iiu>go'ő3go KI-1977-109 SZABADOS L. BESZEOA T. CSŐM V. MARÖT1 L. WINDBERG P. AZ NVH TERnOHIORAULIKAI KÍSÉRLETI BERENDEZÉS II. RÉSZ MŰSZEREZÉS ÉS ADATGYŰJTÉS c Hangarían academy of c Sciences CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICS BUDAPEST
КГК1-1Г77-10» AZ NVH TERnOHIDRAULIKAI KÍSÉRLETI BERENDEZÉS II. RÉSZ MŰSZEREZÉS ÉS ADATGYŰJTÉS Szabados L., Beszed«Т.,Csőm V.,Maróti L. f Windberg P. Magyar Tudományos Akadémia Központi Fizikai Kutató Intézete 1525. Budapest 114. p.f. 49. HU ISSN 0368 5330 ISBN 963 371 369 6 u
KIVONAT A dolgozat a vízhűtéses energetikai reaktorokban lejátszódó folyamatok vizsgálatára épült Nagynyomású Vízhűtéses Hurokberendezés-nél /NVH/ alkalmazott mér6 és adatgyűjtő rendszert Ismerteti. Bemutatjuk a szerteágazó mérési feladatok lebonyolítására leggyakrabban használt mér6érzékel5k típusait, azok főbb jellemzőivel» majd az egyes mérőláncok felépítését és az adatgyűjtő rendszerekhez történő csatlakozását tárgyaljuk. Végül a dolgozat az adatgyűjtő rendszer főbb jellemzőinek áttekintésével zárul. A mérőrendszer bemutatására az NVH berendezés 1-rud mérőszakaszát használjuk fel. АННОТАЦИЯ В работе описывается система сбора экспериментальных данных, применяемая на водяном стенде высокого давления, созданном в ЦИФИ для исследований термогидравлических процессов, происходящих в энергетических реакторах с водяным теплоносителем. Рассматриваются различные типы измерительных приборов и датчиков, наиболее часто применяемых при самых разнообразных термогидравлических исследованиях. Приведены основные характеристики этих приборов и датчиков. Описывается построение цепей измерительной системы и подключение их к системе сбора данных. Описание системы измерения и сбора данных осуществляется на примере экспериментального участка, модели ячейки тепловыделяющий сборки. ABSTRACT The report describes data acquisition system the High Pressure Hater loop /NVH/ built for the investigation of thermohydraullc processes in water- -cooler nuclear power reactors. The most common types and the characteristics of the sensors in use for the large experimental programme as well as the layout of the different measuring lines and their connection to the data acquisition "system are presented. Finally a "summary of the main characteristics of the data acquisiton system is given. As a sample for the measurement system the 1-rod test section of the NVH loop is described in detail.
1. Bevezetés VizhQtésQ nukleáris reaktorokkal kapcsolatos termohidraulikai vizsgálatoknál általánosan elfogadott az az eljárás, hogy a fűtőelemek, illetve fűtött csatorna falak modellezésére a Joule effektus felhasználásával - elektromosan közvetlenül fűtött - csöveket használnak fel. A vizsgált mérőszakaszok a reaktorzóna különböző nagyságú részleteit modellezik. /Ezzel részletesen a III. Részben foglalkozunk/ Az egyes modelleken általános esetben a következő információk megszerzése szükséges: - a vizsgált rendszer nyomása, - a nyomás változása a mérőszakasz hossza mentén, - a hűtőközeg belépő entalpiája, - a hűtőközegbe betáplált hőmennyiség, - a hűtőközeg tömegáramlási sebessége, - a gőztartalom eloszlása, - a fűtött fal hőmérséklete. A fenti mérési adatok megszerzéséhez igen sok és sokféle tipusu mérőlánc szükséges, a konkrét mérési feladat figyelembevételével azonban, az elégséges mérőláncok száma mindig lecsökkenthető egy elfogadható - méréstechnikai szempontból még jól kezelhető - limit alá. A mérőláncokkal kapcsolatos gyorsasági követelmények /időállandók/ is igen változatosak. Ebből a szempontból az alábbi mérési feladattipusokat célszerű megkülönböztetni:
2 - stacionárius állapotok vizsgálata, - üzemi tranziensek vizsgálata, - baleseti tranziensek vizsgálata, - diagnosztikai jellegű zajvizsgálatok. Nagy gyorsaságú méróláncok használatát feltételezve az első feladat a feldolgozásra kerülő jelek megfelelő átlagolását teszi szükségessé, a harmadik feladat a mérési adatok gyűjtése és tárolása terén jelent problémát, mig az utolsó a stochasztikus jelek feldolgozásához szükséges egyéb berendezések, illetve eljárások igényét támasztja. A továbbiakban egyetlen reaktor fílcőelem csatorna modellezésére épitett, belülről hűtött, cső mérőszakasz segitségével bemutatjuk a fent vázolt problémák kezelésére alkalmas mérő- adatgyűjtő rendszer felépítését, elemeit és legfontosabb jellemzőit. 2. Mérőérzékelők A bevezetésben vázolt mérési feladatok megoldására az NVH berendezésen leggyakrabban alkalmazott érzékelők tipusait és fő adatait az alábbiakban foglaljuk össze. 2.1 Nyomásmérés A vizsgált rendszer nyomása a rendszer állapotának egyik legfontosabb jellemzője. A folyamat követéséhez szükséges állapotjelzők meghatározásához nélkülözhetetlen.
