DE69007762T2

DE69007762T2 - Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung des Abstandes zwischen metallischen Tuben und der Oxyde-Dicke auf den Tuben.

Info

Publication number: DE69007762T2
Application number: DE69007762T
Authority: DE
Inventors: Gabriel Leroy; Alain Netter
Original assignee: Framatome SA; Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
Current assignee: Areva NP SAS; Orano Demantelement SAS
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: FR2656415B1; EP0435757A1; US5124641A; JPH05180607A; FR2656415A1; EP0435757B1; DE69007762D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Abstandsmessung zwischen Metallrohren, die im wesentlichen parallel zueinander in einer Schicht angeordnet sind und die Messung der Oxidschichtdicke, die ggf. die Rohre bedeckt. Die Erfindung findet eine besonders wichtige Anwendung, wenngleich dies nicht die einzige ist, in der Messung des Abstandes zwischen Metallrohren, die die Hüllen von Brennstäben bilden, die Bestandteil von Kernbrennelementkassetten sind und die Messung der Oxidschicht, die diese Rohre bedeckt.
Wenn Brennelementkassetten nach einem Betriebszyklus aus dem Reaktorkern entnommen werden und noch nicht vollständig verbraucht sind, werden sie erneut in den Kern an einem anderen Ort geladen. Vor dem erneuten Laden müssen die Brennelementkassetten kontrolliert werden, um zu überprüfen, ob ihr Zustand ein erneutes Einführen in den Reaktor ohne übermäßiges Risiko eines Risses der Schutzhüllen erlaubt.
Es ist insbesondere notwendig zu überprüfen, daß der Abstand zwischen benachbarten Brennstäben örtlich nicht übermäßig reduziert ist. Die Verringerung des Abstands kann insbesondere hervorgerufen werden durch eine Verbiegung oder bananenförmige Krümmung bestimmter Brennstäbe, die lokal den Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Hüllen verringern. Die Reduzierung kann zur Durchlöcherung der Hüllen und zu heißen Stellen führen, insbesondere wenn diese sich berühren. Selbst wenn die Konsequenzen nicht so gravierend sind, stellen Änderungen in den Abständen Fehler in der Zirkulation des Kühlmittels dar und stören den thermodynamischen Zyklus in für den reibungslosen Betrieb schädlicher Weise.
Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die eine mit Foucault-Strömen arbeitende Sonde verwenden, um den Abstand zwischen Metallrohren zu messen. Die Sonde besteht aus einem Spulenkörper mit einer Spulenwicklung, die mehr oder weniger tief je nach deren Beabstandung zwischen die Rohre eindringt (US-A-3 225 294).
Es ist ferner wünschenswert die Dicke der Oxidschicht zu messen, die sich auf der Oberfläche der Hüllen bildet, die mit dem Kühlmittel in Kontakt steht. Diese Oxidschicht verringert den thermischen Austauschkoeffizienten zwischen der Schutzhülle und dem Kühlmittel und führt somit zu einer Überhitzung der Schutzhülle. Im Fall beispielsweise von Brennelementkassetten von Druckwasserreaktoren bedecken sich die Schutzhüllen aus einer Legierung auf Zirconiumbasis immer mehr mit einer Zirconiumoxidschicht. Wenn die Dicke dieser Schicht einen Grenzwert von ungefähr 100 um in den derzeitigen Druckwasserreaktoren überschreitet, nimmt der Effekt der Oxidbildung überhand und kann zur Rißbildung in den Schutzhüllen führen und somit zum Eindringen von Spaltprodukten in das Kühlmittel.
Derzeit wird der Abstand zwischen den Brennstäben einer Brennelementkassette im allgemeinen überprüft, indem eine Kamera gegenüber dem Spalt zwischen den Brennstäben entlang der Brennelementkassette vorbeigeführt wird. Die Kamera ist mit einem Bezugsnetz versehen und eine Bedienungsperson verfolgt die Abstandsänderung zwischen den Stäben auf einem Monitorbildschirm. Diese Meßmethode ist mühsam und von nicht hinreichender Sicherheit.
