RU2558010C2 - Inductive level gauge of liquid-metal coolant - Google Patents
Inductive level gauge of liquid-metal coolant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558010C2 RU2558010C2 RU2013146131/28A RU2013146131A RU2558010C2 RU 2558010 C2 RU2558010 C2 RU 2558010C2 RU 2013146131/28 A RU2013146131/28 A RU 2013146131/28A RU 2013146131 A RU2013146131 A RU 2013146131A RU 2558010 C2 RU2558010 C2 RU 2558010C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- level
- winding
- wall
- excitation
- level gauge
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к приборам контроля уровня жидких металлов и может использоваться для измерения этого параметра в оборудовании и баках ядерных энергетических установок с реакторами на быстрых и промежуточных нейтронах.The present invention relates to instruments for monitoring the level of liquid metals and can be used to measure this parameter in equipment and tanks of nuclear power plants with reactors on fast and intermediate neutrons.
Известен индуктивный уровнемер УИД-1М по патенту РФ №2252397, который применяется для решения этой задачи в буферных баках II контура реакторной установки БН-800 (4-й блок Белоярской АЭС).The inductive level gauge UID-1M according to the patent of the Russian Federation No. 2252397 is known, which is used to solve this problem in buffer tanks of the second circuit of the BN-800 reactor unit (4th unit of the Beloyarsk NPP).
Уровнемер по указанному патенту содержит равномерно распределенные по высоте изменения уровня обмотку возбуждения, измерительную и компенсационную обмотки, закрепленные внутри защитного чехла на фиксированном расстоянии друг от друга. Обмотка возбуждения подключена к генератору переменного тока звуковой частоты, а измерительная и компенсационная обмотки, включенные встречно, - к измерителю напряжения. При нулевой величине уровня коэффициент взаимоиндукции обмоток, а значит, и величина ЭДС измерительной и компенсационной обмоток максимальна. При увеличении уровня и «погружении» обмоток в жидкий металл коэффициент взаимоиндукции обмоток уменьшается за счет вихревых токов, наводимых в контролируемой среде переменным электромагнитным полем обмотки возбуждения, соответственно уменьшается ЭДС измерительной обмотки. Степень уменьшения ЭДС пропорциональна высоте «затопленной» части обмоток, т.е. величине уровня.The level gauge according to the specified patent contains excitation windings evenly distributed over the height level, measuring and compensation windings 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 and compensation windings included in the opposite direction are 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 and compensation windings, 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 controlled medium by the alternating electromagnetic field of the field winding, and the EMF of the measuring winding decreases accordingly. The degree of EMF reduction is proportional to the height of the “flooded” part of the windings, i.e. level value.
Компенсационная обмотка служит для уменьшения температурной погрешности уровнемера, она расположена выше диапазона изменения уровня. Уровнемер по патенту РФ №2252397 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.Compensation winding is used to reduce the temperature error of the level gauge, it is located above the range of level changes. The level gauge according to RF patent No. 2252397 is analog, its output voltage varies linearly and continuously in accordance with the level, but its accuracy is limited by the temperature error, which although it decreases due to the compensation winding, but cannot be reduced to zero due to the geometric asymmetry of the measurement 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.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому устройству является дискретно-аналоговый уровнемер по патенту РФ №2328704.The closest in technical essence to the proposed device is a discrete-analog level gauge according to the patent of the Russian Federation №2328704.
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 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 и обеспечения погрешности не более 1% от диапазона измерения внутри защитного чехла необходимо будет разместить до 60 пар катушек, т.е. 240 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. На изготовление одного такого уровнемера требуется несколько километров кабеля, намотка катушек осуществляется вручную, т.е. для реализации этой конструкции требуются большие материальные и трудовые затраты, прибор становится чрезвычайно дорогостоящим (от 10 до 14 миллионов рублей за единицу).In this level gauge, the 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 measuring coils, the EMF of the latter monotonically 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 the minimum value, the level reaches the sensitivity zone next to the height of the 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 and ensuring an error of not more than 1% of the measuring range, up to 60 pairs of coils will need to be placed inside the protective cover, i.e. 240 conclusions of the ends of coils. When using high-temperature cables in a steel sheath for winding coils, such a number of leads cannot be placed inside the protective cover, since most of its internal section is occupied by the coils themselves. The manufacture of one such level gauge requires several kilometers of cable; the coils are wound manually, i.e. to implement this design requires large material and labor costs, the device becomes extremely expensive (from 10 to 14 million rubles per unit).
