DE7208186U

DE7208186U - CONTINUOUS LEVEL METER FOR ELECTRICALLY CONDUCTIVE LIQUIDS

Info

Publication number: DE7208186U
Application number: DE19727208186
Authority: DE
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1972-03-03
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1973-11-15

Description

We/DiWe / Tue

w 24.179,5w 24,179.5

INTERATOMINTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 BensbergInternationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg

Kontinuierlicher Füllstandsmesser für elektrisch . leitende Flüssigkeiten Continuous level meter for electric . conductive liquids

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kontinuierlichen Füllstandsmesser nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitende Flüssigkeiten, beispielsweise für Flüssigmetall, wobei eine Primärspule mit einem konstanten Wechselstrom erregt und die in einer Sekundärspule induzierte Spannung überwacht wird. Derartige Füllstandsmesser werden zum Schutz gegen korrosive Flüssigkeiten zumeist in einem geschlossenen Hüllrohr angeordnet.The present invention relates to a continuous level meter based on the induction principle for electrically conductive liquids, for example for liquid metal, wherein a primary coil is energized with a constant alternating current and the voltage induced in a secondary coil is monitored. Such level meters are usually arranged in a closed jacket tube to protect against corrosive liquids.

Füllstandsmesser dieser Art sind an sich bekannt. In dem Bericht von H.W.Slocomb: Liquid Metal Level Measurement (Sodium) -State of the Art Study» Nr. NAA-SR-MEMO-12582 vom 15.11.67 des Liquid Metal Engineering Center wird auf den Seiten 10 bis 16 ein Oberblick über die bekannten Vorrichtungen dieser Art gegeben. Auch ist es aus der DT-PS 1 210 998 bekannt, zwei flache, rechteckig ausgebildete, in einer Umhüllung angeordnete Spulen aus isoliertem Draht in einem Abstand voneinander Ib die Flüssigkeit eintauchend mit ihren Flachseiten einander zugekehrt anzuordnen. Eine derartige Anordnung bedingt zwei Hüllrohre, die in einen bestimmten Abstand voneinander anzuordnen sind. Um bei längeren Hüllrohren diesen Abstand auch bei wechselnden Temperaturen der Flüssigkeit zu wahren, sindLevel meters of this type are known per se. In the report by H.W.Slocomb: Liquid Metal Level Measurement (Sodium) -State of the Art Study »No. NAA-SR-MEMO-12582 of 11/15/67 of the Liquid Metal Engineering Center, an overview of the known devices of this type is given on pages 10 to 16 given. It is also known from DT-PS 1 210 998, two flat, rectangular shaped, arranged in a cover Coils of insulated wire at a distance from one another Ib immersing the liquid with their flat sides facing one another to be arranged facing. Such an arrangement requires two ducts, which are to be arranged at a certain distance from one another. To keep this distance in the case of longer ducts are to be maintained at changing temperatures of the liquid

