt bzw. halbiert.

Der Kurvenzug 35 hat die doppelte Zahl von Widerstands­ leitern, so daß die durch die Strichelung hervorge­ hobenen Bereiche 37, 38, 39 und 40 vier Widerstands­ leitern mit positivem Temperaturkoeffizienten zuzuord­ nen sind. Die gestrichelten Bereiche 42, 43, 44 und 45 gehören zu vier entsprechenden Widerstandsleitern mit negativem Temperaturkoeffizienten. Die dazwischen lie­ genden Bereiche mit Null-Wert sind mit 47, 48, 49 und 50 bezeichnet, während die Abschnitte mit dem Wert 1 die Bezugszeichen 52, 53, 54 und 55 tragen. Die Abstände A der Widerstandsleiter sind halb so groß wie bei der Kette 7.

Im Kurvenzug 36 sind die Signale von einem Widerstands­ leiter mit positivem Temperaturkoeffizienten durch den gestrichelten Bereich 57 und die eines negativen Widerstandsleiters durch den gestrichelten Bereich 58 dargestellt. Sie verbinden die Null-Wert-Bereiche 59 und 60 mit dem Bereich 61 für den Wert 1.

Bei der Auswertung des Flüssigkeitsstandes mit dem Flüs­ sigkeitsspiegel 3, der durch die horizontale Linie 63 in Fig. 2 angedeutet ist, kann man entsprechend den Kurvenzügen 28 und 36 den Wert 1 und entsprechend dem Kurvenzug 35 den Wert Null ablesen. Es ergibt sich das Signal 1, 0, 1.

Der Flüssigkeitsstand entsprechend dem Flüssigkeitsspie­ gel 4 führt dagegen, wie die Linie 64 zeigt, sowohl bei dem Kurvenzug 28 als auch bei dem Kurvenzug 35 zu dem Wert Null. Das gemessene Signal ist deswegen 0, 0, 1. Mithin erhält man bei der Erfindung mit nur we­ nigen Leitungen, die für den Anschluß der Signalklem­ men 23, 24 der einzelnen Brückenschaltungen nötig sind und aus dem Behälter 1 herausgeführt werden müssen, eine digitale Auswertungsmöglichkeit für den Flüssig­ keitsstand. Die Feinheit der Höhenstufung ist durch die Anzahl der Widerstandsleiter in der Kette mit den meisten Widerstandsleitern entsprechend dem Kurvenzug 35 gegeben.

Claims (3)

1. Meßeinrichtung für den Flüssigkeitsstand in einem Behälter, insbesondere in dem Reaktordruckbehälter eines Kernreaktors, in einer Brückenschaltung, die den Wi­ derstand eines beheizten elektrischen Widerstandsleiters mit temperaturabhängigem Widerstandskoeffizienten er­ faßt, mit den Merkmalen, daß in einem Brückenzweig Widerstandsleiter (8, 10), die einen positiven Temperaturkoeffizienten haben, und Widerstandsleiter (9, 11), die einen negativen Tempera­ turkoeffizienten haben, abwechselnd zu einer Kette (7) hintereinandergeschaltet sind, wobei die Widerstands­ leiter (8 bis 11) im Behälter (1) in vertikaler Rich­ tung angeordnet sind, daß mehrere Ketten (7) als Brückenzweige von mehreren Brückenschaltungen (12) im Behälter (1) benachbart so angeordnet sind, daß die Widerstandsleiter (8 bis 11) der Ketten (7) in verti­ kaler Richtung jeweils gegeneinander versetzt sind, und daß eine digitale Auswertungseinrichtung mit den Brückenschaltungen verbunden ist und aus den Richtungen der Wider­ standsänderungen in den Ketten (7) den Flüssigkeitsstand bestimmt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite der Ketten (7) doppelt so viele, die dritte der Ketten (7) viermal so viele Widerstandsleiter usw. aufweist wie die erste Kette (7).

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Widerstandsleitern (8 bis 11) groß ist gegen die Länge der Widerstandsleiter (8 bis 11).