DE3823012A1

DE3823012A1 - Geraet zur fluessigkeitspegelmessung

Info

Publication number: DE3823012A1
Application number: DE3823012A
Authority: DE
Inventors: John Anthony Catanese
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1988-07-07
Publication date: 1989-01-26
Also published as: SE8802468D0; US4852404A; JPS6435322A; SE8802468L; FR2618219A1; KR890002643A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Flüssigkeitspegelmessung nach den Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einer der Fertigungsschritte bei der Herstellung von Kern brennstoff ist das Beizen der Brennstabhüllrohre zur Vor bereitung und Reinigung der Innenwandflächen der Zirkonium rohre, bevor die Brennstabhüllrohre mit den Kernbrennstoff tabletten beladen werden. Dazu werden die Rohre in einen mit Säure gefüllten Tank eingebracht. Die Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthaltende Beizlösung wird durch eingetauchte elektrische Heizkörper in heißem Zustand gehal ten. Die Heizkörper müssen abgeschaltet werden, wenn sie der Luft ausgesetzt sind, beispielsweise infolge Verdampfung oder Ablaufens der Beizlösung. In der Praxis kommt es immer wieder vor, daß Heizkörper durch Überhitzung zerstört werden, wenn sie unbeabsichtigt eingeschaltet bleiben, obwohl sich keine Säure mehr im Tank befindet.

Es ist bereits versucht worden, handelsübliche Flüssigkeits pegeldetektoren einzusetzen, um den Flüssigkeitspegel im Bereich der Heizkörper zu überwachen. Mit Hilfe dieser Detektoren werden die Heizkörper automatisch abgeschaltet und/oder der Tank wieder gefüllt, wenn ein zu niedriger Flüssigkeitspegel festgestellt wurde. Jedoch haben diese handelsüblichen Detektoren nur eine kurze Lebensdauer in der rauhen Umgebung der sauren Beizlösung, wobei die Detek toren beim Einbringen oder Herausnehmen einer Ladung Rohre in die bzw. aus der Säure wiederholten Ein- und Ausschalt zyklen in der turbulenten Flüssigkeit ausgesetzt sind. Es scheint, daß der frühzeitige Ausfall der Detektoren eher durch diese häufigen Schaltzyklen als durch die Säure selbst verursacht ist. Solche handelsüblichen Detektoren haben einen mechanisch mit einem Schalter verbundenen Schwimmer oder einen Schwimmer mit einem Magneten, der einen gekapsel ten magnetischen Reed-Schalter betätigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen den Anfor derungen der Wirtschaftlichkeit entsprechenden, zuverlässi gen und säurebeständigen Flüssigkeitspegeldetektor zu schaffen, der in einer rauhen Umgebung eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Gerät zur Flüssigkeitspegelmessung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungs beispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gerät zur Flüssigkeitspegelmessung in schema tischer Schnittdarstellung,

Fig. 2A im Längsschnitt das in dem Gerät nach Fig. 1 verwendete Metallrohr zum Feststellen, wann der Pegel der Flüssigkeit einen vorgegebenen Pegel stand erreicht, und

Fig. 2B im Axialschnitt das in dem Gerät nach Fig. 1 verwendete Metallrohr zum Messen des Pegelstands der Flüssigkeit.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät 10 dient zur Überwachung des Pegelstands 12 einer Flüssigkeit 14 in einem Behälter 16. Bei der Flüssigkeit 14 kann es sich um erhitzte Salpeter säure- und Fluorwasserstoffsäure-Beizlösung für Kernbrenn stabhüllrohre aus Zirkonium handeln. Die Rohre und die elektrischen Heizkörper zum Beheizen des Säurebades sind in Fig. 1 der Klarheit halber weggelassen. Für andere An wendungsfälle kann die Flüssigkeit 14 auch ein eine alka lische Lösung oder irgend eine andere saure Lösung sein. Das Gerät 10, obwohl für den Betrieb in einer korrosiven Flüssigkeit ausgelegt, kann natürlich ebenso auch in Wasser oder in anderen nicht korrosiven Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Das Gerät 10 weist ein nichtmetallisches und etwa vertikal angeordneten Führungsrohr 18 auf, das mittels eines Halte winkels 20 gehaltert ist, der mit seinem einen Ende am Behälter 16 befestigt ist. Ein bevorzugtes Material für das Führungsrohr ist Polyvinylchlorid (PVC), das säurebe ständig ist, also auch gegen die oben erwähnte saure Beiz lösung.

