УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТВЭЛа

Устройство относится к технике дистанционного измерения параметров изделия, как-то масса, объем, поперечное сечение и может быть использовано в атомной технике для контроля параметров тепловыделяющих элементов, облученных в ядерном реакторе, например, для определения распухания твэлов.
Известно устройство для определения объема тела неправильной геометрической формы (АС СССР №1041875, 1983 г.), включающее горизонтальное основание с установленными на нем весами, образец известного объема, изготовленный из материала измеряемого тела с соблюдением пропорциональности объемных долей материала в измеряемом теле и образце. По результатам последовательных взвешиваний определяют соотношение масс измеряемого тела и образца, по которому определяют объем тела неправильной геометрической формы.
Известно устройство для определения объема тела (АС СССР №673855, 1979 г), включающие горизонтальное основание, соединенное жестко с мачтой, снабженной консолью, к свободному концу которой прикреплена подвеска, оканчивающаяся захватом. На основании установлены весы, на измерительной платформе которых, размещен сосуд с жидкостью с известным удельным весом.
При удерживании захватом тело полностью погружено в жидкость.
По разности весов сосуда с жидкостью, измеренным последовательно с помещенным в жидкость телом и без него, судят об объеме тела.
Данные устройства мало пригодны для определения параметров тел, подвергшихся, например, радиационным воздействиям, из-за которых нарушается пропорциональность объемных долей материалов в измеряемом
теле и образце или изменяется коэффициент подобия, что приводит к большой погрешности при измерении объема. Так же проблематично использование такого устройства в дистанционных условиях при работе с облученными материалами.
Недостатком этих устройств является так же невозможность определения поперечного сечения тела по результатам взвешивания.
Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерений.
Заявляемое решение позволяет устранить эти недостатки. Для этого в устройстве для дистанционного измерения параметров тел, включающем горизонтальное основание, соединенное жестко с мачтой, снабженной консолью, подвеску, оканчивающуюся захватом, сосуд с жидкостью, образец, дополнительно введены датчик силы, размещенный на консоли и соединенный с подвеской, по крайней мере, один пенал, причем сосуд с жидкостью размещен на одном основании с мачтой, а мачта выполнена из двух частей: неподвижной и выдвижной, для дискретного изменения высоты и поворота вокруг своей оси.
Для повышения безопасности выдвижная и неподвижная части соединены с демпфером и снабжены стопором.
Устройство характеризуется тем, что на дне сосуда размещен сетчатый поддон, имеющий ручку, выходящую за пределы сосуда.
Выдвижная часть мачты устройства снабжена зубчатой линейкой, на основании установлен шаговый двигатель, шестерня привода которого соединена с зубчатой линейкой.
Устройство снабжено пеналом для хранения в нем образца и пеналом для промежуточного хранения измеряемого объекта.
Датчик силы одним из выходом соединен через универсальный модуль сопряжения и интерфейс с ЭВМ, вторым выходом через стабилизированный блок питания, блок питания постоянного тока и
интерфейс так же соединен ЭВМ, а универсальный модуль сопряжения соединен с блоком питания постоянного тока и термопреобразователем.
Консоль выполнена с возможностью поворота вокруг оси мачты в пределах рабочей зоны, ограниченной размерами плиты, за приваренные к ребру жесткости крюк и рычаг.
Индикатор уровня служит для контроля начального и конечного уровней рабочей жидкости и для учета ее убыли за счет испарения.
Твэл, оброненный случайно внутрь стакана будет легко поднят поддоном (сеткой-мешалкой), соединенной со штангой. Поддон используется в промежутках между взвешиваниями тепловыделяющих объектов для перемешивания рабочей жидкости с целью выравнивания поля ее температуры.
Верхняя часть захвата шарнирно соединена с чувствительным элементом датчика силы звеньями подвески.
Телескопическая управляемая дистанционно мачта позволяет перемещать удерживаемый захватом образец и объект из пеналов в сосуд и обратно, фиксировать для взвешивания над сосудом и при различной глубине погружения в жидкость.
На рисунке 1 изображено устройство для дистанционного измерения параметров тел, где:, 1 - плита, 2 - стойка телескопической мачты, 3 - телескопическая мачта, 4 - кронштейн, 5 - консоль, 6 - датчик силы, 7 - захват, 8 - подвеска, 9 - стакан с рабочей жидкостью, 10 - штанга, 11 - пенал для хранения образца, 12 - пенал для промежуточного хранения твэла, 13 - индикатор уровня, 14 - рычаг, 15 - ребро жесткости, 16 - направляющее кольцо, 17 - рычаг.
На горизонтальной плите 1 установлены и закреплены стакан 9 с рабочей жидкостью, пенал 11 для хранения образца, пенал 12 для промежуточного хранения твэла и стойка 2 телескопической мачты 3. Телескопическая мачта, состоящая неподвижной и выдвижной частей соединенных через демпфер, снабжена горизонтальной консолью 5, на которой
закреплены датчик силы 6, закрытый защитным кожухом, кронштейн 4 с разъемом типа РС-7. Верхняя часть захвата 7 шарнирно соединена с чувствительным элементом датчика силы 6 звеньями подвески 8. В стенке стойки 2 выполнены продольный паз и соединенные с ним выемки, нижние края которых служат для фиксации телескопической мачты 3 на заданном уровне. Рычаг 14 снабжен фиксатором, жестко соединенным с нижней частью мачты 3, и служит для изменения ее высоты путем его перемещения вдоль паза стойки 2 и установки на нижнюю кромку одной из выемок. Ребро жесткости 15 соединено своими концами с закрепленным концом консоли 5 и направляющим кольцом 16, охватывающим стойку 2, служит для сохранения горизонтального положения консоли 5 при выдвижении телескопической мачты 3 и снабжено рычагом 17, выполненным в виде кольца и предназначенным для поворота консоли 5. Стакан 9 снабжен индикатором уровня жидкости 13, на стеклянной стенке которого нанесены по периметру три горизонтальные риски, отстоящие друг от друга на 1 мм и указывающие рабочий диапазон. Вблизи дна стакана 9 размещена сетка-мешалка, перекрывающая поперечное сечение стакана с небольшим зазором, подвешенная на штанге 10 размещенной вдоль стенки стакана 9 и оканчивающейся кольцом, выступающим за боковую стенку стакана.
