核仪表总复习

1、测量的基本概念测量的基本概念一、测量方法一、测量方法1 1、按如何取得测量结果进行分类、按如何取得测量结果进行分类 直接测量法直接测量法间接测量法间接测量法组合测量法组合测量法2 2、按测量方式来分类、按测量方式来分类 偏差式测量法偏差式测量法零位式测量法零位式测量法( (补偿式测量法）补偿式测量法）微差式测量法微差式测量法3 3、按被测量在测量过程中的状态分类、按被测量在测量过程中的状态分类静态测量静态测量动态测量动态测量4 4、按测量条件相同与否分类、按测量条件相同与否分类等精度测量等精度测量不等精度测量不等精度测量1 1、指示值的、指示值的绝对误差绝对误差 = x = x x x0 0

2、x x 测量的指示值测量的指示值 x x0 0 被测量的实际值被测量的实际值2 2、指示值的、指示值的相对误差相对误差 0010000100000 xxxx二、误差的表示方法二、误差的表示方法 测量误差就是测量值与真实值之间的差值，它测量误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量质量的好坏。反映了测量质量的好坏。3 3、引用误差引用误差 m m 其中：其中：A Am m 仪表的量程范围仪表的量程范围 4 4、基本误差基本误差 在全量程中，平衡增加或减小时，引用误差的最大值。在全量程中，平衡增加或减小时，引用误差的最大值。 00100001000mmmAxxA5 5、附加误差附加误差 指当仪

3、表的使用条件偏离额定条件下出现的误差。指当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的误差。00100maxmmAR反应堆核测量与辐射监测反应堆核测量与辐射监测1.1 1.1 核仪表的工作原理核仪表的工作原理一、概述一、概述 核辐射可以利用它们和物质相互作用所呈现的变化核辐射可以利用它们和物质相互作用所呈现的变化进行观察和检测进行观察和检测。1 1 核辐射检测装置组成核辐射检测装置组成 核辐射探测器、探测器输出信号的处理仪器和其它核辐射探测器、探测器输出信号的处理仪器和其它一些附属设备。一些附属设备。2 2 核辐射探测器的主要作用核辐射探测器的主要作用 使进入探测器灵敏区域的使进入探测器灵敏区域的核辐射

4、转变为核辐射转变为信号处理信号处理设备能够接收的设备能够接收的信号信号，例如电信号、光信号、声信，例如电信号、光信号、声信号、热信号等。号、热信号等。3 3 核辐射探测器的基本类型核辐射探测器的基本类型 气体探测器、半导体探测器和闪烁探测器。气体探测器、半导体探测器和闪烁探测器。4 4 与探测器配合的电信号处理设备与探测器配合的电信号处理设备 高压电源、放大器、甄别器、计数器、计数率计高压电源、放大器、甄别器、计数器、计数率计脉冲幅度分析器、符合和反符合单元等。脉冲幅度分析器、符合和反符合单元等。5 5 核辐射转变为电信号的过程核辐射转变为电信号的过程第一阶段第一阶段 入射粒子通过与探测器物质

5、的相互作用，转变或入射粒子通过与探测器物质的相互作用，转变或产生带电粒子，这些带电粒子在探测器内的一个特定产生带电粒子，这些带电粒子在探测器内的一个特定区域使原子或分子电离和激发；区域使原子或分子电离和激发；第二阶段第二阶段 初电离或激发的原子，在探测器的外加电场中作初电离或激发的原子，在探测器的外加电场中作定向移动，因而在探测器外部负载电路中给出一个电定向移动，因而在探测器外部负载电路中给出一个电流信号，称为探测器的本征电流信号。流信号，称为探测器的本征电流信号。二二 中子探测的基本方法中子探测的基本方法核反应、核反冲、核裂变、激活化法等。核反应、核反冲、核裂变、激活化法等。 不同能量的中子

6、与物质相互作用的差别颇大，所不同能量的中子与物质相互作用的差别颇大，所以相应的探测器在结构上及探测原理也区别较大。以相应的探测器在结构上及探测原理也区别较大。通过反应产生直接电离粒子被测量。通过反应产生直接电离粒子被测量。方法方法核反应核反应靶材料靶材料用途用途核反应核反应 ( n, )( n, )( n, p )( n, p )1010B, B, 6 6Li, Li, 3 3HeHe热、慢中子注量率热、慢中子注量率核反冲核反冲( n, ( n, n )n )H H快中子注量率快中子注量率核裂变核裂变 ( n, f )( n, f )233233U, U, 235235U,U,239239Pu

7、 Pu 等等热中子注量率热中子注量率活活 化化 ( n, )( n, ) In, Au, DyIn, Au, Dy( (镝镝) )等等慢中子的注量率慢中子的注量率三三 气体探测器气体探测器电离室、正比计数器、电离室、正比计数器、G-MG-M计数器。计数器。 核辐射转变成为电信号的物理过程都是在探测器核辐射转变成为电信号的物理过程都是在探测器内充特定气体的特定体积中进行的。内充特定气体的特定体积中进行的。 正比区：正比区：V V2 2VV3 3：电子在电场加速中获得能量足以产生二次：电子在电场加速中获得能量足以产生二次电离，产生了电离雪崩。电离，产生了电离雪崩。 有限正比区有限正比区：V V3

8、3 V V4 4 当电压大于当电压大于V V3 3后，原电离电荷大的，后，原电离电荷大的，比小的其放大倍数相对变小，即放大倍数比小的其放大倍数相对变小，即放大倍数A A与人射粒子能量有关。与人射粒子能量有关。 G-M G-M区区：当电压大于：当电压大于V V4 4 ，室内的激发光子起主导作用，使整个，室内的激发光子起主导作用，使整个室内气体放大，发生电子雪崩，输出脉冲大小与粒子能量无关。室内气体放大，发生电子雪崩，输出脉冲大小与粒子能量无关。、复合区：、复合区：0 V0 V1 1、电离区、电离区：V V1 1VV2 2，原电原电离离子全被电极收集。离离子全被电极收集。计数器脉冲计数器脉冲计数与

