JPS5817355A - 液体中のガス又は蒸気泡の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体、特に原子炉の冷却材などの高温で不透明
の液体中のガス又は蒸気泡を検出する方法に関する。

原子力技術においては冷却材内に気泡が存在すると種々
の障害が惹起されるので、その早期の検出が望まれる。

ナ）　ＩＪウム冷却形原子炉の場合ナトリウム内の騒音
の周波数スペクトルの変化によってしばしば事前に故障
を検出することができるので、炉心内の音圧レベルを測
定することが望まれる。特にナトリウムの局部的な沸騰
によって生ずる騒音は確実に検出されなければならない
。なぜならこの場合燃料要素の融解にまで故障が増大す
ることを防止するために、原子炉を直ちに停止しなけれ
ばならなｈからである。局部的な沸騰の場合、気泡は流
れによって冷たいナトリウム中に送られ、ここで瞬間的
に凝縮する。この場合短時間に非常に高い尖頭圧力を生
ずる。この尖頭圧力は通常の流れ音に比べて著しくきわ
立っているので、音響受信器は感度および周波数につｂ
てその凝縮騒音に対して設計するとよい。

本発明の目的は液体中のガス又は蒸気泡を音響測定方式
によって検出することにある。この場合気泡量が液体の
特に超音波領域における音響的特性に影響を与えること
が前提となっている。かかる方式においてはたとえば米
国特許第３１７４１３０号明細書によシ公知の超音波変
換器を改良したものが使用される。

この目的を達成するため本発明によれば、液体中の気泡
量を超音波信号の減衰度にもとつく液体の固有減衰によ
り求めることにより達成される。

すなわち超音波信号の減衰は液体中の気泡量に比例する
ことが判明した。

本発明の一つの発展によれば、２個の超音波変換器を使
用し、第１の変換器を被監視成体に結合された超音波信
号発信器とし、第２の変換器を超音波信号受信器として
使用する。この場合成体との結合は変換器を液体を貫流
する管の外側に結合するか又は変換器を液体内に配置す
ることにより行われる。液体中における超音波信号の減
衰に応じて受信器に記録される信号は異なる強きを示す
ので、その振幅から液体中の気泡量を求めることができ
る。

更に本発明の別の発展によれば、唯一の変換器を使用し
、その巻線をパルス発生器によシ励磁させる。この場合
変換器巻線に生じる電圧のフェードアウト時間が液体内
での減衰度、従って気泡量の尺度となる。かかる方法は
特に経済的であシ、この場合変換器は同様に液体通流管
の外側に載置されるか液体内に配置される。液体内に配
置される場合には導管構造の固体中音波を抑制できるの
で有利である。

本発明の一つの実施態様によれば、２個の超音波変換器
を使用する場合送信器として用いられる変換器をパルス
状に励磁することが行われる。これにより望ましくない
共振の発生が回避され、測定精度が向上する。・ 原理的には送信器の励磁に使用される交流電圧は任意の
時間的経過、たとえば正弦波形を示すことができる。し
かし又周波数が一定の場合一定の出力電圧を得るのは困
難である。なぜなら発信器から受信器への振動の伝送は
周波数および温度に関係するからである。この難点を回
避するため励磁周波数をずらし、平均値が所定の周仮数
領域に亘って形成され、それによって誤差が補償きれる
ようにすることができる。しかし又、持続期間が音響受
信器まで、の走行時間に比して小さな短かいパルスで音
響発信器を励磁することも有利である。

このようにすれば音響受信器の場所で信号が干渉によっ
て消去されることはない。

本発明の方法を実施するための装置百としては、超音波
信号発信器および受信器を接続棒を介して液体を通流さ
せる容器に取付けたものが好適である。このようにして
変換器を液体に結合することは特に原子炉の冷却材循環
回路に適用する場合に好適である。なぜなら循環回路は
熱絶縁体により包囲されておシ、変換器は接続棒の存在
によシ高温に直接さらされることはないからである。

両変換器を前記容器の相対向する個所に設置すれば、容
器の全断面にわたって蒸気泡が監視できるので、たとえ
ば導管中を流れる液体の監視にあたっては極めて有利で
ある。

音響発信器の巻線は中継器たとえば変圧器を介して周期
的に放電するコンデンサに接続すると有利である。これ
によシ好適な短かい励磁・パルスが作られる。

本発明の更に別の実施態様によれば、超音波発信器は磁
歪変換器として形成される。磁歪超音波変換器は他の超
音波発生装置に比して頑丈な構成と、耐熱性および上述
の目的に対する良好な、入力および出力信号とによシす
ぐれている。かかる磁歪超音波変換器の好適な実施例を
以下図面について説明する。この場合２個の超音波変換
器を使用してガス又は蒸気泡の検出を行うときには軸方
向の反対特性を示す変換器が特に使用され、これに対し
場合によっては液体中に浸漬された唯一の変換器のフェ
ードアウト時間を測定する場合には半径方向の反射特性
を持つ変換器が使用される。

