JPS6059529B2 - 常磁性かつ導電性の液体のレベル測定用プロ−ブ - Google Patents

常磁性かつ導電性の液体のレベル測定用プロ−ブ

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JPS6059529B2
JPS6059529B2 JP49114643A JP11464374A JPS6059529B2 JP S6059529 B2 JPS6059529 B2 JP S6059529B2 JP 49114643 A JP49114643 A JP 49114643A JP 11464374 A JP11464374 A JP 11464374A JP S6059529 B2 JPS6059529 B2 JP S6059529B2
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temperature
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パリ マルセル
ポワンソ セルジユ
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KOMITSUSARIA TA RENERUGII ATOMIIKU
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KOMITSUSARIA TA RENERUGII ATOMIIKU
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、常磁性液体、特に原子炉の容器に使用さ
れる液体アルカリ金属のレベル液面測定に関し、それは
2個の巻線、すなわち、交番電圧を供給される1次巻線
と電圧計を接続される2次巻線とから形成されるプロー
ブによつて行われ、そのプローブはレベルを測定しよう
とする液体の入つた容器の中へ垂直につけられる。
種々の物理的原則にもとつく液体測定法は数多く知ら
れている。
フロートを使つた通常の方法は、特にこの場合の液体金
属レベル測定では、そのフロート上に金属性の酸化物を
たい積しそれが測定上の精度をそこなう危険があるので
適当ではない。 更に、フロートの変位を機械的に伝達
する装置が容器内から容器外へと突き抜けることとなり
、金属の酸化や大気汚染の如き問題を防止し得る密閉容
器は断念せざるを得なくなる。
容器の内容物のガンマ線吸収係数を測定しその結果とし
て内部の液体レベルを測定するために容器内で変位する
ガンマ線源を使用することは高価な放射線測定装置を必
要とする。また、この場合放射線を防止するためのある
手段を使うことが必要であり、その結果この方法の広い
応用を妨げている。また、超音波の利用が提案されてた
が、それもまた、この場合、測定されるレベルの決定の
ために複雑な装置に頼らねばならない。 相互インダク
タンス型のレベル・プローブの原理は知られており、既
にレベル測定用として提案されているが、同一支持体の
周りにある2個の巻線から形成された1個のプローブを
使用する可能性はいまだに検討されていない。更に、イ
ンダクタンスによるレベル測定用の従来の技術を使つた
装置は所定温度に関してのみそのレベルを指示する。す
なわち、れは、温度が正確にわかつていないうえに、そ
のプローブに沿つて温度が均一でないとき、大きな不利
益である。すべてのこれらの理由で、容易に使用でき、
例えば、液体ナトリウムのレベルを測定することが望ま
れる原子炉の容器内に区画された部分を設け、そこに挿
入できる頑丈な設計のレベル検出装置を利用できること
は有利であり、例えば、またプローブを形成する巻線に
修理や検査のため容易に近つけることを保証することも
また望ましい。
たとえは、実公昭43−26395号公報は、相互イン
ダクタンスを利用した液体金属用液面計を開示し、増幅
器を用いて出力を帰還することによつて温度補償を行な
う例を示している。しかしながら増幅器等の能動回路を
用いることにより構成が複雑化し、製造価格が高くなる
という問題がある。この発明は、この種の装置、すなわ
ち、容易に使用てき、高い精度の応答をもち、そのプロ
ーブがつけられる液体温度と無関係にレベル指示を与え