9、外加计数与外加电压的关系电压的关系( (一一) )气体电离室气体电离室电离室电离室 利用核辐射对物质的电离作用，使其工作特性处于饱利用核辐射对物质的电离作用，使其工作特性处于饱和电流区间的检测装置。和电流区间的检测装置。工作原理工作原理 中子在涂硼电极上产生带电粒子，当它进入室内时，中子在涂硼电极上产生带电粒子，当它进入室内时，与室内充气与室内充气( (氦、氩氦、氩) )体发生相互作用，产生正、负离子体发生相互作用，产生正、负离子对，被收集极收集，产生输出电流对，被收集极收集，产生输出电流 I I，I I 的大小反映了的大小反映了中子注量率的大小。中子注量率的大小。 式中：式中：V V 电离室

10、的有效体积电离室的有效体积; ; N N0 0 单位体积、单位时间原电离子数单位体积、单位时间原电离子数; ;适用于热中子注量率：适用于热中子注量率：10102 2 10 1010 10 n ncmcm2 2 s s。dvNeIV0补偿电离室补偿电离室 在有强在有强场的情况下，要探测中子的强度，就需要消除场的情况下，要探测中子的强度，就需要消除在电在电离室产生的电流的影响，通常使用离室产生的电流的影响，通常使用补偿电离室。补偿电离室。 在中子电离室区，中子产生的电流在中子电离室区，中子产生的电流InIn，产生的电流产生的电流II，在，在电离室区内，只有电离室区内，只有产生的电流产生的电流II，

11、它与前者的方向相反，所，它与前者的方向相反，所以，电流表的读数为：以，电流表的读数为： I = (II = (In n +I +I ) ) I I = I= In n 通过调节电压通过调节电压 V V1 1 使使电电流值抵消，就可补偿流值抵消，就可补偿影响，影响，测量电流即为中子产生的电流。测量电流即为中子产生的电流。适用于热中子通量范围：适用于热中子通量范围：2.52.510102 2 10101010 n n(cm(cm2 2 S) S)长中子电离室长中子电离室 长中子电离室由长中子电离室由几个短中子电离室几个短中子电离室组成。每一个短中组成。每一个短中子电离室是一个筒形容器，由子电离室是

12、一个筒形容器，由高压电极高压电极和和收集极收集极以及内以及内充充混合气体混合气体组成。内部充以混合气体：组成。内部充以混合气体：1%1%氦氦+6%+6%氮氮+93%+93%氩氩。高压电极内表面和收集极外表面。高压电极内表面和收集极外表面涂硼涂硼。 中子打入容器内与硼发中子打入容器内与硼发生反应而产生的锂离子和生反应而产生的锂离子和 粒子使混合气体电离，粒子使混合气体电离，产生正负离子对。在外加产生正负离子对。在外加电场的作用下，分别向阴电场的作用下，分别向阴极和阳极（收集电极和高极和阳极（收集电极和高压电极）运动，形成电脉压电极）运动，形成电脉冲。中子通量足够大时，冲。中子通量足够大时，射线产

13、生的电流可忽略射线产生的电流可忽略不计。不计。 BFBF3 3 正比计数器正比计数器 BFBF3 3正比计数管是一金属圆管做成的，沿着管的轴正比计数管是一金属圆管做成的，沿着管的轴向紧悬着一根小直径的集电极（通常用钨），管内充向紧悬着一根小直径的集电极（通常用钨），管内充以三氟化硼气体，其原理如图所示，硼吸收中子后发以三氟化硼气体，其原理如图所示，硼吸收中子后发出出粒子使三氟化硼电离，一次电离所产生的电子在粒子使三氟化硼电离，一次电离所产生的电子在计数管内电场作用下加速并向集电极移动，它获得的计数管内电场作用下加速并向集电极移动，它获得的能量足以使其它分子电离，这些电子全部到中心电极能量足以使

14、其它分子电离，这些电子全部到中心电极后，在负载电阻上就产生一个电压脉冲，脉冲频率与后，在负载电阻上就产生一个电压脉冲，脉冲频率与中子通量水平成线性关系。中子通量水平成线性关系。 （二）正比计数管（二）正比计数管涂硼正比计数管涂硼正比计数管 中心阳极是不锈钢丝，圆筒形阴极是由纯铝制成的。中心阳极是不锈钢丝，圆筒形阴极是由纯铝制成的。阴级内表面涂以阴级内表面涂以1010B B浓度为浓度为92%92%的硼，两电极之间相互绝的硼，两电极之间相互绝缘，计数管内充以氩气（缘，计数管内充以氩气（ArAr）和少量一氧化碳（）和少量一氧化碳（COCO）。）。 核反应产生的锂离子和核反应产生的锂离子和粒子使氩气电

15、离，产生电子粒子使氩气电离，产生电子和正离子。在外电场的作用下，电子和正离子分别向阳和正离子。在外电场的作用下，电子和正离子分别向阳极和阴极运动，形成电脉冲（极和阴极运动，形成电脉冲（脉冲）。脉冲）。 四、固体探测器四、固体探测器 利用辐射与固体的相互作用来进行辐射测量的探测利用辐射与固体的相互作用来进行辐射测量的探测器，称为固体探测器，器，称为固体探测器，如各种类型的闪烁计数器、半如各种类型的闪烁计数器、半导体探测器导体探测器等。等。闪烁计数器的工作原理闪烁计数器的工作原理 根据根据射线照射在某些闪烁体上能使它发出闪光射线照射在某些闪烁体上能使它发出闪光的原的原理进行测量的一种探测器。理进行

