ES2972702T3 - Sistema de sensor de barra de combustible con acoplamiento inductivo - Google Patents

Abstract

Un sistema sensor para una barra de combustible que incluye una pila de pastillas de combustible (150), incluyendo el sistema sensor un interrogador inalámbrico (50) dispuesto fuera de la barra de combustible (2) y un componente sensor pasivo (60) dispuesto dentro de la barra de combustible. El componente sensor pasivo incluye un receptor (62) estructurado para recibir una señal de interrogación y emitir una señal de excitación en respuesta a recibir la señal de interrogación, un transmisor de referencia (64) estructurado para emitir una señal de referencia al receptor de referencia (54) en respuesta. a la señal de excitación, un transmisor de detección (66) estructurado para emitir una señal de detección al receptor de detección (56) en respuesta a la señal de excitación, y un núcleo (130) dispuesto al menos parcialmente dentro del transmisor de detección y acoplado para moverse en junto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible, para moverse basándose en cambios de presión dentro de la barra de combustible, o para cambiar la temperatura basándose en cambios de temperatura dentro de la barra de combustible. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de sensor de barra de combustible con acoplamiento inductivo

Campo

El concepto divulgado se refiere en general a los equipos de energía nuclear y, más particularmente, a un sistema de sensor utilizable con una barra de combustible de un conjunto de combustible de un reactor nuclear.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de reactores nucleares incluyen muchos tipos de sensores para monitorizar varias características del sistema. Un tipo de sensor está diseñado para monitorizar la temperatura del combustible de la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y la presión interna de la barra de combustible.

La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un sensor diseñado para monitorizar la temperatura del combustible en la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y la temperatura interna de la barra de combustible. El sensor incluye un componente 10 de sensor pasivo ubicado dentro de una barra 2 de combustible de un reactor nuclear y un interrogador 20 inalámbrico ubicado dentro de un portainstrumento 4 del reactor nuclear. El componente 10 pasivo incluye un inductor 12 y un condensador 14 que juntos forman un circuito resonante. El interrogador 20 inalámbrico incluye un transmisor 22 y un receptor 24 y se conecta eléctricamente a un aparato 30 electrónico fuera del núcleo del reactor nuclear.

El sensor opera al hacer pasar corriente a través del transmisor 22, lo que hace que genere una señal de interrogación que es recibida por y excita el componente 10 pasivo. En respuesta, el componente 10 pasivo genera una señal de respuesta que es recibida por el receptor 24. La señal de respuesta incluye características indicativas de la temperatura del combustible en la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y la temperatura de la barra de combustible interna. Estas características cambian la inductancia del inductor 12 y se reflejan en la señal de respuesta, por ejemplo, mediante cambios en la frecuencia de la señal de respuesta.

En algunas metodologías, un núcleo de ferrita acoplado a una pila de pastillas de combustible pasa a través del inductor 12, lo que resulta en cambios en la inductancia del inductor 12 a medida que se alarga la pila de pastillas de combustible.

El estado de la técnica pertinente se encuentra en el documento US 2019/0 180 884 A1, en el que se divulga un sistema de sensor, como se define en las porciones de caracterización previa de la reivindicación 1 y de la reivindicación 9, y en el documento KR 20120044563 A.

La sensibilidad del sensor de la FIG. 1 es limitada. Por lo tanto, hay margen de mejora en los sensores dentro de las barras de combustible.

Resumen

Las realizaciones del concepto divulgado se definen en las reivindicaciones independientes 1 y 9, y proporcionan un sensor mejorado para monitorizar la temperatura del combustible de la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y/o la presión interna de la barra de combustible.

Como un aspecto del concepto divulgado, un sistema de sensor para una barra de combustible que incluye una pila de pastillas de combustible comprende: un interrogador inalámbrico dispuesto fuera de la barra de combustible, el interrogador inalámbrico comprende: un transmisor estructurado para emitir de forma inalámbrica una señal de interrogación; un receptor de referencia; y un receptor de detección; un componente de sensor pasivo dispuesto dentro de la barra de combustible, el componente de sensor pasivo comprende: un receptor estructurado para recibir la señal de interrogación y emitir una señal de excitación en respuesta a recibir la señal de interrogación; un transmisor de referencia estructurado para emitir una señal de referencia al receptor de referencia en respuesta a la señal de excitación; un transmisor de detección estructurado para emitir una señal de detección al receptor de detección en respuesta a la señal de excitación, en la que el receptor, el transmisor de referencia, y el transmisor de detección se conectan eléctricamente en serie; y un núcleo al menos dispuesto parcialmente dentro del transmisor de detección y acoplado para moverse en conjunto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible, para moverse en base a cambios en la presión dentro de la barra de combustible, o para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra de combustible.

