KR101489722B1 - 길이 측정 기구와 연료봉의 크기를 검사하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 유도형(inductive) 센서(11)를 포함하는 길이 측정 기구(10)에 관한 것으로, 그 유도형 센서는 기다란 몸체(14) 및 길이 방향 축선(15)을 따라 움직일 수 있는 팁(17)을 포함한다. 본 길이 측정 기구는 길이 방향 축선을 따라 몸체(14)를 연장시키는 케이싱(13)을 더 포함하고, 이 케이싱은 몸체(14)와 함께 제 2의 시일링되는 공동부(16)를 형성하며, 이 공동부 안에는 팁(17)이 수용된다. 길이 방향 축선(15)을 따라 탄성 변형되는 케이싱의 능력은 그 길이 방향 축선에 수직인 축선을 따라 탄성 변형되는 그 케이싱의 능력 보다 크게 되어 있다.

Description

길이 측정 기구와 연료봉의 크기를 검사하기 위한 방법 및 장치{A LENGTH MEASUREMENT INSTRUMENT AND A METHOD AND A DEVICE FOR INSPECTING THE DIMENSIONS OF A FUEL ROD}
본 발명은 길이 측정 기구 및 연료봉의 횡방향 크기를 검사하기 위한 장치에 관한 것으로, 그 장치는 상기 측정 기구를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 측정 기구의 도움으로 연료봉의 크기를 검사하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 특히 핵연료 봉의 외장부의 외벽의 반경 방향 변형을 검사하는데 적용될 수 있다.
핵연료 펠릿에 의해 그 핵연료 펠릿을 담고 있는 관형 컨테이너(또는 봉)의 벽(또는 외장부)에 가해지는 기계적 및 열적 스트레스 때문에, 상기 벽은 예컨대 부풀거나 타원형화되어 변형되기 쉬우며, 종종 그러한 벽의 변형의 크기를 측정하거나 검사할 필요가 있다.
이러한 목적으로, 일반적으로, 검사를 위해 봉을 이 봉이 위치하는 반응기의 풀(pool)로부터 빼내고, 그러한 변형을 측정하는 측정 기구가 부착되어 있는 차페된 셀에 상기 봉을 전달하게 된다.
상기 차폐된 셀 안에서, 선형 전압차 변압기(LVDT)형의 유도형(inductive) 센서의 필러 팁(feeler tip)을 봉의 길이 방향 축선을 따라 이동시켜 봉의 외장부의 변형을 측정할 수 있다.
그러한 유도 센서는 관형 공동부를 갖는 기다란 몸체 및 강자성 코어에 고정되는 필러 팁을 포함하며, 상기 강자성 코어는 상기 관형 공동부 안에서 이 공동부의 길이 방향 축선을 따라 슬라이딩하도록 장착되며, 상기 필러 팁은 상기 공동부의 외부에서 상기 몸체와 일렬로 연장되어 있고 측정 대상물에 접촉하도록 되어 있다.
유도 센서의 몸체는 신호 발생기에 전력을 공급하기 위한 일차 권선 및 이 일차 권선에 전력이 공급될 때 신호를 전달하기 위한 이차 권선을 더 포함하며, 이들 신호는 코어와 권선의 상대 위치에 따라 변하게 되며, 그래서 상기 신호를 분석하여 코어의 위치를 결정할 수 있고 또한 그래서 센서의 몸체에 대한 필러 팁의 위치를 결정할 수 있다.
봉은 방사선을 받기 때문에, 그 봉을 전달하고 운반하는 작업은 복잡하고 비용이 많이 든다.
연료봉의 표면 상에 있는 산화물의 두께를 측정하기 위해, 특허 FR 2 817 338 에는, 풀 안에 침지되는 와전류 필러를 갖는 측정 장치가 기재되어 있다. 그럼에도, 이러한 종류의 필러는 연료봉의 외면의 직경을 측정하는데는 적합하지 않다.
그러한 기술은 표면 가까이에 있는 영역을 검사하는데, 특히, 전도성 재료의 절연층의 두께를 측정하고 일 부분에 있는 균열이나 비균일성을 검출하는데 주로 적합하다.
와전류를 사용하여 크기(두께)를 검사할 수 있기 위해서는, 검사 대상 부분이 균일해야 하는데, 이는 스테인레스 합금 또는 지르칼로이(Zircaloy)형 합금으로만들어진 외장부를 포함하고 또한 균열을 나타낼 수 있고 "빈" 공간을 사이에 가질 수 있는 펠릿들을 포함하는 연료봉에는 적용되지 않는다.
또한, 작은 폭의 변형을 측정할 수 있기에 충분한 정확도를 갖는 LVDT형 센서는 수중 사용에는 적합하지 않으며, 수중 사용을 위해 설계된 LVDT는 충분한 정확도를 갖지 않는다.
