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DE2451283A1 - Vorrichtung zum ueberwachen der elektrischen leitfaehigkeit eines elektrisch leitenden stroemungsmittels - Google Patents

Vorrichtung zum ueberwachen der elektrischen leitfaehigkeit eines elektrisch leitenden stroemungsmittels

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Publication number
DE2451283A1
DE2451283A1 DE19742451283 DE2451283A DE2451283A1 DE 2451283 A1 DE2451283 A1 DE 2451283A1 DE 19742451283 DE19742451283 DE 19742451283 DE 2451283 A DE2451283 A DE 2451283A DE 2451283 A1 DE2451283 A1 DE 2451283A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coils
amplifier
coil
signal
integrating amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19742451283
Other languages
English (en)
Other versions
DE2451283C2 (de
Inventor
John David Mccann
Michael John Poole
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UK Atomic Energy Authority filed Critical UK Atomic Energy Authority
Publication of DE2451283A1 publication Critical patent/DE2451283A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2451283C2 publication Critical patent/DE2451283C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • G21C—NUCLEAR REACTORS
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    • G—PHYSICS
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Description

PATENTANWÄLTE D 59 Siegen
DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Marbi^rTo^ - Postfach462
DIPL.-1NG. ROLF PÜRCKHAUER ™efon: <0271) 54070
Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen
ULQhLMlA _ 2451283 2 8. OKT. 1974
United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street London SWlY 4QP, England
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Voranmeldung· Nr. 52*192/73 vom 12. November 1973 beansprucht
Vorrichtung zum überwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen bzw. Sensoren zum Ermitteln der Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels, in welchesder Sensor eingetaucht ist. Solche Sensoren können dazu verwendet werden, die Temperatur von Strömungsmitteln zu überwachen, deren Leitfähigkeit sich als Folge von Temperaturschwankungen ändert, und außerdem zum Ermitteln von Schwankungen in der Strömungsrate derartiger Strömungsmittel.
Bei bekannten, mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktoren ist der Brennstoff in Unterbaugruppen angeordnet, die sich im Kühlmittelströmungsweg befinden, so daß die Kühlmittelströme parallel über den Brennstoff fließen, um diesen zu kühlen. Bei einem Prototyp von schnellem Reaktor gibt es nicht weniger als *»50 Unterbaugruppen, von denen Jede bis zu Sk Brennst off stifte oder -stäbe enthält. Ein Blockieren in einem dieser Kühlmittelströme kann eine überhitzung des Brennstoffs verursachen, und
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es ist erwünscht, daß der Reaktor-Bedienungsmann eine möglichst frühe Warnung eines solchen Blockierens empfängt.
Es besteht eine "Notwendigkeit d die Temperatur des Kühlmittels oder zumindest Abweichungen der Temperatur von einem vorbestimmten Wert zu überwachen, bevor das Kühlmittel die engen Kanäle der Unterbäugruppen verläßt und sich mit den Ausgangsströmen der anderen Unterbau gruppen vermischt»
Ein wahlloses Mischen einer Anzahl von Kühlmittelströmen bei leicht unterschiedlichen Temperaturen erzeugt Temperaturschwankungen um einen Mittelwert herum, und dies führt zu einem fluktuierenden Signal, das üblicherweise als "Brennstofftemperaturgeräusch" bezeichnet wird. Es ist anzunehmen, daß ein Blockieren eines Kühlmittelstromes einen größeren relativen Effekt auf dieses fluktuierende Signal hat als auf die mittlere Auslaßtemperatur des Kühlmittels» Die Zeitkonstante des Signals liegt jedoch in der Größenordnung von nur wenigen Millisekunden, und bei herkömmlichen Messungen der Temperaturschwankungen unter Verwendung von Thermoelementen gehen alle höheren Frequenzkomponenten des "Temperaturgeräusches" infolge des Vermischens von Kühlmittelströmen mit unterschiedlichen Temperaturen verloren» Ferner sind die Wärmekapazität der Thermoelemente und deren elektrische Isolierung wichtige Begrenzungsfaktoren» Auch ermitteln Thermoelemente die niederfrequenten Komponenten des "Einlaßtemperaturgeräusches" und des"Reaktor-Leistungstemperaturgeräusches",die jeweils durch Änderungen der EinlaßtempeHatur und Schwankungen der Reaktorleistung erzeugt werden.
Die GB-PS 1 252 257 zeigt einen Leitfähigkeitssensor, der die Hochfrequenzkomponenten des "Temperaturgeräusches" zu messen vermag und sich für die Ermittlung von Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit des aus flüssigem Metall bestehenden Kühlmittels eignet, die sich aus Temperaturänderungen ergeben. Der in der obigen britischen Patentschrift beschriebene Leitfähigkeitssensor verwendet zwei Paare von erregten Spulen, die in das aus flüssigem Metall bestehende leitfähige Kühlmittel eingetaucht sind» Die Spulen des einen Paares sind gleichsinnig In Reihe geschaltet, und das Paar bildet einen Sensor-Spulen-
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satz, während die Spulen des anderen Paares gegensinnig in Reihe geschaltet sind und dieses Paar einen Kompenäierungs-Spulensatz in Form einer nicht-induktiven Zweidrahtspule bildet, welche Schaltungs-Impedanzänderungen ausgleicht. Der Sensor-Spulensatz ist elektrisch in Reihe geschaltet mit einem Induktionsvariometer und einer Brückenschaltung mit einem Verhältnis von 1:1, und der Kompensierungs-Spulensatz bildet den Bezugszweig der Brückenschaltung. Eine Energiezufuhr ist vorgesehen, um die Brücke zu erregen, und es sind Mittel vorgesehen, um festzustellen, wenn oder wann die Brücke sich in einem Nullzustand befindet. Der Sensor-Spulensatz und der Kompensierungs-Spulensatz sind nicht gegenseitig induktiv gekoppelt. Die für jeden Sensor des in der GB-PS 1 252 257 beschriebenen Typs erforderliche elektronische Ermittlungsschaltung ist jedoch zu kompliziert, um die Verwendung von solchen Sensoren in großer Stückzahl zuzulassen, wie es für eine individuelle Überwachung jedes Brennstoffkanals in einem Kernreaktor erforderlich wäre.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum überwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels geschaffen, welche sich zusammensetzt aus mindestens zwei elektrischen Spulent die in das Strömungsmittel eingetaucht sind, wobei die eine der Spulen eine Spule bildet, welche mit einem Wechselstrom zu erregen ist, während die andere bei Gebrauch eine Ermittlungsspule bildet, wobei die Spulen relativ zueinander so angeordnet sind, daß sie bei Gebrauch gegenseitig induktiv gekoppelt sind und auch durch das Strömungsmittel induktiv gekoppelt sind, sowie aus einer elektronischen Schaltung, die eine Energiequelle für die Zuführung eines Wechselstromes nach der Spule oder den Spulen, die zu erregen sind, sowie einen Detektor zum Ermitteln der in der Ermittlungsspule oder den Ermittlungsspulen induzierten Spannung und zum Vorsehen einer Anzeige von Änderungen in der induktiven Kopplung zwischen der zu erregenden Spule oder den Spulen und der Ermittlungsspule oder den Ermittlungsspulen enthält.
