JPS59214726A - Ultrasonic wave thermometer - Google Patents

Ultrasonic wave thermometer

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JPS59214726A
JPS59214726A JP8774483A JP8774483A JPS59214726A JP S59214726 A JPS59214726 A JP S59214726A JP 8774483 A JP8774483 A JP 8774483A JP 8774483 A JP8774483 A JP 8774483A JP S59214726 A JPS59214726 A JP S59214726A
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JP
Japan
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ultrasonic
magnetic field
sensor
ultrasonic wave
coil
Prior art date
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Pending
Application number
JP8774483A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Terufumi Kawasaki
照文 河崎
Wataru Kitaura
北浦 渉
Takahiro Kanamori
金森 隆裕
Satoshi Ogura
聰 小倉
Masahiro Koike
正浩 小池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP8774483A priority Critical patent/JPS59214726A/en
Publication of JPS59214726A publication Critical patent/JPS59214726A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects

Abstract

PURPOSE:To obtain an ultrasonic wave thermometer, which can measure temperature distribution highly accurately, by constituting a sensor itself as a magnetic body in which a notch is not formed, and generating magnetostrictive ultrasonic waves at positions having specified interval in said magnetic body. CONSTITUTION:Permanent magnets 7 are attached to the inner wall surface of a sheath 1 as a material corresponding to a notch position. In this case, a magnetic field formed in a pulse mode. Then, a magnetostriction ultrasonic waves are simultaneously formed at the part of a sensor 6 in the vicinity of each permanent magnet 7, by said magnetic field and the magnetic field of the magnet 7. The magnetostrictive ultrasonic wave is received as a pulse train at one end of the sensor 6. The ultrasonic wave is received by a magnet 11 and a coil 12, which are attached to a sheath 1. A cylinder shaped projection 14 comprising the same material is provided at one end part of the sensor 6. The coil 12 is arranged so that the projection 14 is enclosed in the inside of the coil 12. The magnet 11 is arranged in the vicinity thereof. The cylinder shaped projection 14 is vibrated in the axial direction by the magnetostrictive ultrasonic wave. Thus the magnetostrictive ultrasonic wave can be received by the coil 12.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、磁歪超音波を利用した超音波温度計に係シ、
特に原子炉内の温度分布の測定に好適とされた超音波温
度計に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an ultrasonic thermometer using magnetostrictive ultrasonic waves.
In particular, the present invention relates to an ultrasonic thermometer suitable for measuring temperature distribution inside a nuclear reactor.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

例えば原子炉が異常となった場合、炉内の状態を詳細に
把握する必要があることから、炉内の温度分布が測定さ
れるようになっている。第1図はその温度分布測定に好
適とされた従来技術に係る超音波温度計の構成を示しだ
ものであるが、これによる場合は温度分布が精度大にし
て測定され得ないものとなっている。
For example, when a nuclear reactor becomes abnormal, it is necessary to understand the condition inside the reactor in detail, so the temperature distribution inside the reactor is measured. Figure 1 shows the configuration of a conventional ultrasonic thermometer that is suitable for measuring temperature distribution, but with this, temperature distribution cannot be measured with great precision. There is.

即ち、円柱状センサ2には一定間隔で切し込(ノツチ)
3が複数形成されておシ、これをシース1が保穫するも
のとなっている。円柱状センサ2の一端には超音波送受
信素子4が取付されており、超音波送受信素子4よシ円
柱状センサ2に送信された超音波はノツチ3部分で反射
された後超音波送受信送子4によって受信されるように
してなるものである。この場合ノツチ3は複数形成され
ていることから、パルス的に送信された超音波に対して
は反射超音波はパルス列として得られ、この反射超音波
のパルス時間間隔が信号処理装置5にて求められるが、
これとノツチ3間隔とからノツチ3間平均音速、更に音
速と音度の関係よシノツチ3間各々での温度が求められ
るものである。
That is, the cylindrical sensor 2 has notches at regular intervals.
3 are formed, and the sheath 1 protects them. An ultrasonic transmitting/receiving element 4 is attached to one end of the cylindrical sensor 2, and the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitting/receiving element 4 to the cylindrical sensor 2 are reflected at the notch 3 and then sent to the ultrasonic transmitting/receiving transmitter. 4. In this case, since a plurality of notches 3 are formed, the reflected ultrasound is obtained as a pulse train for the ultrasound transmitted in a pulsed manner, and the pulse time interval of this reflected ultrasound is determined by the signal processing device 5. However,
From this and the spacing between the notches 3, the average sound velocity between the notches 3, and the relationship between the sound velocity and the sound intensity, the temperature at each of the notches 3 can be determined.

