iIu>gO'ő3GO
№KI-1977-109
SZABADOS L. BESZEOA T. CSŐM V. MARÖT1 L. WINDBERG P.
AZ NVH TERnOHIORAULIKAI KÍSÉRLETI BERENDEZÉS II. RÉSZ MŰSZEREZÉS ÉS ADATGYŰJTÉS
c
c
Hangarían academy of Sciences
CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICS BUDAPEST
КГК1-1Г77-10»
AZ NVH TERnOHIDRAULIKAI KÍSÉRLETI BERENDEZÉS II. RÉSZ MŰSZEREZÉS ÉS ADATGYŰJTÉS Szabados L., Beszed« Т.,Csőm V.,Maróti L. Windberg P. Magyar Tudományos Akadémia Központi Fizikai Kutató Intézete 1525. Budapest 114. p.f. 49. f
HU ISSN 0368 5330 ISBN 963
u
371
369 6
KIVONAT A dolgozat a vízhűtéses energetikai reaktorokban lejátszódó folyama tok vizsgálatára épült Nagynyomású Vízhűtéses Hurokberendezés-nél /NVH/ alkal mazott mér6 és adatgyűjtő rendszert Ismerteti. Bemutatjuk a szerteágazó mérési feladatok lebonyolítására leggyakrabban használt mér6érzékel5k típusait, azok főbb jellemzőivel» majd az egyes mérőláncok felépítését és az adatgyűjtő rend szerekhez történő csatlakozását tárgyaljuk. Végül a dolgozat az adatgyűjtő rend szer főbb jellemzőinek áttekintésével zárul. A mérőrendszer bemutatására az NVH berendezés 1-rud mérőszakaszát használjuk fel.
АННОТАЦИЯ В работе описывается система сбора экспериментальных данных, применяе мая на водяном стенде высокого давления, созданном в ЦИФИ для исследований тер могидравлических процессов, происходящих в энергетических реакторах с водяным теплоносителем. Рассматриваются различные типы измерительных приборов и датчи ков, наиболее часто применяемых при самых разнообразных термогидравлических исследованиях. Приведены основные характеристики этих приборов и датчиков. Опи сывается построение цепей измерительной системы и подключение их к системе сбо ра данных. Описание системы измерения и сбора данных осуществляется на примере экспериментального участка, модели ячейки тепловыделяющий сборки.
ABSTRACT The report describes data acquisition system the High Pressure Hater loop /NVH/ built for the investigation of thermohydraullc processes in water-cooler nuclear power reactors. The most common types and the characteristics of the sensors in use for the large experimental programme as well as the layout of the different measuring lines and their connection to the data acquisition "system are presented. Finally a "summary of the main characteristics of the data acquisiton system is given. As a sample for the measurement system the 1-rod test section of the NVH loop is described in detail.
1. Bevezetés VizhQtésQ nukleáris reaktorokkal kapcsolatos termohidraulikai vizsgálatoknál általánosan elfogadott az az eljá rás, hogy a fűtőelemek, illetve fűtött csatorna falak mo dellezésére a Joule effektus felhasználásával - elektro mosan közvetlenül fűtött - csöveket használnak fel. A vizsgált mérőszakaszok a reaktorzóna különböző nagyságú részleteit modellezik. /Ezzel részletesen a III. Részben fog lalkozunk/ Az egyes modelleken általános esetben a követ kező információk megszerzése szükséges: - a vizsgált rendszer nyomása, - a nyomás változása a mérőszakasz hossza mentén, - a hűtőközeg belépő entalpiája, - a hűtőközegbe betáplált hőmennyiség, - a hűtőközeg tömegáramlási sebessége, - a gőztartalom eloszlása, - a fűtött fal hőmérséklete. A fenti mérési adatok megszerzéséhez igen sok és sokféle tipusu mérőlánc szükséges, a konkrét mérési feladat fi gyelembevételével azonban, az elégséges mérőláncok száma mindig lecsökkenthető egy elfogadható - méréstechnikai szempontból még jól kezelhető - limit alá. A mérőláncokkal kapcsolatos gyorsasági követelmények /időállandók/ is igen változatosak. Ebből a szempontból az alábbi mérési feladattipusokat célszerű megkülönböz tetni:
• 2
- stacionárius állapotok vizsgálata, - üzemi tranziensek vizsgálata, - baleseti tranziensek vizsgálata, - diagnosztikai jellegű zajvizsgálatok. Nagy gyorsaságú méróláncok használatát feltételezve az első feladat a feldolgozásra kerülő jelek megfelelő át lagolását teszi szükségessé, a harmadik feladat a mérési adatok gyűjtése és tárolása terén jelent problémát, mig az utolsó a stochasztikus jelek feldolgozásához szük séges egyéb berendezések, illetve eljárások igényét
tá
masztja. A továbbiakban egyetlen reaktor fílcőelem csatorna modelle zésére épitett, belülről hűtött, cső mérőszakasz segitségével bemutatjuk a fent vázolt problémák kezelésére al kalmas mérő- adatgyűjtő rendszer felépítését, elemeit és legfontosabb jellemzőit. 2. Mérőérzékelők A bevezetésben vázolt mérési feladatok megoldására az NVH berendezésen leggyakrabban alkalmazott érzékelők tipusait és fő adatait az alábbiakban foglaljuk össze. 2.1 Nyomásmérés A vizsgált rendszer nyomása a rendszer állapotának egyik legfontosabb jellemzője. A folyamat követéséhez szüksé ges állapotjelzők meghatározásához nélkülözhetetlen.
