RU2477456C1

RU2477456C1 - Inductive level gauge

Info

Publication number: RU2477456C1
Application number: RU2011138813/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Лешков; Владимир Дмитриевич Таранин; Виктор Васильевич Школяренко
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-03-10

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: in the proposed level gauge the level measurement range is split into high and medium accuracy control zones. The high accuracy control zones represent a row of excitation coils evenly distributed across the zone height and a row of measurement coils inductively connected to the excitation coils. The medium accuracy zone is composed of two symmetrical sections, each containing an excitation coil and a measurement coil inductively connected to the latter, the both evenly distributed across the zone height and represented by solenoids or oval frames the height whereof is equal to that of the section. Positioned between the sections is a signal pair of coils: an excitation coil and a measurement coil inductively connected to the latter. The sections excitation windings are connected accordantly while the measurement windings are connected in parallel. All the excitation coils and excitation windings are connected to an AC generator while all the measurement coils and measurement windings are connected to a logical computer.

EFFECT: reliable control over the level of liquid metal heat medium combined with ensuring the preset metrological characteristics within a wide range of temperatures, control continuity and moderate fabrication cost.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред и может быть использовано преимущественно для измерения уровня жидкометаллических теплоносителей в атомной энергетике.The present invention relates to the field of monitoring the level of electrically conductive media and can be used primarily for measuring the level of liquid metal coolants in nuclear energy.

Реакторные установки с жидкометаллическим теплоносителем содержат большое количество емкостей с жидким металлом, в которых необходимо контролировать его уровень в различных диапазонах. Например, в реакторной установке БН-600 Белоярской АЭС используются уровнемеры с диапазонами измерения от 0÷200 мм до 0÷5300 мм.Reactor installations with a liquid metal coolant contain a large number of tanks with liquid metal, in which it is necessary to control its level in various ranges. For example, in the BN-600 reactor installation of the Beloyarsk NPP, level gauges with measuring ranges from 0 ÷ 200 mm to 0 ÷ 5300 mm are used.

Эти уровнемеры типа «КВАНТ» по а.с. 295992 содержат индуктивные преобразователи в виде ряда индуктивных катушек, образующих систему параллельных мостов, питаемых от генератора звуковой частоты, и индикаторы напряжения в диагоналях мостов. Индуктивные катушки распределены по высоте изменения уровня и расположены внутри защитного герметичного металлического чехла, погруженного в контролируемую среду.These level gauges of the "QUANT" type by a.s. 295992 contain inductive converters in the form of a series of inductive coils forming a system of parallel bridges powered by an audio frequency generator, and voltage indicators in the diagonals of bridges. Inductive coils are distributed along the height of the level change and are located inside a protective sealed metal cover immersed in a controlled environment.

Недостатком указанных уровнемеров является небольшое изменение индуктивности катушки при ее «затоплении» контролируемой средой, составляющее 20÷30% от «сухого» состояния, это соизмеримо с изменением индуктивности «сухих» катушек за счет изменения электропроводности защитного чехла в рабочем диапазоне температур от 250 до 550°C, что снижает эксплуатационную надежность такого типа уровнемера. Кроме того, этот уровнемер имеет «мертвые» зоны, когда уровень измеряемой среды находится между соседними катушками и его изменение не влияет на индуктивность ближайшей катушки до момента приближения к торцу катушки.The disadvantage of these level gauges is a small change in the inductance of the coil when it is “flooded” with a controlled environment, amounting to 20 ÷ 30% of the “dry” state, this is comparable with a change in the inductance of the “dry” coils due to a change in the electrical conductivity of the protective cover in the operating temperature range from 250 to 550 ° C, which reduces the operational reliability of this type of level gauge. In addition, this level gauge has “dead” zones when the level of the medium being measured is between adjacent coils and its change does not affect the inductance of the nearest coil until it approaches the end of the coil.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому устройству являются индуктивные уровнемеры по патентам РФ N2252397 и N2328704. Уровнемер по патенту N2252397 содержит равномерно распределенные по высоте изменения уровня обмотку возбуждения и измерительную обмотку, закрепленные внутри защитного чехла на фиксированном расстоянии друг от друга. Обмотка возбуждения подключена к генератору переменного тока звуковой частоты, а измерительная обмотка - к измерителю напряжения. При нулевой величине уровня коэффициент взаимоиндукции обмоток, а значит и величина ЭДС измерительной обмотки максимальны. При увеличении уровня и «погружении» обмоток в жидкий металл коэффициент взаимоиндукции обмоток уменьшается за счет вихревых токов, наводимых в измеряемой контролируемой среде переменным электромагнитным полем обмотки возбуждения, соответственно уменьшается ЭДС измерительной обмотки.The closest in technical essence to the proposed device are inductive level gauges according to RF patents N2252397 and N2328704. The level gauge according to the patent N2252397 contains evenly distributed along the height level changes excitation winding and measuring winding, fixed inside the protective cover at a fixed distance from each other. The field winding is connected to a sound frequency alternating current generator, and the measuring winding is connected to a voltage meter. At a zero level, the coefficient of mutual induction of the windings, and hence the magnitude of the EMF of the measuring winding, is maximum. With an increase in the level and “immersion” of the windings in liquid metal, the mutual induction coefficient of the windings decreases due to eddy currents induced in the measured controlled medium by the alternating electromagnetic field of the field winding, and the EMF of the measuring winding decreases accordingly.

