No title

Voorwoord Dit eindwerk behandelt het ontwerpen van een meetbank die gebruikt wordt bij het controleren van brandstofnaalden. Bijkomend had dit eindwerk ook tot doel praktische ervaring op te doen door een zelfgekozen onderwerp uit te werken. Graag bedank ik dan ook mijn promotoren Dhr. ing. Jardin en Dhr. ing. Van Dosselaer voor hun steun en medewerking aan dit project. Ook zou ik graag de andere mensen op het SCK-CEN willen bedanken, vooral Ann Leenaers, Ivan Fets, Yves Parthoens, August Gys, Gerry Cools en Jef Vreys die steeds klaarstonden om mij te helpen. Niettemin wil ik ook nog mijn familie en vrienden bedanken. Dit vooral aan mijn moeder en vriendin om de steun en hulp die zij mij hebben gegeven tijdens de laatste weken van dit project. En aan al degene die ik hier vergeten te noemen ben; bedankt voor de steun en hulp. En dan nog aan u, de lezer. Ik hoop dat u dit een boeiend verslag vindt en dat de vragen die u mocht hebben verduidelijkt worden. Verder wens ik u nog veel leesplezier. De auteur geeft de toelating dit afstudeerwerk voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van het afstudeerwerk te kopiëren voor eigen gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit dit afstudeerwerk.

Tom Wouters

04-05-2004 Zoersel

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”SCK-CEN

i

INDEX:

1.

Inleiding 1.1 SCK-CEN 1.1.1 Bedrijfsprofiel 1.1.2 Onderzoeksprojecten 1.1.3 De belangrijkste installaties zijn 1.2 LHMA 1.2.1 Algemeen 1.2.2 Probleemstelling 1.2.3 Structuur

2

Voorstelling van de installatie voor ND-onderzoek 2.1 Brandstofnaald (splijtstofstift) 2.1.1 Kerncentrale (PWR) 2.1.2 De matrix (element) 2.2 “Hot-cell” M1 2.3 Meetbank 2.3.1 Slede / beweegbare wagen 2.3.2 Ondersteuning / hoogteregeling 2.3.3 Vaste metingen 2.4 Meetopstellingen 2.4.1 Gammametingen 2.4.2 Oxidediktemeting 2.4.3 Diametermeting 2.4.4 Lengtemeting 2.4.4 Lengtemeting 2.4.5 X-stralen onderzoek 2.4.6 Eddy current

pag.

1 1 1 1 2 3 3 4 4 5 5 5 7 8 9 9 10 10 11 11 13 14 14 15 16 17


ii

3

Aanpassingen op de oude meetbank 3.1 Inleiding 3.1.1 Door te voeren aanpassingen 3.1.2 Probleemstelling 3.2 Inbouwen van de lengte-encoder 3.2.1 Algemeen 3.2.2 Technische werking 3.2.3 Plaatsing 3.2.4 Bevestiging 3.2.5 Uitlijning 3.3 Afscherming van de encoder 3.3.1 Algemeen 3.3.2 Gegevens en berekeningen 3.3.3 Plaatsing 3.3.4 Bevestiging 3.3.5 Uitlijning 3.4 Inbouwen van de nieuwe ondersteuning 3.4.1 Algemeen 3.4.2 Mogelijke ontwerpen 3.4.3 Plaatsing 3.4.4 Bevestiging 3.4.5 Uitlijning

pag.

4

Nieuwontwerp van de meetbank 4.1 Inleiding 4.1.1 Te bestuderen ontwerpen 4.1.2 Probleemstelling 4.2 Hoogteregeling +ondersteuning 4.2.1 Algemeen 4.2.2 Ontwerp met horizontale cilinder 4.2.3 Ontwerp met stappenmotor en wormwieloverbrenging 4.2.4 Ontwerp met verticale cilinder 4.2.5 Ontwerp met zuiver mechanische verplaatsing 4.3 Aandrijving en geleiding van de beweegbare wagen 4.3.1 Algemeen 4.3.2 Aandrijvingen 4.3.3 Geleidingen 4.4 Klauwplaat en aandrijving 4.4.1 Algemeen 4.4.2 Klauwplaat 4.4.3 Reductiekast 4.4.4 Sensor

18 18 18 18 19 19 19 20 21 22 22 22 23 24 24 24 25 25 25 26 26 26 27 27 27 27 28 28 28 28 31 33 35 35 35 38 41 41 41 41 42

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”iii SCK-CEN

4.5

4.6 4.7

Meetsystemen 4.5.1 Algemeen 4.5.2 Lengte-meetsysteem 4.5.3 LVDT’s Voorstel ontwerp nieuwe meetbank 4.6.1 Inleiding 4.6.2 Keuze en verantwoording Meetcassettes 4.7.1 Algemeen 4.7.2 Codering van de cassettes 4.7.3 Centreering 4.7.4 Oxidemeting 4.7.5 Diametermeting 4.7.5 Diametermeting 4.7.6 Eddy-current 4.7.7 Afschrijving

pag.

44 44 44 45 47 47 48 49 49 49 50 51 51 52 52 53

5

Nawoord

54

6

Bronnen

55

Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4

technische tekeningen Adressenlijst Bijkomende info over stralingsbestendige LVDTs Bijkomende info over de MTS lengte-encoder

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”iv SCK-CEN

1. Inleiding 1.1

SCK-CEN

1.1.1 Bedrijfsprofiel Het Belgisch Studiecentrum voor Kernenergie (SCK•CEN) is een instelling van openbaar nut onder voogdij van de Belgische federale minister van Energie. Het SCK•CEN telt ongeveer 600 medewerkers waarvan één derde houder is van een universitair diploma. De omzet bedraagt 80 miljoen euro per jaar: 50% directe overheidssubsidies, 10% indirect via activiteiten voor ontmanteling van vrijgegeven installaties en 40% inkomsten uit contractwerk en dienstverlening. Het SCK•CEN werd opgericht in 1952 teneinde de Belgische academische en industriële wereld toegang te verschaffen tot de wereldwijde ontwikkeling van kernenergie. Sinds 1991 geeft de statutaire opdracht voorrang aan onderzoek over problemen met betrekking tot de samenleving: • • • • •

Veiligheid van kerninstallaties; Stralingsbescherming; Veilige behandeling en berging van radioactief afval; Strijd tegen ongecontroleerde proliferatie van splijtbaar materiaal; Strijd tegen terrorisme.

Deze beschikbare kennis en infrastructuur worden ook gebruikt voor dienstverlening aan de industrie en voor opleidingen.

1.1.2 Onderzoeksprojecten Veiligheid van reactoren en splijtstoffen • • • •

Optimalisering van de configuratie van de reactorkern; Het gedrag van MOX-splijtstof en van splijtstof met hoge versplijtingsgraad; De studie van de verbrossing van drukvaten en van scheurtjes in inwendige delen van de reactor veroorzaakt door stralingsgeïnduceerde corrosie; De invloed van bestraling op instrumentatie en structuurmaterialen voor kernfusiereactoren.

Radioactief afval • •

De haalbaarheid en veiligheid van de berging van hoogradioactief afval en van gebruikte splijtstof in geologische kleilagen; De studie, ontwikkeling en evaluatie van declasseringstechnieken en -procédés voor kerninstallaties, inclusief decontaminatieprocédés.


1

Stralingsbescherming • • • • • • •

De biologische gevolgen van straling op levende organismen en het milieu; De wetenschappelijke ondersteuning van noodplanning en reacties; De Belgische bijdrage aan het non-proliferatieprogramma van het IAEA in Wenen; De wetenschappelijke steun bij het bepalen van de impact op het milieu en de sanering van besmette sites; Nucleaire metrologie; Optimalisering van de blootstellingen in de nucleaire industrie volgens de ALARAprincipes; Optimalisering van medische blootstelling.

1.1.3 De belangrijkste installaties zijn BR2 BR2 is één van de krachtigste onderzoeksreactoren ter wereld. Hij wordt gebruikt voor splijtstof- en materiaaltests voor diverse reactortypes en voor het Europese fusieprogramma. Hij is ook het belangrijkste onderdeel in de productie van radio-isotopen voor medische en industriële toepassingen en voor siliciumdopering bestemd voor de elektronica-industrie. BR1 BR1 is een luchtgekoelde en grafietgemodereerde reactor met een vermogen van 4MWth. Hij wordt veelvuldig gebruikt als neutronenbron voor activeringsanalyses, dosimetrische ijking, neutronenradiografie en referentie reactorexperimenten. HADES Het HADES-laboratorium bevindt zich 225 m onder de grond en dient voor de studie van kleilagen als potentiële geologische opslagplaats voor langlevend hoogradioactief afval. Het wordt uitgebaat door EURIDICE, het economisch samenwerkingsverband tussen NIRAS/ONDRAF (de Belgische Instelling voor Radioactief Afval en verrijkte Splijtstoffen) en het SCK•CEN. Dit ondergrondse laboratorium werd nog maar pas uitgebreid om op grote schaal tests uit te voeren over de haalbaarheid en de veiligheid van de berging van warmteontwikkelend kernafval. Nucleaire analyse en chemische laboratoria Het SCK•CEN meet en evalueert de interne contaminatie van werknemers en bedieners van nucleaire installaties en de contaminatie van de bodem en de voedselketen. De laboratoria ondersteunen ook de onderzoeksreactoren en andere labo's voor destructief en niet-destructief onderzoek van hoogradioactief materiaal. Deze laboratoria ondersteunen ook het nucleaire noodplan waartoe het SCK•CEN een belangrijke bijdrage levert voor het Belgische en Europese beleid.


2

1.2

LHMA

In dit gebouw vond mijn stage op het SCK•CEN plaats binnen de afdeling RMO (Reactormaterialen Onderzoek).

1.2.1 Algemeen Het Laboratorium voor Hoge- en Middelmatige Activiteit (LHMA) evalueert de gevolgen van bestraling op materialen die gebruikt worden in de huidige en toekomstige nucleaire installaties. Een brede waaier van mechanische, physico-chemische (dit is onze onderzoeksgroep binnen RMO) en microstructuur onderzoeksinstrumenten zijn beschikbaar binnen en buiten de afstandsbediende warme cellen “hot-cell”. Het laboratorium is betrokken bij toegepast onderzoek en basisonderzoek, met ondersteuning van mathematische modellen voor het verifiëren en voorspellen van het gedrag van de nucleaire materialen tijdens hun bedrijfsduur.

Bovenstaand vindt u een grondplan van de afdeling LHMA de rode zones zijn deze waar de warme labo’s zich bevinden. De aanduiding warm geldt voor aanwezigheid van radioactiviteit en niet voor temperatuur. De cel waar de meetbanken voor Niet Destructief (ND) onderzoek aanwezig zijn, is cel 81 en word intern M1 genoemd.


3

1.2.2 Probleemstelling Voor dit eindwerk moeten er aanpassingen gebeuren aan de oude meetbanken in de cel voor ND-onderzoek, ook zullen er voorstellen voor de nieuwe meetbank ingediend worden. De aanleiding hiervoor is het falen van onderdelen op de oude machine, zoals de hoogteregeling van de brandstofnaalden. De oorzaak van het falen ligt aan het agressieve milieu dat aanwezig is in de “hot-cell” (radioactiviteit). De radioactiviteit komt van de te meten onderdelen en is dus onvermijdelijk. Ik zal dan ook vooral rekening moeten houden met materiaalkeuze, onderhoud en bedrijfszekerheid in mijn ontwerp. Het doel is een betrouwbaar systeem op te bouwen dat opgedeeld is in modules. Dit geeft als voordeel dat bij defect men de module kan vervangen of demonteren en niet ter plekke moet gaan herstellen.

1.2.3 Structuur Ik heb mijn technisch gedeelte onderverdeeld in 2 hoofdgroepen. Als eerste het aanpassen van de oude meetbank, waarbij het gekozen concept uitgewerkt is. De technische tekeningen zijn bijgevoegd in de bijlage. Ten tweede het beschrijven van nieuwe systemen voor de nieuwe meetbank, waarbij ik mijn persoonlijk oordeel zal voegen.


4

2 Voorstelling van de installatie voor ND-onderzoek 2.1

Brandstofnaald (splijtstofstift)

De brandstofnaald is het te controleren element van de meetbank. Om te verduidelijken wat de juiste taak van dit element is in de samenstelling van de kerncentrale, zal ik de werking van de centrale beschrijven.

2.1.1 Kerncentrale (PWR)


5

Een kerncentrale verschilt van een klassieke elektriciteitscentrale door de manier waarop de drijvende kracht wordt opgewekt. In een klassieke elektriciteitscentrale wordt de stoom geproduceerd in een stoomketel waarin de warmte bekomen wordt door middel van een verbrandingsproces. In een kerncentrale wordt de warmte in een reactor door een splijtingsproces geproduceerd. In een Pressurized Water Reactor (PWR) wordt de stoom in een reeks stappen geproduceerd: •

In de reactor geven de splijtstofstiften hun warmte af aan de primaire kring, die gevuld is met water. Het water (dat tot +/- 300°C opgewarmd wordt) is aan een druk van ongeveer 155 bar onderhevig, wat het koken van het primaire water belet. Dat is de reden waarom men over een Pressurized Water Reactor (letterlijk vertaald reactor met water onder druk) spreekt.

•

Het opgewarmde water geeft zijn warmte af in een warmtewisselaar, die stoomgenerator genoemd wordt. Daar wordt de warmte van het reactorkoelwater afgegeven aan een afgescheiden secundaire kring, de zogenaamde waterstoomkring. Omwille van de lagere druk in deze kring wordt het secundaire water omgezet in stoom. Deze stoom wordt dan gebruikt om de turbine en de ermee verbonden alternator aan te drijven.

•

De stoom die uit de turbine komt wordt gekoeld en tot water gecondenseerd. De condensor gebruikt daarbij de tertiaire kring, die gevoed wordt met water afkomstig van een externe bron.

Een PWR heeft dus drie gescheiden koelkringen: •

de primaire kring die de warmte van de reactor via de stoomgenerator naar de secundaire kring overdraagt;

•

de secundaire kring die de stoom naar de turbine brengt;

•

de tertiaire kring die het condenseren van de stoom die uit de turbine komt, verzekert.

Zulk een ontwerp voorkomt de lozing van radioactieve stoffen naar de omgeving toe.


