DE1228831B - Vorrichtung zum Ermitteln von Verunreinigungen in einem stroemenden, fluessigen Metall durch Messen des elektrischen Widerstands des Metalls - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIn

Deutsche KL: 421-3/53

Nummer: 1228 831

Aktenzeichen: U 8315IX b/421

Anmeldetag: 4. September 1961

Auslegetag: 17. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der in der Patentanmeldung U 6242 IXb/421 beschriebenen Vorrichtung zum Ermitteln von Verunreinigungen in einem strömenden, flüssigen Metall durch Messen des elestrischen Widerstands des Metalls bei seinem Weg durch ein Ringrohr mit einander gegenüberliegenden Einlaß- und Auslaßanschlüssen, einer elektromagnetischen Vorrichtung mit Induktionsspulen, welche einen Wechselstrom in der Flüssigkeit, die das Rohr durchströmt, induzieren, sowie mit einer Vorrichtung zum Abnehmen einer Spannung, welche ein Maß für diesen Strom ist, und mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Änderungen in der abgenommenen Spannung, wobei die Induktionsspulen mit dem Ringrohr mit Hilfe eines Paares von Magnetkernschleifen gekoppelt sind, welche symmetrisch um das Ringrohr geführt sind, so daß der Wechselstrom in der Flüssigkeit mit gleichen elektrischen Potentialen an den Einlaß- und Auslaßverbindungen induziert wird, und ferner die ao Spannung, die ein Maß für den induzierten Strom ist, durch eine Sondenspule abgenommen wird, die mit den Kernschleifen gekoppelt ist, und temperaturabhängige Organe zum Kompensieren der temperaturabhängigen Widerstandsänderung des Meßguts vorgesehen sind.

Die Weiterentwicklung dieser Vorrichtung, deren Vorteile aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, besteht darin, daß die Organe zum Kompensieren der Widerstandsänderung des Meßgutes aus einem ersten, temperaturabhängigen Widerstand, der sich in Wärmekontakt mit dem strömenden Metall befindet, sowie einem zweiten, von der Temperatur des strömenden Metalls praktisch unabhängigen Widerstand besteht, daß dem ersten Widerstand ein Regeltransformator zugeordnet ist, der den Wert des ersten Widerstands verändert und daß der Widerstandswert des zweiten Widerstands ebenfalls einregelbar ist.

Weitere Erfindungsmerkmale sind darin zu sehen, daß der erste Widerstand und der zweite Widerstand mit der Induktionsspule in Reihe geschaltet sind, daß der Regeltransformator mit einer Wicklung zum ersten Widerstand parallel geschaltet ist, daß ein zweiter Regeltransformator mit einer Wicklung zum zweiten Widerstand parallel geschaltet ist, um dessen Widerstandswert einzuregeln, daß die Ausgangswicklungen der beiden Regeltransformatoren mit der Sondenspule gegensinnig in Reihe mit der Vorrichtung zum Ermitteln der Änderungen geschaltet sind und daß die beiden Transformatoren eine ,gemeinsame Steuervorrichtung aufweisen.

Vorrichtung zum Ermitteln von
Verunreinigungen in einem strömenden,
flüssigen Metall durch Messen des elektrischen
Widerstands des Metalls

Zusatz zur Anmeldung: U 6242IX b/421 —
Auslegeschrift 1 220 173

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Leslie Reginald Blake,

Anthony Rainsford Eames, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. September 1960 (30681)

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Hauptrohr 11 zum Leiten eines flüssigen Metalls, wie Natrium, mit einem Nebenschluß- oder Umwegrohr 12 versehen, das eine geschlossene Bahn in Form eines schleifenartigen Rohrs 13 mit einander gegenüberliegenden Verbindungen 14 bzw. 15 für den Zufluß und Abfluß aufweist. Das Rohrnetz besteht aus rostfreiem Stahl, und die Anordnung ist so, daß der Strom des flüssigen Metalls in dem Prüfrohr senkrecht nach oben erfolgt, um sicherzustellen, daß Gasblasen, Oxyd und andere Verunreinigungen sich in der Rohrschleife nicht festsetzen.

