DE7125698U - Vorrichtung zur fuellstandsmessung von elektrisch leitenden fluessigkeiten - Google Patents

Description

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26.1.1973 / Di .159.8

IMTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 5C6 Bensberg

Vorrichtung zur Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten

vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung ~ur· Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten mittels Induktionsspulen, beispielsweise von flüssigen Natrium in Kernenergieanlagen, bestehend aus mindestens einem Meßwertgeber, der an einem Handhabungsrohr befestigt ist, in dem die Meßleitungen geführt sind, und die in einem Führungsrohr gleitend an den Meßort gebracht ist, sowie aus einem Meßwertumsetzer. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere auch zum Lecknachweis an schwer zugänglichen Stellen.

Die Überwachung des Füllstandes und das schnellstmögliche Erkennen etwaiger Lecks, sowie die Fernanzeige diesbezüglicher Meßwerte sind in vielerlei Anlagen nötig, und entsprechende Vorrichtungen sind seit langem bekannt.

Bei Verwendung eines chemisch äußerst aggressiven, auf hoher Temperatur befindlichen und zum Teil auch radioaktiven Mediums, wie es das in bestimmten Arten von Kernreaktoren zur Kühlung verwendete flüssige Natrium ist,

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treten jedoch besondere Anforderungen an die Meßvorrichtung auf, die es wünschenswert erscheinen lassen, eine Meßvorrichtung zu verwenden, die ohne unmittelbaren Kontakt mit dem zu messenden Medium und ohne bewegliche Teile arbeitet und zudem durch Fernbedienung an den Meßort gebracht und auch wieder von diesem entfernt werden kann, dadurch ein Auswechseln schadhaft gewordener Teile der Vorrichtung während des Betriebes, ermöglichend.

Die Verwendung von elektrischen Spulen zu Meßzwtcken, deren beim Durchfluß eines elektrischen Stromes gebildetes magnetisches Feld durch in der Nähe befindliche elektrisch leitende Gegenstände, beispielsweise eine Flüssigkeit, meßbar beeinflußt wird, ist an sich bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift 2 435 013. Die bekannten Vorrichtungen, vorzugsweise zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von elektrisch leitenden Flüssigkeiten verwendet, weisen mindestens drei, zumeist kernlose Spulen ' auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung und/oder zum Lecknachweis von elektrisch leitenden Flüssigkeiten zu schaffen, die aus einem oder mehreren Meßwertgebern und einem räumlich davon getrennt aufgestellten Meßwertumsetzer besteht, wobei die Meßwertgeber so geschaltet sind, daß sie mittels eines Führungsrohres an schwer zugängliche Orte, beispielsweise ins Innere eines Kernreaktors gebracht werden können und auswechselbar sind.

Dabei erfolgt die Messung zweckmäßigerweise derart, daß eine Primärspule mit einem Wechselstrom erregt wird, und daß die in einer Sekundärspule erzeugte Spannung in einem Meßwertumsetzer verstärkt und gleichgerichtet wird, und

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daß der Quotient aus der gleichgerichteten Sekundärspannung und dem gleichgerichteten Erregerstrom überwacht wird, derart daß bei Vorhandensein einer elektrisch leitenden Flüssigkeit am Meßort das Erregerstromsignal überwiegt und zur Messung des Füllstandes und/oder zur Auslösung eines Signals verwendet wird. Wird eine am Meßort befindliche Induktionsspule als FrimaT^spule durch einen hindurchfließenden Wechselstrom erregt, so wird in einer zweiten, auf derselben magnetischen Achse liegenden Induktionsspule als Sekundärspule eine zweiter Wechselstrom induziert, dessen Spannung und Phasenlage durch das Vorhandensein einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, beispielsweise von flüssigem Natrium, in der Nähe der Spulen, zum Beispiel an der Außenwand des Führungsrohres, in dem sich diese befirden, meßbar beeinflußt werden und zwar in bestimmten Grenzen proportional dem Grad der Benetzung des Führungsrohres durch die Flüssigkeit. Die Spannung dieses in der Sekundärspule induzierten Stromes liefert den Meßwert, der in den Meßwertumsetzer eingespeist und dort mit der Erregerspannung verglichen wird =