るレベル測定用プローブに向けられている。この発明は
、その目的として、2個の結合された誘導子によつて形
成される液体測定用プローブをもち、その中では2個の
誘導子を構成する2個の巻線によつて形成されたトラン
スの2次側に誘起さ.れる電圧で、その2個の誘導子に
よつて形成されg円筒形の外側にある液体(特に液体ナ
トリウム)のレベルに依存する電圧はプローブおよび液
体の温度に無関係である。更に正確には、この発明は温
度とは無関係て線形応答をもつ相互インタ.クタンス型
の液体測定用プローブに関する。そこで、前記プローブ
は硬直な支持体S1と相互係合の関係に配置され、前記
の硬直な支持体S1上に巻かれる2個の絶縁されたケー
ブルと、一定振幅と周波数を有する交番電流を1個のケ
ーブルC1に供・給する装置と、必要ならば、その硬直
な支持体S1上に巻かれているケーブルを囲む手袋の指
状物体(片とじの保護覆、例えは特開昭48−4526
4号公報参照)と、第2のケーブルC2の両端電圧を測
定する装置と、ケーブルC2の両端に配置された抵抗器
Rとを備えている。そのプローブは2個の相互に係合さ
れた巻線によつて構成されている。1個の巻線、すなわ
ち、1次巻線には、周波数と振幅とを一定に維持された
電流が供給され、その1次巻線内の電流は一定の最大振
幅をもつ交番磁界を発生する。
その他の巻線、すなわち、2次巻線はその2個の巻線間
の結合の関数である電圧を伝達し、この電圧は電圧計に
よつて測定され゛る。そのプローブがナトリウムのレベ
ル測定に使用される場合、前記のプローブを手袋の指状
物体の内部に配置することは有利である。
それは一方では1次と2次間の結合に影響するが、他方
ては、そのナトリウムからそのプローブを保護する。す
なわち、前記手袋の指状物体がそのナトリウムと接触す
るようになり、その結果、そのプローブは連続的に近づ
きうる。その手袋の指状物体とは別に、そのナトリウム
のレベルと温度は1次と2次巻線間の結合に影響する。
その2次巻線によつて運ばれる電圧が所定温度に関して
手袋の指状物体を囲むナトリウムのレベルの線形関数で
あることは証明できる。そのナトリウムのレベルがその
手袋の指状物体の周りを上昇するとき、1次と2次の漏
えい磁束は増加し、その結果、2次巻線の端子における
誘起電圧は減小する。この特性はそのプローブを構成す
る手袋の指状物体の外側に位置した全べての常磁性液体
の場合にも有効である。その手袋の指状物体内に2個の
巻線をもつこの装置は電気のリード線をその手袋の指状
物体を解体することなしに、すなわち最小限度の技術上
の困難さをもつ引出すことが容易にできるということと
、更にまた、その巻線が決して、その液体ナトリウムと
接触しないという有利な点をもつている。
そのプローブの強度を増すため、例えばその1次と2次
の巻線をステンレス鋼の支持体の上に巻きつける。
この発明の好適実施例において、そのレベル測定用プロ
ーブはその硬直な支蒔体S,がその支持体内に発生する
うす電流の作用を最小限におさえるため十字形の断面を
もつた部材であることを特徴とする。一般的に言えば、
その支持体の表面積は円筒形の巻線表面に比較しててき
る限り小さくしなければならない。その十字形の輪部は
それが小さな表面積をもち高い強度をもつ装置を与える
という点において二重の利益を提供する。他の形状例え
ば縦のみそをもつ円筒形の支持体もまた使用することが
できる。この発明の1つの実施例において、測定用プロ
ーブはステンレス鋼で包まれたジルコニウム鋼のコアで
作られたサーモ同軸ケーブルで構成され、そのプローブ
を構成する金属や合金のキューリー点は100′C以下
の温度である。
更に一般的には、1次と2次巻線を構成する物質は動作
温度範囲以内て磁性相転移をもたないように選ばれる。
このように、そのレベル検出が構成素子のキューリー点
の上また下いづれか一方の温度て液体ナトリウム内で動
作する。その温度がキューリー点よりも高い場合には、
その巻線を構成する物質がキューリー点以下において強
磁性であるのてそれらは常磁性てある。これは温度の関
数としての透磁率の変化がキューリー点の下よりも上に
おいてより小さいという利益を提供する。この発明の好
適実施例においては、その2個のコイル上に巻かれたケ