- 3 - Mérésére stacionárius állapotok és lassúbb átmeneti folyamatok esetében MHG vagy GAMMA gyártmányú villamos nyomástávadókat használunk. Az érzékelő ezeknél egy konvencionális Bourdon cső, ami a nyomás megváltozása esetén elmozdul. Az elmozdulást indukciós tekercs segitségével villamos jellé alakítva kapjuk az un. villamos nyomástavadot. Az emiitett két tipus jellemzőit az 1. táblázatban foglaltuk össze. Ha gyors nyomásváltozások, esetleg nyomásfluktuációk mérésére van szükség, akkor az angol irodalomban "pressure transducer" néven meghonosodott villamos nyomásátalakitók használatára kell áttérni. Az NVH berendezésen alkalmazott CEC gyártmány«átalakitő a nyomás változása esetén egy membrán közvetitésével ellenálláshuzal hosszát változtatja meg. Az ellenálláshuzalt hidba kötve, majd a hid további ellenállásait hőmérsékletkompenzációra felhasználva, kis tehetetlenségű, rendkívül gyors eszközt kapunk a nyomás mérésére. A műszer fő adatai ugyancsak az 1. táblázatban találhatók. 2.2 Nyomáskülönbség mérés A nyomásméréshez hasonlóan itt is kétféle érzékelő tipust használunk a vizsgált folyamat időállandójától függően. Stacionárius esetekben és lassúbb változásoknál használt átalakító megegyezik a nyomásmérésnél használttal, mindössze a Bourdon cső helyett a nyomáskülönbséget elmozdulássá alakító csőmembránt használnak, A hasonlóképpen MMG vagy GAMMA gyártmányú villamos nyomáskülönbség távadók jellemzőit az 1. táblázatban találhatjuk.
1. Táblázat 1 со чо е о >, с ш о Gyártó cég és tipus Gamma 4.936 MMG 3109-0.- > CEC > 4-> H-316 1 'Л С ю Gamma 4.937 MMG _о 3104-0 >. сю о И Ю о > Statham PM 308 3 Ю 4-> 1-1 гц\ф > со SE SE 42 Méréshatár 250 2 kp/cm 250 2 kp/cm 200 kp/cm 0-25000 v.o.mm. között 0-25000 v.o.mm. között 0-3,4х10 ь v.o.mm. között 0-10200 v.o.mm. között Nyomás " fokozat 2 "kp/cm 250 250 Túlterhel hetőség méréshatárra vonatkoztat va 50% Tápfesz. Kimenő jel 30-34 V DC 15% 4 8 VDC 4-20 ma 200 10% 5 VDC 250 400 egy oldal ről a nyo.30-34 másfokoza - : Pontosság Felső határfrekvencia 4-20 ma + 0,6% nincs megadva 0-20 mv 4-20 ma VDC egy oldal ról a nyo másfokoza' ;26 VDC 4-20 ma 350 200% 400 lox i 10 V DC vagyac 10VDC 0-30" mv 40-90 mv + 0,6% nincs megadva + 0,5% 8000 Hz +_ 0,6% _ 0,6% _+ 0,5% +_ 0,25% nincs megadva nincs megadva 5000 Hz 74000 Hz Megjegyzés csak stacioner mérésre csak stacioner mérésre csak stacioner mérésre cak stacioner mérésre
- 5 - Gyorsan lezajló folyamatok esetén nyomáskülönbségek mérésére a nyulásmérés elvén működő nyomáskqlönbségtávadókat használunk. Az érzékelőben 4 nyúlásmérő elem van elhelyezve hid-kapcsolásban - ezek közül terhelés közben kettő nyomott, kettő húzott állapotban van. Az alkalmazott Statham gyártmányú un. "Thin Film Strain Gage Differential Pressure Transducer"-eк különlegessége, hogy a Wheatstone hid elemeit vákumtechnikai utón állítják elő az érzékelő diafragmára először egy vékony kerámia réteget gőzölögtetnek fel, majd erre kerülnek ugyanilyen eljárással a nyúlásmérő ellenállások. Az igy előállított távadó igen jó stabilitással rendelkezik. Ugyancsak gyors változások mérésére alkalmas az angol gyártmányú SE jelű nyomáskülönbségtávadó is. Ennél az érzékelőnél a két különböző nyomású térrészt egy aluminium membrán választja el egymástól. A membrán p=0 esetén egy induktív híddal van kiegyenlítve. A távadó oldalai maximum tízszeresen terhelhetők tul, mivel különben a membrán maradó alakváltozást szenved és a nulla-pont jelentős mértékben eltolódik. A Statham és SE távadók főbb adatait ugyancsak az 1. táblázat tartalmazza.
