DE2719933A1 - Anzeigeeinrichtung zur ermittlung der stellung eines verfahrbaren teils innerhalb eines abgedichteten behaelters - Google Patents
Anzeigeeinrichtung zur ermittlung der stellung eines verfahrbaren teils innerhalb eines abgedichteten behaeltersInfo
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Description
Ir
w
27. April 1977
Anw.-Akte: 27.119
Anmelder: DIAMOND POWER SPECIALTY CORPORATION,
Lancaster, OHIO
Titelt Anzeigeeinrichtung zur Ermittlung der Stellung eines verfahrbaren Teils innerhalb eines abgedichteten Behälters
Die Erfindung betrifft Stellungsanzeigesysteme im allgemeinen und Stellungsanzeigeschaltungen für die Anzeige der
Stellung eines Kernreaktor-Regelstabs im besonderen.
Stellungsanzeigesysteme zur Anzeige der Stellung eines Regelstabs in einem Kernreaktor sind im allgemeinen bekannt.
Solch bekannte Systeme verwenden einen Dauermagneten, der an dem Regelstab befestigt ist, um innerhalb des Reaktors
mit dem Regelstab verfahrbar zu sein. Eine Reedschaltereinrichtung wird im allgemeinen außerhalb des Regelstabgehäuses
entlang der Betriebsetrecke des Regelstabs und somit auf
der Betriebsstrecke des Dauermagneten angeordnet. Venn der Regelstab verfahren wird, werden verschiedene Reedschalter meist mit Permanentmagneten durch den Magnetfluß
des Magneten betätigt und ergeben entsprechende Auegangssignale, deren Grüßen die Stellung des Regelstabs anzeigen.
Diese Auegangssignale werden verwendet, um den Kernreaktor zu regeln.
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Die Reedschalter solcher Reedschalter-Anordnungen haben
eine ihnen eigene Hysteresecharakteristik, d. h. der Reedschalter benötigt eine große Magnetflußhöhe fL, um zu
schließen, und nachdem er einmal geschlossen ist, bleibt er geschlossen, bis die Magnetflußhöhe auf eine niedrige
Magnetflußhöhe φ „ fällt, die bedeutend niedriger liegt
als φ j. Dieser Unterschied zwischen den Magnetflußhöhen
führt zu einer Unsicherheit hinsichtlich der tatsächlichen Stellung des Regelstabs, da der Dauermagnet in einer
ersten Stellung dicht bei dem Reedschalter sein muß, um den Reedschalter zu betätigen, damit dieser sich schließt,
und da er von dem Reedschalter ziemlich weit entfernt sein muß, damit er sich öffnet. Somit kann ein Signal von einem
geschlossenen Reedschalter nur anzeigen, daß der Regelstab sich irgendwo zwischen der ersten und der zweiten Regelstabstellung in Bezug auf den Reedschalter befindet« Dieser
Faktor verhindert die Verwendung von Reedschaltern bei genaueren Kernreaktorregelungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Regelstab eine Stellungsanzeigeeinrichtung zu schaffen, die ein
genaueres Ausgangssignal ergibt, welches die wahre Regelstabstellung anzeigt, wenn Reedschalter zur Anwendung kommen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine
Spannungsteilerbrücke vorgesehen wird, an der entlang eine Reihe von Reedschaltern angeordnet ist, um Ausgangssignale
bei Betätigung zu senden. Die Reedschalter werden so auf Abstand angeordnet, daß sie durch einen verfahrbaren
Dauermagneten betätigt werden, der an dem Regelstab befestigt ist. Wenn der Regelstab verfahren wird, betätigt der
Dauermagnet einzelne Reedschalter, die einen Teil der Spannungsteilerbrücke auf ein Schaltungsausgangsmeßgerät
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aufschalten. Das Ausgangsmeßgerät ist geeicht, um die Regelstabstellung entsprechend der Größe der Spannungsteilerbrücke anzuzeigen, die der Schaltung aufgeschaltet
ist. Jeder Reedschalter besitzt bekanntlich eine Spule, die um ihn herum gewickelt ist, einen Wechselstrom leitet
und ein wechselndes Magnetflußfeld um den Reedschalter herum errichtet, wobei das wechselnde Flußfeld den Reedschalter geöffnet hält. Die Einführung eines äußeren
Flußfeldes in die Nähe des Reedschalters von dem Dauermagneten verlagert das wechselnde Magnetflußfeld, wodurch
es die Flußgrenze für das Schließen des Reedschalters überschreitet und den Reedschalter schließt. Die Entfernung
des äußeren Feldes führt dazu, daß das wechselnde Flußfeld sich nach unterhalb der Grenze für das Öffnen des Schalters
verlagert. Das Hystereseband des Reedschalters wird dadurch negiert, daß der Ausschlag des wechselnden Magnetflußfeldes auf das Hystereseband des Reedschalters bemessen
