зора между торцами ВОЖ цилиндр 3 жестко закрепляется в корпусе 4 с помощью клея. Для настройки зазора в корпусе предусмотрено специальное окно.
Были изготовлены лабораторные образцы акселерометров, испытания которых проводились по разработанной методике, представленной в [1]. В результате получены следующие значения технических и метрологических характеристик.
Основные технические характеристики ВОА
Собственная резонансная частота, кГц..............5...6
Рабочий диапазон частот, Гц..............................10...1000
Рабочий диапазон ускорений, м/с ....................5...1000
Неравномерность АЧХ, %, не более.......... 12
Нелинейность АХ, %, не более..........................5
Коэффициент преобразования, мВ-с/м............0,01...0,02
Динамический диапазон, дБ............... 36
Диапазон рабочих температур, °С......................—60...+100
Дополнительная температурная
погрешность, %/°С............................................0,15
Масса, г..............................................................25
Полученные результаты показывают, что акселерометр, построенный на основе ВОП перемещений прямого типа, имеет более широкий частотный диапазон, чем волоконно-оптический акселерометр на основе ВОПП рефлектометри-ческого типа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дмитриев А. В., Юрин А. И, Красивская М. И. Волоконно-оптический датчик виброускорений // Приборы. — 2014. — № 2. — С. 7—9.
2. Дмитриев А. В, Красивская М. И., Юрин А. И. Исследование волоконно-оптических датчиков с внешней модуляцией // Датчики и системы. — 2013. — № 5. — С. 34—37.
УДК 681.586'36:681.128
ТЕРМОИНЕРЦИОННЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПОКАЗАНИЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ УРОВНЕМЕРОВ НА АЭС
THERMAL-INERTIAL DETECTOR TO READINGS VERIFICATION OF HYDROSTATIC LEVEL SENSORS
Калашников Александр Александрович
инженер 1 категории
E-mail: alexander_ak1987@mail.ru
Московский филиал "Центратомтехэнерго" АО "Атомтехэнерго", Москва
Аннотация: Рассмотрена проблема оценки достоверности показаний традиционно применяемых на АЭС гидростатических уровнемеров без их демонтажа. Предлагается способ, который основан на встраивании внутрь резервуара термоинерционного уровнемера, обладающего высокой точностью и возможностью его использования в качестве эталонного средства.
Ключевые слова: АЭС, АСУТП, измерение уровня в сосудах под давлением, термоинерционный принцип измерения уровня.
Kalashnikov A. A.
First Rank Engineer
E-mail: alexander_ak1987@mail.ru
Atomtechenergo Corporation, Moscow
Abstract: This paper is devoted to the readings verification of hydrostatic level sensors are used traditionally in nuclear power plants. Method is proposed here based on high accuracy thermal-inertial detectors are embedded into the technological vessel to obtain reference means.
Keywords: NPP, APCS, level measurement into pressure vessel, thermal-inertial method of level measurement.
ВВЕДЕНИЕ
С развитием программно-технических комплексов, входящих в структуру измерительных каналов, расширяются возможности вторичной обработки информационных сигналов и, как
следствие, расширяются возможности проведения корректировочных процедур [1].
Вопрос о правильности проведения корректировочных процедур и достоверности показаний измерительных каналов яв-
ляется ключевым при вводе в эксплуатацию вновь проектируемых и строящихся АЭС.
В частности, для измерительных каналов уровня в закрытых технологических емкостях под давлением/разряжени-
ем, где традиционно применяется гидростатический способ измерения, вносится коррекция показаний на плотность рабочей среды. С учетом специфики и условий АЭС проверка правильности таких корректировок сводится к выявлению рассогласования в показаниях между каналами, измеряющими уровень в одной и той же технологической емкости.
Однако, критерий наличия рассогласования не является достаточным: при идентичности корректировок и отсутствии рассогласования до их введения, оно будет отсутствовать и после. Для обеспечения адекватности проверки введенных корректировок возникает потребность в альтернативном способе измерения, обеспечивающем высокую точность измерения в условиях возмущений на объекте. Результаты сравнения с альтернативными показаниями позволяют, при необходимости, изменять параметры введенных корректировок.
Особая актуальность решения данной проблемы связана с развитием современной программы по увеличению мощности АЭС и переходу на восемнадцатимесячный топлив-но-ядерный цикл. К программе предъявляются повышенные требования по точности измерений, корректной работе технологических защит, блокировок и сигнализаций, к точности регулирования технологическим процессом.
В качестве альтернативного/эталонного способа предлагается применять термоинерционный метод измерения, который основывается на использовании различных характеристик
теплопередачи, проявляющихся при переходе тепла от нагреваемого тела к окружающей жидкой или воздушной среде.