Кроме того, сложность конструкции первичного преобразователя снижает его надежность. Достаточно в процессе эксплуатации выйти из строя одной измерительной катушке, как в измеряемом диапазоне образуется неконтролируемый интервал. В процессе опроса катушек мультиплексор доходит до некондиционной катушки, сигнал которой равен нулю, передает его в вычислительное устройство, которое «бракует» нулевой сигнал, прекращает опрос остальных катушек и выдает во внешние цепи сигнал неисправности. Такие случаи были в процессе приемки натрия в сливные баки реакторной установки БН-800 (4-й блок Белоярской АЭС). Единственным способом вернуть работоспособность прибора в этой ситуации является исключение поврежденной катушки из числа опрашиваемых, что означает сознательно допустить наличие «бреши» в диапазоне измерения.In addition, the complexity of the design of the primary Converter reduces its reliability. It is enough during operation to fail one measuring coil, as an uncontrolled interval is formed in the measured range. In the process of polling coils, the multiplexer reaches a substandard coil, the signal of which is zero, passes it to a computing device, which "rejects" the zero signal, stops polling the remaining coils and gives a malfunction signal to external circuits. Such cases were during the intake of sodium into the drain tanks of the BN-800 reactor unit (4th unit of the Beloyarsk NPP). The only way to return the instrument to working in this situation is to exclude the damaged coil from the number of respondents, which means knowingly allowing a “gap” in the measurement range.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции уровнемера, повышение надежности его функционирования и снижение стоимости его изготовления.The aim of the invention is to simplify the design of the level gauge, increase the reliability of its operation and reduce the cost of its manufacture.
Поставленная цель достигается тем, что измерительная обмотка выполнена одновитковой короткозамкнутой, в роли которой выступает металлический трубный каркас обмотки возбуждения протяженностью не менее диапазона измерения уровня, на стенке которого с заданной дискретностью по высоте, равной абсолютной погрешности измерения уровня, диаметрально-противоположно один другому установлены электрически соединенные со стенкой каркаса потенциальные электроды (токосъемники), образующие измерительные пары для вывода индуцированных полем возбуждения разностей потенциалов в стенке трубного каркаса, являющихся мерой погружения уровнемера в жидкометаллический теплоноситель, на вход многоканального вторичного прибора.This goal is achieved by the fact that the measuring winding is made of a single-turn short-circuited, the role of which is a metal tube frame of the field winding with a length not less than the level measurement level, on the wall of which with a given discreteness in height equal to the absolute error of level measurement, diametrically opposite to one another are installed electrically potential electrodes (current collectors) connected to the frame wall, forming measuring pairs for the output of field-induced excitation of potential differences in the wall of the tube cage, which is a measure of immersion of the level gauge in the liquid metal coolant, at the input of a multichannel secondary device.
Пересчет электрических сигналов, поступающих во вторичный прибор, в единицы уровня осуществляется на основе градуировки каждой измерительной пары потенциальных электродов имитационным методом или на стенде с натуральной контролируемой средой.Recalculation of the electrical signals entering the secondary device into level units is based on the calibration of each measuring pair of potential electrodes by the simulation method or on a stand with a natural controlled environment.
Устройство предлагаемого уровнемера поясняется представленными на фиг.1 и фиг.2 упрощенной конструкцией его первичного преобразователя и упрощенной электрической схемой соответственно.The device of the proposed level meter is illustrated in FIGS. 1 and 2 by a simplified construction of its primary transducer and a simplified electrical circuit, respectively.
Первичный преобразователь уровнемера содержит:The primary transmitter of the level gauge contains:
1 - технологический (защитный) чехол;1 - technological (protective) cover;
2 - трубный каркас чувствительного элемента;2 - tube frame of the sensing element;
3 - стенка трубного каркаса;3 - wall of the tube frame;
4, 4′ - продольные седлообразные обмотки возбуждения;4, 4 ′ - longitudinal saddle-shaped field windings;
5 - потенциальные электроды (токосъемники), ℓ - шаг между соседними электродами;5 - potential electrodes (current collectors), ℓ - step between adjacent electrodes;
6 - крепежно-дистанцирующие формирователи обмоток возбуждения;6 - mounting-spacing shapers of the field windings;
7, 7′ - выводы обмоток возбуждения.7, 7 ′ - conclusions of field windings.
На упрощенной электрической схеме указаны только те элементы, которые позволяют понять сам принцип измерения:On the simplified electrical diagram, only those elements are indicated that allow you to understand the principle of measurement:
L1, L2 - обмотки возбуждения;L 1 , L 2 - field windings;
R1, R2, R3, …, Rn - сопротивления стенки трубного каркаса, заключенные на шаге между точками присоединения соседних электродов. Устройство вторичного прибора традиционно: он включает в себя генератор 8, мультиплексор 9, усилитель-нормопреобразователь 10, выпрямитель 11, микропроцессор 12, аналого-цифровой преобразователь 13 и цифроаналоговый преобразователь 14.R 1 , R 2 , R 3 , ..., R n - the resistance of the wall of the tube frame, concluded at the step between the points of attachment of adjacent electrodes. The device of the secondary device is traditional: it includes a
Фиг.3 иллюстрирует схему включения потенциальных электродов между собой. Каждую измерительную пару образуют электроды, расположенные на трубном каркасе диаметрально-противоположно: 1-1′, 1′-2, 2-2′…, (n-1)′-n. Общее количество электродов, установленных в диапазоне измерения уровнемера Н, равно 2n.Figure 3 illustrates a circuit for connecting potential electrodes to each other. Each measuring pair is formed by electrodes located diametrically opposite on the tube frame: 1-1 ′, 1′-2, 2-2 ′…, (n-1) ′ - n. The total number of electrodes installed in the measuring range of the level gauge H is 2n.