Como un aspecto del concepto divulgado, un sistema de sensor para una barra de combustible que incluye una pila de pastillas de combustible comprende: un interrogador inalámbrico dispuesto fuera de la barra de combustible, el interrogador inalámbrico comprende: un transmisor primario estructurado para emitir de forma inalámbrica una señal de interrogación; y un receptor secundario; un componente de sensor pasivo dispuesto dentro de la barra de combustible, el sensor pasivo comprende: un receptor primario estructurado para recibir la señal de interrogación y emitir una señal de excitación en respuesta a recibir la señal de interrogación; un transformador variable diferencial lineal (LVDT) que incluye un núcleo acoplado para moverse en conjunto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible, para moverse en base a cambios en la presión dentro de la barra de combustible, o para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra de combustible, en el que el LVDT se estructura para recibir la señal de excitación y para emitir una señal de salida indicativa de una posición o una temperatura del núcleo; y un transmisor secundario estructurado para recibir la señal de salida del LVDt y para emitir una señal de respuesta proporcional a la señal de salida al receptor secundario.

Como otro aspecto del concepto divulgado, un sistema comprende: al menos una barra de combustible que incluye una pila de pastillas de combustible; y al menos un sistema de sensor que comprende: un interrogador inalámbrico dispuesto fuera de la barra de combustible, el interrogador inalámbrico comprende: un transmisor primario estructurado para emitir de forma inalámbrica una señal de interrogación; y un receptor secundario; un componente de sensor pasivo dispuesto dentro de la barra de combustible, el sensor pasivo comprende: un receptor primario estructurado para recibir la señal de interrogación y emitir una señal de excitación en respuesta a recibir la señal de interrogación; un transformador variable diferencial lineal (LVDT) que incluye un núcleo acoplado para moverse en conjunto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible, para moverse en base a cambios en la presión dentro de la barra de combustible, o para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra de combustible, en la que el LVD<t>se estructura para recibir la señal de excitación y para emitir una señal de salida indicativa de una posición o una temperatura del núcleo; y un transmisor secundario estructurado para recibir la señal de salida desde el LVDT y para emitir una señal de respuesta proporcional a la señal de salida hasta el receptor secundario.

Como otro aspecto del concepto divulgado, un método para detectar las características de la barra de combustible en una barra de combustible que incluye una pila de pastillas de combustible comprende: proporcionar un interrogador inalámbrico dispuesto fuera de la barra de combustible; proporcionar un componente de sensor pasivo dispuesto dentro de la barra de combustible, el sensor pasivo incluye un transformador variable diferencial lineal (LVDT) que incluye un núcleo acoplado para moverse en conjunto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible, para moverse en base a cambios en la presión dentro de la barra de combustible, o para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra de combustible, en la que el LVD<t>se estructura para recibir la señal de excitación y para emitir una señal de salida indicativa de una posición o una temperatura del núcleo; emitir de forma inalámbrica una señal de interrogación desde el interrogador inalámbrico hasta el componente de sensor pasivo; proporcionar una señal de excitación al LVDT en respuesta a recibir la señal de interrogación inalámbrica; emitir una señal de salida indicativa de una posición o una temperatura del núcleo desde el LVDT; y emitir de forma inalámbrica una señal de respuesta proporcional a la señal de salida desde el componente de sensor pasivo hasta el interrogador inalámbrico.

Breve descripción de los dibujos

Se puede obtener una mayor comprensión de la invención a partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferidas cuando se leen en conjunto con los dibujos acompañantes en los que:

La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un sensor diseñado para monitorizar la temperatura del combustible de la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y la presión de la barra de combustible interna con sensibilidad limitada;

La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un sistema de sensor que suministra una mayor sensibilidad de medición de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado;

La Fig. 3 es un diagrama esquemático de un sistema de sensor que suministra una mayor sensibilidad de medición de acuerdo con otra realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 4 es un diagrama esquemático de un sistema de sensor de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 5A es una vista superior de un transformador diferencial variable lineal de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 5B es una vista lateral transversal del LVDT de la FIG. 4A de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 6 es una vista transversal simplificada de una barra de combustible que incluye un LVDT de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 7 es una vista transversal simplificada de una barra de combustible que incluye un LVDT de acuerdo con otra realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 8 es un diagrama esquemático de un sistema que incluye múltiples sensores de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado;

La FIG. 9 es un diagrama de flujo de un método de detección de las características de la barra de combustible de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado; y

La FIG. 10 es un diagrama de flujo de un método de detección de las características de la barra de combustible de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado.

Descripción de las realizaciones preferidas

La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un sistema de sensor de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. El sistema de sensor es adecuado para monitorizar la temperatura del combustible en la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y/o la presión interna de la barra de combustible en un sistema de reactor nuclear.

El sistema de sensor incluye un componente 60 pasivo y un interrogador 50 inalámbrico. El componente 60 pasivo se dispone dentro de una barra 2 de combustible del reactor nuclear y el interrogador 50 inalámbrico se dispone dentro de un portainstrumento del reactor nuclear. El interrogador 50 inalámbrico se acopla a un aparato 200 de procesamiento electrónico ubicado fuera del núcleo del reactor nuclear. La barra 2 de combustible está completamente cerrada, mientras que el portainstrumento 4 incluye una penetración a través de la cual pueden pasar conductores eléctricos, tales como conductores eléctricos, entre el interrogador 50 inalámbrico y el aparato 200 de procesamiento electrónico. También se apreciará que el interrogador 50 inalámbrico se puede disponer en una región adyacente a la barra 2 de combustible. Por ejemplo, el interrogador 50 inalámbrico se puede disponer en un recinto diferente al del portainstrumento 4 sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

El interrogador 50 inalámbrico incluye un transmisor 52, un receptor 54 de referencia y un receptor 56 de detección. El transmisor 52, el receptor 54 de referencia y el receptor 56 de detección pueden ser inductores (también denominados bobinas). El componente 60 pasivo incluye un receptor 62, un transmisor 64 de referencia y un transmisor 66 de detección conectados eléctricamente en serie. El receptor 62, el transmisor 64 de referencia y el transmisor 66 de detección pueden ser inductores (también denominados bobinas). El componente 60 pasivo también incluye un núcleo 130. El núcleo 130 se dispone, al menos parcialmente, dentro del transmisor 66 de detección.

