NO20101268A1

NO20101268A1 - Kabelstrekkspenningssensor

Info

Publication number: NO20101268A1
Application number: NO20101268A
Authority: NO
Inventors: Rolf Andreassen; Rudi Van Nieuwenhove
Original assignee: Inst Energiteknik
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-12

Abstract

En kabelstrekkspenningssensor og en fremgangsmåte for strekkmåling med en kabelstrekkspenningssensor, hvor sensoren omfatter en koaksialkabeldel og to feste punkter festet til koaksialkabeldelen. Koaksialkabeldelen omfatter en koaksialskjerm, et isolerende lag, og to indre ledere hvor de indre lederne er sammenkoblet i en første ende av koaksialkabeldelen for å danne en ledende sløyfe mellom to terminaler for de indre lederne i en andre ende av koaksialkabeldelen. Det isolerende laget omfatter mineralisolasjon.

Description

KABELSTREKKSPENNINGSSENSOR

Innledning

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en mineralisolert koaksial kabelstrekkspenningssensor. En slik sensor gjør det mulig å måle strekk over et stort område i ugjestmilde omgivelser.

I mange anvendelser, slik som f.eks. kjernekraftverk, gasskraftverk eller i prosesseringsindustrien er det behov for å følge nøye med på utvidelse av utstyr som er med i prosessene for å kunne gjøre tiltak før utstyret feiler. Slike feil kan ha alvorlige konsekvenser. Imidlertid, er utvidelse vanskelig å måle med konvensjonelle strekkspenningsmålere. Den foreliggende oppfinnelsen er strålingsresistant og kan benyttes i miljøer hvor temperaturen er over 1000 grader Celsius. I tillegg kan den vikles rundt objekter for enkel måling av variasjoner i tverrsnittet til et objekt.

Bakgrunnsteknikk

Lineære variable forskyvingstransducere [Eng: Linear Variable Displacement Transducers] er kjente anordninger for å måle forskyvning eller strekk. Imidlertid er de ikke egnet til bruk under driftsforhold som beskrevet ovenfor. I tillegg er det vanskelig å måle endringer i tverrsnittet til et objekt.

US 7,696,855 viser en strekkspenningsmåler som hevdes å kunne måle strekk opp til 22-25%. Slike målere påvirkes av stråling og av høye temperaturer, og det er mange anvendelsesområder hvor de ikke kan benyttes.

Kort sammendrag

Den foreliggende oppfinnelsen er en strekkspenningssensor som løser problemene i kjent teknikk som er nevnt ovenfor med å måle strekk under driftsforhold med stråling, høye temperaturer og høyt trykk. Den er derfor velegnet til å måle strekk i komponenter relatert til prosessindustri og kraftverk. I tillegg er strekksensoren ifølge oppfinnelsen i stand til å måle strekk over et større område enn strekksensorer ifølge bakgrunnsteknikken. Det har blitt vist at kabelstrekkspenningssensoren ifølge oppfinnelsen kan måle strekk opptil 37,5 % av lengden på kabeldelen mellom de to festepunktene på grunn av det store plastiske området til kabelen.

Som en følge av den fleksible utformingen kan kabelstrekkspenningssensoren benyttes til å måle strekk der hvor det er vanskelig å installere standard måleutstyr ifølge bakgrunnsteknikken.

I en utførelse er oppfinnelsen en kabelstrekkspenningssensor som omfatter en koaksialkabeldel og to festepunkter festet til koaksialkabeldelen. Koaksialkabeldelen omfatter en koaksialskjerm, et isolerende lag, og to indre ledere hvor de indre lederne er sammenkoblet i en første ende av koaksialkabeldelen for å danne en ledende sløyfe mellom to terminaler for de indre lederne i en andre ende av koaksialkabeldelen. Det isolerende laget omfatter mineralisolasjon. Mineralisolasjon er strålingsresistent og kan bli benyttet under driftsforhold hvor temperaturene er veldig høye, opp til 1200° C.