- 3 -
Mérésére stacionárius állapotok és lassúbb átmeneti fo lyamatok esetében MHG vagy GAMMA gyártmányú villamos nyo mástávadókat használunk. Az érzékelő ezeknél egy konvencio nális Bourdon cső, ami a nyomás megváltozása esetén elmoz dul. Az elmozdulást indukciós tekercs segitségével villa mos jellé alakítva kapjuk az un. villamos nyomástavadot. Az emiitett két tipus jellemzőit az 1. táblázatban foglaltuk össze. Ha gyors nyomásváltozások, esetleg nyomásfluktuációk mé résére van szükség, akkor az angol irodalomban "pressure transducer" néven meghonosodott villamos nyomásátalakitók használatára kell áttérni. Az NVH berendezésen alkalmazott CEC gyártmány« átalakitő a nyomás változása esetén egy membrán közvetitésével ellenálláshuzal hosszát változtat ja meg. Az ellenálláshuzalt hidba kötve, majd a hid to vábbi ellenállásait hőmérsékletkompenzációra felhasználva, kis tehetetlenségű, rendkívül gyors eszközt kapunk a nyo más mérésére. A műszer fő adatai
ugyancsak az 1. táblá
zatban találhatók. 2.2 Nyomáskülönbség mérés A nyomásméréshez hasonlóan itt is kétféle érzékelő tipust használunk a vizsgált folyamat időállandójától függően. Stacionárius esetekben és lassúbb változásoknál használt átalakító megegyezik a nyomásmérésnél használttal, mind össze a Bourdon cső helyett a nyomáskülönbséget elmozdu lássá alakító csőmembránt használnak, A hasonlóképpen MMG vagy GAMMA gyártmányú villamos nyomáskülönbség táv adók jellemzőit az 1. táblázatban találhatjuk.
1 . Táblázat
Gyártó cég és tipus 1 со чО
е о >, с
Gamma 4.936 MMG
ш
о
ю
250 2 kp/cm
250
250 kp/cm
250
2
Gamma 4.937 MMG
200 kp/cm
200
0-25000 v.o.mm. között 0-25000 v.o.mm. között
£ 3104-0 _о >. 0-3,4х10 сю •о v.o.mm. Statham И Ю о > PM 308 3 között Ю 4-> 0-10200 1-1 SE v.o.mm. •гЦ\ф között SE 42 > со
250
Felső ha tárfrek vencia
4-20 mA
+ 0,6%
nincs megadva
csak stacioner mérésre
15%
4 8 VDC
4-20 mA
+ 0,6%
nincs megadva
csak stacioner mérésre
10%
5 VDC
0-20 mV
+ 0,5%
8000 Hz
4-20 mA
+_ 0,6%
nincs megadva
csak stacioner mérésre
4-20 mA
•_ 0,6%
nincs megadva
cak stacioner mérésre
0-30" mV
_+ 0,5%
5000 Hz
40-90 mV
+_ 0,25%
74000 Hz
egy oldal ről a nyo .30-34 másfokoza VDC egy oldal ról a nyo ;26 VDC másfokoza' :
ь
350
200%
400
lOx i
Megjegyzés
30-34 V DC
-
400
Pontos ság
50%
3109-0
.-• > CEC > 4-> H-316 1 'Л С
Túlterhel hetőség mérésha Mérésha Nyomás " tárra vo Tápfesz. Kimenő fokozat natkoztat jel tár va 2 "kp/cm
10 V DC vagyAC 10VDC
- 5 -
Gyorsan lezajló folyamatok esetén nyomáskülönbségek mé résére a nyulásmérés elvén működő nyomáskQlönbségtávadókat használunk. Az érzékelőben 4 nyúlásmérő elem van elhelyez ve hid-kapcsolásban - ezek közül terhelés közben kettő nyomott, kettő húzott állapotban van. Az alkalmazott Statham gyártmányú un. "Thin Film Strain Gage Differential Pressure Transducer"-eк
különlegessége, hogy a Wheatstone
hid elemeit vákumtechnikai utón állítják elő
az érzéke
lő diafragmára először egy vékony kerámia réteget gőzölögtetnek fel, majd erre kerülnek ugyanilyen eljárással a nyúlásmérő ellenállások. Az igy előállított távadó igen jó stabilitással rendelkezik. Ugyancsak gyors változások mérésére alkalmas az angol gyártmányú SE jelű nyomáskülönbségtávadó is. Ennél az ér zékelőnél a két különböző nyomású térrészt egy aluminium membrán választja el egymástól. A membrán
p=0 esetén
egy induktív híddal van kiegyenlítve. A távadó oldalai maximum tízszeresen terhelhetők tul, mivel különben a membrán maradó alakváltozást szenved és a nulla-pont je lentős mértékben eltolódik. A Statham és SE távadók főbb adatait ugyancsak az 1. táblázat tartalmazza.
