核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表制造技术

核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表，由仪表座体、铠装热电偶杆、铠装电缆线、水位传感器、水温指示表头、水位指示表头、PROFIBUS插座、PCB电路板、锂电池组和仪用步进电机本体组成，其要点在于：本发明专利技术基于PROFIBUS现场总线控制，既支持乏核燃料池的水温测量和水位测量，还同步支持乏核燃料池的水温及水位的数字指针指示，并将将仪用步进电机本体和控制电路集成在一块PCB电路板上；在失去外电源的极端情况下，靠仪表内置的锂电池组供电，仍可长期读出并指示测量出的水温、水位参数，在设计思路上走出了一条独具特色的道路，是核电仪器仪表全新的一次突破。

Water Temperature and Water Level Measuring Instrument for Spent Nuclear Fuel Pool of Nuclear Power Station

The water temperature and water level measuring instrument for spent nuclear fuel pool of nuclear power plant consists of instrument base body, armoured thermocouple rod, armoured cable, water level sensor, water temperature indicator head, water level indicator head, PROFIBUS socket, PCB circuit board, lithium battery group and stepper motor body for instrument. The main points of the instrument are as follows: the present invention is based on PROFIBUS field bus control and supports water temperature measurement of spent nuclear fuel pool. The measurement of quantity and water level also synchronously supports the digital pointer indication of water temperature and water level of spent nuclear fuel pool, and integrates the instrument with stepper motor body and control circuit on a PCB circuit board. In the extreme case of losing external power supply, the measured water temperature and water level parameters can be read out and indicated for a long time by using the built-in lithium battery pack of the instrument, which leads to a new design idea. The unique road is a new breakthrough in nuclear power instruments.

【技术实现步骤摘要】
核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表
本专利技术涉及一种核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表，主要用于核电站的乏核燃料池的水温和水位的同步测量及实时指示。
技术介绍
