книги из ГПНТБ / Боланд Дж. Приборы контроля ядерных реакторов (внутризонные)

ревых токах обладает некоторыми потенциальными преимущест­ вами.

1. Для него не требуется высокотемпературного ферромаг­ нитного материала, потому что.этот прибор с достаточной сте­ пенью чувствует положение любого хорошего электрического проводника.

2. Для датчиков необходимо только два проводника, если

токах этого типа применялись для измерения толщины смазы­ вающих пленок в подшипниках с жидкометаллической смаз­ кой [12]. Они не нашли широкого применения в радиационных условиях, но нет причин, по которым их нельзя было бы при­ способить к таким условиям. Датчик на вихревых токах мож­ но также подсоединить через трансформатор к внешним провод­ никам с помощью устройства, показанного на рис. 5.4.

Датчик перемещений на вихревых токах с дистанционирующим изолятором между обмоткой и плоской металлической пру­ жиной, поддерживающей постоянное .расстояние между ней и обмоткой, испытывался в реакторе TREAT с целью определить его пригодность для использования в капсулах при испытаниях в будущем. Данные испытаний представлены на рис. 5.6. Дат-

80

чик, очевидно, будет применяться для измерения перемещений

обеспечения взаимной компенсации эффектов облучения и на­

5.Weltevreden P. In-Pile Application of Strain Gauges Preliminary Results. ERATUM Report EUR-1649, E, Joint Nuclear Research Center Ispra Establishment, Italy, 1966.

Глава шестая

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ ЖИДКОСТИ

6.1.ВВЕДЕНИЕ

Кнастоящему времени сконструированы и много лет успеш­ но используются в технологических процессах самые различные

типы детекторов уровней жидкости [1, 2]. Большинство из них по той или иной причине оказались непригодными для приме­ нений в ядерных реакторах, и последние работы [3, 4] свиде­ тельствуют о том, что в новых условиях необходимы совершенно другие типы детекторов уровней жидкости. Механизмы поплав­ кового типа обычно считаются неприемлемыми, потому что заедание поплавка дает сигнал, который нельзя отличить от действительного сигнала уровня. Если измерения уровня жидко­ сти являются частью системы аварийной защиты реактора, то прибор должен обладать очень высокой надежностью и в случае повреждений должен подавать сигнал, отличный от обычного сигнала.

Емкостные, пьезоэлектрические, потенциометрические, элект­ ролитические, ионизационные, механико-оптические и полупро­ водниковые детекторы уровня подвержены радиационному повреждению. При использовании этих детекторов возникают проблемы уплотнения и коррозии.

Ртутные манометры вообще неприемлемы, потому что случайное смешивание ртути с теплоносителем реактора могло

вреакторах ограничивается следующими типами:

1)дифференциальными датчиками давления;

2)датчиками на тепловом эффекте;

3)ультразвуковыми или звуковыми датчиками;

4)системами продувки газа;

5)индукционными, емкостными датчиками и датчиками на вихревых токах;

6)датчиками сопротивлений.

6.2.МЕТОДЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

Датчики дифференциального давления, устанавливаемые за пределами корпуса реактора, широко использовались для измерения уровня теплоносителя или замедлителя в корпусе

6* 83

реактора. Поскольку датчик можно устанавливать в местах с относительно низкими полями излучений, не существует проб­ лем, которые возникают в случае применения в ядерных реак­ торах.

Однако может потребоваться установка в корпусе реактора отводов давления ниже уровня активной зоны, что нежелатель­ но с точки зрения безопасности реактора. Применение диффе­ ренциальных датчиков давления для измерений в реакторах обсуждалось в гл. 4 и здесь рассматриваться не будет.

6.3. МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ЭФФЕКТЕ

Принцип, лежащий в основе работы всех датчиков уровня жидкости на тепловом эффекте, заключается в том, что тепло­ проводность жидкости больше теплопроводности газа пли пара. Любое устройство, имеющее нагреватель и термометр для опре-

Z

Рис. 6.1. Схема датчика уровня, действующего на теплозом принципе, с нагреваемой термопарой для измере­ ния уровня жидкости в фиксированной точке:

/ — термопара; 2—нагреватель; 3— неорганическая изоляция: 4 — трубка .

