УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НЕЙТРОНОВ
APPARATUS FOR MEASURING NEUTRON FLUX DENSITY

Настоящее изобретение относится к ядерной технике и может быть применено в системах контроля активной зоны ядерного реактора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является устройство для измерения плотности потока нейтронов, содержащее ионизационную импульсно-токовую камеру с двумя электродами, собирающий электрод которой соединен со входом электрометрического усилителя, выход которого соединен со входом преобразователя напряжение-код, дискриминаторы и делитель (патент RU 2240609, G21C 17/108, опубл. 20.11.2004).
В известном устройстве использованы три дискриминатора с различными уровнями срабатывания, для которых необходимы проведение математического моделирования и последующая настройка каждого дискриминатора для определения уровней дискриминации, что усложняет процесс измерения плотности потока нейтронов. Также известное устройство характеризуется наличием погрешности измерений при осуществлении контроля по токовому сигналу, обусловленной наличием гамма-излучения.
Недостатками известного устройства являются сложность измерения плотности потока нейтронов и низкая достоверность.
Задачей настоящего изобретение является создание устройства для измерения плотности потока нейтронов, которое характеризуется простотой измерения плотности потока нейтронов и высокой достоверностью.
Техническим результатом настоящего изобретения является исключение математического моделирования и последующей настройки дискриминаторов для определения уровней дискриминации, а также компенсация влияния гамма-излучения на токовый сигнал, что приводит к уменьшению погрешности измеряемой величины плотности потока нейтронов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения плотности потока нейтронов, содержащее ионизационную импульсно-токовую камеру с двумя электродами, собирающий электрод которой соединен со входом электрометрического усилителя, выход которого соединен со входом преобразователя напряжение-код, первый и второй дискриминаторы и делитель, согласно изобретению дополнительно введены дифференциальный усилитель, первый и второй преобразователи частота-код, первый умножитель с постоянным коэффициентом умножения, второй и третий умножители с переменными коэффициентами умножения, мультиплексор, регистр-защелка, первое и второе устройства сравнения, первый и второй сумматоры и управляющее устройство, а первый дискриминатор выполнен с постоянным уровнем дискриминации, при этом оба электрода ионизационной камеры соединены со входом дифференциального усилителя, выход которого соединен со входами первого и второго дискриминаторов, выходы которых соединены со входами первого и второго преобразователей частота-код соответственно, выход первого преобразователя частота-код подключен ко входу делителя, первому входу мультиплексора и входу первого устройства сравнения, выход которого соединен со вторым входом мультиплексора, выходы делителя и первый выход второго преобразователя частота-код подключены ко входам второго устройства сравнения, выход которого соединен со входом второго дискриминатора, причем второй выход второго преобразователя частота-код соединен со входом первого умножителя, выход которого соединен с третьим входом мультиплексора, выход мультиплексора подключен ко входу управляющего устройства и входу второго умножителя, а выходы управляющего устройства соединены со входами второго и третьего умножителей и первым входом регистра-защелки, при этом выход преобразователя напряжение-код подключен ко второму входу регистра-защелки и прямому входу первого сумматора, инвертированный вход которого подключен к выходу регистра-защелки, при этом первый сумматор имеет второй прямой вход для подачи на него постоянного заданного значения, выход первого сумматора соединен со входом третьего умножителя, а выходы второго и третьего умножителей подключены ко входам второго сумматора, выход которого является выходом устройства.
Использование в устройстве только двух дискриминаторов, один из которых, первый, выполнен с постоянным уровнем дискриминации, а уровень дискриминации второго задается подключенным к нему вторым устройством сравнения, позволяет исключить математическое моделирование и последующую настройку дискриминаторов для определения уровней дискриминации, а введение в устройство сумматора с двумя прямыми и одним инвертированным входами позволяет компенсировать влияние гамма-излучения на токовый сигнал, что приводит к уменьшению погрешности измеряемой величины плотности потока нейтронов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства.
Устройство для измерения плотности потока нейтронов содержит ионизационную импульсно-токовую камеру с двумя электродами 1, электрометрический усилитель 2, преобразователь напряжение-код 3, дифференциальный усилитель 4, первый и второй дискриминаторы 5 и 6, первый и второй преобразователи частота-код 7 и 8, делитель 9, умножитель с постоянным коэффициентом умножения 10, мультиплексор 11, регистр-защелка 12, первое и второе устройства сравнения 13 и 14, управляющее устройство 15, первый сумматор с двумя прямыми и одним инвертированным входами 16, второй сумматор 17, второй и третий умножители с переменными коэффициентами умножения 18 и 19.