现代核电站是物理学家、“原子能之父”恩里科·费米的专利技术。有意思的是，费米是著名物理学家玻尔的学生，玻尔又是“原子核之父”卢瑟福的学生，而诺贝尔物理奖得主杨振宁先生又是费米的学生。正是搭帮这种传承关系，当年的费米用中子引发了原子核裂变，并从理论上指出，1千克的铀全部裂变所释放出来的裂变核能，大约相当于2500吨标准煤，或者是2000吨石油燃烧所释放出来的能量，铀核裂变的爆炸力相当于是TNT炸药的2000万倍。然后，费米又总结出慢中子理论，继而专利技术了核反应堆，这就是现代核电站的雏形。世界上第一座原子反应堆诞生之后，就派生出来了乏核燃料。所谓的乏核燃料是核电站使用过后的核燃料，又称辐照核燃料，通常是由核电站的核反应堆产生。这种燃料的铀含量很低，无法继续维持堆内的正常核反应,因此叫乏核燃料。乏核燃料是这样产生的：核燃料在核反应堆内经中子轰击发生核反应，经过一定时间后从堆内卸出，其中含有大量的可增殖材料238U或232Th，以及未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U、233U、镎、镅、锔等超铀元素和90Sr、137Cs、99Tc裂变元素，这些裂变元素具有放射性，如果不加以妥善处理，将会严重影响核电站周边环境和人们的生命健康。另一方面，当核电站的核反应堆关闭时候，链式核反应也随之停止，但作为衰变产物的乏核燃料仍然会放出大量的热量。据测算，现代核反应堆关闭时，衰变放出的热功率大约是核反应堆稳定工作时功率的7%；在反应堆关闭1小时以后，衰变热功率约为稳定工作时的功率的1.5%;一天以后变为0.4%;一周后变为0.2%。衰变热功率随着时间会继续慢慢的减小。因此，从核反应堆中移除的乏核燃料通常会暂时储存在装满水的乏核燃料池中，所谓的乏核燃料池一般指储存乏核燃料的水池，而乏核燃料池设计成使用热交换器，并让冷却水在水池中循环流动，从而有效地将乏核燃料衰变产生的热量带走，所以乏燃料池中的冷却水并非处于静止状态。通常，乏核燃料需要保存一年甚至更长的时间以使其冷却，同时对其放射性提供屏蔽。当冷却降到一定程度时，再将乏核燃料从乏燃料池中移出，然后放入特制的干式贮存桶或湿式中间贮存设备中长期储存，以腾出乏核燃料池的空间，以此作为乏核燃料最终处置前的替代方案。核电站中，乏核燃料池中常用的测量仪表设备为采用钨铼热电偶温度计或铂铑热电偶温度计，在日本福岛第一核电站发生核事故中，因为没有装备可靠的乏燃料池水位测量仪表，导致在发生超设计基准事件后，对乏燃料池中水位的误判，进而采取不当措施，加剧了损失。所以对乏核燃料池增设可靠的水位、水温测量仪表，已成为乏核燃料池监测仪表的标配。
技术实现思路
前车之鉴总是一个令人沉重又使人警醒的话题，基于以上的背景材料，专利技术人提出了核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表的设计方案。本方案的设计思路是，乏核燃料池水温及水位一体化测量+高可靠性的水温及水位数字指针指示+基于PROFIBUS现场总线控制，在设计思路上走出了一条独具特色的道路，这种基于PROFIBUS现场总线的仪表还具有分析测量仪表的功能，这是核电仪器仪表全新的一次突破。特别重要的是，本专利技术的显示部分采用了仪用步进电机驱动数字指针方案，不但可靠性高、寿命长、抗辐射，而且还特别省电，在失去外电源的情况下，靠仪表内置的锂电池组供电，仍可长期读出并指示测量出的水温、水位参数，这就能有效避免发生类似福岛的情况。据此，专利技术人提出如下的技术方案：一种核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表，由仪表座体、铠装热电偶杆、铠装电缆线、水位传感器、水温指示表头、水位指示表头、PROFIBUS插座、PCB电路板、锂电池组和仪用步进电机本体组成，其特征在于：所述的仪表座体为T型空心圆柱体，一端带仪表座体内螺纹A，另一端带仪表座体内螺纹B，中间带有抱箍，抱箍上伸出一根铠装热电偶杆和一条铠装电缆线，铠装热电偶杆上带调节螺丝，用于调整铠装热电偶杆的安装位置，铠装电缆线的另一端套接水位传感器，铠装热电偶杆和水位传感器均插入乏核燃料水池中；所述的T型空心圆柱体的上部还横凸出一个方形柱体，内部挖空成圆柱体，装入圆柱形锂电池组，所述的方形柱体一端为六边体堵头，另一端装配有PROFIBUS插座；所述的水温指示表头由水温指示表头壳体、水温刻度面板、水温指针和PCB电路板组成，所述的水温表头壳体上带外螺纹，水温指示表头通过水温表头壳体外螺纹与仪表座体内螺纹A相连；所述的水位指示表头由水位指示表头壳体、水位刻度面板、水位指针和PCB电路板组成，所述的水位表头壳体上带外螺纹，水位指示表头通过水位表头壳体外螺纹与仪表座体内螺纹B相连；所述的水温指示表头壳体与水位指示表头壳体的内壁上均带四个带弹性的卡簧，并有一圈上凸的圆形台阶，圆形台阶上再伸出四个矩形凸头；所述的PCB电路板上开有四个矩形缺口，安装水温指示表头中的PCB电路板或者是安装水位指示表头中的PCB电路板时，将该PCB电路板上的四个矩形缺口对准水温指示表头壳体中的四个矩形凸头或者是水位指示表头壳体中的四个矩形凸头，按下PCB电路板使之与上凸的圆形台阶相接触，矩形凸头嵌入到PCB电路板上的矩形缺口中，弹性的卡簧自动将PCB电路板卡住；所述的PCB电路板上，一面表贴焊接有ARM芯片、PROFIBUS总线收发接口芯片、微步距细分芯片，另一面装配有仪用步进电机本体、环境温度传感器和偏置电阻；所述的仪用步进电机本体为内置