Es wurden bereits Oxidschichtdicken gemessen an vorbestimmten Stellen einer Brennstabhülle, die am Rand einer Brennelementkassette liegen mittels einer Foucault-Stromsonde, die in Berührung mit der zu untersuchenden Hülle gebracht wurde, indem sie senkrecht zur Hülle verschoben wurde, von der Hülle entfernt wurde und anschließend an den nächsten Meßpunkt gebracht wurde. (Révué générale nucléaire, Nr. 3, Mai-Juni 1988, S. 229 ff., Artikel von Graeynest et al.) Die für diese Messungen vorgesehene Vorrichtung hat keine weitere Funktion. Die Vermessungen werden auf übliche Weise durchgeführt. Die Arbeitsweise wonach die Sonde auf jeden Meßpunkt aufgesetzt wird, verlangt ein genaues Erkennen der Lage der Hülle, um die Sonde radial anzuordnen. Die Messungen erfolgen sehr langsam, wenn man eine ausreichende Anzahl von dicht aneinanderliegenden Meßpunkten erreichen will.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglichen gleichzeitig den Abstand zwischen den im wesentlichen zueinander parallelen Metallrohren, die eine Schicht bilden, insbesondere zwischen Rohren, die Brennstabhüllen einer Brennelementkassette bilden sowie die Dicke der Oxidschicht, die die Rohre bedeckt, zu messen. Ferner liegt eine Aufgabe der Erfindung darin ein Meßverfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, die es ermöglichen die Untersuchungszeit einer Brennelementkassette im Verhältnis zum Stand der Technik beträchtlich zu verringern. Schließlich soll eine Vorrichtung angegeben werden, die so aufgebaut ist, daß sie die Abstandsmessung und die Schichtdicken im Inneren einer Brennelementkassette messen kann.
Um diese Aufgabe zu erfüllen schlägt die Erfindung insbesondere ein Verfahren zur gleichzeitigen Messung des Abstands zwischen in etwa parallelen Metallrohren, die eine Schicht bilden und der Dicke der Oxidschicht, die diese Rohre bedeckt, nach Anspruch 1 vor.
Die Erfindung schlägt ferner eine Vorrichtung vor, zur Durchführung des oben definierten Verfahrens wie sie in Anspruch 3 beschrieben ist.
Nach einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Messung des Abstands zwischen den Schutzhüllen von Brennstäben, die an den Außenschichten einer Brennelementkassette angeordnet sind, weist die Meßvorrichtung einen xy-Verschiebetisch auf, der eine Platte trägt, auf der die Meßsonde über Mittel befestigt ist, die es erlauben die Sonde elastisch in einer der Bewegungsrichtungen des Tisches zu drücken, wobei die Platte auf dem Tisch durch Mittel verschiebbar ist, die es erlauben die Sonde auf mehreren zueinander parallelen Rohren zu verschieben, die bekannte und vorbestimmte Oxidschichtdicken aufweisen und es erlauben die Sonde in eine Meßstellung zu bringen, in der sie parallel zu der Bewegungsrichtung verläuft. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung von besonderen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung, die den Einfluß einer Oxidschicht auf das Ausgangssignal einer Foucault-Stromsonde darstellt;
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Signaländerung einer Sonde, die auf ein Rohr angesetzt ist in Funktion von der Oxidschichtdicke auf dem Rohr;
Fig. 3 eine Darstellung, die die Verschiebung einer Foucault-Stromsonde während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt zur Untersuchung von Brennstäben, die in einer Ebene einer Brennelementkassette liegen;
Fig. 4 zeigt einen Schnitt eines möglichen Aufbaus einer Sonde, die verwendbar ist zur Durchführung der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang einer Ebene, durch die die Achse verläuft, auf der die Sonde an den zu untersuchenden Brennstäben anliegt,
Fig. 5A ist eine schematische Seitenansicht der Sonde und der sie tragenden Platte während der Eichung,
Fig. 5B zeigt ähnlich wie Fig. 5A die Platte in der Stellung, die sie während der Meßoperation einnimmt,
Fig. 6 zeigt eine Prinzipiendarstellung der Verarbeitungsschaltung einer Vorrichtung nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 eine Kurve, die die Änderung des Analogsignals der Meßsonde darstellt,
Fig. 8 schematisch eine mögliche Anordnung einer zu untersuchenden Brennelementkassette und einer Vorrichtung nach der Erfindung in einem Abklingbecken für verstrahlte Brennelementkassetten,
Fig. 9, 10 und 11 zeigen im Schnitt und perspektivisch Foucault- Stromsondenköpfe zur Durchführung der Messungen zwischen den Schichten von Brennstäben einer Brennelementkassette und
Fig. 12 ist eine Prinzipiendarstellung im Schnitt entlang einer horizontalen Ebene, die die Verwendung eines Meßkopfes der in den Fig. 9, 10 oder 11 gezeigten Art bei einer Meßvorrichtung zeigt.
