CN112466492A - 用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置及其应用方法，涉及中间量程探测器测量装置领域，解决了现有中间量程测量装置处理部分数字器件对调理部分功能性能的影响。本发明包括调理部分用于对模拟信号进行放大和调理并输出至处理部分，处理部分用于模数转换得到反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息的处理部分；调理部分输出的频率信号经过光耦隔离器件输出到处理部分。本发明实现了测量装置的紧凑布置和小型化。

Description

用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及中间量程探测器测量装置领域，具体涉及用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置及其应用方法。
背景技术
核电厂反应堆核仪表系统通过安装在反应堆压力容器外的一系列中子探测器来测量堆芯泄漏的中子注量率，探测器测得的脉冲/电流信号送到系统保护柜进行调理和处理，实现对反应堆功率水平、功率变化和功率分布的连续监测，为操纵员提供在堆芯装/卸料、停堆、启堆和功率运行期间反应堆的状态信息，并在中子注量率高和中子注量率快变化时触发反应堆紧急停堆。由于核仪表系统测量范围大，通常达到十几个量级，因此核仪表系统一般设置源量程、中间量程和功率量程3个量程进行测量，3个量程叠加起来能够覆盖全部的测量范围。其中核仪表系统中间量程用于连接源量程和功率量程，并与以上两个量程均有1～2个量级的量程重叠。核仪表系统中间量程具有宽量程的特性，即测量覆盖的量程范围极宽，常常可达到9～10个量级。
核电厂反应堆核仪表系统中间量程可分为调理部分和处理部分，其中调理部分的功能是测量中子探测器的输出模拟信号(脉冲信号或电流信号)，对模拟信号进行放大和调理，转换为处理部分可以采集的0～10V或4～20mA的标准信号，或频率信号，同时为中子探测器提供供电高压电源。处理部分的功能是对调理部分转换后的标准信号进行采集、数模转换和处理，得到反应堆中子注量率及中子注量率变化率的信息，当中子注量率和中子注量率快变化时(测量结果超过设定阈值)，向保护系统提供触发反应堆停堆的初始信号，包括紧急停堆信号、中子注量率正变化率高紧急停堆信号、中子注量率负变化率高紧急停堆信号、低定值紧急停堆信号、高定值紧急停堆信号等，向DCS提供操作员参考及显示的各类反应堆功率和中子注量率信息。
核仪表系统中间量程调理部分测量的是来自中间量程中子探测器的微小信号，中间量程中子探测器一般采用γ补偿电离室探测器，其输出信号为电流，电流范围覆盖1.0E-11A～3.0E-03A最小将达到1.0E-11A(1pA)。
在现有技术中，堆外核仪表系统中间量程测量装置只能在物理上将调理和处理部分隔离，通常将调理部分通过前置放大机柜形式与处理部分在空间布置上分隔开，无法将调理部分和处理部分集成在一个机箱，造成了测量装置设备复杂、体积大。若勉强将调理部分和处理部分集成在一起，处理部分数字器件会影响调理部分的功能性能，无法实现信号隔离。
发明内容
本发明公开了一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置。解决了现有中间量程测量装置处理部分数字器件对调理部分功能性能的影响，实现了测量装置的紧凑布置和小型化。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，包括用于对中间量程的中子探测器输出的模拟信号进行处理的调理部分，还包括处理部分，中间量程中子探测器一般采用γ补偿电离室探测器，其输出信号为电流，电流范围覆盖1.0E-11A～3.0E-03A最小将达到1.0E-11A(1pA)；
调理部分用于对模拟信号进行放大和调理并输出至处理部分，处理部分用于模数转换得到反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息的处理部分；