Степень уменьшения ЭДС пропорциональна высоте «затопленной» части обмоток, т.е. величине уровня.The degree of EMF reduction is proportional to the height of the “flooded” part of the windings, i.e. level value.

Для уменьшения температурной погрешности уровнемер содержит компенсационную обмотку, расположенную выше диапазона изменения уровня. В отличие от ранее рассмотренного, уровнемер по патенту N2252397 является аналоговым, его выходное напряжение линейно и непрерывно изменяется в соответствии с величиной уровня, но его точность ограничивается температурной погрешностью, которая хотя и уменьшается за счет компенсационной обмотки, но не может быть сведена к нулю в силу геометрической несимметрии измерительной и компенсационной обмоток и наличия градиента температур между жидким металлом и газовым объемом, в зоне которого находится компенсационная обмотка.To reduce the temperature error, the level gauge contains a compensation winding located above the level range. In contrast to the previously considered, the level gauge according to patent N2252397 is analog, its output voltage linearly and continuously changes in accordance with the level value, but its accuracy is limited by the temperature error, which although decreases due to the compensation winding, but cannot be reduced to zero in the force of geometric asymmetry of the measuring and compensation windings and the presence of a temperature gradient between the liquid metal and the gas volume in the zone of which the compensation winding is located.

Наибольшей точностью контроля уровня обладает дискретно-аналоговый уровнемер по патенту N2328704.The discrete-analog level gauge according to patent N2328704 has the greatest accuracy of level control.

В этом уровнемере чувствительный элемент выполнен в виде ряда катушек возбуждения и ряда расположенных между ними измерительных катушек. По мере «затопления» катушек при увеличении уровня ЭДС измерительных катушек уменьшается за счет уменьшения индуктивной связи с соседними катушками возбуждения, а подключенное к измерительным катушкам логическое устройство определяет количество полностью «затопленных» катушек и степень затопления катушки, ближайшей к поверхности уровня.In this level gauge, the sensitive element is made in the form of a series of field coils and a series of measuring coils located between them. As the coils are “flooded” with an increase in the EMF level of the measuring coils, it decreases due to a decrease in inductive coupling with neighboring excitation coils, and the logic device connected to the measuring coils determines the number of completely “flooded” coils and the degree of flooding of the coil closest to the level surface.

