УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ
APPARATUS FOR MEASURING THE PARAMETERS OF A MEDIUM

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения параметров среды, например для измерения уровня жидкометаллического теплоносителя, его температуры и температуры пара (газа) над поверхностью теплоносителя в активной зоне ядерного реактора.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к настоящему изобретению является устройство для измерения параметров среды, содержащее корпус, в котором размещены электрический нагреватель и по меньшей мере две дифференциальные термопары, каждая из которых состоит из двух, выполненных из одного материала, крайних проводников, один из которых является общим для всех термопар, и промежуточного проводника, выполненного из другого материала, при этом промежуточные проводники и общий крайний проводник дифференциальных термопар образуют общий спай, расположенный в донной части корпуса, а остальные спаи, образованные крайними и промежуточными проводниками дифференциальных термопар, распределены по длине корпуса (патент РФ №2065579, МПК G01F 23/32 опубл. 20.11.2008).
Известное устройство для измерения параметров среды контролирует уровень жидкой среды. При контроле уровня среды (электрический нагреватель включен) устройство вырабатывает сигнал разности температур в местах расположения спаев дифференциальных термопар по высоте (длине) устройства. При отключенном электрическом нагревателе устройство также вырабатывает сигнал разности температур в местах расположения спаев дифференциальных термопар по высоте (длине) устройства.
Недостатком известного устройства для измерения параметров среды является отсутствие возможности контроля температуры жидкости и пара (газа) в местах расположения спаев дифференциальных термопар, что особенно важно по условиям ведения некоторых технологических процессов в корпусе технологического объекта (например ядерного реактора), где требуется контролировать не только положение уровня жидкой среды, но и температуру как жидкой, так паровой или газовой среды.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для измерения параметров среды, которое обеспечит измерение уровня жидкой среды и измерение температуры жидкой среды и температуры пара (газа) над ее поверхностью.
Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для измерения параметров среды за счет практически одновременного определения уровня жидкой среды и температурного профиля жидкой и парообразной сред при одновременном увеличении надежности работы устройства и точности полученных результатов измерения вследствие того, что к существующей информации о положении уровня по сигналу разности температуры между двумя контролируемыми уровнями добавляется информация по температуре в каждом из них.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для измерения параметров среды, содержащее корпус, в котором размещены электрический нагреватель и по меньшей мере две дифференциальных термопары, каждая из которых состоит из двух, выполненных из одного материала, крайних проводников, один из которых является общим для всех термопар, и промежуточного проводника, выполненного из другого материала, при этом промежуточные проводники и общий крайний проводник дифференциальных термопар образуют общий спай, расположенный в донной части корпуса, а остальные спаи, образованные крайними и промежуточными проводниками дифференциальных термопар, распределены по длине корпуса, согласно заявленному изобретению снабжено дополнительным проводником, который выполнен из материала промежуточного проводника и размещен в корпусе по его длине, при этом дополнительный проводник соединен с общим спаем дифференциальных термопар и образует с крайним проводником каждой дифференциальной термопары и общим крайним проводником классическую термопару для измерения температуры среды.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство для измерения параметров среды (общий вид).