16、测量的一种探测器。当射线照在闪烁体上后发出荧光，利用光导和反光当射线照在闪烁体上后发出荧光，利用光导和反光材料，使大部分荧光光子收集到光电倍增管的光阴材料，使大部分荧光光子收集到光电倍增管的光阴极上。光子在对光灵敏的阴极上打出光电子，这些极上。光子在对光灵敏的阴极上打出光电子，这些光电子经过光电倍增管倍增、放大，倍增后的电子光电子经过光电倍增管倍增、放大，倍增后的电子在阳极上产生电压脉冲，此脉冲被电子线路放大和在阳极上产生电压脉冲，此脉冲被电子线路放大和分析后记录下来，这样就可以对粒子进行探测了。分析后记录下来，这样就可以对粒子进行探测了。 闪烁体的发光原理闪烁体的发光原理由于带电粒子通过闪烁

17、体时，它的内部原子或分由于带电粒子通过闪烁体时，它的内部原子或分子被激发处于高能级，而再随即恢复到低能级子被激发处于高能级，而再随即恢复到低能级（基态）时就辐射出光子。（基态）时就辐射出光子。闪烁体材料闪烁体材料无机晶体无机晶体 有单晶体（如有单晶体（如TlTl激活的激活的NaINaI和和TlTl激活的激活的CsICsI）和粉）和粉末晶体（末晶体（AgAg激活的激活的ZnSZnS）。 有机闪烁体有机闪烁体 可分为有机晶体、有机溶液和塑料闪烁体等可分为有机晶体、有机溶液和塑料闪烁体等。 光电倍增管光电倍增管 作用作用 把闪烁体的光信号转换成电信号，并且充当一个把闪烁体的光信号转换成电信号，并且充

18、当一个放大倍数大于放大倍数大于10105 5的放大器。的放大器。组成组成 由一个光阴级和多个倍增电极（又称打拿极）以由一个光阴级和多个倍增电极（又称打拿极）以及一个阳极。及一个阳极。 光阴极把入射光能量的一部分转变成电子，电子光阴极把入射光能量的一部分转变成电子，电子受加速飞回倍增电极，在每个倍增极上发生电子受加速飞回倍增电极，在每个倍增极上发生电子倍增现象，每个倍增极的倍增系数倍增现象，每个倍增极的倍增系数m mi i大约和倍增大约和倍增极之间的电压成正比例极之间的电压成正比例光电倍增管的主要指标及影响因素光电倍增管的主要指标及影响因素 总灵敏度总灵敏度 ( (总灵敏度随外加电压而增加总灵敏

19、度随外加电压而增加 ) )暗电流暗电流 ( (必须设法尽量减少必须设法尽量减少 ) )光阴极光阴极 ( (灵敏度高（即光电转换效率高）、灵敏灵敏度高（即光电转换效率高）、灵敏层均匀、与所用荧光体具有合适的光谱响应层均匀、与所用荧光体具有合适的光谱响应 ) )分辨时间分辨时间 ( (1010-9-9秒数量级秒数量级 ) ) 一般要求选用总灵敏度高，暗电流及本底脉冲低，一般要求选用总灵敏度高，暗电流及本底脉冲低，分辨时间短，光谱响应好，性能稳定，能长期工分辨时间短，光谱响应好，性能稳定，能长期工作的光电倍增管。强放射性测量时，还应考虑光作的光电倍增管。强放射性测量时，还应考虑光负载能力大等性能。负

20、载能力大等性能。 闪烁计数器应用闪烁计数器应用 放射性强度方面放射性强度方面：粒子的探测粒子的探测 ( ( ZnSZnS（AgAg） ) )粒子的探测粒子的探测 ( (有机闪烁体有机闪烁体 ) ) 射线探测射线探测 (NaI(NaI（T1T1） ) ) 能量测量方面能量测量方面：各种闪烁谱仪各种闪烁谱仪 蒽晶体或液体闪烁体做蒽晶体或液体闪烁体做 闪烁的谱仪；用闪烁的谱仪；用NaINaI（T1T1）晶体与多道脉冲高度分析器相配合成的晶体与多道脉冲高度分析器相配合成的 谱仪是十谱仪是十分有效的分析工具。分有效的分析工具。 1.2 1.2 堆芯外核检测仪表及系统堆芯外核检测仪表及系统1.2.1 1.

21、2.1 堆芯外的定义堆芯外的定义 堆芯外是指在反应堆堆堆芯外是指在反应堆堆芯以外。通常安置在压力芯以外。通常安置在压力壳外壁处，也可置于壳内壳外壁处，也可置于壳内热屏蔽区内。热屏蔽区内。 堆功率值都由放置在压堆功率值都由放置在压力容器外混凝土生物屏蔽力容器外混凝土生物屏蔽层内的层内的堆外核测量系统测堆外核测量系统测定的中子通量给出定的中子通量给出。1.2.1 1.2.1 反应堆堆芯外核测仪系统反应堆堆芯外核测仪系统 堆外检测系统堆外检测系统包括包括核核测量系统和测量系统和热工参数热工参数测量系统。测量系统。 一般分成一般分成源量程源量程测量通道、测量通道、中间量程中间量程测量通道和测量通道和功

22、率功率量程量程测量通道三段，各个量程之间的衔接至少重叠一个测量通道三段，各个量程之间的衔接至少重叠一个数量级，以保证控制和保护的连续性。数量级，以保证控制和保护的连续性。 各个量程测量通道通常选用的探测器及仪表组成各个量程测量通道通常选用的探测器及仪表组成 源量程测量通道源量程测量通道中间量程中间量程通道通道功率量程测量通道功率量程测量通道探测器探测器灵敏度灵敏度硼正比计数管硼正比计数管8counts/(n/cm8counts/(n/cm2 2s)s) 硼补偿电离室硼补偿电离室8 81010-14-14A/(n/cmA/(n/cm2 2s s）长电离室长电离室 2.32.31010-14-14