7208186i5.ii.737208186i5.ii.73

feste Verbindungen zwischen den Hüllrohren erforderlich, an denen sich erfahrungsgemäß leicht Verunreinigungen festsetzen, bei Flüssigmetallen beispielsweise deren Oxyde, und den Füllstandsmesser in ungünstiger Weise beeinflussen. Zudem bedingt die Anordnung in zwei Hüllrohren einen erhöhten Aufwand. Aus der GB-PS 1 101 058 ist eine Vorrichtung bekannt, die unter anderem auch zur Füllstandsmessung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten verwendbar sein soll. Hier wird vorgeschlagen, auf einen Kern aus rostfreiem Stahl aus ein- oder zweiadrigem mineralisoliertem und metallummanteltem Kabel eine Primär- und eine Sekundärspule schraubenförmig zu wickeln, wobei die Spulen entweder nebeneinander oder übereinander gewickelt sein sollen. Wie die Füllstandsmessung im einzelnen vor sich gehen soll, ist nicht angegeben; auch ist nicht berücksichtigt, daß eine bifilare Wicklung ungeeignet ist, um die Einflüsse auszuschalten, die sich am Anfang und Ende des Meßbereichs daraus ergeben, daß die Lage der Spulendrähte bezogen auf die Längsachse des Kerns unsymmetrisch ist und das erzeugte Feld gleichfalls unregelmäßig ist. Das Wickeln der Spulen neben- oder übereinander bedingt einen erhöhten Aufwand an Draht, da die einzelnen Windungen ohne Abstand nebeneinandergelegt werden müssen, um durch das Zusammenlöten der Metallmäntel den nötigen genauen Abstand der Windungen zu gewährleisten. Fixed connections between the ducts required, on which, experience has shown, contaminants can easily adhere, for example their oxides in the case of liquid metals, and have an unfavorable effect on the level meter. In addition, the arrangement in two ducts requires increased effort. From GB-PS 1 101 058 a device is known which, among other things, should also be used for level measurement of electrically conductive liquids. Here it is proposed that a primary and secondary coil be helically wound onto a core made of stainless steel made of one or two-core mineral-insulated and metal-sheathed cable, the coils being wound either next to one another or one on top of the other. As the level measurement should go in detail on is not specified; Nor is it taken into account that a bifilar winding is unsuitable for eliminating the influences that arise at the beginning and end of the measuring range from the fact that the position of the coil wires is asymmetrical in relation to the longitudinal axis of the core and the generated field is also irregular. Winding the coils next to one another or on top of one another requires an increased amount of wire, since the individual windings have to be laid next to one another without any spacing in order to ensure the necessary precise spacing of the windings by soldering the metal sheaths together.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein kontinuierlicher Füllstandsmesser nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitende Flüssigkeiten mit linearer Füllstandsanzeige, der einfach im Aufbau, während des Betriebes auswechselbar und gegen Schwankungen der Anzeige infolge wechselnder Temperaturen der zu überwachenden Flüssigkeit unempfindlich ist.The object of the present invention is a continuous level meter based on the induction principle for electrically conductive liquids with a linear level indicator, which is simple in structure, can be replaced during operation and is insensitive to fluctuations in the display as a result of changing temperatures of the liquid to be monitored.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Primär- und Sekundärspule monofilar und in gleichmäßigem Abstand schraubenförmig auf einen gemeinsamen, stabförmigen Kern gewickelt sind. Infolge des gleichmäßigen Abstandes trittTo solve this problem, it is proposed that the primary and secondary coils be monofilar and evenly spaced are helically wound on a common, rod-shaped core. As a result of the even distance occurs

720818615.11.73720818615.11.73

keine direkte Übertragung zwischen der Primär- und der Sekundärspule auf, da sich im Mittelpunkt 4es die Sekundärspule bildenden Drahtes jeweils gegensinnig die beiden benachbarten Drähte der Primärspule auswirken. Jedoch entsteht über die Länge der Spulen ein aus mehreren Feldern zusammengesetztes Feld, welches bei Benetzung mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit durch die in dieser entstehenden Wirbelströoe gedämpft wird.no direct transmission between the primary and the secondary coil, since the secondary coil is in the center 4es forming wire affect the two adjacent wires of the primary coil in opposite directions. However, over the Length of the coils is a field composed of several fields, which when wetted with an electrically conductive one Fluid is dampened by the eddy currents produced in this.

Um auf einfache und sichere Weise einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Spulendrähten zu gewährleisten, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der Kern schraubenförmige Nuten aufweist, in denen die Spulen angeordnet sind.In order to ensure an even distance between the coil wires in a simple and reliable manner, according to Another feature of the invention proposed that the core has helical grooves in which the coils are arranged.

In weiterer Ausgestaltung, der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Kern aus einem austenitischen Stahl besteht. Der Kern aus austenitischem Stahl bewirkt, daß der Einfluß der Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit auf die Anzeige nur gering ist. Jedoch können bei Verwendung des Füllstandsmessers Ober einen Temperaturbereich von mehreren 100⁰C Abweichungen in der Anzeige von mehreren Prozent auftreten. Bei derartigen Betriebsbedingungen ist es von Vorteil, wenn der Einfluß der Tempera» tür der zu überwachenden Flüssigkeit auf die Anzeige des Füllstandsmessers kompensiert ist. Da die Anzeige bei unterschiedlichen Temperaturen der Flüssigkeit ein unterschiedliches Steigungsmaß und auch kein gemeinsames Ausgangspotential aufweist, geschieht die Kompensation zweckmäßigerweise derart, daß eine Hilfsspannung eingegeben wird, die der Anzeige in unBenetztem Zustand bei niedriger Temperatur entspricht, so daß die in diesem Falle anstehende Spannung auf Null unterdrückt wird. Sodann wird der Widerstand des Empfängers derart geä.idert, daß ein gemeinsames Anfangspotential für die Anzeige bei verschiedenen Temperaturen erreicht wird. Um auchIn a further embodiment of the invention it is proposed that the core consists of an austenitic steel. The austenitic steel core ensures that the temperature of the liquid to be monitored has only a slight influence on the display. However, when using the level meter over a temperature range of several 100 ^° C., deviations of several percent can occur in the display. In such operating conditions it is advantageous if the influence of the temperature of the liquid to be monitored on the display of the level meter is compensated. Since the display has a different slope at different temperatures of the liquid and also no common output potential, the compensation is expediently done in such a way that an auxiliary voltage is entered which corresponds to the display in the non-wetted state at low temperature, so that the voltage present in this case Zero is suppressed. Then the resistance of the receiver is changed in such a way that a common starting potential for the display is reached at different temperatures. To also

