CN1538464A - 基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统 - Google Patents
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Abstract
基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统，属于反应堆测控技术领域。为解决现有系统测量精度低、响应速度慢、不易维护的问题，本发明公开了一种新型棒位测量系统，该系统包括控制棒组件、链轮－链条装置，电涡流传感器、精密丝杠－螺母组件以及被测体，所述精密丝杠－螺母组件包括精密丝杠、螺母及支架，精密丝杠与链轮相连，被测体固定在所述螺母上，电涡流传感器包括传感器探头、信号传输电缆和前置放大器，信号传输电缆中间设有一个保证密封的和一回路压力边界相焊接的电气贯穿件，传感器探头与精密丝杠－螺母组件的支架固定连接，并与被测体对应。本发明测量精度高、响应速度快，运行稳定且易于维护，为反应堆的控制与安全运行提供了保障。
Description
技术领域
本发明属于反应堆测控技术领域，涉及一种反应堆控制棒的棒位测量系统，尤其涉及一种基于电涡流传感器的反应堆控制棒棒位测量系统。
背景技术
控制棒及其驱动机构是保证反应堆安全运行的重要装置。正常工况下，通过调节控制棒棒位，可以实现反应堆的正常启动与停闭，使反应堆在给定的功率水平运行或进行反应堆功率调节；在事故工况下，通过快速插入控制棒来降低堆芯反应性，从而实现紧急停堆。棒位测量系统是该装置中最重要的系统之一，其可靠性与安全性关系到整个反应堆的正常运行与安全。
目前全世界主要有以下高温气冷堆：美国的桃花谷和圣符仑堡高温气冷堆HTGR，德国的球床堆AVR，日本的高温气冷堆HTTR，以及中国的高温气冷堆HTR-10。以上这些反应堆的控制棒棒位测量系统均是将控制棒在堆芯中的移动距离转换为角度信号，然后利用自整角机(自动同步接收机)对此角度信号加以测量，因此其棒位测量系统一般包括以下部分：控制棒组件、链轮—链条装置、蜗轮—蜗杆组件以及自整角机系统，自整角机系统又包括信号传输电缆、电气贯穿件以及自整角机转换模块。其工作原理如下：链轮—链条装置中链条的一端与控制棒减震机构相连，另一端与控制棒的引棒相连，链轮转动驱动控制棒在堆芯内上、下移动；蜗轮—蜗杆组件与链轮—链条装置相连，并将链轮的转动转化为蜗轮的转动；自整角机与蜗轮相连，并将蜗轮的转角转换为三相交流电的相位差信号，该信号经传输电缆和电气贯穿件发送至自整角机转换模块，自整角机转换模块再将相位差信号转化为标准电信号传送给主控室，进行控制棒棒位显示和反应堆运行控制。但从加工制造及实际运行经验来看，现有棒位测量系统存在以下问题：①当自整角机转子转动超出一圈时，易于造成控制棒零点的丢失，为解决此难题，现有棒位测量系统中自整角机啮合旋转的角度均小于360°，以此来相当于棒的全行程，这显然放大了棒位测量的误差；②系统的响应速度较慢，从控制棒定位至棒位正确显示，时间一般在2秒以上，不利于反应堆的运行控制；③系统不具有互换性，由于蜗轮、蜗杆的啮合精度要求较高，以现有机械加工水平，只能进行两者的配制；另外每个自整角机转换模块只能针对各自的自整角机进行零点和满量程输出的调节，也无法进行互换，这对棒位测量系统发生故障后进行检修带来了极大的不便。④系统的校验与标定较为困难，由于控制棒的行程转换为自整角机的转角，显然，要对此转角进行精确测量是很困难的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有棒位测量系统中测量精度不高、响应速度慢、结构复杂、不易维护的问题，本发明提供了一种基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统。