ーブルを囲む手袋の指状物体はステンレス鋼である。こ
の発明にもう1つの好適実施例においては、そのレベル
測定用プローブはその硬直な支持体S1の周りにケーブ
ルC2の巻線はケーブルC1の巻線に較べて少くとも2
倍の巻線をもつということを特徴とする。
そのプローブの感度は1次巻線の巻数に関して2次巻線
の巻数を増加することより上げられる。より感度を得る
ため、同じ直径のケーブルで1次と2次巻線を形成する
場合、2次巻線が1次ケーブルの巻線と較べて2倍から
3倍の巻数をもつようにする必要がある。本発明によれ
は、2次巻線の端子間に発生する、温度による電圧の変
化が、プローブの外の所定の液体レベルについて零にな
るように、抵抗値Rを選ぶ。その温度はそこにある物質
の固有抵抗(その手袋の指状物体の外側にあるナトリウ
ムの固有抵抗を含む)か温度と共に増加する限りその1
次と2次との間の結合に影響する。これは、その1次巻
線によつて発生される磁界と反対に作用するうず電流の
強度を減少する効果をもつ。(これらの電流は実際に鋼
鉄製の手袋の指状物体内とナトリウム内に発生される。
)その結果、温度が上昇するとき漏えい磁束が減少する
のでその温度上昇は(前記温度上昇が一定レベルで起る
とき)2次巻線によつて運ばれる電圧の上昇で表わされ
る。
温度補償を利用するため、この温度修正以前にその手袋
の指状物体の液体レベルの関数として巻線C2の端子の
電位差を表わすまつすぐな並行線の式を得ることが有利
である。
種々の温度において得られる全べての直線の並行性は1
次電流の所定の周波数ならびに所定の強度に関して、ま
た、そのプローブを構成する物質の適当な形状ならびに
構造に関してのみ得られる。この発明によつて十字形の
支持体が選ばれ≠ここと、また、100℃以下の温度に
キューリー点を有するケーブルを利用することはこの理
由のためである。所定レベルの場合、そのケーブルC2
の巻線によつて構成される2次巻線は起電力が温度とと
もに上昇する発生装置として働く。
また、その内部抵抗も温度と共に上昇することがみとめ
られている。(換言すれば、ケーブルC2によつて形成
されるコイルの抵抗値。)この現象は温度補償を達成す
るために使用される。抵抗Rを接続することにより、2
次巻線内に誘起される電圧の上昇がそのプローブの内部
抵抗による電圧降下によつて補償されるように電流が設
定される。この発明の1つの特に重要な応用は原子炉の
容器を一部分満たす液体ナトリウムのレベル測定を行な
うために使用することである。
周波数と共に所望の抵抗値Rが変化するという問題を解
消する”ため、以下で詳細に述べるように、プローブの
操作は所定の周波数で行なうこととする。この発明の更
に他の特徴や利点は次の説明から明らかになるであろう
。そこでは添付図面を参照しながら、構造上の実施例が
制限をもたない説明によつて提供されている。前述した
ように、この発明は物質(例えば液体ナトリウム)のレ
ベルを測定するのに便利なプローブに向けられている。
そのプローブは頑丈な構造で、全体の大きさが最小限で
、周囲温度と無関ノ係にそのプローブをとりまく手袋の
指状物体の外にある液体レベルを測定するための指示を
与えるものである。第1図において、その測定用プロー
ブを示す。
ケーブルC1とC2が巻かれている支持体S1は十字形
の輪部をもつている。そのプローブのもつコイルは2個
の巻線、すなわち、1次巻線C1と2次巻線C2とによ
つて構成されている。この実施例の構造において、ケー
ブルC2で構成される2次巻線は1次巻線に較べて3倍
の巻数をもつている。ケーブルによつてとりまかれた支
持体S1は手袋の指状物体4の内部に挿入され、そして
、その前記手袋の指状物体4はそれをとりまくナトリウ
ム6に対し不浸透性である。第2図において、ケーブル
C2によつて構成されているコイルの2次巻線中の電位
差Usを示す曲線はその手袋の指状物体の外側にある液
体ナトリウムのレベルNの関数として縦座標で描かれて
いる。
550℃の液体ナトリウム温度については曲線8が描か
れ、400℃については曲線10,300℃については
曲線12、そして150℃については曲線14がそれぞ
れ描かれている。
これらの曲線は補正抵抗Rなしに得られている。その実
施例においては、前記曲線が0から1500T!rl!