- 6 -
2.3 A hűtőközeg belépő entalpiajának mérése A mérőszakasz belépésénél egyfázisú közegállapotot fel tételezve, a nyomás ismeretében, az entalpiát egyértel műen meghatározza a közeg hőmérséklete. Ennek mérésére köpenytipusu termoelem kábelt használunk saját kikészitésil végződéssel /melegponttal/. A vizsgált folya mat időbeli viselkedésétől, gyorsaságától függ az al kalmazott termoelemvezeték mérete és a melegpont ki képzése. Minél gyorsabb folyamatot vizsgálunk, annál kisebb átmérőjű termoelem alkalmazandó. A termoelemvezetékek főbb adatait a 2. táblázatban tüntettük fel . Amennyiben a mérési feladat a hőmérséklec nagy pontos sággal történő meghatározását igényli és ezt a rendel kezésre álló hely lehetővé teszi, ellenállás hőmérőt alkalmazunk. Ennek főbb adatai ugyancsak a 2. táblázat ban találhatók. 2.4 A hűtőközegbe betáplált hőmennyiség mérése A környezet felé tökéletes hőszigetelést tételezve fel, a hűtőközegbe
betáplált hőmennyiség legtöbbször
megegyezik a közvetlen villamos fütésü fűtőelembe be vezetett villamos teljesitménnyel. Ennek méréséhez meg kell mérni a fűtőelemen átfolyó áram nagyságát és a rajta létrejött feszültségesést. Az áram méréséhez 0,5 osztálypontosságu lengyel gyárt mányú shunt-öt használunk. Ha nemcsak a kilépő entalpia ismerete szükséges, akkor a betáplált hő nagyságát a feszültség axiális eloszlásá nak mérésével elegendő számú lépcsőben mérjük.
Köpenyhőelem Gyártó
2. Táblázat
Köpeny átmérő mm
Termopár
Elemi szál át Köpeny anyaga mérő mm
Ganz
1,57
Nikkel ChromNikKel
0,3
K0 36
LEICO
0,5 0,8
Chrome1Alumel
0,1 0,13
Inconel
Philips
0,25 0,5 1,0 1,5
Chrome1Alumel
0,05 0,1 0,2 0,3
Pyrotenax
0,25 0,5 1,0 3,1
Nikkel ChromNikkel Aluminium
0,04 0,1 0,2 0,4
Rozsdamentes acél
Inconel
Szige Max. telő hőmérs. anyag
Szigetelési ellenállása
C° 1000
A1
2°3
>1000МЛ
800
MgO
>1000M П
700
MgO
>юоом£1
800
MgO
1000M
Ellenálláshőmérő Gyártó
Tipus
Heraeus
К Ч528
Ellenállás anyag
Külső bur kolat
Külső át mérő
Pt-100 -
kerámia
2,8 mm
Érzékelő hossz 50 mm
Szigetelési ellenállása
>юмЛ
- 8 -
Rendkívül &yors folyamatok vizsgálata esetén a fűtőelem falának hőkapacitása megengedhetetlen pontatlanságot okozhat a betáplált hő pillanatnyi értékének megítélé sében. A fenti hatás figyelembevétele számítással tör ténik. A teljesítmény, illetve a betáplált hőmennyiség axiális eloszlásának ismeretéhez ilyenkor nem elegendő a feszültség eloszlásának mérése, hanem a lokális villa mos ellenállás meghatározásához a fűtőelem hőmérséklet eloszlását is meg kell mérni, /lásd: 2,7 pont/ 2.5 A hűtőközeg tömegáramlási sebessége Stacionárius esetben, vagy lassú változások vizsgála takor a tömegfluxust elégséges a mérőszakasz belépésé nél mérni. Ilyen esetekben saját készítésű mérőperemet alkalmazunk, vagy
egy, a belépés előtti adott hosszú
ságú egyenes, vízszintes csőszakasz hidraulikai ellen állásának mérésével határozzuk meg az átáramló közeg mennyiséget, ill. a tömegfluxust. Gyors tranziensek vizsgálatánál a tömegfluxus mérésére az NVH berendezésen MMG gyártmányú turbinás áramlás mérőt alkalmazunk. A turbinás áramlásmérő az átáramló közeg térfogatát méri. A turbinakerék lapátjai - te kercs előtt elhaladva - a tekercsben a fordulatszámmal arányos frekvenciájú váltakozó feszültséget indukálnak. Az általunk használt turbinás áramlásmérők főbb ada tai a következők:
- 9 -
3. Táblázat
Tipus
Névleges furat mm
Lineáris áramlási tartomány m /o
HFN HFN HFN HFN HFN
12/1 18/8 25/16 37/34 7,5-135
12 18 25 37 75
0,11 - 1.1 0,8 - 8
Mérési tarto mány 100%-án a frekvencia
Hz 1000 1560
1,6
- 16
1560
3,4 13,5
- 34 - 135
1400 1500
Gyors változások esetén valójában a tömegfluxust a mérő szakasz hossza mentén végig mérni kellene. Mindhogy erre általában nincs lehetőség a gyakorlatban a be- és kilépő tömegfluxusokat mérik. Kétfázisú kilépő állapot esetén azonban a tömegfluxus meghatározásához nem elegendő a turbinás áramlásmérő, mivel ez csak az átáramló térfoga tot méri, hanem a mérést ki kell egésziteni a térfogati gőztartalom mérésével is. Alkalmazzuk még a tömegfluxus meghatározására a korrelá ciós sebességmérést is. Ilyen esetekben a metőszakasz előtti egyenes csőszakaszban két kistehetetlenségü - folyadékba merülő - termoelemet helyezünk el - a mérés szempontjából egymástól optimális távolságra. A módszerrel lényegében a két termoelem közötti "repülési" idő mérhető meg, ami hitelesitéssel tömegfluxus adattá konvertálható.
