CN112486237B - 一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站检修设备技术领域，具体为一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，包括供电模块，电流源模块和检测显示模块；所述供电模块包括检测供电单元，与所述检测显示模块连接，用于给所述检测显示模块供电；电压基准源供电单元，通过电压基准源与所述电流源模块连接，用于给所述电流源模块提供电压电源；电阻调节供电单元，与所述电流源模块连接，用于给所述电流源模块提供控制用电源；所述电流源模块包括基于电阻式电流发生器的电流源电路，七路所述电流源电路并联设置。本申请通过一个设备集成了高精度电压源、高精度电流表和专用模拟测试盒三个设备的功能，实现了同一设备同时七通道输出恒定电流，降低了设备投入成本。

Description

一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源

技术领域

本发明涉及核电站检修设备技术领域，具体为一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源。

背景技术

堆芯核测系统用于在电站运行期间对反应堆堆芯功率进行监测。在调试和换料大修期间，均需要使用电流源对堆芯仪表的信号通道精度进行检查，通常需要模拟七个自给能探测器的信号，现有的通用仪表不能够同时满足信号精度和通道接口的需求。针对堆芯仪表的测量，现有技术需要同时使用高精度电压源、高精度电流表和专用模拟测试盒。虽然能够满足测试要求，但存在以下不足：1、需要用到多个仪器，接线复杂，操作难度大；2、无法同时监测多个通道的电流输出值；3、不方便携带，影响工作效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，操作简便，能够同时监测多个通道的电流输出值且携带方便，工作效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，包括供电模块，电流源模块和检测显示模块；

所述供电模块包括

检测供电单元，与所述检测显示模块连接，用于给所述检测显示模块供电；

电压基准源供电单元，通过电压基准源与所述电流源模块连接，用于给所述电流源模块提供电压电源；

电阻调节供电单元，与所述电流源模块连接，用于给所述电流源模块提供控制用电源；

所述电流源模块包括

基于电阻式电流发生器的电流源电路，七路所述电流源电路并联设置；

输出端口，与所述电流源电路的输出端连接，用于与堆芯仪表的信号通道连接；

信号放大电路，与所述电流源电路连接，用于对所述电流源电路进行电压采样并反馈给所述检测显示模块；所述检测显示模块根据反馈的采样电压调节所述电流源电路上的负载输出电流；

所述检测显示模块包括

串行总线，与所述信号放大电路的信号输出端口连接；

电流采样数据处理单元，与所述串行总线连接，包括微型处理器；

电流数值显示控制单元，与所述电流采样数据处理单元连接；

LED显示单元，与所述电流数值显示控制单元连接。

本申请通过一个设备集成了高精度电压源、高精度电流表和专用模拟测试盒三个设备的功能，实现了同一设备同时七通道输出恒定电流，降低了设备投入成本，简化了测试环境搭建，设备体积小、携带方便，有效提高了测试效率；本申请能够通过精密电压源和精密高值电阻器产生高准确度的直流小电流并通过负反馈调整电路实现微弱电流的稳定输出，使得测试准确度高。

作为优选，所述供电模块还包括

电池；

控制开关，一端与所述电池连接，另一端分别与所述检测供电单元、电压基准源供电单元、电阻调节供电单元连接。

作为优选，所述控制开关与所述检测供电单元、电压基准源供电单元、电阻调节供电单元之间还设有指示灯。

作为优选，所述电流源电路包括串联设置的固定电阻和精密高值电阻器。

作为优选，所述信号放大电路包括

仪表放大器，其正负输入端并联在所述电流源电路的一固定电阻两端；

模数转换器，其输入端与所述仪表放大器的输出端连接、输出端与所述检测显示模块连接。

作为优选，所述检测显示模块还包括

电池电量检测单元，与所述供电模块并联，用于检测所述供电模块内的电池电量并通过所述LED显示单元显示。

作为优选，所述电池电量检测单元包括一基于电压监测的监测器。

作为优选，还包括

箱式机壳，其壳体正面设有所述输出端口和所述LED显示单的显示屏，其壳体背面设有电池仓和航空插头接口，其顶端设有提手。

作为优选，所述箱式机壳的壳体背面还设有控制开关和指示灯。

作为优选，所述LED显示单元包括LED显示屏。

有益效果

本申请通过一个设备集成了高精度电压源、高精度电流表和专用模拟测试盒三个设备的功能，实现了同一设备同时七通道输出恒定电流，降低了设备投入成本，简化了测试环境搭建，设备体积小、携带方便，有效提高了测试效率；本申请能够通过精密电压源和精密高值电阻器产生高准确度的直流小电流并通过负反馈调整电路实现微弱电流的稳定输出，使得测试准确度高。