본 발명의 일 목적은, 개선된 그리고/또는 종래 기술의 길이 측정 기구, 장치 및 방법의 결점 또는 단점들을 적어도 부분적으로 해소하는, 길이 측정 기구, 이 기구를 포함하고 연료봉의 크기를 검사하기 위한 장치, 및 상기 기구의 도움으로 연료봉의 크기를 검사하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 1 또는 수 마이크로미터 정도의 정확도를 가지며 수중 및 방사선의 존재하에서 연료봉의 외장부의 외면의 변형(예컨대, 부풀거나 타원형으로 되는 변형)을 측정하는데 적합한 길이 측정 기구, 및 이 길이 측정 기구를 이용하는(또는 이를 포함하는) 프로파일 측정 방법과 장치를 제공하는 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 유도형(inductive) 센서를 포함하는 길이 측정 기구를 제공하는 바, 상기 유도형 센서는 기다란 몸체 및 길이 방향 축선을 따라 움직일 수 있는 필러 팁(feeler tip)을 포함하고, 상기 몸체는 권선을 포함하고 또한 (강) 자성 코어를 수용하는 제 1 공동부를 가지며, 상기 길이 측정 기구는 상기 길이 방향 축선을 따라 상기 몸체(14)를 연장시키는 케이싱을 더 포함하고, 이 케이싱은 상기 몸체와 협력하여 기밀한 제 2 공동부를 형성하며, 이 제 2 공동부 안에는 상기 필러 팁이 수용되며, 상기 길이 방향 축선(상기 몸체와 센서의 길이 방향 축선)을 따라 탄성 변형되는 상기 케이싱의 능력은 그 길이 방향 축선에 수직인 축선을 따라 탄성 변형되는 그 케이싱의 능력 보다 크게 되어 있다.
따라서, 길이 측정 기구가 침지되면, 상기 케이싱은 축방향으로 변형되어, 필러 팁이 제 2 공동부 내에서 움직일 수 있게 하면서, 상기 케이싱의 일 부분에 작용하는 접촉력을 필러 팁에 전달하게 된다.
이러한 목적으로, 상기 케이싱은 상기 필러 팁을 둘러싸는 기밀, 수밀하고 변형가능한 부분을 포함할 수 있는데, 이 부분은 몸체의 길이 방향 축선과 실질적으로 일치하는 축선을 따라 낮은 기계적 강성을 가지며, 상기 변형가능한 부분은 길이 방향 축선을 중심으로 하는 회전체의 형상을 가질 수 있으며, 이 변형가능한 부분은 낮은 축방향 강성(즉, 회전 축선을 따른 강성) 및 그 축방향 강성 보다 큰 반경 방향 강성을 가질 수 있다.
변형가능한 부분은 주름진 관형 형상을 가질 수 있고, 본질적으로 벨로우즈로 구성될 수 있다.
특히 그러한 경우, 상기 변형가능한 부분(및/또는 케이싱)의 축방향 강성에 대한 반경 방향 강성의 비는 10 보다 크고, 특히 100 또는 1000 보다 클 수 있다.
실시 형태에서, 케이싱 또는 벨로우즈는 약 1 N/mm ∼ 약 10 N/mm의 축방향 강성을 가질 수 있다.
제 1 실시 형태에서, 상기 센서의 길이 방향 축선을 따라 탄성 변형되는 상기 케이싱의 능력은, 상기 필러 팁과 일렬로 있는 상기 케이싱의 일 부분("접촉" 부분이라고 함)의 움직임을 상기 필러 팁이 감지할 수 있게 하는데 충분하며, 상기 움직임은 측정 대상체에 의해 케이싱의 상기 접촉 부분에 가해지는 접촉력의 영향을 받는다.
다시 말해, 또한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 일반적으로 LVDT 형의 유도형 센서를 포함하는 길이 측정 기구가 제공되며, 상기 센서의 필러 팁은 그 센서의 몸체에 고정되는 기밀한 케이싱의 내부에서 연장되어 있고, 상기 케이싱은 벨로우즈를 포함하고, 이 벨로우즈는 그의 최대 탄성 변형의 축선에 대응하는 길이 방향 축선을 가지며, 이 길이 방향 축선은 상기 필러 팁의 슬라이딩 축선과 실질적으로 일치하며, 상기 벨로우즈는 그의 길이 방향 단부들 중의 제 1 길이 방향 단부에서 상기 센서의 몸체에 (기밀하게) 고정되며, 상기 케이싱은 벨로우즈의 제 2 길이 방향 단부에서 그 벨로우즈를 폐쇄하는 패드를 가지며, 상기 벨로우즈의 (축방향) 길이 방향 강성은, 필러 팁의 스트로크의 적어도 실질적인 부분에 걸쳐 상기 패드가 그 필러 팁과 접촉하여 벨로우즈의 길이 방향 축선을 따라 이동할 수 있게 하는데 충분히 작게 선택되며, 그래서 측정 대상물과 접촉하여 센서의 몸체에 대해 움직이는 상기 패드의 운동이 필러 팁 및 유도형 센서의 자성 코어에 전달되고, 그래서 상기 패드의 외면은 길이 측정 기구의 필러 팁으로서 작용하게 된다.
예컨대, 유도형 센서의 필러 팁의 스트로크, 즉 필러 팁이 몸체의 길이 방향 축선을 따라 병진 운동하는 최대 폭은 1 내지 수 밀리미터의 범위일 수 있고, 최대십 또는 수십 밀리밀터가 될 수 있다.
특히 풀(pool) 내에 침지되는 연료봉의 횡방향 크기를 측정하기 위한 일 실시 형태에서, 상기 길이 측정 기구가 대기압에 있을 대, 상기 케이싱에 있어서 유도형 센서의 필러 팁과 일렬로 있는 부분, 특히 상기 패드는 상기 유도형 센서의 필러 팁으로부터 떨어져 있게 되고, 상기 길이 측정 기구가 대기압 보다 큰 압력의 매체 안에 있을 때는 케이싱의 그 부분은 유도형 센서의 필러 팁과 접촉하게 된다.