- 10 -
2.6 A góztartaloHi eloszlásának mérése A gőztartalom eloszlás mérésének aláhütött forrás ese tén van jelentősége. Ekkor ugyanis a lokális entalpia nem határozza meg a gőztartal;nat. Valójában ilyenkor a gőztartalom mérésére nincs is eszközünk. A probléma meg kerülésére szolgál a térfogati gőztartalom mérése, ami a valóságos gőztartalom ellenőrzését, illetve visszaszámitását teszi lehetővé. A térfogati gőztartalom mé résére sokféle módszert ismerünk. Az NVH berendezésen a gamma sugárzás gyengülésének mérésén alapuló módszert alkalmazzuk. A saját fejlesztésű mérőberendezés blokkváz lata a főbb jellemzőkkel az 1. ábrán látható. 2.7 A fűtött fal hőmérsékletének mérése A direkt fütésü fűtőelem felületi hőmérsékletének mérése, a hűtőközeg áramlás, vagy a lokális fűtőáram megzava rása nélkül, általában igen nehezen megoldható feladat. A példaképpen ismertetett, belülről hűtött cső esetében legtöbbször a csőfal külső oldalán mérik a hőmérséklet értékét. Valójában a mért érték technológiai okok miatt soha sem rendelhető pontosan a fütőfelület külső oldalához. Az NVH berendezésen háromféle kialakitásu termoelemet hasz nálunk /^. ábra/ 1
a./ Köpeny "ermoelem, szigetelt me ogponttc
ecord.
atem.
J]
ос
oc —
»zkr.
1
1
«X
Q
(0 Ml) N V ТЭ
»О
С ai U
•0 Ш
4) id Д •»-» О id
b
AOOSZ-O
|
/
kol
I
—
т
я
т
ш
Szc int. det ektoi
A
-I J .J-—.
4d
M
i
Í-
H
^ \ . !
N
»a
ом о л
«o
1
/
MV
- 1
ми»! кгаа «Щ*6р«пуч ttrmotlewi
с salam
w*tanólsiiftttl*sú termo«) tm
2 . ábra
U
- 13 -
a termoelem lényegében a forrasz-anyag által kitöltött fütőelemrés/.nek У iát: .1 ago 11. hőmérsékletét méri.
b./ Csillámszigetelő közbeiktatásával közvetlenül fel erősített termoelem. Amint a 2/b ábrából kitűnik, a termoelem mechanikus rögzitése a fütőfelületen bi lincs segitsegével történik, mikor is a termoelem melegpontja mind a bilincstől, mind pedig a felület től csillámlemezzel van elszigetelve. Az alkalmazott csillámlemez vastagsága cca. 0,05mm. Fenti esetben az érzékelő távolsága a fíitőfelülettől jelentékte len, azonban a csillámban létrejövő hővezetés és a bilincs bordahatása nem mindig elhanyagolható. c / Végül igen gyors tranziens folyamatok vizsgálatakor az un. "hárompontos" terrnoelemmegoldást alkalmazzuk. A megoldás lényege a 2/c ábra segitségével tekinthető át. Ilyenkor a termoelemvezeték közvetlenül a fütőfelületen van rögzitve, a fütőfeszültség hatása pedig az R ellenállás segitségével kompenzálható ki. Mecha nikai okokból a rögzítést ilyenkor is előre elkészitet furatokba történő forrasztással oldjuk meg. A három ismertetett változattal az NVH berendezésen elért időállandókat a 3. ábrán tüntettük fel. Időállandónak, a hőmérséklet maximum értékének 10%-ban húzott érintő és az időtengely metszéspontja, valamint a teljesítmény ug^ rás kezdete közötti intervallumot vettük.
-
"14
О
«о
о JO
I
'О TJ r4
m
О
•rí ч'
о о
£. 'О -О "О «11 н
**
• f• Ю
о о со
(1)
о
6
b
<и
н
о о
ф
о о -It'
вА
U
V)
Е
- 15 -
2.8 A kiégésvédelem érzékelői Kritikus hőfluxüs méréseknél a forráskrizis beállása után a fűtőelemek károsodását kiégésvédők akadályozzák meg. Kiégésvédelem céljára termoelemet és hidtipusu kiégésvé dőt egyaránt alkalmazunk. a./ Kiégésvédő érzékelőként a fűtőelem felületének hő mérsékletét mérő termoelem akkor alkalmazható, ha a kiégés helye ismert. Axiálisan állandó hőterhelésű fűtőelem esetében ez a hely tapasztalatunk szerint a fűtött hossz vége előtt cca. 30irun-re van. Az itt el helyezett termoelem rögzítése megegyezik a korábban leirt felületi hőmérőkével. Rudköteg mérőszakasz ese tén minden fűtőelemet legalább egy kiégésvédő érzé kelővel kell ellátni. b./ Amikor a kiégés helye ismeretlen, vagy csak nagyjából ismert, hidtipusu kiégésvédőt kell alkalmazni. Ebben az esetben az érzékelő maga a fűtőelem. A fűtőelem két felének egymáshoz képest történő ellenállás-vál tozását vizsgálva a krízis fellépésekor a gyors hő mérsékletemelkedés következtében azon fütőelemfél, amelyiken a krizis fellép, hirtelen ellenállásnöve kedést mutat a másik félhez képest. A fenti jelenség mindig felhasználható a fűtőelem károsodásának meg akadályozására, de különösen axiálisan változó hőterhelések esetén. A fűtőelem szokásos osztása: fütő elemhossz felső 1/3, ill. alsó 2/3 része.