本发明的技术方案如下：一种基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统，包括控制棒组件和链轮—链条装置，所述链轮—链条装置中链条的一端与控制棒减震机构相连，另一端与控制棒的引棒相连，链轮转动驱动控制棒在堆芯上、下移动，其特征在于：该系统还包括电涡流传感器、精密丝杠—螺母组件以及被测体，所述精密丝杠—螺母组件包括精密丝杠、螺母及支架，所述精密丝杠与所述链轮相连，所述被测体固定在所述螺母上，所述电涡流传感器包括传感器探头、信号传输电缆和前置放大器，所述的信号传输电缆中间设有一个保证密封的、和一回路压力边界相焊接的电气贯穿件，所述传感器探头与精密丝杠—螺母组件的支架固定连接，并与所述被测体对应。
所述的电气贯穿件包括与一回路压力边界焊接的不锈钢外壳、采用烧边焊固定在不锈钢外壳的可伐端板、采用707耐辐照玻璃烧结在可伐端板上的可伐接头、不锈钢或铜屏蔽层、位于所述电气贯穿件中心的可伐导体以及位于外壳侧面上的测泄管，所述可伐导体与不锈钢或铜屏蔽层之间填充聚砜进行绝缘，所述不锈钢或铜屏蔽层插接在可伐接头端部、所述可伐导体采用707耐辐照玻璃烧结在所述可伐接头的内侧。
所述的电涡流传感器探头采用陶瓷骨架和银导线线圈，以适应堆内高温、高压、发射性的氦气环境，保证电涡流传感器探头具有良好的温度稳定性和较强的抗辐射能力。
所述银导线线圈是经过耐高温的聚酰亚胺绝缘浸漆处理的。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：由于本发明的棒位测量系统中将电涡流传感器作为发射机进行控制棒棒位测量，因而使得整个测量系统的精度显著提高，电涡流传感器探头与被测体之间距离的动态分辨率可以达到0.1％，远高于自整角机系统2％的角度分辨率。电涡流传感器信号的极限传输频率为10kHz，因而其响应速度也较自整角机系统快，可以实现控制棒棒位的实时调节，增加了反应堆运行的安全性。精密丝杠—螺母组件比蜗轮—蜗杆组件结构简单，机械加工更容易达到设计精度，且丝杠与螺母无需配制，很容易满足互换性要求，另外前置放大器也可以在多个棒位测量系统中进行互换，其误差可以保证在允许的范围之内。在本发明中被测体的直线移动距离线性对应于控制棒在堆芯的移动距离，控制棒的零点即为电涡流传感器探头的最小探测距离，可以有效地避免控制棒零点的丢失。
附图说明
图1是本发明基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统结构示意图。
图2是电气贯穿件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明所提供的基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统包括电涡流传感器1、控制棒组件2、链轮—链条装置3、精密丝杠—螺母组件4以及被测体5组成，电涡流传感器1包括传感器探头6、带有电气贯穿件10的信号传输电缆7和前置放大器8，精密丝杠—螺母组件4包括精密丝杠11、螺母12及其支架13。电涡流传感器1是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移、振动传感器，可对进入其测量范围内的金属物体的运动参数进行精密的非接触测量。为适应堆内高温、高压、放射性的氦气环境，本发明中电涡流传感器的探头6应采用陶瓷骨架、银导线线圈，线圈还必须进行耐高温的聚酰亚胺绝缘浸漆，以使其具有较好的温度稳定性和抗辐射的特点。