Symmetrisch zur Rohrscheife 13 zwischen den Verbindungen 14 und 15 für den Zufluß und Abfluß ist ein Magnetkern 16 mit zwei Fenstern angeordnet, der aus ferromagnetischen Lamellen und dünnen Glimmerschichten als Isolierung zwischen benachbarten Lamellen besteht. Diese Isolierungen können auch aus Silikatkunstharzen bestehen, die auf einer Seite jeder Lamelle aufgebracht sind; wobei die La-

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mellen paarweise Rückseite auf Rückseite zusammengesetzt werden. Mit Glimmerisolierung kann der Kern bei hohen Temperaturen verwendet werden, ohne daß die Wirbelstromverluste ansteigen. Eine einzige Magnetisierungswicklung 17 ist so um den gemeinsamen Schenkel des doppelfenstrigen Kerns gewickelt, daß sie sich auf einer Seite der Rohrschleife befindet; sie wirkt als Primärwicklung, so daß der Metallfluß in der Rohrschleife die sekundäre Belastung bildet. Ebenfalls um den gemeinsamen Schenkel des Kerns und sehr nahe an der Rohrschleife ist die Sondenspule 18 gewickelt.

Ein Platindraht ist induktionsfrei um eine Glimmermanschette 19 an einem Teil des Prüfrohrs in Stromrichtung von der Rohrschleife gewickelt; dieser Draht dient als Widerstand 20 zum Kompensieren der Temperatur. In der Zeichnung ist nicht dargestellt, daß dieser Widerstand zweckmäßig in Magnesiumoxyd gebettet wird, das als Paste auf die Glimmermanschette aufgebracht wird; außen wird eine Umhüllung aus Asbestband fest um diesen Widerstand gewickelt.

Die Sekundärwicklung eines Stromversorgungstransformators 21, der mit einer (nicht dargestellten) Wechselstromquelle verbunden ist, ist so geschaltet, daß sie die Magnetisierungswicklung 17 durch einen Stromkreis, der in Serie geschaltet den Widerstand 20 zum Kompensieren der Temperatur und einen weiteren Widerstand 22 enthält, speist; der Widerstand 22 besteht aus einem Material, das wegen seines niedrigen Temperaturkoeffizienten gewählt wurde, wie Konstantandraht oder einem Draht aus einer Nickel-Kupfer-Legierung, die als »Manganin« bekannt ist, und er ist räumlich entfernt von dem Rohrnetz für das flüssige Metall angeordnet, damit er thermisch stabil bleibt. Bei der Verwendung von Konstantandraht kann sein kleiner negativer Temperaturkoeffizient ζ. B. durch Hinzufügen eines kurzen Stücks Kupferdraht-ausgeglichen werden, der einen positiven Koeffizienten hat.

Die Sondenspule 18 speist durch einen Spanhungstransformator 23 eine Prüfschaltung, und zwei weitere Spannungstransformatoren 24 und 25, deren Sekundärwicklungen in dieser Schaltung liegen, werden verwendet, um die Spannungsabfälle an den beiden Widerständen 20 bzw. 22 abzunehmen. Die Prüfschaltung ist mit einem phasenempfindlichen Gleichrichtet 26 verbunden, der die Wechselstromsignale in der Prüfschaltung zum Weiterleiten an ein Registriergerät 27 gleichrichtet. Der "phasenempfindliche Gleichrichter' leitet eine Phasenbezugsspannung von einem Widerstand 31 ab und bekommt von einer Wicklung 29 des StEOmversorgungstransformators 21 eine Vorspannung, die gleichgerichtet und dazu verwendet wird, das Registriergerät 27 für die Nullspannung in der Prüfschaltung in eine mittlere Stellung zu bringen. Um einen unerwünschten Störeinfluß zweiter Ordnung zu "vermeiden, der z.B. durch Streuverluste zwischen der Rohrschleife 13 und der Sondenspule 18 entstehen kann, ist eine veränderbare Gegeninduktivität 28 in den Primärkreis des Prüfspultransformators 23 eingeschaltet. Die" Schleifkontakte an den Sekundärwicklungen der Transformatoren 24 und 25 sind/wie bei 30 gezeigt, mechanisch gekoppelt, so daß" die'Spannung, die aus der Widerständskombination 20," 22 stammt, bei der Betriebstemperatur unverändert bleibt, wenn diese Schleifkontakte verstellt werden, um dadurch die relativen Spannungsanteile der beiden Widerstände zu verändern.

Flüssiges Natrium hat einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands von 0,0026 pro Grad Celsius bei 200° C; er ist also größer als die entsprechende Zahl für Platin nämlich 0,0021. Die Verbindungen der Transformatoren 24 und 25 sind deshalb so eingestellt, daß tatsächlich die Spannung von dem thermisch stabilen Widerstand 22 von der Spannung abgezogen wird, die von dem Platinwiderstand 20 zum Kompensieren der Temperatur stammt, damit der Temperaturkoeffizient der Kombination größer als der des Widerstands 20 allein ist.