23、A/A/（n/cmn/cm2 2s s）探测器探测器量程量程1010-1-12 21010n/n/（cmcm2 2s s）0.80.81.61.610106 6C Cs s2 210102 25 510101010n/(cmn/(cm2 2s)s)1.61.61010-12-124 41010-3-3A A5 510102 25 510101010 n/n/（cmcm2 2s s）11.511.51010-12-121.15A1.15A仪表仪表电源电源100-1300V100-1300V电源电源100-1500 V100-1500 V电源电源100-1000 V100-1000 V显示显示线性

24、放大器线性放大器音响放大器音响放大器计数器计数器计数率计计数率计周期计周期计计算机计算机逻辑输出逻辑输出0 0250 V250 V前置放大器前置放大器周期计周期计对数功率表对数功率表记录器记录器计算机计算机逻辑输出逻辑输出直流放大器直流放大器线性功率表线性功率表指示记录器指示记录器计算机计算机逻辑输出逻辑输出1.2.3 1.2.3 核仪表系统核仪表系统(RPN)(RPN)一、系统功能：一、系统功能：. .提供信号：反应堆提供信号：反应堆功率功率、功率变化及功率、功率变化及功率分布分布；. .提供提供控制信号，移动控制棒控制信号，移动控制棒；. .监测功能监测功能: :监测反应堆监测反应堆径向倾

25、斜和轴向功率偏差径向倾斜和轴向功率偏差。二、系统组成：二、系统组成：2 2个个源量程源量程测量通道（正比计数管）；测量通道（正比计数管）；2 2个个中间量程中间量程测量通道（补偿电离室）；测量通道（补偿电离室）；4 4个个功率量程功率量程测量通道测量通道（非补偿电离室）长电离室（非补偿电离室）长电离室, ,分分6 6个灵敏段个灵敏段, ,分别测量堆分别测量堆芯上部、下部中子通量；芯上部、下部中子通量；探测器径向布置图探测器径向布置图探测器轴向布置图探测器轴向布置图1. 1. 源量程测量通道（源量程测量通道（CNSCNS）：）：反应堆反应堆停堆停堆期间和期间和启动初始启动初始阶段。阶段。产生的信

26、号一路送往产生的信号一路送往视听记数电路视听记数电路，一路转换成，一路转换成直流电流直流电流。输出电流送到输出电流送到： 周期计周期计线路：用于显示；线路：用于显示； 模拟量模拟量输出线路：用于指示输出线路：用于指示 和记录；和记录； 逻辑量逻辑量输出线路：用于启动报警及反应堆保护。输出线路：用于启动报警及反应堆保护。周期计周期计 在源量程和中间量程测量通道中都包括周期计，它产生在源量程和中间量程测量通道中都包括周期计，它产生功率倍增时间信号，送往显示器，以显示中子注量率变化功率倍增时间信号，送往显示器，以显示中子注量率变化一倍的时间一倍的时间T T。反应堆功率变化遵守指数规律：反应堆功率变化

27、遵守指数规律：其中：其中：P P0 0为为t=0 t=0 时的堆功率；时的堆功率；P P为为t t时刻的堆功率；时刻的堆功率；T T为功为功率倍增周期率倍增周期( (倍增时间倍增时间) )。上式两边取对数：上式两边取对数：TtPP20PdtdTTPdtdTtPPlg2lg2lglg2lglglg0由此可见：由此可见：倍增时间倍增时间T T与功与功率对数的导数成反比。率对数的导数成反比。 倍增周期，代表堆功率变化趋势、快慢和反应堆所倍增周期，代表堆功率变化趋势、快慢和反应堆所处的状态。处的状态。 T=3sT=3s，说明堆功率每，说明堆功率每3s3s增加增加1 1倍，反应堆处于倍，反应堆处于超临超

28、临界状态界状态； T= - 25 sT= - 25 s，说明堆功率每，说明堆功率每25s25s降低降低1 1倍，反应堆处倍，反应堆处于于次临界状态次临界状态。 T= T= ，说明堆功率为常数，反应堆处于说明堆功率为常数，反应堆处于临界状态临界状态。 如果倍增周期为一过小的正值，说明反应堆功率增如果倍增周期为一过小的正值，说明反应堆功率增加过快，容易失控。加过快，容易失控。 在启动反应堆升功率时，一定要时刻监视倍增周期在启动反应堆升功率时，一定要时刻监视倍增周期，禁止其小于禁止其小于18s18s2.2.中间量程测量通道中间量程测量通道 (CNI(CNI） 探测器是涂硼补偿电离室探测器是涂硼补偿电

29、离室 两个同轴的圆柱形电离室两个同轴的圆柱形电离室 涂硼电离室对涂硼电离室对和和敏感敏感 不涂硼电离室仅对不涂硼电离室仅对 敏感敏感 经电路分向处理最终输出经电路分向处理最终输出电流电流 I In n 输出电流送到：输出电流送到： 周期计线路；周期计线路； 模拟量输出线路；模拟量输出线路； 逻辑量输出线路。逻辑量输出线路。反应堆棒控系统反应堆棒控系统 移动控制棒移动控制棒 指示和记录仪表指示和记录仪表 指示记录堆功率指示记录堆功率反应堆测量仪反应堆测量仪 计算反应性计算反应性对比线路对比线路 监视功率径向分布不平衡监视功率径向分布不平衡功率分布监测线路功率分布监测线路 监视堆芯功率分布监视堆芯

30、功率分布反应堆保护线路反应堆保护线路 用于启动反应堆保护。用于启动反应堆保护。3. 3. 功率量程测量通道（功率量程测量通道（CNPCNP）探测器是涂硼长电离室，由探测器是涂硼长电离室，由6 6个敏感段构成个敏感段构成1.3 1.3 堆芯内中子注量测量及系统堆芯内中子注量测量及系统 在堆寿期内，堆的安全运行不能只依赖堆芯外仪表的在堆寿期内，堆的安全运行不能只依赖堆芯外仪表的信息，而要周期地根据芯内敏感元件测量数据，对堆芯信息，而要周期地根据芯内敏感元件测量数据，对堆芯外仪表校正；取得氙毒对功率的影响资料；及燃耗信息外仪表校正；取得氙毒对功率的影响资料；及燃耗信息等。等。类别类别： 一类是一类是

