作者簡介：

    徐守萬（1982-），男，江蘇宿豫人，學(xué)士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任科瑞公司任產(chǎn)品經(jīng)理，主要研究方向?yàn)楦黝悅鞲衅?、PLC、變頻器、伺服系統(tǒng)等應(yīng)用和解決方案及自動(dòng)化系統(tǒng)工程解決方案。

    摘要：在核電工業(yè)中 ，應(yīng)用專用傳感器對(duì)一回路系統(tǒng)和二次測回路水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和限位監(jiān)控的成功解決方案。

    關(guān)鍵詞：核電 ；傳感器；液位計(jì)；抗核輻射

    1 引言

    隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新能源的強(qiáng)烈需求，低碳生活的強(qiáng)烈愿望，孕育出了核電工業(yè)快速發(fā)展的步伐。“ 據(jù)中新社報(bào)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(xù)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，性能指標(biāo)不斷改善”、“自主設(shè)計(jì)建造的二代改進(jìn)型核電新項(xiàng)目開始批量建設(shè)”、“引進(jìn)技術(shù)的三代核電項(xiàng)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年建成四千萬千瓦核電目標(biāo)在他看來比較保守，應(yīng)該予以適當(dāng)增加。”可見未來核電工業(yè)的發(fā)展有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)性。

    2 科瑞液位測量系統(tǒng)

    隨著高技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化控制要求不斷提高，在核電工業(yè)，專用傳感器的應(yīng)用也隨之高速發(fā)展，科瑞傳感器研發(fā)的液位測量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生?？迫鹨何粶y量系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)液位測量系統(tǒng)和限位測量系統(tǒng)，這個(gè)測量系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于法國核電站項(xiàng)目中。

    2.1 現(xiàn)場應(yīng)用剖析

    2.1 .1 在輻射環(huán)境中對(duì)水位的監(jiān)測

    在核電站建造中，反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進(jìn)行。反應(yīng)堆種類很多，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)下流過燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應(yīng)堆，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，把熱量傳給二次側(cè)的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電。

    核反應(yīng)堆是一個(gè)能維持和控制核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而實(shí)現(xiàn)核能-熱能轉(zhuǎn)換的裝置。 核電廠用的壓水反應(yīng)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(nèi)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。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(yīng)具有防止輻射的干擾功能。

    按照客戶的要求，科瑞專門定制了應(yīng)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)都能滿足抗各類輻射的要求。傳感器的探棒具有很強(qiáng)的抗壓功能和很高的測量精度，對(duì)于模擬量液位傳感器來講可達(dá)2％的測量精度，對(duì)于開關(guān)量傳感器來講，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度可以按照用戶的需求來量身定做。

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

    2.2科瑞液位傳感器測量原理

    2.2.1 采用科瑞專利測量原理－－3電極測量原理

    科瑞液位測量系統(tǒng)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(xiàn)在實(shí)際工作中，（例如由連接到放大器上的探棒電纜線產(chǎn)生的影響）。如圖2 所示，物質(zhì)掛壁也不影響測量結(jié)果，測試物質(zhì)為熱溶膠。

    在具有專利性質(zhì)的電路原理基礎(chǔ)上，顯著的參數(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)和解決特殊應(yīng)用，例如：多重的測量法和DC-補(bǔ)償模擬量測量法（DC=dielectric constant)。

    2.3 液位傳感器的系統(tǒng)組成

    2.3.1基本系統(tǒng)

    探棒＋連接電纜線＋電子處理單元（放大器）＝基本系統(tǒng)

    2.3.2 探棒

    探棒的外殼采用具有絕緣性質(zhì)的材料。
    標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(jì)

    2.3.3 電子處理單元（放大器）

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

    優(yōu)勢：

    （1）采用填充物限位測量法容器和管子的直徑可達(dá)約5 M。
    （2）對(duì)于液體和散裝材料的介電系數(shù)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）探棒適用周圍環(huán)境溫度范圍寬：–70 °C ... +250 °C。
    （6）防靜電。
    （7）由于采用介電常數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償功能，因此在同一個(gè)存儲(chǔ)罐中檢測不同材料物質(zhì)不需要重新調(diào)整。
    （8）在存儲(chǔ)罐為空的條件下完成調(diào)整功能，帶有易調(diào)整的調(diào)節(jié)電位計(jì)。

    2.4.2 系列開關(guān)量測量系統(tǒng) 

    其他優(yōu)勢：

    （1）適合檢測高粘性產(chǎn)品（如膠水或類似產(chǎn)品）。
    （2）適合檢測介電系數(shù)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(shù)改變的影響。
    （6）多個(gè)探棒同時(shí)使用彼此之間沒有干擾。
    （7）調(diào)整簡單（“blind”-調(diào)整）。

    3 結(jié)語

    隨著全球?qū)穗姽I(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(jí)和將來向第四代的邁進(jìn)。核電工業(yè)使用的一次儀表越來越普及，尤其是在具有危險(xiǎn)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(yīng)用于法國核電站工業(yè)，并通過了用戶的長時(shí)間的性能測試。