tのナトリウムのレベル変化に関しては並行であること
がみとめられる。この実施例において、巻線C1に供給
される電流の周波数は3500C/Sで1次電流は10
0rr]Aてある。第3図において、トランスの2次巻
線によつて構成される簡単な回路図を示し、そ回路図は
1次一巻線と2次巻線との相互インダクタンスを通して
電圧(を生じる電位源と、Riと表示されているケーブ
ルC2によつて構成される2次巻線の内部抵抗と、コイ
ルのケーブルC2によつて構成される2次巻線の2端子
間に接続されている抵抗Rと.からなつている。
その電流12はその回路中を流れ、その電圧Usは2次
巻線の端子て測定される。第5図において、そのプロー
ブの2次巻線の端子電圧旦の変化はナトリウムのレベル
Nの関数と5して示されている。対の直線18と20は
共に3000c/sの供給周波数について得られ、対の
直線22と24は3500:)/sの周波数について、
そして、対の直線26と28は4000C/sの周波数
についてそれぞれ得られる。直線18,22,26はT
1=1500Cの温度で得られ、直線20,24,28
はT2=550℃の温度て得られる。周波数300■/
sでの電圧eの変化量Δeは、零レベル、すなわちプロ
ーブが液体中に浸けられていない場合の、400℃の温
度変化に対するものである。変化量Δe″は完全につけ
られた同じプローブの場合における電圧変位である。第
6図はナトリウムのレベルの函数としてそのプローブの
2次巻線の内部抵抗Riの変化を示す。
直線30は温度がT1=150℃である場合を示し、直
線32は温度T2=550℃である場合を示している。
第7図は零レベルと最高レベル(プローブが沈ノんだ状
態)に関して、周波数の関数として抵抗Rの変化を示す
次の計算は2次巻線の回路特性の函数として抵抗Rの値
を設定する。
ナトリウムの固定されたレベルに関して、第3図の回路
の方程式を書くならば、次の式となる。
温度が変化するとき、2次巻線の抵抗Rの端子電圧は次
の値DUsて変動する。この電圧変動を零まて減小する
すなわち、換言すれば、DUs=0とおく。このために
は次式のみが必要となる。このようにして、次のRの値
が選ばれる。
この関係は所定の周波数において有効てある。
実際には、その周波数と抵抗Rの値とを決定するための
方法は次のようになる。電圧旦の変化を表わす直線は種
々の異なる周波数と温度(第5図)に関して、レベル関
数として実験的に描かれる。ΔT=T2−T1=400
℃(零レベル)の値に対応して変位Δeが測定される。
第6図の曲線により、零レベルに関して、同じ温度差に
対応する変化分ΔR1の測定が行われる。すると、所定
の周波数において(E,Ri,ΔE,ΔRi)が判り、
それらの値によつて零レベルについてのRの値(R=Δ
Ri一e】IRi)を計算できる。
すると、零レベルに関して、周波数の関数としてRの変
化分を表わす曲線36上の点34が得られる。異なる周
波数に対しても第5図に示すような直線群を用いること
により同様の手順を行なう。
これは零レベルに関して曲線36,R(f)、と最高レ
ベル(プローブが沈んだ状態)の場合として曲線38、
R(f)、を得ることを可能にする。これらの2つの曲
線の交点40は横座標として最適利用周波数Fuとそれ
に対応する抵抗Ruの値をもつ。第7図の曲線は、この
ようにして、利用周波数とそれに対応する抵抗Rの値の
選択を可能にする。そのとき、電圧Usの値は利用範囲
内において温度と無関係てある。この方法は第4図の曲
線16で示されるように150℃から550℃の範囲内
の温度に関してレベル関数として単一目盛線Usをもつ
プローブに好結果で使用されてきた。
この直線は150℃から550℃の範囲内の温度に関し
てナトリウムのレベルの関数として抵抗Rの端子電圧U
sの変化分を表わしている。その電圧垣Sはミリボルト
で指示され、そのレベルNはミリメートルで指示される
。実際の測定に対応する種々のパラメータの値は次の表
に示す。
ここでプローブは1500mのステンレス鋼である。
結論として、この発明により、特に温度補償を容易にす
る非常に簡単で頑丈な構造をもつたレベル測定用のプロ
ーブが提供され、これらの特性は安価で信頼性のある装
置となる。
以上説明したように、本願発明によれば相互誘導の関係
にある1次巻線と2次巻線とを備え、1次巻線に所定周
波数の交番電流を供給し、2次巻線に所定の値の抵抗を
接続することよつて温度補償された常磁性かつ導電性の
液体のレベル測定用プローブが得られる。
2へ巻線の起電力は温度と共に増大し、液体レベルの上
昇に伴つて低下し、一方2次巻線の内部抵抗は温度と共
に増大し、液体レベルの上昇に伴つて増大する。
これらは、又、周波数の関数てもある。そこで2らの異
なるレベルについて、周波数の関数として、温度補償効
果を達成する外部抵抗の値を求め、両者の一致する点で
の周波数と抵抗値を選ぶことにより、外部抵抗の付加の
みという極めて簡単な構成て、安価に、良好な温度補償
を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はそのプローブの線図、第2図はコイルの2次巻