wird, wodurch dieser sofort auf die Anwesenheit und die Entfernung des äußeren Flußfelds des Dauermagneten anspricht.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es, eine Stellungsanzeigeschaltung zu schaffen, bei der der Hysteresefehler
der bekannten Reedschalter auf ein Geringstmaß herabgesetzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Stellungsanzeige-Anordnung ;
Fig. 2 eine Vergrößerung eines der hysteresekompensierten Reedsohalter gemäß Figur 1,
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-Jf-
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Reedschalterzustände, wenn der Dauermagnet an dem Reedschalter
vorbei führt,
Fig· 4 eine graphische Darstellung des wechselnden Magnetflußfeldes, welches jeden der Reedschalter gemäß
Fig. 1 umgibt,
wechsehden Magnetfluflfeldes der Figur 4 durch das
äußere Flußfeld des Dauermagneten, der sich auf den Reedschalter zu bewegt,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Verlagerung des wechsenden Magnetflußfelds der Fig. 4 durch das
äußere Flußfeld des Magneten, der sich von dem Reedschalter weg bewegt.
Figur 1 zeigt einen Dauermagneten 10, der an eine Leitspindelverlängerung 12 eines nicht dargestellten Regelstabe
angeschlossen ist, und kann innerhalb eines abgedichteten Reaktorgehäuses 14 mit dem Regelstab verfahren werden·
Der Regelstab wird durch bekannte Antriebsvorriohtungen wie
z.B. hydraulische Hubvorrichtungen, Rollenmuttern, Kolben usw., entlang einer festgelegten Strecke L verfahren, die
die Stellungen zwischen dem voll eingefahrenen Zustand des Regelstabs im Gehäuse 14 und dem voll auegefahrenen Zustand
des Regelstabs aus dem Gehäuse 14 begrenzt.
Der Dauermagnet 10 erzeugt ein örtliches MagnetfIuOfeld,
das durch eine nioht-magnetisohe Wand 16 de· Kemreaktor-
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gehäuses Ik verläuft und einen Reedschalter im Bereich des
Dauermagneten 10 betätigt. Dadurch wird der dichte Abschluß des Reaktorgehäuses Ik aufrechterhalten. Außen entlang
der festgelegten Strecke L des Reaktorgehäuses ist in einer Teilung von 50 mm eine Reihe von 72 magnetischen Reedschaltern S. bis S72 angeordnet, die sich in enger Nähe
der Wand l6 befinden und so auf Abstand angeordnet sind, daß sie betätigt werden können, wenn der Dauermagnet 10 auf
der Strecke L verfährt.
Die Reedschalter S. bis S72 werden zwischen 72 Widerständen
R. bis R72 verbunden, die im wesentlichen den gleichen
Widerstand aufweisen und in Reihe geschaltet sind, um eine 72-stufige Spannungsteilerschaltung zu bilden. Die
Spannungsteilerschaltung 18 ist an eine Gleichstromquelle P zu 5 V an einem Ende angeschlossen, wobei Bruchteile
dieser Versorgungsspannung P zu iinem Ausgangsmeßgerät H
dadurch geleitet werden können, daß entsprechende Reedsohalter S, bis S72 geschlossen werden. Die Teilung der
Reedschalter S1 bis S72 wird so gewählt, daß die Betätigung
von zwei benachbarten Reedschaltern S durch den Dauermagneten 10 verhindert wird.
Jeder Reedschalter S, - S72 hat eine Spule C1 - C72,
die um den Reedschalter gewickelt ist, von einer Wechselstroaquelle 20 versorgt wird und parallel zu den anderen Spulen
C. - C72 dadurch gesohaltet ist, daß die einzelnen Spulen
C. - C72 an Stromzuführungsleitungen 22 und 24 angeschlossen
werden. Der Wechselstrom von der Stromquelle 20 errichtet somit ein im wesentlichen gleichen Magnetflußfeld um jeden
Reedsohalter S. - S72, welches die Hysterese negiert, die
man bei den meisten Reedschaltern vorfindet, wie später
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erläutert wird. Da die Hysterese geringfügig zwischen den Reedschaltern schwanken kann, hat jede Spule C. - Q
ein in Reihe angeschlossenes veränderliches Drosselelement 26, durch das das einzelne Magnetflußfeld der Spule geändert
werden kann, um zu den Zungen des Reedschalters zu passen·
In der zuvor erläuterten Schaltung kann ein einzelner gestörter Reedschalter S wesentlich die Wirkungsweise der
Schaltung auf Grund der Einzelbetätigung der Reedschalter S beeinträchtigen. Es sind andere Schaltungen bekannt, die
dieses Problem dadurch beseitigen, daß die Reedschalter in der Reihenfolge überlappend betätigt werden und daß eine
Redundanz von Reedschaltern vorgesehen wird. Somit wird man verstehen, daß die Reedschalteranordnung nach der Erfindung
nicht nur bei der offenbarten Schaltung zur Anwendung kommen kann, sondern auch bei diesen bekannten anderen
Schaltungen.
