[发明专利]对装式球床高温气冷堆燃料球双向过球检测装置

说明书

技术领域

本发明属于元件检测技术领域，特别涉及一种对装式球床高温气冷堆燃料球双向过球检测装置。

背景技术

球床式高温气冷堆采用球形石墨燃料元件，燃料包覆颗粒弥散在约60mm直径的石墨球中。这些燃料球松散地堆积在堆芯中，在反应堆运行期间由燃料装卸系统实现不停堆装卸燃料。因此，必须对燃料装卸系统中各管道处的燃料球通过数量进行连续准确的判断、记录和统计，以保证反应堆的正常安全运行。

目前，在球床堆上使用的燃料球检测装置主要有贯穿件式和侧壁打孔式两种。贯穿件式是利用陶瓷制成的中空管取代一段输球钢管，并在陶瓷管上绕制两个检测线圈进行检测。其工作原理是利用燃料球通过时产生的涡流引起检测线圈感抗的变化来判断是否过球。我国HTR-10高温气冷实验堆和德国的THTR堆的燃料球检测都采用这种装置。侧壁打孔式是通过在输球钢管侧壁打孔，将两个绕有检测线圈的V型铁芯伸入孔内，利用电磁式接近开关的原理检测过球。上述两种检测装置在工业现场应用中主要存在以下不足：

(1)传感器的安装破坏了输球钢管的完整性，为保证输球钢管的高压气密性，检测装置的装配结构复杂、安装繁琐；

(2)传感器出现故障后，维修和更换传感器必须拆卸过球管道，施工时间长，影响反应堆的连续运行；

(3)传感器部件与放射性燃料元件接触，对整个检测装置材料抗辐射要求高，影响传感器的使用寿命。

韩赞东等(专利[1]韩赞东刘继国马庆贤等球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法及外装式检测系统[P].中国专利：1819065A，2006-08-16)提出了一种新型外装式检测装置，利用包覆在过球管道外绕成半圆状的两个检测线圈和一个激励线圈进行过球信号探测。该装置虽然很大程度上解决了贯穿件式和侧壁打孔式探测器的弊端，但仍存在一些不足：

(1)检测方法上，其激励线圈和检测线圈绕成半圆状，并安装在钢管同一侧，一方面造成穿透输球钢管的有效磁通少，激励效率低，检测信号受线圈与输球钢管之间的提离影响大；另一方面使得检测线圈环路面积大，检测信号受激励信号和空间辐射干扰严重，信噪比低。

(2)电路实现上，该装置采用许多分立元件对检测信号进行鉴幅和鉴相处理，使得电路复杂，容易引入干扰及存在温漂问题，电路长时间运行可靠性不高。

(3)装配上，该装置检测线圈和激励线圈需绕在骨架上紧靠着输球钢管外壁安装，而输球管壁温度高达200度并存在一定的核辐射，这要求线圈和骨架材料耐高温耐辐射，使得线圈造价成本高且影响其使用寿命。

发明内容

本发明为了解决现有过球检测装置的不足，特别提供了一种对装式球床高温气冷堆燃料球双向过球检测装置。

本发明的技术方案如下：

一种对装式球床高温气冷堆燃料球双向过球检测装置，由激励单元、传感单元和信号调理单元组成。传感单元包括一个激励线圈和两个检测线圈，激励线圈和检测线圈对称安装在输球钢管两侧。激励单元给传感单元提供交流激励，使激励线圈产生交变磁场，经输球钢管和氦气耦合到检测线圈，并在其上产生感应电压。当有燃料球通过时，其感应出的涡流引起检测线圈电压发生变化。信号调理单元对该两路电压信号进行差和比运算并放大，得到类正弦波电压信号。该信号表征了过球及过球方向，基于该信号可实现双向过球计数。

所述传感单元中的激励线圈与检测线圈都绕制成马鞍状，两个检测线圈绕制对称一致，沿输球钢管轴向并行安装在输球钢管一侧，激励线圈绕制宽度大于检测线圈，正对检测线圈安装在输球钢管的另一侧。

所述激励单元以音频放大芯片为核心构建，将正弦交流激励信号进行功率放大，输出给传感单元的激励线圈。

所述信号调理单元以单片式线性位移差动变压器(LVDT)信号调理器为核心构建，对所述传感单元的两检测线圈上感应电压进行(V_A-V_B)/(V_A+V_B)的差和比运算并放大，输出类正弦波电压信号。

所述夹具采用不锈钢材料，设计成两半对装式，包括外罩、卡箍、激励线圈夹片和检测线圈夹片。激励线圈和检测线圈由相应夹片固定，再由卡箍对称安装在输球钢管两侧，且线圈提离钢管表面留有不小于10mm的距离。外罩固定在卡箍上，将整个传感单元进行封装，可以起到屏蔽外界电磁干扰和防尘的作用。

本发明具有如下优点：

(1)传感单元结构简单、体积小，安装方便，无需破坏输球钢管，保证了输球钢管的完整性和高压气密性，降低了辐射污染。