- 16 -
2.9 Akusztikus detektorok Akusztikus detektorokat elsősorban diagnosztikai célokra alkalmazunk. Ezek a detektorok jól használhatók a forrás kezdet és a krizis fellépésének megállapítására, várható azonban további, széleskörű alkalmazásuk a különféle hid raulikai és egyéb eredetű zajok diagnosztikai célokra tör ténő feldolgozása terén is. Akusztikus detektorként Piezo elektromos kristályból épitett NDK gyártmányú érzékelőket használunk. 3. A mérőérzékelők elrendezése
A mérőérzékelők elrendezését, beépité>i helyét mindig az adott mérőszakasz és mérési feladat határozza meg, de egyrészt a különböző mérőszakaszok sok hasonlóságot mu tatnak, másrészt a legfontosabb érzékelők elrendezésére bizonyos általános szempontok irányadók. A mérőérzékelők elrendezését a tárgyalt 1-rud mérőszakasz esetében a 4. ábrán tüntettük fel. Ez a mérőszakasz tartalmazza a használatos mérőérzékelők többségét és elrendezésük el vei rudköteg mérőszakaszra is átvihetők. Az elrendezés főbb szempontjai a következők: a./ A hűtőközeg entalpia növekedésének meghatározására szolgáló folyadékhőmérséklet mérő termoelemeket ér telem szerűen a fűtőelemek aktiv /fűtött/ hosszának kezdeténél és végénél kell elhelyezni. Minthogy erre az esetek túlnyomó többségében nincs lehetőség a leg közelebbi műszakilag lehetséges beépítési helyet kell megkeresni. Ilyen esetekben a beépítési helyek és a
-
17 -
E akusztikus érzékelő \ E y-JL— ФшЮЩ
0 * 1000 Hz /*~\ \^PJ-
Turbinás áramlásmérő
gyors nyomás érzékelő 0-20 mV
CEC gyártmány
termoelemek korrelációs sebesség mérésre
}— szcintillációs érzékelő •0.8 köpenytermoelem üvegszál szigetelésű te Э pontos í_ termoelem
ezüst forrasz
hid kivezetés
Эpontos te
csillám üvegszál szigle
P r m i
"
e , e
P
termoelemek korr seb mérésre 1500 T
•ver» lefúvatta
K1
K2
T
K»
Y УУ I 1007 Г ю о 4 0-«»0-Н000 Hz turbinás áramlásmérő
в '
4.ábra Érzékelők e l r e n d e z é s e az 1-rud mérőszakaszon.
- 18 -
fűtött hossz végeinek eltérő pozíciója miatt szük ségessé váló esetleges korrekciót számítással ha tározzuk meg. b./ A fűtőelem falának axiális hőmérsékleteloszlását a hossz mentén a 2. ábrán vázolt valamelyik mód szer alkalmazásával elhelyezett termoelemek se gítségével mérjük. Az elhelyezendő termoelemek szá mát és hosszmenti elosztásukat erősen befolyásol ja a mérési feladat. Nyomottvizes reaktorokkal kap csolatos vizsgálatok esetén azonban általában a hű tőközeg kilépés közelében növelni célszerű a termo elemek számát, minthogy kis kilépő gőztartalinak esetén ez a hőátadása szempontból legbonyolultabb, alahütött forrásos, átmeneti tartomány. c / Kiégésvédő érzékelőként termoelemet használva a be építés legkedvezőbb helye függ a vizsgált fűtőelem falvastagságától, valamint a jó hő- és villamosvezető anyagból készült elektróda /áramhozzávezetés/ kialakí tásától. Az NVH berendezésbe beépített mérőszakaszokon használt megoldások esetében egyenletes hőterhelés mellett, tapasztalataink szerint a legkedvezőbb beé pítési hely a fűtött hossz végétől a hűtőközeg be lépés felé mért cca. 30-40 mm-re van. Hidtipusu kiégésvédelem használatakor a legtöbb eset ben alkalmas megoldás, amikor a fűtőelem mint villamos ellenállás felső 1/2, alsó 2/3 arányban van osztva, azaz a futófelület felső 1/3-ában készítünk mérőkive zetést.