Устройство для измерения параметров среды содержит корпус 1, который имеет цилиндрическую форму и выполнен из теплопроводящего материала. В полости корпуса 1 расположены электрический нагреватель 2, состоящий из двух проводников, три дифференциальные термопары, первая из которых состоит из двух крайних хромелевых проводников 3, 4 и промежуточного алюмелевого проводника 5, вторая - из двух крайних хромелевых проводников 6, 4 и промежуточного алюмелевого проводника 7, третья - из двух крайних хромелевых проводников 8, 4 и промежуточного алюмелевого проводника 9, и дополнительный проводник 10, выполненный из материала промежуточных проводников, а именно из алюмеля. Для первой, второй и третьей дифференциальных термопар хромелевый проводник 4 является общим проводником. Нижние концы промежуточных алюмелевых проводников 5, 7, 9 и нижний конец общего крайнего хромелевого проводника 4 соединены между собой с образованием общего нижнего спая 11 трех дифференциальных термопар. Нижний конец крайнего хромелевого проводника 3 и верхний конец промежуточного алюмелевого проводника 5 образуют спай 12 первой дифференциальной термопары. Нижний конец крайнего хромелевого проводника 6 и верхний конец промежуточного алюмелевого проводника 7 образуют спай 13 второй дифференциальной термопары. Нижний конец крайнего хромелевого проводника 8 и верхний конец промежуточного алюмелевого проводника 9 образуют спай 14 третьей дифференциальной термопары. Общий нижний спай 11 первой, второй и третьей дифференциальных термопар и спаи 12, 13, 14 соответственно первой, второй и третьей дифференциальных термопар распределены по высоте корпуса 1 в следующем порядке. В нижней части корпуса 1 расположен спай 11, над спаем 11 расположен спай 12 первой дифференциальной термопары, над спаем 12 расположен спай 13 второй дифференциальной термопары, над спаем 13 расположен спай 14 третьей дифференциальной термопары. Нижний конец дополнительного алюмелевого проводника 10 соединен с общим нижним спаем 11 первой, второй и третьей дифференциальных термопар. При этом дополнительный алюмелевый проводник 10 образует с каждым крайним хромелевым проводником 3, 6, 8 и общим крайним хромелевым проводником 4 первой, второй и третьей дифференциальных термопар классическую (простую) термопару для измерения температуры среды (четыре классические термопары). Электрический нагреватель 2 выполнен из двух соединенных между собой (например, сваркой) нихромовых проводников. Электрический нагреватель 2, проводники 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 первой, второй и третьей дифференциальных термопар и дополнительный проводник 10 расположены в корпусе 1 по его длине и изолированы друг от друга и от корпуса 1. Места размещения проводников электрического нагревателя 2 и проводников 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 дифференциальных термопар внутри корпуса 1 зависят от количества контролируемых уровней среды.
Введение дополнительного алюмелевого проводника 10 позволило дополнительно создать четыре классических (простых) термопар.
Первая классическая (простая) термопара измеряет температуру спаем 12, при этом сигнал генерируется на концах крайнего хромелевого проводника 3 и дополнительного алюмелевого проводника 10.
Вторая классическая (простая) термопара измеряет температуру спаем 13, при этом сигнал генерируется на концах крайнего хромелевого проводника 6 и дополнительного алюмелевого проводника 10.
Третья классическая (простая) термопара измеряет температуру спаем 14, при этом сигнал генерируется на концах крайнего хромелевого проводника 8 и дополнительного алюмелевого проводника 10.
Четвертая классическая (простая) термопара измеряет температуру спаем 11, при этом сигнал генерируется на концах общего крайнего хромелевого проводника 4 и дополнительного алюмелевого проводника 10.
Первая дифференциальная термопара контролирует положение уровня жидкой среды между спаями 11 и 12, при этом сигнал разности температуры генерируется на концах крайнего хромелевого проводника 3 и общего крайнего хромелевого проводника 4.
Вторая дифференциальная термопара контролирует положение уровня жидкой среды между спаями 12 и 13, при этом сигнал разности температуры генерируется на концах крайнего хромелевого проводника 6 и общего крайнего хромелевого проводника 4.
Третья дифференциальная термопара контролирует положение уровня жидкой среды между спаями 13 и 14, при этом сигнал разности температуры генерируется на концах крайнего хромелевого проводника 8 и общего крайнего хромелевого проводника 4.
Сигналы трех дифференциальных термопар и четырех классических (простых) термопар генерируются одновременно.
Устройство имеет следующие режимы работы:
- контроль уровня жидкой среды с одновременным контролем температуры нагреваемого устройства в местах расположения спаев 11, 12, 13, 14.
- контроль температуры жидкой среды и пара (газа).
В режиме «Контроль уровня жидкой среды с одновременным контролем температуры нагреваемого электрического нагревателя 2 в местах расположения спаев 11, 12, 13, 14» устройство для измерения параметров среды работает следующим образом.