- 6-2.3 A hűtőközeg belépő entalpiajának mérése A mérőszakasz belépésénél egyfázisú közegállapotot feltételezve, a nyomás ismeretében, az entalpiát egyértelműen meghatározza a közeg hőmérséklete. Ennek mérésére köpenytipusu termoelem kábelt használunk saját kikészitésil végződéssel /melegponttal/. A vizsgált folyamat időbeli viselkedésétől, gyorsaságától függ az alkalmazott termoelemvezeték mérete és a melegpont kiképzése. Minél gyorsabb folyamatot vizsgálunk, annál kisebb átmérőjű termoelem alkalmazandó. A termoelemvezetékek főbb adatait a 2. táblázatban tüntettük fel. Amennyiben a mérési feladat a hőmérséklec nagy pontossággal történő meghatározását igényli és ezt a rendelkezésre álló hely lehetővé teszi, ellenállás hőmérőt alkalmazunk. Ennek főbb adatai ugyancsak a 2. táblázatban találhatók. 2.4 A hűtőközegbe betáplált hőmennyiség mérése A környezet felé tökéletes hőszigetelést tételezve fel, a hűtőközegbe betáplált hőmennyiség legtöbbször megegyezik a közvetlen villamos fütésü fűtőelembe bevezetett villamos teljesitménnyel. Ennek méréséhez meg kell mérni a fűtőelemen átfolyó áram nagyságát és a rajta létrejött feszültségesést. Az áram méréséhez 0,5 osztálypontosságu lengyel gyártmányú shunt-öt használunk. Ha nemcsak a kilépő entalpia ismerete szükséges, akkor a betáplált hő nagyságát a feszültség axiális eloszlásának mérésével elegendő számú lépcsőben mérjük.
Köpenyhőelem Gyártó Köpeny átmérő mm Ganz 1,57 Termopár Elemi szál átmérő mm Köpeny anyaga Max. hőmérs. C Szigetelő anyag Nikkel Chrom- NikKel 0,3 K0 36 1000 A1 2 3 2. Táblázat Szigetelési ellenállása >1000МЛ LEICO 0,5 0,8 Chrome1- Alumel 0,1 0,13 Inconel 800 MgO >1000M П Philips 0,25 0,5 1,0 1,5 Chrome1- Alumel 0,05 0,1 0,2 0,3 Rozsdamentes acél 700 MgO >юоом 1 Pyrotenax 0,25 0,5 1,0 3,1 Nikkel Chrom- Nikkel Aluminium 0,04 0,1 0,2 0,4 Inconel 800 MgO 1000M Ellenálláshőmérő Gyártó Tipus Ellenállás anyag Külső burkolat Külső átmérő Érzékelő hossz Szigetelési ellenállása Heraeus К Ч528 Pt-100 - kerámia 2,8 mm 50 mm >юмл
- 8 - Rendkívül &yors folyamatok vizsgálata esetén a fűtőelem falának hőkapacitása megengedhetetlen pontatlanságot okozhat a betáplált hő pillanatnyi értékének megítélésében. A fenti hatás figyelembevétele számítással történik. A teljesítmény, illetve a betáplált hőmennyiség axiális eloszlásának ismeretéhez ilyenkor nem elegendő a feszültség eloszlásának mérése, hanem a lokális villa mos ellenállás meghatározásához a fűtőelem hőmérséklet eloszlását is meg kell mérni, /lásd: 2,7 pont/ 2.5 A hűtőközeg tömegáramlási sebessége Stacionárius esetben, vagy lassú változások vizsgálatakor a tömegfluxust elégséges a mérőszakasz belépésénél mérni. Ilyen esetekben saját készítésű mérőperemet alkalmazunk, vagy egy, a belépés előtti adott hosszúságú egyenes, vízszintes csőszakasz hidraulikai ellenállásának mérésével határozzuk meg az átáramló közegmennyiséget, ill. a tömegfluxust. Gyors tranziensek vizsgálatánál a tömegfluxus mérésére az NVH berendezésen MMG gyártmányú turbinás áramlásmérőt alkalmazunk. A turbinás áramlásmérő az átáramló közeg térfogatát méri. A turbinakerék lapátjai - tekercs előtt elhaladva - a tekercsben a fordulatszámmal arányos frekvenciájú váltakozó feszültséget indukálnak. Az általunk használt turbinás áramlásmérők főbb adatai a következők:
- 9-3. Táblázat Tipus Névleges furat mm Lineáris áramlási tartomány m /o Mérési tartomány 100%-án a frekvencia Hz HFN 12/1 12 0,11-1.1 1000 HFN 18/8 18 0,8-8 1560 HFN 25/16 25 1,6-16 1560 HFN 37/34 37 3,4-34 1400 HFN 7,5-135 75 13,5-135 1500 Gyors változások esetén valójában a tömegfluxust a mérőszakasz hossza mentén végig mérni kellene. Mindhogy erre általában nincs lehetőség a gyakorlatban a be- és kilépő tömegfluxusokat mérik. Kétfázisú kilépő állapot esetén azonban a tömegfluxus meghatározásához nem elegendő a turbinás áramlásmérő, mivel ez csak az átáramló térfogatot méri, hanem a mérést ki kell egésziteni a térfogati gőztartalom mérésével is. Alkalmazzuk még a tömegfluxus meghatározására a korrelációs sebességmérést is. Ilyen esetekben a metőszakasz előtti egyenes csőszakaszban két kistehetetlenségü - folyadékba merülő - termoelemet helyezünk el - a mérés szempontjából - egymástól optimális távolságra. A módszerrel lényegében a két termoelem közötti "repülési" idő mérhető meg, ami hitelesitéssel tömegfluxus adattá konvertálható.