특히, 필러 팁을 수용하는 공동부 내의 공기 압력과 길이 측정 기구의 침지 압력 간의 차이로 인한 힘을 보상하여 센서의 필러 팁과 길이 측정 기구의 필러 팁을 형성하는 케이싱의 접촉 부분 또는 패드 사이의 접촉이 보장되도록, 케이싱의 단면(적절하다면 벨로우즈의 직경) 그리고 케이싱 또는 경우에 따라서는 벨로우즈의 축방향 강성을 선택할 수 있다.
변형가능한 케이싱의 적어도 일 부분, 특히 벨로우즈 또는 패드는 금속으로 만들어질 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 핵연료봉의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치를 제공하는데, 이 장치는 본 출원에서 설명하는 바와 같은 길이 측정 기구를 적어도 하나 포함한다.
연료봉의 형상을 검사하기 위한 상기 장치의 실시 형태에서,
상기 장치는 고정 구조체, 및 적어도 하나의 축선, 특히 제 1 축선 및 이 제 1 축선에 수직인 적어도 하나의 제 2 축선을 따라 상기 고정 구조체에 대해 병진 운동할 수 있는 기구 지지부를 포함할 수 있고, 특히 상기 기구 지지부는 백스탑을 지니고 있는 X, Y 횡운동 테이블을 포함하며, 이 횡운동 테이블은 상기 백스탑이 적어도 제 2 축선을 따라 검사 대상 봉에 대해 움직일 수 있게 해준다.
상기 기구 지지부는 본 출원에서 설명하는 바와 같은 (적어도) 2개의 기구, 즉 ⅰ) 상기 변형가능한 케이싱의 최소 강성의 축선이 상기 기구 지지부가 병진 운동하는 축선(상기 제 1 축선)에 실질적으로 수직인 제 1 기구; 및 ⅱ) 이 제 1 기구와 실질적으로 동일하고, 상기 변형가능한 케이싱의 최소 강성의 축선이 상기 기구 지지부가 병진 운동하는 축선에 실질적으로 수직하고 또한 적절하다면 상기 제 1 기구의 바람직한 변형의 축선에도 실질적으로 수직인 제 2 기구를 수용할 수 있다.
상기 기구 지지부는, 검사 대상 봉을 위한 백스탑으로서 작용하는 2개의 고정 부분, 측정 필러(feeler)로서 작용하고 케이싱의 접촉 부분(즉, 상기 패드)과 직간접적으로 접촉하는 2개의 가동 부분, 및 검사 대상 봉의 외면을 상기 측정 필러 및 백스탑과 접촉시켜 유지시키는 역할을 하는 복귀 수단을 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 핵연료봉의 외면의 형상을 검사하는 방법을 제공하는 바, 본 출원에서 설명하는 바와 같은 길이 측정 기구가 상기 봉을 담고 있는 풀 내에 침지되고, 상기 길이 측정 기구는 봉의 횡방향 크기를 측정하는데 사용된다.
본 발명은, 방사능을 받는 봉이 사용되는 곳에서 그 봉을 운반할 필요 없이, 현장에서(즉, 수중에서) 그 봉을 계측학적으로 정확하게 검사할 수 있다.
본 발명의 다른 양태, 특징 및 이점들은, 첨부 도면을 참조하고 본 발명의 바람직한 실시 형태를 비한정적으로 나타내는 이하의 설명으로부터 알 수 있을 것이다.
도 1 은 핵연료봉의 길이 방향 축선을 따라 그 봉의 직경의 변동의 프로파일을 확립하기 위해, 봉을 따른 상이한 위치에 있으며 풀 내에 침지되어 있는 봉의 직경을 검사하는데 사용되는 장치의 도식도이다.
도 2 는 서로 직교하며 또한 봉의 길이 방향 축선에 수직인 두 측정 축선을 따라 봉의 "직경"을 측정하기 위한 두 기구를 포함하는 도 1 의 장치의 일 부분에 대한 도식도이다.
도 3 은 도 1 및 2 의 장치에 부착되는데 적합한 측정 기구의 도식적인 종방향 단면도로, 서로 분리되어 있는 기구의 몸체의 두 부분이 나타나 있다.
도 4 는 도 3 의 측정 기구의 도식적인 종방향 단면도로, 함께 결합된 기구의 몸체의 두 부분이 나타나 있다.
도 5 는 도 3 및 4 의 측정 기구의 벨로우즈 케이싱의 일 변형예의 도식적인 종방향 단면도로, 기구의 넓은 침지 깊이 범위에 걸쳐 측정하는 기구에 대해 케이싱이 어떻게 사용되는지를 도식적으로 나타내고 있다.
명시적인 또는 암시적인 반대의 언급이 없으면, 구조적으로 또는 기능적으로 동일하거나 유사한 요소 또는 부재에는 여러 도면에서 동일한 참조 번호가 지정되어 있다.
반대의 언급이 없으면, 본 출원에서 "센서" 및 "필러(feeler)"는 동의어이고 그래서 서로 바꿔 쓸 수 있다.
명시적인 또는 암시적인 반대의 언급이 없으면, "축방향", "반경 방향", "축방향으로" 및 "반경 방향으로"는 봉의 길이 방향 축선, 기구의 길이 방향 축선, 유도 센서의 필러 팁이 병진 운동할 때 따르는 축선, 또는 유도 센서의 몸체의 길이 방향 축선과 같은 축선에 대해 사용되는 것이며, 뒤의 세 축선은 서로 일치할 수 있다.
특히 도 1 을 참조하면, 크기 검사용 장치 또는 벤치(100)는 물이 가득 차 있는 풀(pool; 102) 안에 수직 방향으로 연장되어 있는 핵 연료 봉(101)의 반경 방향 크기 또는 직경을 측정하는 역할을 한다.
