CN111693085A - 一种高温高压传感器性能试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压传感器性能试验装置及其使用方法，本发明的试验装置采用高压釜和稳压器组成的双釜系统，且稳压器的液面高于高压釜中最高液面，在冷态充水时确保高压釜中全部为水；在高压釜升温过程中，装置压力一直高于水的汽化压力，保证高压釜中的水在高温下不汽化而保持为全水状态，和反应堆中的高温高压水环境一致；当高压釜降温时，稳压器中压缩气体膨胀以补偿高温水体积的收缩量，确保高压釜不出现负压。本发明的试验装置可同时达到最高350℃工作温度和最高25MPa工作压力，按照传感器性能试验要求的时间保温保压，检测传感器的密封性能、绝缘性能、电气参数、高温效应等。

Description

一种高温高压传感器性能试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及高温高压传感器性能考验试验技术领域，具体涉及一种高温高压传感器性能试验装置及其使用方法。

背景技术

对于反应堆，需要高流速的冷却剂带走核反应产生的大量热量，冷却剂流动会导致堆内结构振动，只要反应堆运行，堆内结构就存在流致振动问题。冷却剂流动诱发的反应堆系统结构部件的振动是重要的动力学问题之一，压水反应堆因流致振动而发生的众多事故中涉及吊篮、热屏蔽板、二次支承组件、螺栓、销钉、热交换器传热管等部件的损坏。

我国在军民两用核动力技术自主化过程中，为评价反应堆堆内结构在流体激励下的结构安全性，需要在反应堆运行时，通过安装于结构上的高温高压传感器，测量堆内结构的响应，而用于高温高压水环境的传感器的性能可靠性直接影响试验的成败。目前，国际上有少量几个公司研制了用于反应堆内的高温高压传感器，大部分对中国核行业禁运，即使采购到部分产品，当应用于实际反应堆结构测量前，均应进行考验试验，以确保传感器性能满足试验要求。国内也于近几年开始自主研发这些高温高压传感器，但研发这些传感器的厂家，一般只能进行高温空气中试验，或常温高压试验，而难以进行高温高压全水中试验，通过高温空气中试验的传感器可以用于空气中的高温试验如火箭、航空、汽车发动机等高温结构的测量。对于反应堆这种高温高压水环境的特殊工况，还需要通过高温高压防水试验才能判断传感器的性能可靠性。

因此，结合科研生产的需求，为了反应堆内部结构测量的要求，需要设计一套可满足高温高压传感器性能考验的试验装置，该装置高度集成化，涵盖了高温、高压，水环境的要求，温度和压力精密可调，提高了试验测量可靠性。

发明内容

本发明提供了一种高温高压传感器性能试验装置。该试验装置可根据传感器试验环境的需要，为高温高压传感器提供不同温度、压力、水环境下长时间的性能考验试验，检验传感器的性能和筛选合格的传感器，提高传感器用于反应堆环境下结构测量的可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高温高压传感器性能试验装置，包括高压釜和稳压器；

其中，高压釜和稳压器通过管道连接，且稳压器的液面高于高压釜中最高液面，在冷态充水时确保高压釜中全部为水；

在高压釜升温过程中，高压釜中膨胀的水通过管道进入稳压器，压缩稳压器中的气体，同时稳压器能够按照压力设置值自动泄压，高压釜和稳压器的压力保持一致，且该压力一直高于水的汽化压力，保证高压釜中的水在高温下不汽化而保持为全水状态，和反应堆中的高温高压水环境一致；

当高压釜降温时，稳压器中压缩气体膨胀以补偿高温水体积的收缩量，确保高压釜不出现负压。

现有的高压釜系统一般不包括稳压器，而高压釜中的水从室温升温至350℃时，体积会膨胀增大30％左右，在升温过程中，超过100℃的高温下通过排放系统会一直排出水汽，最终难以确保高压釜中剩余全部为高温水，大多数情况下高压釜上部会出现汽腔，而在高压釜的冷却降温过程中又可能出现负压。本发明的试验装置采用高压釜和稳压器组成的双釜系统，其在高压釜升温至工作温度(最高可以达到350℃)过程中，高压釜中膨胀的水可以通过和稳压器连接的管道进入稳压器，压缩稳压器中的气体，同时稳压器的压力控制系统可以按照压力设置值自动泄压，高压釜和稳压器的压力保持一致，同时在升温过程中的装置系统压力一直高于水的汽化压力，保证高压釜中的水在高温下不汽化而保持为全水状态，和反应堆中的高温高压水环境一致。还能够在高压釜降温时，稳压器中压缩气体膨胀完全可以补偿高温水体积的收缩量，确保高压釜不出现负压。