第2図(a)、 (b)は第1図に示す超音波温度計の
一部省略縦断面と横断面をシース1と円柱状センサ2に
ついて概略的に示したものであるが、ここで因みに図示
された寸法a−dの具体値を示せばそれぞれ100鰭、
10簡、0.5寵、1.5霜となっている。これは現在
公表されているセンサ部のうちでは最小なものとなって
いる。
FIGS. 2(a) and 2(b) schematically show partially omitted vertical and cross sections of the ultrasonic thermometer shown in FIG. 1 with respect to the sheath 1 and the cylindrical sensor 2. By the way, the specific values of the dimensions a to d shown in the diagram are 100 fins, respectively.
10 kan, 0.5 yen, 1.5 frost. This is the smallest sensor unit currently available.

このように円柱状センサの軸方向における温度分布が知
れるが、温度分布が精度大にして測定し得ないものとな
っている。この原因は、超音波が複数のノツチで多重反
射され超音波送受信素子によって受信される反射超音波
の数がノツチのそれ以上となったり、複数のノツチで超
音波が赦乱されることによって超音波が減衰し反射超音
波の振幅が小さくなるなど、反射超音波の波形が乱れる
ことに求められるが、ここで超音波温度計による測定結
果を熱電対によるそれと比較すれば第3図に示すようで
ある。第3図はサンプイア国立研究所のグロナガーらに
よる実験結果を引用したものであるが、図よシ超音波温
度計による場合は熱電対による測定結果に比して±50
C程度のバラツキが存するものとなっている。
Although the temperature distribution in the axial direction of the cylindrical sensor is thus known, the temperature distribution cannot be measured with great precision. The cause of this is that the ultrasonic waves are multiple-reflected by multiple notches, and the number of reflected ultrasonic waves received by the ultrasonic transmitting/receiving element exceeds the number of notches, or that the ultrasonic waves are disrupted by multiple notches. This is required because the waveform of the reflected ultrasonic wave is disturbed, such as when the sound wave is attenuated and the amplitude of the reflected ultrasonic wave becomes smaller.If we compare the measurement results using an ultrasonic thermometer with those using a thermocouple, we can see the results shown in Figure 3. It is. Figure 3 is based on the experimental results by Gronager et al. at the Sampuia National Laboratory.
There is a variation of about C.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

よって本発明の目的は、精度大にして温度分布を測定し
得る超音波温度計を供するにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic thermometer that can measure temperature distribution with high accuracy.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この目的のため本発明は、センサ自体をノツチが形成さ
れていない磁性体として構成し、この磁性体における所
定間隔位置に磁歪超音波を発生せしめるようになしたも
のである。
For this purpose, the present invention is such that the sensor itself is constructed as a magnetic body without a notch, and magnetostrictive ultrasonic waves are generated at predetermined spaced positions on the magnetic body.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を第4図から第16図によシ説明する。 The present invention will be explained below with reference to FIGS. 4 to 16.

先ず本発明による超音波温度計の概略的な全体構成につ
いて説明する。第4図はその構成を示したものである。
First, the general general structure of the ultrasonic thermometer according to the present invention will be explained. FIG. 4 shows its configuration.

これによるとステンレス鋼製円筒形のシース1内部には
中空円筒形のセンサ6が、また、センサ6内部の中心軸
上には銅製の芯線13が配置されるようにしてなる。こ
の場合センサ6自体は鉄・ニッケル合金の磁性体として
構成され、その両端部には超音波反射防止用のダンパー
8.9が取付されるようになっている。芯線13はまた
一端がシース1にアースされ、他端は電気パルス発生装
置10に結線される。電気パルス発生装置10より芯線
13にパルス電流を流すようにすれば、センサ6内部全
体には芯線13を中心とした円形磁界がパルス的に発生
されるものである。しかして、ノツチ位置に相当するも
のとしてシース1内壁面に永久磁石7を一定間隔に取付
しておく場合は、パルス的に磁界が発生された際にこの
磁界と磁石7からの磁界によって各永久磁石7近傍のセ
ンサ6部分には磁歪超音波が同時に発生され、これら磁
歪超音波はセンサ6を介しその一端側にてパルス列とし
て受信され得るものである。本例では超音波の受信はシ
ース1に取付された磁石11とコイル12とによってい
る。センサ6一端部に同一材質よシなる円柱状の突起1
4を設け、この突起14がコイル12内部に収まるよう
にコイル12を配置し、しかもその近傍に図示の如くに
磁石11を配置すれば、磁歪超音波によって円柱状の突
起14がその軸方向に振動することから、コイル12に
よって磁歪超音波の受信が可能となるものである。コイ
ル12からの磁歪超音波受信信号は信号処理装置5によ
って処理されるが、これについては後述するところであ
る。
According to this, a hollow cylindrical sensor 6 is disposed inside a cylindrical stainless steel sheath 1, and a copper core wire 13 is disposed on the central axis inside the sensor 6. In this case, the sensor 6 itself is constructed of a magnetic material made of iron-nickel alloy, and dampers 8.9 for preventing ultrasonic reflection are attached to both ends thereof. The core wire 13 is also grounded at one end to the sheath 1 and connected to the electric pulse generator 10 at the other end. When a pulse current is caused to flow through the core wire 13 from the electric pulse generator 10, a circular magnetic field centered around the core wire 13 is generated in the entire interior of the sensor 6 in the form of a pulse. Therefore, if permanent magnets 7 are attached at regular intervals on the inner wall surface of the sheath 1 as equivalent to the notch position, when a pulsed magnetic field is generated, this magnetic field and the magnetic field from the magnets 7 will cause each permanent magnet to Magnetostrictive ultrasonic waves are simultaneously generated in a portion of the sensor 6 near the magnet 7, and these magnetostrictive ultrasonic waves can be received as a pulse train at one end of the sensor 6. In this example, ultrasonic waves are received by a magnet 11 and a coil 12 attached to the sheath 1. A cylindrical projection 1 made of the same material is provided at one end of the sensor 6.
4, the coil 12 is arranged so that the protrusion 14 fits inside the coil 12, and the magnet 11 is arranged near the coil 12 as shown in the figure, then the cylindrical protrusion 14 is moved in the axial direction by magnetostrictive ultrasonic waves. Since the coil 12 vibrates, it is possible to receive magnetostrictive ultrasonic waves. The magnetostrictive ultrasonic reception signal from the coil 12 is processed by the signal processing device 5, which will be described later.