另外，传感器探头6探测到的信号经信号传输电缆7穿越反应堆的一回路压力边界9才能和堆外的前置放大器8相连，因此信号传输电缆7中间必须设有一个保证密封的电气贯穿件10和一回路压力边界9相焊接。信号传输电缆7和电气贯穿件10应进行配制，以满足信号对信号传输电缆7的电容和屏蔽性的要求。电气贯穿件10由不锈钢外壳14、可伐端板15、707耐辐照玻璃16、不锈钢或铜屏蔽层17、可伐导体18、聚砜填充层19、测泄管20以及可伐接头21组成，不锈钢外壳14与一回路压力边界9相焊接，可伐端板15与不锈钢外壳14采用烧边焊，可伐端板15与可伐接头21以及可伐接头21与可伐导体18之间采用707耐辐照玻璃16烧结，不锈钢或铜屏蔽层17与可伐导体18之间填充聚砜19进行绝缘。被测体5采用铝板或钢板，与螺母12固定连接，电涡流传感器探头6与精密丝杠—螺母组件4的支架13固定连接，并与所述被测体对应。被测体5随控制棒在堆芯内的上、下移动而移动，移动距离由电涡流传感器探头6加以精密测量。被测体5的被测面尺寸应是传感器探头6的直径的3倍以上，以满足电涡流传感器1的测量和标定要求。
本发明的棒位测量系统的工作原理如下：链轮—链条装置3中链条的一端与控制棒减震机构相连，另一端与控制棒的引棒相连，链轮转动驱动控制棒在堆芯上、下移动；精密丝杠—螺母组件4与链轮—链条装置3相连，并将链轮的转动转化为被测体5的直线移动，被测体5的直线移动距离对应于控制棒在堆芯的移动距离，两者为严格的线性对应关系；被测体5的移动距离可由电涡流传感器1加以精确测量，电涡流传感器探头6的高频电信号经传输电缆7送至前置放大器8，前置放大器8再将此信号转化为标准电信号传送给主控室，进行控制棒棒位显示和反应堆运行控制。
由于本发明的棒位测量系统中将电涡流传感器作为发射机进行控制棒棒位测量，因而使得整个测量系统的精度显著提高，电涡流传感器探头与被测体之间距离的动态分辨率可以达到0.1％，远高于自整角机系统2％的角度分辨率。电涡流传感器信号的极限传输频率为10kHz，因而其响应速度也较自整角机系统快，可以实现控制棒棒位的实时调节，增加了反应堆运行的安全性。精密丝杠—螺母组件比蜗轮—蜗杆组件结构简单，机械加工更容易达到设计精度，且丝杠与螺母无需配制，很容易满足互换性要求，另外，前置放大器也可以在多个棒位测量系统中进行互换，其误差可以保证在允许的范围之内。本发明中控制棒的零点即为电涡流传感器探头的最小探测距离，可以有效地避免控制棒零点的丢失。
Claims (4)
1.一种基于电涡流传感器的控制棒棒位测量系统，包括控制棒组件和链轮-链条装置，所述链轮-链条装置中链条的一端与控制棒减震机构相连，另一端与控制棒的引棒相连，链轮转动驱动控制棒在堆芯上、下移动，其特征在于：该系统还包括电涡流传感器、精密丝杠-螺母组件以及被测体，所述精密丝杠-螺母组件包括精密丝杠、螺母及支架，所述精密丝杠与所述链轮相连，所述被测体固定在所述螺母上，所述电涡流传感器包括传感器探头、信号传输电缆和前置放大器，所述的信号传输电缆中间设有一个保证密封的、和一回路压力边界相焊接的电气贯穿件，所述传感器探头与精密丝杠-螺母组件的支架固定连接，并与所述被测体对应。
2.按照权利要求1所述的控制棒棒位测量系统，其特征在于：所述的电气贯穿件包括与一回路压力边界焊接的不锈钢外壳、采用烧边焊固定在不锈钢外壳的可伐端板、采用707耐辐照玻璃烧结在可伐端板上的可伐接头、不锈钢或铜屏蔽层、位于所述电气贯穿件中心的可伐导体以及位于外壳侧面上的测泄管，所述可伐导体与不锈钢或铜屏蔽层之间填充聚砜进行绝缘，所述不锈钢或铜屏蔽层插接在可伐接头端部、所述可伐导体采用707耐辐照玻璃烧结在所述可伐接头的内侧。
3.按照权利要求1或2所述的控制棒棒位测量系统，其特征在于：所述的电涡流传感器探头采用陶瓷骨架和银导线线圈。
4.按照权利要求3所述的控制棒棒位测量系统，其特征在于：所述银导线线圈是经过耐高温的聚酰亚胺绝缘浸漆处理的。
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