CN1147677A

CN1147677A - 地址码反应堆控制棒棒位测量系统

Info

Publication number: CN1147677A
Application number: CN95116462A
Authority: CN
Inventors: 李德重
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: CN1120502C

Abstract

一种地址码反应堆控制棒棒位测量系统，其特征是：相邻测位线圈的间距为2倍控制棒步长，每个测位线圈输出1位代码信号；控制棒驱动轴用非导磁材料和导磁材料交替排列加工，驱动轴与控制棒机械连接，同步运动。将测位线圈输出的代码当作地址码处理，地址码与棒位对应。用双电平比较器产生棒位代码信号和线圈故障信号，实现了棒位探测器线圈的故障检测。本发明正确显示控制棒的位置，可以应用于低温堆和压水堆控制棒棒位测量，也可用于一切往复运动部件端点位置测量。

Description

地址码反应堆控制棒棒位测量系统

本发明属核反应堆领域，尤其涉及核反应堆控制棒棒位测量以及一切往复运动部件端点位置测量。

本发明是中国专利CN92103620.5“自编码数字式棒位测量系统”的改进。

反应堆控制棒系统是核反应堆工程中最重要的系统之一，它是核反应堆堆内构件中的唯一可动部件，提升或下降控制棒来实现堆内核反应过程的中子平衡。开堆、功率调节、稳态运行和正常停堆都是通过控制棒实现的，正确可靠地测量并指示控制棒在堆内位置是极其重要的。控制棒棒位测量方法的研究一直随核反应堆工程的发展而发展。目前，压水堆和核电站广泛使用的多线圈-线圈编码式棒位测量系统就是根据美国专利US3858191设计制造的。

尽管多线圈-线圈编码式棒位测量系统对目前的核反应堆工程是适用的，但它的棒位探测器的线圈数量太多，每个线圈只能探测一点位置。为了减少信号引出线数量，线圈间要按格雷码编码方式两两差动连接，使得棒位探测器的线圈绕制工艺非常复杂，容易产生断路或短路故障。其次，由于每一位信号输出线上连接着多个线圈，一个线圈的故障将导致棒位指示错误，该系统又很难检测棒位探测器中单个线圈故障。压水堆和核电站的棒位探测器安装在压力壳外，工作人员很容易检修更换棒位探测器。近年来，从核反应堆的安全性出发，要求将控制棒驱动机构和棒位探测器放入压力壳内，清华大学建造的低温核供热堆采用水力学驱动控制棒，实现了控制棒驱动机构放入压力壳内的要求，如何实现棒位探测器入堆是一个急待解决的课题。

中国专利CN92103620.5“自编码数字式棒位测量系统”的棒位探测器由于线圈少，每位信号线都是单线圈输出，因而线圈绕制工艺非常简单，可以实现棒位探测器入堆要求。但是，根据该专利设计制造的棒位探测器有过渡区存在，过渡区内的输出代码与棒位真值代码重合导致产生错误显示。因而，自编码数字式棒位测量系统只适用于步进式运动部件端点位置测量，它要求步进式运动的步距大于棒位探测器的过渡区。否则，可能出现错误显示。

本发明的目的在于：提供一种棒位测量系统，它克服了“自编码数字式棒位测量系统”的不足，具有无重码、无误码的特点，既适用于步进式运动部件端点位置测量，也适用于连续运动部件端点位置测量，在控制棒运动的全行程内正确显示控制棒位置。

本发明如图1所示，由棒位探测器1，信号变送器4，数据处理单元10和显示屏11组成，其中棒位探测器1包括线圈组2和控制棒驱动轴3，线圈组2中有初级线圈，补偿线圈和N个测位线圈。信号变送器4包括交流电源9，放大单元5，整流单元6，比较单元7和开关电平输出单元8，其特征在于：上述线圈组2中的测位线圈N为不小于5的正整数，两个相邻测位线圈的间距为二倍控制棒测点间步长。上述控制棒驱动轴3由分段的导磁材料和非导磁材料交替排列组成，M为包括第一段材料的奇数段的段数，M₁为包括第二段材料的偶数段的段数，导磁材料和非导磁材料的段数与测位线圈N的关系式为：当N为奇数时，