调理部分输出的频率信号经过光耦隔离器件输出到处理部分。
进一步地，所述调理部分采用线性低纹波电源供电，所述处理部分采用高效率开关电源供电；
线性低纹波电源与高效率开关电源隔离。
进一步地，所述调理部分将中子探测器输出的模拟电流信号放大后转换为标准电平的频率信号并发送到处理部分。
进一步地，中间量程的中子探测器输出的模拟信号为补偿电离室探测器输出的微电流信号，所述调理部分包括多个量程档的放大电路，每个量程档的放大电路的量程通过控制切换，控制切换根据微电流信号的大小和变化速度自动选择。
进一步地，所述测量装置接收堆外核仪表系统发出的控制指令自动切换量程，并发送经调理部分、处理部分处理、转换后的数字信号至堆外核仪表系统控制柜，由控制柜的上层计算机利用接收数据和对应的时间关系计算反应堆的反应性，中间量程测量装置同时具备反应性仪的功能。
优选的，调理部分包括低压模块、补偿电离室高压模块和线性电流放大模块；
处理部分包括主控模块、高频脉冲计数模块和模拟量输入模块；
低压模块通过背板接口向处理部分输出+24V电源，并向主控模块提供输出电源电压监控信号，背板接口为连接调理部分与处理部分的光耦隔离器件的接口；
调理部分通过补偿电离室高压模块向中间量程的中子探测器提供工作电源，补偿电离室高压模块控制中子探测器的正高压在(0～1000)V范围内连续变化，补偿电离室高压模块控制中子探测器的负高压在在(-400～0)V内连续变化；
中间量程的中子探测器经补偿电离室高压模块调控输出信号至线性电流放大模块；
线性电流放大模块采集中子探测器输出的微弱电流信号，并将微弱电流信号进行放大后转换为频率信号，线性电流放大模块受主控模块控制采用多量程档的放大电路；
模拟量输入模块通过背板接口从补偿电离室高压模块接收补偿电离室高压模块输出的采样电压，中间量程主控模块根据采样电压的高压采样值，控制高压运行指示灯状态；
高频脉冲计数模块从背板接口采集到线性电流放大模块放大后的微弱电流频率信号，并传输至中间量程主控模块；
中间量程主控模块用于依据堆外核仪表系统控制指令生成控制信号至补偿电离室高压模块调控中子探测器的正高压或/和负高压，中间量程主控模块还用于依据线性电流放大模块放大产生的频率信号产生控制信号至线性电流放大模块选择多量程档的放大电路不同量程档，中间量程主控模块基于模拟量输入模块传递至的采样电压与高频脉冲计数模块传递至的微弱电流频率信号计算输出数据至保护系统或其他系统，模拟量输入模块进行电压采样，高频脉冲计数模块进行脉冲采样。
其中，堆外核仪表系统包括保护柜和控制柜，中间量程的测量装置是保护柜的一部分，测量装置上层进行信息接收计算的是控制柜。
进一步地，处理部分还包括模拟量输出模块、开关量输出模块和通信模块；
中间量程主控模块通过通信模块将装置的信息向后输出到上层控制柜；
中间量程主控模块通过模拟量输出模块将电流、功率和倍增时间向后输出到保护系统或其他系统；
中间量程主控模块通过开关量输出模块将紧急停堆信号、通道试验或故障信号、P6信号、C1信号以及IRC阈值用于ATWS信号向后输出到保护系统或其他系统。
一种测量装置的应用方法，基于上述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，应用测量装置进行中间量程的中子探测器反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息测量的方法，包括如下步骤：
(1)中间量程主控模块用于依据主控模块控制指令转义控制信号至补偿电离室高压模块调控中子探测器的正高压或/和负高压，补偿电离室高压模块向中间量程的中子探测器提供工作电源，补偿电离室高压模块控制中子探测器的正高压在(0～1000)V范围内连续变化，补偿电离室高压模块控制中子探测器的负高压在在(-400～0)V内连续变化，输出电压精度：±5V；输出电流≥2mA，输出电压纹波≤5mV；
(2)中间量程的中子探测器经补偿电离室高压模块调控输出信号至线性电流放大模块；
