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    作者簡介：

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

    摘要：在核電工業中 ，應用專用傳感器對一回路系統和二次測回路水位進行實時監控和限位監控的成功解決方案。

    關鍵詞：核電 ；傳感器；液位計；抗核輻射

    1 引言

    隨著國內經濟的快速發展，新能源的強烈需求，低碳生活的強烈愿望，孕育出了核電工業快速發展的步伐。“ 據中新社報道，中國核電事業已進入快速發展的新階段，“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型核電新項目開始批量建設”、“引進技術的三代核電項目進入實施階段”…… 國家發改委副主任、國家能源局局長張國寶表示，發展核電在國際上是大勢所趨，中國各地發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在他看來比較保守，應該予以適當增加。”可見未來核電工業的發展有很大的技術挑戰性。

    2 科瑞液位測量系統

    隨著高技術的發展和自動化控制要求不斷提高，在核電工業，專用傳感器的應用也隨之高速發展，科瑞傳感器研發的液位測量系統應運而生。科瑞液位測量系統分為實時液位測量系統和限位測量系統，這個測量系統已經成功應用于法國核電站項目中。

    2.1 現場應用剖析

    2.1 .1 在輻射環境中對水位的監測

    在核電站建造中，反應堆是核電站的關鍵設計，鏈式裂變反應就在其中進行。反應堆種類很多，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下流過燃料組件，吸收了核裂變產生的熱能以后流出反應堆，進入蒸汽發生器，把熱量傳給二次側的水，使它們變成蒸汽送去發電。

    核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現核能-熱能轉換的裝置。 核電廠用的壓水反應堆有一個厚厚的鋼質賀筒形外殼，腰部有幾個進水口和出水口，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，因此傳感器應具有防止輻射的干擾功能。

    按照客戶的要求，科瑞專門定制了應用于含輻射環境中的液位傳感器。這個傳感器采用不銹鋼和PEEK 外殼材質，這兩種材質都能滿足抗各類輻射的要求。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講可達2％的測量精度，對于開關量傳感器來講，限位在某一點，就在某一點，測量點只有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。

    在這個核電站中，對于液位的測量，供用到科瑞兩大類液位傳感器。他們的應用有兩個方面，其一是對液位的實時監控——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個開關點－－科瑞開關量液位傳感器。

    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

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

                 

                                                            圖1 3個電極原理 圖 2 

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

    在具有專利性質的電路原理基礎上，顯著的參數完全可以實現和解決特殊應用，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＋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的材料。
    標準外殼： PEEK(polyetheretherketone) (FDA 21 CFR 177.2415) ,用于核電工業、食品工業、制藥工業、化工工業等其它工業中，也同樣可以應用在非常粘性流體環境中。
    可選外殼：可提供其他材質的塑料外殼，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
    －帶有固定限值開關點。
    －帶有可變限值開關點（可選）。
    模擬量處理單元－－帶有自動DC-補償功能。

                              

                               圖4 放大器

    2.4 科瑞液位傳感器優勢介紹

    2.4.1 系列模擬量測量系統

    優勢：

    （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性的物質。
    （4）帶有適配安裝方式，不受進料口的影響。
    （5）探棒適用周圍環境溫度范圍寬：–70 °C ... +250 °C。
    （6）防靜電。
    （7）由于采用介電常數自動補償功能，因此在同一個存儲罐中檢測不同材料物質不需要重新調整。
    （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 系列開關量測量系統 

    其他優勢：

    （1）適合檢測高粘性產品（如膠水或類似產品）。
    （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（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）固定限位點式探棒不受介電常數改變的影響。
    （6）多個探棒同時使用彼此之間沒有干擾。
    （7）調整簡單（“blind”-調整）。

    3 結語

    隨著全球對核電工業的大力發展及我國核電工業的成熟的第二代向第三代升級和將來向第四代的邁進。核電工業使用的一次儀表越來越普及，尤其是在具有危險性一回路中使用的一次傳感器。科瑞傳感器始終沖在傳感器行業的前端，為各個行業提供最優解決方案。在核電工業中科瑞傳感器液位傳感器KFX 系列已經成功應用于法國核電站工業，并通過了用戶的長時間的性能測試。