- 10-2.6 A góztartalohi eloszlásának mérése A gőztartalom eloszlás mérésének aláhütött forrás esetén van jelentősége. Ekkor ugyanis a lokális entalpia nem határozza meg a gőztartal;nat. Valójában ilyenkor a gőztartalom mérésére nincs is eszközünk. A probléma megkerülésére szolgál a térfogati gőztartalom mérése, ami a valóságos gőztartalom ellenőrzését, illetve visszaszámitását teszi lehetővé. A térfogati gőztartalom mérésére sokféle módszert ismerünk. Az NVH berendezésen a gamma sugárzás gyengülésének mérésén alapuló módszert alkalmazzuk. A saját fejlesztésű mérőberendezés blokkvázlata a főbb jellemzőkkel az 1. ábrán látható. 2.7 A fűtött fal hőmérsékletének mérése A direkt fütésü fűtőelem felületi hőmérsékletének mérése, a hűtőközeg áramlás, vagy a lokális fűtőáram megzavarása nélkül, általában igen nehezen megoldható feladat. A példaképpen ismertetett, belülről hűtött cső esetében legtöbbször a csőfal külső oldalán mérik a hőmérséklet értékét. Valójában a mért érték technológiai okok miatt soha sem rendelhető pontosan a fütőfelület külső oldalához. Az NVH berendezésen háromféle kialakitásu termoelemet használunk /^. ábra/ a./ Köpeny "ermoelem, szigetelt me 1 ogponttc<l. Ebben az esetben a termoelempár forrasztasi helyétől villamosan szigetelt védőköpenyt forrasztjuk, vagy hegesztjük a fütőfeszültségtjl függő ponteciálon lévő felülethez. Mechanikai okokból a termoelem végződését a futó felületben előre elkészitett furatba forrasztjuk. A megoldás vázlatát a 2/a ábrán láthatjuk. A vázlat alapján megállapitható, hogy
J] ecord. ос atem. oc»zkr. 1 1 Q «X»О 0 Ш A -I J A.J-. I kol / т я тш ektoi det int. Szc M AOOSZ-O 4d (0 Ml) N V ТЭ С ai U 4) Д О b MV N»a ом о «o id»-» id л i / H ^ \. 1 Í-!
- 1 ми»! кгаа «Щ*6р«пуч ttrmotlewi с salam w*tanólsiiftttl*sú termo«) tm 2. ábra U
- 13 - a termoelem lényegében a forrasz-anyag által kitöltött fütőelemrés/.nek У iát:.1 ago 11. hőmérsékletét méri. b./ Csillámszigetelő közbeiktatásával közvetlenül felerősített termoelem. Amint a 2/b ábrából kitűnik, a termoelem mechanikus rögzitése a fütőfelületen bilincs segitsegével történik, mikor is a termoelem melegpontja mind a bilincstől, mind pedig a felülettől csillámlemezzel van elszigetelve. Az alkalmazott csillámlemez vastagsága cca. 0,05mm. Fenti esetben az érzékelő távolsága a fíitőfelülettől jelentéktelen, azonban a csillámban létrejövő hővezetés és a bilincs bordahatása nem mindig elhanyagolható. c/ Végül igen gyors tranziens folyamatok vizsgálatakor az un. "hárompontos" terrnoelemmegoldást alkalmazzuk. A megoldás lényege a 2/c ábra segitségével tekinthető át. Ilyenkor a termoelemvezeték közvetlenül a fütőfelületen van rögzitve, a fütőfeszültség hatása pedig az R ellenállás segitségével kompenzálható ki. Mechanikai okokból a rögzítést ilyenkor is előre elkészitet furatokba történő forrasztással oldjuk meg. A három ismertetett változattal az NVH berendezésen elért időállandókat a 3. ábrán tüntettük fel. Időállandónak, a hőmérséklet maximum értékének 10%-ban húzott érintő és az időtengely metszéspontja, valamint a teljesítmény ug^ rás kezdete közötti intervallumot vettük.