Zur Lösung dieser Aufgabe wird g?.?'¹ der Erfindung vorgeschlagen, daß in dem Meßwertgeber eine'Primärspule und eine Sekundärspule aus metallisch ummantelten, isolierten Drähten vorhanden sind, die auf einen gemeinsamen, hohlen, in Längsrichtung geschlitzten Kern aus Reineisen gewickelt sind, der an seinen Enden und zwischen den Spulen mit umlaufenden, durch den Schlitz unterbrochenen Stegen versehen ist. Der Aufbau dieser Vorrichtung entspricht weitgehend dem der ir der DT-OS 21 20 52 3 beschriebenen Vorrichtung zur Fernüberwachung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten, doch weist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung statt mindestens drei nur zwei Induktionsspulen auf. Die Verwendung von metallummanteltem Draht erlaubt eine Verwendung der Vorrichtung auch bei hohen Temperaturen und hohen Strahlendosen, wobei es sich gezeigt hat, daß das Aneinanderliegen der Metallummantelungen der Drähte trotz der dadurch hervorgerufenen Kurzschlußströme in den Spulen ohne nachteiligen Einfluß auf die Güte und Stärke des Meßsignals bleibt.

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Der Spulenkern aus Reineisen, dessen Curiepunkt 75O°C beträgt, bewirkt eine Steigerung der Signalspannung um etwa das 30-fache geger. iber der von einer Spule ohne Kern gelieferten. Sein magnetischer Widerstand beispielsweise gegenüber Natrium ist so gering, daß auch eine etwaige Änderung seiner Permeabilität infolge von Strahlungseinwirkung ohne Rückwirkung auf die Genauigkeit der Messung bleibt. Der Längsschlitz im Kern dient zur Dämpfung der in ihm auftretenden Wirbelströme und zur Verlegung der Drähte. Die umlaufenden Stege aus dem gleichen Material, mit denen der Kern versehen ist, und die zwischen den Spulen und an deren äußeren Enden angeordnet sind, bewirken daß die magnetischen Feldlinien der Spulen in stärkerem Maße senkrecht zur Achse des Kerns ausgelenkt und sie dadurch stärker durch eine in ihre ι Bereich befindliche elektrisch leitende Flüssigkeit beeinflußt werden, wodurch das Meßsignal ebenfalls verstärkt wird. Eine Füllstandsmessung ist nur ir. Bereich der Induktionsspule möglich, deren Länge mit Rücksicht darauf, daß der Meßwertgeber möglicherweise auch durch gekrümmte Führungsrohre an den Meßort gebracht werden muß, begrenzt ist.

Zur Erfassung eines oder mehrerer größerer Füllstandsbereiche wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß mehrere mit dem Meßwertumsetzer verbundene Meßwertgeber übereinander angeordnet sind, und zwar entweder in fxinem gemeinsamen Führungsrohr oder aber in mehreren solcher Führungsrohre .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Induktionsspulen und ihr Kern in einem geschlossenen Schutzrohr angeordnet sind. Das Schutzrohr verhindert neben mechanischen Beschädigungen der Spulen deren möglicherweise ungleichmäßige Benetzung, die zu fehlerhaften Meßergebnissen führen könnte und die auch eine zusätzliche Dämpfung hervorrufen würde.

Die Verwendung von metallummanteltem Draht gestattet es, als weiteres Merkmal der Erfindung vorzuschlagen, daß die in dem Handhabungsrohr geführten Zuleitungen der Induktions-