線の端子における電位差を種々の異なる温度について液
体ナトリウムのレベルの関数と〔て与える曲線、第3図
はコイルの2次巻線とその種々の異なる抵抗によつて構
成される回路図、第4図は2次巻線の端子における電位
差をナトリウムのレベルの関数で示す曲線、この曲線は
抵抗Rの導入後に得られる。 第5図は2次巻線の端子における電圧旦の値を2つの温
度T1とT2における種々の異なる周波数についてレベ
ルNの関数として表わす対になづた直線、第6図はその
プローブの内部抵抗Riの変化を温度T1とT2の2つ
の値について、ナトリウムのレベルNの函数として示す
、第7図は2つの極端なレベルに関して、抵抗Rの値の
変化を周波数Fの函数で示す。4・・・・・手袋の指状
物体、6・・・・・液体ナトリウム、C1・・・・・・
1次巻線用ケーブル、C2・・・・・・2次巻線用ケー
ブル、S1・・・・・・支持体、I2・・・・・回路を
流れる電流、US・・・・・・2次巻線の端子電圧、R
i・・・・・・プローブの2次巻線の内部抵抗、R・・
・・・・ケーブルC2の両端に接続される外部の抵抗、
e・・・・・・ケーブルC2の両端電圧、8・・・・・
・550′Cの液体ナトリウムの温度に関しての曲線、
10・・・・・・400℃の液体ナトリウムの温度に関
しての曲線、12・・・・・・300℃の液体ナトリウ
ムの温度に関しての曲線、14・・・・150℃の液体
ナトリウムの温度に関しての曲線、16・・・・・・2
次巻線の端子における電位差の曲線、18,20・・・
・・・供給周波数3000C/sに関しての2次巻線の
端子電圧旦の変化分を表わす直線、22,24・・・・
・・供給・周波数3500C/sに関しての2次巻線の
端子電圧旦の変化分を表わす直線、26,28・・・・
・・供給周波数400■/sに関しての2次巻線の端子
電圧旦の変化分を表わす直線、30・・・・・・T1=
150′C温度の場合の2次巻線の内部抵抗R1の変化
分を表わす直線、32・・・・・・T2=550゜C温
度の場合の2次巻線の内部抵抗R1の変化分を表わす直
線、34・・・・・・Rの変化分を零レベルに関しての
周波数の関数て表わす曲線36上の−点、36・・・・
・・Rの変化分を零レベルに関して周波数の関数で表わ
す曲線、38・・・・・・最高レベルに関してのRの変
化分を周波数の関数て表わす曲線、40・・・・・・2
つの曲線36と38の交点。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 温度に依らない線形応答を示す常磁性かつ導電性の
    液体のレベル測定用プローブであつて:一つの支持剛体
    S_1と、相互誘導の関係に配置され前記支持剛体S_
    1上に巻かれた2個の絶縁ケーブルと、そのケーブルの
    一つC_1に一定の振幅と周波数fをもつ交番電流を供
    給する装置と、第2のケーブルC_2の両端間電圧を測
    定する装置とを備え、第2のケーブルC_2の両端間に
    1個の抵抗器Rを接続し、その抵抗値と前記周波数fの
    値とを第2のケーブルC_2の両端間で測定される電圧
    の温度に依存する変化がプローブ外側にある液体の所定
    レベルに関して零になるように設定し、前記ケーブルを
    形成する金属又は合金がキューリー点を有する場合はキ
    ューリー点が測定温度範囲外になるように前記金属又は
    合金を選んだ、常磁性かつ導電性の液体のレベル測定用
    プローブ。
JP49114643A 1973-10-05 1974-10-04 常磁性かつ導電性の液体のレベル測定用プロ−ブ Expired JPS6059529B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7335706 1973-10-05
FR7335706A FR2246850A1 (en) 1973-10-05 1973-10-05 Liquid level probe for liquid sodium coolant in nuclear reactor - eliminates errors through temp. variation
FR7342553 1973-11-29
FR7342553A FR2253206A2 (en) 1973-11-29 1973-11-29 Liquid level probe for liquid sodium coolant in nuclear reactor - eliminates errors through temp. variation

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US (1) US3948100A (ja)
JP (1) JPS6059529B2 (ja)
DE (1) DE2447463C2 (ja)
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GB (1) GB1479325A (ja)
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