Die Arbeitsweise des Stellungsanzeigesystems unter Verwendung der hysteresekompensierten Reedschalter S. bis S „
wird nunmehr auf der Grundlage der Figuren 2 bis 6 in Verbindung mit Figur 1 erläutert« Wenn man irgendeinen der
Reedschalter S nimmt, ist festzustellen, daß ohne Speisung der Spule C von der Wechselstromquelle 20 das Schließen
und Öffnen des Schalters der in Figur 3 dargestellten Kennlinie folgen würde. Der Kurve 28 kann man entnehmen, daß,
wenn der Magnet 10 sich dem Reedschalter S nähert, ein Magnetfluß im Bereich des Reedschalters S sioh auf eine
erste Magnetflußhöhe φ. aufbauen muß, bevor der Reedschalter
schließen wird, um ein Signal zu dem Meßinstrument M zwecks Anzeige der Regelstabstellung zu senden· Wenn er
jedoch einmal geschlossen ist, dann bleibt der Reedschalter S geschlossen, selbst wenn die Magnetflußhöhe unter ^1
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liegt, bis der Magnet 10 sich von dem Reedschalter S genügend wegbewegt hat, um den Magnetfluß in dem Bereich
des Reedschalters S auf eine zweite Magnetflußhöhe rf«
fallen zu lassen, die bedeutend niedriger als die erste Höhe rf. liegt. Der Darstellung in Figur 3 kann man
entnehmen» daß ohne Stromversorgung der Spule C der Reedschalter S hei Betätigung nur eine allgemeine Anzeige
ergibt die besagt, daß der Regelstab 12 sich irgendwo in der Nähe des Reedschalters S befindet, wodurch an dem
Schalter S ein Magnetflußfeld errichtet werden kann, das größter ist ale ^2 .
Aus Figur k ist zu erkennen, daß, wenn die Spule C von
der Wechselstromquelle 20 gespeist und durch die regelbare Drossel 26 angepaßt wird, ein wechselndes Magnetfeld rf
um den Reedschalter S herum mit einem Ausschlag oder mit maximalen und minimalen Magnetflußwerten gebildet wird,
die innerhalb der Kurvenhülle φ, und rf„ liegen. Wenn
der wechselnde Fluß rf unterhalb der Kurvenhülle rf.
el X
und ffo gehalten wird, hindert man den wechselnden Fluß rf
Λ el
daran, abwechselnd den Reedschalter in die geschlossene und offene Stellung zu bringen. Aus Figur 5 ist zu entnehmen,
daß die Einführung eines äußeren Magnetflusses rf , wie z.B. vom Magneten 10, dazu führt, daß sich der äußere
Fluß rf mit dem abwechselnden Magnetfluß rf verbindet, um den abwechselnden Fluß rf von der Basislinie 30 um ein
el
entspricht. Wenn sich also der Magnet 10 dem Reedschalter S_ nähert, dann wird der wechselnde Fluß rf um das Maß
JL el
rf verlagert, was schließlich dazu führt, daß der maximale
Ausschlag des wechselnden Flusses rf diskontinuierlich
el
die Flußhöhe rf. überschreitet, bei der der Reedschalter
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geschlossen wird. Die Frequenz der Sinusschwingung des
wechselnden Flusses φ wird vorher so eingestellt, daß sie geringer ist als die mechanische Eigenschwingungszahl
der Zungen des Reedschalters S , um es den Reedschaltern S zu erlauben, geschlossen zu bleiben, nachdem einmal
die Spitzen der Sinusschwingungen des wechselnden Flusses φ beginnen, den Fluß φΛ zu überschreiten· Wenn der
Magnet 10 beginnt, sich von dem Reedschalter S wegzubewegen, dann setzt der äußere Fluß φ die Kombination
aus wechselndem Fluß φ und reduziertem äußeren Fluß φ-.
a
unter die Höhe φ~ herab, wie man der Figur 6 entnehmen
kann, und dann kehrt der Schalter S in seinen offenen Zustand zurück. Wenn der Magnet 10 wieder an dem (Schalter
S in umgekehrter Richtung vorbeikommt, dann beginnt wieder das Wechselspiel zwischen dem äußeren Magnetfluß
φ und dem wechselnden Magnetfluß φ , wodurch die maxi
malen Spitzen der Sinusschwingungen des wechselnden Flusses die Flußhöhe φ* überschreitet, um den Schalter zu schließen.