(3)线性电流放大模块采集中子探测器输出的微弱电流信号，并将微弱电流信号进行放大后转换为频率信号，线性电流放大模块受主控模块的控制采用多量程档的放大电路，中间量程主控模块还用于依据堆外核仪表系统控制指令转义控制信号至线性电流放大模块选择多量程档的放大电路，中间量程测量装置的电流测量范围为(1.60×10-11～2.16×10-3)A，电流测量精度：≤±2％(满量程)，测量装置可以根据被测电流的大小自动进行量程切换；
(4)高频脉冲计数模块从背板接口采集到线性电流放大模块放大后的微弱电流频率信号，并传输至中间量程主控模块；
(5)中间量程主控模块基于采样电压与高频脉冲计数模块传递至的微弱电流频率信号计算输出数据至保护系统或其他系统，其中，采样电压经模拟量输入模块传递。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明解决了现有中间量程测量装置处理部分数字器件对调理部分功能性能的影响，实现了测量装置的紧凑布置和小型化。
测量装置可以实现装置内各板卡在线状态监测，并将信息整合处理后发送给上层控制柜进行集中处理。
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为本发明的模块示意图。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，如图1所示，包括用于对中间量程的中子探测器输出的模拟信号进行处理的调理部分，还包括处理部分，中间量程中子探测器一般采用γ补偿电离室探测器，其输出信号为电流，电流范围覆盖1.0E-11A～3.0E-03A最小将达到1.0E-11A(1pA)；
调理部分用于对模拟信号进行放大和调理并输出至处理部分，处理部分用于模数转换得到反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息的处理部分；
调理部分输出的频率信号经过光耦隔离器件输出到处理部分。
优选的，所述调理部分采用线性低纹波电源供电，所述处理部分采用高效率开关电源供电；
线性低纹波电源与高效率开关电源隔离。
优选的，所述调理部分将中子探测器输出的模拟电流信号放大后转换为标准电平的频率信号并发送到处理部分。
优选的，中间量程的中子探测器输出的模拟信号为补偿电离室探测器输出的微电流信号，所述调理部分包括多个量程档的放大电路，每个量程档的放大电路的量程通过控制切换，控制切换根据微电流信号的大小和变化速度自动选择。
优选的，所述测量装置接收堆外核仪表系统发出的控制指令自动切换量程，并发送经调理部分、处理部分处理、转换后的数字信号至堆外核仪表系统控制柜，由控制柜的上层计算机利用接收数据和对应的时间关系计算反应堆的反应性，中间量程测量装置同时具备反应性仪的功能。
优选的，调理部分包括低压模块、补偿电离室高压模块和线性电流放大模块；
处理部分包括主控模块、高频脉冲计数模块和模拟量输入模块；
低压模块通过背板接口向处理部分输出+24V电源，并向主控模块提供输出电源电压监控信号，背板接口为连接调理部分与处理部分的光耦隔离器件的接口；
调理部分通过补偿电离室高压模块向中间量程的中子探测器提供工作电源，补偿电离室高压模块控制中子探测器的正高压在(0～1000)V范围内连续变化，补偿电离室高压模块控制中子探测器的负高压在在(-400～0)V内连续变化；
中间量程的中子探测器经补偿电离室高压模块调控输出信号至线性电流放大模块；
线性电流放大模块采集中子探测器输出的微弱电流信号，并将微弱电流信号进行放大后转换为频率信号，线性电流放大模块受主控模块控制采用多量程档的放大电路；
模拟量输入模块通过背板接口从补偿电离室高压模块接收补偿电离室高压模块输出的采样电压，中间量程主控模块根据采样电压的高压采样值，控制高压运行指示灯状态；
高频脉冲计数模块从背板接口采集到线性电流放大模块放大后的微弱电流频率信号，并传输至中间量程主控模块；
中间量程主控模块用于依据堆外核仪表系统控制指令生成控制信号至补偿电离室高压模块调控中子探测器的正高压或/和负高压，中间量程主控模块还用于依据线性电流放大模块放大产生的频率信号产生控制信号至线性电流放大模块选择多量程档的放大电路不同量程档，中间量程主控模块基于模拟量输入模块传递至的采样电压与高频脉冲计数模块传递至的微弱电流频率信号计算输出数据至保护系统或其他系统，模拟量输入模块进行电压采样，高频脉冲计数模块进行脉冲采样。