- .1.1 -
<1. / A nyomást a mérőszakasz к i 1 epédénél célszerű mérni, ugyanis kétfázisú kilépés eseten az itt mért nyo más a rendszer telitési nyomása. е./ Nyomáskülönbséget Legkevesebb két helyen ajánlatos mérni. Az egyik az. egész mérőszakasz nyomásesése, a másik a kilépés előtti kétfázisú áramlásos tar tományban létrejött nyomáskülönbség. Fudköteg ese tében ezen túlmenően méo legalább egy távolságtartó rács okozta nyomásesés mérése kell a kielégitő mé réskiértékeléshez . j
f./ A*, áramló mennyiség, ill. töm» gfulxus mérésével kap csolatos in általában elmondható, hogy az érzékelőket a be- és kilépő adatok meghatározására a fűtött hossz végeihez legközelebbi műszakilag lehetséges helyen kell elhelyezni. Különösen fontos ez tranziens folya matok vizsgálatakor, amikor az áramlásmérők távolabbi elhelyezése következtében a tényleges belépési adatot ; zámitással kell meghatározni, ami azonban a kiértéke lő számitási apparátus használatánál okozhat bonyo dalmat . g./ Akusztikus érzékelő a mérőszakasz kilépésénél el helyezve szolgáltatja a legtöbb információt a mérő szakaszban lezajló folyamatokról. h./ Izotéjpos térfogati goztartalom mérőt általában ugyan csak a kilépésnél a kilépő gőz tart alom meghatározá sára szokás elhelyezni.
- 20 -
4. Mér61áncok A különféle érzékelők által szolgáltatott jeleket az alábbiakban vázolt mérőláncok dolgozzák fel fizikai egy ségekben kifejezett mérési adattá. A legfontosabb mérő láncok felépitése az 5. ábrán látható. A hőmérséklettel arányos termofeszültséget az NVH be rendezésnél Ni-CrNi, vagy chromel-alumel termoelemek szolgáltatják. A viszonylag drága és sérülékeny termoelemvezeték hosszát lehetőleg rövidre szokás válasz tani. Ezt gyakorlatilag az szabja meg, hogy a termoelem és a hozzá csatlakozó kompenzációs vezeték mechanikai rögzitését biztositó csatlakozó hol helyezhető el biz tonságosan. A termoelemvezetéket követő kompenzációs vezeték a hidegpont kompenzátorig tart.A hidegpont kom penzátor egy másik ismert hőmérsékletű - rendszerint ol vadásban levő jégbe merülő - termoelem referencia fe szültségét hasonlitja a mérendőjével, majd az eredő feszültséget rézvezeték köti valamelyik adatgyűjtő egy ségre. Ujabban a hiiegpont referenciafeszültségét az 5.ábrán feltüntetett stabilizált feszültséggel táplált hiddal állitják elő. A kiégésvédelmi célokra felhasz nálásra kerülő felületi hőmérsékletmérő termoelemek jele a feszültség- frekvencia konverterekről kerül a speciálisan erre a célra a KFKI-ban kifejlesztett krizisdetektorokra. A feszültség-frekvencia átalakítók az l.sz. képen lát hat , mig a krizisdetektorokat a 2.sz. kép mutatja.
ÚzcmriUl ЫИ. vJdrtem
-erb. Hid Цри»ц Wtgwvédott
Ф
"НИ. Cu vex
hemp. vex.
«=(2з
" Л Ж М 1
ЙБ
Ф Ф
1
U/F
1(0-20mA)
.
l!L 4b.
»A
ф
>/,
шф P
>/•
/ P orwnlajurff «w t
p/.
r-Ш
UJF
Ф
1
-щ--'-Щ±
.Qlurfcin«» « f t w l w
rh lev« «ik .A méVt»w>QMon fotyi é>om
г
Ü/F
Р*«жйН»*Ч» m W t t o l w t o n
и/г
0yori nyomi» 4fift*4(CEC)
u/r
<
ftsiűltfltg frtkvtncia Átalakítok
MELINDA
Oyorsk/imaa lé
5. ábra Л mérőrendszer blokkvázlata
1. kép Feszültség-frekvencia átalakítók
5^'
•*-
2 . kép Kiégésvédő egységek
- 24 -
A nyomás-, nyomáskülönbség- és áramlásmérők pjlei a cé gek által az érzékelőkkel együtt szállított 0-20 mA áramkimenetü távadókra kerülnek. A távadók kimenetét a csatlakozó adatgyűjtő egységtől függően 50fl ill. 10Д ellenállással zárjuk le /lásd: 5.ábra/. A gyors tranziensek esetén használt feszültségkimenetü nyomásérzékelők jele közvetlenül csatlakozik az adatgyűj tők valamelyikére, hasonlóan a teljesítményadatot szol gáltató áram- és feszültségméréshez. Speciális mérőlánc dolgozza fel az akusztikus szondák jeleit. Ennek vázlatát a 6. ábra mutatja.
hangszóró
k y
akusztikus érzékelők
elcer&sitó
<
s
<
*
erósitó
szűré egyenirány irómú
КЗ 0-Ю kHz
U
szúró
mérómagnetofon
6. ábra Az akusztikus érzékelők mérőláncának vázlata
- ;vs -
A jelek feldolgozása megfelelő erősítés után történik. Az evősitő a zavarmentes jeltováL i^ás érdekében az érzékelő közelében elhelyezett elő és távolabbi főerősitő fokozatokra tagozódik. Az akusztikus jel rögzitése ez után mérőmagnetofon segítségével történik. Olyan alkalmazás esetén, mint pl. a forráskrizis de tektálása szűrés és egyenirányítás után irómüszerrel történő rögzítés is célravezető. Az üzemviteli és ir.érőszemélyzet szempontjából sokszor hasznos a jel hallha tóvá tétele, ilyenkor a jel hangfrekvenciás erősítő után hangszóróra kerül. v
A gőztartalom meghatározására szolgáló mérőláncot az 1.ábrán hiutatt'ík be a lánc egyes egységeinek feltün tetésével . 5. Adatgyűjtés Az NVH berendezéstől érkező - méréscélu - jelek össze gyűjtése lényegében három különböző módon történik. Ezek a következők: a./ A 40 méi'í'helyes - időben soros letapogatású un. "Mérési Eredményeket LINearizáló Digitális Adatgyűjtő" /MELINDA/. b./ A jelenleg 24 mérócsatornára kiépített, számítógépvezérelt párhuzamos letapogatású, gyors adatgyűjtő. с./ A mérési eredmények egyedi, ill. néhány adat együttes rögzítését lehetővé tevő regisztráló műszerek, /agy többcsatornás magnetofon.