В этом уровнемере в отличие от уровнемера по а.с. 295992 ЭДС «сухой» катушки больше ЭДС затопленной катушки на 400÷600%, т.е. в 5÷7 раз, что во много раз превышает температурное изменение сигнала, соответственно, обеспечивается абсолютная надежность фиксации «затопления» очередной катушки. Кроме того, благодаря особенностям взаимного расположения катушек возбуждения и измерительных катушек ЭДС последних монотонно уменьшается при изменении уровня от нижерасположенной до вышерасположенной катушек возбуждения, т.е. кроме дискретного сигнала с измерительной катушки поступает аналоговый сигнал, причем к моменту полного «затопления» измерительной катушки и уменьшения ее ЭДС до минимального значения уровень достигает зоны чувствительности следующей по высоте измерительной катушки и, следовательно, уровнемер не имеет «мертвых» зон. Этот уровнемер соответствует всем метрологическим требованиям, предъявляемым к уровнемерам реакторных установок, и будет использоваться на АЭС в емкостях при малых и средних диапазонах изменения уровня, однако его реализация на большие пределы измерения встречает серьезные конструктивные трудности. Например, при контроле уровня в диапазоне от 0 до 5300 мм внутри защитного чехла необходимо будет разместить до 40 пар катушек, т.е. 160 выводов концов катушек. При использовании для намотки катушек высокотемпературных кабелей в стальной оболочке такое количество выводов невозможно разместить внутри защитного чехла, так как большая часть его внутреннего сечения занята собственно катушками.In this level gauge, unlike the level gauge according to A.S. 295992 EMF of the “dry” coil is 400 ÷ 600% higher than the EMF of the flooded coil, i.e. 5–7 times, which is many times higher than the temperature change in the signal; accordingly, the absolute reliability of fixing the “flooding” of the next coil is ensured. In addition, due to the peculiarities of the mutual arrangement of the excitation coils and the measuring coils, the EMF of the latter monotonously decreases with a change in level from the downstream to the upstream excitation coils, i.e. in addition to a discrete signal, an analog signal is received from the measuring coil, and by the time the measuring coil is completely "flooded" and its EMF is reduced to a minimum value, the level reaches the sensitivity zone of the next highest measuring coil and, therefore, the level gauge has no "dead" zones. This level gauge meets all metrological requirements for the level gauges of reactor plants and will be used at nuclear power plants in tanks with small and medium ranges of level changes, however, its implementation to large measurement limits meets serious structural difficulties. For example, when controlling the level in the range from 0 to 5300 mm, up to 40 pairs of coils, i.e. 160 conclusions of the ends of coils. When using high-temperature cables in a steel sheath for winding coils, this number of terminals cannot be placed inside the protective cover, since most of its internal section is occupied by the coils themselves.

С другой стороны, для таких уровнемеров по условиям эксплуатации требуемая точность измерения уровня по высоте неодинакова - есть зона высокой точности и зона средней точности. Зона высокой точности - это диапазон изменения уровня в режиме нормальных условий эксплуатации, например, для бака реактора БН-600 эта зона составляет около 30% от полного диапазона изменения уровня. При первоначальном заполнении емкости жидким металлом и в аварийных режимах уровень может изменяться вне пределов рабочей зоны, для этого диапазона допустима средняя точность контроля уровня.On the other hand, for such level gauges according to operating conditions, the required accuracy of level measurement by height is not the same - there is a zone of high accuracy and a zone of medium accuracy. High accuracy zone is the range of level change in the normal operating conditions mode, for example, for the BN-600 reactor tank this zone is about 30% of the full range of level change. When the tank is initially filled with liquid metal and in emergency conditions, the level may change outside the working area, for this range an average level control accuracy is acceptable.

Целью предлагаемого изобретения является достижение требуемых метрологических характеристик уровнемера, обеспечение непрерывности контроля уровня во всем диапазоне его изменения и уменьшение стоимости изготовления уровнемера.The aim of the invention is to achieve the required metrological characteristics of the level gauge, ensuring continuity of level control in the entire range of its changes and reducing the manufacturing cost of the level gauge.