I · ·
I I t
I · C · · I · ·
II t
I · C · ·

ein einheitliches Steigungsmaß zu erhalten, werden die lignaländerungen, die durch den Füllstand, und jene, die durch die Temperatur entstehen, miteinander multipliziert. Die Addition dieses Produktes und der Empfängerspannung bei niedriger Temperatur ergibt diejenige Spannung, die zur Anzeige verwendet wird, wobei ein linearer Zusammenhang zwischen Füllstand und Spannung unabhängig von der Flüssigkeitstemperatur gegeben ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Füllstandsmessers ist, daß er ausgewechselt werden kann, ohne den die zu überwachende Flüssigkeit enthaltenden Behälter öffnen zu müssen. Dabei kann auch, begrenzt durch die Länge des Hüllrohres, die Meßlänge verändert werden, indem ein kürzerer oder längerer Füllstandsmesser eingesetzt wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigtTo obtain a uniform slope measure, the changes in the signal caused by the level and those caused by the Temperature arise, multiplied together. The addition of this product and the receiver voltage at low temperature gives the voltage that is used for the display is, with a linear relationship between level and Voltage is given regardless of the liquid temperature. Another advantage of the level meter according to the invention is that it can be replaced without opening the container containing the liquid to be monitored. The measuring length can also be changed, limited by the length of the cladding tube, by adding a shorter or longer one Level meter is used. An embodiment of the invention is shown in the drawing, namely shows

Figur 1 den erfindungsgemäßen Füllstandsmesser im Längsaxialschnitt undFigure 1 shows the level meter according to the invention in longitudinal axial section and

die Figuren 2 und 3 Schaltungen, wie sie zur Kompensation des Temperaturganges von Vorteil sind, der bei Betrieb des Füllstandsmessers über einen größeren Temperaturbereich auftritt.FIGS. 2 and 3 are circuits as they are advantageous for compensating for the temperature variation that occurs when the level meter is operated over a larger temperature range.

Die Figur 1 zeigt einen Behälter 1, der eine elektrisch leitende Flüssigkeit 2 enthält. In der Wand dea Behälters 1 ist ein Hüllrohr 3 als Sackrohr eingeschweißt. In dem Hüllrohr 3 ist ein hohler Kern 4 aus einem aus tem tischest Stahl angeordnet, der an seiner Außenseite nach Art einer zweigängigen Schraube mit Nuten 5 versehen ist, und der zur Dämpfung der in ihm auftretenden Wirbelströme einen Längsschlitz 6 aufweist. In den Nuten 5 sind eine Primär- 7 und eine Sekundärspule 8 aus metallummanteltem mineralisoliertem Draht angeordnet. Die Rückleitungen der Spulen 7 und 8 sind im Inneren des Kerns 4 nach außen zu einem hier nicht dargestellten Anzeigegerät geführt, und werden zweckmäßigerweise durch Halterungen 9, beispielsweise aus Keramik auf Mitte gehalten.Figure 1 shows a container 1, which is an electrically conductive liquid 2 contains. In the wall of the container 1, a cladding tube 3 is welded in as a blind tube. In the cladding tube 3 is a hollow core 4 from one of the tables Arranged steel, which is provided on its outside in the manner of a double screw with grooves 5, and the for Attenuation of the eddy currents occurring in it has a longitudinal slot 6. In the grooves 5 are a primary 7 and a secondary coil 8 made of metal-sheathed mineral-insulated wire. The returns of the coils 7 and 8 are led inside the core 4 to the outside to a display device, not shown here, and are expediently held in the middle by brackets 9, for example made of ceramic.

_ ₅ _ ₅

ιι - ⁵ - - ⁵ -

Die Figuren 2 und 3 zeigen in den bekannten Symbolen der Elektrotechnik Schaltungen, durch die eine Kompensation des Temperaturganges der Anzeige ermöglicht wird.Figures 2 and 3 show in the known symbols of electrical engineering circuits through which a compensation of the Temperature response of the display is made possible.