- :ч> -
Az adatgyűjtő ;i módszerek széJes választéka mindig szűkül az adott mérési feladat által igényelt szem pontok szerint.
A kiválasztást a mérendő mennyi
ségek darabszáma, a szükséges mérési sebesség és a további feldolgozási igény határozzák meg. 5.1 Mérési Eredményeket LINearizáló Digitális Adatgyűjtő /MELINDA, MIKI gyártmány/ А МО mérőcsatorna jelei egy reed relés méréspontvál tóhoz csatlakoznak / 7. ábra /
Wedeln •ra 1 ••
z\
I 1 -
\ \
MÍrétport «lto
МаМн* ftssültsvg mkii
N.. 4P'
.Jí Llntertiólé é% skolotiny. btalllt»
Vcsérlo tfyséfl
7 . ábra MELINDA
Lyukfiat Of 1
lyuka M l * Vttl kié
hwMM.4
-
21
-
A vezérlőegység az '\ty/es csdt.orn.-ik jeleit - a csatorná hoz tartozó reed-relék megfelelő beállításával /idő ben egymás után/ - a rendszer központi egységét képező digitális feszültségmérő bemeneteié juttatja. Az egyes csatornák jeleit egy - a csatornához rendelhető -
Y
n
= A X + В n n n
tipusu lineáris egyenletrendszer segítségével értel mezzük, ahol
az n-ik csatorna mérési eredménye digitali zálás után, az n-ik csatorna érzékelője által szolgál tatott bemenő feszültsége], A ,В n' n
az n-ik csatornához rendelt linearizáló és skálatényezők.
Az egyenlet együtthatóit ugy állapítottuk meg, hogy Y fizikai mérőszámot adjon / C, m /ó, stb./. Az eredmény FACIT gyorslyukasztón keresztül lyukszal?son tárolódik BCD kód.ilásu rendszerben. A vezérlőegység segítségével különböző üzemmódok állít hatók be pl. : - egyszeres, vagy többszörös letapogatás a beállított első ér, utolsó mérőhely között, - egy csatorna egyszeres, vagy többszörös letapogatása stb.
- 2Í< -
A lyukszalagra blokkokban kerül az információ. Az egyes blokkokat fejléc előzi meg, amely dátum, idő
és blokk
sorszám információt tartalmaz. Ezen információk későbbi feldolgozás során segitenek íz
időviszonyok felrajzo
lásában. A lyukszalag tartalma egy OPTIMA 528 adat kezelő egységgel azonnal olvasható információt szol gáltat. A rendszer néhány fontosabb jellemzője: - 20 kétvezetékes /high-low/ mérőcsatorna Volt nagyságú feszültségjelek fogadására, - 20 háromvezetékes /high-low-gjard/ mérőcsatorna 0-20 mV nagyságú termoelem jelek feldolgozá sára, - 0,5% pontosság, - valamennyi bemeí.ot földfüggetlen, - 20 mérőhelyes hidegpontkompenzátor, - a digitális feszültségmérő integrálása jó /120 dB/ zavarszürést biztosit, - maximum 18 mérőhely/sec letapogatási sebesség. 5.2 Számitógépvezérelt gyors adatgyűjtő Az adatgyűjtő rendszer valamennyi csatornája lénye gében egy-egy önálló digitális feszültségmérőnek te kinthető. A mérendő jelek egy-egy 3 vezetékes /high- low-guard/ földfüggetlen /lebegő/ bemenettel rendelkező feszültség- frekvencia átalakító bemeneté re kerülnek / 8. ábra /.
Щ U/f
2
{j/f
12 bHes számláló
12 biles siámtáli
ГР4 /00M
2* Ф
U/f
12 blies számláló
Kvarcára és IdórőgzItÓ
Leválasztó átalakító
С A MAC
Számitógép
8 . ábra A gyor^ adatgyöitő rendszer blokkvázlata / TPAi/ Az átalakító kettős feladatot lát el: - földfüggetlen bemenete lehetővé teszi a fűtött csövekre szigetelés nélkül, közvetlenül felhegesz tett termoelemek jeleinek feldolgozását, - erősítés után elvégzi a jel digitalizálásának első lépését, azaz a bejövő feszültséggel arányos frek venciájú, kis inpedancián, zavarmentesen továbbit ható jellé történő átalakítását. A feszültség- frekvencia átalakítókat mutatja az 1 .:;?.. кор .