附图说明

图1为本申请多通道高精度微电流源的电路结构示意图；

图2为本申请多通道高精度微电流源的外壳的正面结构示意图；

图3为本申请多通道高精度微电流源的外壳的背面结构示意图；

图4为本申请多通道高精度微电流源的原理图；

图5为本申请七路电流源电路模拟的自给能探测器输出信号的需求值表图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，包括供电模块200、电流源模块300和检测显示模块400，所述供电模块200分别通过单独的供电电路与电流源模块300及检测显示模块400电连接。

供电模块200包括检测供电单元210、电压基准源供电单元200和电阻调节供电单元230。所述检测供电单元210与检测显示模块400电连接，所述检测供电单元210为检测显示模块400供电，其具体的是为用于处理数据的处理器、采集器及用于显示的显示器供电，其可以采用5V电源模块进行供电。所述电压基准源供电单元220与电流源模块300电连接，所述电压基准源供电单元220为电流源模块300提供稳定的电压电源，其可以通过一电压基准源221进行输出稳定电压给电流源模块300内的电路。所述电阻调节供电单元230为电流源电路提供控制用电源。电阻调节供电单元230电连接精密高值电阻器312的控制端，所述电阻调节供电单元230为精密高值电阻器的控制端供电。精密高值电阻器312可以是电流源模块300内的调节电阻，用于调节电路内的电阻以使输出的电流恒定。

供电模块200可以通过一个9V的电池201进行供电，该9V电池201与检测供电单元210、电压基准源供电单元220及电阻调节供电单元230之间串联电连接有一控制开关240。通过控制开关240可以控制电池201对各个电源模块的供电。使用9V电池201为整个设备供电，提供开关来控制上电，提高工具便携性，降低从电力供电线引入的外部干扰。另外，控制开关240的一个支路上还可以串联有指示灯250，该指示灯250串联在控制开关240的后端，起到对控制开关240通断的指示作用。

所述电流源模块300为基于电阻式电流发生器的电流源模块，所述电流源模块300内并联有七路基于电阻式电流发生器的电流源电路310，所述电流源模块300与堆芯核测系统电连接，所述电流源模块300内的七个电流源电路310分别连接输出端口320。输出端口320可以是BNC输出头，确保连接和输出稳定。所述输出端口320用于连接堆芯仪表的信号通道，所述电流源电路310通过一信号放大电路330在电路上进行电压采样并反馈给检测显示模块400，所述检测显示模块400根据反馈的采样电压调整电流源电路310上的负载输出电流。

所述电流源电路310上串联有精密高值电阻器312，该精密高值电阻器312为可调节电阻，其调节可以通过高精度的数字电位器进行实现，对数字电位器单独供应控制电路，对其进行供电，从而实现单独控制。而该控制器则可以通过设定固定值或由检测显示模块400的微型控制器进行反馈控制实现对电阻器312的阻值控制。通过采用有精密高值电阻器312可以实现高精度调节，配合高精度的电压基准源实现高精度的恒定电流输出。电流源模块300同堆芯仪表系统可以通过15米长的预制线缆连接。

所述检测显示模块400包括串行总线410、电流采样数据处理单元420、电流数值显示控制单元430和LED显示单元440，所述电流采样数据处理单元420通过串行总线410与电流源模块300内的各个信号放大电路330的信号输出端口连接，所述电流数值显示控制单元430与电流采样数据处理单元420电连接，所述LED显示单元440与电流数值显示控制单元430电连接，所述电流数值显示控制单元430根据电流采样数据处理单元420处理的结果控制LED显示单元440的显示内容。其中，LED显示单元440可以是一个LED显示屏，其通过分区分设有分别显示各个电流源电路310的区域。通过检测并显示各个输出电路的电流值，从而便于了解电流输出是否稳定。而电流采样数据处理单元420的处理过程则通过微型处理器实现，微型处理器可以采用MSP430型号的处理器。