M = \frac{1}{2} (N - 1)

，当N为偶数时，

M = \frac{1}{2} (N - 2)

；M₁＝M-1。第一段材料的长度为A，A为不小于3的奇数倍控制棒步长，以下与第一段相同材料的各段长度为(A+4B)倍控制棒步长，B为从1开始的自然数序列。最后一段与第一段相同材料的长度可以任选。驱动轴两端以外的材料，应与第二段材料相同，其长度应大于2N倍控制棒步长。

第二段材料以及以后与第二段相同材料的长度满足关系式[2(N-2)-A-4(B-1)]倍的控制棒步长。比较单元7采用双电平比较器，即为高电平比较器和低电平比较器，低电平比较器输出棒位地址信号，高电平比较器输出线圈故障信号，从而实现N个信号线圈输出2N个开关电平信号。

线圈组2包含1个初级线圈，N个测位线圈和1个补偿线圈，N必须大于5，每个线圈都是环形，安装在驱动轴3运动轨道上方，承压罩外边，与驱动轴同心。驱动轴与控制棒机械连接，同步运动。驱动轴通过测位线圈时，由导磁材料和非导磁材料的位置决定了相应测位线圈输出信号幅值，经过简单处理以后得到标准开关电平。即：每个测位线圈可以输出一个二进制代码，线圈组2的输出代码与控制棒位置对应。在数据处理单元10中，将线圈组2的输出代码看成地址码，由N位地址总线可形成2^N字节地址，由控制棒棒位所产生的地址码小于N位地址线所形成的地址空间，每个棒位所输出的地址单元中，存放控制棒棒位值。我们称过渡区内的输出代码为“伪码”，伪码也占一个地址，在伪码地址内也存放控制棒的实际棒位值，只要伪码地址为棒位地址不重合，就不会产生错误显示，实现了棒位探测器1的输出代码与控制棒棒位相对应。

线圈组2中的相邻线圈间间距为2倍控制棒测点间步长，也就是探测棒位的分辨率。测位线圈数量由控制棒行程和分辨率决定，也就是说，测位线圈数由要求的测点数决定，但测位线圈数不能小于5，小于5无法形成导磁材料、非导磁材料或非导磁材料、导磁材料交替排列的驱动轴，测位线圈数的上限没有限制，完全由要求的测点数决定，在核电站控制棒棒位测量系统中，有7个或8个测位线圈就够了。

若驱动轴3的第一段为导磁材料，那么，导磁材料段的最小长度为3倍控制棒步长，其它各段的长度按4倍控制棒步长的增量累加，即各段长度为3倍控制棒步长，7倍控制棒步长，11倍控制棒步长，……其导磁材料的段数多少受测位线圈数N的约束，导磁材料段数M与测位线圈数N有如下关系式：当N为奇数时

M = \frac{1}{2} (N - 1)

当N为偶数时

M = \frac{1}{2} (N - 1)

非导磁材料段数比导磁材料段数少1，非导磁材料的最小长度也为3倍控制棒步长。其它各段长度也按4倍控制棒步长增加，对包含N个测位线圈的棒位探测器而言，非导磁材料段的长度相应为[2(N-2)-3]倍控制棒步长，[2(N-2)-7]倍……控制棒步长。