优选的，本发明的试验装置还包括控制系统，所述高压釜的釜盖上安装有密封结构用于安装待测高温高压传感器，所述高压釜的外壁设置有加热元件用于加热高压釜，所述高压釜的内腔不同高度安装有温度传感器用于监测高压釜的温度，且加热元件和温度传感器均与控制系统连接，控制系统根据设置的高压釜温度和监测温度自动调节加热元件的加热功率。

本发明的高压釜通过设置控制系统实现高压釜升温以及温度监测的全自动化控制。

优选的，本发明的待测高温高压传感器的一端为铠装密封的敏感元件，另一端为多芯导线接头或BNC接头，且敏感元件和接头直径均大于中间长导线直径。

本发明的试验装置能够很好地适用但不限于前端敏感元件和后端接头尺寸均大于中间长导线直接的高温高压传感器的性能试验。

优选的，本发明的密封结构为多个且采用可拆卸结构。本发明通过在高压釜的釜盖上设置多个传感器导线密封结构，能够满足不同直径、数量的传感器的同时安装及性能测试，且不破坏传感器及导线整体结构，进而待测的传感器可以重复使用，极大的降低了成本。

优选的，本发明的稳压器带有安全阀，当稳压器的压力达到设置的安全压力时，安全阀自动泄压。本发明通过稳压器自带的安全阀用于排气泄压。

优选的，本发明的试验装置还包括注水系统，所述注水系统包括打压泵、水箱和止回阀，所述打压泵将水箱中的水通过带有止回阀的管道向稳压器注水。

优选的，本发明的试验装置还包括充气系统，所述充气系统包括高压氩气瓶和泄压阀，所述高压氩气瓶通过带有泄压阀的管道向稳压器充气。

优选的，本发明的稳压器带有压力表用于指示稳压器内部压力，同时将压力信号接入控制系统，控制系统能够同步记录和存储压力信号随时间的变化过程。

优选的，本发明的稳压器与高压釜的连接管道上设置有排水阀。本发明还设置有排水阀用于排水泄压。

另一方面，本发明还提出了上述高温高压传感器性能试验装置的使用方法，该方法包括：

安装：将多个待测高温高压传感器通过密封结构安装在高压釜上；

检查：在室温状态下，将水打压注入稳压器和高压釜中，排除稳压器和高压釜中的全部气体，之后继续打压至工作压力，保压一段时间，检查装置的密封可靠性；

高温高压水环境模拟过程：稳压器泄压之后，向稳压器中充入氩气，直到氩气体积占稳压器的五分之四，压力为工作压力的三分之一；随后根据设置的工作温度，控制加热元件开始加热高压釜，随着高压釜温度升高，高压釜中水体积膨胀，膨胀的水通过管道流入稳压器，装置系统压力升高，稳压器中氩气体积压缩，当装置系统压力超过工作压力时，自动泄压排除部分氩气，保证装置系统压力不超标，且压力高于水的汽化压力，保证高压釜中水保持全水状态不汽化；

性能试验过程：装置达到工作温度和工作压力时，按照传感器性能试验要求的时间保温保压，检测传感器的密封性能、绝缘性能、电气参数和高温效应；

试验结束：装置系统降温和泄压，稳压器中氩气随压力降低而膨胀，整个过程装置系统不出现负压。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的试验装置可同时达到最高350℃工作温度和最高25MPa工作压力，按照传感器性能试验要求的时间保温保压，检测传感器的密封性能、绝缘性能、电气参数、高温效应等。实现了对高温高压传感器的性能考验试验，为研发该类传感器提供了检验装置，通过该装置考验的传感器可以应用于反应堆内结构的试验测量，提高了试验的可靠性和成功率。

2、本发明的试验装置还通过控制系统实现装置温度和压力的自动调节；

3、本发明的试验装置通过在高压釜盖上设置多个可拆卸的传感器导线密封结构，可以满足不同直径、数量的传感器的同时安装，不破坏传感器及导线整体结构，考验的传感器可以重复使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的试验装置结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-高压釜，2-密封头，3-加热元件，4-温度传感器，5-稳压器，6-安全阀，7-打压泵，8-水箱，9-止回阀，10-高压氩气瓶，11-泄压阀，12-压力表，13，控制系统，14，排水阀，15-待测高温高压传感器。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例提出了一种高温高压传感器性能试验装置。

