DE3512697A1

DE3512697A1 - Gekapselter magnetostriktiver beschleunigungsaufnehmer fuer hohe temperatur

Info

Publication number: DE3512697A1
Application number: DE19853512697
Authority: DE
Inventors: Josef 5063 Overath Becher; Jan Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Podgorski
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1985-04-09
Publication date: 1986-10-09

Description

Gekapselter magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer
für hohe Temperatur Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetostriktiven Beschleunigungsaufnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Beschleunigungsaufnehmer werden in vielen Bereichen der Technik benötigt, insbesondere zur Aufzeichnung von Signalen im Schall- und Ultraschallbereich in der Meßtechnik und bei der Betriebsüberwachung von Großkomponenten.
Das Prinzip von magnetostriktiven Beschleunigungsaufnehmern ist beispielsweise in der US-PS 2 550 771 beschrieben.
Aus der DE-OS 24 14 936, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist auch ein gekapselter magnetostriktiver Schallaufnehmer entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Weiterbildung solcher magnetostriktiver Beschleuniaungsaufnehmer für Anwendungsfälle unter schwierigen Bedingungen, insbesondere 0 bei Temperaturen von 550 - 600 C und/oder in einem aggresiven Umgebungsmedium und/oder in einem Bereich, in welchem elektromagnetische Störfelder vorhanden sind. Speziell soll der erfindungsgemäße Beschleunigungsaufnehmer zur akustischen Überwachung von Großkomponenten in Kernreaktoren und anderen Kraftwerken geeignet sein. Für diese Aufgabe sollte sein empfindlichster Grenzbereich zwischen 5 und 30 kHz liegen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer gemäß dem Anspruch 1 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß ist dieser Beschleunigungsaufnehmer nicht nur mit einem Schutzgehäuse ausgerüstet, sondern besitzt innerhalb dieses Schutzgehäuses eine zusätzliche Abschirmung gegen Magnetfelder. Zur Aufrechterhaltung der Funktion des magnetostriktiven Kerns ist eine magnetische Trennung des Kerns von der Abschirmung erforderlich, welche durch eine nicht ferromagnetische Zwischenplatte bewirkt wird. Andererseits soll der magnetostriktive Kern jedoch möglichst direkt akustisch an ein Untersuchungsobjekt angekoppelt werden können, weshalb die Ankopplungsseite des magnetostriktiven Kern, die Zwischenplatte, der Boden der Abschirmung und der Boden des Schutzgehäuses sich in mechanisch festem Kontakt miteinander befinden müssen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben. Für die vorgesehenen Umgebungsbedingungen ist es sinnvoll, als Material für das Schutzgehäuse austenitischen Stahl zu verwenden, welcher auch einen der Hauptwerkstoffe für Reaktorkomponenten, zumindest bei natriumgekühlten Reaktoren, bildet.
Die magnetische Abschirmung sollte vorzugsweise aus Weicheisen bestehen oder aus einem anderen weichmagnetischem Material mit hohem Curie-Punkt.
Wegen der notwendigen guten akustischen Ankopplung kommt als Zwischenplatte zur magnetischen Trennung von magnetostriktivem Kern und Abschirmung in dem gewünschten Temperaturbereich besonders ein nicht ferromagnetisches Metall, vorzugsweise Kupfer, in Betracht. Die Berührungsflächen aller an der akustischen Ankopplung beteiligten Bauteile sollten erfindungsgemäß flächig miteinander verlötet sein, wodurch eine dauerhafte feste Verbindung entsteht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Beschleunigungsaufnehmer im Längsschnitt.
Der eigentliche Beschleunigungsaufnehmer wird von einem magnetostriktiven Kern 1 der üblichen Bauart gebildet.
Er besteht aus einem aus dünnen Blechen geschichteten Körper aus magnetostriktivem Material, der zwei Stege 2 und eine rechteckige oder quadratische Grundfläche aufweist. Die Stege 2 sind in der üblichen Art von Spulenwicklungen 3 umgeben, wobei für hohe Temperaturen geeignete keramisch isolierte Leiter bevorzugt werden. Der magnetostriktive Kern 1 weist ein zur Schallaufnahme geeignetes Ende und ein zwecks Dämpfung verlängertes Ende auf. Das zur Schallaufnahme dienende Ende ist fest auf eine Zwischenplatte 5 aus diamagnetischem Material, vorzugsweise Kupfer, aufgesetzt. Vorzugsweise ist die gesamte Berührungsfläche 11 zwischen dem magnetostriktiven Kern 1, 2 und der diamagnetischen Zwischenplatte 5 verlötet. Die Zwischenplatte 5 wiederum liegt auf einer weiteren Platte 6a aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Weicheisen, auf. Bevorzugt wird auch bei dieser Berührungsfläche 12 eine flächige Verlötung. Das ferromagnetische Material sollte einen für den jeweiligen Anwendungsfall genügend hoch liegenden Curie-Punkt aufweisen, damit seine der magnetischen Abschirmung dienenden Eigenschaften auch bei hoher Temperatur erhalten bleiben. Die ferromagnetische Platte 6a wiederum liegt fest auf dem Schutzgehäuseboden 7a auf, wobei die Berührung fläche 13 auch vorzugsweise verlötet ist Der Gehäuseboden 7a und das gesamte übrige Schutzgehäuse 7b, 7c, 7d sowie die zugehörigen Befestigungsteile 8, 9 und 10 bestehen vorzugsweise aus austenitischem Stahl. Der Schutzgehäuseboden 7a geht in eine Mutter 8 und anschließend in einen Gewindebolzen 9, 10 über. Auf diese Weise läßt sich der gesamte Meßaufnehmer in ein Strukturteil einschrauben.
Das Schutzgehäuse 7a, 7b, 7c wird aus mehreren Teilen zusammengesetzt und an den Verbindungsstellen 15a, 15b vorzugsweise laserverschweißt. Das Schutzgehäuse 7a, 7b, 7c geht an seinem dem Gewindebolzen 9, 10 gegenüberliegenden Ende in ein Schutzrohr 7d über, in welchem die Zuleitungen 18 zu dem magnetostriktiven Wandler 1 verlegt sind. Das Schutzrohr 7d wiederum kann in geeigneter Entfernung vom Meßort über eine Steckverbindung oder dergleichen an übliche Zuleitungen angeschlossen werden. Innerhalb des Schutzgehäuses 7a, 7b, 7c befindet sich eine magnetische Abschirmung 6a, 6b aus ferromagnetischem Material. Der den magnetostriktiven Wandler 1 umgebende Abschirmungsbecher 6b ist vorzugsweise mittels eines Gewindes 6c auf den Abschirmungsboden 6a aufgeschraubt. Die Abschirmung 6a, 6b, 6c weist an seinem oberen Ende eine Durchführung 6d für die Zuleitungen 18 auf.
Durch die diamagnetische Zwischenplatte 5, wird der magnetostriktive Kern 1, 2, der ja selbst einen in sich geschlossenen magnetischen Kreis bildet, von der magnetischen Abschirmung 6a, 6b magnetisch isoliert, wodurch seine Funktionsfähigkeit erhalten bleibt. Fernerhin weist der magnetostriktive Kern 1 , 2 an seinem Dämpfungsende eine Dämpfungskappe 4 auf, welche vorzugsweise an der gesamten Berührungsfläche 14 mit dem magnetostriktiven Kern 1, 2 verlötet ist. Die Dämpfungskappe 4 besteht vorzugsweise aus Tantal oder einem anderen Material von genügendem spezifischem Gewicht. Die Dämpfungskappe 4 kann entweder wie der magnetostriktive Kern 1 eine rechteckige Grundfläche haben, oder jedoch zylindrisch ausgebildet sein.
Ansonsten sind jedenfalls die Gehäuseteile vorzugsweise kreissymmetrisch und konzentrisch zur Mittelachse des Meßaufnehmers aufgebaut.
Bei Verwendung der bevorzugten Materialien, der vorgeschlagenen Verbindungstechniken und geeigneter hochtemperaturbeständiger Zuleitungen eignet sich der Meßaufnehmer für Temperaturen von über 550 OC und ist bevorzugt in einem Frequenzbereich von 5 bis 25 kHz einsetzbar. Er eignet sich damit besonders für bestimmte akustische Überwachungen an Reaktorkomponenten.