31、固定探测器件固定探测器件系统，它能提供一维、二维或三系统，它能提供一维、二维或三维功率分布的信息；维功率分布的信息； 另一类是另一类是移动的移动的（活动的）（活动的）中子敏感器件中子敏感器件，它能对堆，它能对堆内中子能量进行大量扫描，因此可以推得期望的功率分内中子能量进行大量扫描，因此可以推得期望的功率分布信息布信息 。常用仪表：常用仪表：微型裂变室微型裂变室 、涂硼室、涂硼室 、自给能探测器。、自给能探测器。 3.3.1 3.3.1 堆芯仪表堆芯仪表1 1 堆芯裂变电离室堆芯裂变电离室工作原理工作原理 热中子射入微型裂变室灵敏体内热中子射入微型裂变室灵敏体内打在涂有二氧化铀打在涂有二氧化铀的

32、电极上的电极上，使，使235U235U核发生核发生裂变裂变。重的带正电的。重的带正电的裂变碎裂变碎片使氩气电离片使氩气电离，产生电子，产生电子-正离子对。电子和正离子正离子对。电子和正离子在外加电场作用下向两极漂移而形成脉冲，脉冲叠加在外加电场作用下向两极漂移而形成脉冲，脉冲叠加起来，则形成电流。检测出电流大小，就可以测得中起来，则形成电流。检测出电流大小，就可以测得中子通量。子通量。裂变碎片质量大、射裂变碎片质量大、射程短，所以裂涂层很程短，所以裂涂层很薄，一般薄，一般2mg2mgcmcm2 2。计数率可达：计数率可达：10105 5s s 大亚湾堆芯微型裂变电离室大亚湾堆芯微型裂变电离室由

33、由焊接端塞，同芯包壳及灵敏焊接端塞，同芯包壳及灵敏体体组成。组成。其中央灵敏电极涂有其中央灵敏电极涂有235235U U富集富集度为度为90%90%的铀的氧化物的铀的氧化物, ,两层同两层同心包壳之间充以心包壳之间充以氧气氧气。裂变电。裂变电离室端部连接驱动和导电两用离室端部连接驱动和导电两用的螺旋形电缆。的螺旋形电缆。探测器外径探测器外径4.7mm,4.7mm,长度（包括长度（包括头部）头部）66mm66mm, ,灵敏区长灵敏区长27mm27mm。它的外壳、外电极、及同轴电它的外壳、外电极、及同轴电缆的材料均为缆的材料均为不锈钢不锈钢。2 2 涂硼室涂硼室 在电离室的一个电极上涂一层浓缩在电

34、离室的一个电极上涂一层浓缩1010B B膜，其测量范膜，其测量范围为：围为：10105 5 10101010 n ncmcm2 2.s.s。 由于由于1010B B的热中子反应截面比的热中子反应截面比235235U U的大约的大约6 6倍，导致燃倍，导致燃耗太大，寿命缩短，所以，不宜作为固定式堆芯仪，耗太大，寿命缩短，所以，不宜作为固定式堆芯仪，而作为而作为移动式堆芯功率仪。移动式堆芯功率仪。 每次在堆芯内工作约每次在堆芯内工作约 3 3分钟分钟，每月测一次每月测一次，所以它，所以它可可工作多年工作多年。3 3 自给能探测器自给能探测器自给能中子探测器自给能中子探测器 衰变型衰变型(流型流型)

35、 瞬变型（内转换中子探测器瞬变型（内转换中子探测器 ）自给能自给能探测器探测器1.3.2 1.3.2 堆芯内中子通量检测系统堆芯内中子通量检测系统作用作用 用来检测稳态工况下堆芯径向和轴向的热中子通用来检测稳态工况下堆芯径向和轴向的热中子通量分布，积累燃耗数据，以制定最佳换料方案，监量分布，积累燃耗数据，以制定最佳换料方案，监视可能发生的功率分布振荡视可能发生的功率分布振荡。 任务任务1 1 证实计算的堆芯性能证实计算的堆芯性能2 2 证实堆芯的运行安全裕量证实堆芯的运行安全裕量3 3 为燃料管理提供输入数据为燃料管理提供输入数据4 4 探测氙引起的功率不对称性或振荡的出现。探测氙引起的功率不

36、对称性或振荡的出现。 选择器选择器 选择器又称选择器又称转换设备转换设备, ,每个选择器每个选择器由一个传动电机带动的选择器由一个传动电机带动的选择器磁鼓磁鼓和和离合器离合器系统组成。系统组成。 组选择器组选择器有一个输入通道有一个输入通道, ,四个输四个输出通道。将探测器从驱动机构的探出通道。将探测器从驱动机构的探测器起始位置引入测器起始位置引入正常测量正常测量通道、通道、存贮存贮通道、通道、校准校准通道及通道及救援救援通道。通道。 路路- -组选择器组选择器有二个或五个输入通有二个或五个输入通道。该选择器接纳来自正常和求援道。该选择器接纳来自正常和求援通道的探测器通道的探测器, ,第第4

37、4组还作为公共核组还作为公共核准通道。准通道。 路选择器路选择器有一个输入通道有一个输入通道, ,十个输十个输出通道。路选择器出通道。路选择器把探测器导向把探测器导向1010个测量通道中的任一个个测量通道中的任一个。1.3.3 1.3.3 堆芯测量系统（堆芯测量系统（RICRIC）1 1 系统功能系统功能 包括包括堆芯温度堆芯温度测量、测量、堆芯中子注量率堆芯中子注量率测量和测量和压力容压力容器内水位器内水位测量三部分，提供以下信息：测量三部分，提供以下信息： 反应堆燃料组件出口冷却剂温度信息反应堆燃料组件出口冷却剂温度信息 堆芯中子注量率分布信息堆芯中子注量率分布信息 压力容器内水位信息压力