Работа предложенного уровнемера происходит следующим образом.The work of the proposed level gauge is as follows.
На обмотки возбуждения L1, L2 (фиг.2) подается переменное напряжение звуковой частоты 6-8 кГц от генератора 8. Стенка трубного каркаса представляет собой короткозамкнутый виток вторичной обмотки трансформатора, первичной обмоткой которого являются L1 и L2. Во вторичной обмотке (стенке каркаса 3 (фиг.1) по закону взаимоиндукции генерируются вихревые токи той же частоты, они создают вторичное электромагнитное поле, действующее встречно электромагнитному полю обмоток возбуждения. ЭДС взаимоиндукции, наведенная в стенке трубного каркаса, на котором намотаны продольные обмотки возбуждения, ставит стенку каркаса 3 под некоторый электрический потенциал φ0 по отношению к физическому нулю («земле»). При погружении защитного чехла 1 (фиг.1) в жидкий металл вихревые токи начинают генерироваться и в нем, ослабляя поле обмоток возбуждения L1, L2 в значительно большей мере, чем токи в стенке чехла (благодаря большей электропроводности жидкого металла и большей толщине слоя, проницаемого электромагнитным полем обмоток возбуждения). За счет этого потенциал стенки каркаса, «погруженного» в жидкий металл φк, становится существенно меньше начального потенциала φ0. Измеряя разность потенциалов (φ0-φк)=ui-i′ по стенке трубного каркаса 3 с помощью контактирующих с ней электродов 5, можно определить границу подъема жидкого металла по защитному чехлу 1. Признаком подъема уровня до отметки установки i-го электрода на стенке каркаса является уменьшение начальной разности потенциалов между электродами, образующими измерительную пару в порядке, указанном на фиг.3. Такое включение диаметрально-противоположно установленных электродов позволяет отслеживать уровень с дискретностью ℓ/2 по диапазону измерения Н. Характер изменения разности потенциалов ui-i′, полученной на модели уровнемера длиной 1200 мм и шагом между противоположными электродами ℓ/2=40 мм, представлен на фиг.4. Ниспадающий участок каждой кривой u1-1′, u1′-2…u(n-1)′-n позволяет отслеживать уровень по диапазону измерения непрерывно, причем сразу по нескольким парам электродов, поскольку кривые u=f(h) имеют перекрывающиеся участки. Это весьма важно с точки зрения надежности контроля уровня, так как выход из строя одного электрода (например, обрыв) не приводит к потере информации об уровне в этом диапазоне и не образует «брешь» в характеристике преобразования уровнемера. Градуировочные характеристики каждой пары электродов получены путем перемещения по защитному чехлу (фиг.1) дюралевого имитатора уровня (толстостенной дюралевой втулки).An alternating voltage of sound frequency of 6-8 kHz is supplied to the excitation windings L1, L2 (Fig. 2) from the
Вычислительное устройство вторичного прибора рассчитывает уровень жидкого металла по формуле:The computing device of the secondary device calculates the level of liquid metal according to the formula:
ki-i′ - коэффициент преобразования измерительной пары, образованной диаметрально противоположными электродами с порядковыми номерами i и i′. Критерии «затопления» электродов выбираются на основе сравнения измеряемой разности потенциалов ui-i′ с ее первоначальным значением (при отсутствии уровня между электродами (i-i′) пары). Например, для уверенного отсчета количества «затопленных» электродов началом «затопления» можно считать уменьшение разности потенциалов на 20% от первоначального значения, концом «затопления» - уменьшение разности потенциалов до 20% от первоначального значения. По сравнению с наиболее близкими по технической сущности решениями - индуктивными уровнемерами по патентам РФ №2252397 и РФ №2328704 - предложенное устройство значительно проще по конструкции, поскольку роль измерительной обмотки в нем играет стенка монтажного трубного каркаса для крепления продольных обмоток возбуждения, а для получения информации об уровне требуются только электрически соединенные со стенкой токосъемники. Расход дорогостоящего обмоточного провода в предложенном уровнемере на два порядка меньше, трудозатраты на его изготовление в несколько раз меньше, чем у известных устройств. Кроме того, надежность измерений уровня у предложенного устройства существенно выше за счет саморезервирования - перекрытия диапазонов измерения соседних измерительных пар потенциальных электродов.k ii ′ is the conversion coefficient of the measuring pair formed by diametrically opposite electrodes with serial numbers i and i ′. The criteria for "flooding" of the electrodes are selected based on a comparison of the measured potential difference u ii ′ with its initial value (in the absence of a level between the electrodes (ii ′) of the pair). For example, to reliably count the number of "flooded" electrodes, the beginning of "flooding" can be