6

2.1.2 De matrix (element) De splijtstofelementen vormen samen de reactorkern. Zij bevinden zich in een cilindervormige reactorkuip met hemisferische bodem en deksel. Dit laatste is verwijderbaar en vastgemaakt aan de kuip met bouten en moeren. De kuip bevat de zogenaamde interne delen die de reactorkern ondersteunen en die zorgen voor een doorgang voor het water van onder naar boven in de reactor. De reactorkuip is vervaardigd uit gesmeed mangaanmolybdeenstaal, speciaal gekozen voor zijn mechanische eigenschappen, zijn lasbaarheid en zijn stralingsbestendigheid. De inwendige oppervlakken van de kuip zijn bekleed met opgelast roestvrij staal. Elke reactorkern van een kerncentrale van 1000MWe bestaat uit 157 splijtstofelementen, elk op hun beurt samengesteld uit splijtstofstiften. Deze laatste bevatten gesinterde uraniumdioxidetabletten in een Zircaloyhuls. De huls is aan beide kanten afgesloten met een gelaste plug. Op die manier kan de warmte ontsnappen doorheen deze metalen buis, terwijl de ontstane splijtingsproducten tegengehouden worden. De splijtstofstiften in een element zijn in een vierkant opgesteld en worden samengehouden door een skelet bestaande uit een kop en een voet, roosters en geleidingsbuizen voor de controlestaven. In het midden van een splijtstofelement bevindt zich een geleidingsbuis voor een neutronenfluxmeetsonde. Als splijtbaar of fissiel materiaal (=splijtstof) kunnen de zware metalen uranium en plutonium gebruikt worden. In de natuur komen drie uraniumisotopen voor: een zeer kleine fractie U-234, een kleine hoeveelheid U-235 (0.7%), en voor de rest (meer dan 99%) U-238. Enkel de kern van U235 is splijtbaar. Om in de splijtstof voldoende fissiel U-235 te bekomen en een gecontroleerde kettingreactie in stand te houden, wordt het natuurlijk uranium uit de mijn "aangerijkt" tot 3 à 4% U-235.


7

2.2

“Hot-cell” M1

De meetbanken staan opgesteld in de “hot-cell” M1. Deze cel is voorzien ter bescherming van de operatoren. Ze is opgebouwd uit een 1m dikke betonnen muur voorzien van 4 1m dikke loodramen. Om te beletten dat radioactiviteit naar buiten zou komen wordt de cel op onderdruk gehouden. Hiervoor is er een roestvrijstalen “kuip” voorzien die men de “alfakast” noemt. Verder is er in de cel ook verluchting voorzien die word afgevoerd via een afgesloten systeem. De manipulatie van de operator gebeurt met master-slave armen die men manip noemt. Deze manip heeft een 3-assen sturing en kan verder manueel bediend worden. De grijper is voorzien van 2 vingers. Hiermee een bout moeten monteren is op zich al zware arbeid. Ook hiermee zal ik rekening moeten houden in mijn ontwerp. Zodat de modulaire eenheden eenvoudig kunnen gemonteerd of bediend worden. Als men in deze cel moet werken dan zal dit moeten gebeuren met een speciale uitrusting. Ook zal op voorhand een goede voorbereiding nodig zijn, zodat de operator niet langer dan noodzakelijk in de cel moet verblijven.


8

2.3

Meetbank

De meetbanken zijn opgebouwd uit 3 delen: • • •

de slede / beweegbare wagen de ondersteuning / hoogteregeling vaste metingen

1

Op volgende figuur zien we de beweegbare wagen (1) die over de geleiding (2) een translatie kan uitvoeren. Ook kunnen we de ondersteuning / hoogteregeling (3) onderscheiden.

2

3

2.3.1 Slede / beweegbare wagen De beweegbare wagen wordt aangedreven door een stappenmoter, dit geeft de translatie over de slede. De verplaatsing gebeurt via een tandheugelsysteem. Op de beweegbare wagen is ook een 2de stappenmoter voorzien om de rotatie van de klauwplaat te verzorgen.


9

2.3.2 Ondersteuning / hoogteregeling Hoewel het systeem één geheel vormt zijn beide delen afzonderlijk te bekijken en te bespreken. Het is dan ook belangrijk dat men de functie van beide onderdelen afzonderlijk kent en tevens ook begrijpt hoe ze samenwerken. De ondersteuning (1) staat voor het effectief dragen van de naald en er zodoende voor te zorgen dat ze vlak blijft liggen. De hoogteregeling (2) zal er voor zorgen dat bij andere diameters van brandstofnaalden er een optimale vlakheid kan verkregen worden, dit door de maximale hoogte die de ondersteuning kan aannemen te regelen. Op de oude meetbank wordt deze voorzien door een as, waar nokken op gemonteerd, zijn te positioneering via een stappenmotor.

1

2

2.3.3 Vaste metingen Vanuit de controleplaats gekeken, bevinden er zich links op de meetbank ook enkele vaste metingen zoals: gamma, X-ray. Deze posities liggen vast in de “hot-cell” ( ze zijn immers geïntegreerd in de bouw van de cel ). Er moet dus rekening mee gehouden worden bij het nieuw ontwerp van de meetbank.

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”10 SCK-CEN

2.4

Meetopstellingen

2.4.1 Gammametingen Op de brandstofnaalden gaan we 2 gammametingen doorvoeren. Ten 1ste de gros-gamma meting, deze meet de totale gammastraling die de naald uitzendt en ten 2de de gamma spectroscopie. Deze metingen worden gebruikt om de elementen die in de naald voorkomen in kaart te brengen en ook om de positie van de brandstofpastilles en de rempastilles te bepalen. Ook kan men de verplaatsing van vluchtige elementen waarnemen en de “burn-up” van de naald bepalen. Dit laatste wordt bepaald door de nog splijtbare stoffen die aanwezig zijn te vergelijken met de tijd dat de naald in de reactor zat. Hieruit kan de volledige “burn-up” tijd bepaald worden. Installatie

Ge-detector met stikstofkoeling tot -196°C dit om thermische ruis te onderdrukken. Deze detector wordt onder 5000V spanning gehouden. _______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”11 SCK-CEN

De installatie bestaat uit 2 grote delen: de collimator en de Ge-detector. De collimator die zich juist boven de detector bevind, zorgt voor een kalibratie van het systeem. Bij deze kalibratie gaat men een 60Co staaf gebruiken als standaard. De collimator is aanwezig in de “hot-cell” juist onder de naald en werkt als een richter. Hiermee kan men de straling tot op een te meten niveau brengen. De Ge-detector zal voor meetapparaat fungeren en wordt in bedrijf op 5000 Volt gehouden. Men gaat de detector ook koelen met vloeibare stikstof om thermische ruis te onderdrukken. De detector staat in de kelder onder de cel en bevind zich dus niet in de afgesloten ruimte. Gross-gamma Hier gaat men voor de ganse lengte van de naald (2 metingen per mm) het totale spectrum van gammastraling (0,1 tot 2 Mev) optellen. Hierdoor kan men de positie van bepaalde onderdelen in de brandstofnaald perfect positioneren zonder te naald te beschadigen. GROSS GAMMA MEASUREMENT OF ROD CSAP0289 (date: 2002-05-21) 1800

Onderste rempellet

1600

Bovenste rempellet

1400

1200

1000

800

Veer

600

Plaats van de matrixroosters

400

200

Brandstofkolomlengte 0 0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

3750

Axial corrected position (in mm. from bottom end, σ=0,5mm)

Gamma spectroscopie Hier wordt de energie van elke gamma afzonderlijk gemeten, waardoor men via referentietabellen kan uitmaken welk element overeenkomt met die specifieke energie. Dit wordt ook voor elke mm van de naald bepaald. Hierdoor kan men uitzetten welke elementen waar in de naald voorkomen en in welke hoeveelheid.


4000

2.4.2 Oxidediktemeting De oxidediktemeting gebeurt met een meetprobe die werkt volgens het eddy-current principe. Deze meetprobe werkt op contact en is verend uitgevoerd en moet dus niet constant onder druk gehouden worden. De meetprobe is speciaal uitgevoerd om nietgeleidende lagen te meten op geleidend basismateriaal. Er wordt om de 0,48 mm gesampled over de ganse lengte van de naald. Deze meting wordt in totaal 4 maal uitgevoerd, telkens 90° verder verdraait. De dikte die gemeten kan worden varieert van 1 tot 1000 µm en dit met een standaard deviatie van 3 µm. De meting gebeurt als volgt: er word een hoog frequent magnetisch veld opgewekt. De oxidelaag tussen de probe en het basismateriaal is niet geleidend dus zorgt voor een weerstand (impedantie). Nu is voor kleine afstanden er een lineair verband tussen impedantie en afstand. Hierdoor zal de gemeten uitgangspanning in functie staan tot de oxidedikte.


2.4.3 Diametermeting Om het profiel van de naald te meten wordt er een continue meting uitgevoerd. Deze meting gebeurt op de beweegbare wagen. De meetapparatuur hiervoor zijn 2 lengte differentiaaltransformatoren (LVDT). Die uitgelijnd worden door middel van een stappenmotor. Deze zal beide LVDT’s bewegen bij aansturing, dit kan zowel voor het openen als sluiten. Bij de kalibratie zal hiervan gebruik gemaakt worden. Voor elke diameter is er ook een standaard voorzien, deze zal men als referentie gebruiken. Men zal 2 metingen doen, 90° verdraait. De standaard deviatie op deze meting is 1 µm. De gemeten diameter moet nog gecompenseerd worden. Ten 1ste met de temperatuur, hiervoor hangt er een thermometer in de cell. Ten 2de met de oxidedikte, hiervoor heeft men ook compensatieformules.


2.4.4 Lengtemeting Voor de lengtemeting van de naald hebben we een beweegbare wagen met een vlag. Deze vlag slaat weg als de lengte bereikt is en activeert een switch, hierna kan de positie opgemeten worden. Er wordt altijd teruggerekend naar de lengte bij 20°C. De beweegbare wagen wordt aangedreven door een tandheugelsysteem dat gedreven wordt door een stappenmotor.

Beweegbare wagen

Fuel rod

Support

Vast punt

De vlag activeert een switch


2.4.5 X-stralen onderzoek Het X-stralen onderzoek wordt toegepast om de brandstofnaald door te stralen. We kunnen zo een beeld vormen van wat er in de naald zit. Dit kan gebruikt worden bij verder destructief onderzoek. De installatie voor de film bevindt zich ook in de kelder onder de cel.


2.4.6 Eddy current Met de Eddy current meting gaat de integriteit van de behuizing nagekeken worden. Spleten en gaten die voorkomen gaan bepaald kunnen worden. De benodigde apparatuur bestaat hier uit een meetspoel waar de brandstofnaald zal doorlopen. Deze bepaling is aan de hand van de uitgangspanning die opgemeten en in een data-aquisitiesysteem verwerkt wordt. De metingen worden uitgevoerd met frequenties tussen 100 en 200 Khz. De gedetecteerde fouten kunnen zowel intern als extern zijn. In het onderstaande voorbeeld zien we dat er een inwendige spleet ontdekt is met een lengte van 2.54 mm en een dikte van 0.25 mm. Deze storing in de behuizing van de brandstofnaald kan op geen andere manier nagegaan worden zonder destructief onderzoek toe te passen.

SCK•CEN Program: Geronimo Date: 2002/04/18 Fuel Rod: Westinghouse standard 1

Internal notch L = 2.54mm D = 0.25mm

Internal notch L = 2.54mm D = 0.25mm


3 Aanpassingen op de oude meetbank

3.1

Inleiding

Voor het inbouwen op de nieuwe meetbank zou de te gebruiken technologie eerst getest moeten worden op het oude systeem. Dit om de betrouwbaarheid van deze nieuwe zaken te testen in het zware milieu waarin het optimaal dient te functioneren.

3.1.1 Door te voeren aanpassingen • • •

Inbouwen van een lengte-encoder Afschermen van deze lengte-encoder Inbouwen van een nieuwe ondersteuning

3.1.2 Probleemstelling • • • • • •

De kunststof perslucht aansluitleidingen van de ondersteuning geraakt frequent stuk door verduring. Het nieuwe ontwerp dient geplaatst te worden op dezelfde montagegaten De plaatsing van de electronica van de lengte-encoder zit mee in de “hot-cell” hierdoor moet er afscherming voorzien zijn. Uitlijning van de lengte-encoder over de gehele lengte van de meetbank Plaatsing van de lengte-encoder op de meetbank Bevestiging van de lengte-encoder op de meetbank


3.2

Inbouwen van de lengte-encoder

3.2.1 Algemeen Voor de lengte-encoder gebruiken we de magnetostrictieve sensor van MTS. MTS maakt gebruik van het fysische fenomeen van de magneetstrictie voor hoogprecieze, herhalingsnauwkeurige positiemetingen. De encoder wordt gebruikt voor de lengtebepaling op de meetbank. En ook omdat de elektronica (die stuk kan gaan ) op een vaste plaats zit en zo goed afgeschermd kan worden. Een goede uitlijning zal ook vereist zijn. Omdat de magneet vast zal staan en over een lengte van 5 m zal bewegen langs de lengte-encoder.

3.2.2 Technische werking De kern van de MTS-sensoren is het ferromagnetische meetelement, de golfgeleider. De beweeglijke positiemagneet genereert een magnetisch lengteveld in de golfgeleider. Loopt er een stroomimpuls door de golfgeleider, dan ontstaat een tweede magneetveld radiaal rond de golfgeleider. Het samenvallen van beide magneet-velden genereert een torsieimpuls. Deze loopt als geluidsgolf aan een constante snelheid van het geluid van het meetpunt tot het einde van het meetelement en wordt in de sensorkop omgezet in een afstandsproportioneel uitgangssignaal.


3.2.3 Plaatsing Voor de plaatsing van de lengte-encoder hebben we een grondige studie moeten doen met behulp van een camera in de “hot-cell”. Dit omdat de nodige technische tekeningen van de machine niet meer voorhanden zijn. Ook waren er problemen met de bijhorende plaatsing van de loodafscherming. We hadden na dit onderzoek 3 mogelijke plaatsingen voor de sensor.

Onder de geleidingsteunen: Deze opstelling heeft als groot nadeel dat de constructie voor de beweegbare magneet zeer complex zal zijn. Vermits deze op de bovenliggende beweegbare wagen is geplaatst. Hier is echter wel de meeste plaats voor de bevestiging van de sensor. Naast de geleidingsteunen: Plaatsing van de magneet en de sensor kan eenvoudig. Plaatsing van de loodafscherming zal niet mogelijk zijn (omdat de loodafscherming zo buiten de steunpunten van de tafel valt, en er zo kans is op het omkiepen van de tafel) waardoor deze opstelling uitgesloten is.

Boven de geleidingsteunen: Er is weinig plaats om de sensor te integreren. De magneet kan eenvoudig geplaatst worden. Deze opstelling heeft mijn voorkeur gekregen omdat (met een beetje vakkundigheid) het probleem van weinig plaatsingsruimte kan opgelost worden. Ook zal de loodafscherming voorzien kunnen worden op de tafel die zich voor de meetbank bevind.