El transmisor 52 se estructura para generar una señal de interrogación. Por ejemplo, el aparato 200 de procesamiento electrónico puede generar y proporcionar una señal al transmisor 52 que energiza el transmisor 52 y hace que genere la señal de interrogación. La señal de interrogación puede ser una onda sinusoide continua o una onda pulsada que se recibe por y excita el receptor 62. Por ejemplo, la señal de interrogación puede ser un campo magnético variable en el tiempo generado por el transmisor 52 que produce una fuerza electromotriz sobre el receptor 62, lo que hace que la corriente fluya a través del receptor 62 y, a su vez, a través del transmisor 64 de referencia y el transmisor 66 de detección. La corriente a través del transmisor 64 de referencia y el transmisor 66 de detección hace que se genere una señal de referencia y una señal de detección, respectivamente, que se reciben por el receptor 54 de referencia y el receptor de detección, respectivamente. Por ejemplo, la señal de referencia y la señal de detección pueden ser campos magnéticos variables en el tiempo generados por el transmisor 64 de referencia y el transmisor 66 de detección en respuesta a la corriente que fluye a través de ellos, lo que a su vez produce fuerzas electromagnéticas en el receptor 54 de referencia y en el receptor 56 de detección.

El núcleo 130 se acopla físicamente a una pila de pastillas de combustible dentro de la barra 2 de combustible. En algunas realizaciones de ejemplo, el núcleo 130 se acopla de tal manera que el núcleo 130 se mueve rectilíneamente con la pila de pastillas de combustible. Por ejemplo, a medida que la pila de pastillas de combustible se hincha o se expande, el núcleo 130 se moverá hacia arriba a través del transmisor 66 de detección la misma distancia que se ha alargado la pila de pastillas de combustible. De esta manera, el desplazamiento físico del núcleo 130 dentro del transmisor 66 de detección cambiará el voltaje a través del transmisor 66 de detección, cambiando de esta manera la señal de detección, que a su vez es recibida por el receptor 56 de detección y se puede utilizar para determinar el alargamiento de la pila de pastillas de combustible. En algunas realizaciones de ejemplo, el núcleo 130 se acopla de tal manera que los cambios en la temperatura de la pila de pastillas de combustible cambian la temperatura del núcleo 130. El cambio en la temperatura del núcleo 130 cambia la permeabilidad magnética, lo que resulta en un cambio en el voltaje a través del transmisor 66 de detección. Esto da como resultado un cambio en la señal de detección que se recibe por el receptor 56 de detección y se puede utilizar para determinar la temperatura del combustible en la línea central. En algunas realizaciones de ejemplo, el núcleo 130 se acopla de tal manera que los cambios en la presión dentro de la barra de combustible hacen que el núcleo 130 se mueva con los cambios de temperatura. Por ejemplo, el núcleo 130 se puede acoplar a fuelles dentro de la barra 2 de combustible de tal manera que los aumentos de presión hacen que los fuelles se expandan y muevan el núcleo 130 más adentro del transmisor 66 de detección. El desplazamiento físico del núcleo 130 dentro del transmisor 66 de detección cambiará el voltaje a través del transmisor 66 de detección, cambiando de esta manera la señal de detección, que a su vez se recibe por el receptor 56 de detección y se puede utilizar para determinar la presión dentro de la barra 2 de combustible. En esta realización de ejemplo, la temperatura del combustible de la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y la presión del combustible se consideran los parámetros detectados y sus valores afectan a la señal de detección. Sin embargo, sus valores tienen poco efecto sobre la señal de referencia emitida por el transmisor 64 de referencia.

La señal de detección y la señal de referencia se reciben por el receptor 56 de detección y el receptor 54 de referencia, respectivamente. La diferencia entre estas dos señales se puede utilizar para determinar el parámetro detectado, ya que la diferencia entre la señal de detección y la señal de referencia cancela cualquier desviación debida a la temperatura u otros efectos comunes al transmisor 64 de referencia, al transmisor 66 de detección y a otros componentes.

La FIG. 3 es un diagrama esquemático de un sensor de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. El sensor es adecuado para monitorizar la temperatura del combustible de la línea central, el alargamiento de la pila de pastillas de combustible y la presión interna de la barra de combustible en un sistema de reactor nuclear.

El sensor incluye un componente 110 pasivo y un interrogador 140 inalámbrico. El componente 110 pasivo se dispone dentro de una barra 2 de combustible del reactor nuclear y el interrogador 140 inalámbrico se dispone dentro de un portainstrumento 4 del reactor nuclear. El interrogador 140 inalámbrico se acopla a un aparato 200 de procesamiento electrónico situado fuera del núcleo del reactor nuclear.