Die Vorrichtung kann drei Spulen oder Wicklungen aufweisen,
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die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei eine von diesen eine zu erregende Spule bildet und die anderen beiden Ermittlungsspulen bilden. In diesem Falle ist die zu erregende Spule koaxial zu den Ermittlungsspulen angeordnet und sitzt zwischen den Ermittlungsspulen. Alternativ kann eine einzige Ermittlungsspule zwischen den beiden zu erregenden Spulen angeordnet werden«
Die Vorrichtung kann vier Spulen aufweisen, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei zwei von ihnen zu erregende Spulen bilden, während die anderen beiden Ermittlungsspulen bilden. Die beiden Ermittlungsspulen können nebeneinander auf der Achse angeordnet sein und zwischen den zu erregenden Spulen sitzen. In diesem letzteren Falle können die Ermittlungsspulen zueinander elektrisch in Reihe geschaltet sein, und ggf. ■. können sie in dem Fall, wo zwei zu erregende Spulen vorhanden sind, elektrisch in Reihe zusammengeschaltet sein.
Vorzugsweise enthält die elektronische Schaltung Mittel zum Erzeugen eines Bezugssignals, mit dem der der zu erregenden Spule oder den Spulen zugeführte Strom verglichen werden kann. Die Mittel zum Erzeugen des Bezugssignals können eine Rückkopplungsschalt.ung umfassen, die auf Abweichungen von einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Bezugssignal und dem der zu erregenden Spule oder den Spulen zugeführten elektrischen Strom anspricht, um zu versuchen, Abweichungen des der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen zugeführten elektrischen Stromes von dieser vorbestimmten Beziehung zu reduzieren. Die Rückkopplungschaltung kann ferner Mittel zum Ableiten eines Wechselsignals aufweisen, welches eine Anzeige für den Strom ist, der der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen zugeführt wird, ferner eine erste Gleichrichtungsschaltung zum Gleichrichten dieses Wechselsignals, einen ersten Integrierverstärker zum Erzeugen eines Ausgangssignals, welches das Integral das Ausgangssignals von der ersten Gleichrlchtungsschaltung mit Bezug auf die Zeit ist, und kann ferner einen Regelverstärker aufweisen, der in Ansprecherwiderung auf das Ausgangssignal vom ersten Integrierverstärker den Strom einregelt, der der zu erregenden Spule oder den zu
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erregenden Spulen zugeführt wird.
Vorzugsweise ist ein erster nicht-integrierender Verstärker zum Verstärken des Ausgangssignals der ersten Gleichrichtungsschaltung vorgesehen, und der erste nicht-integrierende Verstärker ist zum ersten integrierenden Verstärker parallelgeschaltet. Dieser erste integrierende Verstärker kann ein Umkehrverstärker sein, während der erste nicht-integrierende Verstärker ein nichtumkehrender Verstärker ist. Alternativ kann der erste integrierende Verstärker ein nicht-umkehrender Verstärker sein, während der erste nicht-integrierende Verstärker ein Umkehrender Verstärker ist.
Die elektronische Schaltung kann ferner eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen zugeführten Stromes mit einem Signal enthalten, welches eine Anzeige für die Spannung ist, die in der Ermittlungsspule oder in den Ermittlungsspulen induziert wird, sowie zum Erzeugen eines Ausgangssignals, welches eine Anzeige für die Differenz zwischen dem der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen zugeführten Strom und dem durch die Ermittlüngsspule oder -spulen erzeugten Signal ist. Die Vergleichsschaltung kann in elektrischer Reihenschaltung Mittel zum Empfangen des Signals aufweisen, welches durch die Ermittlungsspule oder -spulen erzeugt wird, ferner eine zweite Gleichrichtungsschaltung zum Gleichrichten des durch die Ermittlungsspule erzeugten Signals und einen zweiten Integrierverstärker zum Erzeugen eines Ausgangssignals, welches das Integral des Ausgangssignals von der ersten . Gleichrichterschaltung mit Bezug auf die Zeit ist.
Ein zweiter nicht-integrierender Verstärker kann parallel zum zweiten integrierenden Verstärker geschaltet sein, wobei in diesem Falle der zweite integrierende Verstärker ein umkehrender Verstärker und der zweite nicht-integrierende Verstärker ein nicht-umkehrender Verstärker oder der zweite integrierende Verstärker ein nicht-umkehrender Verstärker und der zweite nichtintegrierende Verstärker ein umkehrender Verstärker ist.
Die elektronische Schaltung kann Mittel zum Vergleichen der Ausgangssignale des ersten nicht-integrierenden Verstärkers und des ersten integrierenden Verstärkers mit einem Signal aufweisen, welches" der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des zweiten nicht-dntegrierenden Verstärkers und des zweiten integrierenden Verstärkers entspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Beziehung zwischen Änderungen des der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen zugeführten Stromes und Änderungen des durch die Ermittlungsspule oder -spulen erzeugten Signals relativ zu vorbestimmtön Mittelwerten entspricht«
Die elektronische Schaltung kann ferner Mittel zum Vergleichen des Ausgangssignals des ersten integrierenden Verstärkers mit dem Ausgangssignal des zweiten integrierenden Verstärkers und zum Vorsehen einer Anzeige für die Beziehung zwischen den mittleren Pegeln des der erregten Spule öder den erregten Spulen zugeführten Stromes und dem durch die Ermittlungsspule oder -spulen erzeugten mittleren Signals enthalten.
Die elektronische Schaltung kann auch Mittel zum Vergleichen des Ausgangssignals des zweiten integrierenden Verstärkers mit dem Ausgangssignal des zweiten nicht-integrierenden Verstärkers enthalten, und zwar zum Vorsehen einer Anzeige für die Beziehung zwischen dem mittleren Pegel des Signals, welches die in der Ermittlungsspule oder in den Ermittlungsspulen induzierte Spannung anzeigt, und den Schwankungen des Signals zu liefern, welches die in der Ermittlungsspule oder in den Ermittlungsspulen induzierte Spannung artzeigt.
Die elektronische Schaltung kann Mittel zum Vergleichen des AusgangsSignals des ersten nicht-integrierenden Verstärkers mit dem Ausgang-.des zweiten nicht-integrierenden Verstärkers zur Schaffung einer Anzeige für die Beziehung der Änderungen des der Spule oder den Spulen zugeführten Stromes und den Änderungen des Ausgangssignals der Ermittlungsspule oder -spulen enthalten.
In dem Fall, wo die Vorrichtung zwei Ermittlungsspuleri hat, können die Ermittlungsspulen so angeordnet sein, daß sie einen
ζ ,· fl
Gegentakteingang für zwei Verstärkerkanäle bilden. In diesem Falle weist jeder der Verstärkerkanäle einen Regelverstärker und eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des Ausganssignals des Regelverstärkers auf. Jede der Ermittlungsspulen ist miteinem Eingang von einem der Regelverstärker verbunden, während der Ausgang jedes der Kanäle mit einem Eingang eines Differentialverstärkers verbunden ist, der beiden Kanälen-gemeinsam zugehört. Der Differentialverstärker vergleicht das Ausgangssignal der Kanäle und erzeugt ein Ausgangssignal, welches dazu verwendet wird, den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers jedes Kanals in Ansprecherwiderung auf das Ausgangssignal des Differentialverstärkers zu ändern.
