DE2626729A1

DE2626729A1 - Geraet zur messung der hoehe einer elektrisch leitenden fluessigkeit

Info

Publication number: DE2626729A1
Application number: DE19762626729
Authority: DE
Inventors: Kerwin C Playfoot; William H Todt
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1977-01-13
Also published as: US3996801A; FR2315081B1; GB1546859A; FR2315081A1; JPS522556A

Description

DipUng. Peter-C. Sroka Dr.-Ing. Ernst Stratmann Patentanwälte

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 14. Juni 1976

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh:," Pa., V. St. A.

Gerät zur Messung der Höhe einer elektrisch leitenden Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Höhe einer elektrisch leitenden Flüssigkeit. Für das Gerät wird insbesondere eine Sonde verwendet, die aus einer induktiv betätigten, bifilar gewickelten Spule besteht, die innerhalb der leitenden Flüssigkeit, z. B. flüssiges Metall, angeordnet ist. Die Primärwicklung der Spule wird von einem konstanten Strom durchflossen, während in der bifilaren Sekundärwicklung ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Höhe davon abhängt, ob die Sekundärwicklung durch das Eintauchen in das flüssige Metall wirksam kurzgeschlossen wird.

Induktive bifilar gewickelte Spulensonden für die Feststellung des Flüssigkeitsspiegels eines flüssigen Metalls sind bekannt. Derartige induktive Sonden finden insbesondere Anwendung bei Natrium- und Natriumkaliumsystemen, die gegenwärtig für Brutreaktorprogramme entwickelt werden. Diese flüssigen Metalle werden als das primäre Kühlmittel in derartigen Reaktorsystemen verwendet. Eine zuverlässige und genaue Einrichtung zur Bestimmung der Höhe des flüssigen Metallkühlmittels in einer gegebenen Kammer ist notwendig. In einem derartigen System muß eine große Anzahl von Sonden für den Metallflüssigkeits-

609882/0776

Telefon (0211) 32 08 58

Telegramme Custopat

spiegel benutzt werden, um die Höhe des flüssigen Metalls an verschiedenen Stellen zu bestimmen. Die aktive Länge der bifilar gewickelten Sondenspule, die benutzt wird, hängt von der jeweiligen Stelle der Sonde und der Empfindlichkeit sowie vom Pegelbereich ab, der für die jeweilige Meßstelle erforderlich ist. Das elektronische Antriebssystem besteht aus einer Konstantstromquelle, die mit der Sonde über einen Transformator verkoppelt ist, so daß ein ausreichender Bereich von Primärwicklungswiderständen der Sonde angetrieben werden kann, ohne daß die Arbeitsbereich des Stromreglers überschritten wird. Es ist daher schwierig, ein einziges elektronisches Antriebssystem zu konstruieren, das sowohl für sehr lange Spulenlängen als auch für sehr kurze Spulenlängen benutzt werden kann. Der Bereich der Spulensondenlängen, wobei jede Spule einen jeweiligen Satz von Sekundärabzapfungen für den Antriebstransformator erfordert, könnte leicht die Leistungsfähigkeit der elektronischen Antriebseinheit für den Konstantstrom überschreiten, die mit dem bisher benutzten sekundären Spannungsmeßinstrument verbunden ist, so daß die gewünschte Genauigkeit nicht aufrechterhalten würde.

Bei bekannten bifilar gewickelten Sondenspulen war es bisher üblich, die Primärspule und die Sekundärspule in einer ausgewogenen Anordnung zu betreiben, d. h., die Spulen waren identisch und der Drahtdurchmesser von Primärspule und Sekundärspule der gleiche. Es ist wünschenswert, die Empfindlichkeit einer bifilar gewickelten Sondenspule verändern zu können und sie auch mit einem herkömmlichen elektronischen Konstantstromantriebssystem zu benutzen, das auch in der Lage sein sollte, verschiedene andere Sondenspulen zu betreiben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Sonde zur Messung der Höhe einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, bei der unter Benutzung eines herkömmlichen KonstantStromsystems eine Empfindlichkeitsänderung möglich ist.

609882/0776

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die erfindungsgemäße Flüssigkeitspegelsonde für leitende Flüssigkeiten umfaßt also eine bifilar gewickelte Transformatorsonde, die in die zu messende Flüssigkeit eintauchbar ist. Der Transformator besitzt primäre und sekundäre Wicklungen, die unausgeglichen sind. Der Drahtdurchmesser der Sekundärspule ist vorzugsweise geringer als der Drahtdurchmesser der Primärspule, um den unausgeglichenen Betrieb zu ermöglichen. Der verminderte Durchmesser für die Sekundärwicklung ermöglicht eine engere Spulenwicklung und größere Empfindlichkeit. Die Unausgeglichenheit der Antriebsspule für die Sondenspule ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von Spulenanordnungen, die von einer gemeinsamen elektronischen Einheit angetrieben werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Meßsonde für die Flüssigkeitshöhe eines Metalls und ein zugehöriges Antriebssystem;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der bifilar gewickelten Sondenspule gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die sekundären Windungen auf einem Kabel aufgebracht sind, wobei der Drahtdurchmesser der sekundären Windungen geringer ist, als der der Primärwindungen; und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer anderen Ausführungsform, bei der die sekundären Windungen kleiner sind als die primären Windungen und wobei die sekundären Windungen innerhalb des Raumes zwischen angrenzenden Primärwindungen gewickelt sind, die die Dornoberfläche bedecken.