3.2.4 Bevestiging Voor de bevestiging van de sensor heb ik mij eerst gedocumenteerd bij de leverancier. Hij had echter geen concrete oplossing voor mijn probleem daarom heb ik het bevestigingsysteem zelf moeten voorzien. Ik heb gekozen voor een systeem dat eenvoudig te bevestigen is op de geleidingsteunen. De operatie van het installeren mag natuurlijk niet te lang duren, dit omdat de werklieden worden blootgesteld aan de hoge radioactieve straling die in de “hot-cell” heerst. Ook heb ik moeten voorzien dat de magneet niet geremd word door de bevestiging. En dit geheel moest natuurlijk ook binnen de gegeven plaats passen. Het systeem dat zal gebruikt worden is opgebouwd uit 2 hoofddelen: een op de geleidingsteun te bevestigen basisstuk en het over de sensor te schuiven klemstuk. Door middel van een stelschroef met conisch einde zal het klemstuk zich zetten in het basisstuk en de sensor op zijn plaats houden.Ook zal men de magneet moeten bevestigen, dit zal aan de beweegbare wagen zijn zodat men de positie van de wagen steeds kan bepalen.


3.2.5 Uitlijning Voor de uitlijning van de sensor heb ik een boorkaliber gebouwd die te bevestigen is op de geleiding van de meetbank, hierdoor zullen de gaten telkens op een juiste asafstand staan ten opzichte van elkaar. Hierdoor kan de moeilijkheid van de uitlijning reeds voor de montage voor een groot deel opgelost worden. De verdere verbetering dient dan bij montage te gebeuren met een meetklok die op de beweegbare wagen gezet kan worden. De uitlijning van de magneet zal gebeuren via een combinatie van slipgaten voorzien op 2 montageplaten. Tevens zal bij het boren van de gaten op de geleidingsteunen, de boorkaliber niet geheel af de geleiding gehaald moeten worden. Er is een eenvoudige klemming en lossing mogelijk door de schroef.

3.3

Afscherming van de encoder

3.3.1 Algemeen Net zoals bij mens en dier zal elektronica afgeschermd moeten worden van de stralingsenergie die nog uit de brandstofnaalden komt. Om dit te berekenen zal men dan ook vele variabelen in kaart moeten brengen. Zoals de geadsorbeerde dosis die wordt uitgedrukt in Gray (Gy). Deze dosis zal verlaagd moeten worden tot op het niveau dat aanwezig is indien er geen brandstofnaald op de meetbank ligt. Ook een belangrijk gegeven is de stralingsenergie van de radioactieve elementen die in de brandstofnaald aanwezig zijn. Deze zullen immers, indien ze groter zijn, voor een dikkere afscherming zorgen. We hebben voor een stralingsenergie van 1MeV (eletronvolt) gekozen om te verzekeren dat we een goede afscherming zullen bekomen. De meeste energieën zullen dan ook onder de 1MeV liggen. Men moet er vanuit gaan dat we een ruwe schatting maken van de afscherming, de brandstofnaalden zijn immers nooit gelijk. Daarom ga ik ook de eenvoudigste formule gebruiken om dit uit te rekenen, dit is de formule voor berekening bij nauwe bundel. Op volgende pagina zullen deze formules verduidelijkt worden, tesamen met de bijhorende grafiek. Voor afscherming gelden nog enkele gegevens zoals dat men de afstand tot de bron moet kennen. Straling staat immers kwadratisch ten opzichte van afstand. Dus afstand is een zeer belangrijke factor voor bescherming. Het gekozen materiaal is zeker even belangrijk. Waar 20 cm lood voldoende kan zijn, is er waarschijnlijk meer dan 1 m beton nodig. Tijd is ook een zeer belangrijke factor bij bestraling. Het is immers de gecumuleerde dosis die telt. Dit wil zeggen dat men alle opgenomen doses moet optellen.


3.3.2 Gegevens en berekeningen Hier gaan we de benodigde dikte berekenen voor de afscherming dichtheid en halveringscoëfficient zijn terug te vinden op de tabel. Formuleomzetting

gegevens

We gaan uit van I=I0 e-µd ,deze mag omgezet worden naar D=D0 e-µd indien we ervan uit gaan dat we rekenen met een nauwe bundel. Hiervan kan men dan overgaan naar de halveringsformule D0/2= D0 e-µd ½ . Als we dit hebben kunnen we een ruwe schatting maken van de bescherming die nodig zal zijn.

Geabsorbeerde dosis: 10 Gy/h op de afstand van 150 mm (gemeten waarde) Energie: 1Mev Materiaal: Lood

TABEL

Opmerking De geabsorbeerde dosis is gemeten met een gamma-probe die gekalibreerd is op één energieniveau, hierdoor kan de echte waarde variëren van de gemeten waarde. Voor de berekening zal dit echter geen probleem zijn. In de figuur lezen we af dat bij een energie van 1 Mev of 10³ Kev er een halvering is bij 10 g/cm² Pb (lood). Berekening Halfwaardedikte:

10 = 0.88cm 11.34 Aantal halveringen tot gewenste waarde 10 Gy/h Î 20 mGy/h = 9 29 = 512 dus om deze vermindering te verkrijgen hebben we nodig. 0.88 cm x 9 = 7.92 Î 8 cm

8 cm


3.3.3 Plaatsing De plaatsing ligt hoofdzakelijk vast naar de plaatsing van de encoder. Men heeft echter nog de keuze om ze vooraan of achteraan de machine te plaatsen. Ik heb vooraan gekozen omdat er reeds een tafel aanwezig is waarop het grote gewicht van deze afscherming ( dat in totaal toch wel rond de 60 kg zal liggen) kan bevestigd worden.

3.3.4 Bevestiging De bevestiging zal gebeuren met bouten. De gaten in de tafel zullen bij montage voorzien worden. Hiermee zullen bepaalde fouten vermeden kunnen worden waardoor de installatie tijd ( die zo kort mogelijk moet zijn ) beter gecontroleerd kan worden. De bevestiging van de kop zit in de frontplaat. De doorvoer van de voedingskabel van de sensor zal onderaan de afscherming voorzien worden. Dit kan doordat de straling door scattering ofwel weerkaatsing zo miniem is dat er zich van onderaan geen straling kan doorzetten tot de meetkop.

3.3.5 Uitlijning Het op de juiste hoogte plaatsen van de sensorkop zal gebeuren door onderlegplaatjes. Dit omdat bij het aanbrengen van slipgroeven of door het voorzien van grotere gaten de compacte vorm van de afscherming verloren gaat en omdat men de benodigde wanddikte moet behouden voor de afscherming. Tevens kan zo een goede uitlijning bekomen worden ten opzichte van de evenwijdigheid van de aslijnen van de geleiding en de afscherming.


3.4

Inbouwen van de nieuwe ondersteuning

3.4.1 Algemeen Er is in het ontwerp voor aanpassingen aan de oude meetbank voorzien dat de ondersteuning van de brandstofnaald ook vervangen word. Dit omdat het huidige ontwerp regelmatig voor kritisch onderhoud zorgt ( delen vervangen die stuk zijn ). Hoofdzaak hiervan zijn de aansluitleidingen van de persluchtcilinder die uit kunststof vervaardigd zijn en vlug verduren in deze agressieve omgeving. Radioactiviteit heeft immers 2 invloeden op de veroudering van de kunststof. Enerzijds gaat het de macrostructuur versnijden, hierdoor word de treksterkte kleiner. Anderzijds zorgt het voor crosslinking waardoor de treksterkte toeneemt maar de elasticiteit afneemt, hierdoor gaat de kunststof verharden. Voor sommige toepassingen worden hoogwaardige kunststoffen gemaakt die deze effecten weren maar natuurlijk niet in overdadige maten. Vermits deze materialen niet courant voorkomen, is er geopteerd om een ander concept te gaan gebruiken in de ondersteuning. Zodat de cilinder vast blijft staan en dus met inox leidingen kan aangesloten worden.

3.4.2 Mogelijke ontwerpen Tandwiel-tandheugel: Men zou voor de beweging een tandwiel-tandheugel systeem kunnen gebruiken. Het grote nadeel van deze opstelling is dat een tandwiel-tandheugel systeem zeer gevoelig is aan slijtage en dat de afwerkingsgraad zeer hoog is waardoor de kosten ook veel groter zullen zijn en de bedrijfszekerheid daalt. Het voordeel is dat de krachten op een zeer economische manier worden overgebracht en er niet veel verlies zit op de overbrenging. De collectieve bepaling van de hoogte van het oude systeem kan hierop ook worden toegepast. Hierdoor zullen de aanpassingen aan de constructie zich beperken tot het overbrengingsysteem en de stationaire plaatsing van de cilinder. Slipgroef: Bij deze opstelling welke mijn voorkeur heeft genoten zal de bedrijfszekerheid veel groter zijn wat een belangrijke factor is in mijn ontwerp. Het minder economische overbrengen van krachten lossen we dan op door een grotere cilinder te nemen indien nodig. Ook voor dit systeem zal de collectieve hoogtebepaling behouden kunnen worden en zullen de aanpassingen zich ook beperken tot de overbrenging en de stationaire plaatsing van de cilinder. Hierbij moet men vooral kijken naar de loodrechte afstand van de cilinder en de draaias, deze zal voor het moment zorgen dat beschikbaar is bij belasting. _______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”25 SCK-CEN

3.4.3 Plaatsing De plaatsing van de nieuwe ondersteuning zal dezelfde zijn vermits zij dezelfde functie heeft als de oude versie. Zij is gelegen naast de geleiding van de beweegbare wagen en de ondersteuningsrol is gecentreerd op de aslijn van de brandstofnaald en klauwplaat. Verder zal de draaias gelegen zijn tussen 2 eindeloop nokken welke voor de ondersteuning zullen zorgen.

3.4.4 Bevestiging De nieuwe ondersteuning is gemaakt op basis van de oude. Hierdoor zullen dezelfde montagegaten gebruikt kunnen worden. Verder heb ik er ook voor gezorgd dat het geheel een meer modulair uiterlijk heeft. Dit omdat men voor montage en demontage nu enkel de grondplaat moet bevestigen of losschroeven. De ondersteuning zelf is uit 3 hoofddelen opgebouwd namelijk de grondplaat, cilinder en draaias.

3.4.5 Uitlijning De uitlijning van de ondersteuning moet op 2 plaatsen gebeuren zowel op plaatsing van de grondplaat en op ondersteuning. De plaatsing van de grondplaat gebeurt met centreerpennen hierdoor zal de uitlijning zeer eenvoudig worden. Het enige nadeel hiervan is dat de onderdelen zeer zuiver zullen moeten uitgevoerd worden. De uitlijning op ondersteuning gebeurt door de eindeloop nok juist af te stellen. Dit door middel van een referentie ten opzichte van een andere rol (bv: waterpas).


4 Nieuwontwerp van de meetbank 4.1

Inleiding

Voor de nieuwe meetbank moeten er bepaalde keuzes gemaakt worden in het concept. Mijn taak bestaat er dan ook in om de moeilijkheden in het oud ontwerp op te sporen en andere voorstellen te bekijken.Eerst zal ik de onderdelen die ik onderzocht heb bespreken. Hierna zal ik dan een voorstel doen dat al dan niet goedgekeurd zal worden door de mensen die dagdagelijks met de oude meetbank werken.

4.1.1 Te bestuderen ontwerpen • • • • •

Geleiding en aandrijving Hoogteregeling + ondersteuning Meetcasettes Meetsysteem Klauwplaat en aandrijving

4.1.2 Probleemstelling • • • • • •

Kunststof mijden in het ontwerp Elektronica mijden in het ontwerp Perslucht mijden in het ontwerp Modulaire systemen maken Beperking in dimensie door de “hot-cell” Metingen dienen vooraan de meetbank te gebeuren


4.2

Hoogteregeling +ondersteuning

4.2.1 Algemeen De hoogteregeling / ondersteuning is een belangrijk onderdeel in het ontwerp van de meetbank. De brandstofnaald is immers zeer flexibel. Hierdoor zal een regelmatige ondersteuning voorzien moeten worden om er voor te zorgen dat de naald vlak blijft liggen zodat er geen spanningen optreden die de metingen gaan verstoren. Ook zal de ondersteuning er voor te zorgen dat er geen andere onderdelen beschadigd zullen worden of dat de naald zal breken. Hierna worden de voorstellen verder besproken en de voor en nadelen naar voor gebracht.

4.2.2 Ontwerp met horizontale cilinder Naar het ontwerp van de nieuwe hoogteregeling op de oude meetbank zal voor de nieuwe meetbank, een gelijkaardig ontwerp gemaakt kunnen worden. Dit concept heeft als nadeel dat er geen goede krachtoverbrenging is en nogal relatief veel bewegende delen. Vermits het concept reeds is uitgelegd verwijs ik voor verdere info naar dit onderdeel (zie 3.4 ).

4.2.3 Ontwerp met stappenmotor en wormwieloverbrenging

De ondersteuning Het concept bestaat er hier in om ( door middel van 2 motoren ) de ondersteuning af te wisselen bij passage van de beweegbare wagen aan de ondersteuning. Voor de opwaartse beweging van de ondersteuning gebruiken we wormwieloverbrengingen van NEFF. Voor de aandrijving gebruiken we stappenmotoren omdat deze geen elektronica hebben in de motor zelf. De sturing kan extern gebeuren, dit wil zeggen buiten de “hot-cell”. Dit is dus een voordeel omdat de sturing dan niet onder invloed van de straling is. De andere onderdelen van de stappenmotor zijn niet gevoelig aan deze straling. Hierdoor is een hoge bedrijfszekerheid te verkrijgen, wat ook blijkt uit het gebruik van stappenmotoren in vorige ontwerpen. _______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”28 SCK-CEN

De wormwieloverbrenging Deze overbrengingen bestaan in verschillende versies zoals: met beweegbare moer op vaste as of met beweegbare as. Deze beweegbare as heeft ook 2 types deze met en zonder rotatieblokkage. Dit wil zeggen dat de as niet kan roteren zoals nodig in ons ontwerp. Dit omdat we enkel 1 vijzel zullen gebruiken. De werking van de overbrenging is als volgt: Door externe bevestiging aan een aandrijving wordt de wormschroef aangedreven. Deze wordt omgezet in een circulaire beweging door het wormwiel. Hierna zal de circulaire beweging weer omgezet worden in een lineaire door middel van de combinatie van inwendige draad op het wormwiel en de vijzel. De rotatieblokkage zal ingebouwd worden op het einde van de vijzel en is niets meer dan een rechthoekige kop die in een rechthoekige beschermbuis word geplaatst. Dit systeem is zo opgebouwd dat men deze wormoverbrengingen in serie kan doorverbinden. Hierdoor kan men met 2 motoren een continue ondersteuning voorzien door afwisselend de ene en dan de andere geleiding te laten ondersteunen. De stappenmotor De werking van de stappenmotor kan uitgelegd worden als een motor opgebouwd met een tweepolige permanente magneet op de rotor en een stator met 2 loodrecht op elkaar staande wikkelingen. De wikkelingen A1-A2 en B1-B2 hebben ieder een eigen magnetisch circuit. Elk circuit bestaat uit 2 polen en 2 deelwikkelingen, de fasen genoemd. Voor circuit A zijn dat de polen 1 en 3 met de fasen L1 en L3. Voor circuit B zijn dit 2 4 en L2 L4. Wanneer geen van de fasen is bekrachtigd zal de rotor toch een voorkeurspositie innemen. De stand zal zo zijn dat de magnetische weerstand zo klein mogelijk is. Deze standen zijn gelegen tussen de polen zodanig zijn er dus 4 voorkeurstanden. Deze standen zijn ook geldig bij bekrachtiging. De motor heeft dus 4 stappen per omwenteling. Dit is echter enkel het geval bij “full-stepping” dit staat eigelijk voor het slechts bekrachtigen van 1 circuit van de stappenmotor. Men kan ook “half-stepping” toepassen. Hier zullen we echter beide circuits gebruiken voor de omwenteling van de motor te verdelen. Bij deze heeft men dan ook 8 stappen in 1 omwenteling.