Vorzugsweise sind Mittel zum Erzeugen eines Bezugssignals vorgesehen, mit welchen das Ausgangssignal des DifferentialVerstärkers verglichen wird, und es sind Mittel zum Erzeugen eines Signals vorgesehen, welches eine Anzeige für die Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Ausgangssignal des Differentialverstärkers ist und welches dazu verwendet wird, den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers Jedes Kanals zu steuern.
Das Au s gangs signal jedes Kanals kann, einer Potential-Teilungsschaltung zugeführt werden,- so daß ein Signal, welches die Differenz zwischen den Ausgangssignalen jedes Kanals anzeigt, erzeugt wird. Das Signal,· welches die Differenz zwischen den Ausgangssignalen jedes Kanals anzeigt, wird vorzugsweise der Eingangsklemme eines integrierenden Verstärkers und eines nichtintegrierenden Verstärkers zugeführt.
Das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers und das Ausgangssignal des nicht-integrierenden Verstärkers werden vorzugsweise einer Potential-Teilungsschaltung zugeführt, so daß ein Signal, welches der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des integrierenden und des nicht-integrierenden Verstärkers, entspricht, erzeugt wird.
Wenn eine Vielzahl von Ermittlungsspulen oder erregten Spulen
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vorgesehen ist, können die Anordnung der erregten Spule oder Spulen relativ zu der Ermittlungsspule oder den Ermittlungsspulen sowie die induktive Kopplung zwischen diesen so angeordnet sein, daß die elektrische Leitfähigkeit des Strömungsmittels in zwei oder mehr Bereichen überwacht wird.
Eine oder mehrere solcher auf diese Weise konstruierten Vorrichtungen können verwendet werden, um die elektrische Leitfähigkeit eines fließenden Stromes in zwei Bereichen zu überwachen, wobei der eine im Gegenstrom zum anderen läuft, um beispielsweise die Temperatur des Strömungsmittels zu messen. In diesem Falle können Mittel zur Unterscheidung zwischen Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit des Strömungsmittels infolge Tempe.raturänderungen und Magnetflußstörungen, Beeinträchtigungen der Induktivität und reflektierter Impedanz des Strömungsmittels infolge von Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels vorgesehen sein.
Die Folge von Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit tritt als eine "scheinbare" Änderung in der elektrischen Leitfähigkeit des Strömungsmittels in Erscheinung, aber in Wirklichkeit ändert die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit nicht die elektrische Leitfähigkeit des Strömungsmittels, sondern ändert eher die induktive Kopplung zwischen dem Strömungsmittel und der Ermittlungsspule oder den Ermittlungsspulen und stört den Magnetfluß, der , in der Nähe der Ermittlung entlang der Flußlinie erzeugt wird.
Um zwischen Änderungen in der Ermittlerspulenspannung infolge entweder von Temperaturänderungen oder Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels zu unterscheiden, kann die Ermittlungsspule oder können die Ermittlungsspulen relativ zu der erregten Spule oder den erregten Spulen so angeordnet werden, daß die Strömung des Strömungsmittels dazu dient, die Kopplung zwischen der erregten Spule und einer ersten Ermittlungsspule zu begünstigen, aber dazu dient, die Kopplung zwischen der erregten Spule und einer zweiten Ermittlungsspule zu schwächen. In diesem Falle kann durch Addieren der Ausgänge der beiden Ermittlungsspulen die Wirkung der. Strömungsgeschwindig-
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keit des Strömungsmittels beseitigt werden. Andererseits können durch Subtrahieren des Ausganges der einen Ermittlungsspule von dem der anderen Ermittlungsapule die kombinierten Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur bestimmt werden.
Einem weiterem Merkmal der Erfindung zufolge wird ein Temperatursensor zum überwachen der Temperatur eines aus flüssigem Metall bestehenden Kühlmittelstromes in einem Kernreaktor durch Überwachung von Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels geschaffen, der eine Vorrichtung umfaßt, die wie vorerwähnt aufgebaut ist.
Ferner umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Überwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels, bestehend aus den Verfahrensschritten desJAnordnens von zwei Spulen im Strömungsmittel, derart, daß die Spulen gegeneinander induktiv gekoppelt und durch das Strömungsmittel induktiv gekoppelt sind, des Erregens der einen der Spulen mit einem Wechselstrom und des Ermitteins des Ausgangs aus der anderen Spule in einer solchen Weise, daß Veränderungen in der induktiven Kopplung des Strömungsmittels ermittelt werden.
Eine Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung zum überwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels,
Fig. 2 ein Schaltbild einer elektronischen Steuervorrichtung zur Verwendung bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sowie zur Verwendung bei den Vorrichtungen nach den Fign. 3-5 zum Ermitteln nur der Temperatur, die
Fign. 3-5 Alternativ-Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Anzeigen der Temperatur sowie der Strömung und der Temperatur eines elektrisch leitenden Strömungsmittels, während
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Pig. 6 ein Schaltbild von zusätzlichen elektronischen Schaltungen wiedergibt, die zur Verarbeitung von Strömungsinformation aus den Ermittlungsspulen der Vorrichtungen nach.den Pign. 3-5 erforderlich sind.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum überwachen der elektri- sehen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels 2, in welches die Vorrichtung eingetaucht ist. Der Formkörper 3 ist aus Edelstahl hergestellt und besteht aus einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 6mm, einem Außendurchmesser von 7mm und einer Länge von 70 mm (wobei die durch die Wicklungen bedeckte Gesamtlänge etwa 50 mm beträgt). Der Formkörper 3 ist an seinen Enden mit Flanschen H versehen. Auf den Formkörper 3 sind Spulen 5 und 6 gewickelt, die aus Draht mit einer keramischen oder einer anderen Hochtemperaturisolierung gefertigt sind. Mineralisolierte Versorgungskabel 7 sind in die Planschen 1J hartgelötet oder geschweißt, und deren Innenleiter sind mit den Spulen 5 und 6 verbunden. Die so aufgebaute Vorrichtung wird mit einem dünnen Edelstahlmantel 8 überdeckt, und der komplette Sensor ist so ausgelegt, daß er innerhalb eines Edelstahl-Tauchrohres 9 arbeitet, welches eine physikalische Sperre zwischen dem Sensor und dem elektrisch leitenden Strömungsmittel 2 bildet, welches im typischen Fall flüssiges Natrium mit einer Temperatur von 600 C ist, welches sich um die Außenseite des Rohres 9 herum befindet.
Im Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 wird die Spule 5 erregt, während die Spule 6 eine Ermittlungsspule bildet; beide Spulen 5, 6 sind induktiv miteinander gekoppelt und sind induktiv durch das elektrisch leitende Strömungsmittel 2 gekoppelt.