De indre lederne og koaksialskjermen kan være laget av materiale som er resistent for stråling slik som en legering som omfatter Nikkel og Krom. Mineralisolasjonen kan være f.eks. Aluminiumsoksid eller Magnesiumoksid.

Strekkspenningssensoren kan benyttes for å måle både longitudinale strekk og økningen i diameteren til f.eks. reaktortanker, slik som gasstanker med høy temperatur. I det siste tilfellet er oppfinnelsen ifølge oppfinnelsen en fremgangsmåte for å måle variasjonen i et tverrsnitt av et legeme ved å benytte strekkspenningssensoren som omfatter å vikle strekkspenningssensoren om legemet, feste festepunktene til kabelstrekkspenningssensoren relativt hverandre på tverrsnittet av omkretsen til legemet, måle en variasjon i resistans i den ledende sløyfen mellom terminalene, og omregne variasjonen i resistans til en variasjon i tverrsnitt til legemet. Strekkspenningssensoren kan være viklet rundt legemet som skal måles fra mindre enn en hel omdreining til flere omdreininger. Dersom den vikles i et heliksmønster rundt en seksjonslengde av legemet kan den gjennomsnittlige radielle ekspansjon av lengden til legemet måles.

Oppfinnelsen vedrører også oppfinneriske festemidler for endepunktene til kabelstrekkspenningssensoren.

Figurbeskrivelser

Den foreliggende oppfinnelsen er videre beskrevet med referanse til de vedlagte tegningene, hvori utførelser av oppfinnelsen er vist.

Fig. 1 illustrerer et tverrsnitt av kabelstrekkspenningssensoren i Fig. 1a og et longitudinal

snitt av kabelstrekkspenningssensoren i Fig. 1b.

Fig. 2 illustrerer festing av kabelstrekkspenningssensoren om et legeme som skal måles. Kabelstreksspenningssensoren som omfatter fastspenningsanordningen er vist i et frontriss i Fig. 2a. Et riss fra venstre som viser tverrsnittet til legemet som skal måles er vist i Fig. 2b, et snitt fra høyre av kabelstrekkspenningssensoren og legemet som skal måles er vist i Fig. 2c, og et perspektivriss er vist i Fig. 2d. Fig. 3 viser resultatet av et eksperimentelt oppsett som viser et lineært forhold mellom forlengelsen og resistansen som kan oppnås for en mineralisolert kabelstrekkspenningssensor ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser i Fig. 4a kabelstrekkspenningssensoren viklet i et heliksmønster om en seksjonslengde av legemet som skal måles. Festemidler ifølge en utførelse av oppfinnelsen er vist i Fig. 4b.

Utførelser av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vil bli forklart med henvisning til de vedlagte tegningene. Fig. 1 og Fig. 2 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen hvor kabelstrekkspenningssensoren (1) omfatter en koaksialkabeldel (2) og to festepunkter (10, 20) festet til koaksialkabeldelen (2). Koaksialkabeldelen (2) omfatter en koaksialskjerm (3), et isolerende lag (4), og to indre ledere (5a, 5b) hvor de indre lederne (5a, 5b) er sammenkoblet i en første ende (a) av koaksialkabeldelen (2) for å danne en ledende sløyfe (7) mellom to terminaler (6a, 6b) for de indre lederne (5a, 5b) i en andre ende (b) av koaksialkabeldelen (2). Det isolerende laget (4) omfatter mineralisolasjon. Mineralisolasjon er strålingsresistent og kan bli benyttet under driftsforhold hvor temperaturene er veldig høye, opp til 1200°C.

De to festepunktene (10, 20) kan i en utførelse av oppfinnelsen være kabelnippler loddet på koaksialkabeldelen (2). En fleksibel, lavresistant kabel kan bli benyttet som forlengelseskabel mellom kabeldelens (2) andre ende (b) og en anordning for å måle resistansen.