第5図(a)、 (b)はセンサや芯線のシース内部に
おける具体的な取付態様を一部縦断面、横断面として示
したものである。これによるとセンサ6はシリコンゴム
製の保持部材15によってシース1に対して、まだ、芯
線13は同じくシリコンゴム製の保持部材16によって
センサ6に対し接触することなく取付保持されるように
なっている。因みにこの例での7−ス1外径、センサ6
外径、芯線13直径はそれぞれ2wn、0.5咽、0.
2闘である。
FIGS. 5(a) and 5(b) show a specific manner in which the sensor and the core wire are attached inside the sheath, partially in longitudinal section and in cross section. According to this, the sensor 6 is attached to the sheath 1 by the holding member 15 made of silicone rubber, and the core wire 13 is attached and held to the sensor 6 by the holding member 16 also made of silicone rubber without contacting it. There is. By the way, in this example, 7-south 1 outer diameter, sensor 6
The outer diameter and core wire 13 diameter are 2wn, 0.5mm, and 0.5mm, respectively.
It's 2 fights.

第6図は芯線にパルス電流を流すだめの電気パルス発生
装置の一例での具体的回路構成を示したものである。図
示の如く外部からの制御信号によってスイッチ17が閉
じられるとその時点でインバータ18を介してワンショ
ット回路19がトリガされ、ワンショット回路19のリ
セット出力をしてトランジスタ20.21”&介して出
力端子26からは所定のパルス幅をもってパルス電流が
出力されるものである。パルス電流のパルス幅は最小1
0n S程度に調整されるものとなっている。
FIG. 6 shows a specific circuit configuration of an example of an electric pulse generator for passing a pulse current through a core wire. As shown in the figure, when the switch 17 is closed by an external control signal, the one-shot circuit 19 is triggered via the inverter 18 at that point, and the reset output of the one-shot circuit 19 is outputted through the transistor 20. A pulse current is output from the terminal 26 with a predetermined pulse width.The pulse width of the pulse current is at least 1
It is adjusted to about 0nS.

なお、符号22〜25は抵抗を示す。Note that numerals 22 to 25 indicate resistances.