Es ist ersichtlich, daß das Strömungsmittel 2 effektiv eine Tertiärwicklung mit einer einzigen Windung bildet, die die Länge des Formkörpers 3 überspannt. Ferner wird die an der Ermittlungsspule 6 erscheinende Spannung abhängig sein vom Kopplungsfaktor zwischen den Spulen 5 und 6 und den reflektierten Einwirkungen des Strömungsmittels 2. Wird der Kopplungsfaktor hoch angesetzt, dann werden hohe Pegel von Spulenspannung erhalten, aber die Empfindlichkeit für Änderungen im Strömungsmittel 2 ist gering.
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ymgekehrt, durch Verwendung einer schwachen Kopplung, kann die Amplitude der Spulenspannung so eingestellt werden, daß sie sich mit einer Geschwindigkeit ändert, die gleich der Geschwindigkeit der Änderung des spezifischen Widerstandes des umgebenden Strömungsmittels 2 ist.' Bei schwacher Kopplung sind jedoch die Signalpegel gering,und eine bessere Gesamtleistung wird erzielt, wenn eine Kopplung verwendet wird, die annähernd die Hälfte der äußersten Empfindlichkeit für Änderungen des spezifischen Widerstandes ergibt. Dieser Optimalwert der Kopplung erscheint im Bereich K= 0,1 0,3, wobei K der Kopplungsfaktor ist.
Die elektrische Steuerschaltung für die Vorrichtung nach Fig. ist in Fig. 2 dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist schematisch dargestellt, und die induktive sowie die ohmsche Komponente infolge des umgebenden leitenden Strömungsmittels 2 sind ebenfalls schematisch angedeutet. Die Spule 5 ist mit einer ausgeglichenen Sekundärwicklung 10 eines Transformators 11 verbunden. In gleicher Weise ist die Ermittlerspule/der Vorrichtung 1 mit einer ausgeglichenen Primärwicklung 12 eines Transformators 13 mittels mineralisolierter Kabel 7 verbunden.
Eine stabile Wechselspannungsquelle (im typischen Fall 1 kHz für Sensoren, die im Innern eines Tauchrohres 9 mit einem Außendurchmesser von 13 mm , umgeben von flüssigem Natrium mit 600°C, arbeiten) gibt ihre Spannung an eine Eingangsklemme 15 des Regelverstärkers 16. Die 1-kHz-Wellenform wird weiter verstärkt durch einen Leistungsverstärker 17 in Form einer integrierten Schaltung von 3 Watt. Der Leistungspegel des Verstärkers 17, im typischen Fall 1 Tdis 2 Watt Effektivwert, wird an das eine Ende einer Primärwicklung l8 des Transformators 11 geliefert. Ein Widerstand 19 ist zwischen das andere Ende der Primärwicklung und einen Erdanschluß 20 elektrisch in Reihe geschaltet. Da scheinbar der gesamte in der Primärwicklung 18 des Transformators 11 fließende Strom die Spule der Vorrichtung 1 betreiben soll, ist die am Widerstand 19 entwickelte Spannung proportional dem in der Spule 5 fließenden Strom. Die am Widerstand 19 erscheinende Spannung wird durch einen Verstärker 21 verstärkt, durch eine Gleichrichterschaltung 22 gleich-
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gerichtet und nach dem Eingang eines umkehrenden, integrierenden Verstärkers 23 weitergeleitet, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen (das dem in der Spule 5 fließenden Strom entspricht), und wird ferner dem Eingang eines nicht-umkehrenden, nichtintegrierenden Verstärkers 24 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 23 wird rückgekoppelt und mit einer Gleichstrom-Bezugsspannung vergliche^ jegliche Fehler zwischen der Spannung am Ausgang des Verstärkers 23 und der Bezugsspannung werden durch einen Verstärker 25 verstärkt und dazu verwendet, die Verstärkung des Verstärkers zu steuern. Durch Schließen der Rückkopplungsschleife werden die Spannung am Widerstand 19 und somit der Strom, der durch die Spule;5 der Vorrichtung 1 fließt, stabilisiert. Der stabilisierte Strompegel in der Spule 5» im typischen Falle 30-40 mA Effektivwert, kann durch verschiedene Mittel eingestellt werden, wie beispielsweise durch die Auswahl der Bezugsspannung, den Wert des Widerstandes oder, zu Abgleichzwecken, durch Einregelung eines Rege!Widerstandes 80, der in die Eingangsleitung zum Verstärker 21 zwischen dem Erdanschluß 20 und der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 19 und der Primärwicklung 18 des Transformators 11 geschaltet ist.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 24 ist ein konstanter Gleichstrompegels auf den Signale überlagert werden, die eine Anzeige für KurzzeitSchwankungen des Stromes in der Spule 5 und Gleichtaktstörungen sind» Da der Verstärker 23 ein umkehrender Verstärker ist0 wird das Ausgangssignal des-Verstärkers 24 gegenüber dem Ausgangssignal des Verstärkers 23 von umgekehrtem Vorzeichen sein. Wenn somit zwei gleiche Widerstände, 26 und 27, zwischen die Ausgänge der Verstärker 23ß 24 in Reihe geschaltet werden, dann können diese Ausgangssignale verglichen werden, und das Differenzsignal an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 26s 27 kann durch einen Verstärker 28 verstärkt werden.
Da die Spule 6 mit der Spule 5 und mit dem elektrisch leitenden Strömungsmittel 2 Induktiv gekoppelt ists induziert der durch die Spul© 5 fließende Strom eine Spannung in der Spule ββ Die Spule 6 erzeugt ein .Ausgangssignalp- im typischen Falle 30-40 mV Effektivwert, an der Sekundärwicklung 29 des.Transformators 13. Die eine Seite der Sekundärwicklung 29 liegt an Erde 20g während
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die andere Seite mit einem umkehrenden Verstärker 30 verbunden ist, der das an der Sekundärwicklung 29 des Transformators 13 erzeugte Signal verstärkt« Das verstärkte Signal wird dann durch die Gleichrichterschaltung 31 gleichgerichtet, um einen Gleichstrom-Ausgangspegel von etwa 8 Volt zu erzeugen, auf den Signale überlagert werden, die für KurζzeitSchwankungen in der elektrischen Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Strömungsmittels 2 bezeichnend sind. Die Verstärker 21 und 30 sind mit frequenzselektiver Rückkopplung ausgestattet, die so eingerichtet ist, daß sich eine maximale Verstärkung bei der Antriebsftequenz von 1 kHz ergibt. Obwohl der Q-Wert (etwa 3) der Verstärker niedrig liegt, wird eine gute Unterdrückung sowohl von Hochfrequenz- als auch Niederfrequenzgeräusch erzielt. Die Spannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung 3i wird fast direkt proportional der augenblicklichen Temperatur des elektrisch leitenden Strömungsmittels 2 sein, und die Zeitauflösung ist eine Funktion der Antriebsfrequenz, der physikalischen Abmessung des Sensors und der Zeitkonstanten der gesamten elektronischen Schaltung. Eine typische Zeitauflösung des beschriebenen Systems kann in der Größenordnung von 10 Millisekunden liegen. Durch Erhöhung der antreibenden Frequenz (am Eingang 15) auf etwa 4 kHz und entsprechende Änderung der Werte der frequenzselektiven Elemente der Schaltungen können Auflösungszeiten von annähernd 2 Millisekunden erzielt werden.