驱动轴3可以按原码设计，也可以按反码设计，按反码设计的驱动轴3，其相应的导磁材料和非导磁材料互换。

线圈组2的初级线圈，补偿线圈和测位线圈的引出线直接与信号变送器4连接。信号变送器4包括交流电源9，放大单元5，整流单元6，比较单元7和开关电平输出单元8。其中交流电源为棒位探测器1的初级线圈提供激励源，补偿线圈和测位线圈的输出线都连接到信号变送器4的放大单元5。比较单元7采用双电平比较器，即高电平比较器和低电平比较器，低电平比较器输出棒位地址信号，高电平比较器输出线圈故障信号，从而实现了N个测位线圈输出2N个开关电平信号。开关电平输出单元8同时输出棒位地址信号和线圈故障信号。信号变送器4输出的棒位地址信号和线圈故障信号直接与数据处理单元10连接。数据处理单元10是一块智能化电路板，它的最小系统包括中央处理器8031，程序存储器2764，地址锁存器8282，除此以外，它还有输入/输出并行接口8255和其它一些必要的芯片。地址码到显示码的转换通过软件实现。自然，也可以用其它智能化数据处理电路板。

经过数据处理单元10译码以后的显示码以及其它显示信号都送往显示屏11，根据要求可以设计各种形象化的棒位显示装置。

本发明的优点在于，减少了棒位探测器的线圈数量，简化了线圈绕制工艺，提高了棒位探测器的可靠性，在控制棒运动的全程内正确显示控制棒位置，可以实现棒位探测器入堆要求，其次，本发明还实现了线圈故障检测与报警，保证整套棒位测量系统的可靠性，它不仅可以用于低温堆水力学驱动控制棒系统的棒位测量，更可以用于压水堆磁力驱动控制棒系统的棒位测量，也可用于一切往复运动部件端点位置测量。

实施例1：图2为本发明实施例，33测点棒位探测器原理图。某核电站的棒位测量系统有32个测点，采用本发明设计，根据测点数量，线圈组2有7个测位线圈L₀～L₆，1个补偿线圈L_c，测位线圈按2倍控制棒步长间距顺序排列，补偿线圈放在控制棒行程以外，初级线圈可以与补偿线圈，测位线圈同轴绕制，也可以分绕在补偿线圈和每个测位线圈两端，驱动轴按原码设计，导磁材料选用1Cr13，非导磁材料选用1Cr18Ni9Ti，根据前述可知，驱动轴第一段为导磁材料，共包含3段导磁材料和2段非导磁材料，导磁材料的长度分别为3、7、11倍控制棒步长。非导磁材料的长度分别为7、3倍控制棒步长。D₀～D₆为相应测位线圈的输出波形，标尺表示从0-32共33个测点。表1为7个测位线圈地址码真值表，表2为7个测位线圈地址码分布表。

实施例2：本实施例按反码设计、线圈组2、导磁材料、非导磁材料都与实施例1相同，驱动轴第一段为非导磁材料，共包含3段非导磁材料和2段导磁材料，非导磁材料的长度分别为3、7、11倍控制棒步长，导磁材料的长度分别为9、5倍控制棒步长，表3为8个测位线圈真值表，表4为8个线圈地址码分布表。