第7図は信号処理装置における一部回路を具体的に示し
たものである。これによると既述のコイル12からの磁
歪超音波受信信号は第9図に示すが如くに得られるが、
この受信信号は適当に前処理された形でピーク値検出回
路34に入力されるようになっている。前処理によって
第8図に示す如くの形に変換された磁歪超音波受信信号
Aは抵抗35を介し演算増幅器27とダイオード28よ
りなる、いわゆる理想のダイオードに入力されそのピー
ク値が放電可とされたコンデンサ30によって検出保持
されるものとなっている。検出保持されたピーク値信号
Bはバッファとしての演算増幅器29の出力としてモニ
タし得るが、ピーク値が得られる時点は演算増幅器27
の出力CjJ検出されるものとなっている。演算増幅器
270″i理想のダイオードの一部として機能する他、
コンデンサ30の電圧が入力電圧よりも犬となった場合
にはコンパレータとしても機能するようになってお9そ
の出力Cの立下シをコンパレータ32で検出すればよい
ものである。出力Cの立下シ検出出力りは一部パルス幅
のものとして得られるが、検出出力りが得られる度にこ
れによって次に入力される磁歪超音波信号の前にコンデ
ンサ30をリセット制御するようにすれば、ピーク値が
得られる時点が連続的に検出され得るものである。コン
デンサ30は遅延回路33全介された検出出力りによっ
てアナログスイッチ31をオンせしめることによりリセ
ットされるが、ピーク値が得られる時点を連続的に検出
するためには遅延回路33の遅延時間は適当に設足され
る必要がある。
FIG. 7 specifically shows some circuits in the signal processing device. According to this, the magnetostrictive ultrasonic reception signal from the coil 12 described above can be obtained as shown in FIG.
This received signal is input to the peak value detection circuit 34 in a suitably preprocessed form. The magnetostrictive ultrasonic reception signal A converted into the form shown in FIG. 8 by preprocessing is inputted to a so-called ideal diode consisting of an operational amplifier 27 and a diode 28 via a resistor 35, and its peak value is determined to be dischargeable. It is detected and held by a capacitor 30. The detected and held peak value signal B can be monitored as the output of the operational amplifier 29 as a buffer, but the point in time when the peak value is obtained is the output of the operational amplifier 27.
The output CjJ of is to be detected. In addition to functioning as part of the ideal diode, the operational amplifier 270″i
When the voltage of the capacitor 30 is lower than the input voltage, the comparator 32 also functions as a comparator and detects the fall of the output C. The fall detection output of the output C is partially obtained as a pulse width, but each time the detection output is obtained, the capacitor 30 is reset and controlled before the next input magnetostrictive ultrasonic signal. By doing so, the time points at which peak values are obtained can be continuously detected. The capacitor 30 is reset by turning on the analog switch 31 using the detection output through the delay circuit 33, but the delay time of the delay circuit 33 is appropriate in order to continuously detect the point at which the peak value is obtained. need to be established.

さて、検出出力りはピーク値が得られる時点でイ4fら
れるから、検出出力りの時間間隔はそのまま磁歪超音波
受信信号の時間間隔として得られることになる。時間間
隔計数・処理回路36においてはフリップフロップ37
が検出出力りが得られる度に反転されその出力E、Hに
よってアンドゲート39,40が交互に選択されるもの
となっている。アンドゲート39が選択されている間に
はクロック発生回路38からの高レートなりロック信号
がアンドゲート39を介しカウンタ41でカウントされ
、また、アンドゲート40が選択されている間はクロッ
ク信号がアンドゲート40を介しカウンタ42でカウン
トされるものである。ワンショット回路43はカウンタ
41,42を所定のタイミングでリセットし次のカウン
ト動作に備えるためのものである。カウンタ41,42
でのカウント値(バイナリ)は次にBC’Dコード変換
器44.45によってBCDコードに変換され、ワンシ
ョット回路43による制御下にマルチプレクサ46より
交互に選択的に出力され処理されるところとなるもので
ある。
Now, since the detection output is calculated as 4f at the time when the peak value is obtained, the time interval between the detection output and the detection output can be directly obtained as the time interval of the magnetostrictive ultrasonic reception signal. In the time interval counting/processing circuit 36, a flip-flop 37
is inverted every time a detection output is obtained, and AND gates 39 and 40 are alternately selected by the outputs E and H. While the AND gate 39 is selected, the high rate lock signal from the clock generation circuit 38 is counted by the counter 41 via the AND gate 39, and while the AND gate 40 is selected, the clock signal is It is counted by a counter 42 via a gate 40. The one-shot circuit 43 is for resetting the counters 41 and 42 at a predetermined timing to prepare for the next counting operation. counters 41, 42
The count value (binary) is then converted into a BCD code by a BC'D code converter 44, 45, and is alternately and selectively outputted from a multiplexer 46 under the control of a one-shot circuit 43 for processing. It is something.

ここで計数された時間間隔より温度を求め得ることを説
明すれば以下のようである。
The following is an explanation of how the temperature can be determined from the counted time intervals.

即ち、永久磁石間間隔をL(ホ)(一定)、する永久磁
石間での計数された時間間隔をτ(S)とすれば、その
永久磁石間での平均音速U (m/s )は以下のよう
になる。
That is, if the interval between permanent magnets is L (e) (constant) and the counted time interval between the permanent magnets is τ (S), then the average sound speed U (m/s) between the permanent magnets is It will look like this:

U=、L/τ 一方、平均音速Uと温度(C)との関係は実験によれば
、鉄とニッケルの割合が1対1の合金をセンサとして用
いた場合第10図に示す如くになることか判った。即ち
、音速は温度依存性をもつことから、予め如何なる温度
依存性をセンサがもつかが知れていれば、求められた平
均音速よシ平均温度が求められるものである。この場合
センサの材質は純金属であってもよいが、ただ、合金と
する場合が音速が小さくなって精度良好にして時間間隔
、したがって温度が求められるようになっている。セン
サとして合金を用い、また、センサ自体での超音波反射
を抑える場合には受信されるべき超音波波形は乱される
ことはないことから、±5C程度の誤差で温度が求めら
れるものである。
U=, L/τ On the other hand, according to experiments, the relationship between the average sound speed U and temperature (C) is as shown in Figure 10 when an alloy with a 1:1 ratio of iron and nickel is used as a sensor. I realized that. That is, since the speed of sound has temperature dependence, if it is known in advance what kind of temperature dependence the sensor has, the average temperature can be determined from the determined average sound speed. In this case, the material of the sensor may be pure metal, but when it is made of alloy, the speed of sound is low and the time interval, and thus the temperature, must be determined with good precision. When using an alloy as a sensor and suppressing ultrasonic reflection on the sensor itself, the ultrasonic waveform to be received will not be disturbed, so the temperature can be determined with an error of about ±5C. .

本発明は以上のようなものであるが、次に本発明の他の
実施態様について説明する。
Although the present invention is as described above, other embodiments of the present invention will be described next.

先ず第11図によシ超音波の受信を圧電素子によって行
なう場合について説明する。図示の如くセンサ6一端側
に圧電素子47を設けるもので、センサ6に接する面と
対向する面の側にはダンパ48を設けるようにしたもの
である。これまでに述べたものに比し超音波受信機構が
簡単化され、コストや故障率の面で有利であるというも
のである。
First, referring to FIG. 11, a case will be described in which ultrasonic waves are received by a piezoelectric element. As shown in the figure, a piezoelectric element 47 is provided on one end side of the sensor 6, and a damper 48 is provided on the side facing the surface in contact with the sensor 6. The ultrasonic receiving mechanism is simpler than those described above, and is advantageous in terms of cost and failure rate.

次に第12図(a)’、 (b)によシ永久磁石を電磁
石として構成する場合について説明する。第12図(a
)。
Next, the case where the permanent magnet is configured as an electromagnet will be explained with reference to FIGS. 12(a)' and 12(b). Figure 12 (a
).

(b)は第5図(a)、 (b)に対応するものである
が、図示の如く永久磁石7の代シにその位置に電磁石5
0を設けるようにしたものであシ、電磁石50は定電流
電源49によって定電流駆動されるものとなっている。
5(b) corresponds to FIGS. 5(a) and 5(b), but as shown, an electromagnet 5 is placed in place of the permanent magnet 7.
The electromagnet 50 is driven at a constant current by a constant current power source 49.

本態様による場合は磁界強度を一定に保ち得、磁界の温
度依存などといった不具合を解l肖し得ることになる。
According to this embodiment, the magnetic field strength can be kept constant, and problems such as temperature dependence of the magnetic field can be solved.

最後に信号処理装置の他の態様について説明する。稟1
3図はその構成を示したものである。図示の如く時間間
隔計数・処理回路はそのままにしてその前段にコンパレ
ータ51を設けるようにしたものである。コンパレータ
51は磁歪超音波受信信号Aが基準電圧■r以上となる
場合に一定パルス幅のパルス信号を出力するようになっ
ている。
Finally, other aspects of the signal processing device will be explained. 1st grade
Figure 3 shows its configuration. As shown in the figure, the time interval counting/processing circuit is left as it is, and a comparator 51 is provided at the preceding stage. The comparator 51 outputs a pulse signal with a constant pulse width when the magnetostrictive ultrasonic reception signal A exceeds the reference voltage ■r.

本態様による場合時間間隔はピーク間間隔としては計数
されないが、構成の簡単化やコスト、故障率の低減化が
図れる。
According to this aspect, although the time interval is not counted as the interval between peaks, it is possible to simplify the configuration, reduce costs, and reduce the failure rate.