- "14 О «о о JO I 'О TJ r4 m О rí ч'. 'О о -О "О ** «11 н f Ю (1) о о о со 6 о ф b <и н о о -It' ва V) Е U
- 15-2.8 A kiégésvédelem érzékelői Kritikus hőfluxüs méréseknél a forráskrizis beállása után a fűtőelemek károsodását kiégésvédők akadályozzák meg. Kiégésvédelem céljára termoelemet és hidtipusu kiégésvédőt egyaránt alkalmazunk. a./ Kiégésvédő érzékelőként a fűtőelem felületének hőmérsékletét mérő termoelem akkor alkalmazható, ha a kiégés helye ismert. Axiálisan állandó hőterhelésű fűtőelem esetében ez a hely tapasztalatunk szerint a fűtött hossz vége előtt cca. 30irun-re van. Az itt elhelyezett termoelem rögzítése megegyezik a korábban leirt felületi hőmérőkével. Rudköteg mérőszakasz esetén minden fűtőelemet legalább egy kiégésvédő érzékelővel kell ellátni. b./ Amikor a kiégés helye ismeretlen, vagy csak nagyjából ismert, hidtipusu kiégésvédőt kell alkalmazni. Ebben az esetben az érzékelő maga a fűtőelem. A fűtőelem két felének egymáshoz képest történő ellenállás-változását vizsgálva a krízis fellépésekor a gyors hőmérsékletemelkedés következtében azon fütőelemfél, amelyiken a krizis fellép, hirtelen ellenállásnövekedést mutat a másik félhez képest. A fenti jelenség mindig felhasználható a fűtőelem károsodásának megakadályozására, de különösen axiálisan változó hőterhelések esetén. A fűtőelem szokásos osztása: fütőelemhossz felső 1/3, ill. alsó 2/3 része.
- 16-2.9 Akusztikus detektorok Akusztikus detektorokat elsősorban diagnosztikai célokra alkalmazunk. Ezek a detektorok jól használhatók a forráskezdet és a krizis fellépésének megállapítására, várható azonban további, széleskörű alkalmazásuk a különféle hidraulikai és egyéb eredetű zajok diagnosztikai célokra történő feldolgozása terén is. Akusztikus detektorként Piezoelektromos kristályból épitett NDK gyártmányú érzékelőket használunk. 3. A mérőérzékelők elrendezése A mérőérzékelők elrendezését, beépité>i helyét mindig az adott mérőszakasz és mérési feladat határozza meg, de egyrészt a különböző mérőszakaszok sok hasonlóságot mutatnak, másrészt a legfontosabb érzékelők elrendezésére bizonyos általános szempontok irányadók. A mérőérzékelők elrendezését a tárgyalt 1-rud mérőszakasz esetében a 4. ábrán tüntettük fel. Ez a mérőszakasz tartalmazza a használatos mérőérzékelők többségét és elrendezésük elvei rudköteg mérőszakaszra is átvihetők. Az elrendezés főbb szempontjai a következők: a./ A hűtőközeg entalpia növekedésének meghatározására szolgáló folyadékhőmérséklet mérő termoelemeket értelem szerűen a fűtőelemek aktiv /fűtött/ hosszának kezdeténél és végénél kell elhelyezni. Minthogy erre az esetek túlnyomó többségében nincs lehetőség a legközelebbi műszakilag lehetséges beépítési helyet kell megkeresni. Ilyen esetekben a beépítési helyek és a
- 17 - E akusztikus 0 * 1000 Hz Turbinás áramlásmérő érzékelő \ E y-jl /*~\ gyors nyomás érzékelő ФшЮЩ \^PJ- 0-20 mv CEC gyártmány termoelemek korrelációs sebesség mérésre } szcintillációs érzékelő 0.8 köpenytermoelem üvegszál szigetelésű te Э pontos í_ termoelem ezüst forrasz hid kivezetés Эpontos te csillám üvegszál szigle P r m i " e, e P termoelemek korr seb mérésre ver» lefúvatta T K1 K2 T K» Y У У I 100 7 Г юо 4 0-0-Н000 Hz turbinás áramlásmérő 1500 в ' 4.ábra Érzékelők elrendezése az 1-rud mérőszakaszon.