Claims

Gekapselter magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer für hohe Temperatur Patentansprüche 1. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer mit einem in einem nicht ferromagnetischen Schutzgehäuse (7a, 7b, 7c, 7d) angeordneten um einen magnetostrilctiven Kern (1, 2) gewickelten Spulensystem (3), wobei der magnetostriktive Kern eine bedämpfte Seite und eine Ankoppelungsseite besitzt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Der magnetostriktive Kern (1, 2) mit dem Spulensystem (3) ist von einer zusätzlichen, innerhalb des Schutzgehäuses (7a, 7b, 7c, 7d) angeordneten Abschirmung (6a, 6b, 6c, 6d) gegen Magnetfelder umgeben.

b) Der magnetostriktive Kern (1, 2) ist von der Abschirmung (6a, 6b, 6c, 6d) durch eine nicht ferromagnetische Zwischenplatte (5) magnetisch isoliert.

c) Die Ankopplungsseite des magnetostriktiven Kerns (1, 2), die Zwischenplatte (5), der Boden (6a) der Abschirmung (6a, 6b, 6c, 6d) und der Boden (7a) des Schutzgehäuses (7a, 7b, 7c, 7d) sind in mechanisch festem Kontakt miteinander.
2. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (7a, 7b, 7c, 7d) aus austenitischem Stahl besteht.
3. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (6a, 6b, 6c, 6d) aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Weicheisen besteht.
4. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (5) aus einem nicht ferromagnetischen Metall, vorzugsweise Kupfer, besteht.
5. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamten Berührungsflächen (11, 12, 13) zwischen magnetostriktivem Kern (1, 2), Zwischenplatte (5), Abschirmungsboden (6a) bzw. Schutzgehäuseboden (7a) flächig miteinander verlötet sind.
6. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (7a, 7b, 7c, 7d) aus mehreren Teilstücken besteht, die fügetechnisch verbunden, vorzugsweise laserverschweißt, sind.
7. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (6a, 6b, 6c, 6d) aus einem Abschirmungsboden (6a) und einem darübergestülpten Abschirmungsbecher (6b) besteht, welcher vorzugsweise mit einem Gewinde (6c) auf den Abschirmungsboden (6a) aufgeschraubt ist.
8. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzgehäuseboden (7a) in eine Mutter (8) und anschließend in einen Gewindebolzen (9, 10) übergeht.
9. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (7a, 7b, 7c, 7d) an seinem oberen Ende in ein Schutzrohr (7d) übergeht, in welchem die Zuleitungen (18) zu den Spulen (3) des magnetostriktiven Kerns (1, 2) verlegt sind.
10. Magnetostriktiver Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bedämpfte Ende des magnetostriktiven Kerns (1, 2) mit einem zusatzlichen Dämpfungskörper (4), vorzugsweise aus Tantal, fest verbunden ist, vorzugsweise auf der gesamten Berührungsfläche (14) flächig verlötet ist.