作者簡(jiǎn)介：

    徐守萬(wàn)（1982-），男，江蘇宿豫人，學(xué)士，高級工程師，現任科瑞公司任產(chǎn)品經(jīng)理，主要研究方向為各類(lèi)傳感器、PLC、變頻器、伺服系統等應用和解決方案及自動(dòng)化系統工程解決方案。

    摘要：在核電工業(yè)中 ，應用專(zhuān)用傳感器對一回路系統和二次測回路水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和限位監控的成功解決方案。

    關(guān)鍵詞：核電 ；傳感器；液位計；抗核輻射

    1 引言

    隨著(zhù)國內經(jīng)濟的快速發(fā)展，新能源的強烈需求，低碳生活的強烈愿望，孕育出了核電工業(yè)快速發(fā)展的步伐。“ 據中新社報道，中國核電事業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展的新階段，“在役核電站繼續保持安全穩定運行，性能指標不斷改善”、“自主設計建造的二代改進(jìn)型核電新項目開(kāi)始批量建設”、“引進(jìn)技術(shù)的三代核電項目進(jìn)入實(shí)施階段”…… 國家發(fā)改委副主任、國家能源局局長(cháng)張國寶表示，發(fā)展核電在國際上是大勢所趨，中國各地發(fā)展核電積極性也很高。中國確定到2020年建成四千萬(wàn)千瓦核電目標在他看來(lái)比較保守，應該予以適當增加。”可見(jiàn)未來(lái)核電工業(yè)的發(fā)展有很大的技術(shù)挑戰性。

    2 科瑞液位測量系統

    隨著(zhù)高技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化控制要求不斷提高，在核電工業(yè)，專(zhuān)用傳感器的應用也隨之高速發(fā)展，科瑞傳感器研發(fā)的液位測量系統應運而生?？迫鹨何粶y量系統分為實(shí)時(shí)液位測量系統和限位測量系統，這個(gè)測量系統已經(jīng)成功應用于法國核電站項目中。

    2.1 現場(chǎng)應用剖析

    2.1 .1 在輻射環(huán)境中對水位的監測

    在核電站建造中，反應堆是核電站的關(guān)鍵設計，鏈式裂變反應就在其中進(jìn)行。反應堆種類(lèi)很多，核電站中使用最多的是壓水堆。

    壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動(dòng)下流過(guò)燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應堆，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，把熱量傳給二次側的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電。

    核反應堆是一個(gè)能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實(shí)現核能-熱能轉換的裝置。 核電廠(chǎng)用的壓水反應堆有一個(gè)厚厚的鋼質(zhì)賀筒形外殼，腰部有幾個(gè)進(jìn)水口和出水口，稱(chēng)為壓力容器，900兆瓦的壓水堆， 其壓力容器高12米，直徑3.9米，壁厚約0.2米。 壓力容器內是堆芯，堆芯由燃料組件和控制棒組件等組成。 水在它們的間隙中流過(guò)。水在此起兩個(gè)作用，一是降低中子的速度使之易于被鈾－235核吸收，二是帶出熱量。900兆瓦的壓水堆 一般裝有157個(gè)燃料組件，約含80噸二氧化鈾。

    從上述中可以看出 一回路的水中，含有輻射物質(zhì)，因此傳感器應具有防止輻射的干擾功能。

    按照客戶(hù)的要求，科瑞專(zhuān)門(mén)定制了應用于含輻射環(huán)境中的液位傳感器。這個(gè)傳感器采用不銹鋼和PEEK 外殼材質(zhì)，這兩種材質(zhì)都能滿(mǎn)足抗各類(lèi)輻射的要求。傳感器的探棒具有很強的抗壓功能和很高的測量精度，對于模擬量液位傳感器來(lái)講可達2％的測量精度，對于開(kāi)關(guān)量傳感器來(lái)講，限位在某一點(diǎn)，就在某一點(diǎn)，測量點(diǎn)只有5mm 范圍，測量精度很高。液位傳感器的探棒長(cháng)度可以按照用戶(hù)的需求來(lái)量身定做。

    在這個(gè)核電站中，對于液位的測量，供用到科瑞兩大類(lèi)液位傳感器。他們的應用有兩個(gè)方面，其一是對液位的實(shí)時(shí)監控——科瑞模擬量液位傳感器。其二是對液位的限位控制，包含高位、最高位、低位和最低位的4個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)－－科瑞開(kāi)關(guān)量液位傳感器。