其中，堆外核仪表系统包括保护柜和控制柜，中间量程的测量装置是保护柜的一部分，测量装置上层进行信息接收计算的是控制柜。
优选的，处理部分还包括模拟量输出模块、开关量输出模块和通信模块；
中间量程主控模块通过通信模块将装置的信息向后输出到上层控制柜；
中间量程主控模块通过模拟量输出模块将电流、功率和倍增时间向后输出到保护系统或其他系统；
中间量程主控模块通过开关量输出模块将紧急停堆信号、通道试验或故障信号、P6信号、C1信号以及IRC阈值用于ATWS信号向后输出到保护系统或其他系统。
一种测量装置的应用方法，基于上述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，应用测量装置进行中间量程的中子探测器反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息测量的方法，包括如下步骤：
(1)中间量程主控模块用于依据控制模块的控制指令转义控制信号至补偿电离室高压模块调控中子探测器的正高压或/和负高压，补偿电离室高压模块向中间量程的中子探测器提供工作电源，补偿电离室高压模块控制中子探测器的正高压在(0～1000)V范围内连续变化，补偿电离室高压模块控制中子探测器的负高压在在(-400～0)V内连续变化，输出电压精度：±5V；输出电流≥2mA，输出电压纹波≤5mV；
(2)中间量程的中子探测器经补偿电离室高压模块调控输出信号至线性电流放大模块；
(3)线性电流放大模块采集中子探测器输出的微弱电流信号，并将微弱电流信号进行放大后转换为频率信号，线性电流放大模块受主控模块的控制采用多量程档的放大电路，中间量程主控模块还用于依据堆外核仪表系统控制指令转义控制信号至线性电流放大模块选择多量程档的放大电路，中间量程测量装置的电流测量范围为(1.60×10-11～2.16×10-3)A，电流测量精度：≤±2％(满量程)，测量装置可以根据被测电流的大小自动进行量程切换；
(4)高频脉冲计数模块从背板接口采集到线性电流放大模块放大后的微弱电流频率信号，并传输至中间量程主控模块；
(5)中间量程主控模块基于采样电压与高频脉冲计数模块传递至的微弱电流频率信号计算输出数据至保护系统或其他系统，其中，采样电压经模拟量输入模块传递。
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 (8)

1.一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，包括用于对中间量程的中子探测器输出的模拟信号进行处理的调理部分，还包括处理部分；
调理部分用于对模拟信号进行放大和调理并输出至处理部分，处理部分用于模数转换得到反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息的处理部分；
调理部分输出的频率信号经过光耦隔离器件输出到处理部分。
2.根据权利要求1所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，所述调理部分采用线性低纹波电源供电，所述处理部分采用高效率开关电源供电；
线性低纹波电源与高效率开关电源隔离。
3.根据权利要求1所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，所述调理部分将中子探测器输出的模拟电流信号放大后转换为标准电平的频率信号并发送到处理部分。
4.根据权利要求3所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，中间量程的中子探测器输出的模拟信号为补偿电离室探测器输出的微电流信号，所述调理部分包括多个量程档的放大电路，每个量程档的放大电路的量程通过控制切换，控制切换根据微电流信号的大小和变化速度自动选择。
