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微机智能化超声波控制棒位置测量系统
杨自觉操良文
清华大学核能所
美键试:控制捧位置测量、超声测潦、微计算机应用、反应堆控制与仪表
摘要
本文介绍为桉供热站研制的一十微机智能化超声渡控制棒位置测量系统。该系统由带有彩色固
化的操作系统和应用程序的总线工业控盅叮机和专门的超声渡电子学测量站组成。可取机同时并行工作。文
中重点讨论实时确定水中声遵的方法、。
一
、日舌
清华大学核供热站采用了水力学控制棒驱动系统,它具有固有安垒性好、结构简
单、高度小等突出优点。但相应的一个问题是传统的控制棒位置测量方法不再适用,需要研
制适用于水力学控制棒驱动系统的控制棒测量系统。利用超声波测量控制棒位置是一个较简
单可行的方法其缺点是难于用在沸腾工况。
核供热站与控制棒位置测量有关的工作参数是: 介质为纯水, 温度低于。,
压力低于× 控制棒总数为,控制棒步距为,步数超声波传感器距
控制棒最小距离为,最大距离为。另外装有根参考棒,其距离为。
还装有一个浮标和一个相应的超声波传感器, 用于铡量水位。参考棒可用于实时测定声
速。
这里介绍的超声波控制棒位置测量系统由一台母线工业控制机和专门设计的电子
学信号预处理站组成。其主要特点是
.可靠性高
采用了可靠性较高的总线工业控制机,操作系统和应用程序固化在电子
盘中。任一测量通遭出现故障或有关参数设置不当时, 自动给出报警信号,这可以防止出现
错误的或假的控制棒位置指示。只要有指示就一定是正确的, 这一点对安垒操作很重要。同
时系统设计成可单机工作, 也可以双机并行工作。
.较好的人机接口
总线计算机配有彩色。控制棒位置和水位等信息以彩色图形的方式显示给操
作员, 易于识别且设计有多种图形显示可供操作员选择。操作员通过少数功能键可在线修
改有关参数。
. 抗干扰能力强, 工作条件要求低
计算机与—软件兼容,易于实现较复杂的智能化高的处理算法。例如在有
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干扰的情况下识别真信号以及根参考棒同时发生故障时测量也能正常进行的方法。
.造价低, 维修容易、方便、灵活
二、原理与误差
利用超声波的回声返回所需时间来渊定控制棒位置的简单原理如图所示。在电脉冲的
激发下,超声波传感器产生一固有频率的超声波。所用超声波

。该超声波沿管道向前传播
时碰到控制棒顶端时,部分能量反射回来即形成回声。回声
到达超声波传感器时, 在其作用下, 超声波传感器产生固有频
率的电脉冲。测量回波时间, 即可确定控制棒位置。
。一』‘。
这里。为回声返回的时间, 为水中声速,,为待铡控制棒位
置, 为超声渡传感器距控制棒最下位置的距离。步长为
,总的绝对误差应小于±。在最坏情况下,总相对误差
应小于. 。
水中声速与温度和压力有关。实验测得在工作温度区阃内
声速与温度关系如图所示。在。时水中声速有最大值,超
过。声速随温度单调下降。在最坏工作情况下, 声速的相
图稷量原理图
对温度系数大约为一‰/。。因此温度变化。时如不相应改
变声速取值, 可能产生一步的指示误差。但测量区内温度差别可认为小