38、容器内水位信息 2 2 堆芯温度测量堆芯温度测量给出堆芯温度分布图，并连续记录堆芯温度，显示给出堆芯温度分布图，并连续记录堆芯温度，显示最高堆芯温度及最小温度裕度最高堆芯温度及最小温度裕度探测或验证堆内径向功率分布不平衡程度探测或验证堆内径向功率分布不平衡程度判断是否有控制棒脱离所在棒组判断是否有控制棒脱离所在棒组供操纵员观察事故时和事故后堆芯温度和过冷度的供操纵员观察事故时和事故后堆芯温度和过冷度的变化趋势变化趋势 通过通过4040个热电偶实现温度测量个热电偶实现温度测量 热电偶由铬镍合金热电偶由铬镍合金- -铝镍合金制成，包壳为不锈钢，铝镍合金制成，包壳为不锈钢，使用氧化铝为绝缘材料使用氧

39、化铝为绝缘材料4 4 压力容器水位测量压力容器水位测量压力容器水位测量具有以下功能：压力容器水位测量具有以下功能：失水事故发生时监测堆芯淹没情况失水事故发生时监测堆芯淹没情况正常充、排水时观察反应堆内水位情况正常充、排水时观察反应堆内水位情况主泵启动时，监测堆芯压差主泵启动时，监测堆芯压差3 3 堆芯中子注量率测量堆芯中子注量率测量压力容器水位测量系统压力容器水位测量系统主要由水位探测部分、数据处理部分和显示部分组成主要由水位探测部分、数据处理部分和显示部分组成水位探测部分包括水位探测部分包括6 6台差压计、台差压计、1212只金属膜片隔离器、只金属膜片隔离器、压力传输管道与阀门压力传输管道与

40、阀门差压计分两个系列，每个系列差压计分两个系列，每个系列3 3台，其中一台宽量程台，其中一台宽量程差压计、一台窄量程差压计和一台参考差压计差压计、一台窄量程差压计和一台参考差压计窄量程差压计用于主泵停运时，显示范围窄量程差压计用于主泵停运时，显示范围015m015m主泵运行时要用宽量程差压计，显示范围主泵运行时要用宽量程差压计，显示范围0120%0120%3.4 3.4 核电厂辐射剂量监测核电厂辐射剂量监测工艺过程的放射性辐射监测工艺过程的放射性辐射监测 燃料元件破损监测燃料元件破损监测 蒸汽发生器（或热交换器）泄漏监测蒸汽发生器（或热交换器）泄漏监测 设备冷却水放射性监测设备冷却水放射性监测

41、 工艺废气放射性监测。工艺废气放射性监测。 厂区内放射性辐射监测厂区内放射性辐射监测 辐射场的监测、放射性气体和气溶胶浓度监测、表面辐射场的监测、放射性气体和气溶胶浓度监测、表面沾污及个人剂量监测。沾污及个人剂量监测。 电厂剂量监测系统电厂剂量监测系统 燃料元件包壳燃料元件包壳 破损的监测；破损的监测；蒸发器管子破蒸发器管子破 漏放射性监测；漏放射性监测；冷却水及其管冷却水及其管 道放射性监测；道放射性监测；厂房内厂房内辐辐 射场的监测；射场的监测；工作室放射性气工作室放射性气 体及气溶胶监测；体及气溶胶监测；衣物，工具的表面污染测量；衣物，工具的表面污染测量；个人剂量监测；个人剂量监测；环境

42、放射性监测。环境放射性监测。第二章第二章 温度检测温度检测 第一节第一节 概概 述述温度温度是表示物体冷热程度的物理量。是表示物体冷热程度的物理量。物体温度的高低反映了物体内部分子运动平均动物体温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小。温度概念的建立是以热平衡为基础的。能的大小。温度概念的建立是以热平衡为基础的。 一、温标一、温标 温标是用来衡量物体温度的标尺，它规定了温度的温标是用来衡量物体温度的标尺，它规定了温度的起始点起始点及测温的及测温的基本单位基本单位。 目前使用得较多的温标有：目前使用得较多的温标有：摄氏温标、华氏温标、摄氏温标、华氏温标、热力学温标热力学温标和和国际实用温标

43、国际实用温标二、温度计的分类及比较二、温度计的分类及比较接触式接触式 膨胀式、电阻式、热电偶膨胀式、电阻式、热电偶非接触式非接触式 辐射式辐射式1.1.对被测量的响应及影响对被测量的响应及影响接触式：接触式：达到热平衡有一段时间，故存在滞后响应；破达到热平衡有一段时间，故存在滞后响应；破坏被测温度场，故不能正确反映真实温度，测小热容量坏被测温度场，故不能正确反映真实温度，测小热容量物体及动态温度困难较大；容易产生化学反应。物体及动态温度困难较大；容易产生化学反应。非接触式：非接触式：滞后时间短、不破坏温度场。滞后时间短、不破坏温度场。2.2.对测量结果的影响对测量结果的影响接触式：接触式：简单

44、可靠，测量精度较高可直接得到物体温度。简单可靠，测量精度较高可直接得到物体温度。非接触式：非接触式：受物体发射率、距离、环境影响，精度差。受物体发射率、距离、环境影响，精度差。3.3.测温范围测温范围接触式：接触式：受材料限制一般不能测高温。受材料限制一般不能测高温。非接触式：非接触式：从原理上温度上限没有限制。从原理上温度上限没有限制。热电偶温度计的组成：热电偶温度计的组成： 热电偶、连接导线、二次仪表热电偶、连接导线、二次仪表。优点：优点：1.1.测量精度高，测量温度范围宽（测量精度高，测量温度范围宽（-200-200 18001800）；）；2.2.输出为电信号，便于远传、信号转换、巡回