Full-stepping

Half-stepping

De hoogteregeling De hoogteregeling gebeurt als volgt. Een vooropgesteld aantal pulsen zullen gestuurd worden naar de stappenmotor. Deze zal hierdoor verdraaien en deze uitsturing zal de juiste hoogteverplaatsing geven aan de vijzels. Het grote voordeel van de stappenmotor is dat een terugkoppeling niet nodig is, hierdoor zullen er geen vitale elektrinische onderdelen nodig zijn op de motor zelf. De sturing kan eenvoudig gebeuren met een kaart op plc of pc. De motoren van IDC kunnen geleverd worden met de NEFF installatie. Daardoor geniet deze de voorkeur.

NEFF brochure


4.2.4 Ontwerp met verticale cilinder De ondersteuning Het concept bestaat uit een basisplaat, een cilinder en een rol. Voor de ondersteuning zal men weer moeten overgaan naar een systeem waar men ( door een eindeloop ) een regeling verkrijgt. Deze eindelopen zullen door een integraal systeem veranderd moeten kunnen worden zodat er een goede regeling te verkrijgen is. De persluchttoevoer vanuit de basisplaat wordt voorzien zonder kunststofleidingen. Hierdoor zullen de vele verliezen ( die door scheuren in de leidingen optreden ) vermeden worden. De aansluiting op de tafel gebeurd door snelkoppelingen. Hierdoor zal er weer minder kunststof zijn waardoor er weer een betere bedrijfszekerheid verkregen word. Eens buiten de tafel kan de sturing afgeschermd worden en zullen de ventielen niet onderhevig zijn aan de straling. Snelkoppelingen

Voor mijn ontwerp gebruik ik de snelkoppelingen van Swagelok, en deze van het dubbelafsluitende type. Zodat beide zijdes van de koppeling afgesloten zijn en er dus geen stof of andere radioactieve deeltjes in de leidingen aanwezig kunnen zijn. Dit type afsluitingen is ook zeer eenvoudig voor montage en demontage zodat het systeem zeer modulair gemaakt kan worden zonder verder enige boutbevestiging en met enkel een goede ondersteuning. Er dienen immers enkel verticale krachten opgenomen te worden.


Hoogteregeling We kunnen de hoogteregeling op 2 manieren doorvoeren. Ten eerste met geleidingsassen die achter een plaat blijven hangen als ze de juiste ingestelde hoogte hebben bereikt. Deze hoogte zal worden bereikt door middel van een hoogteregeling van de regelplaat zelf. Dat zal verkregen worden door een elektromotor die een vijzel aanstuurd. Ten tweede door de geleidingsassen te laten hangen achter een trapeziumvormig gat dat op de juiste hoogte kan worden ingesteld. Dit door een horizontale beweging van de gezamelijke regelplaat die verkregen word door een motor die een tandheugel verplaatst.

Cilinder (1) De cilinder zal van een type zijn met harde pakkingen. Deze zijn bestand tegen hoge temperaturen en zouden niet brosser worden door de straling. Dit type zal getest worden in het concept dat zal ingebouwd worden op de oude meetbank. Als blijkt dat deze cilinders effectief een langere levensduur hebben dan de andere, zullen ook deze in dit systeem toegepast worden. Anders hoeft de extra kost niet uitgevoerd te worden en zal een klassieke cilinder gebruikt worden.

2

1

Basisplaat (2) Om het systeem eenvoudig en modulair te maken, heb ik er voor gekozen om de aansluiting van de cilinder bij montage te verbinden zodat er slechts 1 handeling nodig is om de module te installeren. Hiervoor zijn er dan ook luchtkanalen voorzien in de plaat, die een eenvoudige aansluiting kunnen mogelijk maken.


4.2.5 Ontwerp met zuiver mechanische verplaatsing

3) 90° verdr.

1) 0° verdr.

2) 10° verdr.

De regeling heeft ( zoals geillustreerd ) op deze figuren een kantelpunt op 10° verdraaiing en 2 statische stabiele toestanden, zeker deze met 90° verdraaiing waar geen veiligheids-snapper voorzien is.

De ondersteuning Het concept bestaat erin om de ondersteuning te laten gebeuren door de beweegbare wagen zelf, dus zowel het omverduwen als het optrekken. Hiervoor zullen op de beweegbare wagen enkele extra onderdelen komen: een ontgrendeling voor de veiligheids-snapper, een geleiding bij het optrekken en een vering om de energie ( die nodig is bij het optrekken ) stelselmatig op te bouwen zodat er geen al te grote schokken verwerkt moeten worden. Dit vooral omdat bij het optrekken de metingen gebeuren en deze beweging zo regelmatig mogelijk moet zijn. Het voordeel is dat de meetsnelheid zeer traag is, daardoor kan deze methode toegepast worden. Voor het neerlaten heb ik een rubber schokdemper voorzien op de basis. Hierdoor zal de regeling niet beschadigd worden en zal de ondersteuning op een verdraaiing van 90° blijven hangen. In deze positie kan de ondersteuning nog steeds gebruikt worden als stokage door de voorziene uitsparing en de bereikbaarheid van de rol. Dit type ondersteuning geniet mijn voorkeur vanwege de bedrijfszekerheid en de eenvoudigheid van de installatie.


Hoogteregeling De hoogteregeling in dit concept wordt verkregen door verschillende standaard koppen te gebruiken per diameter ( bv: een standaard voor naalden tussen 6 en 8 mm ). Deze standaard kan eenvoudig met 2 inbusbouten gemonteerd worden op de rest van de module. Hierdoor verkrijgt men een eenvoudige hoogteregeling zonder enige complexe aansturing. Omdat er nergens verliezen kunnen optreden of sensoren en andere componenten die gevoelig zijn aan straling stuk kunnen gaan, is de bedrijfszekerheid van dit systeem dan ook zeer hoog. Omverduwen Bij het omverduwen van de steun dient er door de beweegbare wagen eerst een ontgrendeling van de snapper te gebeuren, dit omdat tijdens de ondersteuningsfase de steun niet zou wegvallen indien men er tegen zou stoten. Hierna zal de steun vrij vallen tot tegen de rubberen schokdemper die voorzien is op de basis. Deze demper heeft een dubbele taak; zowel de steun afremmen zonder deze te beschadigen, als ervoor te zorgen dat de steun op een kantelhoek van ongeveer 90° zal blijven liggen. Het omverduwen gebeurt op de vleugels van de steun, zo kan een stevige constructie voorzien worden buiten de centrale lijn. Zodat de onderdelen zoals de klauwplaat niet gehinderd kunnen worden. Optrekken Bij het optrekken zal de haak achter een veersysteem blijven hangen, zodat de spanning geleidelijk wordt opgebouwd. Als de kracht groot genoeg is zal de steun opgetrokken worden en door een geleiding rustig op zijn plaats gezet. Daarna word de snapper vergrendeld en zal de geleiding ook wegvallen. Zo kan men garanderen dat de geleiding niet kan omvallen na passage van de beweegbare wagen. Maar ook als de beweegbare wagen zou stilstaan tijdens het optrekken, kan zo gegarandeerd worden dat de steun niet terug zal neervallen. Snapper De snapper is van het monostabiele type. Dit wil zeggen dat ze maar 1 stabiele toestand heeft, de “gesloten” of vergrendelde toestand. Om te ontgrendelen zal men een externe kracht moeten geven.


4.3

Aandrijving en geleiding van de beweegbare wagen

4.3.1 Algemeen De aandrijving en geleiding van de beweegbare wagen is een zeer nauwkeurig proces in de meetbank. Het meten van de naald gebeurt immers “real-time”, dit wil zeggen dat er gemeten wordt tijdens beweging van de naald. Het spreekt voor zich dat de beweging van de naald zeer egaal en stabiel moet zijn. Het grote nadeel om dit te bekomen, is de lengte die de wagen moet overbruggen. Deze is tot 5 meter effectief. Het bedrijf opteerd om de geleiding van de aandrijving te scheiden. Hierdoor zal een aparte geleiding voorzien moeten worden.

4.3.2 Aandrijvingen Het montage element staat los van de aandrijving 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Afsluitende moer Eind element (vaste lager) Spindel Geleidend profiel Afsluit strook Slede Aandrijfmoer Eind element (losse lager)

RK brochure


Kogelomloopspindel De kogelomloopspindel heeft mijn voorkeur omdat het zeer spelingsvrij is en in volledige uitgemeten toestand geleverd kan worden. Het enige nadeel is dat voor een lengte van 5 à 6 meter de kostprijs van deze geleiding zeer hoog zal liggen. De aandrijving gebeurt aan de spindel waardoor men de motor niet mee moet monteren op het bewegende gedeelte, wat een voordeel is. Repeteerbaarheid is geen grote eis omdat we extern de afstand controleren met de MTS lengte-encoder. Aansturing met stappenmotor is verplicht, omdat dit type motor bestand is tegen arbeid in radioactieve omgeving. Men moet echter kunnen garanderen dat er geen kunststof onderdelen verwerkt zijn in deze samenstelling om de bedrijfszekerheid en spelingsvrijheid van de spindel te behouden. Voor het project heb ik aanvraag gedaan bij Caron-Vector (NEFF) en PM Komponenten (RK Rose+Kriegel). Trapeziumspindel De trapeziumspindels hebben dezelfde aandrijving als de kogelomloopmiddel maar zijn zonder voorspanning echter niet spelingsvrij. Eén manier voor het spelingsvrij maken van de spindel is door gebruik te maken van een moer die uit een slijtvaste kunststof is vervaardigd en aan beide zijden contact maakt met de spindel. Hierdoor is er geen speling mogelijk. Aan dit systeem zijn 2 nadelen bij toepassing op de meetbank. Ten eerste is het een meetinstallatie en de constante wrijving van de moer zal voor trillingen zorgen en (door sleet aan de moer ) zal de levensduur niet zo lang zijn als deze van de kogelomloopspindel. Ten tweede zal de kunststof waaruit de moer vervaardigd is onderhevig zijn aan de straling, waardoor er verharding optreedt en de moer bros wordt. Hierdoor kan de goede werking van de moer niet gegarandeerd worden en kan men dit systeem niet gebruiken. Indien er andere manieren zijn om dit systeem spelingsvrij te maken en de kostprijs een bepalende factor is, zou dit systeem het best aangewezen zijn.

SKF kogelomloop en trapezium spindel


Rack en pinion (tandheugel en tandwiel)

De motor voor de aandrijving van het tandwiel dient apart gekozen te worden naargelang de toepassing

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

Geleidend profiel Behuizing geleidingsas Geleidingsas Rol bescherming Rol Smering geleidingsas Ondersteuning aandrijfwiel Aandrijfwiel Eindblok

10) 11) 12) 13) 14) 15)

Deksel Tandheugel Schraper Geleidingstafel Motor-montageplaat Tandwiel

Het tandheugel-tandwiel systeem heeft enkele duidelijke verschillen met de spindel. Zoals de aandrijving die op de beweegbare wagen bevestigd is en het tandwiel aandrijft. De speling zal door middel van voorspanning opgelost worden. Deze zal echter weer voor wrijving en dus ook voor trillingen zorgen. De kostprijs van het systeem is beduidend lager. Het is echter niet zo nauwkeurig als de spindel en de aandrijving zal ook niet zo stabiel verlopen. Deze spindel wordt ook geleverd door PM Komponenten (RK Rose+Krieger).


4.3.3 Geleidingen

Asgeleidingen

RK brochure

Dit geleidingsysteem van RK berust op asgeleiding en wordt geleverd aan een maximumlengte van 5750 mm effectief. Dit is dus voldoende om in de meetbank te gebruiken. Zoals zichtbaar op de tekening, zal de geleiding gebeuren door middel van rolwielen die over een as bewegen. Deze wielen zullen een bepaalde voorgespannen kracht hebben waardoor een goede stijfheid van de constructie verkregen wordt. Het profiel is zeer eenvoudig te bevestigen op de basis. Vermits het een heel profiel is, zal de uitlijning geen probleem geven. In de meetbank zullen we 2 profielen opstellen. Mogelijke problemen kunnen optreden doordat de temperatuur niet constant is in de “hot-cell”. Het grote probleem is dan dat het profiel uit 1 deel is vervaardigd waardoor de uitzetting voor een opbouwende spanning zal zorgen en misschien wel voor tijdelijke vervormingen. Hierdoor kan er wrijving ontstaan (bv: als een wiel geblokkeerd is). Dit zal trillingen geven tijdens de blokkage, maar kan ook blijvende gevolgen hebben op het wiel door opstuik, beschadiging of afvlakking aan het loopvlak. Daar de temperatuurveranderingen niet al te groot zijn ( +/- 30°C ) kan het zijn dat er helemaal geen spanningen zullen zijn. Verder onderzoek zal hiervoor nodig zijn. Wegens tijdsgebrek heb ik dit niet verder kunnen onderzoeken. Daarom kan ik hier dan ook geen concrete feiten over geven.


Kogelgeleidingen

Dit systeem van schneeberger bestaat uit een lineaire lager waar de keuze gelaten wordt tussen kogels of cilinders. Bij de cilinders is er meer stabiliteit en stijfheid door het grotere draagvlak (lijncontact). Bij de kogels is er een egaler en rustiger verloop door minder wrijving (puntcontact). Het systeem is modulair met vaste lengte-afmetingen per standaard uitvoering, hierdoor kan men elke gewenste lengte bekomen en kan men dit systeem ook gebruiken voor de meetbank. Het spreekt voor zich dat de nodige voorbereidingen moeten getroffen worden in verband met de uitlijning van de geleiding op het bed van de machine en de bovenplaat indien deze aanwezig is. Men zal het bed en de bovenplaat zuiver moeten uitvoeren en voorzien van aanslagen waartegen we de monorail kunnen bevestigen. Eens

Schneeberger brochure

bevestigd zal er geen probleem meer zijn bij temperatuursveranderingen. Omdat elk element op zich de spanningen moet verwerken. Dit systeem is overigens ook verkrijgbaar zonder kunststof onderdelen waardoor het een zeer goed en vlot systeem is voor de meetbank. Deze geleidingen worden veelal in combinatie gebruikt met kogelomloopspindels in de betere CNC freesbanken. Deze hebben ook mijn voorkeur voor gebruik in de meetbank.