- 18 - fűtött hossz végeinek eltérő pozíciója miatt szükségessé váló esetleges korrekciót számítással határozzuk meg. b./ A fűtőelem falának axiális hőmérsékleteloszlását a hossz mentén a 2. ábrán vázolt valamelyik módszer alkalmazásával elhelyezett termoelemek segítségével mérjük. Az elhelyezendő termoelemek számát és hosszmenti elosztásukat erősen befolyásolja a mérési feladat. Nyomottvizes reaktorokkal kapcsolatos vizsgálatok esetén azonban általában a hűtőközeg kilépés közelében növelni célszerű a termoelemek számát, minthogy kis kilépő gőztartalinak esetén ez a hőátadása szempontból legbonyolultabb, alahütött forrásos, átmeneti tartomány. c/ Kiégésvédő érzékelőként termoelemet használva a beépítés legkedvezőbb helye függ a vizsgált fűtőelem falvastagságától, valamint a jó hő- és villamosvezető anyagból készült elektróda /áramhozzávezetés/ kialakításától. Az NVH berendezésbe beépített mérőszakaszokon használt megoldások esetében egyenletes hőterhelés mellett, tapasztalataink szerint a legkedvezőbb beépítési hely a fűtött hossz végétől a hűtőközeg belépés felé mért cca. 30-40 mm-re van. Hidtipusu kiégésvédelem használatakor a legtöbb esetben alkalmas megoldás, amikor a fűtőelem mint villamosellenállás felső 1/2, alsó 2/3 arányban van osztva, azaz a futófelület felső 1/3-ában készítünk mérőkivezetést.
-.1.1 - <1. / A nyomást a mérőszakasz к i 1 epédénél célszerű mérni, ugyanis kétfázisú kilépés eseten az itt mért nyomás a rendszer telitési nyomása. е./ Nyomáskülönbséget Legkevesebb két helyen ajánlatos mérni. Az egyik az. egész mérőszakasz nyomásesése, a másik a kilépés előtti kétfázisú áramlásos tartományban létrejött nyomáskülönbség. Fudköteg esetében ezen túlmenően méo legalább egy távolságtartó rács okozta nyomásesés mérése kell a kielégitő méréskiértékeléshez. f./ A*, áramló mennyiség, ill. töm» j gfulxus mérésével kapcsolatos in általában elmondható, hogy az érzékelőket a be- és kilépő adatok meghatározására a fűtött hossz végeihez legközelebbi műszakilag lehetséges helyen kell elhelyezni. Különösen fontos ez tranziens folyamatok vizsgálatakor, amikor az áramlásmérők távolabbi elhelyezése következtében a tényleges belépési adatot ; zámitással kell meghatározni, ami azonban a kiértékelő számitási apparátus használatánál okozhat bonyodalmat. g./ Akusztikus érzékelő a mérőszakasz kilépésénél elhelyezve szolgáltatja a legtöbb információt a mérőszakaszban lezajló folyamatokról. h./ Izotéjpos térfogati goztartalom mérőt általában ugyancsak a kilépésnél a kilépő gőz tart alom meghatározására szokás elhelyezni.
- 20-4. Mér61áncok A különféle érzékelők által szolgáltatott jeleket az alábbiakban vázolt mérőláncok dolgozzák fel fizikai egységekben kifejezett mérési adattá. A legfontosabb mérőláncok felépitése az 5. ábrán látható. A hőmérséklettel arányos termofeszültséget az NVH berendezésnél Ni-CrNi, vagy chromel-alumel termoelemek szolgáltatják. A viszonylag drága és sérülékeny termoelemvezeték hosszát lehetőleg rövidre szokás választani. Ezt gyakorlatilag az szabja meg, hogy a termoelem és a hozzá csatlakozó kompenzációs vezeték mechanikai rögzitését biztositó csatlakozó hol helyezhető el biztonságosan. A termoelemvezetéket követő kompenzációs vezeték a hidegpont kompenzátorig tart.a hidegpont kompenzátor egy másik ismert hőmérsékletű - rendszerint olvadásban levő jégbe merülő - termoelem referencia feszültségét hasonlitja a mérendőjével, majd az eredő feszültséget rézvezeték köti valamelyik adatgyűjtő egységre. Ujabban a hiiegpont referenciafeszültségét az 5.ábrán feltüntetett stabilizált feszültséggel táplált hiddal állitják elő. A kiégésvédelmi célokra felhasználásra kerülő felületi hőmérsékletmérő termoelemek jele a feszültség- frekvencia konverterekről kerül a speciálisan erre a célra a KFKI-ban kifejlesztett krizisdetektorokra. A feszültség-frekvencia átalakítók az l.sz. képen láthat, mig a krizisdetektorokat a 2.sz. kép mutatja.