两相励磁线圈驱动、三级减速齿轮传动的机构，由铁芯体、永磁转子体、第一传动从动轮、第二传动从动轮、第三传动从动轮、转动轴和励磁线圈包组成，铁芯体的两个臂上分别对称伸出两个矩形铁芯柱体，两个励磁线圈包分别插入矩形铁芯柱体中，励磁线圈包的引脚分别焊接在PCB电路板上，续流二极管与励磁线圈包两端相并联；所述的永磁转子体所处的位置是两个励磁线圈包绕组形成的磁轭中心，励磁线圈包通电后，铁芯体内的磁导变化将产生转矩，驱动永磁转子体转动；所述的三级减速齿轮传动机构存在如下的啮合关系：永磁转子体与第一传动从动轮啮合传动，组成一级减速传动结构；第一传动从动轮与第二传动从动轮啮合传动，组成二级减速传动结构；第二传动从动轮再与第三传动从动轮啮合传动，组成三级减速传动结构；所述的转动轴与第三传动从动轮同轴相连，保证第三传动从动轮转动时同步带动转动轴；所述的ARM芯片为LQFP64封装，ARM芯片上的I/O引脚与支持PROFIBUS协议的PROFIBUS总线收发接口芯片相连，所述的微步距细分芯片的输入端与ARM芯片上的I/O引脚相连，微步距细分芯片的驱动引脚再与两个励磁线圈包的引脚相连，铠装热电偶与水位传感器分别与ARM芯片的A/D引脚相连,环境温度传感器传来的信号直接送给ARM芯片的I2C引脚；工作时，ARM芯片采集铠装热电偶信号、水位传感器信号和环境温度传感器信号，经数字滤波处理后，通过现场总线的PROFIBUS插座输出上传至核电站中央控制室；另一方面，ARM芯片将采集到的铠装热电偶信号、水位传感器信号解析为步进电机转动轴角位移量成正比的脉冲数，通过控制脉冲个数来控制角位移量，然后通过微步距细分芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表，由仪表座体、铠装热电偶杆、铠装电缆线、水位传感器、水温指示表头、水位指示表头、PROFIBUS插座、PCB电路板、锂电池组和仪用步进电机本体组成，其特征在于：所述的仪表座体为T型空心圆柱体，一端带仪表座体内螺纹A，另一端带仪表座体内螺纹B，中间带有抱箍，抱箍上伸出一根铠装热电偶杆和一条铠装电缆线，铠装热电偶杆上带调节螺丝，铠装电缆线的另一端套接水位传感器，铠装热电偶杆和水位传感器均插入乏核燃料水池中；所述的T型空心圆柱体的上部还横凸出一个方形柱体，内部挖空成圆柱体，装入圆柱形锂电池组，所述的方形柱体一端为六边体堵头，另一端装配有PROFIBUS插座；所述的水温指示表头由水温指示表头壳体、水温刻度面板、水温指针和PCB电路板组成，所述的水温表头壳体上带外螺纹，水温指示表头通过水温表头壳体外螺纹与仪表座体内螺纹A相连；所述的水位指示表头由水位指示表头壳体、水位刻度面板、水位指针和PCB电路板组成，所述的水位表头壳体上带外螺纹，水位指示表头通过水位表头壳体外螺纹与仪表座体内螺纹B相连；所述的水温指示表头壳体与水位指示表头壳体的内壁上均带四个带弹性的卡簧，并有一圈上凸的圆形台阶，圆形台阶上再伸出四个矩形凸头；所述的PCB电路板上开有四个矩形缺口，安装水温指示表头中的PCB电路板或者是安装水位指示表头中的PCB电路板时，将该PCB电路板上的四个矩形缺口对准水温指示表头壳体中的四个矩形凸头或者是水位指示表头壳体中的四个矩形凸头，按下PCB电路板使之与上凸的圆形台阶相接触，矩形凸头嵌入到PCB电路板上的矩形缺口中，弹性的卡簧自动将PCB电路板卡住；所述的PCB电路板上，一面表贴焊接有ARM芯片、PROFIBUS总线收发接口芯片、微步距细分芯片，另一面装配有仪用步进电机本体、环境温度传感器和偏置电阻；所述的仪用步进电机本体为内置两相励磁线圈驱动、三级减速齿轮传动的机构，由铁芯体、永磁转子体、第一传动从动轮、第二传动从动轮、第三传动从动轮、转动轴和励磁线圈包组成，铁芯体的两个臂上分别对称伸出两个矩形铁芯柱体，两个励磁线圈包分别插入矩形铁芯柱体中，励磁线圈包的引脚分别焊接在PCB电路板上，续流二极管与励磁线圈包两端相并联；所述的永磁转子体所处的位置是两个励磁线圈包绕组形成的磁轭中心，励磁线圈包通电后，铁芯体内的磁导变化将产生转矩，驱动永磁转子体转动；所述的三级减速齿轮传动机构存在如下的啮合关系：永磁转子体与第一传动从动轮啮合传动，组成一级减速传动结构；第一传动从动轮与第二传动从动轮啮合传动，组成二级减速传动结构；第二传动从动轮再与第三传动从动轮啮合传动，组成三级减速传动结构；所述的转动轴与第三传动从动轮同轴相连，保证第三传动从动轮转动时同步带动转动轴；所述的ARM芯片为LQFP64封装，ARM芯片上的I/O引脚与支持PROFIBUS协议的PROFIBUS总线收发接口芯片相连，所述的微步距细分芯片的输入端与ARM芯片上的I/O引脚相连，微步距细分芯片的驱动引脚再与两个励磁线圈包的引脚相连，铠装热电偶与水位传感器分别与ARM芯片的A/D引脚相连, 环境温度传感器传来的信号直接送给ARM芯片的I...

