JPS61219843A

JPS61219843A - 超音波を用いて包囲体内の流体の温度を測定する方法及び装置

Info

Publication number: JPS61219843A
Application number: JP6045086A
Authority: JP
Inventors: フイリツプ　ブル; ジヤン　マリニ
Original assignee: Fragema
Current assignee: Fragema
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1986-09-30
Also published as: FR2579320B1; EP0198732A1; FR2579320A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、超音波の伝播時間を測定することによって包
囲体内の流体の温度を測定する方法に係る。

従来の技術加圧木型原子炉や、流体を循環させるパイプ及び包囲体
のような部品を数多く含んでいるその他工業用設備にお
いては１例えば、理想的な平均温度に対する温度変化を
監視して異常の発生を検出するために、循環流体の温度
を常時測定することが必要とされる。

現在まで、包囲体内の流体の温度を測定するために最も
広く用いられている方法は、温度計のサーモカップルか
、抵抗プローブか、又はバイメタル部片かのいずれかを
使用している。

発明が解決しようとする問題点これらの種々の測定手段を使用する場合にはセンサやプ
ローブを包囲体内に直接取り付けることが必要であり、
換言すれば、包囲体の壁に穴を形成して流体と直接接触
させることが必要である。

熱的又は機械的なストレスにより、センサにはゾ完全な
局部的な破壊が発生し、これが進行して、やがて、その
一部分が落下し、流体にのせられて、その設備内の移動
物体となることがある。

更に、包囲体内は加圧された状態になっているために、
センサが包囲体の壁を貫通する場所では、漏れが発生す
ることがある。

更に、加圧水型原子炉に広く用いられている抵抗プロー
ブを使用する場合には、それらがもろい上に、応答時間
が長いために、使用が困難である。

問題点を解決するための手段本発明は、流体中での超音波の伝播速度が流体の温度に
非常に強く依存するという事実に基づくものである。温
度以外のパラメータを無視できる場合には、所与の経路
をたどる超音波の進行時間を測定することにより、超音
波が横切るゾーン内の流体の温度変化を追跡することが
できる。

このため、包囲体の外部に超音波を放射し、この超音波
は、包囲体の壁の第１部分に向かって伝播するようにさ
れ、次いで、包囲体のこの第１部分を通過し、更に、包
囲体に保持された流体を通過し、やがて、超音波は、上
記壁の第１部分に対向するように配置された包囲体の壁
の第２部分に達するようにされ、更に、壁の第２部分を
直接貫通した超音波を包囲体外部の特定の感知点で感知
し、更に、上記壁の第２部分の内面で少なくとも１回反
射し、上記壁の第１部分の内面で反射し、そして上記壁
の第１部分と第２部分との間の流体を数回横断した後に
上記の同じ感知点で超音波を感知し、直接伝播された超
音波を感知点で受ける時と、反射の後に伝播した超音波
を感知点で受ける時との時間間隔を測定し１次いで、こ
の時間間隔の値と、流体中の経路の長さと、流体中での
音波速度の変化についての既知の値から流体の温度の値
を推定する。

実施例本発明を充分理解するため、本発明の方法を実施するた
めの包囲体内の流体の温度を測定する装置の一実施例に
ついて、添付図面を参照して、以下に詳細に説明する。

第１図は、流体１１が循環する包囲体１０を示している
。この包囲体は１例えば、加圧水型原子炉発電所の一次
流路の配管で構成され、この場合、流体は水である。

包囲体１ｏの外部には、圧電センサ１２が取り付けられ
、これは送信器と称する。このセンサ１２には、包囲体
の壁に直角に溶接された導波管１３が組み合わされる。

この送信センサ１２に対向して包囲体１０の外部には別
の圧電センサ１４が取り付けられており、これは受信器
と称し、包囲体の壁に直角に溶接された導波管１５が組
み合わされる。