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spulen mit den Drähten der zugehörigen Induktionsspulen eine Einheit bilden. Durch den Wegfall von Klemm- oder Lötverbindungen wird die Betriebssicherheit der Vorrichtung erhöht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Zuleitungen der Induktionsspulen in einer Durchführung am Ende des Schutzrohres dicht eingelötet sind. Dadurch wird erreicht, daß der Meßwertgeber eine geschlossene Einheit bildet und die Zuleitungen gegen Beschädigung durch Scheuern an der Durchführung geschützt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das mit dem Meßwertgeber verbundene Handhabungsrohr aus einer eng aneinander gewickelten Drahtspirale und mindestens einem darüber geflochtenen Drahtgewebeschlauch besteht. Dies ermöglicht es, das Rohr sowohl auf Zug als auch auf Druck beanspruchen zu können, wie es beispielsweise nötig ist, um den Meßwertgeber aus dem Führungsrohr herauszuziehen, bzw. in diesen hineinzuschieben. Die vorgeschlagene Konstruktion gestattet es, diese Kräfte ohne Schaden für das Rohr so zu bemessen, daß auch erhebliche Widerstände, beispielsweise durch das Klemmen des Meßwertgebers im Führungsrohr verursacht, überwunden werden können, da jede der beiden Arten der Belastung durch ein besonderes, dafür geeignetes Organ aufgenommen wird, wobei sich beide Organe gegenseitig abstützen. Als weitere Vorteile sind zu nennen: Die Möglichkeit, im freien Innenraum des · Rohres die Zuleitungen der Induktionsspulen zu führen und die Möglichkeit, das Rohr bei hohen Umgebungstemperaturen zu verwenden. Ferner lassen sich bei dieser Bauweise geringe Rohrdurchmesser, beispielsweise von 12 mm und geringe Biegeradien, beispielsweise von 0,5 m erreichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das erwähnte Handhabungsrohr mit einer bifilar gewickelten elektrischen Heizung versehen ist, die es gestattet, etwa vorhandene erstarrte Reste der Flüssigkeit, beispielsweise festes Natrium abzuschmelzen, die sonst die Handhabung beeinträchtigen

könnten. Es ist zweckmäßig, auch die Meßwicklungen beheizbai auszuführen, so daß auch der Meßwertgeber erwärmt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt

Figur 1 die Vorrichtung in einer zum Lecknachweis geeigneten Anordnung

Figur 2 einen Längs axialschnitt durch den Meßwertgeber in dieser Anordnung

Figur 3 die Vorrichtung in einer Anordnung, die zur Füllstandsmessung dient

Figur M- einen Längs axialschnitt durch den Meßwertgeber in dieser Anordnung

Figur 5 einen Querschnitt durch denselben entsprechend der Linie A-B in den Figuren 2 und 4·

Figur 6 einen Längsaxialschnitt durch das flexible Handhabungsrohr.

Die Figur 1 zeigt einen Behälter 1, dor mit einer Flüssigkeit gefüllt und in einem Sicherheitsbehälter 3, beispielsweise aus Beton angeordnet ist. Zum Nachweis etwaiger Lecks im Behälter dient ein in einem Führungsrohr 4 an die tiefste Stelle des Sicherheitsbehälters 3 geführter Meßwertgeber 27, der in Figur 2 näher dargestellt ist.

Die Figur 2 zeigt den im Führungsrohr M- geführten Meßwertgeber 27, bestehend aus einer Primärspule 5 und aus ^iner Sekundärspule 6, beide aus metallumwickeltem, isoliertem Draht, die auf einen gemeinsamen, hohlen, zylindrischen Eisenkern 7 gewickelt sind, der über seine gesamte Länge mit einem Schlitz 8 (s. Fig. 5) und an seinem Umfang mit Stegen 9 versehen ist. Die Spulen 5 u. sind in einem Schutzrohr 10 angeordnet, das unten und oben mit Stopfen 11 bzw. 12 verschlossen ist. An dem oberen Stopfen 12 ;st eine Durchführung 13 befestigt, in der Drähte 19 dicht eingelötet sind, die von und zu den Spulen 5 u. 6 führen, und von denen hier nur zwei dargestellt sind. Die Durchführung 13 ist mit einem um?

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laufenden Wulst 20 versehen, der den Meßwertgeber im Führungsrohr 4 führt. Dieses kann mit Bohrungen 21 versehen sein, um die Leckflüssigkeit in unmittelbare Nähe der Spulen 5 u. 6 zu bringen. Der Meßwertgeber ist an seinem oberen Ende mit einem flexiblen Handhabungsrohr,'dessen Teile 14, 15 und 17 in der Figur 6 näher erläutert sind, verbunden.