5.根据权利要求4所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，所述测量装置接收堆外核仪表系统发出的控制指令自动切换量程，并发送经调理部分、处理部分处理、转换后的数字信号至堆外核仪表系统控制柜，由控制柜的上层计算机利用接收数据和对应的时间关系计算反应堆的反应性。
6.根据权利要求1-5任意一条所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，调理部分包括低压模块、补偿电离室高压模块和线性电流放大模块；
处理部分包括主控模块、高频脉冲计数模块和模拟量输入模块；
低压模块通过背板接口向处理部分输出+24V电源，并向主控模块提供输出电源电压监控信号，背板接口为连接调理部分与处理部分的光耦隔离器件的接口；
调理部分通过补偿电离室高压模块向中间量程的中子探测器提供工作电源，补偿电离室高压模块控制中子探测器的正高压在(0～1000)V范围内连续变化，补偿电离室高压模块控制中子探测器的负高压在在(-400～0)V内连续变化；
中间量程的中子探测器经补偿电离室高压模块调控输出信号至线性电流放大模块；
线性电流放大模块采集中子探测器输出的微弱电流信号，并将微弱电流信号进行放大后转换为频率信号，线性电流放大模块受主控模块控制采用多量程档的放大电路；
模拟量输入模块通过背板接口从补偿电离室高压模块接收补偿电离室高压模块输出的采样电压，中间量程主控模块根据采样电压的高压采样值，控制高压运行指示灯状态；
高频脉冲计数模块从背板接口采集到线性电流放大模块放大后的微弱电流频率信号，并传输至中间量程主控模块；
中间量程主控模块用于依据堆外核仪表系统控制指令生成控制信号至补偿电离室高压模块调控中子探测器的正高压或/和负高压，中间量程主控模块还用于依据线性电流放大模块放大产生的频率信号产生控制信号至线性电流放大模块选择多量程档的放大电路不同量程档，中间量程主控模块基于模拟量输入模块传递至的采样电压与高频脉冲计数模块传递至的微弱电流频率信号计算输出数据至保护系统，模拟量输入模块进行电压采样，高频脉冲计数模块进行脉冲采样。
7.根据权利要求6所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，其特征在于，处理部分还包括模拟量输出模块、开关量输出模块和通信模块；
中间量程主控模块通过通信模块将装置的信息向后输出到上层控制柜；
中间量程主控模块通过模拟量输出模块将电流、功率和倍增时间向后输出到保护系统；
中间量程主控模块通过开关量输出模块将紧急停堆信号、通道试验或故障信号、P6信号、C1信号以及IRC阈值用于ATWS信号向后输出到保护系统。
8.一种测量装置的应用方法，其特征在于，基于权利要求1-5、7任意一条所述的一种用于堆外核仪表系统中间量程的测量装置，应用测量装置进行中间量程的中子探测器反应堆中子注量率及中子注量率变化率信息测量的方法，包括如下步骤：
(1)中间量程主控模块用于依据主控模块控制指令转义控制信号至补偿电离室高压模块调控中子探测器的正高压或/和负高压，补偿电离室高压模块向中间量程的中子探测器提供工作电源，补偿电离室高压模块控制中子探测器的正高压在(0～1000)V范围内连续变化，补偿电离室高压模块控制中子探测器的负高压在在(-400～0)V内连续变化；
(2)中间量程的中子探测器经补偿电离室高压模块调控输出信号至线性电流放大模块；
(3)线性电流放大模块采集中子探测器输出的微弱电流信号，并将微弱电流信号进行放大后转换为频率信号，线性电流放大模块受主控模块的控制采用多量程档的放大电路，中间量程主控模块还用于依据堆外核仪表系统控制指令转义控制信号至线性电流放大模块选择多量程档的放大电路；
(4)高频脉冲计数模块从背板接口采集到线性电流放大模块放大后的微弱电流频率信号，并传输至中间量程主控模块；
(5)中间量程主控模块基于采样电压与高频脉冲计数模块传递至的微弱电流频率信号计算输出数据至保护系统。
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