[发明专利]用于检测导磁物体的装置和用于对引导杆位置测量的位置测量系统及相关的位置测量方法

说明书

本发明涉及一种用于检测导磁物体的装置以及一种用于测量引导杆的位置的位置测量系统，以及一种相关的用于测量引导杆的位置的方法，尤其是测量核能设备中的控制棒或者控制棒的驱动杆的位置的方法。

在核能设备中，例如在核电站设备中，使用可线性移动的控制棒，以便通过吸收辐射来控制反应堆中的核裂变过程的链式反应，其中在链式反应中发射粒子辐射，尤其是中子辐射。这种控制棒（其典型地分组成束布置）在核燃料元件之间推得越远，则继续激发链式反应的粒子辐射的越大部分被吸收，使得链式反应相应地更缓慢地进行，并且在控制棒完全移出的位置情况下停止。由此，链式反应的状态和进程与可线性移动的控制棒的移出位置相关，并且通过所述移出位置确定。这些位置的准确认知由此对于调节工作状态并且由此尤其是对于安全性是关系重大的。

控制棒的位置测量系统通常包括基于电感测量方法的测量装置，或者包括带有磁性传感器、尤其是簧片触点的测量装置。

在电感测量方法中，在初级线圈中产生交变电磁场，并且测量在次级线圈中通过感应而产生的交变电流。通过运动经过线圈对旁的控制棒的电感，影响了感应电流的时间变化曲线，由此在沿着推移路径或者进给路径合适地布置多个线圈对的情况下可以确定控制棒的位置。

此外，已知了位置测量系统，其中在控制棒上、例如在控制棒顶端上固定有永磁体，其操作沿着进给路径定位的簧片触点。根据簧片触点类型的磁性传感器（也称为簧片开关触点或者簧片继电器）构建用于在传感器的测量区域中存在足够强的磁场时借助磁化的电导体舌簧来形成电接触闭合，其可以通过在簧片触点的回路中相应的电流来检测。簧片触点于是用作与磁场相关的开关。通过这种方式，尤其是可以检测其场强超过预先给定的阈值的不变的磁场。

上面描述的测量装置的缺点原因是，布置在控制棒上的永磁体遭受反应堆冷却介质中存在的高温，由此永磁体的材料和磁化的退化过程比其中主要存在并不那么极端的温度条件的环境中进行得更快。此外，仅仅存在非常有限的可能性来对现有系统上的永磁体进行更换或者相应地进行加装。一种规避方案是，将永磁体布置在控制棒的驱动杆上，而不是布置在控制棒本身上。这种针对带有簧片接触元件的测量装置的解决方案例如从US4,068,163公开。然而，可到达性和/或可加装性的问题仍然部分地存在。此外，这种测量装置的冗余性局限于较少的簧片接触元件。这意味着，在多个沿着进给路径安装的簧片触点（为了实现位置测量的相应的位置分辨率）的情况下，始终仅仅是永磁体恰好从旁边经过的那个闭合，而一旦控制棒继续运动并且永磁体离开簧片触点的影响范围时，其又断开。

本发明的第一任务是，说明一种测量装置，借助其可以确定控制棒的位置，该测量装置在使用过程中尽可能没有退化过程并且由此需要较少维护，该测量装置在安装到现有系统中时以对于系统尽可能少的影响地实现，并且该测量装置能够以尽可能高程度的冗余和测量可靠性地构建和设立。

本发明的第二任务是，说明一种用于确定能够沿着直线路径运动的控制棒的一个位置或者多个位置的位置测量系统，该位置测量系统尽可能地需要较少维护并且是可靠的。

本发明的第三任务是，说明一种用于确定控制棒或者控制棒的驱动杆的位置的方法，该方法是尽可能地可靠的。

根据本发明，第一任务通过权利要求1的特征来解决。据此，提出了一种用于检测在检测区域中的导磁物体的装置，其带有电线圈以及至少一个传感器元件，其中所述线圈设立用于在检测区域中形成磁场，并且传感器元件构建用于检测其场强的数值超过预先限定的阈值的磁场，其中所述阈值设置为高于在检测区域中不存在导磁物体时存在的场强，并且低于那里在存在该物体时存在的场强。

控制棒的驱动杆通常主要由导磁材料构建，大多分别由铁或者含铁的材料例如钢构建。属于导磁（permeablen）材料的尤其有铁磁体，其磁导率μ_r至少是1的10倍，对于铁例如有μ_r>300。如果导磁材料构成的物体进入到磁场的区域中，则在那里磁场的磁通密度并且因此磁场本身都增强。

本发明所基于的考虑是，借助外部电线圈来提供磁场，并且借助传感器元件来检测由于在检测区域中存在导磁物体引起的磁场改变（更确切地说，增强）。为此，流过线圈的电流设置为，使得所产生的线圈磁场的场强的数值还在如下阈值之下：其中在该阈值的情况下传感器元件起反应。如果导磁物体接近磁场，则发生该物体的磁化，其叠加于线圈磁场。所得到的在传感器元件位置上的磁场强度在物体进入检测区域的情况下超过预先给定的阈值，使得传感器元件动作。