Das Ausgangssignal von der Gleichrichterschaltung 31 wird dem Eingang eines umkehrenden, integrierenden Verstärkers 32 und eines nicht-integrierenden, nicht-umkehrenden Verstärkers 33 zuv geführt. Auf diese V/eise können kleine, aber schnelle Schwankungen In der Temperatur dadurch gemessen werden, daß die integrierten und nicht-integrierten Signale subtrahiert werden und dann die Differenz unter Verwendung des Verstärkers 34 verstärkt wird, und zwar in einer ähnlichen Weise, wie es mit Bezug auf die Verstärker 23, 24 und 28 beschrieben wurde.
Die Gesamtempfindlichkeit der vorübergehenden Temperatursignale ist derart, daß eine Änderung in der Amplitude des Signals an der Sekundärwicklung 29 des Transformators 13 von 1 % eine
B n 9 ft 2 c· / 0 $ 1 7.
- IH -
6-VoIt-Änderung am Ausgang eines Verstärkers 35 erzeugt.
Um sicherzustellen, daß Änderungen bzw. Schwankungen von - 0,1 % in der Signalampli'tude mit Sicherheit ermittelt werden können, muß das Hintergrundgeräusch auf einem Minimum gehalten werden. Um dies zu erreichen wird das Differenzsignal am Ausgang des'Verstärkers J>H dem Eingang 37 des Verstärkers 35 mittels eines Widerstandes 36 zugeführt, der mit dem Widerstand 38 und dem Ausgang des Verstärkers 28 elektrisch in Reihe geschaltet ist. Auf diese Weise werden Schwankungen in der Amplitude infolge von Unzulänglichkeiten im antreibenden Strom oder von einer Gleichtaktstörung am Eingang des Verstärkers 35 durch die Signale vom Verstärker 28 her beseitigt. Die Signale vom Verstärker J>k werden gegenüber jenen vom Verstärker 28 von entgegengesetztem Vorzeichen sein.
Am Ausgang der integrierenden, umkehrenden Verstärker 23, 32 liegen zwei gleiche Widerstände 39, 70, die in Reihe geschaltet sind. Die Ausgangssignale der integrierenden, umkehrenden Verstärker 23, 32 können daher verglichen werden, und das Differenzsignal an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 39, 70 kann dann durch einen Verstärker 71 verstärkt werden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 71 ist eine konstante Gleichstromspannung, die für die Isttemperatur des Strömungsmittels 2 bezeichnend ist.
Zum Zwecke der Eichung kann der Ausgang des Verstärkers 71 auf einen Gleichstrom-Nullausgang bei einer gewählten Bezugstemperatur, typischerweise 45O0C für flüssiges Natrium in einem Prototyp von schnellem Reaktor, eingestellt werden. Der Ausgang des Verstärkers 71 könnte so eingerichtet werden, daß er im typischen Fall + 12 V Gleichstrom erzeugt, wenn der Sensor von flüssigem Natrium mit Temperaturen im Bereich von 300-60O0C, d.h.* 1500C um die Bezugstemperatur herum, umgeben ist.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 ist nicht in der Lage, zwischen Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Strömungsmittels 2, die sich aus der Temperatur ergeben, waä ylußstörungen infolge
der Strömung des leitenden Strömungsmittels zu unterscheiden. (Das sich bewegende Strömungsmittel stört das Magnetflußmuster in Richtung der Strömungslinie). Die Vorrichtungen nach den Pign. "bis 5 können jedoch dazu verwendet werden, zwischen Temperatur oder Strömungsänderungen zu unterscheiden.
Die Vorrichtung 1 nach Fig. 3 ist in einer ähnlichen Weise wie die nach Fig. 1 aufgebaut, außer daft die Wicklungen der Spule in zwei Abschnitte 5A, 5B aufgespalten sind (vom elektrischen Standpunkt aus ist die Spule 5 immer noch eine einzige Spule), und die Spule 6 ist zwischen jeder Hälfte der Spule 5 angeordnet. Flußstörungen aufgrund der Bewegung des Strömungsmittel 2 haben das Bestreben, die Kopplung zwischen dem einen der Abschnitte der Spule 5 und der Ermittlungsspule 6 zu unterstützen, während sie " gleichzeitig die Kopplung zwischen dem anderen Abschnitt der Spule und der Ermittlungsspule 6 vermindern. Auf diese Weise können die Fluß-Störeffekte infolge der Strömung automatisch beseitigt werden, und die Vorrichtung wird für die Strömung unempfindlich. Die Vorrichtung 1 nach Fig. 3 kann weiter abgeändert werden, damit eine Temperatur- und Strömungsinfibrmation zugleich bestimmt werden können. Dazu kann die Spule β mit einem in der Mitte angezapften Ausgang (nicht dargestellt) ausgestattet werden, um effektiv zwei Spulen 6A, 6B in einer Gegentakt-Ausgangsart vorzusehen. Auf diese Weise können die Signale aufgrund unterschiedlicher Kopplungsbedingungen zwischen den Spulen 5 und 6 an jedem Ende der Spule 5 dazu verwendet werden, eine Anzeige für die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels 2 zu liefern.
Die Vorrichtung nach Fig. 4 kann dazu verwendet werden, Temperatur- und Strömungsänderungen des Strömungsmittels aufzuzeigen. Die Vorrichtung nach Fig. M ist in ähnlicher Weise wie diejenige nach Fig. 1 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß die Windungen der Ermittlungsspule 6 in zwei Abschnitte 6A und 6B aufgespalten sind, und nicht die Windungen der Spule 5. Die Flußstörungen bzw. -Verzerrungen infolge der Bewegung des Strömungsmittels 2 haben das Bestreben, die Kopplung zwischen der Spule 5 und dem einen der Abschnitte 6A und 6B der Spule 6 zu unterstützen, während sie gleichzeitig die Kopplung zwischen dem anderen Abschnitt der Spule und der Spule 5 vermindern. Addiert man die Ausgänge von beiden
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Abschnitten 6A und 6B der Spule 6, dann werden die Flußverzerrungseffekte beseitigt, und der kombinierte Ausgang ist für Temperaturanderun gen bezeichnend. Wenn andererseits der Ausgang des einen Abschnittes der Spule 6 vom Ausgang des anderen Abschnittes der Spule 6 subtrahiert wird, so stellt das Differenzsignal die Änderung in der Kopplung zwi'schen den Spulen 5 und 6 infolge der Strömung dar.
Die Vorrichtung 1 kann wie in Fig. 5 dargestellt aufgebaut werden, damit Temperatur- und Strömungsänderungen gleichzeitig ermittelt werden können. Im einzelnen ist nach Fig. 5 die Vorrichtung 1 in einer ähnlichen Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 1 aufgebaut, nur daß die Windungen der zu erregenden Spule, d.h. der Spule 5, in zwei Abschnitte aufgespalten sind, von denen jeder an einem Endbereich des Pbrmkörpers 3 angeordnet ist, während zwei Ermittlungsspulen 6A, 6B zwischen den Abschnitten der Spule 5 vorgesehen sind. Alle Spulen 5, 6A, 6B sind induktiv miteinander gekoppelt und sind außerdem durch das Strömungsmittel 2 induktiv gekoppelt.
