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超音波温度計ナトリウム試験,1; 超音波トランスデューサ配管直付型試験体の試験結果のまとめ

The ultrasonic wave thermometer sodium test, 1; A summary of test results of the externally mounted ultrasonic transducer for pipe-flow

林田 均; 小柿 信寿; 上田 雅司; 磯崎 正; 荒 邦章

Hayashida, Hitoshi; Kokaki, Nobuhisa; Ueda, Masashi; Isozaki, Tadashi; Ara, Kuniaki

ナトリウム中の音速が温度により変化することを利用して、配管外からナトリウム温度を計測する超音波温度計の開発を実施している。超音波温度計は、ナトリウム中の伝搬時間を計測し、伝搬時間と伝搬距離から音速を求めることで、ナトリウム温度を算出する。超音波温度計の開発の一環として、超音波温度計のナトリウム温度計測適用性を検討するために、実際にナトリウム試験装置により試験を実施した。その結果、以下のような知見を得た。1)本試験範囲では、超音波温度計は、Naの流速、カバーガスの圧力、Na中の不純物濃度などの影響を受けない。また、2.5$$^{circ}$$Cの試験誤差を有する本試験において、超音波による温度計測値のばらつきは約1$$^{circ}$$C強程度と小さい値になった。2)超音波温度計は、低温(200$$^{circ}$$C)のみの校正と既知の熱膨張係数を用いることで、全試験温度範囲の校正を実施した場合に対して1$$^{circ}$$C程度の違いに収まる。3)超音波伝搬時間の計測は、複数回の超音波送受信による計測の平均値を用いることで、十分安定した値が得られる。4)超音波トランスデューサと配管との音響結合材としては、水ガラスよりも銅板の方が適している。音響結合材に銅板を用いる場合に、配管への押付力は試験で用いた2.0kg/mm$$^{2}$$よりも小さな値で十分である。5)超音波トランスデューサの配管への取り付けは、配管に溶接を必要としないクランプ方式で十分安定して使用できる。6)約2ヶ月のNa試験期間では、超音波温度計の計測特性に変化は生じない。したがって、本手法の超音波温度計は、配管内のNa温度を計測する温度計として適用可能性が高いと考えられる。

Based on the temperature dependence of the velocity of sound in sodium, an ultrasonic thermometer that measures the temperature of sodium non-intrusively is being developed. The principle of the device is based on the propagation time of an acoustic pulse wave, and the back calculation of the sodium temperature. As the part of the development a test was actually carried out in sodium pipe-flow in order to evaluate various aspects of realizing the ultrasonic wave thermometer. The results and conclusions to date are as follows: (1)Within the present test range, the ultrasonic wave thermometer appears relatively insensitive to flow velocity of sodium, pressure of the cover gas and the impurity concentration in sodium. The calculated error of the measured thermometry was in the experiment about 1 $$^{circ}$$C, a smaller value than the expected 2.5$$^{circ}$$C of the system. (2)The ultrasonic thermometer has only been used wherein the thermal expansion coefficient was known and with 200 $$^{circ}$$C as the reference temperatures. For the entire temperature range tested the difference between this approach and a two-point calibration over a temperature range is only expected to be about 1 $$^{circ}$$C. (3)By using the mean value of multiple ultrasonic wave transmit and receive measurements, a value whereby the ultrasonic propagation time was stabilized is obtained. (4)As acoustic coupling material between the ultrasonic transducer and piping, a copper plate was found to be more suitable than a specialized acoustic bonding material. A weight equivalent, area distributed force of 2.0kg/mm$$^{2}$$ was used to press the test copper plate to the pipe. A slightly smaller force appears more than sufficient as well. (5)We found that mounting the ultrasonic transducer to the exterior surface of the pipe by a clamping method is sufficient such that no welding is needed. (6)The in-sodium test period was about 2 months. No noticeable change in measurement characteristics of the ...

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