附图说明：

图1为本发明示意图。

图中，1、棒位探测器

2、线圈组

3、驱动轴

4、信号变送器

5、放大单元

6、整流单元

7、比较单元

8、开关电平输出单元

9、交流电源

10、数据处理单元

11、显示屏

图2为本发明实施例33测点棒位探测器原理图。

图中，2、线圈组

3、驱动轴

L_c补偿线圈

L₀～L₆ 7个测位线圈

D₀～D₆ 测位线圈输出波形附表如下：表1为7个测位线圈地址码真值表。

表2为7个测位线圈地址码分布表。

表3为8个线圈地址码真值表。

表4为8个线圈地址分布表。

表中： #表示棒地址

$表示伪码地址。

表1 7个线圈地址码真值表

棒位	二进制码	十六进制码	伪码
棒位	二进制码	十六进制码	伪码	32313029282726252423222120191817161514131211109876543210	1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 11 1 0 0 1 1 11 1 1 0 1 1 11 1 1 0 0 1 11 1 1 1 0 1 10 1 1 1 0 0 10 1 1 1 1 0 10 0 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 00 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 1 10 0 0 0 1 1 11 0 0 0 1 1 11 0 0 0 0 1 11 1 0 0 0 1 10 1 0 0 0 0 10 1 1 0 0 0 10 0 1 0 0 0 00 0 1 1 0 0 00 0 0 1 0 0 00 0 0 1 1 0 00 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 1	7C7E3E3F1F5F4F6F6777737B393D1C1E0E0F0747436321311018080C0406020301	3B，791D，3C23，6111，30

表1

表2 7个线圈地址码分布表

H/L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
H/L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F	0 # # # # # # # # # #1 # $ # # $ # #2 # $3 $ # # $ $ # # #4 # # #5 #6 $ # # #7 # # $ # # #

表2

表3 8个线圈地址码真值表(反码)

棒位	二进制码	十六进制码	伪码
棒位	二进制码	十六进制码	伪码	38373635343332313029282726252423222120191817161514131211109876543210	0 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 11 1 0 0 0 0 0 11 1 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 00 0 1 1 0 0 0 00 0 1 1 1 0 0 00 0 0 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 0 01 0 0 0 1 1 1 01 0 0 0 0 1 1 01 1 0 0 0 1 1 11 1 0 0 0 0 1 11 1 1 0 0 0 1 11 1 1 0 0 0 0 11 1 1 1 0 0 0 11 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 00 1 1 1 1 0 0 00 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 0 01 0 1 1 1 1 1 01 0 0 1 1 1 1 01 1 0 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 0 0 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 0 0 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 0 0 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 0	07038381C1C0E060703038181C0C8E86C7C3E3E1F1F0F8787C3CBE9EDFCFEFE7F7F3FBF9FDFCFE	8C，0EC6，87BC，3EDE，9F

表3

表4 8个线圈地址码分布表(反码)

H/L	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
H/L	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F	0123456789ABCDEF	# # # $# ## # # $## # ## # # $ $ ## $$ ## # # $ # #$ ## # # # ## # # # # # # # # #

表4

Claims

1、一种由棒位探测器，信号变送器，数据处理单元和显示屏组成的地址码反应堆控制棒棒位测量系统，上述棒位探测器包括线圈组和控制棒驱动轴，线圈组包括初级线圈，补偿线圈和N个测位线圈，线圈组安装在驱动轴运动轨道上方，与驱动轴同心，上述信号变送器包括交流电源，放大单元，整流单元，比较单元和开关电平输出单元，线圈组直接与信号变送器连接，信号变送器输出的地址信号和线圈故障信号直接与数据处理单元连接，经过数据处理单元译码以后的显示码以及其他显示信号都送往显示屏，其特征在于：

(1)上述线圈组中的测位线圈N为大于5的正整数，两个相邻测位线圈间距为二倍控制棒测点间的步长；

(2)上述控制棒驱动轴由分段的导磁材料和非导磁材料交替排列加工而成，M为包括第一段材料奇数段的段数，M₁为包括第二段材料的偶数段的段数，导磁材料和非导磁材料的段数与测位线圈N的关系式为：当N为奇数时，

M = \frac{1}{2} (N - 1)

，当N为偶数时，

M = \frac{1}{2} (N - 2)

；M₁＝M-1。第一段材料的长度为A，A为大于3的奇数倍控制棒步长，以下与第一段相同材料的各段长度为(A+4B)倍控制棒步长，其中B为从1开始自然数序列，第二段材料以及以后与第二段相同材料的长度满足关系式[2(N-2)-A-4(B-1)]倍的控制棒步长；

(3)上述比较单元采用高电平比较器和低电平比较器，低电平比较器输出棒位地址信号，高电平比较器输出线圈故障信号，从而实现N个信号线圈输出2N个开关电平信号。