第１図における電気音響変換器は強磁性材料がら成るコ
ア３をもつ磁歪素子を有している。このコア３はスリッ
トが設けられているので、２つの５は直列接続されてい
る。６は上方に向って管の中に収納された前記コイル４
，５のリード線である。磁歪素子は厚肉の底部２をもっ
被覆管ｌの中に収納され、そのコア３は被覆管ｌの底部
２にろう付けされてｂる。

この変換器はここには図示されていない導管の中に挿入
することもできる。この導管の中で腐蝕するのを防止す
るために、被覆管底部２の下端７および上部の案内リン
グ８はステライトなどで硬化されている。変換器を沸騰
液中で使用する場合、底部に気泡が固着してしまわない
ようにするために、その底部は円錐状に形成されている
。

第２図における電気音響変換器は同貴に被覆管ている。

このコア２２に祉たとえば４つの長手孔２３が設けられ
、それらの間に４つのコイル巻付部２７が形成されてい
る。コイル巻付部２７には２つのコイＡ／２４．２５が
巻付けられ、これらのコイル２４．２５は第」図の実施
例のように互いに直列接続され、リード線２６と共に一
本の絶縁された導線から形成されている。孔の数および
それに伴なうコイルの数はコア２２の大きさに応じて決
まハ直径１６鶴のコアの場合は、４つの孔および２つの
コイルで十分である。この場合側々のコイルの巻数は約
１０巻であるが、簡単化のために図面では２巻で示され
ている。

変換器は小形であシ、実際に作られた機器の場合、変換
器の直径は１６〜１８期である。液体中の騒音を検出す
るために、変換器は直接液体の中に浸漬することができ
る。リード線は上側の被覆管の中に設けられているので
、そのプッ°シングおよび接続部は不必要である。

第１図の実施例において、音響受信器として使用する場
合、音圧は主として底部２から、すなわちコア３に軸方
向に伝達され、これに対して第２図の実施例の場合は主
として被覆管１の周囲から、すなわちコア２２に半径方
向に伝達される。コイル巻付部９ないし２７は仁の場合
弾性変形し、それによって磁歪原理により生ずる磁束変
化がコイル４，５ないし２４．２５内に電圧を誘起する
。

上述の音響受信器扛直接接触のために非常に低い周波数
の場合でも作用する。更に構造部品の相応した設計によ
シ共振周波数を非常に高く決めることができるので、た
とえば液体す）　ＩＪウムの場合、ｏ、ｉ〜１００　ｋ
Ｈ２の範囲でＩＮ／ｍ″以下の音圧ｅ測定することがで
きる。

変換器は構造を変えるこ七なしに、音響発信器としても
又音響受信器としても使用することができる。音響受信
器の場合、感度を高めるためにコイル４．５ないし２４
．２５にバイアスをかけることができる。これらのコイ
ルはコア３，２２に機械的な応力がかかる場合、コイル
中に生ずる電圧が加算されるように極性づけちれている
。

第３図は本発明によシ液体中の蒸気やガスの泡を検出す
る装置を示し、この装置の中には第１図に示された形式
の変換器が設りられている。１２゜１３は変換器で、一
方の変換器１２は音響発信器であシ、発振器１６から交
流電圧が供給される。

他方の変換器１３は音響受信器であり、その出力電圧は
増幅器１７で増幅され、表示器１８で表示される。両方
の変換器１２．１３は、蒸気の泡あるいは気泡を監視す
る液体１９が貫流する導管８に、接続棒ｔｏ、ｉｉを介
して設けられている。

この接続棒１１Ｊ、１１は導管８に溶接されている。

変換器は接続棒に溶接するか、あるいはここでは図示さ
れていない緊締装置で押圧支持することができる。液体
１９はたとえば液体ナトリウムである。接続棒の長さは
、変換器が導管８の熱絶縁体２０の外側に設けることが
できるように決められている。変換器には支持装ｆｌｔ
１４．１５が設けられている。

上述の装置は、音響発信器１２が接続棒１０、導管８お
よび導管８の中にある液体１９と接続棒１１を介して振
動を受信器１３に与えるように作用する。液体’１９の
ガス含有量に応じて液体１９は音響エネルギを吸収する
ので、増幅器１７の出力信号の振幅から液体１９中のガ
ス含有量を求めることができる。