ÚzcmriUl ЫИ. vjdrtem -erb. Hid Цри»ц Wtgwvédott "НИ. hemp. vex. «=(2з " Л Ж М 1 ЙБ 1 Cu vex Ф Ф Ф U/F. l!l >/, 4b. / P orwnlajurff «w t.qlurfcin «ftwlw»a >/ p/. rh lev««ik.a mévt»w>qmon fotyi é>om гр*«жйн»*ч» mwttolwton <0yori nyomi» 4fift*4(CEC) 1(0-20mA) P 1 ш r-ш ф ф UJF Ф -щ--'-щ± Ü/F и/г u/r ftsiűltfltg frtkvtncia Átalakítok MELINDA Oyorsk/imaa lé 5. ábra Л mérőrendszer blokkvázlata
1. kép Feszültség-frekvencia átalakítók
5^' *- 2. kép Kiégésvédő egységek
- 24 - A nyomás-, nyomáskülönbség- és áramlásmérők pjlei a cégek által az érzékelőkkel együtt szállított 0-20 ma áramkimenetü távadókra kerülnek. A távadók kimenetét a csatlakozó adatgyűjtő egységtől függően 50fl ill. 10Д ellenállással zárjuk le /lásd: 5.ábra/. A gyors tranziensek esetén használt feszültségkimenetü nyomásérzékelők jele közvetlenül csatlakozik az adatgyűjtők valamelyikére, hasonlóan a teljesítményadatot szolgáltató áram- és feszültségméréshez. Speciális mérőlánc dolgozza fel az akusztikus szondák jeleit. Ennek vázlatát a 6. ábra mutatja. k y hangszóró < s szűré egyenirány irómú КЗ < * akusztikus érzékelők elcer&sitó erósitó 0-Ю khz U szúró mérómagnetofon 6. ábra Az akusztikus érzékelők mérőláncának vázlata
- ;vs - A jelek feldolgozása megfelelő erősítés után történik. Az evősitő a zavarmentes jeltovál i^ás érdekében az érzékelő közelében elhelyezett elő és távolabbi főerősitő fokozatokra tagozódik. Az akusztikus jel rögzitése ez után mérőmagnetofon segítségével történik. Olyan alkalmazás esetén, mint pl. a forráskrizis detektálása v szűrés és egyenirányítás után irómüszerrel történő rögzítés is célravezető. Az üzemviteli és ir.érőszemélyzet szempontjából sokszor hasznos a jel hallhatóvá tétele, ilyenkor a jel hangfrekvenciás erősítő után hangszóróra kerül. A gőztartalom meghatározására szolgáló mérőláncot az 1.ábrán hiutatt'ík be a lánc egyes egységeinek feltüntetésével. 5. Adatgyűjtés Az NVH berendezéstől érkező - méréscélu - jelek összegyűjtése lényegében három különböző módon történik. Ezek a következők: a./ A 40 méi'í'helyes - időben soros letapogatású - un. "Mérési Eredményeket LINearizáló Digitális Adatgyűjtő" /MELINDA/. b./ A jelenleg 24 mérócsatornára kiépített, számítógépvezérelt párhuzamos letapogatású, gyors adatgyűjtő. с./ A mérési eredmények egyedi, ill. néhány adat együttes rögzítését lehetővé tevő regisztráló műszerek, /agy többcsatornás magnetofon.
- :ч> - Az adatgyűjtő ;i módszerek széjes választéka mindig szűkül az adott mérési feladat által igényelt szempontok szerint. A kiválasztást a mérendő mennyiségek darabszáma, a szükséges mérési sebesség és a további feldolgozási igény határozzák meg. 5.1 Mérési Eredményeket LINearizáló Digitális Adatgyűjtő /MELINDA, MIKI gyártmány/ А МО mérőcsatorna jelei egy reed relés méréspontváltóhoz csatlakoznak / 7. ábra / Wedeln ra 1 I - 1 - z\ 4P' \ MÍrétport \ «lto N...Jí МаМн* ftssültsvg mkii Llntertiólé é% skolotiny. btalllt» 1 Lyukfiat Of lyuka Ml* Vttl kié hwmm.4 Vcsérlo tfyséfl 7. ábra MELINDA
- 21 - A vezérlőegység az '\ty/es csdt.orn.-ik jeleit - a csatornához tartozó reed-relék megfelelő beállításával /időben egymás után/ - a rendszer központi egységét képező digitális feszültségmérő bemeneteié juttatja. Az egyes csatornák jeleit egy - a csatornához rendelhető - Y = A X + В n n n n tipusu lineáris egyenletrendszer segítségével értelmezzük, ahol A, В n' n az n-ik csatorna mérési eredménye digitalizálás után, az n-ik csatorna érzékelője által szolgáltatott bemenő feszültsége], az n-ik csatornához rendelt linearizáló és skálatényezők. Az egyenlet együtthatóit ugy állapítottuk meg, hogy Y fizikai mérőszámot adjon / C, m /ó, stb./. Az eredmény FACIT gyorslyukasztón keresztül lyukszal?son tárolódik BCD kód.ilásu rendszerben. A vezérlőegység segítségével különböző üzemmódok állíthatók be pl. : - egyszeres, vagy többszörös letapogatás a beállított első ér, utolsó mérőhely között, - egy csatorna egyszeres, vagy többszörös letapogatása stb.