Консоль 5 может быть повернута вокруг оси мачты 3 в пределах рабочей зоны, ограниченной размерами плиты 1, за приваренные к ребру жесткости 15 направляющее кольцо 16 и рычаг 17.
Направляющая, служащая для позиционирования высоты мачты, снабжена номерами ступеней, обеспечивающих дискретное изменение высоты.
Инструментом, служащим для фиксации и удержания твэлов при загрузке-разгрузке установки и измерениях, являются сменные захваты, соответствующие геометрии верхних хвостовиков твэлов.
Шаг изменения высоты телескопической мачты (расстояние между измерительными кромками соседних пазов) равен 40 мм.
На рисунке 2 - изображена измерительная схема устройства, где: 6 -датчик силы, 18 - термопреобразователь, размещенные в защитной камере, 19 - стабилизированный блок питания, 20 - блок питания постоянного тока, 21 - универсальный модуль сопряжения, 22 - интерфейс, 23 - ЭВМ.
Выход блока питания постоянного тока соединен с входами питания интерфейса, стабилизированного блока питания и универсального модуля сопряжения, выходы датчика силы и термопреобразователя соединены с входами универсального модуля сопряжения, выходы которого соединены с входами интерфейса, а выход последнего соединен с портом ЭВМ.
Термоэлектрический преобразователь служит для измерения температуры рабочей жидкости.
Программа сбора и обработки данных, установленная на ЭВМ, позволяет учесть и скомпенсировать изменения температуры рабочей жидкости и других параметров, происходящих в процессе измерения.
Устройство работает следующим образом.
При работе устройства в защитной камере операции по загрузке-разгрузке образца и объекта измерений, изменению высоты мачты, фиксации ее на заданном уровне выполняют с помощью манипулятора.
Взвешивают образец на воздухе и после его погружения в рабочую жидкость, по результатам которого вычисляют начальную плотность рабочей жидкости и проверяют калибровку измерительного канала.
Взвешивают твэл на воздухе и при различной степени его погружения в рабочую жидкость, по результатам которого вычисляют частичный объем твэла, заключенный между двумя его последовательными поперечными сечениями, совпадающими с поверхностью рабочей жидкости в сосуде при двух последовательных ступенях погружения, среднюю по этому объему площадь поперечного сечения твэла, а также полный объем твэла;
Взвешивание образца на воздухе выполняют следующим образом.
Воздействуя на рычаг 17 одним захватом манипулятора, поворачивают консоль 5 в положение «над пеналом образца» и удерживают ее в этом положении.
Другим захватом манипулятора берут захват 7 за направляющие пластины, нажимают на них до раскрытия захвата 7 и, сохраняя это состояние, ориентируют его на хвостовик образца и, плавно надвинув до упора, без рывка разжимают захват манипулятора.
Правым захватом манипулятора берут за рычаг 14, слегка прижимая к правой стороне паза, поднимают до уровня, соответствующего положению твэла над рабочей жидкостью (для взвешивания в воздухе), устанавливают его на выемке, довернув влево до упора, и повернув фиксатор (стопор) рычага 14 от себя (к стакану 9) в положение «закрыто».
Воздействуя на рычаг 17 захватом манипулятора, поворачивают консоль 5 в положение «над стаканом 9» и оставляют ее в этом положении для успокоения колебаний системы «образец - захват - подвеска - консоль - мачта» и последующего взвешивания.
По завершении взвешивания левым захватом манипулятора берут за рычаг 14 и удерживают его в этом положении, правым захватом манипулятора поворачивают фиксатор рычага 18 на себя (от стакана 9) в положение «открыто» и, воздействуя на рычаг 17 или ребро жесткости 15, фиксируют положение консоли 5.
Слегка прижимая рычаг 14 к левой стороне паза, опускают его до уровня, соответствующего полному погружению образца в рабочую жидкость и устанавливают его на соответствующей выемке, затем, довернув влево до упора, и, не отпуская рычаг 14, поворачивают фиксатор рычага 14 от себя (к стакану 9) в положение «закрыто».
Убирают захваты манипулятора от механической части устройства, выдерживают паузу, достаточную для затухания механических колебаний и выполняют измерения по взвешиванию образца, погруженного в рабочую жидкость.
При взвешивании твэла устройство работает аналогично, выполняя те же операции что при взвешивании образца.
По окончании работы с твэлом повторно взвешивают образец, погруженный в рабочую жидкость, возвращают твэл в соответствующую ячейку кассетницы из пенала промежуточного хранения твэла 12.
По завершении работ фиксируют захват 4, термопару извлекают из пенала и закрепляют на стене защитной камеры для хранения и дальнейшего использования, стакан 9 и пеналы 11, 12, закрывают крышками, включают питание электронно-измерительной части установки, выгружают механическую часть устройства из защитной камеры через проходку в перекрытии и размещают ее для долговременного хранения.