이를 위해, 프로파일 측정 벤치(100)의 대 부분(그 벤치의 하부)은 물의 수위(103) 아래에 잠겨 있으며, 상기 벤치의 (나와 있는) 상부는 작업자가 접근할 수 있는데, 작업자는 원격 제어되는 클램프(미도시)를 사용하여 검사 대상 봉을 수중에서 벤치 상에 위치시킬 수 있다.
예컨대, 상기 봉(101)은 1 m 정도의 길이 또는 높이를 가질 수 있고, 그의 상단부는 물 약 1 m 아래에 잠겨 있을 수 있다.
봉(101)의 하부는, 조절가능한(봉의 길이 방향 축선(105) 둘레로) 각위치의 장착 장치(104)에 의해 위치 유지된다.
봉(101)의 상부는 조절 스크류(107)의 조작으로 수동으로 조절될 수 있는 높이의 테일스톡(106)에 의해 위치 유지된다.
상기 테일스톡(106)은 실질적으로 원형 단면의 원통형부로 이루어진 보정 스터드를 포함할 수 있으며, 그래서 그 보정 스터드의 직경(들)을 측정하여 측정 기구를 보정할 수 있으며, 상기 원통형부는 검사 대상 봉의 상단부와 일렬로 연장되어 있고 또한 그 봉의 직경의 공칭값에 대응하는 직경을 갖는다.
봉의 각위치는 카메라와 인덱스 마크(미도시)를 이용하여 검사될 수 있다.
장기 장치(100)는 도 3 및 4 에 자세히 나타나 있는 2개의 길이 측정 기구(10)를 갖는다.
상기 측정 기구(10)는 캐리지(108)에 의해 지지된다. 이 캐리지(108)와 기구(10)는 봉을 따라 수직 방향으로 이동할 수 있다.
이를 위해, 캐리지(108)는, 역시 수직 방향으로 연장되어 있는 스크류(112)와 상호 작용하는 너트(111)와 함께 수직 가이드(110)를 따라 슬라이딩하는 스키드(109)에 고정된다.
모터(114)를 사용하여 스크류(112)를 그의 길이 방향 축선(113) 둘레로 회전시키면, 지지부(108)와 기구(10)가 봉(101)을 따라 이동하게 된다.
캐리지(108)의 수직 방향 위치에 관한 정보를 전달하기 위해, 스크류(112)에 고정되는 회전 코더와 같은 위치 센서가 제공될 수 있다.
연료봉을 조사하기 위해, 그 연료봉을 고정되게 유지시키고 상기 기구(10)를 그 연료봉을 따라 이동시킨다.
특히, 도 2 를 참조하면, 상기 기구(10)는 수직 축선(Z)을 따라 슬라이딩하게 장착되는 기구 지지부(108)에 고정되며, 그 기구는 다음과 같은 복수의 지지부에 의해 고정된다:
­2개의 슬라이더(116)가 주어져 있는 제 1 지지부(115)(지지부(115)가 지지부(108)에 대해 수평 축선 X 을 따라 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 상기 슬라이더들은 수평 축선 X 에 평행한 2개의 가이드(117)에 각각 결합되어 있음); 및
­슬라이더(119)가 주어져 있는 제 2 지지부(118)(그 슬라이드는, 축선 X 에 수직인 수평 축선 Y 에 평행하고 지지부(115)에 결합되어 있는 가이드에 결합되어 있고, 따라서 지지부(118)는 지지부(115)에 대해 축선 Y 을 따라 자유롭게 슬라이딩할 수 있음).
이렇게 해서 상기 지지부(115, 118) 및 관련된 슬라이더 그리고 가이드는 X, Y 횡운동 테이블을 형성하게 된다.
지지부(118)는 2개의 백스탑(120, 121)을 지니고 있는데, 원형 단면을 갖는 일반적으로 원통형의 외면의 두 각각의 제너레이터 라인을 따라 상기 두 백스탑은 검사 대상 봉(101)의 외면에 접촉하도록 되어 있고, 이들 두 제너레이터 라인들은 봉의 길이 방향 축선 둘레로 약 90도의 각도로 "서로 떨어져" 있다.
따라서, 두 백스탑(120, 121)의 접촉면은, 상기 봉의 길이 방향 축선에 평행하고 도 2 의 면내의 트레이스(122, 123)를 갖는 두 직교 접촉면에 접하여 연장되어 있다.
지지부(108, 115, 118)의 상호 슬라이딩에 의해 상기 두 백스탑(120, 121)이 축선(X, Y)을 따라 자유롭게 병진 운동할 수 있으므로, 두 백스탑(120, 121)은 봉(101)에 반경 방향 힘을 발생시킴이 없이 그 봉의 외면에 접촉할 수 있다.
두 길이 측정 기구(10)는 2개의 지지부(124, 125)를 통해 지지부(118)에 고정되며, 그들은 2개의 길이 방향 축선(126, 127)을 따라 각각 연장되어 있다.
상기 축선(126, 127)은 실질적으로 서로 직교하며 축선(122, 123)에 각각 평행하고, 도 2 의 면내에서 봉(101)의 길이 방향 축선의 트레이스와 실질적으로 일치하는 점에서 서로 교차한다.
지지부(124, 125) 각각은 부분(128), 하우징(129), 및 이 하우징(129) 안에 슬라이딩가능하게 장착되어 고려 중인 기구(10)의 길이 방향 축선(126, 127)을 따라 슬라이딩하게 되는 플런저(130)를 포함한다.