    2.2科瑞液位傳感器測量原理

    2.2.1 采用科瑞專(zhuān)利測量原理－－3電極測量原理

    科瑞液位測量系統是采用3電極測量原理。3個(gè)電極分別為1 = Sending electrode、2 = Screening electrode 和3 = Measuring electrode。如圖1、圖2所示。

                 

                                                            圖1 3個(gè)電極原理 圖 2 

    這個(gè)原理幾乎可以徹底消除不良的寄生能力和他們的影響，這是不可避免地會(huì )出現在實(shí)際工作中，（例如由連接到放大器上的探棒電纜線(xiàn)產(chǎn)生的影響）。如圖2 所示，物質(zhì)掛壁也不影響測量結果，測試物質(zhì)為熱溶膠。

    在具有專(zhuān)利性質(zhì)的電路原理基礎上，顯著(zhù)的參數完全可以實(shí)現和解決特殊應用，例如：多重的測量法和DC-補償模擬量測量法（DC=dielectric constant)。

    2.3 液位傳感器的系統組成

    2.3.1基本系統

    探棒＋連接電纜線(xiàn)＋電子處理單元（放大器）＝基本系統

    2.3.2 探棒

    探棒的外殼采用具有絕緣性質(zhì)的材料。
    標準外殼： PEEK(polyetheretherketone) (FDA 21 CFR 177.2415) ,用于核電工業(yè)、食品工業(yè)、制藥工業(yè)、化工工業(yè)等其它工業(yè)中，也同樣可以應用在非常粘性流體環(huán)境中。
    可選外殼：可提供其他材質(zhì)的塑料外殼，如GFK、PE、PVDF、PTFE等等。

                                 

                             圖3 液位計

    2.3.3 電子處理單元（放大器）

    可用選項
    限值處理單元－－帶有1、2、4+n•4 測量位置
    －帶有固定限值開(kāi)關(guān)點(diǎn)。
    －帶有可變限值開(kāi)關(guān)點(diǎn)（可選）。
    模擬量處理單元－－帶有自動(dòng)DC-補償功能。

                              

                               圖4 放大器

    2.4 科瑞液位傳感器優(yōu)勢介紹

    2.4.1 系列模擬量測量系統

    優(yōu)勢：

    （1）采用填充物限位測量法容器和管子的直徑可達約5 M。
    （2）對于液體和散裝材料的介電系數εr > 1,2 都可以檢測。
    （3）由于采用巨大的測量容值，因此它也適和測量非同質(zhì)性的物質(zhì)。
    （4）帶有適配安裝方式，不受進(jìn)料口的影響。
    （5）探棒適用周?chē)h(huán)境溫度范圍寬：–70 °C ... +250 °C。
    （6）防靜電。
    （7）由于采用介電常數自動(dòng)補償功能，因此在同一個(gè)存儲罐中檢測不同材料物質(zhì)不需要重新調整。
    （8）在存儲罐為空的條件下完成調整功能，帶有易調整的調節電位計。

    2.4.2 系列開(kāi)關(guān)量測量系統 

    其他優(yōu)勢：

    （1）適合檢測高粘性產(chǎn)品（如膠水或類(lèi)似產(chǎn)品）。
    （2）適合檢測介電系數非常低（εr = 1,1 ）的材料，也適合檢測低密度物質(zhì)（如：聚苯乙烯）。
    （3）不受材料粘附在探棒上的影響。
    （4）適合所有容器尺寸。
    （5）固定限位點(diǎn)式探棒不受介電常數改變的影響。
    （6）多個(gè)探棒同時(shí)使用彼此之間沒(méi)有干擾。
    （7）調整簡(jiǎn)單（“blind”-調整）。

    3 結語(yǔ)

    隨著(zhù)全球對核電工業(yè)的大力發(fā)展及我國核電工業(yè)的成熟的第二代向第三代升級和將來(lái)向第四代的邁進(jìn)。核電工業(yè)使用的一次儀表越來(lái)越普及，尤其是在具有危險性一回路中使用的一次傳感器?？迫饌鞲衅魇冀K沖在傳感器行業(yè)的前端，為各個(gè)行業(yè)提供最優(yōu)解決方案。在核電工業(yè)中科瑞傳感器液位傳感器KFX 系列已經(jīng)成功應用于法國核電站工業(yè)，并通過(guò)了用戶(hù)的長(cháng)時(shí)間的性能測試。