Устройство помещают в сосуд с жидкостью (расплавом), уровень которой контролируют. Электрический нагреватель 2 подключают к источнику электрического питания (на чертеже не показано). Проводники 3, 4, 6, 8, 10 подключают к преобразователю сигналов (на чертеже не показано). Включают источник электрического питания электрического нагревателя 2 и тепловой поток нагревает спаи 11, 12, 13, 14 дифференциальных термопар. Уровень жидкой среды в сосуде устанавливают ниже дна корпуса 1. Значения термоЭДС на концах проводников 3, 6, 8 относительно проводника 10 равны приблизительно 0 мВ, а значение сигнала между проводниками 4 и 10 соответствует температуре устройства в месте расположения спая 11, находящемся в паровой (газовой) среде, что свидетельствует о нахождении всего устройства в паровой (газовой) среде. Уровень жидкой среды в сосуде устанавливают приблизительно на одинаковом расстоянии от спаев 11 и 12. Тепловой поток от электрического нагревателя 2 обогревает спаи 11, 12, 13, 14. Появление сигнала, отличного от 0 мВ между проводниками 3 и 4, снижение значения сигнала между проводниками 4 и 10, а также неизменное значение сигналов приблизительно 0 мВ между проводниками 6, 8 и проводником 4 свидетельствует о том, что уровень жидкой среды находится между спаями 11 и 12. Уровень жидкой среды в сосуде устанавливают приблизительно на одинаковом расстоянии от спаев 12 и 13. Тепловой поток от электрического нагревателя 2 обогревает спаи 11, 12, 13, 14. При этом: значение сигнала между проводниками 3 и 4 уменьшается приблизительно до 0 мВ, между проводниками 6 и 4 появляется сигнал, значение которого приблизительно равно значению сигнала, полученного при нахождении уровня жидкой среды между спаями 11 и 12, значение сигнала между проводниками 8 и 4 остается приблизительно равным 0 мВ, значение сигнала между проводниками 4 и 10 остается прежним, а значение сигнала между проводниками 3 и 10 снижается до приблизительно значения между проводниками 4 и 10, что свидетельствует о положении уровня жидкой среды между спаями 12 и 13. Уровень жидкой среды в сосуде устанавливают приблизительно на одинаковом расстоянии от спаев 13 и 14. Тепловой поток от электрического нагревателя 2 обогревает спаи 11, 12, 13, 14. При этом: значение сигнала между проводниками 3 и 4 остается приблизительно равным 0 мВ, значение сигнала между проводниками 6 и 4 уменьшается до приблизительно 0 мВ, между проводниками 8 и 4 появляется сигнал, значение которого приблизительно равно значению сигнала, полученного при нахождении уровня жидкой среды между спаями 11 и 12, значение сигнала между проводниками 4 и 10 остается прежним, значение сигнала между проводниками 6 и 10 снижается до приблизительно значения сигнала между проводниками 4 и 10, что свидетельствует о положении уровня жидкой среды между спаями 13 и 14. Уровень жидкой среды в сосуде устанавливают выше спая 14. Тепловой поток от электрического нагревателя 2 обогревает спаи 11, 12, 13, 14. При этом значение сигнала между проводниками 3, 6 и проводником 4 остается приблизительно равным 0 мВ, значение сигнала между проводниками 8 и 4 уменьшается до приблизительно 0 мВ, значение сигнала между проводниками 3, 4, 6, 8 и 10 остается прежним, значение сигнала между проводниками 8 и 10 снижается до приблизительно значения сигнала между проводниками 4 и 10, что свидетельствует о положении уровня жидкой среды выше спая 14.
В режиме «Контроль температуры жидкой среды и пара (газа)» устройство для измерения параметров среды работает следующим образом.
Электрический нагреватель 2 отключают от источника электрического питания. Приблизительно через 10 с устройство остывает и, при отсутствии естественного градиента температуры по высоте объекта контроля, значение сигнала между проводниками 3, 6, 8 и 4 остается приблизительно равным 0 мВ, а значение сигнала между проводниками 3, 4, 6, 8 и 10 будет соответствовать значениям температуры жидкой среды и пара на высотах расположения спаев 11, 12, 13, 14.