El interrogador 140 inalámbrico incluye un transmisor 142 primario y un receptor 144 secundario. El componente 110 pasivo incluye un receptor 112 primario que corresponde al transmisor 142 primario del interrogador 140 inalámbrico y un transmisor 114 secundario que corresponde al receptor 144 secundario del interrogador 140 inalámbrico. Por ejemplo, el transmisor 142 primario se estructura para emitir una señal de interrogación y el receptor 112 primario se estructura para recibir la señal de interrogación. También, el transmisor 114 secundario se estructura para emitir una señal de respuesta y el receptor 144 secundario se estructura para recibir la señal de respuesta. Se debe entender que la señal de interrogación, la señal de respuesta o cualquier otra señal intercambiada entre el interrogador 140 inalámbrico y el componente 110 pasivo son señales inalámbricas, ya que el componente 110 pasivo está completamente encerrado dentro de la barra 2 de combustible y no tiene una conexión por cable a ningún componente fuera de la barra 2 de combustible.

El componente 110 pasivo también incluye un transformador 120 diferencial variable lineal (LVDT). El LVDT 120 se estructura para detectar el movimiento rectilíneo de un núcleo 130 incluido con el LVDT 120 dentro de la barra de combustible. En algunas realizaciones de ejemplo, el núcleo 130 se acopla de tal manera que se mueve rectilíneamente con la pila de pastillas de combustible para detectar el alargamiento de la pila de pastillas de combustible. En algunas realizaciones de ejemplo, el núcleo 130 se acopla de tal manera que se mueve rectilíneamente en base a la presión dentro de la barra 2 de combustible, por ejemplo, al utilizar fuelles como se describió anteriormente, para detectar la presión del combustible. En algunas realizaciones de ejemplo, el núcleo 130 se acopla de tal manera que es estático y su temperatura cambia con la temperatura del combustible de la línea central. Por ejemplo, para medir la temperatura del combustible en la línea central, el núcleo 130 puede ser estático en el sentido de que no se mueve y tiene una permeabilidad variable a lo largo de su longitud. El calor viajará desde la pila de pastillas de combustible hasta el núcleo 130 de tal manera que la parte inferior del núcleo 130 estará más caliente que la parte superior del núcleo 130. Las diferentes temperaturas darán como resultado diferentes voltajes que serán emitidos por bobinas del LVDT 120, lo que dará como resultado una salida del LVDT 120 que es similar a si el núcleo 130 se hubiera movido en el LVDT 120. La temperatura de la línea central del combustible se puede determinar a partir de esta salida.

En algunas realizaciones de ejemplo del concepto divulgado, el núcleo 130 está compuesto de material de ferrita. Sin embargo, se apreciará que el núcleo 130 puede estar compuesto de otros materiales adecuados sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

El LVDT 120 se conecta eléctricamente al receptor 112 primario y al transmisor 114 secundario. El LVDT 120 se estructura para recibir una señal de excitación del receptor 112 primario. Para generar la señal de excitación, el aparato 200 de procesamiento electrónico proporciona una señal al transmisor 142 primario, lo que hace que el transmisor 142 primario emita la señal de interrogación. El receptor 112 primario recibe la señal de interrogación, que excita al receptor 112 primario y hace que el receptor 112 primario emita la señal de excitación al LVDT 120.

La señal de excitación hace que el LVDT 120 genere una señal de salida que es indicativa de la posición del núcleo 130. Por ejemplo, en una posición nula, donde el núcleo 130 está centrado dentro del LVDT 120, la señal de salida del LVDT 120 será de aproximadamente 0 V. A medida que el núcleo 130 se mueve desde la posición nula, el voltaje de la señal de salida aumentará linealmente. Un ángulo de fase de la señal de salida es indicativo de la dirección en la que se ha movido el núcleo 130 con respecto a la posición nula. El LVDT 120 se estructura para proporcionar la señal de salida al transmisor 114 secundario.

La recepción de la señal de salida del LVDT 120 hace que el transmisor 114 secundario emita la señal de respuesta, que a su vez se recibe por el receptor 144 secundario y suministrada al aparato 200 de procesamiento electrónico. La señal de respuesta es proporcional a la señal de salida del LVDT 120. Por lo tanto, cualquier aumento o disminución en el voltaje de la señal de salida del LVDT 120 se refleja en la señal de respuesta. Del mismo modo, el ángulo de fase de la señal de salida del LVDT 120 se refleja en la señal de respuesta. A partir de la señal de respuesta, el aparato 200 de procesamiento electrónico es capaz de determinar la posición del núcleo 130 dentro del LVDt 120.

El LVDT 120 es capaz de detectar con mayor precisión el movimiento rectilíneo y la posición del núcleo 130. En algunas realizaciones de ejemplo, el LVDT 120 puede monitorizar la posición del núcleo 130 dentro de ±2 |jm.

Mientras que la realización de ejemplo de la FIG. 3 ilustra el interrogador 140 inalámbrico como si estuviera dentro del portainstrumento 4, se apreciará que el interrogador 140 inalámbrico se puede disponer en otra ubicación fuera de la barra 2 de combustible. sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

La FIG. 4 es un diagrama esquemático de un sensor de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. El sensor de la FIG. 4 funciona de manera similar al sensor de la FIG. 3. Sin embargo, la FIG. 4 ilustra una realización de ejemplo del LVDT 120 con más detalle.