각각의 하우징(129)은 또한 복귀 스프링(131)을 안에 갖고 있다. 각각의 플런저(130)는 3개의 접촉면(132, 133, 134)을 갖고 있다. 각각의 나선형 스프링(131)이 대응 하우징(129)의 벽 및 플런저(130)의 중앙 접촉면(133)에 접촉하게 되며, 그래서 각각의 스프링은 플런저(130)를 봉(101) 쪽으로 밀게 되며 또한 그 플런저의 끝 접촉면(134)은 봉의 외장부의 외면과 접촉하여 유지된다.
따라서, 측정 백스탑(120) 및 접촉면(134)(필러(feeler)로서 작용함)은, 두 기구(10) 중의 하나의 길이 방향 축선(127)을 따라 작용하는 대응 스프링(131)의 작용에 의해, 직경 방향으로 서로 반대쪽에 있는 봉의 두 제너레이터 라인들에 가압된다.
동일한 방식으로, 제 2 측정 백스탑(121) 및 접촉면(134)(필러로서 작용함)은, 다른 기구(10)의 길이 방향 축선(126)을 따라 작용하는 대응 스프링(131)의 작용에 의해 봉에 가압된다.
또한, 각각의 기구(10)는, 그 기구의 필러 팁(10a)이 대응 플런저(130)의 끝에서 제 2 접촉면(132)에 접촉하도록 대응 지지부(124, 125)에 고정된다.
따라서, 봉의 "직경"(즉, 최대 횡방향 크기)은, 축선(126)을 따라 움직일 수 있고 측정 필러를 형성하는 플런저(130)의 접촉면(134)과 백스탑(121) 사이의 간격을 측정하여 축선(126)을 따라 측정될 수 있으며, 이 측정은 축선(126)을 따라 연장되어 있는 기구(10)에 의해 얻어진다.
동일한 방식으로, 봉의 제 2 "직경"은, 축선(127)을 따라 연장되어 있는 기구(10)에 의해, 그 축선(127)을 따라 움직일 수 있는 플런저(130)의 접촉면(134)과 백스탑(120) 사이의 간격을 측정하여 축선(127)을 따라 측정될 수 있다.
대응하는 가동 플런저(130) 및 관련된 측정 필러(134)를 포함하는 기구(10)의 지지부(124, 125) 각각은 축선(136, 137)의 각 할주로를 통해 지지부(118)에 장착되며, 그 축선들은 측정 축선(126, 127)에 각각 평행하다.
이렇게 해서, 필러(134)와 백스탑(120, 121) 사이의 공간 안으로 연료봉을 삽입하거나 그 공간으로부터 제거할 수 있도록 그 필러를 백스탑으로부터 이격시킬 수 있다.
상기 지지부(124, 125)는 작업자에 의해 작동되는 기계 시스템(미도시)에 의해 지지부(118)에 대해 움직일 수 있다.
상기 기구(10) 및 그의 지지부(124, 125, 118)를 포함하는 어셈블리(138)("카세트"라고도 함)는, 예컨대 센서(10, 11)의 교체를 위한 벤치에서의 유지 보수 작업을 쉽게 해주기 위해 주 지지부(108)에서 분리될 수 있다.
도 3 및 4 를 참조하면, 각각의 기구(10)는 기밀성과 수밀성을 갖는 구조체의 내부에 장착되는 LVDT 센서(11)를 포함한다.
예컨대,상기 센서(11)는 참조명 DP/2/S 으로 공급자인 솔라트론(Solartron)(영국)으로부터 구입가능한 정밀 센서일 수 있다.
이러한 센서는, 길이 방향 축선(15)을 따라 연장되어 있는 기다란 원통형 몸체(14) 및 축선을 따라 그 몸체(14)에 대해 병진 운동할 수 있는 필러 팁(17)을 포함한다.
상기 몸체(14)는 권선을 포함하고, 자성 코어(미도시)를 수용하는 제 1 공동부를 갖고 있다. 상기 센서는 또한 필러 팁을 자성 코어에 연결해 주는 기계적 연결부, 및 필러 팁을 센서의 몸체에서 가장 먼 위치로 복귀시키기 위한 복귀 스프링을 포함한다. 상기 연결부는 필러 팁(17)과 몸체(14) 사이에 연장되어 있는 탄성중합체 벨로우즈(20)에 의해 보호된다.
필러 팁(17)으로부터 멀리 있는 몸체(14)의 길이 방향 단부에서는, 센서(11)의 권선을 전력 공급 및 신호 처리 장비(미도시)에 연결해 주기 위한 케이블(21)이 연장되어 있으며, 그 장비는 센서의 몸체에 대한 필러 팁의 위치를 나타내는 신호 또는 데이타를 출력한다.
몸체(14)의 일 부분은 슬리브(12) 내부에 작은 양의 틈새를 두고 들어 있는데, 그 슬리브는 케이블(21)의 단부가 연장되어 있는 공동부(22)를 갖는다. O-링(28)이 몸체(14)와 슬리브(12) 사이의 시일링을 제공한다.
상기 공동부(22)는 수지 또는 코크(caulk)와 같은 기밀한 밀봉재로 채워져 있고, 슬리브(12)의 제 1 단부는 케이블(21)이 통과하는 링(23)으로 폐쇄되어 있다.
슬리브(12)의 제 2 단부(12a)는 케이싱(13)의 일 부분을 형성하는 부싱(25)의 나사 단부(24)를 수용하는 내부 나사를 갖고 있다.
상기 부싱(25)은 환형 플랜지(26)를 가지며, 금속 벨로우즈(18)의 제 1 길이 방향 단부가 그 플랜지에 고정되며, 상기 벨로우즈의 제 2 길이 방향 단부는 실질적으로 축선(15)의 디스크의 형태로 된 부분(19)에 의해 폐쇄된다.