De indre lederne er i en utførelse laget av en legering som omfatter Nikkel og Krom. Koaksialskjermen kan også være laget av en legering som omfatter Kikkel og Krom. I et spesifikt testoppsett var de indre lederne og koaksialskjermen laget av Inconel 600. Imidlertid kan andre materialer med samme kvaliteter hva angår temperatur og strålingsresistans også benyttes.

Ulike typer mineralisolasjon kan bli benyttet i kabelstrekkspenningssensoren. I en utførelse benyttes Aluminiumoksid ,AI203.1 en annen utførelse benyttes Magnesiumoksid MgO. Andre typer mineralisolasjon med tilsvarende egenskaper kan også benyttes.

Kabelstrekkspenningssensoren kan bli benyttet for å måle variasjoner i et legeme slik som et rør, en reaktor etc. eller longitudinale variasjoner, slik som utvidelsen av et testlegeme.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter kabelstrekkspenningssensoren (1) en fastspenningsanordning (40) innrettet til å holde de to festepunktene (10, 20) og klemme de to festepunktene (10, 20) sammen for å feste kabelstrekkspenningssensoren (1) rundt et legeme (30) som skal måles som illustrert i Fig. 2. Kabelstrekkspenningssensoren (1) som omfatter fastspenningsanordning (40) er vist i et frontriss i Fig. 2a, et riss fra venstre som viser tverrsnittet til legemet som skal måles er vist i Fig. 2b, et snitt fra høyre av kabelstrekkspenningssensoren (1) og legemet (30) som skal måles er vist i Fig. 2c, og et perspektivriss er vist i Fig. 2d.

I denne utførelsen er kabelstrekkspenningssensoren strukket rundt legemet og de to festepunktene (10, 20) er festet i en klemmeanordning innrettet til å feste kabelstrekkspenningssensoren (1) rundt legemet (30). fastspenningsanordningen kan være justerbar for å tillate den rette spenningen på kabelstrekkspenningssensoren (1) rundt legemet.

Som man kan se av Fig. 2 kan innfestingen av festepunktene (10, 20) være av ulike typer som f.eks. hurtigkopling, eller en hvilken som helst festeanordning slik det vil bli forstått av en fagmann på området når disse er festet relativt hverandre. For longitudinale målinger er ikke festepunktene (10, 20) festet til hverandre, men i hver ende av legemet hvor lengdeendringer skal måles.

I en utførelse har kabelstrekkspenningssensoren (1) en lengde på to eller flere ganger omkretsen av legemet (30) som skal måles. Kabelstrekkspenningssensoren (1) kan dermed vikles i et heliksmønster rundt en seksjonslengde til legemet (30) som illustrert i Fig. 4a, for å måle en midlere radial utvidelse av seksjonslengden til legemet (30). Festepunktene (10, 20) kan være direkte festet til legemet som skal måles. Festepunktene (10, 20) kan også være festet med festemidler (50) som vist i Fig. 4b. Festemidlene (50) kan også være innrettet til å forspenne kabelstrekkspenningssensoren (1) for å fjerne slakk i kabelstrekkspenningssensoren (1). I en utførelse omfatter i det minste én av festemidlene en skrue (51) med en slisse for innsetting av kabelstrekkspenningssensoren (1) før forspenning.

Kabelstrekkspenningssensoren kan benyttes for å måle både longitudinalt strekk og økning av diameteren til f.eks. reaktortanker, slik som gasstanker med høy temperatur. I denne utførelsen er oppfinnelsen en fremgangsmåte for å måle variasjonen i tverrsnittet til et legeme (30) ved å benytte kabelstrekkspenningssensoren som omfatter følgende steg;

- vikling av kabelstrekkspenningssensoren(l) rundt legemet (30),

- feste festepunktene (10, 20) til kabelstrekkspenningssensoren (1) relativt hverandre på tverrsnittets omkrets til legemet, - måle en variasjon i resistans i den ledende sløyfen (7) mellom terminalene (6a, 6b), og

- omregne variasjonen i resistans til en variasjon i tverrsnitt til legemet.