Por ejemplo, en la realización de ejemplo de la FIG. 4, el LVDT 120 incluye una bobina 122 primaria, una primera bobina 124 secundaria y una segunda bobina 126 secundaria. La bobina 122 primaria se dispone entre la primera bobina 124 secundaria y la segunda bobina 126 secundaria. La bobina 122 primaria, la primera bobina 124 secundaria y la segunda bobina 126 secundaria se alinean de tal manera que el núcleo 130 puede pasar a través de todas ellas. En la FIG. 3, el núcleo 130 se dispone en la posición nula donde está centrado en el LVDt 120. Es decir, el centro del núcleo 130 se alinea con el centro de la bobina 122 primaria y longitudes iguales del núcleo 130 se extienden hacia la primera bobina 124 secundaria y la segunda bobina 126 secundaria.

La primera bobina 124 secundaria y la segunda bobina 126 secundaria se separan igualmente de la bobina 122 primaria. Por ejemplo, un extremo de la primera bobina 124 secundaria se separa por igual desde el centro de la bobina 122 primaria como un extremo de la segunda bobina 126 secundaria. La bobina 122 primaria se conecta eléctricamente a la salida del receptor 112 primario de tal manera que la bobina 122 primaria se estructura para recibir la señal de excitación del receptor 112 primario. En una realización de ejemplo, la primera y la segunda bobinas secundarias 124,126 tienen cada una un primer extremo más cercano a la bobina 122 primaria y un segundo extremo más alejado de la bobina 122 primaria. El primer extremo de la primera bobina 124 secundaria se conecta eléctricamente a una salida del LVDT 120 y el segundo extremo de la primera bobina 124 secundaria se conecta eléctricamente al primer extremo de la segunda bobina 126 secundaria. El segundo extremo de la segunda bobina 126 secundaria se conecta eléctricamente a la salida del LVDT 120. Sin embargo, se apreciará que las posiciones de la primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias se pueden intercambiar sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

Cuando la bobina 122 primaria recibe la señal de excitación, la bobina 122 primaria induce una corriente en el núcleo 130, que luego es detectada por la primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias. Cuando el núcleo 130 está en la posición nula, como se muestra en la FIG. 3, las salidas de la primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias se cancelan entre sí, lo que da como resultado que la señal de salida del LVDT 120 sea de 0 V. A medida que el núcleo 130 se mueve desde la posición nula, más del núcleo 130 se dispondrá dentro de una de la primera o segunda bobinas 124, 126 secundarias que en la otra. Esto da como resultado que la salida de una de las primera o segunda bobinas 124, 126 secundarias sea mayor que la salida de la otra porque la mayor longitud del núcleo 130 en una de las primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias darán como resultado una mayor salida en esa bobina en comparación con la otra. Como resultado, la salida del LVDT 120 aumentará linealmente a medida que el núcleo 130 se mueve más hacia una de la primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias. También, cuando el núcleo 130 se mueve en una dirección desde la posición nula, la salida del LVDT 120 tendrá un ángulo de primera fase y cuando el núcleo 130 se mueve en la otra dirección desde la posición nula, la salida del LVDT 120 tendrá un ángulo de segunda fase. Por lo tanto, la magnitud de la señal de salida del LVDT 120 proporciona una indicación de la distancia a la que el núcleo 130 se ha movido desde la posición nula y el ángulo de fase de la señal de salida del LVDT 120 proporciona una indicación de la dirección en la que se ha movido el núcleo 130. Tomando esto en conjunto, la señal de salida del LVDT 120 proporciona una indicación precisa de la posición del núcleo 130.

Al igual que en la realización mostrada en la Fig. 3, la señal de salida del LVDT 120 se proporciona al transmisor 114 secundario. La recepción de la señal de salida del LVDT 120 hace que el transmisor 114 secundario emita la señal de respuesta, que es proporcional a la señal de salida del LVDT 120. La señal de respuesta se recibe por el receptor 144 secundario y se suministra al aparato 200 de procesamiento electrónico. El aparato 200 de procesamiento electrónico se estructura para interpretar la señal de respuesta para determinar la posición del núcleo 130.

En algunas realizaciones de ejemplo del concepto divulgado, la primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias son sustancialmente similares. Es decir, tienen una longitud y un número de devanados sustancialmente similares y están compuestos de materiales sustancialmente similares. Cuando la primera y la segunda bobinas 124, 126 secundarias son sustancialmente similares, sus salidas se cancelarán entre sí cuando el núcleo 130 esté en la posición nula y la salida del LVDT 120 aumentará linealmente a medida que el núcleo 130 se mueva desde la posición nula. La bobina 122 primaria puede o no ser sustancialmente similar a la primera y segunda bobinas 124, 126 secundarias sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

En algunas realizaciones de ejemplo del concepto divulgado, el transmisor 142 primario, el receptor 112 primario, el transmisor 114 secundario y el receptor 144 secundario son bobinas. Sin embargo, se apreciará que pueden emplearse otros componentes capaces de transmitir o recibir señales de forma inalámbrica sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