Die Figur 3 zeigt einen weiteren Behälter 22, der eine Flüssigkeit 2 3 enthält, deren verschiedene mögliche Spiegel, im Beispiel drei 24, 2 5 u. 2 6 durch ebensoviele, im Führungsrohr 4 in der entsprechenden Höhe angeordnete und durch Stücke eines flexiblen Handhabungsrohres sowohl miteinander verbundene als auch auf dem erforderlichen Abstand voneinander gehaltene Meßwertgeber 28. 29 u. 30 überwacht werden.

Die Sollhöhe der Flüssigkeitsspiegel 24, 25 u. 26 kann in einfacher Weise dadurch verändert werden, daß die Meßwertgeber 28, 29 u. 30 mittels des flexiblen Handhabungskabels mehr oder weniger tief in das Führungsrohr 4 eingeschoben werden.

Die Figur 4 zeigt einen der Meßwertgeber, im Beispiel den mittleren 29, wobei die Bezeichnungen mit denen der Figur 2 übereinstimmen. Die Drähte 10, die zu dem oberhalb gelegenen Meßwertgeber 28 führen, sind hier ebenfalls durch dem hohlen Kern 7 des Meßwertgebers 29 geführt, und dieser ist an beiden Enden mit flexiblen Handhabungsrohren verbunden, wie sie in Figur 6 näher dargestellt sind.

Die Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen der Meßwertgeber 27, 28, 29 oder 30 entsprechend der Linie A-B in den Figuren 2 und 4, und die Lage eines Schlitzes 8, der über die gesamte Länge des Kernes 7 führt.

Die Figur 6 zeigt das erfindungsgemäße Handhabungsrohr, bestehend aus einer eng aneinandergewickelten Drahtspirale 14, über die hier ein Drahtgewebeschlauch 15 geflochten ist. An jedem Ende ist das Rohr mit Anschlußstutzen 16 u. 17 versehen. Ferner weist das Handhabungsrohr eine bifilar gewickelte elektrische Heizung 18 auf.

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Claims (6)

26.α.1973 We/Dx 24.159.8 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Auswechselbare Vorrichtung zur Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten mittels Induktionsspulen, bestehend aus mindestens einem Meßwertgeber, der an einem Handhabungsrohr befestigt ist, in dem die Meßleitungen geführt sind, und der in einem Führungsrohr gleitend an den Meßort gebracht ist, lind aus einem Meßwertumsetzer,

dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Meßwertgeber eine Primärspule (1) und eine Sekundärspule (2) aus metallisch ummanteltem isoliertem Draht vorhanden sind, die auf einem gemeinsamen, hohlen, in Längsrichtung geschlitzten Kern (3) gewickelt sind, der an seinen Enden und zwischen den Spulen mit umlaufenden, durch den Schlitz (4) unterbrochenen Stegen (5) versehen ist. .

2. Auswechselbare Vorrichtung.nach Anspruch 1 zur Erfassung eines oder mehrerer größerer Füllstandsbereiche, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere mit dem Meßwertumsetzer verbundene Meßwertgeber übereinander angeordnet sind.

3. Auswechselbare Meßwertgeber nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet,

daß die Induktionsspulen (Iu. 2) und ihr Kern (3.) in einem geschlossenen Schutzrohr (6) angeordnet sind.

4. Auswechselbarer Meßwertgeber nach den Ansprüchen 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zuleitungen (10) der Induktionsspulen (Iu. 2) in einer Durchführung (9) am Ende des Schutzrohres (6) dicht eingelötet sind.

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5. Auswechselbarer Meßwertgeber nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-4,

dadurch gekennzeichnet,

daß er mit einem flexiblen Handhabungsrohr verbunden ist, das aus einer eng aneinandergewickelten Drahtspirale (14) und mindestens einem darüber geflochtenen Drahtgewebeschlauch (15) besteht.

6. Auswechselbarer Meßwertgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Handhabungsrohr im inneren mit einer bifilar gewickelten elektrischen Heizung (18) versehen ist.