Bed-geleiding: oliefilm of rollen Olie : voor dit systeem zullen we zelf een ontwerp moeten maken, vermits geslepen bedden meestal stukwerk zijn. Het principe is eenvoudig; we gaan een bed en een slede voorzien in een zeer slijtvast materiaal en met een zeer grote maatzuiverheid, zoals voorzien op een draaibank. Door de goede afwerking (slijpen of schrapen) zal de wrijvingsweerstand reeds zeer klein zijn. Als we dan nog eens regelmatig een oliefilm vernevelen over het bed zal er een zeer vlotte geleiding ontstaan. Voordeel van deze olie is ook dat er minder beschadigingen zullen optreden door partikels die anders zouden schuren tussen de 2 oppervlakken. De stijfheid en stabiliteit van dit systeem wordt bekomen door het gewicht van de slede, vermits er geen extra klemming voorzien is. Ook kan dit systeem meeleven met de temperatuurswisseling, wat echter een nadeel kan zijn bij kalibratie in een andere temperatuurstoestand. Als de kost van het bed en slede binnen de perken blijft, zal dit systeem in overweging genomen kunnen worden indien onderhoud mogelijk is (het regelmatig vernevelen van olie). Wrijvingcoëf. Gehard staal / Gehard staal niet gesmeerd = Gehard staal / Gehard staal gesmeerd = Gehard staal / Gehard staal wiel =

Statisch 0,15 Dynamisch 0,10 Statisch 0,10 Dynamisch 0,01 Rolwrijving 0,005

Rollen : Voor dit systeem zullen we ook een geslepen bed nodig hebben, maar dan met 2 loopgroeven waar we stalen rollen bevestigd op een slede kunnen door laten bewegen (zoals een trein ). Het voordeel is dat er geen olieverneveling nodig zal zijn. De maatzuiverheid en slijtvastheid zullen echter wel blijven.

Beide systemen zijn volgens mij achterhaald en kunnen met moderne geleidingen (zoals de kogelgeleidingen) veel vlotter en trillingsvrijer uitgevoerd worden.


4.4

Klauwplaat en aandrijving

4.4.1 Algemeen Omdat voor sommige metingen een contour gemeten moet worden of dezelfde meting op verschillende plaatsen over de omtrek gebeurt ( bv: 0° en 90° ), moet men de klauwplaat voorzien van een aandrijving. Deze aandrijving zal ( zoals alle aandrijvingen ) door een stappenmotor gevoed worden. De aandrijving zelf zal een planetaire reductiekast zijn. Ook zal er een sensor aanwezig moeten zijn op de klauwplaat die weergeeft of de naald goed ingespannen is, dit wil zeggen ver genoeg in de klauwen steekt.

4.4.2 Klauwplaat

Buitendiameter: 125mm Doorsteek: 35mm Gewicht: 5 Kg

De klauwplaat is voorzien van een DIN aansluitflens, het is een zelfcentrerende 3-klauw. Er moet een volledige doorsteek mogelijk zijn om het sensorelement ( dat een goede inspanning zal moeten weergeven ) te kunnen monteren op de flensplaat van de reductiekast.

4.4.3 Reductiekast De reductiekast zal bestaan uit een planetaire reductie, dit omdat we niet echt grote draaisnelheden nodig hebben. Deze systemen zijn nogal onderhoudsvriendelijk en in presieze uitvoering verkrijgbaar. Onderdelen: 1) Ring tandwiel 2) Planeetwielen 3) Zonwiel

2 3 1


APEX dynamics brochure

Het werkingsprincipe van de planetaire reductie is als volgt: 1 van de 3 systemen staat stil meestal het ringwiel. De andere zullen dus gedreven en drijvend wiel zijn. Hier zal men het zonwiel aandrijven en de planeetwiel zal dus voor de uitgaande beweging zorgen. De speling op deze uitvoering is 2 acr-min (dus 0° 02’ verdaaiing is mogelijk) wat zeer maatvast is en binnen de normen van de meetbank.

4.4.4 Sensor Load-cell: Een load-cell is een sensor die drukafhankelijk een uitsturing zal geven. Bij deze sensor zal er dus werkelijk nagegaan kunnen worden dat er druk wordt uitgeoefend tegen een aanslag, wanneer we de naald in de klauwplaat schuiven. Het werkingsprincipe is zoals bij een rekstrookje, dat door een kracht een weerstandsdraad zal vervormen waardoor er een andere spanning over het element staat. Aan de hand van deze spanning zal men kunnen bepalen welke kracht er uitgeoefend word. Voordeel is dat er geen electronica in de cell zelf zit, deze wordt extern uitgelezen op pc of plc. _______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”42 SCK-CEN

Naderingsensor: De naderingsensor werkt volgens 2 principes: ofwel inductief ofwel capacitief. De eigelijke werking blijft gelijk; wanneer een object in het noise veld komt, zal er een oscilatie optreden die ervoor gaat zorgen dat de sensor in geleiding gaat en dus doorgeeft dat er iets aanwezig is. Het is non-contact, dit wil zeggen dat er geen echte aanslag is. Men kan instellen vanaf welke afstand de sensor in geleiding moet gaan. Men heeft dus wel een zekerheid dat de naald ver genoeg zal ingespannen, zijn maar niet op welke afstand. Indien men dit perfect moet weten zal een ander systeem ( zoals bv de load-cell ) beter zijn.

Monostabiele schakelaar: Een gewone drukknop is eigelijk een veel eenvoudiger middel om een indicatie te geven of men daadwerkelijk tegen een aanslag zit. Dit kan een gewoon mechanisch contact zijn of met een magnetisch rietcontact ( reedcontact). Het nadeel is dat men hier geen indicatie van de drukkracht heeft en dat men dus ook niet met zekerheid kan zeggen hoe ver de aanslag ( knop ) is ingedrukt bij contact. Dit systeem zal het meest aangewezen zijn omwille van de zekerheid tegen stralingsbeschadiging. Ook de kostprijs van dit systeem zal niet zo hoog liggen als bij de andere.


4.5

Meetsystemen

4.5.1 Algemeen Op de nieuwe meetbank zullen we natuurlijk ook nieuwe meetsystemen toepassen. Eén daarvan is het lengte-meetsysteem van MTS, dat zal getest worden op de oude meetbank. Ook zullen er LVDT’s besproken worden die beter bestand zijn tegen nucleaire straling.

4.5.2 Lengte-meetsysteem Hiervoor gebruiken we de lengte-encoder van MTS. De werking van encoder werd al besproken (zie 3.2.1). Op deze encoder kunnen verschillende magneten geplaatst worden die afzonderlijk uitgemeten kunnen worden door de sensor. Hierdoor kunnen we in het absolute meetsysteem van de encoder een incrementeel systeem inbouwen door het verschil tussen 2 magneten te gebruiken als een lengtebepaling. Zo kunnen we bij plaatsing van verschillende meettoestellen op de meetbank een individuele plaatsbepaling verkrijgen ten opzichte van de referentiemagneet die zich op de beweegbare wagen bevindt. Zo kan men verschillende proeven “real-time” uitvoeren in plaats van slechts proef per proef af te moeten werken. Een bijkomend voordeel is ook dat als we de meettoestellen verplaatsen we geen nieuwe kalibratie moeten uitvoeren, omdat we de afstand tussen meeteenheid en referentie kunnen terugvinden vanaf ze ingeplugd zijn.


4.5.3 LVDT’s De LVDT of Linear Variable Displacement Transducer is een meetinstrument om zeer precies een afstand te meten ten opzichte van het nulpunt. Bij een LVDT ligt het nulpunt in het midden van het bereik. De werking van de LVDT is als volgt, er word een spanning gezet op de primaire spoel. Deze gaat een magnetisch veld opwekken in de kern. Door dit veld zullen er in de 2 secundaire spoelen spanningen ontstaan. De 2 secundaire spoelen zijn tegengewikkeld, dit wil zeggen dat als beide spoelen dezelfde spanning opwekken de uitgangsspanning 0 zal zijn. Als de kern nu beweegt zullen er tussen de 2 spoelen verschillende spanningen opgewekt worden. En dit geeft dus voor elke plaats een unieke uitgangspanning. Deze LVDT’s zijn zeer nauwkeurige instrumenten die over heel hun lineair werkgebied slecht 1 micrometer variëren.


Nucleair bestendige types Alles ondervindt schade door straling, dus kan een systeem niet echt bestendig zijn tegen gamma- of neutronenstraling. Bij de afscherming was er al sprake van totaal toegestane geabsorbeerde dosis, daar hebben we gebruik gemaakt van de Gray die de SI eenheid is voor geabsorbeerde dosis. Er bestaan ook andere eenheden die de totaal toegestane agebsorbeerde dosis energie omvatten zoals de RAD (Radiation Absorbed Dose) die 0,01 Gray is. Dit is echter een oude eenheid die volgens SI normen niet mag gebruikt worden. XS-ZTR van Shaevitz De XS-ZTR wordt gemaakt uitsluitend van anorganische materialen, hoofdzakelijk metalen en keramiek. De windingen zijn van ceramische geïsoleerde metaallegeringen; de verbindingen zijn gelast of gesoldeerd met legeringen met hoge smelttemperatuur. Het lood is afgeschermd in roestvrij staal. De geleiders zijn nikkel met magnesiumoxide isolators. De materialen worden geselecteerd op compatibele uitzettingscoëfficiënten om thermische spanningen te minimaliseren. De meeste anorganische isolatoren zijn hygroscopisch (wateropnemend) hiervoor is de volledige kernassemblage gelast in een verzegelde roestvrijstalen behuizing. Dit proces verhindert de vochtigheidsaccumulatie en het lekken van de isolatoren. Het verhinderd ook dat stofdeeltjes de kern gaan hinderen. De kabel kan voorzien zijn van een verzegelde kop of schakelaar. Deze LVDT is bestand tegen 1011 RAD.

LIN series van RDP

Over deze LVDT is er geen informatie beschikbaar in verband met de constructie. Bestand tegen 108 RAD. _______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”46 SCK-CEN

4.6

Voorstel ontwerp nieuwe meetbank

4.6.1 Inleiding Uit vorige paragraven heb ik laten blijken welk mijn keuze is voor de nieuwe meetbank. Dit zal ik hier samenbrengen tot een concreet voorstel. De systemen die in dit ontwerp voorkomen zijn: • Aandrijving • Geleiding • Hoogteregeling / ondersteuning • MTS lengte-encoder • De beweegbare wagen

1: Aandrijving 2: MTS lengte-encoder 3: Geleiding 4: Hoogteregeling en ondersteuning


4.6.2 Keuze en verantwoording De geleiding Voor de geleiding stel ik voor om de kogelgeleiding van schneeberger ( pag. 39 ) te gebruiken. Verantwoording • • • •

Geen thermische spanningen Zeer weinig trillingen Zeer stijve constructie Geen kunststof onderdelen

De aandrijving De kogelomloopspindel van NEFF ( pag. 34,35 ) geniet mijn voorkeur voor de nieuwe meetbank. Verantwoording • • • •

Spelingsvrij Effectieve lengte langer dan 5meter Een koppeling kan eenvoudig voorzien worden Zeer trillingsvrij

De hoogteregeling / ondersteuning Voor het ondersteuningsysteem en de hoogteregeling kies ik voor het mechanische type (pag. 32). Verantwoording • • •

Eenvoudig systeem Weinig onderhoud Ook ondersteuning mogelijk in omgeklapte toestand


4.7

Meetcassettes

4.7.1 Algemeen Op de nieuwe meetbank gaat men opteren voor een gans ander meetsysteem. Men gaat alle metingen vooraan ( dit wil zeggen links bekeken vanuit de controlekamer ) laten gebeuren in plaats van op de beweegbare wagen. Ook wil men een modulair systeem, dit wil zeggen dat men de meetbank wil uitrusten met de metingen die men op dat moment wil verrichten. Er zullen dan ook verschillende posten voorzien worden om een module in te pluggen. Hiervoor heeft men dan ook een standaard montage systeem nodig. Het ontwikkelen van dit systeem was optioneel in dit eindwerk. Ik heb echter wel enkele voorstellen gedaan in verband met de meetopstellingen in de meetcassette en de centreering van het geheel.

4.7.2 Codering van de cassettes Als men de cassette inplugt zal men waarschijnlijk willen weten op welke post deze zich bevindt. Hiervoor zal een systeem uitgedacht moeten worden. Door gebruik te maken van de lengte-encoder zal men wel ongeveer kunnen zeggen op welke positie er zich een module bevindt. Maar zonder visuele controle kan men niet zeggen welke. Codering zal dus zeer belangrijk zijn om meetfouten te voorkomen. Een eenvoudig maar zeer goed te gebruiken systeem zou een binair systeem zijn. Omdat er slechts 4 modules zijn kan dit met 3 controle signalen. S1 geeft aan of er een module aanwezig is de combinatie S2, S3 geeft aan welke module het is. Bv:

Waarheidstabel S1 = 0 Î er is geen module S1 = 1 Î er is een module

Oxide Diameter Eddy current Afschrijving

S2 0 0

S3 0 1

1

0

1

1


4.7.3 Centreering Als we een zuivere uitlezing willen op de meetinstrumenten zullen we een goede centreering en uitlijning moeten bekomen. Hiervoor heb ik een principieel voorstel gedaan dat werkt door middel van 3 V-blokken die zijn opgesteld in een ovaal. Dit ovaal kan handmatig verzet worden tot men een goede centreering bekomen heeft. De enige aanpassing aan mijn ontwerp zou zijn om de V-blokken uit te rusten met een rolgeleiding. Dit om trillingen die door wrijving kunnen optreden tegen te gaan. We zullen deze centreering zowel voor als achter het meetgedeelte opstellen zodat er binnen dit gedeelte geen externe krachten de metingen zullen beïnvloeden.

De ovaal in de geleiding.