.J
- 30 -
A feszültség- frekvencia átalakitók kimenőjele kb. vlOmes kábeluton jut el а ТРЛ 1001-i kisszámitógéppel ve zérelt CAMAC rendszerhez. Itt minden csatorna részére egy-egy 12 bites ЫпЛгЬ, számlánc van elhelyezve. A számlálók gyűjtési kapuidejét programozottan állítjuk elő ugy, hogy ez a hálózat 20 msec periódusidejének /50 Hz/ 1, 2, 3, ill. 4-szerese legyen. Ezzel a mód szerrel a csatorna bemenetén jelenlévő hálózati ere detű és elsősorban a tirisztoros egyenirányitótól szár mazó zavarjelek hatását integrálással ki tudjuk szűrni. Egy kapuidő alatt valamennyi számláló egyszer kiolva sásra és nullázásra kerül. A kiolvasott értékeket a számitógép operativ memóriájában raktározzuk el. Ugyan ide kérd a kapuidő kvarcórával mért értéke is. Egy-egy csatornáról 128 kapuidőnyi információt tudunk tárolni. A program szervezése olyan, hogy az uj adatokat min dig a legrégebbi helyén tárolja. így mindig az aktu ális időponttól visszafelé számított 128 érték marad m.?g. Ez gyors tranziens méréseknél tökéletesen ele gendő, rnert 20 msec-os kapuidónéi 2,56 sec, illetve 80 msec-os kapuidőnél ]n,2't reo időtartam tárolását te szi lehetővé, /lásd: pl. a 1. ábrát/ 1
Az adatgyűjtő bármely időpontban /pl. a tranziens le zajlása után/ megállítható. A mért eredmények lyuk szalagra kivihetők és/vagy táblázatosan megjelenít hetők, ill. X-Y irón kirajzolhatók. Tetszőleges 4 csa torna jeleinek alakulása már adatgyűjtés közben is meg figyelhető ep.y r,r:-/,o i 1 los7.k'')>nri CAMAC Display segítsé gével .
- зл -
A memóriában rendelkezésre áll még valamennyi csa tornáról az adatgyűjtés leállitásától visszafelé számitott nyolc 128 adatot tartalmazó - ciklus vonatkozásában az átlagérték információ is. Ebből kapható meg a tranzinest megelőző stacionárius álla pottal kapcsolatos információ. Az adatgyűjtő pontossága lényegében a kapuidő hosszá val van összefüggésben. 1 - 0,2 % között változik a 20, ill. 80 msec kapuidő függvényében. Az adatgyűjtő néhány jellemzőjét а 4. táblázatban foglaltuk össze, a TPAi központ pedig a 3.sz. képen látható
4. Táblázat •
—
-
••
integrálási /kapu/ idő
msec
20
40
60
80
Teljes ciklus idő
sec
?.S6
5.12
7.68
10.24
Teljes ciklus átlag
db
8
8
8
Átlagérték táro lási idő
sec
Adatgyüj tési r;ebesség
csat/sec
8
20.48
40.96
6.1.44
81.92
1200
600
400
300
3. kép TPAí adatgyűjtő központ
- ;к! -
6 . Adat fe Idol go::, iu , eredmények Az összegyüj töl:t adatok értéke 1 еке általában off-line módon a lyukszalagon rögzített információk üegitségével történik. Mindkét adatgyűjtő rendszer informá ciói а КГК1 számifőközpontjának R-'rO számitógépére irt különböző höteehnikai programok bemenő adataivá transzformálva kerülnek feldolgozásra. Példa képpen az ismertetett mérő és adatgyűjtő rend szerrel nyert és a perifériák negitségével felrajzolt két jellegzetes mérési eredményt mutatunk be. A 9. áb rán egy axiálisan változó hőterhelésii fűtőelem felü letének hőmérsékletváltozását láthatjuk az idő függvé nyében a krizis beállitása után. Л görbék kezdeti sza kasza a krizis fellépése előtti stacionárius állapo tot rögziti. A 9, ábrán bemutatott mérési eredmény esetén a váLtozó hőfluxuselofrzlás létrehozása a fű tőelem falvastagságának, mint terhelő ellenállásnak, a lépcsőzetes változtatásával történt. Ennek meg oldása és a termoelemek elhe yezése látható a 10. áb rán. Ugyancsak itt tüntettük fel a 9.ábra két idő pontbeli metszetét is. Az egyik a krizis előtti, a másik a krizis fel]epésének pillanatában uralkodó viszonyokat ábrázolja. 1
Egy tipikus tranziens kritikus hőfluxus mérés ered ményét mutatja be a 11.ábra.
-
3"
-
IPC
9.ábra Falhónrérséklctek változáea k r l z i e n á l >T1
50Г Т М
ЛОО-
krizis elöli
300 • •
2 0 0 ••
.10. áhva I>lírirtti t.tírnioeleniek elrendezése a x i á l i s a n változó 1-rud mérőszakaazon
_ . . w >
-
200
600
Ч(.
1000
1200
Г [тис] Teljesítmény
11. ábra tranziens lefutása
- 37 -
Megfigyelhető a görbéken a be- és kilépő tömegfluxusok teljesítmény tranzienskor jellemző ellentétes változása. Jól érzékelhető a különböző tipusu termoelemek jelentős időállandó eltérése is. A III. Rész a mérőszakaszokkal és méréstechnikai esz közökkel foglalkozik.
Kiadjr a Központi fizikai Kutató intézet rel« -» kiadói Szabó Ferenc Szakmai lektori Végh Endre Peldényizámi 150 Törzaazám« 1977-1279 KéazUlt a KfKI eokezoroaité Üzemében Budapeet, 197t. január hé 1