La FIG. 5A es una vista superior del LVDT 120 de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado y la FIG. 5B es una vista lateral de sección transversal del LVDT 120 de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. En algunas realizaciones de ejemplo del concepto divulgado, el LVDT 120 puede tener una conformación cilíndrica. Sin embargo, se apreciará que el LVDT 120 puede tener diferentes conformaciones sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

El LVDT 120 puede incluir una carcasa 128 como se muestra en las FIG. 5A y 5B. La carcasa 127 tiene un centro hueco a través del cual puede pasar el mineral 130. La carcasa 128 puede incluir compartimentos interiores que contengan respectivamente la bobina 122 primaria, la primera bobina 124 secundaria y la segunda bobina 126 secundaria. Como se ha descrito anteriormente, la bobina 122 primaria se dispone entre la primera y la segunda bobina 124, 126 secundaria.

La FIG. 6 es una vista transversal simplificada de la barra 2 de combustible, que incluye el LVDT 120, de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. Como se muestra en la FIG. 6, el núcleo 130 pasa a través del LVDT 120. Las pastillas 150 de combustible en la pila de pastillas de combustible se acoplan físicamente al núcleo 130 a través de un miembro 152 alargado como un émbolo. De esta manera, el núcleo 130 se mueve dentro del LVDT 120 junto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible.

La FIG. 7 es una vista transversal simplificada de la barra 2 de combustible, que incluye el LVDT 120, de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. Como se muestra en la Fig. 7, el núcleo 130 pasa a través del LVDT 120. El núcleo 130 se acopla a un fuelle 154 directamente o a través de un miembro 156 intermedio. El fuelle 154 se estructura para expandirse en respuesta al aumento de la presión dentro de la barra 2 de combustible y para contraerse en respuesta a la disminución de la presión dentro de la barra 2 de combustible. De esta manera, el núcleo 130 se mueve dentro del LVDT 120 en conjunto con los cambios de presión dentro de la barra 2 de combustible.

Se apreciará que las disposiciones mostradas en las FIG. 6 y 7 también se pueden emplear junto con el sistema de sensor descrito con respecto a la FIG. 2 sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

La FIG. 8 es un diagrama esquemático de un sistema que incluye múltiples sensores de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. En la realización de ejemplo de la<f>I<g>.8, varios sensores se disponen muy cerca. Por ejemplo, varios interrogadores 140 inalámbricos se disponen muy cerca de varios componentes 110 pasivos. En algunas realizaciones de ejemplo, los interrogadores 140 inalámbricos pueden emitir señales de interrogación que tienen frecuencias únicas. Es decir, un interrogador 140 inalámbrico puede emitir una señal de interrogación que tiene una primera frecuencia y otro interrogador 140 inalámbrico puede emitir una señal de interrogación que tiene una segunda frecuencia. Cada uno de los interrogadores 140 inalámbricos puede corresponder a un componente 110 pasivo respectivo. Debido a la proximidad, un interrogador 140 inalámbrico puede recibir una señal de respuesta de un componente 110 pasivo a la que no corresponde. Al interrogar señales con frecuencias únicas, la señal de respuesta del componente 110 pasivo correspondiente al interrogador 140 inalámbrico tendrá la misma frecuencia única que la señal de interrogación. El aparato 200 de procesamiento electrónico puede tener una función de filtrado de frecuencia de tal manera que puede filtrar la frecuencia única de la señal de interrogación. Por lo tanto, incluso si un interrogador 140 inalámbrico recibe señales de respuesta de componentes 110 pasivos a los que no corresponde, esas señales de respuesta se pueden filtrar debido a sus diferentes frecuencias.

La FIG. 9 es un diagrama de flujo de un método de detección de las características de las barras de combustible de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. El método de la FIG. 9 se puede emplear junto con las realizaciones del concepto divulgado descritas en el presente documento o en otras aplicaciones similares.

El método comienza en 300 al proporcionar un interrogador inalámbrico dispuesto fuera de la barra de combustible. El interrogador inalámbrico puede ser el interrogador 140 inalámbrico descrito en conjunto con realizaciones del concepto divulgado. El método continúa en 302 al proporcionar un componente de sensor pasivo dispuesto dentro de la barra de combustible. El componente de sensor pasivo incluye un LVDT que incluye un núcleo acoplado a la pila de pastillas de combustible, de tal manera que el núcleo se mueve junto con la expansión o contracción de la pila de pastillas de combustible. El componente de sensor pasivo puede ser el componente 110 de sensor pasivo descrito en conjunto con realizaciones del concepto divulgado.

El método continúa en 304 con la salida inalámbrica de una señal de interrogación desde el interrogador inalámbrico hasta el componente de sensor pasivo. Se puede emitir la señal de interrogación, por ejemplo, por un transmisor primario del interrogador inalámbrico y recibida, por ejemplo, por un receptor primario del componente de sensor pasivo. El método continúa en 306 con la provisión de una señal de excitación al LVDT en respuesta a la recepción de la señal de interrogación. La señal de excitación se puede proporcionar, por ejemplo, por el receptor primario del componente de sensor pasivo.