In Figur 2 ist Teil I die Netzversorgung, Teil II der Senderteil, Teil III der Empfangsteil, Teil IV die Sonde des Füllstandsmessers und Teil V die Verkabelung. Die an den Klemmen 9 und 10 anstehende Gesaaterapfängerspannung wird über C_£ ausgekoppelt, gefiltert und schwellvrertfrei spitzengleichgerichtet. Mit Py wird die Gesamtverstärkung eingestellt und mit Py die Unterdrückungsspannung. Ober R_K5 wird ein Konstantstrom eingeprägt, der die Widerstandsänderung des Füllstandsmessers in Form einer Gleichspannung an Rj, ₁ und Rg, erfaßt. Die Widerstandsänderung von Rg wird dergestalt erfaßt, daß ait R^. Nullspannung bei tiefer Temperatur ansteht. Mit steigender Temperatur wird dann an Teil 11 ein der Temperatur analoges Spannungssignal erzeugt. Diese Spannung wird wie bereits beschrieben mit der Gesamtspannung an V2 addiert und gemeinsam verstärkt. Das gewonnene Signal wird mit dem Temperatursignal multipliziert und die gewonnene Größe wiederum mit dem Ausgang von V2 an V3 addiert. Der Ohm'sche Leitungswiderstand der Empfängerzuleitung wird mit R^, abgeglichen. Die in Figur 2 dargestellte Schaltung hat den Nachteil, daß der Ohm'sche Leitungswiderstand der Empfängerzuleitung mit Rg₃ abgeglichen werden muß. Diesen Nachteil vermeidet die Schaltung in Figur 3. Diese hat jedoch zwei zusätzliche Leitungen zur Sonde nötig, nd es ist eine sehr zuverlässige Konstantstromquelle V1 erforderlich, die den Strom zur Überwachung des Temperaturganges einprägt. Da an V lediglich die Differenz ausgewertet wird, ist der Leitungswiderstand vernachlässigbar klein.In FIG. 2, part I is the mains supply, part II the transmitter part, part III the receiver part, part IV the level meter probe and part V the cabling. The seed catcher voltage present at terminals 9 and 10 is _{decoupled via C £} , filtered and rectified peak-free without swelling. The overall gain is set with Py and the suppression voltage is set with Py. A constant current is impressed via R _K5 , which detects the change in resistance of the level meter in the form of a direct voltage across Rj, ₁ and Rg. The change in resistance of Rg is detected in such a way that ait R ^. Zero voltage is present at low temperature. As the temperature rises, a voltage signal analogous to the temperature is then generated at part 11. As already described, this voltage is added to the total voltage at V2 and amplified together. The signal obtained is multiplied by the temperature signal and the variable obtained is in turn added to the output of V2 at V3. The ohmic line resistance of the receiver lead is balanced with R ^. The circuit shown in FIG. 2 has the disadvantage that the ohmic line resistance of the receiver lead must be balanced _{with Rg 3.} The circuit in FIG. 3 avoids this disadvantage. However, it requires two additional lines to the probe, and a very reliable constant current source V1 is required, which impresses the current for monitoring the temperature curve. Since only the difference is evaluated at V, the line resistance is negligibly small.

72Q811815.W.7372Q811815.W.73

Claims

- 6 - 8/28/1973; Ί. ..:. Ve / Ώί 24.179.5 PROTECTION CLAIMS

1. Kontinuierlicher FUllstandsmessr- nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitend lüssigkeiten, wobei eine Primärspule mit einem konstanten Wechselstrom erregt und die in einer Sekundärspüle induzierte Spannung überwacht wird,1. Continuous FUllstandsmessr- based on the induction principle for electrically conductive liquids, whereby a primary coil is excited with a constant alternating current and the voltage induced in a secondary coil is monitored,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

daß Primär- (7) und Sekundärspule (8) monofilar und in gleichmäßigem Abstand auf einen gemeinsamen, stabförmigen Kern gewickelt sind.that the primary (7) and secondary coil (8) monofilar and evenly spaced on a common, rod-shaped Core are wound.

2. Füllstandsmesser nath Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Level meter nath claim 1, characterized,

daß der Kern (4) schraubenförmige Nuten (5) aufweist, in denen die Spulen (7) und (8) angeordnet sind.that the core (4) has helical grooves (5) in which the coils (7) and (8) are arranged.

3. Füllstandsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,3. Level meter according to claim 1 or 2, characterized in that

daß der Kern (4) aus einem austenitischen Stahl besteht.that the core (4) consists of an austenitic steel.

720I1H15.H73720I1H15.H73