送信センサ１２の電気端子は、送信回路１６に接続され
、一方、受信センサ１４の電気端子は。

受信回路１７に接続される。

送信回路１６及び圧電センサ１２によって放射された超
音波は、導波管１３を通り、包囲体１０の壁の第１部分
を横切り１次いで、ゾーンＮにおいて包囲体内に入る。

次いで、超音波は、液体１１内を伝播し、上記ゾーンＮ
に対向するゾーンＭにおいて包囲体の壁の第２部分に到
達する。

超音波の一部分は、包囲体１０の壁及び導波管１５を横
切り、受信センサ１４によって取り上げられ、受信回路
１７へ送られる。超音波の一部分についてのこの直接的
な経路が、第１図に番号１で示されている。　　・包囲体及び流体は音響インピーダンスが著しく異なるの
で、超音波の大部分は、包囲体１０内のゾーンＭにおい
て反射される。超音波のこの部分は、流体１１を通して
再びゾーンＮに近付き、ここで、もう一度反射されて、
受信センサ１４に向かって伝播する。超音波のこの経路
が第１図に番号２で示されている。

包囲体１０の内壁は、ｒ半反射ミラー」として働くので
、超音波は、測定ラインにおいて何回も逆行を繰り返す
。従って、受信センサ１４は、これらの横断に対応して
指数関数的に減少する受信エコーの振幅がバックグラン
ドノイズに埋もれるまで、ｎ回の横断を示す。

ここで、送信センサ１２の送信点Ａから受信センサ１４
の受信点Ｂまで横断する超音波の伝播回数、即ち、前記
の種々の横断に対応する回数について考えると、次のよ
うになる。

横断Ｎａ　１　：　Ｔ’ＡＢ＝　ＴＡＮ＋　ＴＮＭ＋　
ＴＭＢ横断Ｎα２　：　Ｔ”ＡＢ＝　ＴＡＮ＋　３　Ｔ
ＮＭ＋　ＴＭＢ横断Ｈａ　ｎ　：　Ｔ　ＡＢ　＝　ＴＡ
Ｎ＋　（２ｎ−１）　ＴＮＭ＋　ＴＭ［ｌ包囲体の壁及
び導波管における通過回数（ＴＡＮ及びＴＭＢ）に拘り
ないものとするため、横断Ｎα１に関連したエコーＡの
受信時と、横断Ｎａｎに関連したエコーＮの受信時とを
分離している時間間隔ΔＴのみについて考えることにす
る。

この時間間隔ΔＴは、問題とする媒体１１を。

２（ｎ−１）回横断する超音波の通過時間を表わしてい
る。

［波エコーのクロノグラフである第２図について説明す
る。測定原理は、超音波の時間、より詳細には、受信回
路１７によって受信される２つのエコー間の経過時間の
測定にある。経過時間を測定するために選択される２つ
のエコーは、最初に受信するエコーと、その後のエコー
のなかでオペレータが選択するエコーとである。この後
者のエコーとしては、電子システムによって効率よく使
用するに充分な程振幅の高いエコーである。

超音波が放射される瞬間を時間の原点として考え、第２
図ａには、時間１＝０において超音波の放射信号が示さ
れている。最も強力な第１エコーＡ　（第２図ｂ）は１
時間Ｔ’ＡＢの後に受信センサ１４に達する。その後の
エコーＢ、Ｃ・・・Ｎは、測定ラインにわたって何回も
逆行した超音波によるものである。

電子回路は、これが同調された後、完全に存在するか又
は全く存在しない信号であってその巾を調整できるよう
な２つの信号を発生する。これは、窓と称する（第２図
Ｃ）。測定システムは。

この窓と同時に現われるエコーのみを考慮する。

第１の窓に現われるエコーがクロノメータを作動しく第
２図ｄ）、第２の窓に現われるエコーがクロノメータを
停止する。第２図から明らかなように、クロノメータの
作動及び停止は、エコーＡ及びＢによって行なわれる。

それ故、窓信号は、オペレータによってこれらエコーの
両側に配置されている。本装置には、エコー及び窓を表
示するシステムが組み込まれており、これにより、信号
を発生する回路を容易に調整することができる。

ゾーンＮとＭとの間の距離に対応する測定ラインの長さ
をＬとし、流体１１内の音の速度をＶとすれば、第１エ
コーＡの受信時と、例えば、第２エコーＢの受信時とを
分離する時間間隔は、次のように表わされる。

