一种自校准式棒位测量装置

摘要

一种自校准式棒位测量装置，属于反应堆的棒位测控技术领域，其特征在于，由测量参比管、测量芯棒、现场测量单元和信息处理单元构成，现场测量单元含有：装在测量参比管内的节流装置，装在测量参比管下端内侧壁上的一根引压管和分别装在节流装置上下侧的两根引压管，和分别连接两对相邻引压管的两个差压变送器，压力变送器；信息处理单元包括A/D转换电路和工业计算机，工业计算机根据测量得到的差压值与对应工况下校准测量点曲线中存储的空管测量压差和满管测量压差，计算得到测量芯棒从初始位置向上运动的距离，即得到棒位位置信息，本装置可以在线更新校准测量点曲线中存储的信息实现自校准，本发明具有体积小，易维护和自校准的优点。

主权项

一种自校准式棒位测量装置，其特征在于，含有：一根测量参比管、一根测量芯棒、现场测量单元以及信息处理单元，其中：测量参比管，上部外侧连接有一个出口引流管，是冷却剂的出口端，该测量参比管下端开口是所述冷却剂的入口端，该测量参比管中来自反应堆冷却系统中的冷却剂在入口端处的压力高于出口端处的压力；测量芯棒，在下端同轴地连接着控制棒驱动轴，在所述控制棒驱动轴带动下，所述测量芯棒在所述测量参比管内部做上下往复运动；现场测量单元，含有：节流装置，依次连接的温度传感器和温度变送器，三根引压管，即0号引压管(F0)，1号引压管(F1)和2号引压管(F2)，两个差压变送器，即0号差压变送器(G0)和1号差压变送器(G1)，还有一个压力变送器，其中：节流装置，位于所述测量参比管内，位于所述出口引流管下方；0号引压管(F0)，连接到靠近所述测量参比管冷却剂入口端且贯穿所述测量参比管壁面的开孔处；2号引压管(F2)和1号引压管(F1)分别连接在靠近所述测量参比管中安装的所述节流装置上、下两端面且贯穿所述测量参比管壁面的开孔处；0号差压变送器(G0)两输入端取压口分别连接到0号引压管(F0)和连通1号引压管(F1)的管路上，1号差压变送器(G1)两输入端取压口分别连接到连通1号引压管(F1)的管路和2号引压管(F2)；压力变送器的输入端取压口连接在连通所述1号引压管(F1)的管路上；温度传感器，位于所述测量参比管内部且在所述节流装置上方空间中，其输出端与所述温度变送器的输入端相连；所述测量芯棒不与所述控制棒驱动轴连接的上端面在所述测量参比管内部进行上下往复运动的范围为：0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线之间；信息处理单元，由A/D转换电路与工业计算机依次连接构成，其中：A/D转换电路，设有：温度信号输入端，连接所述温度变送器的输出端，从所述温度变送器输入所述测量参比管内部冷却剂温度的模拟量值；0号差压信号输入端，连接所述0号差压变送器(G0)的输出端，从所述0号差压变送器(G0)输入所述测量参比管内部冷却剂在所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔与1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔处之间差压的模拟量值；1号差压信号输入端，连接所述1号差压变送器(G1)的输出端，从所述1号差压变送器(G1)输入所述测量参比管内部冷却剂在所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔与2号引压管(F2)在所述测量参比管内壁上开孔处之间差压的模拟量值；压力信号输入端，连接所述压力变送器的输出端，经所述压力变送器输入所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔处的所述冷却剂压力的模拟量值；工业计算机，输入从所述A/D转换电路输出端得到的对应所述A/D转换电路输入端取得的各种模拟量值的数字信号值，其存储器内部预先存储有水和水蒸汽热力性质国际工业标准IAPWS-IF97的数据表；所述棒位测量装置使用前，按照如下步骤进行校准操作：步骤(1)：定义空管测量压差(ΔPe)，满管测量压差(ΔPf)和流动雷诺数(Re)如下：ΔPe：在所述测量参比管竖直安装情况下，所述测量芯棒上端面位于所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线位置处，即所述测量参比管内部在所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线之间部分没有所述测量芯棒存在情况下，所述0号差压变送器(G0)测量得到的所述测量参比管内部在所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线位置之间冷却剂流动产生的差压值；ΔPf：在所述测量参比管竖直安装情况下，所述测量芯棒上端面位于所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线位置处，即所述测量参比管内部在所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线之间部分全部有所述测量芯棒存在情况下，所述0号差压变送器(G0)测量得到的所述测量参比管内部在所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线位置之间冷却剂流动产生的差压值；Re：表示所述测量参比管内部冷却剂流动状态的流动雷诺数，按下式计算： R e = ρ u d D h μ 