Bevor die Erfindung beschrieben wird soll an die Prinzipien der Verwendung einer mit Foucault-Strömen arbeitenden Sonde zur Messung der Oxidschichtdicke auf Metallrohren, wie beispielsweise einem Hüllrohr eines Brennstabs, das einen Kernbrennstoff enthält, der als Oxid vorliegt, also als Nichtleiter, erinnert werden. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Hülle 10, im allgemeinen bestehend aus einer Legierung auf Zirconiumbasis, auf der sich eine nichtleitende Oxidschicht 12 gebildet hat. Eine Foucault-Stromsonde 13 weist einen Kern aus einem magnetischen Material 14 auf, der eine Spule 16 trägt, an die eine elektrische Spannung mit hoher Frequenz, im allgemeinen zwischen 1 und 4 MHz angelegt ist. Während die Sonde 14 in Kontakt mit der Hülle 10 ist, induziert sie Foucault-Ströme, die schematisch durch die Linien 18 dargestellt sind, in dem leitenden Teil, d. h. im Metall der Schutzhülle. Die Foucault-Ströme erzeugen ein inverses Magnetfeld, das in der Sonde 13 eine elektromotorische Gegenkraft induziert, die die an der Spule 16 auftretende Impedanz erhöht. Die Impedanz steigt mit geringer werdender Dicke der Isolierschicht 12, je näher also die Sonde 13 an das Metall heranrückt. Die Beziehung zwischen der Impedanz Z der Spule 16 und der Dicke e der Oxidschicht zeigt den in Fig. 2 gezeigten Verlauf. Für eine Oxidschichtdicke Null hat die Impedanz der Spule a einen Maximalwert Z&sub0;. Mit wachsender Dicke e verringert sich die erscheinende Impedanz und geht asymptotisch auf einen Wert Z&sub1; zu. Die Messung der Impedanz Z in dem Bereich, in dem sie sich mit der Dicke schnell ändert, ermöglicht es die Dicke der Oxidschicht zu bestimmen. Zur Durchführung der Erfindung wird die Arbeitsfrequenz so gewählt, daß sie eine signifikative Messung mindestens bis zur maximal tolerierbaren Dicke erlaubt, d. h. ungefähr 100 um im Fall einer Schutzhülle. Eine Frequenz von 1,5 MHz reicht oft im Fall von Schutzhüllen aus Legierungen auf Zirconiumbasis aus.
Wie Fig. 3 zeigt, weist eine Vorrichtung nach der Erfindung zur sequentiellen Messung der Oxidschichtdicken auf den Brennstäben 20 einer peripheren Schicht von Brennstäben einer Brennelementkassette, bei der die Sonde nicht abgehoben werden muß, nicht transversal bewegt werden muß und für jeden Meßschritt wieder angelegt werden muß, ein Gehäuse 22 auf, in dem eine Foucault-Stromsonde 13 derart angeordnet ist, daß sie parallel zur Achse seiner Spule 16 gleiten kann, sowie elastische Mittel, die durch eine Feder 24 schematisch dargestellt sind, die dazu tendieren die Sonde 13 in eine maximal vorstehende Position zu bringen, in der sie in Fig. 3 mit durchgezogenen Strichen gezeigt ist.
Das Gehäuse 22 wird durch einen xy-Tisch 26 getragen, der es ermöglicht das Gehäuse in einer Richtung y parallel zur Achse der Sonde 13 und in eine dazu senkrechte Richtung x zu bewegen. Der Kern der Sonde 13 (oder ein Kopf, in dem diese Sonde angeordnet ist) zeigt einen Endbereich, der vorstehend ist und die Form eines Kegelstumpfes aufweist, dessen Konizität so ist, daß während das Gehäuse 22 in x-Richtung ausgehend einer Ursprungslage bewegt ist, in der er in Fig. 3 gezeigt ist, die Sonde einen Fühlstift bildet, der unter Einwirkung der Feder 24 in ständigem Kontakt mit den Hüllrohren der Brennstäbe 20 bleibt und deren Konturen folgt.
Nach der in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist die Sonde 13 einen Kern 14 auf, der in der Achse eines Kopfs 28 aus isolierendem Material befestigt ist, der einen kegelstumpfförmigen Endbereich aufweist. Der Kern erscheint an dem Ende des Kopfes 28. Er trägt die Meßwicklung 16, die ein Feld erzeugt, deren Kraftlinien die Hülle des zu untersuchenden Brennstabs 20 durchqueren. Er trägt ebenfalls hinter der Wicklung 16 eine Bezugswicklung 16a, die ein Feld erzeugt, deren Kraftlinien einen Abschnitt der Hülle 20a durchqueren, der in dem Kopf 28 in Kontakt mit dem Kern 14 eingelassen ist und mit diesem ausgerichtet ist. Dieser Schutzhüllenabschnitt stellt eine Eichreferenz dar, die man ohne Oxid gewählt hat. Die Spulen 16 und 16a sind mit äußeren Schaltungen, die weiter unten beschrieben werden, durch die Kabel 30 und 30a verbunden.
Wie Fig. 3 zeigt muß bei einer Meßabfolge, die auf den Brennstäben 20 einer Schicht durchgeführt wird, während der Ausführung der Erfindung mit der Vorrichtung nach Fig. 4 das Gehäuse 22 durch Verschiebungen in x- und y- Richtung des Tisches 26, die manuell gesteuert werden, in die in Fig. 3 gezeigte Stellung gebracht werden, der Tisch 26 angetrieben werden, um das Gehäuse in x-Richtung zu bewegen. Der Kopf 28 folgt dabei dem Profil der Brennstäbe 20.
