Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

LEITFÄHIGKEITSSENSOREN FÜR DIE BESTIMMUNG VON
PARAMETERN IN EINER ZWEIPHASENSTRÖMUNG
H.-M. Prasser
Fofschungszentfum Rossendorf e.V. (FZR), PSF 510119,D-01314 Dresden
I. Überblick: Zweiphasenmeßtechnik im FZR
Im Institut für Sicherheitsforschung des FZR werden verschiedene Meßverfahren für
Zweiphasenströmungen entwickelt. Die Arbeiten sind in der Abteilung Störfallanaly-
se angesiedelt. Der Ausgangspunkt war die Notwendigkeit von lokalen Dampfge-
haltsmessungen bei thermohydraulischen Experimenten zur Kernreaktorsicherheit.
Deshalb sind alle Aktivitäten bisher auf die Untersuchung von Flüssigkeits-Gas-
bzw. Flüssigkeits-Dampfgemische gerichtet gewesen. Das erste, speziell für den
Einsatz bei Störfallsimulationen an sog. integralen Primärkreismodellen von Kernre-
aktoren mit Druckwasserreaktor entwickelte Meßverfahren waren nadelförmige
Leitfähigkeitssonden. Mittlerweile hat sich das Profil hinsichtlich der Zweiphasen-
meßtechnik deutlich erweitert. Zu den seit einigen Jahren erfolgreich bei verschie-
densten sicherheitstechnischen Experimenten eingesetzten Leitfähigkeitssonden
kamen Verfahren, die auf Ultraschall, Positronenemittern und Video-Bildverarbei-
tungsmethoden beruhen. Was die Leitfähigkeitsmessung betrifft, so wurde in der
letzten Zeit ein Gittersensor entwickelt, der eine zeitlich hochauflösende Visualisie-
rung der Strömung in Rohrleitungen ermöglicht. Auf dieses Verfahren wird in diesem
Vortrag besonders eingegangen. Über die Methoden hinaus, zu denen eigene Ent-
wicklungsarbeit betrieben wird, werden auch die Kapazitätstomographie (Process
Tomography Ltd. Manchester), die Laser-Doppler-Anemometrie, gekoppelt mit ei-
nem Laser-Doppler-Partikel-Analysator (LDAILDPA, Polytech, Aerometrics) und na-
türlich die hydrostatische Dichtemessung für Zweiphasenmessungen angewendet.
Kurz einige Informationen zu den Eigenentwicklungen des FZR, die nicht auf der
Leitfähigkeitsmessung beruhen:
Als Alternative zum Ansatz, einzelne Gasblasen mit Ultraschall zu orten sowie deren
Größe und Geschwindigkeit zu bestimmen, wurde im FZR versucht, die statistischen
Fluktuationen eines DurchschallungssignaIs mit Hilfe von Methoden der Mustererkennung
zu bearbeiten. Die Charakterisierung von einzelnen Partikeln versagt bereits
bei kleineren Gasgehalten, während ein DurchschallungssignaI als solches bis
hin zu hohen Gasanteilen weit über 50 % noch aufgenommen werden kann. Einzelne
Gaspariikel können jedoch im Signalverlauf nicht mehr identifiziert werden. Es
wurde deshalb auf Mustererkennungsverfahren zurückgegriffen. im Ergebnis liegt
ein Meßverfahren vor, das mit einer begrenzten Genauigkeit (ca. 10 %) in der Lage
ist, die Voiumenstromdichten beider Phasen simultan zu ermitteln. Voraussetzung ist
ein umfangreiches Trainig des Mustererkennungsverfahrens anhand von Stichproben,
die aus dem gesamten angestrebten Meßbereich stammen müssen [I, 21
(überwachtes Lernen). Die Methode ist für verfahrenstechnische Anwendungen interessant,
insbesondere wenn es sich um diagnostische Aufgaben handelt.