45、检测；输出为电信号，便于远传、信号转换、巡回检测；3.3.热惯性小，微型热电偶可用于快速及动态测量；热惯性小，微型热电偶可用于快速及动态测量；4.4.不仅可测流体。而且可测固体及固体璧面的温度。不仅可测流体。而且可测固体及固体璧面的温度。第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理两种两种不同不同的导体或半导体材料的导体或半导体材料A A和和B B组成如图所示的闭合回路，如组成如图所示的闭合回路，如果果A A和和B B所组成回路的两个接合点所组成回路的两个接合点处的温度处的温度T T和和T T0 0不相同，则回路中不相同，则回路中就有电流产生，说明回路中有电就

46、有电流产生，说明回路中有电动势存在，这种现象叫做动势存在，这种现象叫做热电效热电效应应。由此效应所产生的电动势，。由此效应所产生的电动势，通常称为通常称为热电势热电势。 （一）接触电势（一）接触电势)()(ln)(TNTNeKTTEBAAB 由于两种材料自由电子密度不同而在其接触处形成电由于两种材料自由电子密度不同而在其接触处形成电势的现象，称为珀尔帖效应，其电动势称为珀尔帖电势势的现象，称为珀尔帖效应，其电动势称为珀尔帖电势或接触电势或接触电势e e为单位电荷为单位电荷K K为波尔兹曼常数为波尔兹曼常数（二）温差电势（二）温差电势 )(1),(00tNdNeKTTETT 由于同一种由于同一种

47、导体或半导体导体或半导体材料因其两段材料因其两段温度不同而产温度不同而产生电动势的现生电动势的现象称为汤姆逊象称为汤姆逊效应，其电动效应，其电动势称为汤姆逊势称为汤姆逊电动势或温差电动势或温差电势。电势。（三）热电偶回路总的热电势（三）热电偶回路总的热电势接触电势：接触电势：EAB(T ), EAB(T0)温差电势：温差电势：EA(T,T0), EB(T,T0),()(),()(),(0000TTETETTETETTEAABBABABdtNNeKTTETTBAAB0ln),(0)()(),(00TfTfTTEAB二、热电偶的回路性质二、热电偶的回路性质（一）均质材料定律（一）均质材料定律 由一

48、种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方由一种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。（二）中间导体定律（二）中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种（或多种）均质材料，只在热电偶回路中接入第三种（或多种）均质材料，只要所接入的材料两端连接点温度相同，则所接入的第三要所接入的材料两端连接点温度相同，则所接入的第三种材料不影响原回路的热电势。种材料不影响原回路的热电势。（三）中间温度定律（三）中间温度定律 两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度分别两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度分别为为t t和和t t

49、0 0时的热电势等于热电偶在接点温度为时的热电势等于热电偶在接点温度为(t,t(t,tn n) )和和(t(tn n,t,t0 0) )时相应的热电势时相应的热电势E EABAB(t,t(t,tn n) )和和E EABAB(t(tn n,t,t0 0) )的代数和，的代数和，其中其中t tn n为中间温度。为中间温度。),(),(),(00ttEttEttEnABnABAB三、热电偶的冷端补偿三、热电偶的冷端补偿根据热电偶的测温原理，热电偶所产生的热电势为两根据热电偶的测温原理，热电偶所产生的热电势为两端温度端温度t t和和t t0 0的函数。为了便于使用，的函数。为了便于使用，通常总是使热

50、电通常总是使热电势成为温度的势成为温度的单值函数单值函数。这需要冷端温度为这需要冷端温度为00或为某一定值，使热电势只随温或为某一定值，使热电势只随温度变化，即度变化，即: :E EABAB( (t t, ,t t0 0)=)=f f ( (t t) )或或E EABAB( (t t, ,t t0 0)=)=f f ( (t t)-)-C C。由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持00或某一定值。因此，为减小测量误差，需对热电偶或某一定值。因此，为减小测量误差，需对热电偶的冷端人为采取措施，使其温度恒定，或用其它方法的冷端人为采取措施，使其

51、温度恒定，或用其它方法进行校正和补偿。进行校正和补偿。补偿方法补偿方法主要有：主要有：冰浴法、理论修正法、冷端补偿器冰浴法、理论修正法、冷端补偿器法、补偿导线法、热电偶补偿法法、补偿导线法、热电偶补偿法等。等。 大多数固体和液体，当它们在温度升高时都会膨胀。大多数固体和液体，当它们在温度升高时都会膨胀。利用这一物理效应可制成膨胀式温度计，它指示温度的利用这一物理效应可制成膨胀式温度计，它指示温度的方法是直接观测膨胀量的大小，或者通过传动机构检测方法是直接观测膨胀量的大小，或者通过传动机构检测它并取得温度信号。它并取得温度信号。 膨胀式温度计分为膨胀式温度计分为固体膨胀式、液体膨胀式和气体膨固体

52、膨胀式、液体膨胀式和气体膨胀式胀式。一、固体膨胀式温度计一、固体膨胀式温度计 典型的固体膨胀式温度计是利用线膨胀系数差别较大典型的固体膨胀式温度计是利用线膨胀系数差别较大的两种金属材料制成双层片状元件，在温度变化时因弯的两种金属材料制成双层片状元件，在温度变化时因弯曲变形而使其另一端有明显位移，借此带动指针就构成曲变形而使其另一端有明显位移，借此带动指针就构成双金属温度计。双金属温度计。第三节第三节 膨胀式温度计膨胀式温度计二、液体膨胀式温度计二、液体膨胀式温度计 一种液体的体积一种液体的体积V V，由于它的温度变化所引起的体，由于它的温度变化所引起的体积变化可以用下式表示：积变化可以用下式表

53、示： TVV可可调调电电接接点点水水银银温温度度计计 玻玻璃璃管管液液体体温温度度计计 三、压力式温度计三、压力式温度计 根据根据封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理而制成的测温仪表。而制成的测温仪表。充气式充气式压力式温度计（氮气压力式温度计（氮气）：测温上限可达）：测温上限可达500500，压力与温度的关系接近线性压力与温度的关系接近线性若充以液体若充以液体（二甲苯、甲醇（二甲苯、甲醇）：测温范围分别为）：测温范围分别为-40-40200200和和-40-40170170，充以低沸点的液体充以低沸点的液体（丙酮）（丙酮）：用于：用于5050200