- 2Í< - A lyukszalagra blokkokban kerül az információ. Az egyes blokkokat fejléc előzi meg, amely dátum, idő és blokksorszám információt tartalmaz. Ezen információk későbbi feldolgozás során segitenek íz időviszonyok felrajzolásában. A lyukszalag tartalma egy OPTIMA 528 adatkezelő egységgel azonnal olvasható információt szolgáltat. A rendszer néhány fontosabb jellemzője: - 20 kétvezetékes /high-low/ mérőcsatorna Volt nagyságú feszültségjelek fogadására, - 20 háromvezetékes /high-low-gjard/ mérőcsatorna 0-20 mv nagyságú termoelem jelek feldolgozására, - 0,5% pontosság, - valamennyi bemeí.ot földfüggetlen, - 20 mérőhelyes hidegpontkompenzátor, - a digitális feszültségmérő integrálása jó /120 db/ zavarszürést biztosit, - maximum 18 mérőhely/sec letapogatási sebesség. 5.2 Számitógépvezérelt gyors adatgyűjtő Az adatgyűjtő rendszer valamennyi csatornája lényegében egy-egy önálló digitális feszültségmérőnek tekinthető. A mérendő jelek egy-egy 3 vezetékes /high- low-guard/ földfüggetlen /lebegő/ bemenettel rendelkező feszültség- frekvencia átalakító bemenetére kerülnek / 8. ábra /.
Щ U/f 12 bhes számláló 2 {j/f 12 biles siámtáli 2* ГР4 /00M Ф U/f 12 blies számláló Kvarcára és IdórőgzItÓ Leválasztó átalakító С A MAC Számitógép 8. ábra A gyor^ adatgyöitő rendszer blokkvázlata / TPAi/ Az átalakító kettős feladatot lát el: - földfüggetlen bemenete lehetővé teszi a fűtött csövekre szigetelés nélkül, közvetlenül felhegesztett termoelemek jeleinek feldolgozását, - erősítés után elvégzi a jel digitalizálásának első lépését, azaz a bejövő feszültséggel arányos frekvenciájú, kis inpedancián, zavarmentesen továbbitható jellé történő átalakítását. A feszültség- frekvencia átalakítókat mutatja az 1.:;?.. кор..j
- 30 - A feszültség- frekvencia átalakitók kimenőjele kb. vlomes kábeluton jut el а ТРЛ 1001-i kisszámitógéppel vezérelt CAMAC rendszerhez. Itt minden csatorna részére egy-egy 12 bites ЫпЛгЬ, számlánc van elhelyezve. A számlálók gyűjtési kapuidejét programozottan állítjuk elő ugy, hogy ez a hálózat 20 msec periódusidejének /50 Hz/ 1, 2, 3, ill. 4-szerese legyen. Ezzel a módszerrel a csatorna bemenetén jelenlévő hálózati eredetű és elsősorban a tirisztoros egyenirányitótól származó zavarjelek hatását integrálással ki tudjuk szűrni. Egy kapuidő alatt valamennyi számláló egyszer kiolvasásra és nullázásra kerül. A kiolvasott értékeket a számitógép operativ memóriájában raktározzuk el. Ugyan ide kérd 1 a kapuidő kvarcórával mért értéke is. Egy-egy csatornáról 128 kapuidőnyi információt tudunk tárolni. A program szervezése olyan, hogy az uj adatokat mindig a legrégebbi helyén tárolja. így mindig az aktuális időponttól visszafelé számított 128 érték marad m.?g. Ez gyors tranziens méréseknél tökéletesen elegendő, rnert 20 msec-os kapuidónéi 2,56 sec, illetve 80 msec-os kapuidőnél ]n,2't reo időtartam tárolását teszi lehetővé, /lásd: pl. a 1. ábrát/ Az adatgyűjtő bármely időpontban /pl. a tranziens lezajlása után/ megállítható. A mért eredmények lyukszalagra kivihetők és/vagy táblázatosan megjeleníthetők, ill. X-Y irón kirajzolhatók. Tetszőleges 4 csatorna jeleinek alakulása már adatgyűjtés közben is megfigyelhető ep.y r,r:-/,o i 1 los7.k'')>nri CAMAC Display segítségével.
- зл - A memóriában rendelkezésre áll még valamennyi csatornáról az adatgyűjtés leállitásától visszafelé számitott nyolc 128 adatot tartalmazó - ciklus vonatkozásában az átlagérték információ is. Ebből kapható meg a tranzinest megelőző stacionárius állapottal kapcsolatos információ. Az adatgyűjtő pontossága lényegében a kapuidő hosszával van összefüggésben. 1-0,2 % között változik a 20, ill. 80 msec kapuidő függvényében. Az adatgyűjtő néhány jellemzőjét а 4. táblázatban foglaltuk össze, a TPAi központ pedig a 3.sz. képen látható 4. Táblázat - integrálási /kapu/ idő msec 20 40 60 80 Teljes ciklus idő sec?.s6 5.12 7.68 10.24 Teljes ciklus átlag db 8 8 8 8 Átlagérték tárolási idő sec 20.48 40.96 6.1.44 81.92 Adatgyüj tési r;ebesség csat/sec 1200 600 400 300