Показания термоинерционного уровнемера в отличие от емкостных датчиков не зависят от диэлектрической проницаемости, устойчивы к возникновению масляных пленок на зондовой части. В отличие от ультразвуковых датчиков они устойчивы ко всем физико-химическим процессам, протекающим в состоянии насыщения воды и пара. Такие преимущества делают термоиннерционный уровнемер весьма привлекательным для решения задачи дискретного измерения уровня в закрытых технологических емкостях под давлением/разряжением.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ТЕРМОИНЕРЦИОННОГО
УРОВНЕМЕРА
На сегодня известно достаточное количество решений, где
уровень теплоносителя в реакторе измеряется с использованием различных характеристик теплопередачи [2—4]. В зон-довой части таких уровнемеров располагают с определенным шагом дифференциально включенные термопары во всем диапазоне контролируемого уровня. С помощью внешнего нагревателя осуществляется кратковременный нагрев одного из плеч каждой дифференциальной термопары. Уровень косвенно идентифицируется по отличию скорости остывания термопар в контролируемой и паровоздушной средах.
При этом возникает ряд причин, приводящих к недостоверности показаний, и для их компенсации требуется усложнять алгоритм измерений [4]. График выходных сигналов от дифференциальных термопар таких уровнемеров представлен на рис. 1.
Для решения задачи измерения уровня в технологичес-
Огклонение, вызванное
градиентом температур в воздушной с реле
Пар __ Отклонение, вызванное неравномерностью нагрева
Измеряемый уровень 1- ---
Контролируемая —
среда
- — Щ
V бвык -►
Рис. 1. График выходных сигналов от дифференциальных термопар в известных решениях:
к — уровень; Цвых — выходное напряжение с дифференциальных термопар
Рис. 2. Схема работы термоинерционного уровнемера
ких емкостях под давлением/разрежением предлагается иной уровнемер, который позволяет упростить алгоритм определения уровня, исключить причины, приводящие к недостоверности показаний, и снизить инерционность.
Схема, поясняющая принцип работы предлагаемого термоинерционного уровнемера, представлена на рис. 2.
В зондовой части уровнемера на внутренней поверхности герметичной полой трубки закреплены дифференциальные термопары, распределенные по всей высоте измеряемого уровня. С помощью схемы импульсного токового разогрева осуществляется нагрев обеих термопар в каждом дифференциальном включении. При остывании выходной сигнал от дифферен-
циальной термопары на границе раздела сред будет отличным от нуля, что позволяет идентифицировать текущий уровень.
Сравнительный график выходных сигналов от дифференциальных термопар в предлагаемом и известных решениях представлен на рис. 3.
Из графика видно, что в отличие от известных решений нагрев обеих термопар в каждом дифференциальном включении позволяет упростить алгоритм определения уровня. Применение импульсного токового нагрева вместо дополнительных нагревательных элементов позволяет обеспечить равномерность и точность подогрева термопар, уменьшить инерционность.
Для обеспечения наибольшей скорости остывания по нормали к поверхности зонда предъ-
является следующее требование к размеру шага дифференциальных термопар: он должен кратно превышать толщину корпуса зон-довой части уровнемера. С практической точки зрения оптимально сочетание: если шаг — 40 мм, то толщина стенки зонда не должна превышать 4 мм.
Подбор характеристик токового импульса нагрева зависит от типа термопар. При этом значение температурного нагрева токовым импульсом для каждого из термоэлектодов оценивается по формуле:
л? = тг/(Срп?1),
где I — ток импульса нагрева; и — напряжение нагрева; ? — длительность импульса нагрева; С — удельная теплоемкость термоэлектрода; р — плотность термоэлектрода; кг21 — объем нагреваемой части термоэлектрода; А? — температура нагрева.
Так, например, с учетом справочных данных И. Л. Ро-гельберга, В. М. Бейлина [5] по плотности и удельной теплоем-
Рис. 3. График выходных сигналов от дифференциальных термопар в предлагаемом и известных решениях:
к — уровень; ивых — выходное напряжение с дифференциальных термопар; — теория; — практика
Рис. 4. Пространственное расположение дифференциальных термопар:
а — с перекрытием большим, чем размер спая термопар; б — с минимальным перекрытием на размер спая; в — с интервалом/зазором между дифференциальными термопарами
кости термоэлектродов из хромели и алюмели при их диаметре 0,2 мм, длительности импульса 50 мс и подключении то-копроводящих проводников на расстоянии 1 см от нагреваемого спая при подводимой мощности в 1 Вт (2 В; 0,5 А) расчетный перегрев составляет примерно 20 °С, что является достаточным для проведения измерений.
Пауза между импульсами нагрева должна продолжаться до полного выравнивания температуры термопар. Для быстродействующих термопар показатель тепловой инерции составляет 1 с, возврат к исходной температуре (до нагрева) происходит за 4—5 таких интервалов [6], таким образом, пауза между импульсами нагрева должна составлять приблизительно 5 с.
Обеспечить контроль уровня во всем заданном диапазоне можно с помощью различного пространственного распол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.