деления изменения температуры, вызванного изменением теплопроводности окружающей жидкости, могло бы в принципе служить в качестве датчика уровня. Очевидно, стационарно установленный датчик такого типа сконструировать значительно проще, чем устройство с непрерывным перемещением. Одна из возможных конструкций, предназначенных для применения в реакторах [5], показана на рис. 6.1. Если мощность, подводимая к нагревателю, действующему на принципе теплопроводности датчика, поддерживается постоянной, то температура трубки будет определяться средней температурой и свойствами тепло­ передачи окружающей среды. Датчик можно изготавливать из материалов, хорошо проверенных на термопарах, устанавливае­ мых в активной зоне.

84

6.4. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИЛИ ЗВУКОВЫЕ ДАТЧИКИ

Звуковые датчики уровня, основанные на принципе отраже­ ния звуковых волн от поверхности раздела двух сред с различ­ ными плотностями, использовались в некоторых отраслях про­ мышленности [1], но в литературе нет данных по приборам, применяемым в реакторах. Высокотемпературные радиационно-

контакте с жидкостями различных плотностей [4—6]. Посколь­ ку эти датчики не могут чувствовать расстояния между вибри­ рующей поверхностью и межфазной границей раздела жидко­ сти, ограничиваются измерениями в заданных точках, если дат­

Датчик регистрирует изменение электрического импеданса обмотки возбуждения, вызванное изменением акустической нагрузки мембраны при соприкосновении ее с поверхностью жидкости.

Перемещаемый ультразвуковой датчик уровня схематически показан на рис. 6.3. Ультразвуковой излучатель и чувствитель­ ные кристаллы можно расположить в местах с низкой темпера­

85

Рис. 6.3. Схема акустического уровнемера: (общая длина приблизительно 4,5 м; полезный диапазон из­ мерений: 711 мм (для активной зоны CSH—1В):

системе плюс максимальный напор жидкости, уровень которой измеряется, то дифференциальный датчик давления, включен­ ный между стояком и паровым пространством в корпусе, будет

86

радиочастот [4. 8—11]. Несмотря на то, что по-разному назы­ вают эти устройства: пробники пли датчики индуктивного типа, на принципе магнитного сопротивления или вихревых токов, принцип пх работы основан на наведении вихревых токов в проводящей жидкости. Поэтому эти датчики классифицируются здесь как датчики уровня жидкости на вихревых токах, и будет описано по одному датчику каждого из трех типов.

Датчик на принципе самоиндукции. Катушка самоиндукции вихревых токов была описана в гл. 4 и 5, и здесь принцип се работы рассматриваться не будет. Однако возникают другие проблемы, связанные с выбором материалов защитных чехлов датчиков и методов компенсации температурных зависимостей при измерениях уровня жидкости. Поскольку глубина проника­ ния вихревых токов является функцией проводимости и магнит­ ной проницаемости материала и частоты тока [2, I I ] , защитный чехол должен изготавливаться из парамагнитного материала, обладающего низкой электропроводностью. Нижний предел частоты определяется желаемой чувствительностью и допусти­ мым током системы.

В большинстве случаев выбор материала защитного чехла

защитного чехла, иначе паровая пленка на поверхности чехла может вносить большие погрешности в выходной сигнал датчика.

Датчик уровня па вихревых токах самоиндукции можно в принципе применять для непрерывного измерения уровня через короткие расстояния, но применение его для измерений уровня в Kopnvce реактора, вероятно, ограничивается работой в одной

88

шим. Изменения температуры в системе будут оказывать оди­ наковое влияние на обе обмотки и не вызывать изменения вы­

Рис. 6.6. Электрическая схема датчика на принципе взаимоиндукции вихревых токов для непрерывного из­ мерения уровня жидкости:

Для предупредительной сигнализации нижнего уровня по­ требуется несколько другое устройство, в котором, компенсиро­ ван температурный коэффициент сопротивления жидкости. В этом случае обычно необходимо измерять уровень жидкости двумя обмотками и определять потерянный контакт с помощьюверхней катушки. Во многих случаях катушка компенсации температуры может оказаться ненужной, потому что изменение индуктивности катушки при соприкосновении датчика с жид­ костью будет значительно больше, чем изменения самоиндукции, вызванные температурой или другими паразитными эффектами.

Датчик взаимоиндукции с двумя катушками. На рис. 6.6 схематически показан датчик уровня, работающий на принципе взаимоиндукции вихревых токов. Ток во вторичной катушке пропорционален взаимоиндукции между первичной и вторичной катушками. На их индуктивность влияет также проводимость материалов, находящихся рядом с катушками.

При выборе материала защитных чехлов, размера катушки и рабочей частоты руководствуются теми же соображениями, которые приводились выше для самоиндукционных датчиков. Такой датчик был разработан для использования в процессах

89*