Totaal zicht van de centreering

De minimale en maximale opening van decentreering


4.7.4 Oxidemeting De gebruikte oxideprobes (zie 2.4.2 ) zijn verend, contact is goed genoeg om een uitlezing te verkrijgen, er hoeft geen grote kracht geplaatst te worden. Voor de meetcassette had ik hier in gedachte om de 4 oxidemetingen die nodig zijn over de ganse lengte, telkens 90° verschoven, tegelijkertijd uit te voeren. Ik heb een voorstel voor deze meetcassette universeel te maken, hier bedoel ik mee voor elke diameter. Dit heb ik voorzien door een ring die gelijktijdig de 4 probes diametraal juist zet ten opzichte van elkaar en de centreering. Deze overbrenging gebeurt via schuiven die voorzien zijn in de basisplaat. Bijkomend zal de oxidemeeteenheid gebruikt worden om de referentiepositie van de naald te zoeken. Er bestaan technische tekeningen van de naalden. Als men het referentiepunt zoekt kan men zo de juiste positie van de pellets bepalen in de naald. Dit kan handig zijn voor destructief onderzoek. In combinatie met de afschrijfcassette zal er dan een markering kunnen gezet worden. Nadien zal men dan ook op deze plaats een snede kunnen maken. 1

4.7.5

1. de plaats waar de oxideprobes zullen gemonteerd worden


Diametermeting De diametermeting gebeurt met LVDT’s (zie 2.4.3 en 4.5.3 ). Deze wordt op 2 posities gemeten, de 1ste op 0° en de 2de op 90°. Deze metingen kunnen ook gelijktijdig gemeten worden in de meetcassette. Deze meetcassette zal echter voorzien zijn voor elke diameter, dus met een “vaste opstelling”, dit is natuurlijk buiten stelschroeven die voor kalibratie zullen zorgen. Een groot voordeel is dat men extern de cassette kan kalibreren volgens een standaard en eens ingeplugd op de meetbank direct kan overgaan naar het meten. Hierdoor kunnen de metingen vlotter verlopen en hoeven ze niet stil te liggen wegens kalibratie. Bijkomend kan men als voordeel nemen dat men met een 4-puntsmeting geen rekening moet houden met excentriciteit. Er gaat immers maar 1 cirkel door 4 punten en vermits we de coördinaten hebben zouden we een preciezere meting bekomen dan met 2 2-puntsmetingen.

2-puntsmeting

4-puntsmeting

Men gaat 2 keer de diameter meten en dan het gemiddelde nemen. Zoals je kunt zien heeft excentriciteit een grote invloed op de meting.

Bij het inbouwen van de LVDT’s kan men de 4 vaste coördinaten bekomen. Hierdoor heeft men bij het uitlezen van de variabele coördinaten de 8 coördinaten van de 4 punten. Hiermee kan dan de diameter zeer juist bepaald worden.

4.7.6 Eddy-current Voor de eddy-current meting zal er niet veel veranderen ( zie 2.4.6 ), deze is immers al als module uitgevoerd. Deze meting is ook onderverdeeld per diameter. Er zal echter geen externe kalibratie zijn vermits de spoel niet versteld kan worden. Het enige dat zal moeten gebeuren is de spoel inbouwen in een standaardmodel zodat ook deze eenvoudig kan ingeplugd worden.


4.7.7 Afschrijving Voor men zal beginnen met het destructief onderzoek zal er eerst een markering moeten gebeuren op de naald. Deze markering is van belang om de operator een visuele herkenning te geven van waar hij een snede moet plaatsen op de naald. De afschrijving zal bij de nieuwe meetbank ook mee geïntegreerd kunnen worden in het meetsysteem, waardoor een directe uitlezing mogelijk is en dus ook een precieze afschrijving. Dit zal gebeuren door middel van een hefboomsysteem, dat bediend moet worden voor het aanbrengen van de markering. Ondertussen kan men de klauwplaat aansturen te roteren waardoor een mooie afschrijving mogelijk is.


5 Nawoord Hoewel de vooropgestelde eisen voor dit eindwerk bereikt zijn, had ik van enkele onderdelen nog een proefopstelling willen maken. Dit is helaas niet kunnen gebeuren wegens tijdsgebrek. De voornaamste oorzaak hiervan is dat er geen up-to-date plannen beschikbaar waren van de huidige meetbank. Ik heb dan ook veel tijd verloren in het achterhalen van de huidige maten van de meetbank. Ook had ik nog prijsoffertes willen bijvoegen van de aandrijvingssystemen van de nieuwe meetbank. Maar deze zijn, hoewel overeengekomen met de vertegenwoordigers, niet toegekomen. Dit eindwerk was zeer boeiend voor mij omdat ik graag verder zou gaan in het ontwerpen van machines. Het was vooral de omgeving waarin de meetbank zich bevindt en de daarmee overeenkomende specifieke problemen die ervoor gezorgd hebben dat ik mijn visie van ontwerpen heb moeten herzien. Vooral dat een eenvoudig ontwerp meestal het beste is. Het grote probleem is dat het maken van het eenvoudigste ontwerp een goede voorstudie vergt.

Tom Wouters

04-05-2004 Zoersel


6 Bronnen •

SCK-CEN : www.sckcen.be , brochure: “klaar voor de 21ste eeuw”

•

Maarten Jardin : “Voorontwerp van geautomatiseerde meetbank voor nietdestructief onderzoek op lange brandstofnaalden” Hogeschool Antwerpen 20012002

•

AVN nucleair technologie : http://www.avn.be/nl/4_nucleaire

•

Traceparts : www.traceparts.com ... server van standaardparts voor inventor

•

MTS : www.mtssensor.com , brochure: “Magnetostrictive position sensors”

•

Swagelok : www.swagelok.com

•

NEFF : www.neffaa.de , brochure: “Mechanical ninear drive units”

•

RK Rose+Kreiger : www.rk-online.de brochure: “lineairkomponenten 02/2004”

•

Ficher : brochure: “Probes and maesurement fixtures” .......... oxideprobes

•

APEX dynamics : www.apexdyna.com , brochure: “high presition planetary gearboxes ABR series”

•

SCHAEVITZ sensors : brochure: “XS-ZTR series”


Bijlage 1 : technische tekeningen (samenstellingen)

1. Hoogteregeling op oude machine 2. Encoderbevestiging 3. Boorkaliber 4. Hoogteregeling op nieuwe machine 5. Afschrijving van de naald

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”A SCK-CEN


B


C

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”D SCK-CEN


E


F

Bijlage 2 : Adressenlijst Schunk NV span en grijptechniek Bedrijvencentrum Regio Aalst Industrielaan 4, Zuid III B-9320 Aalst-Erembodegem Tel: 053/ 85.35.04 Fax: 053/ 83.60.22 GSM: 0475/ 92.35.04 [email protected] www.schunk.de

Festo Belgium nv Pneumatica Rue Colonel Bourgstraat 101 1030 Brussel Tel: 02/ 702.32.11 Fax: 02/726.90.11 Ing. Wim De Vos [email protected] www.festo.be

Caron-vector nv Automatisering Av. Eiffel 5 1300 Wavre Tel: 010/ 23.13.11 Fax: 010/ 23.13.36 Peter Corrijn [email protected] www.caron-vector.be gsm: 0476/ 47.91.75

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”G SCK-CEN

Bijlage 3: Bijkomende info over stralingsbestendige LVDTs

_______________________________________________________________________________________ Tom Wouters 2003-2004 -Ontwerpen van een meetbank voor niet destructief onderzoek in een “hot cell”H SCK-CEN

XS–ZTR Series Nuclear Radiation Resistant LVDT The XS-ZTR series LVDT is designed for measuring displacement at very high and cryogenic temperatures. The XS-ZTR operates continuously at 550°C and will survive 650°C for several hours. The XS-ZTR is also designed to perform within specification after exposure to a total integrated flux of 1011 rads gamma or 3 x 1020 NVT. The XS-ZTR is made exclusively from inorganic materials, principally metals and ceramics. Windings are of ceramic insulated precious metal alloys; joints are welded or brazed with high temperature alloys. Leads are sheathed in stainless steel. Conductors are typically nickel with magnesium oxide insulation. Materials are selected to have compatible expansion coefficients in order to minimize thermal stresses. Most inorganic insulations are hygroscopic so the entire coil assembly is weld sealed into a stainless steel shell. This process prevents moisture accumulation and insulation leakage. It also seals out hostile surrounding media while permitting the core to move freely. The cable can be terminated by a sealed header or connector when required.

Radiation Resistance Certain applications require resistance to a combination of gamma radiation, neutron radiation and high temperature. Before considering detailed specifications and suitability for a particular application a review of some working definitions and equivalents is in order: nvt = integrated flux or fluence = neutron density x velocity x time = n/m3 x m/s x s = n/m2 rad = radiation absorbed dose = radiation that will deposit 100 ergs per gram n/cm2 = 4.17 x 10-9 rads n/cm2 = 4.17 x 10-7 ergs/gm 1 Gray (gy) = 100 rad absorbed dose 1 rad/hr = approximately 7 x 108 neutrons/m2s2 All radiation produces some damage, therefore, the issue becomes how much radiation and what kind of radiation can an object sustain while maintaining its operation specification. At best, this can only be an estimate. When radiant energy falls on an object, equal amounts of energy from different sources may result in greatly differing amounts of damage depending on the form of radiation, i.e. gamma rays, neutrons, etc. These different sources may also result in qualitatively different kinds of damage. One method to quantify these differences is to determine the rate of radiation that a unit can withstand without instantaneous and unacceptable damage. Another method is to determine the total integrated flux that can be absorbed before “wear-out” damage from radiation occurs. The distinction between rate of flux and total integrated flux must be kept clearly in mind. There is no direct relationship between neutron fluence and gamma radiation. If we assume equal energy dissipation from differing sources, the energy absorbed by the unit will vary with its absorption cross section. If we try to equalize damage, there is even more uncertainty because of the qualitative differences of the damage caused by various forms of radiation.

For moderate temperature and radiation applications, consider the HR or HCA LVDTs (with 080 option), or the MHR series (with special order vented case). Features

❏ Withstands total integrated neutron flux levels to 3 x 1020 NVT ❏ Withstands total integrated radiation of 1011 rads or 109 gray ❏ Suitable for continuous operation from -320°F (-195°C) up to 1022°F (550°C) ❏ Survives non-operating temperatures up to 1200°F (650°C) ❏ Special temperature calibrations available ❏ Calibration certificates supplied with all models Applications

❏ ❏ ❏ ❏ ❏

Nuclear reactor containment vessel bolt tension Cryogenic medicine Space research Jet engine gimbal position feedback Roll gap on steel hot strip and slabbing mills

Options

❏ Metric thread core Performance and Electrical Specifications @ 2.5 kHz1 XS–ZTR Series Model Number

Nominal Linear Range inches mm

Linearity (±% full range) 100

100 XS–ZTR

±0.100

±2.54

0.5

1.3

51

95

250

-8

250 XS–ZTR

±0.250

±6.35

0.5

0.3

12

100

80

+20

500 XS–ZTR

±0.500

±12.7

0.5

0.4

16

80

180

+9

1000 XS–ZTR

±1.000

±25.4

0.5

0.2

8

110

145

+11

Internet: www.schaevitz.com North America Tel: 800/745-8008 Document Fax Back: 916/431-6541 Europe Tel: (01753) 537622

Sensitivity mV out/V in Per 0.001 in mm

1

54

Impedance Ohms Pri Sec

Phase Shift Degrees

All calibration is performed at room ambient temperature.

XS-ZTR Series LVDT Nuclear Radiation Resistance Temperatures to 1,022°F (550°C) AC-Operated How to Order Specify the XS-ZTR Model followed by the option number (if desired).

Lead Side

Wiring

PRI

SEC Black

Yellow

Ordering Example: Model Number 500 XS-ZTR-006 is an XS-ZTR Series LVDT with a ±0.500" range (500 XS-ZTR), with a Metric thread core (006).

Green Blue

Brown

Red Connect Green to Blue for differential output

XS-ZTR Model Options 100 XS-ZTR 250 XS-ZTR 500 XS-ZTR 1000 XS-ZTR 2000 XS-ZTR

Dimensions

Number Description 006 Metric Thread Core

in (mm)

1.00 + - 0.010 (25.4 + - 0.254) Dia. + 0.194 - 0.005 (4.93 + - 0.127) Dia.

0.188 + - 0.005 (4.78 + - 0.127) Dia.

Specifications + A - 0.030 + 0.762) -

Input Voltage ................... 3 V rms (nominal) Frequency Range .............. 400 Hz to 5,000 Hz Operating Temperature Range ............................ -320°F to +1022°F (-195°C to 550°C) Survival Temperature Range ............................ -450°F to +1200°F (-270°C to 650°C) Null Voltage ..................... <0.5% full scale output Shock Survival ................. 10 g for 11 msec Vibration Tolerance ........ 10 g up to 2 kHz Coil Form Material .......... Ceramic Housing Material .............. AISI 304 series stainless steel Lead Wires ........................ 28 AWG solid nickel, MgO insulated, 72 inches (180 cm) long (nominal): 3/16 inch (4.75 mm) diameter stainless steel sheath, 1/2 inch (12.5 mm) minimum bend radius

0.180 + - 0.005 (4.57 + - 0.127) Diameter

72.0 (1828.8) Min.

4-40 UNC-2B (Standard) M3 x 0.5 - 6H (Metric) 0.38 (9.65) Minimum Depth + B - 0.030 + 0.762) -

Wiring Standard termination is a multiple conductor 6-foot (1.8 m) long, 3/16 inch (4.75 mm) diameter swagged stainless steel cable. Other lengths and diameters are available on special order. A frequently specified alternative termination is a pair of 2-conductor 1/16 inch (1.6 mm) diameter stainless steel sheathed cables. These are particularly suitable for applications where the cables are routed through an arduous path within the reactor.

Mechanical Specifications XS-ZTR Series Model Number

Weight Body* oz gm 65

Dimensions Core oz

gm

0.09

2.5

A (Body) in mm 2.51

100 XS–ZTR

2.29

250 XS–ZTR

4.06

115

0.28

8.0

3.83

97.2

1.35

34.3

500 XS–ZTR

4.94

140

0.24

6.8

5.00

127.0

3.00

76.2

1000 XS–ZTR

7.59

215

0.44

12.5

6.90

175.3

3.40

86.4

* With 6-foot cable

55

63.8

B (Core) in mm 1.35

34.3

Bijlage 4: Bijkomende info over de MTS lengte-encoder


I

The Magnetostrictive Position Sensors

m SENSORS GROUP

®

Temposonics R-Series Profile Models

RP & Rod Models RH

Linear, Absolute Displacement Measurement Contactless Sensing with Highest Durability Rugged Industrial Sensor, EMC shielded and CE certified Superior Accuracy: Resolution up to 2 µm Linearity Tolerance: Better 0,01 %, Repeatability 0,001 % Direct 25/24 Bit SSI-Output, Gray or Binary Data Format Measuring Range 25 - 7600 mm

SSI

T e m p o s o n ic s R -S e r ie s , 5 5 1 S e n s o r S t y le , D im e n s io n s M e a s u r in g P r in c ip le

T e m p o s o n ic s -R H H ig h P r e s s u r e R o d

T e m p o s o n ic s -R P S ta b le P r o file

T e m p o s o n ic s a r e h ig h ly r e p e a t a b le p o s it io n s e n s o r s fo r m e a s u r in g lin e a r m o v e m e n t s . T h e ir a b s o lu t e n a t u r e p r o v id e s in s t a n t r e c o g n itio n o f m a c h in e p o s itio n a ft e r p o w e r lo s s r e c o v e r y . U s in g th e u n iq u e m a g n e t o s t r ic t iv e p r in c ip le , w h ic h M T S p io n e e r e d , t h e s e n s o r p r e c is e ly s e n s e s t h e p o s itio n o f a n e x te r n a l m a g n e t t h r o u g h t h e h o u s in g w a ll t o m e a s u r e d is p la c e m e n t s w it h a h ig h d e g r e e o f r e s o lu t io n . T h is t im e -b a s e d m e t h o d w it h u p t o 1 0 '0 0 0 m e a s u r e m e n t s / s e c o n d p r o v id e s s e n s o r s o f h ig h e s t a c c u r a c y . T h e n o n -c o n t a c t s e n s in g e lim in a t e s t h e w e a r , n o is e a n d e r r o n e o u s s ig n a l p r o b le m s a n d g u a r a n t e e s t h e b e s t d u r a b ilit y .