An einer bestimmten Höhenposition entlang des Führungs rohres 18 ist ein auf Metall ansprechender Annäherungs fühler 22 angeordnet. Derartige auf Metall ansprechende Annäherungsfühler sind handelsüblich und in Fachkreisen bekannt und sind mit PVC-Gehäuse erhältlich. Vorzugsweise ist der Annäherungsfühler 22 so am Führungsrohr 18 befestigt, daß er das Führungsrohr mit seinem Fühlerende durchdringt und damit flächenbündig mit der Innenwandung des Führungs rohres ist. Beispielsweise kann der Annäherungsfühler 22 in ein T-Stück 23 aus PVC eingesetzt sein, in welches ober halb und unterhalb des Annäherungsfühlers 22 Rohrab schnitte 18 a bzw. 18 b aus PVC eingesetzt sind, die mit einander das Führungsrohr 18 bilden. Vom Annäherungs fühler 22 führt ein Kabel 24 zu einer Fühlerschnittstellen einheit 26. Über dieses Kabel 24 wird elektrische Energie von der Schnittstelleneinheit 26 zum Annäherungsfühler 22 zugeführt, und das Fühlerausgangssignal wird vom Annäherungs fühler 25 ebenfalls über das Kabel 24 zur Schnittstellen einheit 26 übertragen. Dieses Ausgangssignal kann zum Ab schalten der (nicht dargestellten) elektrischen Heizgeräte im Behälter 16 dienen, zum Öffnen eines (nicht dargestellten) Ventils zur Zufuhr von Flüssigkeit in den Behälter 16, oder zu anderen Maßnahmen. Als Annäherungsfühler 22 kommen an statt des dargestellten typischen Annäherungsfühlers nach Fig. 1, der auf das Vorhandensein von Metall im Bereich der Fühlerachse anspricht, auch ringförmige Annäherungs fühler in Betracht, die auf in der Ringebene vorhandenes Metall ansprechen, wie in Fachkreisen bekannt ist.

Auf der Flüssigkeit 14 schwimmt ein Schwimmer 28. Vorzugs weise besteht dieser Schwimmer 28 aus PVC, und beim vor liegenden Ausführungsbeispiel ist er aus einem PVC-Rohrab schnitt gefertigt, der oben und unten mit mittels PVC-Kleber befestigten Endkappen verschlossen ist. An der Oberseite des Schwimmers 28 ist das untere Ende eines Rohres 30 flüssigkeitsdicht befestigt, das durch das Führungsrohr 18 hindurchragt und auch auf seinem oberen Ende einen flüssig keitsdichten Verschluß trägt, beispielsweise eine abnehm bare Kappe 32. Das Rohr 30 ist ebenfalls vorzugsweise aus PVC gefertigt. In dem Rohr 30 ist ein Metallstück 34 ange ordnet. Dieses Metallstück 34 besteht vorzugsweise aus Stahl und hat vorzugsweise die Form eines Rohres 36. Ein Stahl rohr wäre natürlich der Korrosion durch die obengenannte saure Beizlösung ausgesetzt, ist aber durch die Kapselung in dem PVC Rohr 30 vor dieser Lösung geschützt.

Wird das Gerät 10 nur als Detektor verwendet, um festzu stellen, wann der Pegel einer Flüssigkeit einen vorgegebenen Wert erreicht, ist das Metallstück 34 an einer entsprechen den Höhenposition entlang des Rohres 30 angeordnet, so daß die obere Grenzfläche 38 des Metallstücks 34 sich genau dann in Höhe des Annäherungsfühlers 22 befindet, wenn der Pegel 12 der Flüssigkeit den vorgegebenen Pegelstand erreicht hat. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Metallstück 34 die Form des Metallrohrs 36, das mit seinem unteren Ende mit dem unteren Ende des Rohres 30 bündig ist, nämlich auf den Schwimmer 28 aufsitzt, und dessen Länge so bemessen ist, daß seine obere Grenzfläche 38 sich genau dann in Höhe des Annäherungsfühlers 22 befindet, wenn der Pegel 12 der Flüssigkeit den vorgegebenen Pegel stand erreicht hat. Das Metallrohr 36 sollte dabei aus wechselbar sein, um so das Gerät auf unterschiedliche gewünschte Flüssigkeitspegel einstellen zu können.

Fig. 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Metallrohrs 40. Der Annäherungsfühler 22 gibt jeweils dann ein Ausgangs signal ab, wenn er auf innerhalb des Führungsrohrs 18 in Höhe des Annäherungsfühlers 22 auf Metall anspricht. Im Falle der Beizlösung gibt der Annäherungsfühler 22 bei über dem minimalen Pegelstand liegendem Flüssigkeitspegel 12 so lange ein Ausgangssignal ab, bis der Flüssigkeitspegel unter den vorgegebenen minimalen Pegelstand abfällt und somit die obere Grenzfläche 38 des Metallrohrs 36 unter die Höhe des Annäherungsfühlers 22 absinkt. In diesem Augen blick hört der Annäherungsfühler 22 auf, ein Ausgangs signal abzugeben, und diese Änderung des Signalzustands kann zum Abschalten der elektrischen Heizkörper oder zu anderen Maßnahmen verwendet werden.

Bei anderen Anwendungsfällen können mehrere Metallstücke 34 mit gegenseitigen Abständen entlang des Rohres 30 angeordnet sein und mit einem einzigen Annäherungsfühler 22 zusammen wirken. Es kann auch ein Metallstück 34 mit mehreren an verschiedenen Positionen angeordneten Annäherungsfühlern zusammenwirken oder es können mehrere Metallstücke und mehrere Annäherungsfühler vorgesehen sein. Dabei kann je weils die obere Grenzfläche, die untere Grenzfläche oder jede dieser beiden Grenzflächen jedes Metallstücks 34 als signalzustandsändernde Grenzflächen zum Erfassen verschie dener vorgegebener Flüssigkeitspegelwerte benützt werden, je nach dem jeweiligen Anwendungsfall.