Поставленная цель достигается тем, что чувствительный элемент уровнемера содержит зону повышенной точности контроля уровня, необходимой при рабочих режимах эксплуатации реакторной установки, и зону средней точности контроля уровня, в пределах которой уровень может оказаться при аварийных режимах, а также при заполнении емкости жидким металлом и его дренировании в случае ремонтных работ. Зона высокой точности выполнена в виде ряда катушек возбуждения, распределенных по высоте соответствующего диапазона изменения уровня, и ряда измерительных катушек, индуктивно связанных с катушками возбуждения. Зона средней точности выполнена в виде двух симметричных участков, каждый из которых содержит равномерно распределенные по высоте участка обмотку возбуждения и индуктивно связанную с ней измерительную обмотку. Между участками расположена сигнальная пара катушек - катушка возбуждения и индуктивно связанная с ней измерительная катушка. Обмотки возбуждения участков соединены согласно (рис.2), измерительные обмотки включены встречно. Все катушки возбуждения, в том числе сигнальная, а также обе обмотки возбуждения подключены к генератору переменного тока, а обе измерительные обмотки и все измерительные катушки, в том числе сигнальная, подключены ко входам логического вычислительного устройства.This goal is achieved in that the sensitive element of the level gauge contains a zone of increased accuracy of level control, necessary for operating conditions of the reactor installation, and a zone of medium accuracy of level control, within which the level can be in emergency conditions, as well as when filling the tank with liquid metal and its drainage in case of repair work. The high precision zone is made in the form of a series of field coils distributed over the height of the corresponding range of level changes, and a series of measuring coils inductively coupled to the field coils. The medium-precision zone is made in the form of two symmetric sections, each of which contains a field coil and a measuring coil inductively coupled to it. Between the sections there is a signal pair of coils - an excitation coil and a measuring coil inductively coupled to it. The field windings of the sections are connected according to (Fig. 2), the measuring windings are turned on in opposite directions. All excitation coils, including the signal one, as well as both field windings are connected to the alternator, and both measuring windings and all measuring coils, including the signal one, are connected to the inputs of the logical computing device.

Работа предложенного устройства поясняется его конструкцией, приведенной на рис.1, и электрической схемой на рис.2.The operation of the proposed device is illustrated by its design, shown in Fig. 1, and the electrical circuit in Fig. 2.

В защитном чехле 2, погруженном в контролируемую среду 1 размещен чувствительный элемент уровнемера, в котором на несущей трубе 3 закреплены ряд катушек возбуждения 4 и ряд измерительных катушек 5, образующих в совокупности зону высокой точности измерения уровня среды 1. Катушки возбуждения 4 подсоединены к генератору переменного тока 10, соответственно вокруг этих катушек создается переменное электромагнитное поле, которое охватывает пространство снаружи защитного чехла 2 и ближайшие измерительные катушки 5. Под действием электромагнитного поля в катушках 5 генерируется ЭДС, величина которой зависит от коэффициента взаимоиндукции этих катушек с ближайшими катушками возбуждения 4. Если уровень среды 1 ниже катушек 4 и 5, коэффициент их взаимоиндукции достаточно высокий и в катушках 5 наводится ЭДС большой величины. Когда уровень среды 1 достигает зоны расположения катушек 4 и 5, под действием электромагнитного поля катушек 4 и в среде 1 наводятся вихревые токи, которые создают собственное электромагнитное поле, ослабляющее поле катушек 4. Результирующее электромагнитное поле в объеме вокруг измерительных катушек 5 уменьшается пропорционально величине уровня среды 1 снаружи защитного чехла 2 в зоне расположения соответствующих пар катушек 4 и 5 и при полном «затоплении» пары результирующее поле минимально, соответственно, минимальна и величина ЭДС «затопленной» измерительной катушки 5. Зависимость ЭДС Ek измерительных катушек 5 от изменения уровня среды 1 приведена на графике рис.1 (зона IV). Уменьшение величины Ek катушки 5 начинается при достижении уровнем Н среды 1 высоты расположения ближайшей нижерасположенной катушки возбуждения 4 и заканчивается при полном «погружении» катушки 5. При этом уровень Н приближается к ближайшей вышерасположенной катушке возбуждения 4 и начинается уменьшение ЭДС Ek следующей по высоте измерительной катушки 5. Таким образом, при любом изменении уровня Н среды 1 в зоне высокой точности, образованной катушками 4 и 5, происходит изменение ЭДС Ek одной из катушек 5, т.е. отсутствуют мертвые зоны контроля изменений уровня. Для исключения мертвых зон расстояния между центрами катушек 4 и 5 не должны превышать 2^х÷3^х диаметров катушек 4.A protective case 2 immersed in a controlled medium 1 contains a sensor element of the level gauge, in which a series of field coils 4 and a series of measuring coils 5 are fixed on the carrier tube 3, which together form a zone of high accuracy for measuring the level of medium 1. Field coils 4 are connected to an alternator current 10, respectively, around these coils creates an alternating electromagnetic field that covers the space outside the protective cover 2 and the nearest measuring coil 5. Under the influence of electromagnetic of the field in coils 5, an EMF is generated, the value of which depends on the mutual induction coefficient of these coils with the nearest excitation coils 4. If the medium level 1 is lower than coils 4 and 5, their mutual induction coefficient is quite high and a large magnitude of EMF is induced in coils 5. When the level of medium 1 reaches the location of coils 4 and 5, eddy currents are induced by the electromagnetic field of coils 4 and in medium 1, which create their own electromagnetic field, weakening the field of coils 4. The resulting electromagnetic field in the volume around the measuring coils 5 decreases in proportion to the level environment 1 outside the protective cover 2 in the area of the respective pairs of coils 4 and 5 and with complete “flooding” of the pair, the resulting field is minimal, respectively, the minimum and the magnitude of the emf oplennoy "measuring coil 5. Dependence Ek emf measuring coil 5 changes from the level of the medium 1 shown in Figure 1 graph (zone IV). The decrease in the value of Ek of coil 5 begins when the level H of medium 1 reaches the height of the location of the nearest lower excitation coil 4 and ends when the coil 5 is completely “immersed”. At the same time, the level H approaches the nearest higher excitation coil 4 and the EMF Ek decreases of the next highest measuring coil 5. Thus, with any change in the H level of medium 1 in the high accuracy zone formed by coils 4 and 5, the EMF Ek of one of the coils 5 changes, i.e. There are no dead zones for monitoring level changes. To exclude dead zones, the distances between the centers of the coils 4 and 5 should not exceed 2 ^x ÷ 3 ^{x the} diameters of the coils 4.