Den obigen Ausführungen ist zu entnehmen, daß durch richtige
Einstellung des Ausschlags der Sinuskurve des wechselnden Flusses φ , um innerhalb der durch φ, und φζ gebildeten
Hysteresehülle des Reedschalters S zu liegen, die den bekannten
in Reedschaltern herrschende Hysterese auf ein Geringstmaß herabgesetzt, wenn nicht sogar fast beseitigt
werden kann.
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Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE:Αην,-Akte: 27.119SBBSSiBSS( 1.)Anzeigeeinrichtung zur Ermittlung der Stellung eines verfahrbaren Teils innerhalb eines abgedichteten Behälters, unfassen;ein einen Magnetfluß erzeugendes Teil, das an dem beweglichen Teil befestigt und mit diesem verfahrbar ist;eine Reihe von Reedschaltern, die außerhalb des abgedichteten Behälters entlang der Länge des abgedichteten Behälters mit Abstand angeordnet sind, und einzeln durch das den Fluß erzeugende Teil betätigt werden, wenn das verfahrbare Teil sich innerhalb des abgedichteten Behälters bewegt, und dadurch die Stellung des verfahrbaren Teils anzeigt; undan jeder der Reedschalterreihen befestigte Mittel zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflußfeld* im Bereich eines jeden der Reedschalter, und die Hysterese zwischen der betätigten und der nicht betätigten Reedschalterstellung auf ein Geringstmaß herabsetzen·2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflußfelds einschließen:eine Spule, die um jeden Reedschalter gewickelt ist und elektrischen Wechselstrom hindurchleitet undeine an jede der Spulen angeschlossene Wechselstromquelle.3. Anzeigesystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen regelbaren Widerstand, der einzeln an jede der Spulen anschließbar ist.-1 -7098A5/1096ORIGINAL INSPECTEDΔαν.-Akte: 27.1194. Hystereseschwache Reedschaltereinrichtung für eine Stellungeanzeigevorrichtung mit einem magnetischen Teil, das in einem abgedichteten Behälter verfahrbar ist, gekennzeichnet durcheinen Reedschalter, der außerhalb des abgedichteten Behälters angeordnet ist, um normalerweise durch das magnetische Teil auf einer ersten Magnetflußhöhe betätigt und auf einer zweiten Magnetflußhöhe freigelassen zu werden, wenn das magnetische Teil sich in der Nähe des Reedschalters bewegt;eine Wechselstromquelle undeine Drahtspule, die um den Reedschalter herum gewickelt ist, um einen wechselnden Magnetfluß zu erzeugen, der einen Ausschlag hat, welcher zwischen der ersten und der zweiten Flußhöhe liegt, wenn an die Wechselstromquelle angeschlossen«5· Reedschaltereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen regelbaren Widerstand, der zwischen der Drahtspule und der Quelle geschaltet ist und der den auf den Reedschalter aufgebrachten wechselnden Magnetfluß ändert.6. Verfahren zur Verminderung der Hysterese zwischen der Reedschalterbetätigung und -freilassung bei Stellungsanzeigesystemen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Schrittesa· in dem Stellungsanzeigesystem einen Reedschalter vorsehen, der bestimmte Betriebezustände hat, welche einer ersten konstanten Magnetflußhöhe und einer kweiten konstanten Magnetflußhöhe entsprechen, die niedriger liegt als die erste konstante Magnetflußhöhe;- III -709845/1096-JHPl-Anw.-Akte: 27.119b. um den Reedschalter herum einen wechselnden Magnetfluß betätigen, der maximale und miniaale Magaetflußhöhen innerhalb des Bereichs der ersten und zweiten konstanten Magnetflußhöhen hat; undc. ein äußeres konstantes Magnetflußfeld in den Bereich des Reedschalters fahren, um mit dem wechselnden Magnetflußfeld zusammenzuwirken und die Vorher bestimmten Betriebszustände des Reedschalters zu ändern·709845/1096
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