Die äußeren Schaltungen zur Auswertung des von der Meßsonde gelieferten Signals können den in Fig. 4 gezeigten prinzipiellen Aufbau haben. Diese Schaltungen weisen einen Analogteil und einen Digitalteil auf. Der analoge Teil weist einen Generator 32 auf, der eine Sinusspannung als gemeinsame Bezugsgröße, beispielsweise mit 1,5 MHz erzeugt. Wenn die gezeigte Meßspule 16 eine Impedanz aufweist, die sich von der Impedanz der Kalibrierspule 16a unterscheidet, entsteht eine Differenzspannung ΔV zwischen den Spulen. Ein Differenzverstärker 34 verstärkt diese Spannung und legt sie an einen Synchrondetektor 36 an, der ebenfalls wie die Bezugssignale die Ausgangsspannung des Generators 32 und die gleiche Spannung um 90º phasenverschoben durch einen Phasenschieber 38 aufnimmt. Der Synchrondetektor extrahiert die Komponenten X und Y aus dem Vektor ΔV, die in den Filtern 38 zur Rauschunterdrückung einer Paßbandfiltrierung unterzogen werden.
In der Praxis reicht es aus eine der Komponenten beispielsweise die Komponente X auszuwerten.
Während sich der Kopf entlang der Brennstabschicht (Fig. 3) bewegt, weist das Ausgangssignal ΔV und die Komponente X Änderungen in Abhängigkeit von dem Abstand x der in Fig. 7 gezeigten Art auf. Das Signal hat aufeinanderfolgende Maxima, die dem Durchgang der Sonde durch die Mitte des Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Brennstäben entspricht. Diese Maxima haben praktisch alle den gleichen Wert aufgrund der Abwesenheit von Metall gegenüber der Sonde an diesen Orten. Das Signal verläuft ebenfalls durch aufeinanderfolgende Minima V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; während die Sonde 13 auf der Höhe der Erzeugenden eines jeden aufeinanderfolgenden Brennstabs liegt, an den Positionen x&sub1;, x&sub2; und x&sub3; der Sonde. Die Amplitude der Minima ist unmittelbar abhängig von der Dicke der auf den Schutzhüllen befindlichen Oxidschicht.
Die Berechnung der Stellen x&sub1;, x&sub2; und x&sub3; und die Berechnung der Oxidschichtdicken werden durch den digitalen Teil der Meßschaltungen durchgeführt. Die in Fig. 6 gezeigte Konfiguration weist einen digitalen Teil auf, der einen Abtaster hat, dessen Abtastfrequenz vorteilhafterweise durch einen Meßdetektor 42 zur Messung der Bewegung des Tisches 26 in x-Richtung festgelegt wird, wobei der Meßdetektor beispielsweise aus einem numerischen Kodierer bestehen kann. Die Inkrementierungsschrittlänge des Detektors ist in Abhängigkeit von der gewünschten Meßauflösung gewählt.
Die aufeinanderfolgenden Meßwerte werden in einem Analog- Digital-Wandler CAN 41 umgewandelt, wobei die Anzahl der Quantifizierungsniveaus in Abhängigkeit von der gewünschten Präzision der Messung der Oxidschichtdicke gewählt wird. In der Praxis ist für eine Dynamik von 10³ (beispielsweise um ein Signal zu verarbeiten, das von 0 bis 10 Volt reicht mit einer Auflösung von 10 mV) eine Quantifizierung auf 10 Bits notwendig. Es kann ein handelsüblicher CAN verwendet werden, der jede Meßprobe auf 12 Bits quantifiziert. Diese digitalisierten aufeinanderfolgenden Meßwertproben werden einem Rechner 44 zugeführt, der einen Programmspeicher 46 und einen Arbeitsspeicher 48 aufweist. Der Rechner ist so programmiert, daß er:
- die aufeinanderfolgenden Minima des Signals X beispielsweise durch Ableitung und Bestimmung der Nullpunktdurchgänge bestimmt,
- die Positionen x&sub1;, x&sub2;, x&sub3; ausgehend von den Angaben berechnet, die der Bewegungsdetektor 42 aufnimmt und daraus durch Subtraktion die Abstände zwischen den Brennstäben entlang des von der Sonde durchlaufenden Wegs bestimmt,
- ausgehend von einer Eichkurve (des in Fig. 2 gezeigten Typs) Berechnen der Oxidschichtdicke ausgehend von den Minima V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; etc.
Die Ergebnisse der Messungen können im Massenspeicher 50 gespeichert werden (harte Platten, Disketten, etc.) und in Realzeit oder zeitversetzt visualisiert werden.