I en utførelse av oppfinnelsen måles spenningsfallet over de to terminalene (6a, 6b) når det sendes en likestrøm gjennom sløyfen istedenfor å måle resistansen direkte.

I en utførelse omfatter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen steget med å vikle kabelstrekkspenningssensoren (1) to eller flere runder i et heliksmønster rundt en seksjonslengde av legemet (3) for å måle en gjennomsnittlig radiell ekspansjon av seksjonslengden til legemet (3).

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan benyttes for å måle lokal ekspansjonen av et legeme (30). I dette tilfellet er kun en vikling eller mindre nødvendig. I denne utførelsen omfatter fremgangsmåten steget med å klemme de to festepunktene (10, 20) sammen for å feste kabelstrekkspenningssensoren (1) rundt legemet (30) som skal måles. En klemmeanordning som tidligere er beskrevet kan benyttes.

En av fordelene med den foreliggende oppfinnelsen er å være i stand til å måle strekk der hvor driftsforholdene er ugunstige, spesielt der hvor temperaturen er høy. Ifølge oppfinnelsen kan fremgangsmåten benyttes der hvor temperaturen til legemet (30) som skal måles eller temperaturen til kabelstrekkspenningssensoren (1) er over 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 eller 1200 grader Celsius.

Fig. 3 viser resultatet av det eksperimentelle oppsettet som viser at et lineært forhold mellom utvidelsen og resistansen kan oppnås for en mineralisolert kabel. En temperaturkompensasjon kan benyttes for å kompensere for variasjoner i temperaturen

under målingene.

Resistansen til de indre lederne (5a, 5b) vil vanligvis variere som en funksjon av temperaturen. Når temperaturen varierer kan variasjonen forårsake en variasjon i resistansen i tillegg til variasjonen som skyldes ekspansjonen til legemet (30) som måles. En temperaturkompensering kan benyttes til å kompensere for variasjoner i temperaturen under målingene.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten for å måle variasjoner i

tverrsnittet stegene med å måle temperaturen til legemet (30) og kompensere den målte resistansen i den ledende sløyfen (7) basert på temperaturen til legemet (30) og et kjent forhold mellom resistansen og temperaturen til materialet til de to indre lederne (5a, 5b).

Temperaturen kan måles av f.eks et termoelement når man vet at temperaturen er

relativt jevnt fordelt over kabelens lengde. Termoelementet måler temperaturen i et punkt, og man må dermed gå ut i fra at temperaturen er den samme i andre punkter langs kabelen.

Dersom temperaturprofilen er svært ikke-uniform over hele kabellengden, vil det være bedre å benytte en såkalt kompensasjonskabel. Dette er en kabel som fortrinnsvis løper i parallell med kabelstrekkspenningssensoren. For best resultat bør kompensasjonskabelen ha samme lengde som kabelstrekkspenningssensoren. Fra endringen i resistans i denne kabelen kan man så temperaturkompensere resistansmålingen i den aktive kabelen.

Det har blitt vist at kabelstrekkspenningssensoren ifølge oppfinnelsen kan måle strekk opp til 37, 5 % av lengden på kabeldelen (2) mellom de to festepunktene (10, 20) på grunn av det store plastiske området til kabelen.

Den mineralisolerte koaksialkabelstrekkspenningssensoren vil kunne benyttes i mange interessante anvendelser. Siden kabelen er nokså fleksibel kan den for eksempel vikles rundt et rør for å måle kryp. En anvendelse er å måle den radielle økningen til trykkberedere, f.eks. i kjernekraftverk.