ΔＴ　＝　２　ＴＮＭ　＝　２　Ｌ　ｌ　ｖ時間の経過
に伴う値ΔＴの変化は、流体１１の温度の変化に直接関
係したものである。

データを処理する組立体の一般的な構成を示す第３図に
ついて以下に説明する。この装置は、工ないしｎと示さ
れた多数の測定組立体、即ち、チャンネルを備えている
。各チャンネルは、包囲体１０内の流体を測定すること
ができる。各チャンネルに対し、超音波センサの送信入
力１２は、パルス発生器より成る励起モジュール２０に
よりマスク制御される。

受信回路は、各チャンネルに対し、送信周波数に同調さ
れた受信器１４を備えている。受信器１４によって受信
された信号は、増幅モジュール３０によって増幅される
。このモジュール３０（第４図）は、受信器１４の出力
に設けられたインピーダンスアダプタ３１と、利得調整
式の第１増幅段３２と、第２増幅段３３と、除波を行な
うことのできる交流整流回路３４と、第１窓及び第２測
定窓内にあるエコーに対しトリガ限界値を調整するため
の装置３５と、論理処理のための整形回路３６とを備え
ている。このモジュール３０のもう１つの入力３７は、
選択されたエコーを有効化するための窓信号を受は取る
。エコー信号を、完全に存在するか又は何も存在しない
ような信号に変換するための整形回路３６の出力３８は
、データ収集モジュール４０に接続され、このモジュー
ルは、最初に受信するエコーと、第ｎ番目の選択された
エコーとの間の伝播時間を測定する装置である。

データ収集モジュール４０は、本質的に、２つの測定窓
の位置を決めると共にその巾を調整することのできる回
路と、２０ＭＨｚで作動するクロックに接続されていて
これらの窓間の時間を計数する回路とで構成される。測
定回数に対応する成る数のパルス列がモジュール４０の
メモリに記憶されている。

モジュール４０の測定出力４１は、バスコネクタとも称
する並列接続部によって質問管理モジュール５０の測定
入力に接続される。モジュール５０は、質問信号５１を
送信することにより、データ収集モジュール４０を順次
に質問する。各チャンネルに対し、質問管理モジュール
５０は、データ収集モジュール４０に記憶された全ての
測定値をモジュール６０に送信する。

このモジュール６０は、このようにして行なった測定の
平均値を計算し、測定チャンネルに対する２つのエコー
間の経過時間の平均値をモジュール７０に送る。このモ
ジュール７０は、計算モジュール８０及び８１へ転送す
る前の記憶メモリである。これらの計算モジュール８０
及び８１は、このようにして測定された時間と、流体中
を信号が進むべき距離から温度の値を決定する。例えば
。

計算モジュール８ｏは、市販の計算器でありそして計算
モジュール８１は、時間遅延を計算できるような記憶容
量の大きい計算器である。

又、増幅モジュール３０の出力は、処理モジュール９０
（第３図）の入力にも接続され１種々の信号をデジタル
形態に変換する前にこれらを表示する。この処理モジュ
ール９０は、増幅モジュール３０によって増幅され処理
されたエコー信号と、窓に対応する完全に存在するか又
は何も存在しないような信号とを各測定チャンネルから
受は取る（第５図）。これらの信号は、モジュール９１
の入力において手動で切り換えられ、このモジュール９
１は、励起モジュール２０及びデータ収集モジュール４
ｏへ同期信号を送信する。オシロスコープ９２の入力に
は、種々の信号が送られ、種々の信号を実時間で表示で
きると共に、窓信号の位置及び時間巾を調整することが
できる。

効果以上のことから、本発明による方法の主たる効果は、１
つ以上の測定ラインにわたって伝播する超音波の進行時
間の変化を検出することにより包囲体内の流体の温度を
非常に容易に且つ非常に素ネく測定することができ、然
も、センサやプローブを包囲体内に直接取り付けること
、ひいては。

直接流体に接触させることが回避されることである。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではない。