609882/0776

Das in der Fig. 1 dargestellte Sondensystem 10 für die Messung der Höhe des Spiegels eines flüssigen Metalls ist bereits verwendet worden. Die bifilar gewickelte Meßsonde 10 für den Flüssigspiegel eines Metalls besteht aus einer primären Wicklung 12 und einer sekundären Wicklung 14. Die längliche Meßsonde wird in ein Sondengehäuse 16 eines Abschlußgefäßes 18 für ein flüssiges Metall eingeführt. Die Sonde 10 mißt den Pegel des flüssigen Metalls innerhalb des Abschlußgefäßes 18. Die Primärwindungen 12 der Sonde 10 sind mit dem elektronischen Antriebstransformator 20 verbunden, der einen konstanten Stromausgang liefert und selbst wiederum mit einer Wechselstromquelle in Verbindung steht. Die Sekundärwindungen 14 der Sonde 10 sind über einen Transformator 26 mit einem Verstärker 24 verbunden. Das Wechselstromerregungssignal wird durch einen Transformator 30 mit einem Verstärker 28 verbunden, wobei die Ausgänge der Verstärker 24 und 28 über Blockiergleichrichter 32 bzw. 34 als Eingänge an einen Differentialverstärker 36 geführt sind. Das Ausgangssignal, das von dem Differentialverstärker geliefert wird, entspricht der Differenz zwischen dem Wechselstromerregungssignal und dem von der Sekundärwicklung 14 erzeugten Signal, das eine Funktion der Höhe des Flüssigmetalls in dem Tank 18 ist. Der Ausgang des Differentialverstärkers kann zum Antrieb eines Anzeigers 40 verwendet werden.

Ein Teil der Sonde 10 ist in Fig. 2 in größeren Einzelheiten dargestellt, in der ein röhrenförmiger Dorn aus rostfreiem Stahl 42 vorgesehen ist, um den die Primärwicklung 12 und die Sekundärwicklung 14 angeordnet ist. Diese Wicklungen 12 und 14 sind vorzugsweise koaxiale Kabel, von denen die äußere leitende Hülle an dem Dorn 42 angelötet ist. Der Mittelleiter des Koaxialkabels arbeitet als Transformatorwicklung. Die aus dem Koaxialkabel bifilar gewickelten primären und sekundären Spulen sind eng um den Dorn aus rostfreiem Stahl mit einem äußeren Durchmesser herumgewickelt, der das Einführen der Sondenspule in ein sackartig geschlossenes Rohr ermöglicht, das in das Abschlußgefäß 18 für das flüssige Metall hineinragt. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, besitzt das Kabel der Primärwicklung

609882/0776

einen größeren Durchmesser, als das Kabel für die Sekundärwicklung. Das Kabel für die Primärwicklung kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1,5 mm besitzen, während das sekundäre Kabel einen Durchmesser von etwa 1,0 mm besitzt. Eine derartig unausgewogene Einheit besäße eine um 20 % größere Empfindlichkeit gegenüber einem ausgeglichenen System, weil eine größere Anzahl von Sekundärwindungen für einen gegebenen Pegelbereich vorgesehen werden kann, wie er von der Länge der bifilaren Spulen bestimmt wird. Der Durchmesser des Mittendrahtes der Sekundärspule ist in gleicher Weise um etwa ein Drittel kleiner als der Durchmesser des Mitteldrahtes des Koaxialkabels der Primärspule. Es sind die Mitteldrähte der Koaxialkabel, die tatsächlich die Transformatorwicklungen ausmachen.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Primärwicklung 12a so gewickelt, daß aneinandergrenzende Windungen sich berühren, so daß die Primärwicklung die gesamte Dornoberfläche bedeckt. Die sekundäre Wicklung 14a ist in dem Raum zwischen angrenzenden Primärwindungen gewickelt. Dies ist wegen der Größendifferenz zwischen dem größeren Durchmesser der Primärwicklung und dem kleineren Durchmesser der Sekundärwicklung möglich.

Die ünausgewogenheit zwischen den primären und den sekundären Wicklungen ermöglicht die Anwendung von unterschiedlichen Metallleitern für primäre und sekundäre Wicklung. Es war bisher üblich, für den Mittelleiter der Koaxialkabel, die für die bifilare ausgeglichene Transformatorsonde benutzt wurden, Material mit hochlinearen Widerstandseigenschaften zu verwenden, wie beispielsweise Zuführungsdraht für Thermoelemente. Erfindungsgemäß wird die Notwendigkeit beseitigt, Thermoelementdraht als Sekundärwicklung zu verwenden. Die sekundäre Wicklung führt keinen wesentlichen Strom, so daß die hauptsächlich gewünschten Eigenschaften gute Dehnbarkeit und Ziehbarkeit sind, die auch eine Reduktion der Größe der Sekundärwicklung für eine größere Genauigkeit ermöglicht. Ein Mitteldraht aus Kupfer kann für das Koaxialkabel der Sekundärwicklung benutzt werden.

609882/0776

Claims

- 6 P a t e Tx t a η s p' r ii c h e ι

Gerät zur Messung der Höhe einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, bestehend aus einer bifilar gewickelten Transformatorsonde, die in die zu messende Flüssigkeit eintauchbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde unausgeglichene Primär- und Sekundärwicklungen (12 bzw. 14) aufweist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unausgeglichenheit sich dadurch ergibt, daß die Sekundärwicklung (14) gegenüber der Primärwicklung (12) ein Koaxialkabel mit kleinerem Durchmesser verwendet.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitteldraht des Koaxialkabels für die Sekundärwicklung (14) gegenüber dem mit hochlinearen Widerstandseigenschaften versehenen Mitteldrahtleiter des Koaxialkabels der Primärwicklung (12) aus einem anderen leitfähigen Metall besteht.

ES/jn 3

609882/0776