El método continúa en 308 con la salida de una señal de salida indicativa de una posición del núcleo desde el LVDT. Finalmente, en 310, el método continúa con la salida inalámbrica de una señal de respuesta proporcional a la señal de salida del componente de sensor pasivo al interrogador inalámbrico. Se apreciará que el método puede incluir etapas adicionales, las etapas del método se pueden modificar o las etapas del método se pueden reorganizar sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

La FIG. 10 es un diagrama de flujo de un método de detección de las características de la barra de combustible de acuerdo con una realización de ejemplo del concepto divulgado. El método de la figura 10 se puede emplear en conjunto con las realizaciones del concepto divulgado descritas en el presente documento o en otras aplicaciones similares.

El método comienza en 400 al proporcionar un interrogador inalámbrico dispuesto fuera de la barra de combustible. El interrogador inalámbrico puede ser el interrogador 50 inalámbrico descrito en conjunto con realizaciones del concepto divulgado. El método continúa en 402 al proporcionar un componente de sensor pasivo dispuesto dentro de la barra de combustible. El componente pasivo del sensor puede ser el componente 40 del sensor pasivo descrito en conjunto con las realizaciones del concepto divulgado y puede incluir un transmisor de detección cuya salida se ve afectada por el parámetro detectado y un transmisor de referencia cuya salida no se ve afectada por el parámetro detectado.

El método continúa en 404 con la salida inalámbrica de una señal de interrogación desde el interrogador inalámbrico hasta el componente de sensor pasivo. El método continúa en 406 con la recepción de una señal de referencia del componente de sensor pasivo y continúa en 408 con la recepción de una señal de detección del componente de sensor pasivo. La señal de detección se ve afectada por el parámetro detectado, mientras que la señal de referencia no lo está. A continuación, el método continúa en 410 al restar la señal de referencia de la señal de detección. La resta cancela la desviación de temperatura y otros factores que afectan a todos los componentes dentro del sistema. Se apreciará que el método puede incluir etapas adicionales, las etapas del método se pueden modificar o las etapas del método se pueden reorganizar sin apartarse del alcance del concepto divulgado.

Si bien las realizaciones específicas de la invención se han descrito en detalle, los expertos en la técnica apreciarán que se podrían desarrollar varias modificaciones y alternativas a esos detalles a la luz de las enseñanzas generales de la divulgación y que los elementos seleccionados de una o más de las realizaciones de ejemplo se pueden combinar con uno o más elementos de otras realizaciones sin variar del alcance de la invención, que se define en las reivindicaciones. De acuerdo con lo anterior, las realizaciones particulares divulgadas están destinadas a ser solo ilustrativas y no limitativas en cuanto al alcance de la invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de sensor para una barra (2) de combustible que incluye una pila (150) de pastillas de combustible, el sistema de sensor comprende:

un interrogador (50) inalámbrico desechable fuera de la barra (2) de combustible, el interrogador (50) inalámbrico comprende:

un transmisor (52) estructurado para emitir de forma inalámbrica una señal de interrogación;

un receptor (54) de referencia; y

un receptor (56) de detección;

un componente (60) de sensor pasivo desechable dentro de la barra (2) de combustible, el componente (60) de sensor pasivo comprende:

un receptor (62) estructurado para recibir la señal de interrogación y emitir una señal de excitación en respuesta a recibir la señal de interrogación;

un transmisor (64) de referencia estructurado para emitir una señal de referencia al receptor (54) de referencia en respuesta a la señal de excitación;

un transmisor (66) de detección estructurado para emitir una señal de detección al receptor (56) de detección en respuesta a la señal de excitación, y un núcleo (130) al menos dispuesto parcialmente dentro del transmisor (66) de detección y acoplado para moverse en conjunto con la expansión o contracción de la pila (150) de pastillas de combustible, para moverse en base a cambios en la presión dentro de la barra (2) de combustible, o para cambiar la temperatura en base a los cambios de temperatura dentro de la barra (2) de combustible,

caracterizado porque

el receptor (62), el transmisor (64) de referencia, y el transmisor (66) de detección se conectan eléctricamente en serie.

2. El sistema de sensor de la reivindicación 1, en el que al menos uno del transmisor (52), el receptor (54) de referencia, el receptor (56) de detección, el receptor (62), el transmisor (64) de referencia, y el transmisor (66) de detección es un inductor.

3. El sistema de sensor de la reivindicación 1, que comprende además:

un miembro (152) alargado desechable entre el núcleo (130) y la pila (150) de pastillas de combustible de tal manera que el núcleo se mueve en conjunto con la expansión o contracción de la pila (150) de pastillas de combustible, en el que el movimiento del núcleo (130) cambia la señal de detección.

4. El sistema de sensor de la reivindicación 1, que comprende además:

un fuelle (154) acoplado al núcleo (130) de tal manera que el núcleo (130) se mueve en conjunto con cambios en la presión dentro de la barra (2) de combustible,

en el que el movimiento del núcleo (130) cambia la señal de detección.

5. El sistema de sensor de la reivindicación 1, en el que el núcleo (130) se acopla para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra (2) de combustible, en el que los cambios en la temperatura del núcleo (130) cambian la permeabilidad magnética del núcleo (130) y cambian la señal de detección.