所述信号放大电路330包括仪表放大器331和模数转换器332，所述仪表放大器331并联在电流源电路310的固定电阻311两端，所述仪表放大器331与检测显示模块400之间串联电连接有模数转换器332。

通道电流通过高精密电阻即串联在电流源电路上的固定电阻311转换成采样电压，采样电压经过仪表放大器331传到模数转换器332，然后模数转换器332将测量结果通过SPI总线发送到微型控制器，由控制器完成后续处理。为了满足精度要求，模数转换器332可以选用高分辨类型，仪表放大器331设置的偏置电流要尽可能低。

由于微弱信号对电子器件及绝缘材料有更高的要求, 器件的初始精度及温漂限制了设备的精度，本申请可以实现小电流信号,达到微安级，以其中的一个通道为例，可以达到0.00076/4.5=0.0169%的精度。本具体实施方式可以采用压控电流源，如图4所示，为本申请具体实施例中采用的电路原理图。影响电流精度的几个因素：基准电压源的精度与温漂、运放的输入偏置电流与温漂、电阻的精度与温漂、绝缘材料的泄漏电流。基准电压源，以MAX6225为例，±0.02%初始精度，最大2PPM/℃温漂。而电阻R1选用0.05%初始精度，最大5PPM/℃温漂，电位计R2选用R1的千分之五阻值，50PPM/℃，运放LMC6001输入偏置电流25fA，对输出电流影响可以忽略。初始精度通过调节电位计R2可以完成校准。由于电流小，元件的自发热低，产品温度升高有限。假设发生20度温升，输出电流产生的误差为2*20+5*20+50*20*0.005=145PPM，也是能够满足通道精度要求的。小微信号对设备的绝缘处理要求高，绝缘材料可以选用特富龙材质，将泄漏电流的影响降到最低，同时通过隔离与屏蔽设计最小化外部干扰对通道精度的影响。为了保证各个测量范围的最大相对误差满足要求，且电路具有良好的稳定性、实用性，但因产生的电流微弱，在提高电路的性能方面必须综合考虑。为了进一步提高其电流发生器的稳定性，不但要从电路的结构上进行考虑，还要选择高稳定性、精度高、温度漂移小的元器件；可以在电路输出的关键节点必须采用特殊处理，避免由于电路板的漏电流造成的影响，同时在电路中采用滤波电路，减小高频噪声；由于工作环境复杂，外部的电磁干扰也必须滤除，这里主要把整个电路放在屏蔽盒内。在关键部位采用等电位屏蔽技术,克服湿度、泄漏和电磁干扰对输出电流的影响。

本发明中的七路电流源电路310的输出值范围及精度要求如图5所示，本发明中的电流源输出是专用于核电堆芯核测系统通道测试，将输出值范围限定在较小的的专用范围可以减少较多部件，提高设备的集成度，使得设备在较小的体积下就能实现多种功能。

检测显示模块400还包括一电池电量检测单元450，所述电池电量检测单元450与供电模块200之间并联电连接，所述电池电量检测单元450用于检测供电模块内的电池电量并通过LED显示单元440显示。具体的，电池电量检测单元450可以是一基于电压监测的监测器，实时监测电池的电量，也可以是基于其他监测方式的电量监测装置。在LED显示单元440，即用于显示的显示屏上分划有用于显示电池电量的区域，用于在使用时显示电池电量。

如图2和图3所示，整个设备集成安装在一个箱式机壳100内，机壳100的正面设置输出端口320和LED显示单440的显示屏，机壳100的后端设置有电池仓101用于安装电池201，在电池仓101的侧边设置有航空插头接口102以方便使用，在机壳100的上端设置有提手103方便携带和移动。此外，控制开关240及指示灯250可以采用一体式开关指示灯，将两者集成在一起设置在机壳100的背面。