従って、１つの圧電センサを包囲体の外部に配置して使
用し、超音波の送信及び受信の両方を行なうようにする
こともできる。

本発明は、特に、原子炉に適用して説明したが、流体の
性質によって装置の動作に影響が及ぶものではないから
、その他の工業用設備、特に、精製又は石油化学プラン
トのような複雑で大規模な工業用数位にも利用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、包囲体に取り付けられた本発明による測定装
置の概略図。第２図は、超音波エコーのクロノグラム、第３図は、デ
ータを処理する組立体の一般的な構成を示す図、第４図及び第５図は、送信器−受信器の対に組み合わさ
れる電子回路のブロック図である。１０・・・包囲体　　　１１・・・流体１２・・・圧電
センサ　１３．１５・・・導波管１４・・・別の圧電セ
ンサ１６・・・送信回路　　１７・・・受信回路３０・・・
増幅モジュール３１・・・インピーダンスアダプタ３２．３３・・・増幅段３４・・・整流回路　　３５・・・調整装置３６・・・
整形回路４０・・・データ収集モジュール５０・・・質問管理モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波の伝播時間を測定することにより包囲体内
の流体の温度を測定する方法であって、包囲体の外部に
超音波を放射し、この超音波は、包囲体の壁の第１部分
に向かって伝播するようにされ、次いで、包囲体のこの
第１部分を通過し、更に、包囲体に保持された流体を長
さＬにわたって通過しそして上記壁の第１部分に対向す
るように配置された包囲体の壁の第２部分に達するよう
にされる方法において、上記壁の第２部分を直接貫通した超音波を包囲体の外部
の特定の感知点で感知し、更に、上記壁の第２部分の内面で少なくとも１回反射し
、上記壁の第１部分の内面で反射し、そして上記壁の第
１部分と第２部分との間の流体を数回横断した後に、上
記の同じ感知点で、上記壁の第２部分を貫通した超音波
を感知し、上記の直接貫通した超音波を感知点で受ける時と、反射
の後に貫通した超音波を感知点で受ける時との時間間隔
ΔＴを測定し、そしてこの時間間隔ΔＴの値と、流体中の経路Ｌの長さと、流
体中での音波速度の変化についての既知の値から、流体
の温度の値を推定することを特徴とする方法。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の方法を用いて包囲
体内の流体の温度を測定する装置であって、１つの圧電
送信センサ（１２）が上記包囲体（１０）の内部に配置
されて導波管（１３）に接続されており、更に、上記圧
電送信センサ（１２）を励起して上記包囲体の外部に超
音波を放射させるための電気信号を送信する回路（１６
）が設けられているような装置において、導波管（１５）に接続され、上記圧電送信センサ（１２
）に対向して包囲体（１０）内に配置された１つの圧電
受信センサ（１４）と、上記送信センサ（１２）によって送られて包囲体（１０
）を通りそして包囲体に保持された流体（１１）を通る
超音波により上記圧電受信センサ（１４）から発生され
た電気信号を受信する回路（１７）と、電子回路を管理
し、データを収集して処理しそして包囲体（１０）に保
持された流体（１１）の温度を表示するための計算器と
を具備したことを特徴とする装置。
（３）各測定チャンネルに対し、上記送信回路（１６）
は、上記圧電送信センサ（１２）の入力に接続された励
起モジュール（２０）を備えている特許請求の範囲第２
項に記載の装置。
（４）各測定チャンネルに対し、上記受信回路（１７）
は、増幅モジュール（３０）を備え、その出力は、デー
タ収集モジュール（４０）に接続されると共に、種々の
信号を表示するための処理モジュール（９０）に接続さ
れる特許請求の範囲第２項に記載の装置。
（５）上記増幅モジュール（３０）は、インピーダンス
アダプタ（３１）と、利得調整式の第１増幅段（３２）
と、第２増幅段（３３）と、除波可能な交流整流回路（
３４）と、エコーに対してトリガ限界値を調整する装置
（３５）と、論理処理のための信号整形回路（３６）と
を備えている特許請求の範囲第４項に記載の装置。
（６）各測定チャンネルに対し、上記データ収集モジュ
ール（４０）の出力は、並列接続により質問管理モジュ
ール（５０）の入力に接続される特許請求の範囲第４項
に記載の装置。