Зону средней точности измерения уровня на чувствительном элементе образуют два симметричных участка, каждый из которых образован парами обмоток 6 и 7, равномерно намотанных по высоте участков в виде соленоидов или овальных рамок, высота которых равна высоте участка.The zone of medium accuracy of level measurement on the sensitive element is formed by two symmetrical sections, each of which is formed by pairs of windings 6 and 7, uniformly wound around the height of the sections in the form of solenoids or oval frames, the height of which is equal to the height of the section.

Обмотки 6 подключены к генератору переменного тока 10 и являются обмотками возбуждения, создающими в зоне своего расположения равномерное по высоте переменное электромагнитное поле, охватывающее прилегающие объемы измеряемой среды 1 и измерительные обмотки 7, витки которых расположены между витками обмотки возбуждения 6. Выводы катушек 4, 5, 8, 9 и обмоток 6 и 7 заведены внутрь трубы 3 и по этой трубе выведены в верхнюю часть уровнемера для подключения к генератору переменного тока 10 и логическому вычислительномуу устройству 11. Величина ЭДС Е₀, наводимой в обмотках 7 результирующим электромагнитным полем, будет уменьшаться пропорционально высоте уровня Н среды 1, в которую «погружены» обмотки 6 и 7, т.к. пропорционально величине уровня будет уменьшаться коэффициент взаимоиндукции обмоток 6 и 7.The windings 6 are connected to the alternator 10 and are field windings, creating in the area of their location an alternating electromagnetic field uniform in height, covering the adjacent volumes of the measured medium 1 and measuring windings 7, the turns of which are located between the turns of the field winding 6. Coils 4, 5 , 8, 9 and windings 6 and 7 are led inside the pipe 3 and are led through this pipe to the upper part of the level gauge for connection to the alternator 10 and the logical computing device 11. The magnitude of the EMF E ₀ , induced by the resulting electromagnetic field in the windings 7 will decrease in proportion to the height of the level H of the medium 1, into which the windings 6 and 7 are “immersed”, because in proportion to the level value, the mutual induction coefficient of the windings 6 and 7 will decrease.