Da das Signal X einen minimalen Wert annimmt, wenn die Sonde genau mit der Achse eines Brennstabs ausgerichtet ist, können die Messungen sehr genau sein. Da die Messungen beim Überfliegen erfolgen durch einfache lineare Verschiebung des Tisches 46, können sie viel schneller erfolgen als dies nach den Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, der Fall ist.
Die Kalibrierungskurve gemäß Fig. 2 kann vor der Messung der Schichtdicken der Oxidschicht auf den Brennstäben einer Schicht gemessen werden und für die gesamte Dauer der Überprüfung einer Brennelementkassette kartographisch in einem Speicher 48 gespeichert werden. Eine vorteilhaftere Lösung besteht darin periodisch eine Überprüfung und eventuell Erneuerung der Kalibrierungskurve gemäß Fig. 2 zwischen aufeinanderfolgenden Meßsequenzen vorzunehmen. Dazu ist es möglich eine Montage des Kopfs auf dem Tisch 26 zu verwenden von der Art, wie sie in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist.
Auf der Platte 52, die entlang den Richtungen x und y beweglich ist, des xy-Tisches 26 ist eine Platte 54 befestigt. Die Platte kann auf der Platte 52 um eine Achse 56 rotieren, die parallel zur Achse der zu untersuchenden Brennstäbe 20 (z-Achse) verläuft. Die Verschiebungsorgane, durch eine Kolbenzylindereinheit 58 schematisiert, sind zwischen der Platte 54 und der Platte 52 angeordnet und erlauben es die Platte 54 zu drehen zwischen einer Meßstellung, in der sie in Fig. 5B gezeigt ist und Eichstellungen. Die Platte trägt ein Gehäuse 22, das einen Kopf 28 enthält, der von der in Fig. 4 gezeigten Art sein kann.
In der gezeigten Meßstellung nach Fig. 5B sind die Achsen des Gehäuses 22 und der Sonde 13 senkrecht zur Schicht der Brennstäbe 20 ausgerichtet, während der Tisch 26 betätigt wird, um das Gehäuse 22 in x-Richtung zu bewegen, ist seine Funktion die, die gerade beschrieben wurde.
Um die Vorrichtung zu eichen, wird der xy-Tisch 26 so gesteuert, daß er das Gehäuse 22 von der Schicht der Brennstäbe 20 löst. Dann wird die Kolbenzylindereinheit 58 betätigt, um das Gehäuse 22 in der durch den Pfeil f in Fig. 5A gezeigten Richtung zu bewegen, ausgehend von der Meßposition. Die Platte 52 trägt mehrere Eichrohre 60, deren Achsen parallel zu denen der Brennstäbe 20 sind und die mit gemessenen Oxidschichtdicken bedeckt sind, die nach einer allgemeinen Regel von einer geringen Schichtdicke bis zu der maximalen Schichtdicke reichen. Die Rohre 60 können aus Rohrabschnitten von Hüllrohren bestehen, die identisch zu denen der Brennstäbe 20 sind mit Oxidschichten mit Dicken, die bekannt und bestimmt sind. Die Hüllrohrabschnitte sind auf einem Kreisbogen angeordnet mit einem Abstand zur Achse 56 derart, daß die Sonde des Gehäuses 22 während ihrer Bewegung diesen folgt unter Bedingungen, unter denen die Sonde auch die Hüllrohre der Brennstäbe 20 während der Messung durchläuft. Die Oxidschichtdicken sind beispielsweise so gewählt, daß sie den in Fig. 2 angegebenen Punkten entsprechen. Die Minima der erhaltenen Signale sind durch den Rechner 44 zur gleichen Zeit abgespeichert wie die bekannten Schichtdicken. Die Berechnung der Oxidschichten auf den Schutzhüllen der Brennstäbe 20 erfolgt also durch Interpolation unter Verwendung eines wohl bekannten existierenden Programms.
Fig. 8 zeigt eine mögliche Anordnung einer zu untersuchenden Brennelementkassette 62 und einer Meßvorrichtung nach der Erfindung. Die Brennelementkassette 62 ist in das Lagerbecken 64 eingetaucht, in einer Tiefe, die ausreicht, um einen biologischen Schutz zu gewährleisten. Die Vorrichtung weist eine Säule 65 auf, auf der ein Wagen 66 montiert ist, wobei ein Motor 67 dessen vertikale Bewegung in z-Richtung ermöglicht. Dieser Wagen trägt den xy-Tisch 26. Diese Vorrichtung ermöglicht es den Abstand zwischen den Brennstäben und die Dicke der Oxidschicht auf den Brennstäben einer Schicht von Brennstäben am Rande einer Brennelementkassette, die eine Seite der Brennelementkassette einnimmt, auf mehreren Höhen z zu messen. Anschließend kann die Brennelementkassette 62 gedreht werden, um die Messungen auf der Seitenschicht von Brennstäben vorzunehmen, die eine andere Seite bedecken. Die Signalauswerteschaltungen sowie die Schaltungen zur Steuerung der Bewegungen können in einem Schrank 69 untergebracht sein.