M:恢として本発明による超音波温度計の適用例などに
ついて説明する。第14図は軽水炉圧力容器の内部にお
ける温度分布を測定する場合を示し7ζものである。圧
力容器52内部には気水分離器53や炉心55、ジェッ
トポンプ54などが図示の如くに収容されるようになっ
ているが、本例では中性子検出器(図示せず)を収容す
る細管57を利用しその内部に温度センサ部分59が収
容されるようになっている。細管57は圧力容器52丁
部よシダランカマ56、炉心55を介し気水分離器53
下部に亘って設けられているが、この内部に温度センサ
部分59を設ける場合は圧力容器52内部での温度分布
が容易に、しかも精度良好にして仰れるものである。し
たがって、10m程度の高さに亘る温度分布が簡単容易
に知れることから、圧力容器に予め本発明による超音波
温度計tl−取付しておく場合は事故時に炉内状態を正
確に把握し得ることになる。なお、計装装置58内部に
は本発明に係る゛電気パルス発生装置や信号処理装置な
どを含ひものとなっている。
M: Application examples of the ultrasonic thermometer according to the present invention will be explained. FIG. 14 shows the case of measuring the temperature distribution inside the light water reactor pressure vessel, and is 7ζ. Inside the pressure vessel 52, a steam separator 53, a reactor core 55, a jet pump 54, etc. are housed as shown, but in this example, a thin tube 57 housing a neutron detector (not shown) is housed inside the pressure vessel 52. A temperature sensor portion 59 is housed inside the temperature sensor portion 59. The thin tube 57 is connected to the pressure vessel 52, the shidarankama 56, and the steam/water separator 53 via the reactor core 55.
Although the temperature sensor portion 59 is provided over the lower part, if the temperature sensor portion 59 is provided inside the pressure vessel 52, the temperature distribution inside the pressure vessel 52 can be easily determined with good accuracy. Therefore, since the temperature distribution over a height of about 10 m can be easily known, if the ultrasonic thermometer according to the present invention is installed in the pressure vessel in advance, the condition inside the reactor can be accurately grasped in the event of an accident. become. Note that the instrumentation device 58 includes an electric pulse generator, a signal processing device, and the like according to the present invention.

次に第15図によシ高速増殖炉に適用した場合について
説明する。図示の如く一次容器60内部の中央部には炉
心63が、炉心63の周囲にはまたブランケット64が
、更に中央部と容器内壁との間には一次熱交換器61と
ポンプ62が配されるものとなっている。炉心63上部
には制御様駆動機構65が位置され、炉心63や一次熱
交換器61、ポンプ62などはナトリウム冷却材66中
に位置するが、このナトリウム冷却材66中に本発明に
係る温度センサ部分59を図示の如くに挿入しておくよ
うにすれば、先の場合と同様容器内部での温度分布が知
れるものである。特に^速増消炉においては事故時に注
入された低温ナトリウム冷却材が一次容器底部に滞留す
る一方、容器上部には高温ナトリウム冷却材が淀み一次
容器の底部と上部との間には大きな温度差が生じること
がら、熱応力評価の面よシしても温度分布611]定は
必要なものとなっている。本発明による超音波温度計に
よれば高さ7m程度に亘って温度分布を精度大にして測
定可能であシ、構造材の強度評価を確裏ならしめるうえ
で有効となる。
Next, a case where the present invention is applied to a fast breeder reactor will be explained as shown in FIG. As shown in the figure, a reactor core 63 is disposed at the center inside the primary vessel 60, a blanket 64 is arranged around the core 63, and a primary heat exchanger 61 and a pump 62 are arranged between the center and the inner wall of the vessel. It has become a thing. A control driving mechanism 65 is located above the reactor core 63, and the reactor core 63, primary heat exchanger 61, pump 62, etc. are located in a sodium coolant 66, and a temperature sensor according to the present invention is installed in this sodium coolant 66. If the portion 59 is inserted as shown, the temperature distribution inside the container can be known as in the previous case. In particular, in a rapid increase/extinguisher reactor, the low-temperature sodium coolant injected at the time of the accident remains at the bottom of the primary vessel, while the high-temperature sodium coolant stagnates at the top of the vessel, resulting in a large temperature difference between the bottom and top of the primary vessel. Therefore, temperature distribution 611] is necessary for thermal stress evaluation. The ultrasonic thermometer according to the present invention can measure temperature distribution with high accuracy over a height of about 7 m, and is effective in accurately evaluating the strength of structural materials.