상기 벨로우즈(18)는 상기 벨로우즈의 최대 탄성 변형의 축선에 대응하는 길이 방향 축선을 가지며, 이 길이 방향 축선은 필러 팁(17)이 몸체(14)에 대해 슬라이딩할 때 따르게 되는 상기 축선(15)과 실질적으로 일치한다.
상기 부싱(25), 벨로우즈(18) 및 상기 부분(19)으로 구성되는 상기 케이싱(13)은 슬리브(12)에 의해 센서(11)의 몸체(14)에 고정될 수 있으며, 가스켓(27)이 몸체(14)와 부싱(25) 사이의 시일링을 제공한다(도 4 참조).
길이 방향 축선(15)을 따라 몸체(14)를 연장시키는 상기 케이싱(13)은 그래서 그 몸체와 협력하여 기밀한 공동부(16)를 형성하게 되는데, 이 공동부 안에 필러 팁(17)이 들어 있게 되며, 또한 필러 팁은 그 공동부(16) 내부에서 움직일 수 있다.
센서의 길이 방향 축선을 따라 케이싱의 벨로우즈가 탄성 변형될 수 있는 능력은, 측정 대상물에 의해 접촉 부분(19)의 외면(10a)에 가해지는 접촉력의 영향 하에서, 필러 팁과 일렬을 이루고 있는 케이싱의 상기 접촉 부분의 운동을 필러 팁(17)이 감지할 수 있게 하는데 충분하다.
따라서, 상기 부분(19)의 외면(10a)은 기구(10)를 위한 필러 팁으로 역할한다.
다시 말해, 측정 대상물과 접촉해 있는 상기 부분(19)과 센서 몸체 사이의 상대 운동이 필러 팁(17)과 유도 센서의 자성 코어에 전달되도록 상기 부분(19)이 필러 팁(17)의 스트로크의 전체 또는 일 부분에 걸쳐 벨로우즈의 길이 방향 축선(15)을 따라 이동할 수 있도록 벨로우즈(18)의 길이 방향 강성은 충분히 작게 되어 있다.
도 4 에 나타나 있는 바와 같이, 케이싱(13)의 접촉 부분(19)은 센서의 필러 팁(17)과 일렬로 위치되고, 또한 기구(10)가 대기압에 있을 때는 필러 팁으로부터 거리(30)를 두고 떨어져 있게 된다.
벨로우즈에 대해 적절한 직경 및 적절한 축방향 강성을 선택함으로써, 검사대상 봉의 단부들에 의해 정해지는 범위내의 침지 깊이에서 기구(10)가 풀 내에 위치될 때 상기 부분(19)의 내면(31)은 유도 센서의 필러 팁과 접촉하게 된다.
도 5 는 케이싱(13)의 일 실시 형태, 및 측정 기구의 벨로우즈 케이싱 내부의 압력을 보상하기 위한 시스템의 도움으로 더 긴(예컨대, 5 m) 봉을 측정하기 위해 상기 케이싱을 사용하는 것을 보여준다.
이러한 목적으로, 부싱(25)의 몸체에는 채널(250)이 뚫려 있는데, 이 채널은 공동부(16) 안으로 이어진 제 1 단부 및 덕트(40)과 연통하는 제 2 단부를 가지며, 그 덕트는 가압 가스원(41)에 케이싱(13)을 연결해 준다.
제 1 단부에서 상기 덕트(40)에 연결되어 있는 분기 덕트(42)가 그의 제 2 단부(43)를 통해 케이싱(13)의 침지 깊이 보다 바람직하게 좀 더 큰 침지 깊이에서 풀 안으로 열려 있다.
상기 가스원(41)은 가압 가스를 공동부(16) 및 덕트(42)의 단부(43) 안으로 전달하고(그 단부로부터 가스가 풀 안으로 빠져나갈 수 있음), 또한 상기 가스원은 공동부(16) 내부의 압력을 단부(43)의 침지 깊이에서의 대응 압력과 실질적으로 동일하게 유지시키는 역할을 한다.
일 실시 형태에서, 연료봉의 크기를 검사하는 방법은 다음과 같은 연속된 작업들을 포함한다:
­ 캐리지(108)와 카세트(138)를 낮은 위치에 위치시키고 필러(130, 132, 134)를 백스탑(120, 121)으로부터 멀어지게 이동시키는 작업;
­ 봉을 프로파일 측정 벤치 상에 위치시키기 위해 전달 클램프(미도시)를 사용하여 봉을 수중에서 이동시키고 그 봉을 하측 지지부(104)에 접촉시키는 작업;
­ 테일스톡(106)을 봉에 접촉시키고 검사 대상 봉(101)을 풀 내의 물의 수위(103) 아래에서 실직적으로 수직인 위치에 유지시키는 작업;
­ 풀 안에 잠겨 있는 카메라의 도움으로 봉의 각위치를 선택하고 조절하는 작업;
­ 다음 측정 중에 봉을 동일한 각위치에 재배치하기 위해 그 봉의 각위치를 사진 찍을 수 있는 작업;
­ 적절하다면, 그리고 물의 주변 온도에서 두 LVDT 센서를 보정하기 위해, 테일스톡(106)에 결합되어 있는 보정 스터드의 외면에 두 기구(10)의 두 각각의 필러 팁(10a)이 접촉하도록 두 백스탑(120, 121) 및 두 가동 측정 필러(130, 132, 134)가 상기 두 필러 팁에 각각 접촉하도록 상기 두 백스탑 및 두 가동 측정 필러를 이동시키고, 그리고 두 기구(10)의 도움으로 상기 스터드의 두 최대 횡방향 크기를 측정하고 그리고 나서 필러(134)를 스터드로부터 멀어지게 이동시키는 작업;
­ 두 각각의 기구(10)의 필러 팁(10a)이 봉의 외면에 접촉할 때까지, 그 필러 팁이 접촉하는 두 가동 측정 필러(130, 132, 134) 및 두 백스탑(120, 121)을 이동시키는 작업;
­ 두 기구(10)의 도움으로 봉의 두 최대 횡방향 크기를 측정하는 작업; 및
­ 두 기구(10)의 도움으로 봉의 최대 횡방향 크기를 새로 측정하기 위해, 백스탑(120, 121), 가동 측정 필러(130, 132, 134) 및 기구(10)가 고정되어 있는 지지부(108)를 봉을 따라 이동시키는 작업.