Нижний и верхний участки зоны средней точности конструктивно симметричны и при отсутствии измеряемой среды 1 за чехлом 2, т.е. нулевой величине уровня Н ЭДС обмоток 7 этих участков будут равны, соответственно, при последовательном встречном их соединении суммарная ЭДС Е₀ пары измерительных обмоток будет равна нулю. По мере «затопления» нижнего участка ЭДС его обмотки 7 будет уменьшаться, при этом ЭДС обмотки 7 верхнего участка будет оставаться максимальной и суммарная ЭДС Е₀ соединенных обмоток 7 начнет увеличиваться пропорционально величине уровня Н (зона I на рис.1), достигая максимального значения при полностью «затопленном» нижнем участке и полностью «сухом» верхнем участке. При дальнейшем подъеме уровня Н и начале «затопления» верхнего участка (зона III на рис.1) ЭДС его измерительной катушки начнет уменьшаться и суммарная ЭДС Е₀ также начет уменьшаться. При полном затоплении верхнего участка суммарная ЭДС Е₀ обмоток 7 снова станет равной нулю. Таким образом, по ЭДС Е₀ нельзя однозначно определить величину уровня Н, каждому значению Е₀ соответствует два значения уровня. Для исключения этой неопределенности между участками расположена пара сигнальных катушек - катушка возбуждения 8 и измерительная катушка 9, электромагнитное взаимодействие которых аналогично взаимодействию катушек 4 и 5 зоны высокой точности измерения уровня. По мере перемещения уровня между нижним и верхним участками (зона III на рис.1) ЭДС Е_с сигнальной измерительной катушки 9 уменьшается и при достижении уровнем Н среды 1 верхнего участка становится минимальной, оставаясь такой при дальнейшем увеличении уровня. Наличие сигнальной пары катушек 8 и 9 в совокупности с обмотками 6 и 7 позволяет точно определить уровень Н среды 1 при его изменении в зоне средней точности. Вычисление уровня производится логическим вычислительным устройством 11, ко входам которого подключены измерительные катушки 5, пара последовательно соединенных обмоток 7 и измерительная сигнальная катушка 9.The lower and upper sections of the medium-precision zone are structurally symmetrical even in the absence of a measured medium 1 behind cover 2, i.e. the zero value of the level H EMF of the windings 7 of these sections will be equal, respectively, when they are connected in series, the total EMF E _{0 of the} pair of measuring windings will be zero. As the "bottom" of the lower portion of the EMF of its winding 7 will decrease, while the EMF of the winding 7 of the upper portion will remain maximum and the total EMF E _{0 of the} connected windings 7 will begin to increase in proportion to the level H (zone I in Fig. 1), reaching the maximum value with a completely "flooded" lower section and a completely "dry" upper section. With a further rise in the H level and the beginning of “flooding” of the upper section (zone III in Fig. 1), the EMF of its measuring coil will begin to decrease and the total EMF E _{0 will} also decrease. With complete flooding of the upper section, the total EMF E _{0 of the} windings 7 will again become equal to zero. Thus, according to the EMF E ₀ it is impossible to unambiguously determine the value of the level H, each value of E ₀ corresponds to two level values. To eliminate this uncertainty between the sections there is a pair of signal coils - an excitation coil 8 and a measuring coil 9, the electromagnetic interaction of which is similar to the interaction of coils 4 and 5 of the zone of high accuracy of level measurement. As the level moves between the lower and upper sections (zone III in Fig. 1), the EMF E _{from the} signal measuring coil 9 decreases and when level H reaches medium 1 of the upper section, it becomes minimal, remaining the same with a further increase in level. The presence of a signal pair of coils 8 and 9 in combination with windings 6 and 7 allows you to accurately determine the level H of medium 1 when it changes in the zone of medium accuracy. The level is calculated by a logical computing device 11, to the inputs of which are connected measuring coils 5, a pair of series-connected windings 7 and a measuring signal coil 9.

При возрастании уровня от нулевого значения в диапазоне нижнего участка (зона I на рис.1) вычисление уровня устройством 11 производится по формуле:When the level increases from zero in the range of the lower section (zone I in Fig. 1), the level calculation by device 11 is performed according to the formula:

где k₁ - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией участков при фиксированной температуре участка;where k ₁ is a constant coefficient determined by the design of the plots at a fixed temperature of the plot;

Е₀ - ЭДС соединенных обмоток 7.E ₀ - EMF of the connected windings 7.

При этом величина ЭДС Е_с сигнальной обмотки максимальна.In this case, the magnitude of the EMF E _{from the} signal winding is maximum.