本实施例的试验装置采用高压釜1和稳压器5组成的双釜系统，其中稳压器中的液面高于高压釜中最高液面，在冷态充水时确保高压釜中全部为水。在高压釜升温至350℃过程中，高压釜中膨胀的水可以通过和稳压器连接的管道进入稳压器，压缩稳压器中的气体，同时稳压器的压力控制系统可以按照压力设置值自动泄压，高压釜和稳压器的压力保持一致，同时在升温过程中的装置系统压力一直高于水的汽化压力，保证高压釜中的水在350℃高温下不汽化而保持为全水状态，和反应堆中的高温高压水环境一致。当高压釜降温时，稳压器中压缩气体膨胀完全可以补偿高温水体积的收缩量，确保高压釜不出现负压。

本实施例的试验装置主要由高压釜、稳压器、加压系统、加温系统、控制系统、传感器长导线密封头组成，主要技术指标如下表1所示：

表1

指标名称	指标值
		最高工作压力	25.0MPa
最高工作温度	350℃
		高压釜内腔直径	300mm
高压釜内腔高度	400mm
		高压釜容积	40L
稳压器容积	18L
		加热元件加热功率	18kW

具体如图1所示，本实施例的高压釜1的釜盖上安装有三个密封头2，高压釜1的外壁盘绕有加热元件3用于加热高压釜，本实施例中加热元件3采用但不限于电加热元件。高压釜1的内腔不同高度安装有三个温度传感器4用于监测高压釜的温度，本实施例中温度传感器4采用但不限于热电偶。

本实施例的加热元件3和三个温度传感器4均接入控制系统13，控制系统13根据设置的高压釜温度和三个温度传感器4的监测温度自动调节加热元件3的加热功率，直到高压釜温度稳定在设置温度。即本实施例的试验装置的升温由高压釜外壁的三组电热元件提供，在高压釜内三个高度设置三个热电偶测量高压釜内温度，通过反馈控制三组电热元件的加热功率，升温过程整定以后，高压釜的温度可以自动控制在设置温度的±1℃范围内。

本实施例的高压釜1和稳压器5通过管道连接，两者保持压力一致，且稳压器中的液面高于高压釜中最高液面，在冷态充水时确保高压釜中全部为水。

本实施例的打压泵7将水箱8中的水通过带有止回阀9的管道向稳压器5注水，所述高压氩气瓶10通过带有泄压阀11的管道向稳压器5充气。稳压器5带有安全阀6，当稳压器5的压力达到设置的安全压力时，安全阀6自动泄压。稳压器5带有就地压力表12用于指示压力，同时将压力信号接入控制系统13，控制系统13可以同步记录和存储装置的压力信号和三个热电偶4的温度信号随时间的变化过程，以便进行进一步的分析工作。

本实施例的待测高温高压传感器15的一端(前端)为铠装密封的敏感元件，另一端(后端)为多芯导线接头或BNC接头，且敏感元件和接头的直径均大于中间长导线直径(一般小于3mm)，本实施例中传感器长导线密封结构需要采用可拆分的密封结构。且本实施例中的密封结构可以满足不同直径、数量的传感器的同时安装，不破坏传感器及导线整体结构，考验的传感器可以重复使用。

本实施例的试验装置可根据传感器试验环境的需要，为高温高压传感器提供不同温度、压力、水环境下长时间的性能考验试验的设备，可检验传感器的性能和筛选合格的传感器，提高传感器用于反应堆环境下结构测量的可靠性。该装置具有温度、压力自动控制和调节，密封结构安装方便，不破坏传感器引线结构的整体性，传感器可以重复使用的特点。

本实施例的试验装置的具体工作过程如下：

1、安装待测高温高压传感器及装置检查：多个传感器15通过密封头安装在高压釜1以后，在室温状态下，打压泵7将水箱8中的水注入稳压器5和高压釜6中，排除稳压器5和高压釜6的全部气体后，继续打压至工作压力保压一定时间，检查装置的密封可靠性。

2、反应堆高温高压水环境工况模拟(升温升压)：稳压器5通过排水阀14泄压以后，高压氩气瓶10通过泄压阀11向稳压器5中充入氩气，氩气体积约占稳压器5的五分之四，压力约为最终工作压力三分之一。随后控制系统13根据设置的工作温度，控制电热元件3的加热功率开始加热高压釜1，随着高压釜1温度升高，高压釜1中水体积膨胀，通过管道流入稳压器5，装置系统压力升高，稳压器5中氩气体积压缩，当装置系统压力达到设置压力时，安全阀6自动泄压排除部分氩气，保证装置系统压力不超标，且压力高于水的汽化压力，保证高压釜中水保持全水状态不汽化。