A c tiv e S tr o k e 2 5 - 7 6 0 0 m m

A c tiv e S tr o k e 2 5 - 5 0 0 0 m m T e m p o s o n ic s -R P . A r o b u s t a lu m in u m p r o file is d e s ig n e d fo r t h e m a c h in e b u ild in g in d u s t r y in h a r s h e s t in d u s tr ia l e n v ir o n m e n ts . P o s itio n m e a s u r e m e n t is c o n t a c tle s s v ia d iffe r e n t v e r s io n s o f p e r m a n e n t m a g n e ts . 1 . A c n in g in n e c tio p a r t is

a p t iv e s lid in p r o file h o u n w ith th e m v ia a b a ll jo

2 . T h e n e t, m v in g m th e p r

re m o u n a c h o file

o te in a

g m a g n e t ru n s in g r a ils . C o n o b ile m a c h in e in te d a r m .

v a b le flo a t in g d d ir e c t ly o n e p a r t , t r a v e ls t a lo w d is t a n

P r o file m o u n tin g 1 . S lid in g m o u n t in g fe e t

T e m p o s o n ic s -R H . T h e p r e s s u r e p r o o f s t a in le s s s t e e l s e n s o r is d e s ig n e d fo r d ir e c t m o u n tin g in h y d r a u lic c y lin d e r s . T h is v e r s io n is e a s y t o m o u n t a n d h ig h ly in s e n s it iv e t o c o n t a m in a t io n . P o s itio n m e a s u r e m e n t is c o n ta c t le s s v ia a p e r m a n e n t m a g n e t ( c lo s e d o r o p e n r in g ) . It c a n a ls o b e m o u n t e d e x t e r n a lly in m a n y o th e r in d u s tr ia l a u to m a tio n d e v ic e s .

2 . T -s lo t n u t M 5 in b a s e c h a n n e l

m a g th e m o o v e r c e .

1 ) T e m p o s o n ic s S t y le R P -S .. N u ll p o s itio n (3 )

1 2

4 4

V e r tic a l 1 8 ° /H o r iz o n ta l 3 6 0 °

c a . 5 8 4 5

S e n s o r s tro k e

2 8

2 8

4 5

S e n s o r H e a d

5 2

(1 )

1 3 ,5

M a le r e c e p ta c le m e ta l s h e ll 7 4 *

A c tiv e S tr o k e L e n g th

8 8 *

2 8

2 5 - 5 0 0 0 M e a s u r in g r a n g e / O r d e r L e n g th ( M illim e te r s )

6 6

* 1 0 m m lo n g e r fo r m e a s u r in g r a n g e > 3 5 0 0 m m

2 ) T e m p o s o n ic s S t y le R P -V ..

N u ll p o s itio n

4 4 1 8 °

2 8 (4 )

3 6

(3 )

5 0

H o le - Ø 5 ,5 m m

6 8

3 ) T e m p o s o n ic s S t y le R P -M ..

N u ll p o s itio n 1 2

3 5 ,5 M 5

C a p C a p B a ll F lo a N o n

tiv e s lid tiv e s lid jo in te d tin g m a fe rro u s

in g in g a rm g n e s u p

m a g n e t s m a g n e t s (M 5 th re t s ty le M p o rt, s c re

ty le S ty le V a d ) ( o p e n r in g ) w s

4 4 M a x im u m g a p 3 m m , ± 1 m m

(5 )

(1 ) (2 ) (3 ) (4 ) (5 )

2 0 ,7

M 4

2 9

4 5

4 5

(2 )

3 5 ,5

T e c h n ic a l a lte r a tio n s r e s e r v e d

9 ,5

1 4 ,5 D a m p in g zo n e

4 ,5

M o u n tin g fo o t M o u n tin g zo n e

m

R -S e r ie s , 5 5 1 F u n c t io n

O u tp u t

S ta rt

T e m p o s o n ic s R -S e r ie s d ig ita l s e n s o r s o ffe r a n S S I o u tp u t in w h ic h r e s o lu t io n u p t o 2 µ m is s t a n d a r d . T h e d is p la c e m e n t v a lu e is e n c o d e d in a 2 5 - o r 2 4 -b it B in a r y o r G r a y c o d e fo r m a t a n d tr a n s m itte d a t h ig h s p e e d v ia S S I in te r fa c e in R S 4 2 2 / 4 8 5 s ta n d a r d to th e c o n t r o l d e v ic e . T h e S y n c h r o n o u s S e r ia l I n te r fa c e is t h e m o s t w id e ly u s e d o u t p u t b e t w e e n s e n s o r s a n d c o n t r o lle r s .

P o s itio n m a g n e t (P e rm a n e n tm a g n e t)

M a g n e to s tr ic tiv e P o s itio n S e n s in g M a x . R e s o lu t io n 2 µ m

S to p

D is p la c e m e n t ~ T im e

S e n s o r e le m e n t

D is p la c e m e n t

C o n tr o lle r w ith S y n c h r o n o u s S e r ia l In te rfa c e

D a ta T ra n sfe r

A t a G la n c e

M a in fe a tu r e o f S S I is th e s y n c h r o n iz e d d a t a tr a n s fe r . S y n c h r o n iz a t io n in a c lo s e d -lo o p c o n t r o l s y s t e m is m a d e s im p le . A c lo c k p u ls e t r a in fr o m a c o n t r o lle r is u s e d t o g a te o u t s e n s o r d a ta : o n e b it o f p o s itio n d a ta is tr a n s m itte d to th e c o n t r o lle r p e r o n e c lo c k p u ls e r e c e iv e d b y th e s e n s o r . T h e a b s o lu t e , p a r a lle l p o s it io n d a t a is c o n t in u a lly u p d a t e d b y t h e s e n s o r a n d c o n v e r te d b y th e s h iftr e g is te r in to s e r ia l in fo r m a tio n . B e tw e e n e a c h c lo c k p u ls e t r a in t h e r e is a m in im u m d w e ll o f 2 5 µ s d u r in g w h ic h fr e s h d a t a is m o v e d in to th e r e g is te r . D a ta is s h ifte d o u t w h e n t h e s e n s o r r e c e iv e s a p u ls e t r a in fr o m t h e c o n t r o lle r . W h e n t h e le a s t s ig n ific a n t b it ( L S B ) g o e s H IG H a n d t h e m in im u m d w e ll t im e h a s e la p s e d , n e w d a t a is a v a ila b le t o r e a d ( s e e p a g e 4 ) .

C o m p a r e d t o p a r a lle l a n d a s y n c h r o n o u s d a t a t r a n s m is s io n , th e s ig n ific a n t a d v a n ta g e s o f a n S S I o u tp u t a r e

F a s t a n d s a fe c o n n e c tio n to m a n y c o n tr o lle r s H ig h n o is e im m u n ity C o s t-e ffic ie n t w ir in g C lo c k a n d d a ta tr a n s fe r is in d e p e n d e n t o f r e s o lu tio n v ia tw o w ir e s o n ly S im p le e le c tr ic a l is o la tio n o f s e n s o r a n d c o n tr o lle r T r a n s m is s io n o v e r lo n g d is ta n c e s d u e to a v a r ia b le b a u d ra te

L in e a r ity P r o to c o l + 0 ,2

m m

+ 0 ,1 0 ,0 - 0 ,1 - 0 ,2

T e m p o s o n ic s -R H

0

2 5 0

E x a m p le S e n s o rty T o le r a n c T o le r a n c

:

M a le r e c e p ta c le , m e ta l s h e ll

5 0 0

7 5 0

1 0 0 0

1 2 5 0

1 5 0 0

2 2 5 0

2 5 0 0 m m

N u ll p o s itio n

2 5

S e n s o r s tro k e Ø 1 0 m m 4 4

T e c h n ic a l a lte r a tio n s r e s e r v e d

2 0 0 0

p e R P , S tro k e L e n g th 2 5 0 0 m m e , a llo w e d : ± 0 ,2 5 m m e , m e a s u r e d : ± 0 ,1 1 6 m m , u n c o r r e c te d

H e x 4 6 S e n s o r H e a d T h r e a d e d fla n g e M 1 8 x 1 ,5 o r 3 /4 "-1 6 U N F -3 A 5 1 9 ,5 * 1 0 m m lo n g e r fo r m e a s u r in g r a n g e > 3 5 0 0 m m

1 7 5 0

8 3 ,5 *

M o u n tin g z o n e

9 3 *

5 1

F lo a tin g m a g n e t

A c tiv e S tr o k e L e n g th 2 5 - 7 6 0 0 M e a s u r in g r a n g e / O r d e r le n g th ( M illim e te r s )

6 6 m m > 5 0 0 0 m m m e a s u r in g r a n g e D a m p in g zo n e 6 3 ,5

!

T e m p o s o n ic s R -S e r ie s , 5 5 1 P r o d u c t S p e c if ic a t io n s

G e n e ra l

P r o file M o d e l

R o d M o d e l

M e a su re d V M e a s u r in g R O u tp u t S ig n D a ta F o r D a ta L e n R e s o lu t io L in e a r ity

a r ia b le s a n g e a l m a t g th n T o le r a n c e , u n c o r r e c t e d

R e p e a t a b ilit y H y s te r e s is In p u t V o lt a g e C u r r e n t D r a in R ip p le E le c t r ic S t r e n g t h O p e r a tin g T e m p e r a tu r e T e m p e r a tu r e C o e ffic ie n t D e w P o in t, H u m id ity M o u n t in g P o s it io n M a g n e t S p e e d C o n n e c tio n T y p e E M C -T e s t S h o c k R a tin g V ib r a t io n R a tin g E le c t r o n ic H e a d H o u s in g S t y le E n c lo s u r e In s t a lla t io n M a g n e t T y p e S e n so r H e a d S e n s o r R o d w it h F la n g e P r e s s u r e R a tin g S e a lin g In s t a lla t io n M a g n e t T y p e

D is p la c e m e n t P r o file : 2 5 - 5 0 0 0 m m / R o d : 2 5 - 7 6 0 0 m m S S I ( S y n c h r o n o u s S e r ia l In te r fa c e ) - R S 4 2 2 / 4 8 5 s ta n d a r d B in a r y o r G r a y e n c o d e s 2 5 o r 2 4 b it ( o n r e q u e s t) 2 µ m m a x im u m < ± 0 ,0 1 % F .S . ( M in im u m ± 4 0 µ m / ± 2 0 µ m - fu tu r e ) - in d e p e n d e n t o f e x t e r n a l t e m p e r a t u r e in flu e n c e < ± 0 ,0 0 1 % F .S . ( M in im u m ± 2 ,5 µ m ) < 4 µ m 2 4 V d c ( + 2 0 % / -1 5 % ) 7 0 m A ty p ic a l < 1 % p e a k to p e a k 5 0 0 V ( D .C . g r o u n d t o m a c h in e g r o u n d ) -4 0 ° C ... + 7 5 ° C < 1 5 p p m /° C 9 0 % r e l. h u m id it y , n o c o n d e n s a t io n A n y o r ie n ta tio n A n y 7 p in c o n n e c t o r o r in t e g r a l c a b le o u t p u t D IN IE C 8 0 1 -4 / T y p e 4 / C E q u a lifie d 1 0 0 g ( S in g le h it ) / IE C -S t a n d a r d 6 8 -2 -2 7 5 g / 1 0 - 1 5 0 H z / IE C -S t a n d a r d 6 8 -2 -6 A lu m in u m d ie c a s t in g h o u s in g A lu m in u m p r o file IP 6 5 * A d ju s t a b le m o u n t in g fe e t o r T -s lo t n u t M 5 in b a s e c h a n n e l C a p t iv e s lid in g m a g n e t , F lo a t in g m a g n e t A lu m in u m d ie c a s t in g h o u s in g S t a in le s s s t e e l 3 5 0 b a r (5 3 0 b a r p e a k p re ssu re ) IP 6 7 * T h r e a d e d fla n g e M 1 8 x 1 ,5 o r 3 / 4 " -1 6 U N F -3 A G F p la s t ic w it h p e r m a n e n t m a g n e t s

L o g ic D ia g r a m S h if t r e g is t e r ( P a r a lle l- S e r ia l c o n v e r t e r )

M ic r o p r o c e s s o r s y s t e m P o s it io n v a lu e = 2 5 ( 2 4 ) B it B in a r y o r G r a y c o d e

A S IC fo r p a r a lle l a n d a b s o lu te p o s itio n d a ta

C lo c k ( + )

C lo c k ( - )

O p to c o u p le r 6 N 1 3 7

D a ta (+ )

D a ta (-)

O u tp u t s ta g e 7 5 1 7 4

+ 2 4 V d c 0 V

S e n s o r

T im in g D ia g r a m m

C lo c k ( + ) D a ta (+ )

C lo c k P u ls e S e q u e n c e

C lo c k ( + )

M e a s u r in g F r e q u e n c y

L S B

M S B

C lo c k P u ls e T r a in

C lo c k P u ls e T r a in C lo c k In te r v a l 2 5 µ s m in im u m

M e a s u r in g R a n g e , m m :

u p to 5 0 0

M e a su re m e n ts p e r S e c o n d , k H z :

D a ta T r a n s m is s io n S p e e d

4 ,3

7 5 0

1 0 0 0

2 0 0 0

3 ,2

2 ,5

1 ,3

C a b le L e n g th : < 3

< 5 0

< 1 0 0

< 2 0 0

< 4 0 0 m

B a u d R a te :

< 4 0 0 k B d

< 3 0 0 k B d

< 2 0 0 k B d

< 1 0 0 k B d

1 ,5 M B d

T h e b a u d r a te , d e p e n d in g o n c a b le le n g th , h a s a m a x im u m P le a s e u s e s h ie ld e d c a b le w ith tw is te d p a ir s .

"

C o n tr o lle r

o f 1 ,5 M B a u d / m in . 7 0 k B a u d .