本发明中的七路微弱电流源采用基于电阻式电流发生器的技术。采用精密电压源和精密高值电阻器产生高准确度直流小电流的输出。通过负反馈调整电路，根据采样电阻两端的电压及时调整激励电压，修正负载对输出电流的影响，实现微弱电流稳恒输出。带反馈的微弱电流电路,可以提高恒流源的工作性能。实现7路微弱电流源并输出7个通道微电流信号，并且满足信号精度要求，内在高精度电压源，自带液晶屏幕显示通道，不需要额外的电压源和电流表辅助测试，并且由于专用于核电站堆芯核测系统通道测试，将输出电流信号输出值固定在一定范围，可以节约大量安装空间，使得设备集成度更高，实现了小体积多通道，电池供电，现场接线简单，提高测试效率。设备内部采集7个通道电流输出值，并通过LED显示屏对外通过预制线缆输出给现场设备，信号输出值同需求保持一致。此外，本发明通过一个设备实现了高精度电压源、高精度电流表和专用模拟测试盒等三个设备的功能，降低设备投入成本，简化测试环境搭建，设备体积小、便携，简化现场搬运安装，提高测试效率。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：包括供电模块（200），电流源模块（300）和检测显示模块（400）；

所述供电模块（200）包括

检测供电单元（210），与所述检测显示模块（400）连接，用于给所述检测显示模块（400）供电；

电压基准源供电单元（220），通过电压基准源（221）与所述电流源模块（300）连接，用于给所述电流源模块（300）提供电压电源；

电阻调节供电单元（230），与所述电流源模块（300）连接，用于给所述电流源模块（300）提供控制用电源；

所述电流源模块（300）包括

基于电阻式电流发生器的电流源电路（310），七路所述电流源电路（310）并联设置；所述电流源电路（310）包括串联设置的固定电阻（311）和精密高值电阻器（312）；

输出端口（320），与所述电流源电路（310）的输出端连接，用于与堆芯仪表的信号通道连接；

信号放大电路（330），与所述电流源电路（310）连接，用于对所述电流源电路（310）进行电压采样并反馈给所述检测显示模块（400）；所述检测显示模块（400）根据反馈的采样电压调节所述电流源电路（310）上的负载输出电流；

所述检测显示模块（400）包括

串行总线（410），与所述信号放大电路（330）的信号输出端口连接；

电流采样数据处理单元（420），与所述串行总线（410）连接，包括微型处理器；

电流数值显示控制单元（430），与所述电流采样数据处理单元（420）连接；

LED显示单元（440），与所述电流数值显示控制单元（430）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述供电模块（200）还包括

电池（201）；

控制开关（240），一端与所述电池（201）连接，另一端分别与所述检测供电单元（210）、电压基准源供电单元（220）、电阻调节供电单元（230）连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述控制开关（240）与所述检测供电单元（210）、电压基准源供电单元（220）、电阻调节供电单元（230）之间还设有指示灯（250）。

4.根据权利要求1所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述信号放大电路（330）包括

仪表放大器（331），其正负输入端并联在所述电流源电路（310）的一固定电阻（311）两端；

模数转换器（332），其输入端与所述仪表放大器（331）的输出端连接、输出端与所述检测显示模块（400）连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述检测显示模块（400）还包括

电池电量检测单元（450），与所述供电模块（200）并联，用于检测所述供电模块（200）内的电池电量并通过所述LED显示单元（440）显示。

6.根据权利要求5所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述电池电量检测单元（450）包括一基于电压监测的监测器。

7.根据权利要求1所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：还包括

箱式机壳（100），其壳体正面设有所述输出端口（320）和所述LED显示单元（440）的显示屏，其壳体背面设有电池仓（101）和航空插头接口（102），其顶端设有提手（103）。

8.根据权利要求7所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述箱式机壳（100）的壳体背面还设有控制开关（240）和指示灯（250）。

9.根据权利要求1所述的一种用于核电堆芯核测系统的多通道高精度微电流源，其特征在于：所述LED显示单元（440）包括LED显示屏。

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