3、高温高压传感器性能试验：最终试验装置达到最高工作温度(约350℃)和最高工作压力(25MPa)时，按照传感器性能试验要求的时间保温保压，检测传感器的密封性能、绝缘性能、电气参数、高温效应等。

4、试验结束(降温降压)：传感器性能试验完成后，装置系统降温和泄压，稳压器5中氩气随压力降低而膨胀，整个过程装置系统不出现负压。

本实施例的试验装置运行一年以来，已完成国外高温高压应变计、高温高压加速度计和压力传感器的性能试验，完成国内多家传感器厂家研发的光纤传感器、应变计在不同压力和温度工况下的性能鉴定试验、不同尺寸导线组合不同密封材料的密封性能试验，装置运行良好。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，包括高压釜和稳压器；

其中，高压釜和稳压器通过管道连接，且稳压器的液面高于高压釜中最高液面，在冷态充水时确保高压釜中全部为水；

在高压釜升温过程中，高压釜中膨胀的水通过管道进入稳压器，压缩稳压器中的气体，同时稳压器能够按照压力设置值自动泄压，高压釜和稳压器的压力保持一致，且该压力一直高于水的汽化压力，保证高压釜中的水在高温下不汽化而保持为全水状态，和反应堆中的高温高压水环境一致；

当高压釜降温时，稳压器中压缩气体膨胀以补偿高温水体积的收缩量，确保高压釜不出现负压。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，还包括控制系统，所述高压釜的釜盖上安装有密封结构用于安装待测高温高压传感器，所述高压釜的外壁设置有加热元件用于加热高压釜，所述高压釜的内腔不同高度安装有温度传感器用于监测高压釜的温度，且加热元件和温度传感器均与控制系统连接，控制系统根据设置的高压釜温度和监测温度自动调节加热元件的加热功率。

3.根据权利要求2所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，所述待测高温高压传感器的一端为铠装密封的敏感元件，另一端为多芯导线接头或BNC接头，且敏感元件和接头直径均大于中间长导线直径。

4.根据权利要求2所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，所述密封结构为多个且均采用可拆卸结构。

5.根据权利要求2所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，所述稳压器带有安全阀，当稳压器的压力达到设置的安全压力时，安全阀自动泄压。

6.根据权利要求1所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，还包括注水系统，所述注水系统包括打压泵、水箱和止回阀，所述打压泵将水箱中的水通过带有止回阀的管道向稳压器注水。

7.根据权利要求1所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，还包括充气系统，所述充气系统包括高压氩气瓶和泄压阀，所述高压氩气瓶通过带有泄压阀的管道向稳压器充气。

8.根据权利要求1所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，所述稳压器带有压力表用于指示稳压器内部压力，同时将压力信号接入控制系统，控制系统能够同步记录和存储压力信号随时间的变化过程。

9.根据权利要求1所述的一种高温高压传感器性能试验装置，其特征在于，所述稳压器与高压釜的连接管道上设置有排水阀。

10.如上述权利要求1-9任一项所述的高温高压传感器性能试验装置的使用方法，其特征在于，该方法包括：

安装：将多个待测高温高压传感器通过密封结构安装在高压釜上；

检查：在室温状态下，将水打压注入稳压器和高压釜中，排除稳压器和高压釜中的全部气体，之后继续打压至工作压力，保压一段时间，检查装置的密封可靠性；

高温高压水环境模拟过程：稳压器泄压之后，向稳压器中充入氩气，直到氩气体积占稳压器的五分之四，压力为工作压力的三分之一；随后根据设置的工作温度，控制加热元件开始加热高压釜，随着高压釜温度升高，高压釜中水体积膨胀，膨胀的水通过管道流入稳压器，装置系统压力升高，稳压器中氩气体积压缩，当装置系统压力超过工作压力时，自动泄压排除部分氩气，保证装置系统压力不超标，且压力高于水的汽化压力，保证高压釜中水保持全水状态不汽化；

性能试验过程：装置达到工作温度和工作压力时，按照传感器性能试验要求的时间保温保压，检测传感器的密封性能、绝缘性能、电气参数和高温效应；

试验结束：装置系统降温和泄压，稳压器中氩气随压力降低而膨胀，整个过程装置系统不出现负压。

Images