最後に温度分布を二次元的に測定する場合について説明
する。これまでは温度センサ部分は直線状のものとして
説明、図示されていたが、必ずしもその形状は直線状に
限定されないものとなっている。第16図(a)〜(C
)はそれぞれ温度分布を二次元的に611]定する場合
での本発明による超音波温度計の一例での正面、底面(
一部省略)、右側面・(一部省略)を示したものである
が、これによると温度センサ部分67は櫛形蛇行状に折
曲形成されてその全体が板状の保持材68によって取付
支持されるものとなっている。但し、本例での温度セン
サ部分67内部には既述の永久磁石あるいは電磁石は設
けられていなく、その代り保持材68に取イ」されてい
る角棒状の永久磁石69がそれに代るものとなっている
。二次元的に温度センサ部分を((η成する場合は温度
分布全二次元的に求め得るものである。したがって、こ
の考えを拡張して五次元的に温度センサ部分を構成する
場合は三次元的に温度分布を求めることも可能となるわ
けである。なお、センサ(6)そのものの長さなどに応
じて芯線(13)に流されるパルス電流の大きさを適当
に設定する場合は、磁歪超音波を状態良好にして受信す
ることが可能となる。
Finally, a case where temperature distribution is measured two-dimensionally will be explained. Until now, the temperature sensor portion has been explained and illustrated as having a linear shape, but its shape is not necessarily limited to a linear shape. Figure 16(a)-(C
) are the front and bottom surfaces (611) of an example of the ultrasonic thermometer according to the present invention when the temperature distribution is determined two-dimensionally (611), respectively.
According to this figure, the temperature sensor part 67 is bent into a comb-shaped serpentine shape, and the entire part is mounted and supported by a plate-shaped holding member 68. It has become something that will be done. However, in this example, the above-mentioned permanent magnet or electromagnet is not provided inside the temperature sensor portion 67, and instead, a rectangular bar-shaped permanent magnet 69 mounted on the holding member 68 is used instead. It has become. If the temperature sensor part is configured two-dimensionally ((η), the temperature distribution can be obtained in all two dimensions. Therefore, if we extend this idea and configure the temperature sensor part five-dimensionally, we can obtain the temperature distribution three-dimensionally. It is also possible to determine the temperature distribution based on the sensor (6) itself.If the magnitude of the pulse current applied to the core wire (13) is appropriately set depending on the length of the sensor (6) itself, magnetostrictive It becomes possible to receive ultrasonic waves in good condition.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、両端が無反射端とされた
センサにおける複数の所定部分に同時に磁歪超音波を発
生せしめ、センサ一端側にてそれら超音波を状態良好に
受信し得るようになしたものである。したがって、本発
明による場合Cユ、波形状態良好にして超音波は受信さ
れるから、温度分布が精度大にして測定され得るという
効果がある。
As explained above, the present invention simultaneously generates magnetostrictive ultrasonic waves in a plurality of predetermined portions of a sensor whose both ends are non-reflective ends, and allows the ultrasonic waves to be received in good condition at one end of the sensor. This is what I did. Therefore, according to the present invention, since ultrasonic waves are received with good waveform conditions, the temperature distribution can be measured with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来技術に係る超音波温度計の構成を示す図
、第2図(a)、 (b)は、その超音波温度計の一部
縦断面と横断面を示す図、第3図は、同じくその超音波
温度計による温度測定結果を熱電対によるそれとともに
示す図、第4図は、本発明による超音波温度計の一例で
の構成を一部破断状1帖として概略的に示す図、第5図
(a)、 (b)は、その超音波温度計の一部縦#r面
、横断面を示す図、第6図は、第4図における電気パル
ス発生装置の一例での具体的回路構成を示す図、第7図
は、同じく第4図における信号処理装置の一部回路の一
例での構成を具体的に示す図、第8図は、その回路動作
を説明するだめの要部における一例での入出力信号波形
を示す図、第9図は、磁歪超音波受信信号の一例での信
号波形を示す図、第10図は、実験的に求められた音速
と温度との関係を示す図、第第11図は、磁歪超音波の
受信を圧電素子によって行なう場合での本発明による超
音波温度計の一1夕uでの構成を一部破断状態として示
す図、第12図(a)、 (+))は、永久磁石を電磁
石として構成した場合での本発明による超音波温度計の
一部縦断面、(帽新面を示す図、第13図は、信号処理
装置の他の構成りM様を示す図、第14図、第15図は
、本発明による超音波温度計の軽水炉、高速増殖炉への
適用を示す図、第16図(a)、 (b)、 (c)は
、温度分布を二次元的に測定するだめの本発明による超
音波温度計の一例での正面、一部省略底面、一部省略右
側面を示す図である。 1・・・シース、5・・・信号処理装置、6・・・セン
サ、7・・・永久磁石、8,9.48・・・ダンパ、1
0・・・電気パルス発生装置、工1・・・磁石、12・
・・コイル(超音波受信用)、13・・・芯線(パルス
磁界発生用)、47・・・圧電素子、49・・・定電流
電源、50・・・′電磁石。 代理人 弁理士 秋本正実 葛 1 (2) tQノ 第 3 口 εLEVAT10N(>−) 第 4 口 第5図 ((1)Cb) 第 b 図 す5Y 不 7 口 第3 a ”  q す間ん 箋q。 時間6 第1O図 2870 29110  211りθ  2?ρρ會達
 (咲) 葛  ノl (2) 第 l (17) 第 740
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic thermometer according to the prior art, FIGS. 2(a) and 2(b) are partial longitudinal and cross-sectional views of the ultrasonic thermometer, The figure also shows the temperature measurement results by the ultrasonic thermometer along with those by the thermocouple, and Figure 4 schematically shows the configuration of an example of the ultrasonic thermometer according to the present invention as a partially broken piece Figures 5(a) and 5(b) are partial vertical and cross-sectional views of the ultrasonic thermometer, and Figure 6 is an example of the electric pulse generator shown in Figure 4. FIG. 7 is a diagram specifically showing the configuration of an example of a partial circuit of the signal processing device in FIG. 4, and FIG. 8 is a diagram for explaining the circuit operation. FIG. 9 is a diagram showing an example of the input/output signal waveform in the main part of the signal, FIG. 9 is a diagram showing the signal waveform in an example of the magnetostrictive ultrasonic reception signal, and FIG. 11 is a diagram showing the structure of an ultrasonic thermometer according to the present invention in a partially broken state in a case where magnetostrictive ultrasonic waves are received by a piezoelectric element, and FIG. Figures 12(a) and (+) are partial vertical cross-sections of the ultrasonic thermometer according to the present invention when the permanent magnet is configured as an electromagnet (a diagram showing the new surface of the cap), and Figure 13 is a diagram showing the signal processing Figures 14 and 15, which show other configurations of the device M, are diagrams showing the application of the ultrasonic thermometer according to the present invention to light water reactors and fast breeder reactors, and Figures 16 (a) and (b). ) and (c) are views showing the front, partially omitted bottom, and partially omitted right side of an example of the ultrasonic thermometer according to the present invention for two-dimensionally measuring temperature distribution. 1.・Sheath, 5...Signal processing device, 6...Sensor, 7...Permanent magnet, 8,9.48...Damper, 1
0... Electric pulse generator, Engineering 1... Magnet, 12.
... Coil (for ultrasonic reception), 13 ... Core wire (for pulsed magnetic field generation), 47 ... Piezoelectric element, 49 ... Constant current power supply, 50 ...' Electromagnet. Agent Patent Attorney Masamikatsu Akimoto 1 (2) tQ No. 3 εLEVAT10N (>-) No. 4 No. 5 ((1) Cb) No. q. Time 6 1st O figure 2870 29110 211ri θ 2?ρρ meeting (Saki) Kuzu no l (2) 1st l (17) 740th