Beim Einsatz des Geräts zum Messen des Pegelstands einer Flüssigkeit kann das in Fig. 2B dargestellte abgewandelte Metallrohr Anwendung finden. Dieses Metallrohr 44 weist eine konische Mantelfläche 42 auf, deren Distanz zum An näherungsfühler 22 in der Höhenposition des Annäherungs fühlers mit seiner relativen Axialposition im Führungs rohr 18 und somit den jeweiligen Flüssigkeitspegel ver schieden ist. Eine nichtmetallische Außenschicht 46 auf der konischen Mantelfläche 42 des Metallrohres 44 dient dazu, eine zylindrische Außenform zur richtigen Zentrierung im Rohr 30 und damit zur Verbesserung der Meßgenauigkeit herzustellen. Natürlich sind auch andere Möglichkeiten der Zentrierung denkbar. Der Annäherungsfühler 22 gibt im Zusammenwirken mit diesem Metallrohr 44 ein Ausgangssignal ab, das proportional zur Distanz von der konischen Mantel fläche 42 des Metallrohres 44 entsprechend dessen jeweiliger Höhenposition mit Bezug auf den Annäherungsfühler ist. Durch Eichen des Ausgangssignals für ein bestimmtes Metall rohr 44 über einen gegebenen Flüssigkeitspegelbereich kann das Gerät 10 also zur Messung des jeweiligen Pegelstands 12 eingesetzt werden. Bei dem Beizvorgang könnte dann das Messen eines Flüssigkeitspegels, der einen gegebenen Grenz wert unterschreitet, zum Abschalten der elektrischen Heiz geräte oder dgl. führen.

Die oben beschriebenen Elemente des Geräts 10 dienen in ihrem Zusammenwirken entweder der Feststellung, wenn der Flüssigkeitspegel einen vorgegebenen Wert erreicht (ent sprechend dem Vorhandensein oder dem Fehlen eines Ausgangs signals des Annäherungsfühlers 22 mittels eines Metall körpers in Form des Metallrohrs 40 nach Fig. 2A) oder zur Messung des Pegelstands einer Flüssigkeit (unter Verwen dung der Größe des Ausgangssignals des Annäherungsfühlers 22 und einem Metallkörper in Form des Metallrohrs 44 nach Fig. 2B). Es ist klar, daß die Abmessungen der Elemente, wie beispielsweise die Länge des Metallrohrs 40 bzw. der Konizität des Metallrohrs 44 usw. so zu wählen sind, daß die jeweiligen Meßanforderungen in bestmöglicher Weise erfüllt werden können.

Claims

1. Gerät zur Flüssigkeitspegelmessung, gekennzeichnet durch:

a) ein nichtmetallisches, etwa vertikal orientiertes Führungsrohr (18),
b) einen auf Metall ansprechenden Annäherungsfühler (22), der im Verlauf des Führungsrohrs angeordnet ist und auf die Anwesenheit von Metall in der jeweiligen Höhenposition des Führungsrohrs anspricht,
c) einen auf der Flüssigkeit (14) schwimmenden Schwimmer (28),
d) ein in dem Führungsrohr (18) geführtes, mit seinem unteren Ende am Schwimmer (28) befestigtes Rohr (30) und
e) einen innerhalb des Rohres (30) angeordneten Metall körper (34), der mit dem Annäherungsfühler (22) zusammenwirkt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (18), der Schwimmer (28) und das Rohr (30) jeweils aus einem gegenüber der Flüssigkeit (14) korrosions beständigen Material gefertigt sind und der Metallkörper (34) durch Kapselung in dem an beiden Enden flüssigkeitsdicht verschlossenen Rohr (30) gegen einen Korrosionsangriff durch die Flüssigkeit (14) geschützt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (34) als Metallrohr (36) ausgebildet ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (30) an seinem vom Schwimmer abgewandten Ende mittels einer abnehmbaren Kappe (32) verschlossen und der Metallkörper (34) auswechselbar in dem Rohr angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr mit seinem unteren Ende auf dem Schwimm körper (28) aufsitzt bzw. mit dem unteren Abschluß des Rohres (30) bündig ist und eine solche Länge aufweist, daß seine obere Grenzfläche (38) im Zusammenwirken mit dem Annäherungsfühler (22) bei Erreichen eines vorgegebenen Flüssigkeitpegelstands eine Signaländerung des Annäherungs fühlers erzeugt.

6. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (36) eine konische Mantelfläche aufweist und das Ausgangssignal des Annäherungsfühlers (22) proportional zum jeweiligen Abstand des Annäherungsfühlers von der Metall rohrmantelfläche in Höhe des Annäherungsfühlers ist.