При достижении уровнем переходной зоны между нижними участками (зона II) вычисление уровня производится по формуле:When the level reaches the transition zone between the lower sections (zone II), the level is calculated according to the formula:

где k₂ - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией сигнальной пары катушек 8 и 9;where k ₂ is a constant coefficient determined by the design of the signal pair of coils 8 and 9;

E_max и E_min - максимальная и минимальная ЭДС измерительной катушки 9, - постоянные величины, определяемые конструкцией сигнальной пары катушек 8 и 9 и током питания катушки 8 - его величина также стабилизирована;E _max and E _min - the maximum and minimum EMF of the measuring coil 9, - constant values determined by the design of the signal pair of coils 8 and 9 and the supply current of the coil 8 - its value is also stabilized;

E_c - ЭДС сигнальной измерительной катушки 9.E _c - EMF of the signal measuring coil 9.

Логическое условие вычисления по формуле 2): E_max>E_c>E_min The logical condition for the calculation according to the formula 2): E _max > E _c > E _min

При изменении уровня в пределах верхнего участка (зона III) вычисление уровня производится по формуле:When the level changes within the upper section (zone III), the level is calculated according to the formula:

где H_I и H_II - высоты зон I и II - постоянные величины, определяемые конструкцией уровнемера;where H _I and H _II are the heights of zones I and II are constant values determined by the construction of the level gauge;

- максимальное значение ЭДС;

- maximum value of EMF;

Е₀ - постоянная величина, определяемая конструкцией участков и током питания обмотки возбуждения 6.E ₀ is a constant value determined by the design of the sections and the supply current of the field winding 6.

Логическое условие вычисления уровня по этой формуле - минимальное значение ЭДС сигнальной измерительной обмотки 9.The logical condition for calculating the level according to this formula is the minimum EMF value of the signal measuring winding 9.

При изменении уровня в пределах зоны IV, т.е. зоны высокой точности измерения, вычисление производится по формуле:When the level changes within zone IV, i.e. high accuracy measurement zones, the calculation is performed according to the formula:

Где H_III=H_I - высоты нижнего и верхнего участков зоны средней точности;Where H _III = H _I - the height of the lower and upper sections of the zone of medium accuracy;

n - количество измерительных катушек 5, у которых ЭДС E_k=E_min;n is the number of measuring coils 5 for which the EMF is E _k = E _min ;

h - расстояние между соседними катушками 5.h is the distance between adjacent coils 5.

Предполагается, что пары катушек 4 и 5 конструктивно аналогичны парам катушек 8 и 9 и расстояния между катушками в этих парах также равны.It is assumed that the pairs of coils 4 and 5 are structurally similar to the pairs of coils 8 and 9 and the distances between the coils in these pairs are also equal.

E_k - ЭДС измерительной катушки, у которой E_max>E_k>E_min.E _k - EMF measuring coil, in which E _max > E _k > E _min .

Логическое условие вычисления уровня по этой формуле - ЭДС E_k нижней измерительной катушки высокой точности E_k<E_max.The logical condition for calculating the level according to this formula is the EMF E _{k of the} lower measuring coil of high accuracy E _k <E _max .

Уровень Н среды 1, вычисленный по формулам 1), 2), 3) или 4), логическим вычислительным устройством 11 преобразуется в аналоговые унифицированные сигналы и цифровые коды для индикации на служебном дисплее и передачи на внешние измерительные и регистрирующие устройства.Level H of medium 1, calculated by formulas 1), 2), 3), or 4), is converted by analog computing device 11 into analog unified signals and digital codes for display on the service display and transmission to external measuring and recording devices.

Конструкция зоны средней точности выполнена в виде двух участков и сигнальной пары катушек по той причине, что коэффициент k₁ в формулах 1), 2), 3) зависит от температуры, т.к. с температурой изменяются электропроводность конструкционных материалов - чехла 2, стальных оболочек кабелей, из которых изготовлены обмотки 6 и 7, несущей трубы 3, а также электропроводность контролируемой электропроводной среды 1.The design of the medium-precision zone is made in the form of two sections and a signal pair of coils for the reason that the coefficient k ₁ in formulas 1), 2), 3) depends on temperature, because with temperature, the electrical conductivity of the structural materials — the cover 2, the steel sheaths of the cables from which the windings 6 and 7, the support pipe 3 are made, as well as the electrical conductivity of the monitored conductive medium 1 change.