I tillegg kan den benyttes til å måle ekspansjonen av mye større strukturer, slik som beholdere med diameter på 1 meter. Den kan også benyttes til å måle gradvis deformasjon av store strukturer som broer, bygninger og brudd i bergformasjoner. Kabelstrekkspenningssensoren ifølge oppfinnelsen er egnet til å måle under barske driftsforhold med høye temperaturer, trykk eller stråling. For å måle for eksempel tøyningen av et testlegeme i en strekktestmaskin ved høye temperaturer for å bestemme for eksempel strekkgrensen, vil kabelstrekkspenningssensoren være ideell og mye mindre og billigere enn ekstensiometere som benyttes i dag. Videre kan den også benyttes til å måle kryp av testlegemer i en reaktor, eller måling av ekspansjon i borehull for olje og gass med samtidig høyt trykk og temperatur. Siden kabelstrekkspenningssensoren er basert på en mineralisolert kabel kan den bli benyttet opp til svært høye temperaturer, f.eks. opp til 1200 °C, som gjør den egnet for for eksempel måling av Generasjon IV reaktorer, med svært høye

gassreaktorertemperaturer mellom 600°C og 1100<q>C.

Claims

1. En kabelstrekkspenningssensor (1) som omfatter en koaksialkabeldel (2) og to festepunkter (10, 20) festet til koaksialkabeldelen (2), - hvor koaksialkabeldelen (2) omfatter en koaksialskjerm (3), et isolerende lag (4), og to indre ledere (5a, 5b) hvor de indre lederne (5a, 5b) er sammenkoblet i en første ende (a) av koaksialkabeldelen (2) for å danne en ledende sløyfe (7) mellom to terminaler (6a, 6b) for de indre lederne (5a, 5b) i en andre ende (b) av koaksialkabeldelen (2), - hvor det isolerende laget (4) omfatter mineralisolasjon.

2. Kabelstrekkspenningssensoren ifølge krav 1, hvor de indre lederne (5a, 5b) er utført i en legering som omfatter Nikkel og Krom.

3. Kabelstrekkspenningssensoren ifølge krav 1 eller 2, hvor mineralisolasjonen er Aluminiumoksyd, Al203.

4. Kabelstrekkspenningssensoren ifølge krav 1 eller 2, hvor mineralisolasjonen er magnesiumoksyd, MgO.

4. Kabelstrekkspenningssensoren ifølge krav 1 eller 2, som omfatter en fastspenningsanordning (40) innrettet til å holde de to festepunktene (10, 20) og klemme de to festepunktene (10, 20) sammen for å feste kabelstrekkspenningssensoren (1) rundt et legeme (30) som skal måles.

6. En fremgangsmåte for å måle variasjonene i tverrsnittet til et legeme (30) ved å benytte kabelstrekkspenningssensoren ifølge kravene 1, 2, 3, 4 eller 5, som omfatter følgende steg; - vikling av kabelstrekkspenningssensoren(l) rundt legemet (30), - feste festepunktene (10, 20) til kabelstrekkspenningssensoren relativt hverandre på tverrsnittets omkrets til legemet (30), - måle en variasjon i resistans i den ledende sløyfen (7) mellom terminalene (6a, 6b), og - omregne variasjonen i resistans til en variasjon i tverrsnitt til legemet (30).

7. Fremgangsmåten ifølge krav 6, som omfatter steget med å vikle kabelstrekkspenningssensoren(l) to eller flere runder i et heliksmønster rundt en seksjonslengde til legemet (3) for å måle en gjennomsnittlig radiell ekspansjon av lengden til legemet (3).

8. Fremgangsmåten ifølge krav 6, som omfatter steget med å klemme de to festepunktene (10, 20) sammen for å feste kabelstrekkspenningssensoren (1) rundt legemet (30) som skal måles.

9. Fremgangsmåten ifølge krav 6, hvor legemet (30) under målingen har en temperatur som er over 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900,1000,1100 eller 1200 grader Celsius.

10. Fremgangsmåten ifølge krav 6, som omfatter stegene med å måle temperaturen til legemet (30) og kompensere den målte resistansen i den ledende sløyfen (7) basert på temperaturen til legemet (30) og et kjent forhold mellom resistansen og temperaturen til materialet til de to indre lederne (5a, 5b).