Im Betrieb induziert die Magnetisierung des Kerns 16 durch die Magnetisierungswicklung 17 einen Wechselstromfluß in den flüssigen Metallstrom durch die Rohrschleife 13 zwischen den Verbindungen 14 und 15 für den Zufluß und Abfluß. Der im flüssigen Metall induzierte Strom erzeugt in der Sondenspule 18 eine Spannung, die sowohl dem Strom als auch der Windungszahl der Sondenspule 18 proportional ist, und diese Sondenspulenspannung wird durch Einstellen an einem einstellbaren Schleifkontakt der Primärwicklung des Transformators 23 mit der Spannung in Abgleich gebracht, die von der Widerstandskombination 20, 22 stammt, damit das Registriergerät 27 den Wert Null anzeigt. Der Schleifkontakt auf der Primärseite des Transformators 23 kann direkt in Weiten eines elektrischen Widerstandes geeicht werden; es kann aber auch die Sekundärseite angezapft und direkt in Leitfähigkeitswerten geeicht werden.

Der Temperaturkoeffizient, der sich aus der Widerstandskombination ergibt, kann verändert werden, wenn verschiedene flüssige Metalle verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die Einstellung der gekoppelten Schleifkontakte 30 so lange verändert," bis bei verschiedenen Temperaturen des' flüssigen Metalls Nullanzeige- erfolgt, wobei ein Metall verwendet wird, das entweder rein ist oder ein kon-

*^J stantes Maß an Verunreinigungen enthält. Zweckmäßig wird dieser Abgleichvorgang ausgeführt, während die Temperatur langsam zwischen den Grenzen eines engen Bereichs schwankt. .'_"..

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Claims (2)

Patentansprüche: - - -

1. Vorrichtung zum Ermitteln von Verunreinigungen in einem strömenden flüssigen Metall durch Messen des elektrischen Widerstands des Metalls bei seinem "Weg durch ein Ringrohr mit einander gegenüberliegenden Einlaß- und Aus-: laßanschlüssen, einer elektromagnetischen Vorrichtung mit Induktionsspulen,, welche einen Wechselstrom in der Flüssigkeit, die das Rohr durchströmt,, induzieren, sowie mit einer. Vorrichtung zum Abnehmen einer Spannung, welche ein Maß für diesen Strom ist, und mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Änderungen in der ;. abgenommenen Spannung, wobei die Induktionsspulen mit dem Ringrohr mit Hilfe eines Paares von Magnetkernschieifen gekoppelt sind, welche symmetrisch um das Ringrohr geführt sind;"'so daß der Wechselstrom in der Flüssigkeit mit gleichen elektrischen Potentialen an den Einlaß- und Äuslaßverbindungen induziert wird, und ferner die Spannung, _die" ein Maß für den induzierten Strom"ist, durch' eine Sondenspule abgenommen' wird, die mit den-'Kernschleifen gekoppelt ist;

und temperaturabhängige Organe zum Kompensieren der temperaturabhängigen Widerstandsänderung des Meßguts vorgesehen sind, nach Patentanmeldung U6242IXb/421, dadurch gekennzeichnet, daß dieOrganezumKompensieren der Widerstandsänderung des Meßguts aus einem ersten, temperaturabhängigen Widerstand (20), der sich in Wärmekontakt mit dem strömenden Metall befindet, sowie einem zweiten, von der Temperatur des strömenden Metalls praktisch unabhängigen Widerstand (22) besteht, daß dem ersten Widerstand (20) ein Regeltransformator (24) zugeordnet ist, der den Wert des ersten Widerstands verändert, und daß der Widerstandswert des zweiten Widerstands (22) ebenfalls einregelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (20) und der zweite Widerstand (22) mit der Induktionsspule (17) in Reihe geschaltet ist, daß der Regeltransformator (24) mit einer Wicklung zum ersten Widerstand (20) parallel geschaltet ist, daß ein zweiter Regeltransformator (25) mit einer Wicklung zum zweiten Widerstand (22) parallel geschaltet ist, um dessen Widerstandswert einzuregeln, daß die Ausgangswicklungen der beiden Regeltransformatoren (24, 25) mit der Sondenspule (18) gegensinnig in Reihe mit der Vorrichtung (26) zum Ermitteln der Änderungen geschaltet sind und daß die beiden Transformatoren (24, 25) eine gemeinsame Steuervorrichtung (30) aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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