considered a decrease in the potential difference by 20% from the initial value, the end of the "flooding" is the reduction of the potential difference to 20% from the initial value. Compared with the solutions closest in technical essence — inductive level gauges according to RF patents No. 22252397 and RF No. 2238704 — the proposed device is much simpler in design, since the role of the measuring winding in it is played by the wall of the mounting tube frame for attaching longitudinal field windings, and to obtain information Levels require only current collectors that are electrically connected to the wall. The cost of an expensive winding wire in the proposed level gauge is two orders of magnitude less, the labor costs for its manufacture are several times less than with known devices. In addition, the reliability of level measurements of the proposed device is significantly higher due to self-reservation - overlapping measurement ranges of adjacent measuring pairs of potential electrodes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146131/28A RU2558010C2 (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Inductive level gauge of liquid-metal coolant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146131/28A RU2558010C2 (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Inductive level gauge of liquid-metal coolant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013146131A RU2013146131A (en) | 2015-04-20 |
RU2558010C2 true RU2558010C2 (en) | 2015-07-27 |
Family
ID=53282818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013146131/28A RU2558010C2 (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Inductive level gauge of liquid-metal coolant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558010C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU785651A1 (en) * | 1978-12-13 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я В-2289 | Liquid level gauge |
SU974134A1 (en) * | 1981-05-19 | 1982-11-15 | Предприятие П/Я В-2679 | Inductor level indicator |
US6164743A (en) * | 1996-04-17 | 2000-12-26 | Hewlett-Packard Company | Ink container with an inductive ink level sense |
RU2328704C1 (en) * | 2006-11-23 | 2008-07-10 | Лешков Владимир Васильевич | Inductive level gauge |
-
2013
- 2013-10-15 RU RU2013146131/28A patent/RU2558010C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU785651A1 (en) * | 1978-12-13 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я В-2289 | Liquid level gauge |
SU974134A1 (en) * | 1981-05-19 | 1982-11-15 | Предприятие П/Я В-2679 | Inductor level indicator |
US6164743A (en) * | 1996-04-17 | 2000-12-26 | Hewlett-Packard Company | Ink container with an inductive ink level sense |
RU2328704C1 (en) * | 2006-11-23 | 2008-07-10 | Лешков Владимир Васильевич | Inductive level gauge |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013146131A (en) | 2015-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3948100A (en) | Probe for measuring the level of a liquid | |
US3678748A (en) | Electrical sensing device for measurement of liquid metal | |
RU2328704C1 (en) | Inductive level gauge | |
RU2558010C2 (en) | Inductive level gauge of liquid-metal coolant | |
RU2477456C1 (en) | Inductive level gauge | |
CN111856345A (en) | Broadband magnetic field sensor device and method for measuring impulse current | |
RU2536835C1 (en) | Inductive level gauge | |
CN205718820U (en) | The probe of a kind of current vortex sensor and current vortex sensor | |
CN102759647B (en) | Converter for meters | |
RU2558144C1 (en) | Inductive level gage for conducting fluids | |
RU2799774C1 (en) | Inductive level gauge | |
CN109141688A (en) | Bridge stress measurement system and its test method based on transformer model | |
US9804286B2 (en) | Method of optimising the output of a sensor for indicating the relative location of a mettalic object | |
US10060763B2 (en) | Sensor assembly for measuring the relative position of a control rod connected to a lead screw within a nuclear reactor | |
CN205209580U (en) | Servo liquid metal liquid level measurement device of exchangeable formula | |
CN111043947A (en) | Nuclear fuel assembly oxide film thickness eddy current testing device | |
US20150369584A1 (en) | Sensor | |
SU678314A2 (en) | Inductive analogue level meter | |
RU2498284C1 (en) | Comparator unit for measurement of sea water salinity | |
CN205209593U (en) | Exchangeable formula liquid metal level gauge of wide range | |
RU2252397C1 (en) | Inductive level meter | |
JPS58144716A (en) | Liquid level gage | |
SU122879A1 (en) | Method for measuring coating thickness | |
SU896386A1 (en) | Mechanical stress pickup | |
Liu et al. | Study on high precision measurement method of chromium plating thickness of zirconium tube |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151016 |