【技术特征摘要】
1.核电站乏核燃料池水温及水位测量仪表，由仪表座体、铠装热电偶杆、铠装电缆线、水位传感器、水温指示表头、水位指示表头、PROFIBUS插座、PCB电路板、锂电池组和仪用步进电机本体组成，其特征在于：所述的仪表座体为T型空心圆柱体，一端带仪表座体内螺纹A，另一端带仪表座体内螺纹B，中间带有抱箍，抱箍上伸出一根铠装热电偶杆和一条铠装电缆线，铠装热电偶杆上带调节螺丝，铠装电缆线的另一端套接水位传感器，铠装热电偶杆和水位传感器均插入乏核燃料水池中；所述的T型空心圆柱体的上部还横凸出一个方形柱体，内部挖空成圆柱体，装入圆柱形锂电池组，所述的方形柱体一端为六边体堵头，另一端装配有PROFIBUS插座；所述的水温指示表头由水温指示表头壳体、水温刻度面板、水温指针和PCB电路板组成，所述的水温表头壳体上带外螺纹，水温指示表头通过水温表头壳体外螺纹与仪表座体内螺纹A相连；所述的水位指示表头由水位指示表头壳体、水位刻度面板、水位指针和PCB电路板组成，所述的水位表头壳体上带外螺纹，水位指示表头通过水位表头壳体外螺纹与仪表座体内螺纹B相连；所述的水温指示表头壳体与水位指示表头壳体的内壁上均带四个带弹性的卡簧，并有一圈上凸的圆形台阶，圆形台阶上再伸出四个矩形凸头；所述的PCB电路板上开有四个矩形缺口，安装水温指示表头中的PCB电路板或者是安装水位指示表头中的PCB电路板时，将该PCB电路板上的四个矩形缺口对准水温指示表头壳体中的四个矩形凸头或者是水位指示表头壳体中的四个矩形凸头，按下PCB电路板使之与上凸的圆形台阶相接触，矩形凸头嵌入到PCB电路板上的矩形缺口中，弹性的卡簧自动将PCB电路板卡住；所述的PCB电路板上，一面表贴焊接有ARM芯片、PROFIBUS总线收发接口芯片、微步距细分芯片，另一面装配有仪用步进电机本体、环境温度传感器和偏置电阻；所述的仪用步进电机本体为内置两相励磁线圈驱动、三级减速齿轮传动的机构，由铁芯体、永磁转子体、第一传动从动轮、第二传动从动轮、第三传动从动轮、转动轴和励磁线圈包组成，铁芯体的两个臂上分别对称伸出两个矩形铁芯柱体，两个励磁线圈包分别插入矩形铁芯柱体中，励磁线圈包的引脚分别焊接在PCB电路板上，续流二极管与励磁线圈包两端相并联；所述的永磁转子体所处的位置是两个励磁线圈包绕组形成的磁轭中心，励磁线圈包...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭希南，
申请(专利权)人：彭希南，
类型：发明
国别省市：湖南,43