두 "직경"은 연속적으로 측정될 수 있다. 이러한 목적으로 센서-캐리어 카세트는 일정한 속도로 수직 방향으로 이동할 수 있으며, 예컨대 봉의 길이 방향 축선을 따라 측정할 때 0.1 mm의 일정한 단계로 측정하여 일정한 속도로 측정이 이루어진다.
그리고, 측정값의 기록을 사용하여, 봉의 두 "직경"에 대한 2개의 변동 프로파일을 나타낼 수 있으며, 이들 프로파일은 서로 90°의 각도를 이루는 두 반경을 따라 각각 측정된다.
이렇게 봉의 "직경"이 측정된 후에, 필러(134)를 백스탑(120, 121)에서 멀어지게 이동시켜 카세트를 "개방"할 수 있으며, 그리고 테일스톡(106)이 상승될 수 있고, 봉에 있는 그립이 풀어지고 그리고 나서 전달 클램프를 사용하여 봉을 벤치에서 제거할 수 있다.
카세트를 고정시키고 봉을 그 자신의 축선 둘레로 회전시키면, 벤치는 반경 방향 프로파일, 즉 타원형화를 측정할 수게 해준다.

Claims (20)

  1. 유도형(inductive) 센서(11)를 포함하는 길이 측정 기구(10)로서, 상기 유도형 센서는 기다란 몸체(14) 및 상기 센서의 길이 방향 축선(15)을 따라 움직일 수 있는 필러 팁(feeler tip; 17)을 포함하고, 상기 몸체(14)는 권선(winding)을 포함하고 또한 자성 코어를 수용하는 제 1 공동부를 가지며, 상기 길이 측정 기구는 상기 길이 방향 축선(15)을 따라 상기 몸체(14)를 연장시키는 케이싱(13)을 더 포함하고, 이 케이싱은 상기 몸체(14)와 협력하여 기밀한 제 2 공동부(16)를 형성하며, 이 제 2 공동부 안에는 상기 필러 팁(17)이 수용되며, 상기 케이싱은 상기 필러 팁(17)을 둘러싸는 수밀하고 변형가능한 부분(18) 및 그 필러 팁(17)과 일렬로 연장되어 있는 접촉 부분(19)을 포함하며,
    상기 길이 방향 축선(15)을 따라 탄성 변형되는 상기 케이싱의 능력은 그 길이 방향 축선에 수직인 축선을 따라 탄성 변형되는 그 케이싱의 능력 보다 크게 되어 있고,
    상기 길이 방향 축선(15)을 따라 탄성 변형되는 상기 능력은, 상기 접촉 부분(19)에 가해지는 접촉력의 영향을 받는 그 접촉 부분(19)의 움직임을 상기 필러 팁(17)이 감지하기에 충분한 길이 측정 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이 측정 기구가 대기압에 있을 때 상기 접촉 부분(19)은 상기 유도형 센서의 필러 팁(17)으로부터 떨어져 있게 되고, 상기 길이 측정 기구가 대기압 보다 큰 압력의 매체 안에 있을 때는 상기 접촉 부분(19)이 필러 팁(17)과 접촉하게 되는 길이 측정 기구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수밀하고 변형가능한 상기 부분(18)은 상기 길이 방향 축선(15)을 따른 축방향 강성 및 이 축방향 강성 보다 큰 반경 방향 강성을 가지며, 그래서 상기 부분(18)의 최대 탄성 변형의 축선은 상기 필러 팁의 슬라이딩 축선(15)과 실질적으로 일치하는 길이 측정 기구.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수밀하고 변형가능한 상기 부분(18)은 회전체의 형태로 되어 있고 또한 본질적으로 벨로우즈로 구성되어 있는 길이 측정 기구.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    기밀하고 탄성변형가능한 상기 케이싱(13)의 축방향 강성에 대한 반경 방향 강성의 비는 10 보다 큰 길이 측정 기구.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 길이 측정 기구는 LVDT 형의 유도형 센서(11)를 포함하고,
    상기 케이싱은 벨로우즈(18)를 포함하고, 이 벨로우즈는 그의 최대 탄성 변형의 축선에 대응하는 길이 방향 축선(15)을 가지며, 이 길이 방향 축선은 상기 필러 팁의 슬라이딩 축선과 실질적으로 일치하며,
    상기 벨로우즈(18)는 그의 길이 방향 단부들 중의 제 1 길이 방향 단부에서 상기 센서의 몸체에 기밀하게 고정되며,
    상기 케이싱은 벨로우즈의 제 2 길이 방향 단부에서 그 벨로우즈를 폐쇄하는 패드(19)를 포함하며,
    상기 벨로우즈의 길이 방향 강성은, 필러 팁(17)의 스트로크의 적어도 실질적인 부분에 걸쳐 상기 패드(19)가 그 필러 팁과 접촉하여 벨로우즈(18)와 센서(11)의 공통 길이 방향 축선(15)을 따라 이동할 수 있게 하는데 충분히 작으며, 그래서 측정 대상물과 접촉하여 센서의 몸체에 대해 움직이는 상기 패드(19)의 운동이 필러 팁(17) 및 유도형 센서의 자성 코어에 전달되고, 상기 패드(19)의 외면(10a)은 길이 측정 기구를 위한 필러 팁으로서 역할하는 길이 측정 기구.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 벨로우즈(18) 및 접촉부분 또는 패드(19)는 금속으로 만들어져 있는 길이 측정 기구.