Электроды ионизационной импульсно-токовой камеры 1 соединены со входами дифференциального импульсного усилителя 4, вход электрометрического усилителя 2 подключен к собирающему электроду ионизационной камеры 1. Резисторы P1 P2 являются нагрузочными для импульсов тока камеры. Выходы дифференциального усилителя 4 соединены со входами первого и второго дискриминаторов 5 и 6, выходы дискриминаторов 5 и 6 соединены со входами первого и второго преобразователей частота-код 7 и 8 соответственно. Уровень дискриминации первого дискриминатора 5 устанавливается постоянным. Выход первого преобразователя частота-код 7 соединен со входом делителя 9. Выходы делителя 9 и второго преобразователя частота-код 8 подключены ко входам второго устройства сравнения 14. Для задания уровня дискриминации второго дискриминатора 6 к его входу подключен выход второго устройства сравнения 14. Выход второго преобразователя частота-код 8 также соединен со входом первого умножителя 10. Выход первого преобразователя частота-код 7 подключен ко входу первого устройства сравнения 13, на второй вход которого подано постоянное значение. Входы мультиплексора 11 соединены с выходами первого преобразователя частота-код 7, первого умножителя 10 и первого устройства сравнения 13. Выход электрометрического усилителя 2 подключен ко входу преобразователя напряжение-код 3. Выход преобразователя напряжение-код 3 соединен со входом регистра-защелки 12 и прямым входом первого сумматора 16, при этом на второй прямой вход первого сумматора поступает постоянное заданное значение, а на инвертированный вход первого сумматора 16 поступает инвертированный сигнал с выхода регистра-защелки 12. Выход мультиплексора 11 подключен ко входу управляющего устройства 15 и второго умножителя 18, выход первого сумматора 16 соединен со входом третьего умножителя 19. Выходы управляющего устройства 15 подключены ко входам регистра-защелки 12 и второго и третьего умножителей 18 и 19. Выходы умножителей 18 и 19 подключены ко входам второго сумматора 17. Выходной сигнал второго сумматора 17 - искомое значение плотности потока нейтронов.
Устройство для измерения плотности потока нейтронов работает следующим образом.
6
6
6
-1
6
-1
6
-1
При малой плотности потока нейтронов (меньше чем 10 импульсов в секунду) практически не происходит наложения импульсов и плотность потока нейтронов определяется по сигналу первого преобразователя частота-код 7. С начала пуска реактора уровень дискриминации второго дискриминатора 6 автоматически подбирается таким образом, чтобы сигнал второго преобразователя частота-код 8 был в 10 раз меньше, чем сигнал первого преобразователя 7. Второе устройство сравнения 14 регулирует значение уровня дискриминации второго дискриминатора 6 для обеспечения соотношения 10:1 сигналов двух преобразователей частота-код 7 и 8. После достижения мощности 10 импульсов в секунду уровень дискриминации второго дискриминатора 6 фиксируется, и при дальнейшем увеличении мощности плотность потоков нейтронов определяется по сигналу второго преобразователя частота-код 8, умноженному на 10. Первое устройство сравнения 13 сравнивает сигнал первого преобразователя частота-код 7 со значением 10 с. В зависимости от сигнала первого устройства сравнения 13 мультиплексор 11 выводит на выход либо сигнал первого преобразователя частота-код 7 (при сигнале первого преобразователя частота-код 7 до 10 с), либо сигнал второго преобразователя частота-код 8, прошедший через первый умножитель 10 (при сигнале первого преобразователя частота-код 7 более 10 с). Токовый сигнал камеры усиливается электрометрическим усилителем 2 и оцифровывается в преобразователе напряжение-код 3.
6
-1
6
-1
6
-1
6
-1
6
-1
6
-1
6
-1
0
0
0
0
1
2
1
2
1
2
Управляющее устройство 15 работает следующим образом. При приближении сигнала мультиплексора 11 к значению кода, соответствующему частоте 3·10 с, управляющее устройство фиксирует выходное значение регистра-защелки 12, после этого сигнал на выходе первого сумматора 16 становится равен сумме некоторого заданного значения кода, соответствующего току I, и разности текущего сигнала преобразователя напряжение-ток 3 и сигнала, зафиксированного на регистре-защелке 12 при приближении сигнала мультиплексора 11 к значению кода, соответствующему значению 3·10 с. Значение I определяется как ток, соответствующий частоте импульсов 3·10 с. Таким образом, при достижении частоты 3·10 с в регистре-защелке 12 фиксируется сумма тока, вызванного потоком нейтронов частотой 3·10 с (I), и тока, обусловленного гамма-излучением, в сумматоре 16 из выходного сигнала регистра-защелки 12 вычитается ток I, в результате чего получается значение тока, обусловленного гамма-излучением со знаком "минус", затем это значение тока, вызванного гамма-излучением, вычитается из текущего значения тока на выходе преобразователя напряжение-код 3, в результате чего на выходе сумматора 16 получается значение тока, отражающего динамику реактора и не искаженного током, вызванным гамма-излучением. Кроме того, управляющее устройство 15 задает коэффициенты, на которые происходит умножение во втором и третьем умножителях 18 и 19. В диапазоне кодов, соответствующим частотам от f=3·10 с до f=6·10 с, по выходному сигналу мультиплексора 11 множители k (во втором умножителе 18) и k (в третьем умножителе 19) линейно изменяются от 1 до 0 и от 0 до 1 соответственно, изменение множителей k и k в диапазоне сигналов мультиплексора 11 от f1 до f2 описывается следующими формулами:
2
1
, k=1-k.
1
2
6
-1
6
-1
При частотах меньше f=3·10 с плотность потока нейтронов определяется только по импульсному сигналу, при частотах больше f=6·10 с плотность потока нейтронов определяется только по токовому сигналу.
Во втором сумматоре 17 происходит сложение сигналов второго и третьего умножителей 18 и 19. Выходной сигнал второго сумматора 17 является искомой величиной, характеризующей плотность потока нейтронов.