Die bisher beschriebene Vorrichtung ermöglicht es nur die Brennstäbe zu kontrollieren, die in den seitlichen Schichten einer Brennelementkassette angeordnet sind und es können nur Kontrollen auf den Erzeugenden vorgenommen werden, die zum Äußeren der Brennelementkassette zeigen.
Die in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Varianten von Ausführungsformen erlauben dahingegen Messungen auch in der Mitte der Brennelementkassette vorzunehmen.
Die Fig. 9 und 10 zeigen schematisch eine erste Ausführungsform. Ein Meßkopf 28 wird von einem Streifen 68 getragen, der im folgenden durch den Ausdruck "Säbel" gekennzeichnet ist. Dieser Kopf kann einen Aufbau aufweisen, der dem in Fig. 4 gezeigten ähnlich ist. Während der verfügbare Abstand zwischen zwei Schichten von Brennstäben oft nicht ausreicht, um dort eine Referenzspule 16a zusätzlich zu der Meßspule 16 anzubringen, so ist die Referenzspule auf einen Teil des Säbels 68 zurückversetzt, der ständig außerhalb der Brennelementkassette verbleibt. Der Säbel 68 hat eine hinreichend geringe Dicke, um zwischen zwei Brennstabschichten 20 zu passieren. Er besteht aus einem Material, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der sehr viel größer ist als der der Brennstabhüllen. Praktisch kann ein Säbel 68 aus einem Isolatormaterial verwendet werden, beispielsweise einem verstärkten Kunstharz oder einer nichtrostenden Legierung wie z. B. "inconel 718".
Der Säbel 68 hat einen massiven Teil und einen Endteil, die in den Schlitze eingearbeitet sind, die einen mittleren Bereich 70 begrenzen, der den Kopf 28 ggf. unter Zwischenschaltung einer Isolierscheibe 72 trägt und zwei Seitenbereiche 74. Der mittlere Bereich 70 weist eine Krümmung im entgegengesetzten Sinne wie die der Seitenbereiche 74 auf. Die Krümmung dieser Bereiche in Ruhestellung ist so, daß die Sonde, die in der Mitte des Bereichs 70 angeordnet ist, gegen die Brennstäbe andrückt und deren Profil folgt wenn der Säbel 68 in Richtung des Pfeils f&sub1; oder in umgekehrter Richtung bewegt wird.
Das Material, aus dem der Säbel besteht ist so gewählt, daß die Abschnitte elastisch zurückweichen wenn dies notwendig ist, damit die Sonde zwischen den Stäben 20 gleiten kann, deren Beabstandung kleiner als der Nominalabstand ist, wie beispielsweise strichpunktiert in der Fig. 9 dargestellt. Die Form dieser Abschnitte in Ruhestellung ist so, daß der Kopf 28 fest gegen die Stäbe 20 angedrückt ist, selbst für den Fall der maximal möglichen Beabstandung zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Brennstäbe.
In der schematisch in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform besteht der Säbel 68a aus zwei Teilen: er weist eine Klinge 76, beispielsweise aus einem weichen Isoliermaterial auf und einen Endabschnitt 78, der identisch dem in Fig. 9 und 10 gezeigten ist, der aus "inconel" bestehen kann und an der Klinge mittels Nieten 80 befestigt ist.
Der mechanische Teil des Säbels kann auch noch anders aufgebaut sein, beispielsweise derart wie in der Druckschrift EP-A-0 178 860 gezeigt, die jedoch eine Ultraschallsonde trägt.
Fig. 12 zeigt eine mögliche Montage des Säbels nach den Fig. 9 oder 10 in einer Vorrichtung, die eine Kalibrierung durch Vergleich mit Eichrohren ermöglicht. Die Vorrichtung nach Fig. 12 weist ebenfalls einen xy-Tisch auf mit einer Platte 52, die in x- und y-Richtung beweglich ist. Der Säbel 68 ist auf der Platte montiert oder auf einer kleinen Platte, die wiederum auf der Platte befestigt ist unter Zwischenschaltung von Organen, die eine Justierung der Lage des Säbels ermöglicht und eine Sicherheit darstellt.
Die dargestellten Organe können so betrachtet werden, daß sie einen Sicherheitsblock 82 aufweisen, der die Krafteinwirkung auf den Säbel, der auf der Platte 26 befestigt ist und auf eine Verbindungszange 84 des Säbels 68 mit dem Sicherheitsblock begrenzt.
Die Greifzange 84 stellt einen Teil dar mit einer Verbindungsstange 86 zur Verbindung mit dem Sicherheitsblock und einer Aufnahmegabel für den Säbelgriff 88, die aus zwei Teilen besteht. Vier Justier- und Festlegeschrauben 90 ermöglichen es die Orientierung und die Lage des Säbels 68 genau festzulegen.