Eine zusätzliche Schaltungsanordnung zur Verwendung bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 3, die einen in der Mitte angezapften Ausgang an der Spule 6 aufweist, oder bei den Vorrichtungen der Fign. 4'und 5, um Strömungs- und Temperaturinformationen gleichzeitig ermitteln zu können, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Spule 5 wird in der gleichen Weise, wie in Fig. dargestellt, erregt, und der der Spule 5 zugeführte Strom wird in genau der gleichen Weise stabilisiert, wobei die gleiche Rückkopplungsschleife (in Fig., 6 nicht dargestellt, doch in Fig. 2 gezeigt) verwendet wird«, Die Spule 6A ist mit einer ausgeglichenen Primärwicklung 42 eines Transformators 43 verbunden, während die Spule 6b mit einer ausgeglichenen Primärwicklung 44 eines Transformators 45 verbunden 1st« Im Falle der Vorrichtung nach Fig. 3 mit einem in der Mitte angesapften Ausgang an der Spule 6 würden die Primärwicklungen 42 und 44 der Transformatoren 43 und 45* anstatt in der Mitte angezapfte Ausgänge zu haben, die mit dem Erdpunkt 40 verbunden sind, mit der Verbindungsstelle zwischen
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diesen in Reihe geschaltet sein, die am Erdpunkt 40 liegt.·
Jeder Transformator 43 , 45 hat zwei Sekundärwicklungen 46, 47 bzw. 48, 49. Die Sekundärwicklungen 46, 49 sind in Reihe geschaltet und so eingerichtet, daß sich ihre Ausgänge ■addieren. Ihr kombinierter Ausgang wird dann den Ermittlungsschaltungen der Fig. 2 an den Klemmen 50, 51 zugeführt. Der Transformator 13 von Fig. 2 ist überflüssig, da die Transformatoren 43» 45 die Funktion des Transformators 13 übernehmen. Die kombinierten Ausgangssignale der Wicklungen 46, 49 werden durch die Schaltung der Fig. 2 in genau der gleichen Weise, wie bereits beschrieben, verarbeitet, um Signale an den Ausgängen von Verstärkern 71 und 35· zu liefern, die jeweils die Isttemperatur des Strömungsmittels 2 und Änderungen in der Temperatur.des Strömungsmittels um die mittlere Temperatur herum darstellen.
Die Sekundärwicklungen 47, 48 sind außerdem in Reihe geschaltet, doch 1st deren Verbindungsstelle mit dem Erdpunkt 40 verbunden,- so daß auf diese Weise ein Ge gentakte ingang für zwei Verstärkerkanäle gebildet wird. Das Eingangssignal nach jedem Kanal wird durch einen Regelverstärker 52, 53 verstärkt, und die Ausgangssignale von diesen Verstärkern werden weiter durch Verstärker 72, 73 verstärkt und durch Gleichrichterschaltungen 54, 55 gleichgerichtet. Die Amplitude der in den Spulen 6A, 6B induzierten Spannungen wird—bedingt durch die Wesensart der Anordnung, sich proportional zur Temperatur des Strömungsmittels 2 ändern. Daher wird die Stärke jeder direkten Messung von Differenzen zwischen den Ausgängen der Gleichrichterschaltungen 54, 55 zum Zwecke der Strömungsbestimmung beeinträchtigt durch das Temperaturansprechen des Systems. Wenn Jedoch die Summe der in den Spulen 6a, 6b induzierten Spannungen (die nur der Temperatur proportional ist) mit einer Bezugsspannung verglichen wird und die Differenz zwischen der Bezugsspannung und der Summe der Spannungen von den Spulen 6A, 6B dazu verwendet wird, den Verstärkungsfaktor der Verstärker 52, 53 zu steuern, dann können die Ausgänge, der Gleichrichter 54, 55 normalisiert werden, während dennoch das Verhältnis zwischen Ihnen erhalten bleibt. Dieser Normal! sie rungs -
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Vorgang wird durch die Ausgangssignale Jeder Gleichrichterschaltung 54, 55 nach einem Differentialverstärker 56, wo sie addiert werden, durchgeführt. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 56 wird dann mit einer Bezugsspannung verglichen, die an einer Klemme 57 liegt, und das Differenzsignal, nachdem es.durch den Verstärker 58 verstärkt worden ist, wird dazu verwendet, die Verstärkung der Verstärker 52, 53 zu steuern. Die Bezugsspannung an der Klemme 57 ist nicht unbedingt die gleiche wie diejenige, die an Klemme 59 der Schaltung der Fig. 2 anliegt. Die Ausgangssignale der Gleichrichterschaltung 51I, 55 können voneinander subtrahiert werden. Dies geschieht dadurch, daß an die Ausgänge der Gleichrichterschaltungen 51J» 55 zwei gleiche Widerstände 60j 6l angeschaltet werden. Das Differenzsignal an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 60, 61 wird durch den Verstärker 62 verstärkt. Das Ausgangssignal vom Verstärker wird dem Eingang eines umkehrenden, integrierenden Verstärkers und dem Eingang eines nicht-integrierenden, nicht-umkehrenden Verstärkers 64 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 63 ist eine konstante Gleichspannung, die bezeichnend ist für eine konstante vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels 2, während das Ausgangssignal des Verstärkers 64 eine Gleichspannung ist, der ein Signal überlagert ist, welches für KurzzeitSchwankungen in der Geschwindigkeit der Strömung des Strömungsmittels 2 bezeichnend ist. Durch Subtrahieren des Signals des Verstärkers vom Ausgangssignal des Verstärkers 64 kann man ein Signal erhalten, das bezeichnend ist für die Änderung der Strömung des Strömungsmittels 2. Dies geschieht dadurch, daß zwei in Reihe geschaltete Widerstände 65» 66 an die Ausgänge der Verstärker 63, 64 gelegt werden. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen ist mit dem Eingang eines Verstärkers 67 verbunden. Das am Eingang des Verstärkers 67 erscheinende Signal ist bezeichnend für die Änderung der Strömung des Strömungsmittels 2.
Im typischen Fall würde die Verstärkung des Verstärkers so eingestellt werden, daß er einen Ausgang zwischen 1 und 2 Volt
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pro Meter pro Sekunde Strömung des leitenden Strömungsmittels erzeugt. Die Verstärkung des Strömungsänderungskanals (Verstärker 67) würde im typischen Falle das Zehnfache derjenigen von 63 betragen. Dies würde eine Empfindlichkeit von 10 bis 20 Volt pro Meter pro Sekunde ergeben. Da bei der Signalverarbeitung zwei Gleichstromsignale subtrahiert werden, bleiben die Vorzeichen erhalten, und eine Umkehr der Strömung wird eine negative Ausgangsspannung erzeugen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, einen Hohlkern aus einer Permendur-V-Legierung (Warenzeichen) im Inneren des Edelstahl-Formkörpers 3 zu verwenden* Auf diese Weise war es möglich, den Bereich, über welchen die Temperatur gemessen werden kann, bis auf etwa 93O0C zu vergrößern. Die Permendur-V-Legierung hat einen Curie-Temperaturpunkt von 98O0C.