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、温度上ンサを伝播する超音波を該センサ一端側に取
付された超音波受信手段によって受信したうえパルス的
、時系列的に受信される超音波受信信号の信号間隔にも
とづき信号処理手段によって温度が求められる超音波温
度計にして、両端が無反射端とされた温度センサ自体を
磁性体として構成したうえ該センサの近傍に、該センサ
に沿って直流磁界印加手段全複数所定間隔毎に配すると
ともに、該手段による磁界とは異なってパルス的磁界を
発生する電磁石としてのパルス磁界発生手段を配してな
る構成を特徴とする超音波温度計。 2、 温度上/すは、鉄・ニッケル合金とされる特許請
求の範囲第1項記載の超音波温度計。 3、 直流磁界印加手段は、永久磁石とされる特許請求
の範囲第1項記載の超音波温度計。 4、 直流磁界印加手段は、電磁石どされる特許請求の
範囲第1項記載の超音波温度計。 5、パルス磁界発生手段は、パルス電流が流されるワイ
ヤとされる特許請求の範囲第1項記載の超音波温度計。 6、 直流磁界印加手段としての電磁石は、定電流が流
されるコイルとされる特許請求の範囲第4項記載の超音
波温度計。
[Claims] 1. Signal intervals of ultrasonic reception signals received in pulses and in time series after receiving ultrasonic waves propagating through a thermal sensor by an ultrasonic receiving means attached to one end of the sensor. The temperature sensor is an ultrasonic thermometer whose temperature is determined by a signal processing means based on the signal processing means, and the temperature sensor itself has non-reflective ends at both ends, and the temperature sensor itself is made of a magnetic material. An ultrasonic thermometer characterized by a configuration in which a plurality of pulse magnetic field generating means are arranged at predetermined intervals and are arranged as electromagnets that generate a pulsed magnetic field different from the magnetic field produced by the means. 2. The ultrasonic thermometer according to claim 1, wherein the temperature top/span is an iron-nickel alloy. 3. The ultrasonic thermometer according to claim 1, wherein the DC magnetic field applying means is a permanent magnet. 4. The ultrasonic thermometer according to claim 1, wherein the DC magnetic field applying means is an electromagnet. 5. The ultrasonic thermometer according to claim 1, wherein the pulsed magnetic field generating means is a wire through which a pulsed current is passed. 6. The ultrasonic thermometer according to claim 4, wherein the electromagnet as the DC magnetic field applying means is a coil through which a constant current is passed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100467985B1 (en) * 2000-12-14 2005-01-24 한국전력공사 Ultrasonic Temperature Sensor to Measure Very High Temperature in Ultra-High Temperature
JP2011141280A (en) * 2010-01-11 2011-07-21 General Electric Co <Ge> Torsional sensor, method thereof, and system for measuring fluid parameter

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