其中：ρ：所述测量参比管内部冷却剂的密度，根据所述测量得到的冷却剂温度值和压力值查找水和水蒸汽热力性质国际工业标准IAPWS-IF97得到；μ：所述测量参比管内部冷却剂的粘度，根据所述测量得到的冷却剂温度值和压力值查找水和水蒸汽热力性质国际工业标准IAPWS-IF97得到；Dh：所述节流装置中间测量孔的等效水力学直径，由节流装置结构给定；ud：所述节流装置中间测量孔内部的冷却剂流速，按如下公式计算： u d = C t ϵ 1 - β 4 2 Δ P 1 ρ 其中：ε：冷却剂膨胀系数，由所使用的冷却剂特性确定；ΔP1：所述1号差压变送器(G1)测量得到的所述测量参比管内部在所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与所述2号引压管(F2)在所述测量参比管内壁上开孔中心线位置之间冷却剂流动产生的差压值；Dp：所述测量参比管内部流道的等效水力学直径，由测量参比管的结构给定；β：节流装置流道直径比，按如下公式计算： β = D h D p Ct：节流装置流出系数，按如下公式计算： C t = 0.5959 + 0.0312 β 2.1 - 0.1840 β 8 + 0.0029 β 2.5 × ( 10 6 R e ) 0.75 所述Ct与Re通过循环迭代计算得出；步骤(2)：调节所述测量芯棒在所述测量参比管内部的位置，使得所述测量芯棒上端面位于所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线处，即测量芯棒运行到棒位测量装置的初始位置，也即测量芯棒可以达到的最低位置，在稳定的冷却剂温度、压力和冷却剂流动状态下，测量并记录所述空管测量压差ΔPe，1号差压变送器(G1)测量得到的差压值ΔP1以及计算得到的相应流动雷诺数Re；步骤(3)：调节所述测量芯棒在所述测量参比管内部的位置，使得所述测量芯棒上端面位于所述1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线处，即测量芯棒运行可以达到的最高位置，在稳定的冷却剂温度、压力和冷却剂流动状态下，测量并记录所述满管测量压差ΔPf，1号差压变送器(G1)测量得到的差压值ΔP1以及计算得到的相应流动雷诺数Re；步骤(4)：调节进入所述测量参比管内部流道的冷却剂流量大小；重复步骤(2)～步骤(4)操作，对于任意在上述操作中测量得到的所述流动雷诺数Re和对应所述1号差压变送器(G1)测量得到的差压值ΔP1的参数组合，都有唯一对应的一个所述空管测量压差ΔPe或者所述满管测量压差ΔPf，如此就得到一系列对应所述流动雷诺数Re和所述1号差压变送器(G1)测量得到的差压值ΔP1的参数组合的分别由所述空管测量压差ΔPe和所述满管测量压差ΔPf构成的校准测量点曲线，将上述得到的一系列校准测量点曲线存储于所述工业计算机的存储器中；所述棒位测量装置工作时，所述工业计算机，依次按照以下步骤实现所述棒位测量操作：步骤(1′)：所述工业计算机初始化，读入各测量计算所需常数和设定参数；步骤(2′)：根据输入的温度信号值和压力信号值，查找预先存储的水和水蒸汽热力性质国际工业标准IAPWS-IF97的数据表，得到对应冷却剂的密度ρ和粘度μ；步骤(3′)：根据预先设定的一个流动雷诺数Re，计算节流装置流出系数Ct；步骤(4′)：根据输入的对应所述1号差压变送器(G1)测量得到的差压值ΔP1，以及预先输入的冷却剂膨胀系数ε，节流装置流道直径比β，步骤(3′)得到的所述节流装置流出系数Ct和步骤(2′)得到的冷却剂的密度ρ，计算得到冷却剂流速ud；步骤(5′)：根据步骤(2′)得到的冷却剂的密度ρ和冷却剂的粘度μ，以及预先输入的所述节流装置中间测量孔的等效水力学直径Dh，和步骤(4′)得到的冷却剂流速ud，计算得到新的流动雷诺数Re；步骤(6′)：将步骤(5′)得到的流动雷诺数Re带入步骤(3′)，重复步骤(3′)～步骤(5′)直至相邻两次获得的流动雷诺数Re的变化量的绝对值小于1％的流动雷诺数Re大小为止，记录最后一次计算得到的流动雷诺数Re；步骤(7′)：根据步骤(6′)得到的流动雷诺数Re和步骤(4′)得到的所述1号差压变送器(G1)测量得到的差压值ΔP1的参数组合，在预先存储的校准操作步骤(4)得到的一系列校准测量点曲线中通过插值的方法得到对应的所述空管测量压差ΔPe和所述满管测量压差ΔPf；步骤(8′)：根据输入的对应所述0号差压变送器(G0)测量得到的所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔与1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔处之间的差压值ΔP0，预先输入的所述测量参比管内部在所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线与1号引压管(F1)在所述测量参比管内壁上开孔中心线之间部分的长度L0，以及步骤(7′)得到的所述空管测量压差ΔPe和所述满管测量压差ΔPf，所述工业计算机按照如下公式计算测量芯棒上端面从所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线处的初始位置向上运动的距离La，由于所述0号引压管(F0)在所述测量参比管内壁上开孔中心线处的初始位置是已知值，得到测量芯棒上端面从所述初始位置向上运动的距离即得到了当前的棒位信息； L a = L 0 ΔP 0 - ΔP e ΔP f - ΔP e 步骤(9′)：工业计算机可以进一步将得到的棒位信息存储并输出。