* In th e c a s e o r e c e p ta c le c o n th e IP r a tin g is m a tin g c a b le c c o r r e c tly fitte d .

f se n so n e c tio v a lid o o n n e c

r s w ith n ty p e , n ly if th e to r is

m

R -S e r ie s , 5 5 1 C o n n e c t io n s , In s t a lla t io n

C o n n e c to r / C a b le W ir in g

C o n n e c to r O u tp u t

P in

W ir e c o lo r

1

g ra y p in k y e llo w g re e n b ro w n w h ite D o n o t c o n

2 3

E x te r n a l v ie w c o n n e c tio n s id e

4 5 6

7 p in D IN

7

m a le r e c e p ta c le

F u n c tio n D a ta D a ta C lo c C lo c + 2 4 D C n e c t

( - ) ( + ) k ( + ) k ( - ) V d c G ro u n d

1 8

In te g r a l C a b le O u tp u t

E M C -P g 9

2 m P U R c a b le 7 x 0 ,1 4 m m 2 E M C s h ie ld , b e n d in g r a d iu s 5 0 m m a t fix e d in s t a lla t io n

P r o file

R o d

1 . A t le a s t 2 s lid in g m o u n t in g fe e t w ith s c r e w s M 5 x 2 0 ( D IN 6 9 1 2 )

T h e s e n s o r c a n b e m o u n te d a n y p o s itio n . N o te th e m in im c le a r a n c e s ( r ig h t ) . U s e n o n fe s c re w s , s u p p o rts e tc . S e n s o r a b o v e 1 m e te r s tro k e m a y r e q u ir e m e c h a n ic a l s u p p o r t s

M o u n tin w ith m a M 5 x 2 0 to rq u e <

2 . T -s lo t n u t a n d s c r e w

g fo c h in , tig 1 ,1

o t e sc re w h te n in g N m

H y d r a u lic c y lin d e r in s

u m rro u s

.

M 5 N o n fe r r o u s m a te r ia l

T -s lo t n u t in b a se c h a n n e l

3 0

T h e s e n s o r c a r tr id g e , c o m p r is in g e le c t r o n ic s h e a d a n d s e n s in g e le m e n t is m o u n t e d in t h e h ig h p r e s s u r e s e n s o r h o u s in g w it h o n ly t w o s c r e w s a n d fit s in t o t h e p is t o n r o d . T h e m a g n e t o n t h e p is t o n b o t t o m t r a v e ls c o n t a c t le s s ly o v e r t h e s e n s o r r o d a n d m a r k s t h e p o s itio n th r o u g h t h e r o d w a ll. D u e t o t h is c o n s t r u c t io n , t h e s e n s o r tu b e is p a r t o f t h e c y lin d e r a n d t h e h y d r a u lic s y s te m n e e d s n o t to b e o p e n e d in c a s e o f m a in te n a n c e .

( 1 ) S e n s o r h y d r a u lic h o u s in g ( fla n g e w it h t u b e ) b e c o m e s a p e r m a n e n t p a r t o f t h e c y lin d e r . ( 2 ) S e n s o r c a r t r id g e ( e le c t r o n ic h e a d w it h s e n s in g e le m e n t ) e a s y t o r e p la c e in t h e fie ld b y t w o T o r x 2 0 s c r e w s .

(2 )

(1 ) P o s itio n m a g n e t m a x . 5 m m M 5

D e ta il: T -s lo t n u t m o u n tin g

M o u n t t h e flo a t in g m a g n e t b y u s in g n o n fe r r o u s m a t e r ia l.

F e r r o m a g n e tic m a te r ia l 1 5

m in . 5 m m M a x im u m g a p 3 m m (± 1 m m )

P o s itio n m a g n e t N o n fe rro u s s p a c e r

#

T e m p o s o n ic s R -S e r ie s , 5 5 1 T A e c c m e s p s oo r s i oe s n i c s R - S e r i e , 5 5 1

Z u b e h ö r

P o s itio n M a g n e ts P o s itio n s g e b e r

C a p tiv e s lid in g m a g n e t ty p e » S « ( P r o file ) P o s itio n s s c h litte n T y p » S « ( P r o fil)

2 0 4 3

1 4

2 0

M 5 R o ta tio n : V e r t i c a l 1 M8 °5 R H o o t ar itz i o n :t a l 3 6 0 ° V e r tik a l 1 8 ° H o r iz o n ta l 3 6 0 °

2 4 2 4

Jo in t R o d G S el i l d e i n k g s M t a P ls . o r d e r s e P o s itio n s s

1 4

4 3

4 0

fo r n a g e n e f üt r p a r a t e ly c h litte n

2 7 2 7

M 5 in s id e M 5 in n e n

1 4

B a ll jo in te d a r m , Ø 1 2 ,8 m m 1 2 ,8 m m

t ) N K o u . g 4 e 0 l 1g e 9 l 1 e 3 n k , Ø A r t.N r . 4 0 1 9 1 3

M 5

2 4 2 4

R o ta tio n : 1 8 °

A r t.N r . 2 5 2 1 8 4

5 8

P ls . o r d e r s e p a r a t e ly

S te c k v e r b in d e r

5 8

B it t e s e p a r a t b e s t e lle n !

1 8

1 2 0 °

C a b le C o n n e c to r s 1 8

P a r t 4N0 o . 2 5 2 1 8 4

7 p in D IN

2 5 ,5

1 2 0 ° Ø 1 3 ,5

1 4 0 ° 4 m 1m4 0Ø°

A r t.N r . S T C 0 9 1 3 1 D 0 7

Ø 1 3 ,5

3 7

8

4 m m Ø

c o n n e c to r

7 p P o a l r . t D N I o N . S - K T a C b 0 e 9l d 1 o 3 s 1 e D 0 7

2 5 ,5

a tin g m a g n e t ty p e » M « o file + R o d ) e n e r P o s itio n s m a g n e t Ø 3 3 fil u n d S ta b )

n g e r e H ü ls e n a n fr a g e n

M 5 R o ta tio n : 1 8 ° 4 0

F lo (P r O ff (P ro

( 2 L )ä P (a 2 r

1 4

5 7

(2 ) (2 )

L Ao n r t g . N e r r . s l 4 e 0 e 1 v e 6 s 0 u 3 p o n r e q u e s t

A r t.N r . 2 5 2 1 8 2

C a p tiv e s lid in g m a g n e t ty p e » V « ( P r o file ) P o s itio n s s c h litte n T y p » V « ( P r o fil)

M 5 M 5 R o ta tio n : 1 8 ° R o ta tio n : 1 8 °

(1 ) S le e v e P ( a 1 r t ) N V o e . r 4l ä 0 n 1 g 6 e 0 r 3 u n g s h ü l s e

P a r t 4N 0 o . 2 5 2 1 8 2

5 7

2 2 2 2 1 4 1 4 9

8

(1 ) (1 )

B it t e s e p a r a t b e s t e lle n !

9 8

Ø 2 4 8

3 7

1 8

P a r t N Ø o 3 .3 2 5 1 4 1 6

5 4

1 8

Ø 3 3 Ø 2 4

n e t Ø n d a rd m a g n n d a rd

)

3 3

e t Ø 3 3 )

3 1

g m a g d , S ta itio n s b , S ta

Ø 2 4 Ø 2 4

R in (R o P o s (S ta

3 1 5 4

A r t.N r . 2 5 1 4 1 6

Ø 1 8

Ø 1 3 ,5 4 m m Ø

Ø 1 3 ,5

7 p o l. 9 0 ° -D I N

A r t.N r . S T C 0 9 1 3 1 -7

P a r t N Ø o 3. 3 2 0 1 5 4 2 A r t.N r . 2 0 1 5 4 2

R in (R o P o s ( FS o t ar

g m a g n e t Ø 2 5 ,4 m m d ) itio n s m a g n e t Ø 2 5 ,4 m m bs t) r o k e l e n g t h £ 3 0 5 0 m m o n l y

Ø 1 3 ,5 Ø 1 3 ,5 8

F ü r M e ß lä n g e n £ 3 0 5 0 m m

8

P a r t Ø N 2o 5 . , 4 4 0 0 5 3 3 A r t.N r . 4 0 0 5 3 3

P ls . o r d e r P o s itio n M a g n e ts fo r R o d S e n s o r s s e p a r a te ly . P O o t s h i t e i ro n m s a g g e n b e e t r s f u ü p r o S n t a r b e - q B u a e u s r t e . i h e b i t t e s e p a r a t b e s t e l l e n

$

A n d e r e P o s itio n s g e b e r a n fr a g e n .

G e A n K o K a K a K a

h s n b b

b

H o u s in g m a t e r ia l T e r m in a tio n ä u s e m a t e r ia l In s e rt c h lu ß a r t C a b le c la m p t a k t e in s a tz C a b le Ø m a x e lz u g e n t la s t u n g C a b le t y p e . e l Ø m a x . e lt y p M L B P 6 7

z

Ø 2 5 ,4

K a b e ld o s e

K o n P t a a r k t t e N i n o s . a S t z T i C n 0 4 9 5 1 ° - 3 W 1 -i n 7 k e l n r a s t b a r

8

Ø 3 3

c o n n e c to r

t w is t in g c o n t a c t in s e r t in 4 5 ° a n g le s

8

4 m m Ø

Ø 1 8

7 p in 9 0 ° -D I N

M e t a l s h e ll S o ld e r e t a ll F e m a le ( S ilv e r ö te n P g 7 u c h s e n (A g ) 6 m m g 7 7 w ir e s , t w is t e m m e .g . P U R c a b le A d e r n , p a a r ig v e r s .B . P U R K a b e l 7 x

p la t in g )

d p a 7 x e ilt , 0 ,1 4

ir s , 0 ,1 S c h m m

s h ie ld e d 4 m m ² ir m ²

m

R -S e r ie s , 5 5 1 O r d e r in g G u id e

T e m p o s o n ic s

P o s itio n S e n s o r S c o p e o f D e liv e r y 1 . P r o file M o d e S e n s o r w it h c a p o r flo a t in g m a g n tin g fe e t u p to 1 s t r o k e . A d d it io n p e r 5 0 0 m m lo n 2 . S e n o T h

R o n so t in e y

d M r o c lu m u

l t iv e e t a 2 5 0 a l 1 g e r

s lid n d m m m o s tro

in g m a g n e t tw o m o u n m e a s u r in g u n tin g fo o t k e s.

o d e l n ly . P o s it io n m a g n e t s a r e d e d w it h r o d -s t y le s e n s o r s . s t b e o r d e r e d s e p a r a t e ly .

P ls . o r d e r a c c e s s o r ie s ( p a g e s 6 , 7 ) s e p a r a t e ly ! * M e a s u r in g R a n g e 1 . P r o file M o d e l S ta n d a rd : u p to 1 0 0 0 m m u p to 5 0 0 0 m m

O p tio n :

in 5 0 m m s te p s in 2 5 0 m m s t e p s

O t h e r s t r o k e le n g t h s u p o n r e q u e s t

2 . R o d M o d e l S ta n d a rd :

u p to 1 0 0 0 m m u p to 7 6 0 0 m m

O p tio n :

in 5 0 m m s te p s in 2 5 0 m m s t e p s

O t h e r s t r o k e le n g t h s u p o n r e q u e s t

A c c e s o r ie s

M

1

S

1

S e n so r M o d e l R P = P r o file h o u s in g R H = H y d r a u lic R o d w ith th r e a d e d fla n g e S ty le 1 . T e m p o s o n ic S = C a p tiv e s lid V = C a p tiv e s lid M = F lo a tin g m

s -R in g in g a g n

P (P r m a g m a g e t, Ø

o file n e t, n e t, 3 3

) jo in t a t to p jo in t a t fr o n t m m (o p e n r in g )

2 . T e m p o s o n ic s -R H ( R o d ) M = F la n g e w ith m e tr ic th r e a d M 1 8 x 1 ,5 ( S ta n d a r d ) S = F la n g e w ith e n g lis h th r e a d 3 / 4 " - 1 6 U N F - 3 A M e a s u r in g R a n g e * / O r d e r L e n g th 0 0 2 5 / 5 0 - 5 0 0 0 m m ( P r o file m o d e l) 0 0 2 5 / 5 0 - 7 6 0 0 m m ( R o d m o d e l) C o n n e c tio n T y p e D 7 0 = 7 p in D IN m a le r e c e p ta c le P 0 2 = 2 m p ig ta ile d P U R c a b le w / o c o n n e c to r ( O p tio n : 0 1 - 1 0 m ) In p u t V o lta g e 1 = + 2 4 V d c O u tp S [1 ][ [1 ] D [2 ] O [3 ] R [4 ] P [5 ][6

u t 2 ][3 a ta u tp e so e rfo ] O

][4 ][5 ][6 ] = S y n c h ro 1 = 2 5 le n g th : B = B in u t fo rm a t: lu tio n ( m m ) : 1 = 0 ,0 1 = S ta rm a n c e : 0 0 = M p tio n s : 0 2 = M

n o u b it a ry 0 5 n d a e a s e a s

s S e r 2 G 2 rd u r in g u r in g

ia l In te = 2 4 b = G ra = 0 ,0 1

rfa c e it y 3 = 0 ,0 5

4 = 0 ,1

5 = 0 ,0 2

6 = 0 ,0 0 2 m m

d ir e c tio n fo r w a r d 0 1 = M e a s u r in g d ir e c tio n r e v e r s e d ir e c tio n fo r w a r d , s y n c h r o n iz e d m e a s u r e m e n t

D e s c r ip tio n

P a rt N o .

C a p t iv e S lid in g M a g n e t T y p e » S « C a p t iv e S lid in g M a g n e t T y p e » V « F lo a t in g M a g n e t Ø 3 3 m m ( o p e n r in g ) R in g m a g n e t Ø 3 3 m m , S t a n d a r d R in g m a g n e t Ø 2 5 ,4 m m M o u n t in g F o o t T -s lo t N u t M 5 fo r b a s e c h a n n e l m o u n t in g P U R -C a b le 7 x 0 ,1 4 m m 2 ( p a g e 5 ) 7 p in C a b le c o n n e c t o r , fe m a le 7 p in 9 0 ° -C a b le c o n n e c t o r , fe m a le S le e v e B a ll J o in t e d A r m

2 5 2 2 5 2 2 5 1 2 0 1 4 0 0 4 0 0 4 0 1 K 2 S t C S t C 4 0 1 4 0 1

1 8 2 1 8 4 4 1 6 5 4 2 5 3 3 7 4 7 6 0 2 6 0 9 1 3 1 D 0 7 0 9 1 3 1 -7 6 0 3 9 1 3

%

MEMBER

© MTS/R-Serie/SSI/2000-06e · Alterations reserved.

SENSORS GROUP

MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG Auf dem Schüffel 9 D-58513 Lüdenscheid, Germany Tel. 0 23 51 / 95 87-0 Fax 0 23 51 / 5 64 91 eMail: [email protected] www.mtssensor.de

MTS Systems Corporation Sensors Division 3001 Sheldon Drive Cary, N.C. 27513, USA Tel. 919-677-0100 Fax 919-677-0200 eMail: [email protected] www.mtssensors.com

MTS Sensors Technology Corp. Ushikubo Bldg. 737 Aihara-cho, Machida-shi Tokyo 194-0211, Japan Tel. +81-42-775-3838 Fax +81-42-775-5512

No title

Recommend Documents