  8. 제 1 항에 따른 길이 측정 기구(10)를 적어도 하나 포함하는, 연료봉(101)의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    고정 구조체(110), 및 제 1 축선(Z, 113) 및 이 제 1 축선에 수직인 적어도 하나의 제 2 축선(X, Y)을 따라 상기 고정 구조체에 대해 병진 운동할 수 있는 기구 지지부(108, 115, 118, 124, 125)를 포함하는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기구 지지부는 백스탑(120, 121)을 지니고 있는 X, Y 횡운동 테이블(108, 115, 118)을 포함하며, 이 횡운동 테이블은 상기 백스탑(120, 121)이 적어도 제 2 축선(X, Y)을 따라 검사 대상 봉(101)에 대해 움직일 수 있게 해주는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기구 지지부는 제 1 항에 따른 2개의 길이 측정 기구(10), 즉 ⅰ) 상기 변형가능한 케이싱의 최소 강성의 축선(15, 126)이 상기 기구 지지부가 병진 운동하는 축선(Z, 113)에 실질적으로 수직인 제 1 길이 측정 기구; 및 ⅱ) 이 제 1 길이 측정 기구와 실질적으로 동일하고, 상기 변형가능한 케이싱의 최소 강성의 축선(15, 127)이 상기 기구 지지부가 병진 운동하는 축선(Z, 113)에 실질적으로 수직하고 또한 적절하다면 상기 제 1 길이 측정 기구의 바람직한 변형의 축선(15, 126)에도 실질적으로 수직인 제 2 길이 측정 기구를 수용하는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    기구 지지부는, 검사 대상 봉(101)을 위한 백스탑으로서 작용하는 2개의 부분(120, 121), 측정 필러(feeler)로서 작용하고 상기 2개의 길이 측정 기구(10)의 각 케이싱의 접촉 부분(10a, 19)이 접촉하는 2개의 가동 부분(130, 132, 134), 및 검사 대상 봉의 외면을 상기 측정 필러 및 백스탑과 접촉시켜 유지하기 위한 복귀 수단(133)을 포함하는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    검사 대상 봉의 정상 단부를 연장시키도록 배치되는 원형 단면의 원통형부로 필수적으로 이루어진 보정 스터드를 포함하고, 이 스터드의 직경을 측정하여 상기 측정 기구를 보정할 수 있으며, 상기 원통형부는 상기 봉의 직경의 공칭값에 대응하는 직경을 갖는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하기 위한 장치.
  14. 연료봉(101)의 외면의 형상을 검사하는 방법으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 길이 측정 기구(10)가 사용되고,
    검사 대상 봉(101)을 풀(pool) 내의 물의 수위(103) 아래에서 실질적으로 수직인 위치에 유지시키는 단계;
    상기 봉의 각위치를 선택하는 단계;
    2개의 백스탑(120, 121) 및 두 각각의 길이 측정 기구(10)의 두 각각의 필러 팁(10a)과 접촉하는 2개의 가동 측정 필러(130, 132, 134)를 상기 봉의 외면에 두는 단계;
    상기 두 길이 측정 기구(10)의 도움으로 상기 봉의 두 최대 횡방향 크기를 측정하는 단계; 및
    상기 백스탑(120, 121), 가동 측정 필러(130, 132, 134) 및 길이 측정 기구(10)가 고정되어 있는 지지부(108)를 상기 봉에 대해 움직이게 하고 상기 두 길이 측정 기구(10)의 도움으로 상기 봉의 두 최대 횡방향 크기를 새로 측정하는 단계
    를 포함하는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 봉의 길이 방향 축선을 따라 그 봉의 최대 횡방향 크기의 변동의 프로파일을 확립하기 위해 상기 지지부(108)가 상기 봉을 따라 움직이는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 봉의 타원형화를 측정하기 위해 그 봉을 그의 길이 방향 축선 둘레로 회전시키는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 길이 측정 기구의 케이싱(13)의 침지 압력은, 가압된 가스를 제 2 공동부(16) 안으로 전달하고 또한 그 가스가 빠져 나갈 수 있는 도관(42)의 침지 단부(43)에 전달하여 보상되는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    수중의 주변 온도에서 상기 두 유도형 센서를 보정하기 위해, 2개의 백스탑(120, 121) 및 두 각각의 길이 측정 기구(10)의 두 각각의 필러 팁(10a)과 접촉하는 2개의 가동 측정 필러(130, 132, 134)가 보정 스터드의 외면에 접촉할 때까지 움직이고, 또한 상기 두 길이 측정 기구(10)의 도움으로 상기 스터드의 두 최대 횡방향 크기를 측정하는, 연료봉의 외면의 형상을 검사하는 방법.
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