Bei Hochtemperaturversuchen an einer Vorrichtung mit einem Permendurkern wurde festgestellt, daß während der Erhitzungs- und Abkühlungszyklen eine momentane Änderung in der Empfindlichkeit der Vorrichtung vorhanden war, sobald der Curie-Punkt des Edelstahl-Formkörpers· 3 überschritten wurde. Die aufgezeichnete Ausgangsspannungskurve enthielt eine kleine, aber dennoch bedeutenden Zacke bei 7O5°C (im typischen Fall ein Abfall von 10 %)t während die Kurve sonst glatt war.
Dieser Effekt kann als Eichmarke für 705 C ausgenutzt werden. Wenn alternativ ein Material mit einem niedrigeren Curie- . Punkt (etwa k000C) verwendet wirdsund dieses im Formkörper 3 sitzt, oder das Material, aus welchem der Formkörper 3 besteht, geändert wird, dann könnte eine Marke an der unteren Grenze des vorweggenommenen Arbeitsbereiches der Temperatur vorgesehen werden.
Wenn der "Markier"-Effekt nicht gewünscht ist, dann darf nur ein einziges magnetisches Material als Kern der Vorrichtung verwendet werden. Der Spulen-Formkörper könnte aus Permendur V hergestellt werden. Da es sich dabei aber um ein Material handelt,
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das schwer zu bearbeiten ist, besteht eine einfachere Lösung darin, eine Permendur-V-Auskleidung in den Formkörper 3, der aus nichtmagnetischem Edelstahl gearbeitet ist, einzusetzen.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. 0**6 Kü/A
    Patentansprüche
    ί1J Vorrichtung zum Oberwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens zwei elektrische Spulen •zum Eintauchen in das Strömungsmittel aufweist, wobei die eine der Spulen (5) eine mit einem Wechselstrom zu erregende Spule bildet, während die andere (6j6A,6B) bei Gebrauch eine Ermittlungsspule bildet, wobei die Spulen relativ zueinander so angeordnet sind, daß sie bei Gebrauch gegenseitig induktiv gekoppelt sind und daß sie durch das Strömungsmittel induktiv gekoppelt sind, und daß eine elektronische Schaltung (10 bis 73) vorgesehen ist, die eine Energiequelle (10,11,15 bis 20) zur Übermittlung eines Wechselstromes nach der zu erregenden Spule oder den Spulen (5) sowie einen Detektor (lzbis 73) zum Ermitteln der in der Ermittlungsspule oder den Ermittlungsspulen (6,6A,6B) induzierten Spannung und zur Lieferung einer Anzeige für Änderungen in der induktiven Kopplung zwischen der Spule oder den Spulen (5)» die zu erregen sind, und der Ermittlungsspule oder den Ermittlungsspulen (6,6A,6B) enthält.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Spulen (5»6A,6b) entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, von denen die eine (5) eine zu erregende Spule bildet, während die anderen beiden (6A,6b) Ermittlungsspulen bilden, wobei die zu erregende Spule (5) koaxial zu den Ermittlungsspulen (6A,6B) und zwischen diesen angeordnet ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Spulen (5,6A,6B) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, von denen die eine (6) eine Ermittlungsspule bildet, während die anderen beiden (5) zu erregende Spulen bilden, wobei die Ermittlungsspule koaxial zu den zu erregenden Spulen und zwischen diesen angeordnet ist.
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    1I. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Spulen (5»6A,6b) auf einer gemeinsamen Achse sitzen, von denen zwei (5) zu erregende Spulen bilden, während die beiden anderen (6A,6B) Ermittlungsspulen bilden, wobei die beiden Ermittlungsspulen (6A,6b) nebeneinander auf der Achse und zwischen den zu erregenden Spulen (5) angeordnet sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder ht dadurch gekennzeichnet, die
    daß/Ermittlungsspulen elektrisch miteinander in Reihe geschaltet
    6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erregenden Spulen (5) elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind.
    7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (10 bis 73»8O) Mittel (15 bis 20,25) zum Erzeugen eines Bezugssignals aufweist, mit welchem der der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführte Strom vergleichbar ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (15 bie 20,23) zum Erzeugen des Bezugssignals ferner eine Rückkopplungsschaltung (80,21 bis 25) aufweisen, die auf Abweichungen von einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Bezugssignal und dem der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführten elektrischen Strom anspricht, derart, daß sie Abweichungen des der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführten Stromes von dieser vorbestimmten Beziehung zu reduzieren sucht.
    9. Vorrichtung nach Aispruch 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rückkopplungsschaltung (80, 21 bis 25) Mittel (18,19,20,80) zum Ableiten eines Wechselsignals aufweist, welches für den der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen zugeführten Strom bezeichnend ist, ferner eine erste Qleichrichtungsschaltung (22) zum Gleichrichten dieses Wechselsignals, außerdem einen ersten
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    integrierenden Verstärker (23) zum Verstärken eines Ausgangssignals aufweist, welches das Integral des Ausgangssignals von der ersten Gleichrichtungsschaltung (22) mit Bezug auf die Zeit ist, und daß sie ferner einen Regelverstärker (25) aufweist, der in Ansprecherwiderung auf das Ausgangssignal vom ersten integrierenden Verstärker (23) den der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführten Strom einregelt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein erster nicht-integrierender Verstärker (24) zum Verstärken des Ausgangssignals der ersten Gleichrichtungsschaltung (22) vorgesehen ist, wobei der erste nicht-integrierende Verstärker (24) zu dem ersten integrierenden Verstärker (23) paral-lelgesehaltet ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste integrierende Verstärker (23) ein umkehrender Verstärker und der erste nicht-integrierende Verstärker (24) ein nichtumkehrender Verstärker ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste integrierende Verstärker (23) ein nicht-umkehrender Verstärker und der erste nicht-integrierende Verstärker (24) ein umkehrender Verstärker ist.
    .13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (10 bis 73 und 80) eine Komparators chaltung (10 bis 39» ,70,71) zum Vergleichen des der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführten Stromes mit einem Signal aufweist, welches eine Anzeige für die in der Ermittlungsspule oder in den Ermittlungsspulen (6,6A,6B) induzierte Spannung ist, sowie zum Erzeugen eines Ausgangssignals, welches eine Anzeige für die Differenz zwischen dem der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführten Strom und dem durch.die Ermittlungsspule oder -spulen (6,6A,6b) erzeugten Signal ist.
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    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kojnparatorschaltung (10 bis 39) in elektrischer Reihenschaltung Mittel(12 bis 14, 29,30) zum Empfangen des durch die Ermittlungsspule oder -spulen (6,6A,6B) erzeugten Signals, eine zweite Gleichrichtungschaltung (31) zum Gleichrichten des durch die Ermittlungsspule (6) erzeugten Signals sowie einen zweiten integrierenden Verstärker (32) zum Erzeugen eines Ausgangssignals aufweist, welches das Integral des Ausgangssignals von der zweiten Gleichrichterschaltung (31) mit Bezug auf die Zeit ist.