6. El sistema de sensor de la reivindicación 1, que comprende además: un aparato (200) de procesamiento electrónico conectado eléctricamente al interrogador (50) inalámbrico y estructurado para recibir la señal de detección y la señal de referencia recibida por el receptor (56) de detección y receptor (54) de referencia, en el que el aparato (200) de procesamiento electrónico se estructura para determinar una diferencia entre la señal de detección y la señal de referencia.

7. El sistema de sensor de la reivindicación 1, en el que el núcleo (130) se compone de material de ferrita.

8. El sistema de sensor de la reivindicación 1, en el que el interrogador (50) inalámbrico es desechable dentro de un portainstrumento (4).

9. Un sistema de sensor para una barra (2) de combustible que incluye una pila (150) de pastillas de combustible, el sistema de sensor comprende:

un interrogador (140) inalámbrico desechable fuera de la barra (2) de combustible, el interrogador (140) inalámbrico comprende:

un transmisor (142) primario estructurado para emitir de forma inalámbrica una señal de interrogación; y un receptor (144) secundario;

un componente (110) de sensor pasivo desechable dentro de la barra (2) de combustible, el componente (110) de sensor pasivo comprende:

un receptor (112) primario estructurado para recibir la señal de interrogación y emitir una señal de excitación en respuesta a recibir la señal de interrogación;

un transformador variable diferencial lineal, LVDT (120), que incluye un núcleo (130) acoplado para moverse en conjunto con la expansión o contracción de la pila (150) de pastillas de combustible, para moverse en base a cambios en la presión dentro de la barra (2) de combustible, o para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra (2) de combustible, en la que el LVDT se estructura para recibir la señal de excitación y para emitir una señal de salida indicativa de una posición o una temperatura del núcleo (130); y

un transmisor (114) secundario estructurado para recibir la señal de salida desde el LVDT y para emitir una señal de respuesta proporcional a la señal de salida al receptor (144) secundario.

10. El sistema de sensor de la reivindicación 9, que comprende además:

un miembro (152) alargado desechable entre el núcleo (130) y la pila (150) de pastillas de combustible de tal manera que el núcleo (130) se mueve en conjunto con la expansión o contracción de la pila (150) de pastillas de combustible, en el que la señal de salida del LVDT es indicativa de la posición del núcleo (130).

11. El sistema de sensor de la reivindicación 9, que comprende además:

un fuelle (154) acoplado al núcleo (130) de tal manera que el núcleo se mueve en conjunto con cambios en la presión dentro de la barra (2) de combustible,

en el que la señal de salida del LVDT es indicativa de la temperatura del núcleo (130).

12. El sistema de sensor de la reivindicación 9, en el que el núcleo (130) se acopla para cambiar la temperatura en base a cambios de temperatura dentro de la barra (2) de combustible, en el que los cambios en la temperatura del núcleo (130) cambian la permeabilidad magnética del núcleo (130), y en el que la señal de salida del LVDT es indicativa de la temperatura del núcleo (130).

13. El sistema de sensor de la reivindicación 9, en el que el LVDT incluye una bobina (122) primaria, una primera bobina (124) secundaria, y una segunda bobina (126) secundaria, en el que la bobina (122) primaria se conecta eléctricamente al receptor (112) primario y se dispone entre la primera y segunda bobinas secundaria.

14. El sistema de sensor de la reivindicación 13, en el que la primera bobina (124) secundaria y la segunda bobina (126) secundaria son substancialmente similares.

15. El sistema de sensor de la reivindicación 13, en el que la primera y segunda bobinas secundaria (124, 126) cada una tiene un primer extremo más cercano a la bobina (122) primaria y un segundo extremo más alejado de la bobina (122) primaria,

en el que el primer extremo de la primera bobina (124) secundaria se conecta eléctricamente a una salida del LVDT y el segundo extremo de la primera bobina (124) secundaria se conecta eléctricamente al primer extremo de la segunda bobina (126) secundaria, y en el que el segundo extremo de la segunda bobina (126) secundaria se conecta eléctricamente a la salida del LVDT.

16. El sistema de sensor de la reivindicación 1, en el que al menos uno del transmisor (142) primario, el receptor (112) primario, el transmisor (114) secundario, y el receptor (144) secundario son inductores.

17. El sistema de sensor de la reivindicación 9, en el que el núcleo (130) se compone de material de ferrita.

18. El sistema de sensor de la reivindicación 9, en el que el interrogador (140) inalámbrico es desechable dentro de un portainstrumento (4).

19. El sistema de sensor de la reivindicación 9, que comprende además:

un aparato (200) de procesamiento electrónico conectado eléctricamente al interrogador (140) inalámbrico y estructurado para proporcionar una señal de entrada al transmisor (142) primario estructurado para hacer que el transmisor (142) primario emita la señal de interrogación,

en el que el aparato (200) de procesamiento electrónico se estructura para recibir la señal de respuesta recibida desde el interrogador (140) inalámbrico y para determinar una posición o temperatura del núcleo (130) en base a la señal de respuesta.

20. El sistema de sensor de la reivindicación 9, en el que el LVDT (120) tiene una conformación sustancialmente cilíndrica con un núcleo hueco, y

en el que el núcleo (130) se estructura para ser capaz de pasar a través del núcleo hueco.