В предложенном устройстве в силу симметрии участков температурная погрешность в начале и в конце зоны средней точности приближается к нулю, т.к. при соответствующих величинах уровня Н среды 1 равно или близко к нулю напряжение Е₀ измерительной обмотки. Кроме того, конструктивно проще намотать жесткий кабель в стальной герметичной оболочке диаметром 4÷5 мм на участке длиной около половины высоты зоны средней точности, чем на длине, равной полной высоте этой зоны.In the proposed device, due to the symmetry of the sections, the temperature error at the beginning and at the end of the medium accuracy zone approaches zero, because with the corresponding values of the level H of the medium 1 is equal to or close to zero the voltage E _{0 of the} measuring winding. In addition, it is structurally easier to wind a rigid cable in a steel hermetic sheath with a diameter of 4 ÷ 5 mm on a length of about half the height of the medium accuracy zone than on a length equal to the full height of this zone.

Предлагаемое изобретение позволяет реализовать комплекс требований, предъявляемых к уровнемерам реакторных установок атомных электростанций с жидкометаллическими теплоносителями: обеспечить заданную точность контроля уровня, отслеживать изменение уровня по всей высоте контролируемого диапазона без мертвых зон, минимизировать температурную погрешность уровнемера, уменьшить стоимость уровнемера за счет использования в зоне средней точности для измерительных обмоток и обмоток возбуждения сравнительно коротких отрезков дорогостоящего кабеля по сравнению с длиной кабеля, необходимого для намотки катушек возбуждения и измерительных катушек зоны высокой точности. Потребность в кабеле для катушек составляет ориентировочно 1000 м на метр высоты зоны высокой точности при диметре кабеля 1÷1,5 мм, а для зоны средней точности потребность в кабеле для обмоток примерно 10 м на метр высоты зоны при диаметре кабеля 4÷5 мм.The present invention allows to implement a set of requirements for the level gauges of reactor plants of nuclear power plants with liquid metal coolants: to provide the specified level control accuracy, track level changes over the entire height of the controlled range without dead zones, minimize the temperature error of the level gauge, reduce the cost of the level gauge due to the use in the middle zone accuracy for measuring and field windings of relatively short sections is expensive cable sheath compared to the cable length required for winding field coils and measuring coils of the high precision zone. The need for a cable for coils is approximately 1000 m per meter of height of a zone of high accuracy with a cable diameter of 1 ÷ 1.5 mm, and for a zone of medium accuracy the need for a cable for windings is about 10 m per meter of height of a zone with a cable diameter of 4 ÷ 5 mm.

Температурный диапазон условий работы уровнемеров на АЭС с жидкометаллическими теплоносителями составляет от 200 до 600°C, кроме того, уровнемеры в баке реактора находятся в условиях нейтронного и гамма-излучений очень высокой интенсивности. Приемлемый ресурс работы уровнемера в этих условиях могут обеспечить только чувствительные элементы, катушки и обмотки которых изготовлены из кабелей со стальной нержавеющей оболочкой и минеральной изоляцией между токоведущими жилами и оболочкой. Такие кабели имеют высокую стоимость, соответственно они вносят основной вклад в себестоимость изготовления уровнемеров.The temperature range of the operating conditions of the level gauges at nuclear power plants with liquid metal coolants ranges from 200 to 600 ° C, in addition, the level gauges in the reactor tank are in conditions of neutron and gamma radiation of very high intensity. An acceptable service life of the level gauge under these conditions can be provided only by sensitive elements, the coils and windings of which are made of cables with a stainless steel sheath and mineral insulation between the current-carrying conductors and the sheath. Such cables have a high cost, respectively, they make the main contribution to the cost of manufacturing level gauges.

Claims

An inductive level gauge for monitoring the level of electrically conductive media, containing a sensitive element enclosed in a protective cover immersed in a controlled medium, characterized in that the sensitive element contains high and medium level accuracy measurement zones, the high accuracy zone being made in the form of a series of field coils distributed over the height of the controlled range, and a number of measuring coils inductively coupled to field coils; the medium-precision zone is made in the form of two symmetric sections, each of which contains a field winding and a measuring coil inductively coupled to it, and a signal coil of excitation and a measuring signal coil inductively coupled to it are placed between the sections, while the field windings are connected in accordance, the measuring windings are turned on, the coils and field windings are connected to an alternator, and the measuring coils and windings connected to the inputs of a logical computing device.