第４図には発振器１６として使用されるパルス発生器の
結線図が示されている。端子ＲとＭｐにはたとえば２２
０゛ボルトの電源電圧が供給される。

コンデンサＣ１は正の半波においてリアクトルＤｒｌと
整流器Ｎｌを介して充電される。コンデンサＣ１の充電
電圧がツェナーダイオードＮ２のツェナー電圧に達する
と、このツェナーダイオードＮ２を通して電流が流れ、
サイリスタＴＩが点弧される。すなわちコンデンサＣ１
は変圧器Ｍ１の一次巻線を介して放電される。この変圧
器Ｍｌの二次巻線は発信器１２のコイルＷ１と接続され
ている。このコイルＷ１並びに後述するコイルＷ２はそ
れぞれ第１甲および第２図にお゛ける一対のコイル４，
５ないし２４．２５に相応している。変圧器Ｍ１は電源
から励磁巻線を電位的に分離するために用いられる。リ
アクトルＤｒｌはサイリスタＴ１の点弧後、電源電流を
制限する目的をもっている。ツェナーダイオードＮ２は
、ノくガス電圧を電源電圧の変動に無関係にすることを
保証する。

発信器１２のコイルＷ１に与えられたパルス電圧は、磁
歪のために送信器１２のコア３，２２が拡がるように作
用する。コア３，２２は支持装置１４に支持され、接続
棒１０および導管８にノ（ガスを与える。液体１９によ
って減衰された）くガスは音響受信器１３のコア３，２
２に伝えられ１、この音響受信器１３はその上に機械的
な応力が与えられるので、このコイルＷ２（第５図）に
は電圧が誘起される。

受信器１３のコイルＷ２には雑音入力の小さな市販の増
幅器が接続されている。この場合入力抵抗が音響受信器
の小さなコイル抵抗に適合せしめられた増幅器を使用す
ることによって、感度を高めることができる。第５図に
はかかる増幅器の実施例が示され・ている。音響受信器
１３のコイルＷ２には抵抗Ｒ１を介してコアの必要なバ
イアスを生ぜしめるバイアス電流が供給されている。受
信器■８によってコイル巻付部に発生された交流電圧は
、エミッタ接地された２個のトランジスタＴｅｌ　、　
Ｔｅ３によって増幅される。これらのトランジスタの動
作点は負帰還抵抗Ｒ２，Ｒ３で調整されている。コンデ
ンサ０２，０Ｂ、０４は高域フィルタの作用をする。

第６図におけるフェードアウト時間の測定装置は、変換
器のコイルＷ２、前述した増幅器１７、並びにコンデン
サＣ５によって平滑される電圧を整流するダイオードＮ
３から構成されている。更にこの電圧は保護抵抗器Ｒ４
で別のダイオードＮ４のしきい値電圧の高さに制限され
る。従ってこの回路の出力端に鉱、コイルＷ２に誘起さ
れる電圧が最小値に達するまで一定の電圧が生ずる。

監視すべき液体中の蒸気あるいはガスの泡は、この一定
電圧が生じている時間を短縮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される磁歪音響受信器ないし発信
器の縦断面図、第２図はその異なる実施例を示す磁歪音
響受信器なりし発信器の縦断面図、第３図は本発明によ
る液体中のガスあるいは蒸気の泡の検出装置の構成図、
第４図は第１図あるいは第２図に基づく音響発信器のパ
ルス発生用の回路の結線図、第５図は第１図あるいは第
２図に基づく音響受信器の出力信号の増幅および評価用
の回路の結線図、第６図は変換器のコイルに発生した電
圧のフェードアウト時間の測定回路の結線図である。 １．２１・・・被覆管、８．２２・・・強磁性体コア、
４．５，２４．２５・・・コイル、８・・導管、９・・
・２７・・・コイル巻付部、１０・・・１１・・・接続
棒、１２．１８・・・変換器、１４．１５・・・支持装
置、１６・・・発振器、１７・・・増幅器、１８・・・
表示器、１９・・・被監視液体。 Ｆｉｇ、　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）液体中の気泡量を超音波信号の減衰度にもとづく液
   体の固有減衰によ請求めることを特徴とする液体中のガ
   ス又は蒸気泡の検出方法。 ２）２個の超音波変換器を使用し、第１の変換器を被監
   視液体に結合された超音波信号発信器とし、第２の変換
   器を超音波信号受信器とし、受信信号の振幅変動を測定
   する仁とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３）唯１個の超音波変換器を使用し、その巻線をパルス
   発生器により励磁させ、巻線に生じる電圧のフェードア
   ウト時間を測定することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。