Der Sicherheitsblock 82 begrenzt die auf den Säbel in x-Richtung, in der die Brennstäbe 20 abgetastet werden, ausgeübten Kräfte. Der Block weist ein Gehäuse 91 auf, das ein Lager eingrenzt, in dem ein Flansch der Stange 86 gleiten kann. Das Gehäuse 91 ist an der Platte 26 über beliebige Mittel wie beispielsweise Schrauben 94 verbunden. Er weist eine Feder 96 auf, die den Flansch 92 in der maximal vorstehenden Stellung hält, in der er in Fig. 12 gezeigt ist. Die Feder 96 ist so tariert, daß sie sich zusammendrückt, wenn die Einführkraft, die auf die Stange 86 ausgeübt wird, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wobei die Schwelle in Abhängigkeit von der maximal tolerierbaren Krafteinwirkung auf die Sonde und den Säbel bestimmt ist. Das Ende der Stange 86 steht in Andruck mit einem Kontaktschalter 98 derart, daß jedes Einführen der Stange ausgehend von der in Fig. 12 gezeigten Lage den Kontaktschalter 98 öffnet, der in einer Sicherheitsschaltung angeordnet ist, die dann die Verschiebung 26 in x-Richtung stoppt.
Der Sicherheitsblock wird im allgemeinen vervollständigt durch zusätzliche Kontakte, die durch den Säbel oder die Platte 52 gesteuert werden, die jede Bewegung in y- oder z-Richtung ausschließen während der Säbel 68 sich zwischen den Brennstäben 20 befindet.
Die Sonde kann wie im Fall der Fig. 5A und 5B mit mehreren Schutzhüllenabschnitten 60 geeicht sein, die verschiedene Oxidschichtdicken aufweisen, die bekannt sind und beispielsweise zwischen 10 und 100 um liegen und einem Schutzhüllenabschnitt 100, der nicht oxidiert ist und einen Ausgangsbezugspunkt definiert. Die Abschnitte der Schutzhüllen 60 und 100 sowie die Abschnitte der unechten Schutzhüllen 102, die parallel zu den ersteren angeordnet sind und dazu bestimmt sind eine Eichung unter repräsentativen Umständen, wie sie von der Sonde im Inneren der Brennelementkassette anzutreffen sind, herzustellen, werden von einem Träger 104 getragen, der in x-Richtung festliegt jedoch in z- und y-Richtung beweglich ist, um eine neue Eichung vor jeder Meßserie einer Schicht zu ermöglichen.
In der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform ist der Träger 104 zwischen der zu untersuchenden Brennelementkassette 62 und der Platte 26 plaziert, wobei die Brennstäbe 60 in der Verlängerung der Schicht der zu untersuchenden Brennstäbe 20 liegen. Der Säbel 68 hat also eine ausreichende Länge, so daß die Meßsonde 13 nacheinander die Abschnitte der Kalibrierschutzhüllen und die Schutzhüllen der zu untersuchenden Brennstäbe 20 abtasten kann. Die Referenzwicklung 16a kann in unmittelbarer Nähe der Klammer 84 angeordnet sein.
Die Abfolge der Schritte während eines Meßzyklus zur Messung der Abstände zwischen den Brennstäben einer Schicht und zur Messung der Oxidschichtdicke sind also die folgenden:
Die Sonde 13 wird zuerst in z-Richtung hoch bewegt an den Ort, wo die Messung erfolgen soll, gegenüber einem Raum zwischen zwei Schichten, und zwar durch eine Steuerung der Bewegung in z-Richtung per Hand und anschließend erfolgt eine Transversalbewegung in y-Richtung. Der Säbel 68 wird vorbewegt bis die Sonde gegenüber dem ersten Schutzhüllenabschnitt 100 gegenüberliegt, ebenfalls durch Handsteuerung in x-Richtung. Falls nötig erfolgt eine Äquilibrierung der Meßschaltung.
Der folgende Schritt kann vollständig automatisiert sein auf die Auslösung einer Einführungsbewegung des Säbels in x-Richtung. Es erfolgt sukzessive eine Eichung durch Abtasten der Schutzhüllenabschnitte 60 und Speicherung der Ergebnisse sowie Nachmessen der gesamten Brennstabreihe.
Am Ende der Vorwärtsbewegung des Säbels wird dieser zurückgezogen, entweder automatisch oder infolge einer manuellen Steuerung, ggf. gefolgt von einer neuen Messung und/oder einer neuen Eichung.
Mit der in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Vorrichtung ist es möglich Brennstäbe einer Brennelementkassette entlang vier Erzeugenden und an relativ dicht aneinanderliegenden Punkten in Längsrichtung zu kontrollieren dank der Schnelligkeit der Messungen. Die Verwendung flexibler Abschnitte, die die Sonde tragen, ermöglicht es letzterer nicht nur zwischen zwei Schutzhüllen zu gleiten, sondern auch zwischen einer Schutzhülle und einem Führungsrohr derart, wie man sie in existierenden Brennelementkassetten anfindet.