    15· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter nicht-integrierender Verstärker (33) zu dem zweiten integrierenden Verstärker (31) parallelgeschaltet ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite integrierende Verstärker (3D ein umkehrender Verstärker und der zweite nicht-integrierende Verstärker (33) ein nicht-umkehrender Verstärker ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite integrierende Verstärker (31) ein nicht-umkehrender Verstärker und der zweite nicht-integrierende Verstärker (33) ein umkehrender Verstärker ist„
    18« Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17» dadurch gekennzeichnet $ daß die elektronische Schaltung (10 bis 73, 80) Mittel (26 bis 28, 34 bis 38) aufweist zum Vergleichen der Ausgangssignale des ersten nicht-integrierenden Verstärkers (24) und des ersten integrierenden Verstärkers (24) mit einem Signals welches der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des zweiten nicht-integrierenden Verstärkers (33) und des zweiten Integrierenden Verstärkers (31) entspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugenß welches der Beziehung zwischen Änderungen des der zu erregenden Spule oder den zu erregenden Spulen (5) zugeführten Stromes und den Änderungen des durch die Er-r mittlungsspule oder -spulen (696AäöB) erzeugten Signals relativ zu vorbestimmten Mitteli-ierten entspricht0
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    19. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (10 bis 73» 80) Mittel (39, 70,71) zum Vergleichen des Ausgangssignals des ersten integrierenden Verstärkers (23) mit dem Ausgangssignal des zweiten integrierenden Verstärkers (32) und zur Lieferung einer Anzeige für die Beziehung zwischen den mittleren Pegeln des der erregten Spulen oder den erregten Spulen (5) zugeführten Stromes und dem mittleren Signal aufweist, welches: durch die E rmitt lungs spule oder -spulen (6,6A,6B) erzeugt wird.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (10 bis 73, 80) Mittel (34,35,36) aufweist zum Vergleichen des Ausgangssignals des zweiten inte-" grierenden Verstärkers (32) mit dem Ausgangssignal des zweiten· nicht-integrierenden Verstärkers (33) und zur Lieferung einer Anzeige für die Beziehung zwischen dem mittleren Pegel des die in der Ermittlungsspule oder den Ermittlungss-pulen (6,6A,6B) induzierte Spannung anzeigenden Signals und den Schwankungen dieses Signals.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (10 bis 73, 80) Mittel (27,28, 38, 34 bis 37) aufweist zum Vergleichen des Ausgangssignals des ersten nicht-integrierenden Verstärkers (24) mit dem Ausgangssignal des zweiten nicht-integrierenden Verstärkers (33) zur Lieferung einer Anzeige für die Beziehung zwischen Änderungen des der erregten Spule oder den erregten Spulen (5) zugeführten Stromes und den Änderungen des Ausgangssignals der Ermittlungsspule oder -spulen (6,6a,6b).
    22. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (10 bis 73, 80) Mittel (40 bis 46, 49 und 21 bis 39, 70,71) zum Addieren der Ausgänge der beiden Ermittlungsspulen aufweist.
    23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung Mittel (40bis 45,
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    47,48,52 bis 67,72ί73) zum Subtrahieren des Ausgangs der einen Ermittlungsspule (6A) vom Ausgang der anderen Ermittlungsspule (6B) aufweist.
    24. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungsspulen (6A,6B) so angeordnet sind, daß sieeinen Gegentakteingang für zwei. Verstärkerkanäle bilden, wobei jeder der Verstärkerkanäle einen Regelverstärker (52,53) und eine Gleichrichterschaltung (5^»55) zum Gleichrichten des Ausgangssignals des Regelverstärkers (52S53) aufweist, wobei jede der Ermittlungsspulen (6A,6B) mit einem Eingang eines der Regelverstärker (52,53) verbunden ist, und wobei der Ausgang jedes der Kanäle mit einem Eingang eines Differentialverstärkers (56) verbunden ist, der beiden Kanälen gemeinsam zugehört und der die Ausgangssignale der Kanäle vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, welches dazu verwendet wird, den Verstärkungsfaktor des Re ge !verstärke rs (52,53) jedes Kanals in Ansprecherwiderung auf das Ausgangssignal des Differentialverstärkers (56) zu ändern.
    25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (57) vorgesehen sind zum Erzeugen eines Bezugssignals, ,mit welchem das Aus gangs sign al des Different! al verstärke rs (56) verglichen wird, und daß Mittel (58) vorgesehen sind zum Erzeugen eines Signals, welches die Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem Aus gangs signal des Differentialverstärkers (56) anzeigt und welches dazu verwendet wird, den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers (52,53) Jedes Kanals zu steuern.
    26.Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal jedes Kanals einer Potential-Teilerschaltung (60,61) zugeführt wird, derart, daß ein die Differenz zwischen den AusgangsSignalen jedes Kanals anzeigendes Signal erzeugt wird.
    27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das die Differenz zwischen den Ausgangssignalen jedes Kanals anzeigende Signal der Eingangsklemme eines integrierenden Verstär-
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    kers (63) und eines nicht-integrierenden Verstärkers (64) zugeführt wird.
    28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangs sign al .des integrierenden Verstärkers (63) und das Aus gangs sign al des nicht-integrierenden Verstärkers (61I) einer Potential-Teilerschaltung (65*66) zugeführt werden, derart, daß ein Signal erzeugt wird, welches der Differenz zwischen den AusgangsSignalen des integrierenden und des nicht-integrierenden Verstärkers (-63,64) entspricht.
    29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28 zum ..Überwachen der Temperatur eines Strömungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (5j6) auf einem Kern (3) sitzen, der aus einem Material besteht, dessen Curie-Punkt außerhalb des Bereiches der zu überwachenden Temperaturen liegt.
    30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28 zum überwachen der Temperatur des Strömungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (5»6) auf einem Kern (3) sitzen, der aus einem Material besteht,, dessen Curie-Punkt innerhalb des Bereiches der zu überwachenden Temperaturen liegt, derart, daß die Änderung der magnetischen Eigenschaften des Kerns (3)» wenn das Strömungsmitte], den Kern bis auf dessen Curie-Punkt erwärmt, überwacht werden können, um eine Anzeige dafür vorzusehen, daß das Strömungsmittel eine Temperatur erreicht hat, die ausreicht, den Kern (3) bis auf den Curie-Punkt desselben zu erwärmen.
    31. Verfahren zum überwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittel, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Anordnens von zwei Spulen (5»6) in dem Strömungsmittel, derart, daß die Spulen (5,6) miteinander und durch das Strömungsmittel induktiv gekoppelt sind, des Erregens einer der Spulen (5) mit einem Wechselstrom und des
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    Ermitteins des Ausganges aus der anderen Spule (6) in einer solchen Weise, daß Änderungen in der induktiven Kopplung des Strömungsmittels ermittelt werden.
    32. Verfahren nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsfaktor (K) zwischen den Spulen (5,6) im Bereich von 0,1 bis 0,3 liegt.
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DE2451283A 1973-11-12 1974-10-29 Vorrichtung zum Überwachen der elektrischen Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Strömungsmittels Expired DE2451283C2 (de)

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GB52492/73A GB1491207A (en) 1973-11-12 1973-11-12 Sensors for monitoring the electrical conductivity of electrically conductive fluids

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DE2451283A1 true DE2451283A1 (de) 1975-06-19
DE2451283C2 DE2451283C2 (de) 1987-05-07

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