54、200。由于。由于饱和汽压和饱和汽温呈非线饱和汽压和饱和汽温呈非线性关系，故温度计刻度是不性关系，故温度计刻度是不均匀的。均匀的。 1-1-温包；温包；2-2-毛细导管；毛细导管；3-3-压力计压力计一、电阻式温度计原理一、电阻式温度计原理 电阻温度计的作用原理是电阻温度计的作用原理是根据导体或半导体的电阻随温度而变根据导体或半导体的电阻随温度而变化的性质，并通过与显示仪表相配而测定温度的。化的性质，并通过与显示仪表相配而测定温度的。在工业上广泛在工业上广泛应用电阻温度计来测量应用电阻温度计来测量-200-200500500之间的温度。之间的温度。大多数金属导体的电阻值与温度（大多数金属导体的

55、电阻值与温度（）的关系可表示为：）的关系可表示为：第四节第四节 电阻式温度计电阻式温度计 )1 (320CtBtAtRRt大多数半导体材料具有负的电阻温度系数，其电阻值与热力学温度大多数半导体材料具有负的电阻温度系数，其电阻值与热力学温度的关系为：的关系为：电阻温度计的特点电阻温度计的特点：测量准确度高；在低温下（：测量准确度高；在低温下（500500以下）输出以下）输出信号比热电偶大得多；输出是电信号，易于实现远距离传输和多信号比热电偶大得多；输出是电信号，易于实现远距离传输和多点自动测量。点自动测量。)/1 ()/1(exp00TTBRRTT第五节第五节 测温显示仪表测温显示仪表 一、配接

56、热电偶的测温显示仪表一、配接热电偶的测温显示仪表 根据根据热电偶的测温原理热电偶的测温原理，当冷端温度一定时，热，当冷端温度一定时，热电偶回路的热电势只是被测温度的单值函数。因此电偶回路的热电势只是被测温度的单值函数。因此可以在回路中加入热电势的测量仪表，通过测量热可以在回路中加入热电势的测量仪表，通过测量热电偶回路的热电势来得到被测温度值。常用的测量电偶回路的热电势来得到被测温度值。常用的测量热电势的仪表有：热电势的仪表有：动圈式仪表、手动电位差计、自动圈式仪表、手动电位差计、自动电子电位差计动电子电位差计和和数字式电压表等数字式电压表等。 （一）动圈式温度指示仪表（一）动圈式温度指示仪表

57、1-1-热电偶接线端子热电偶接线端子2-2-导线导线3-3-仪表轴承架仪表轴承架4-4-磁钢磁钢5-5-指针指针 6-6-仪表壳仪表壳7-7-调零旋钮调零旋钮8-8-热敏电阻热敏电阻R RT T 9-9-补偿电阻补偿电阻R RB B10-10-调整量程电阻调整量程电阻R Rs s 当处于均匀恒定磁场中的线圈通以电流当处于均匀恒定磁场中的线圈通以电流I I时，线圈时，线圈将产生的转动力矩将产生的转动力矩M MM=KIM=KI，K K为比例常数为比例常数 该力矩促使线圈绕中心转动，转动时，支持线圈的该力矩促使线圈绕中心转动，转动时，支持线圈的张丝产生反力矩张丝产生反力矩MnMnMnMn=W=W，W

58、 W为比例常数为比例常数 当两个力矩平衡时，动圈停止转动，此时的转角当两个力矩平衡时，动圈停止转动，此时的转角=KI/W=CI=KI/W=CI，C C是仪表的灵敏度是仪表的灵敏度 I=E/RI=E/R，E E为回路电势，为回路电势，RR为回路总电阻，由内为回路总电阻，由内部电阻和外部电阻组成。部电阻和外部电阻组成。 保持回路总电阻恒定是保证测温精度的关键。保持回路总电阻恒定是保证测温精度的关键。仪表外部电阻仪表外部电阻R RE E ：包括热电偶、补偿导线和连接导线包括热电偶、补偿导线和连接导线电阻电阻R R2 2、冷端补偿器等效电阻、冷端补偿器等效电阻R RL L、外接调整电阻、外接调整电阻R

59、 RC C 。调整调整RcRc使外部电阻等于设计规定值使外部电阻等于设计规定值（我国为（我国为1515或或55）但其余各电阻随环境温度变化会有微小变化，故有一但其余各电阻随环境温度变化会有微小变化，故有一定测量误差。定测量误差。仪表内部电阻仪表内部电阻R RN N ：包括串联调整电阻包括串联调整电阻R RS S，动圈电阻，动圈电阻R RD D温度补偿电阻温度补偿电阻R RB B和电阻和电阻R RT T。国产仪表个电阻值为：国产仪表个电阻值为：RsRs=200-1000=200-1000RD=80RD=80RB=50RB=50RT=68RT=68阻尼电阻阻尼电阻RP=600RP=600（二）直流

60、电位差计（二）直流电位差计 电位差计测量是按随动平衡方式工作，采用把电位差计测量是按随动平衡方式工作，采用把被测量与已知标准量比较后的差值调节至零差的被测量与已知标准量比较后的差值调节至零差的测量方法，所以当电位差计处于静态平衡时热电测量方法，所以当电位差计处于静态平衡时热电偶回路没有电流，因而对测量回路电阻值的变化偶回路没有电流，因而对测量回路电阻值的变化没有严格的要求。没有严格的要求。二、配接热电阻的测温显示仪表二、配接热电阻的测温显示仪表 测量电阻温度计热电阻的仪表有很多种习惯上用测量电阻温度计热电阻的仪表有很多种习惯上用不平不平衡电桥、手动平衡电桥和自动平衡电桥。衡电桥、手动平衡电桥和