Claims

1. Verfahren zum Messen des Abstands zwischen etwa parallel zueinander verlaufenden Metallrohren (20), die eine Schicht bilden mittels Foucault-Strömen, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Messung der Oxidschichtdicke, die die Rohre bedeckt, eine Foucault-Stromsonde (13) parallel zur Schicht bewegt wird, indem während die Sonde auf die Rohre aufgedrückt wird, ein elektrisches Signal registriert wird, das von der Sonde geliefert wird und die Änderung der Impedanz der Sonde wiedergibt, der Abstand zwischen den Rohren aus der Messung der Bewegung der Sonde zwischen Werten, die aufeinanderfolgenden Impedanzextrema entsprechen, abgeleitet wird und die Oxidschichtdicke auf jedem Rohr aus einem Vergleich zwischen dem jeweiligen Extremwert und mindestens einem Wert gewonnen wird, der durch Messung auf einem Eichrohr erhalten wird, das eine vorbestimmte und bekannte Oxidschichtdicke aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt, der darin besteht die Sonde auf einer Eichrohrschicht zu bewegen, wobei die Eichrohre unterschiedliche Oxidschichtdicken haben, die sich im Bereich der zu messenden Oxidschichtdicken bewegen.

3. Vorrichtung zur Messung des Abstandes zwischen Metallrohren (20), die in etwa parallel zueinander sind und eine Schicht bilden mittels einer Foucault-Stromsonde (13), dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Messung der Oxidschichtdicke auf den Rohren die Vorrichtung ferner aufweist: Mittel (26) zum Bewegen der Sonde in eine bestimmte Richtung und zum Messen der Bewegung der Sonde, wobei die Sonde Mittel (24) aufweist, mit der sie elastisch und transversal zur Bewegungsrichtung zurückgeschoben wird und auf die Rohre (20), denen die Sonde begegnet, angedrückt wird, Meßorgane (34-38), die ein Signal in Abhängigkeit von der Impedanz der Sonde liefern, Signalverarbeitungsmittel (40-50), die es erlauben die Extrema des Signals zu bestimmen und die Lage der Sonde entsprechend den Extrema und Mittel zur Berechnung der Schichtdicke der isolierenden Oberflächenschicht durch Vergleich zwischen den Extrema und mindestens einem Wert, der einer vorbestimmten und bekannten Schichtdicke entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen xy-Tisch (26) mit einer Platte (54), auf der die Sonde mit Hilfe von Organen befestigt ist, die es ermöglichen die Sonde elastisch in einer der Bewegungsrichtungen des Tischs (26) zurückzudrücken, wo bei die Platte ferner auf dem xy-Tisch über Organe (58) beweglich ist, die es ermöglichen die Sonde (13) auf mehreren parallel zueinander verlaufenden Eichrohren (60) zu bewegen, die vorbestimmte und bekannte Oxidschichtdicken aufweisen und die es erlauben die Sonde in eine Meßstellung zu bringen, in der sie parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (13) in einen Kopf eingebaut ist, der einen kegelstumpfförmigen Endbereich aufweist derart, daß die Sonde dem Profil der Rohre während ihrer Bewegung parallel zur Schicht verfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf eine Referenzwicklung (16a) aufweist, die ein Feld erzeugt, deren Kraftlinien einen Rohrabschnitt (20a) durchqueren, der nicht oxidiert ist und in den Kopf (28) eingelassen ist und eine Eichreferenz darstellt und dadurch, daß die Vorrichtung Mittel zum Messen der Ausgangssignale der Wicklung der Meßsonde und der Referenzwicklung durch Vergleich mißt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte derart auf dem Tisch befestigt ist, daß sie um eine Achse parallel zu den Eichrohren drehbar ist, die auf einer Zylindermantelschicht, die auf der Drehachse der Plattform zentriert ist, angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Klinge (68) geringer Dicke, mit einem Endbereich, in dem ein mittlerer Abschnitt (70) abgegrenzt ist, der die Sonde (13) trägt und zwei seitliche Abschnitte (74), wobei der mittlere Abschnitt (70) eine Krümmung aufweist, die der der äußeren Abschnitte entgegengesetzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinge auf dem xy-Tisch über Mittel befestigt ist, die eine Justierung der Lage der Klinge ermöglicht und die Funktion eines Kraftbegrenzers erfüllen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Reihe von Eichrohrabschnitten, mit unterschiedlichen und bekannten Oxidschichtdicken und einer Reihe unechter Brennstababschnitte, die parallel zu den ersten Abschnitten angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Reihen mit der Klinge ausgerichtet ist und die Eichrohrabschnitte gegenüber der Sonde angeordnet sind.