СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СОСТОЯНИЙ ДАТЧИКА

Система контроля для обнаружения состояний датчика
Настоящая полезная модель относится к системам для обнаружения заданных состояний датчика, а более конкретно - к контролю состояния датчика и средства соединения датчика с удаленным от него управляющим устройством в системах контроля, обеспечивающих безопасность атомной электростанции (АЭС). Датчик - устройство, преобразующее один или несколько параметров сложного технологического процесса в аналоговый электрический сигнал Многие системы управления используют датчики, размещенные в непосредственной близости от элементов управляемого или наблюдаемого объекта. Физические процессы в этих объектах создают в датчиках изменения их состояний. Сигналы, вырабатываемые датчиками, передаются удаленному от них измерительному устройству, где происходит преобразование и анализ этих сигналов, а в случае управления вырабатываются адекватные сигналы управления При передаче сигналов от датчика могут использоваться различные соединительные устройства. Это могут быть двухпроводные линии, по которым от устройства управления передается постоянное напряжение питания датчику, а передача информации от датчика устройству управления производится путем прерывания и восстановления непрерывного пути, как это сделано в системе удаленного управления по патенту США №3451052.
Хотя такая система может быть полезна в условиях, описанных в указанном патенте, она имеет недостаточную гибкость, необходимую для сложных, высоконадежных измерительных систем. В ней не предусмотрены механизмы контроля функционирования датчика и соединительных устройств, связывающих
МКИН04М011/04
датчик с устройством управления.
В патенте США № 3838411 (прототип полезной модели) предложена система обнаружения состояний, которая содержит, по крайней мере, один датчик, представляющий собой электронную схему с двумя выводами. Устройство управления, удаленное от датчика, содержит средство для периодической генерации контрольных импульсов с входом и выходом и средство для приема и анализа сигналов датчика, представляющих заданные состояния процесса, по крайней мере, с двумя входами и выходом. Устройство управления соединено с датчиком средством подсоединения, имеющим, по крайней мере, два провода. Кроме того, прототип содержит ряд признаков, которые не используются в предлагаемой полезной модели. Так, устройство управления содержит питающее устройство для передачи датчику токового импульса во время полусинусоиды каждого цикла переменного тока, а датчик содержит сохраняющее заряд средство, обеспечивающее его электропитанием на время всего рабочего цикла Кроме того, датчик включает усилитель, соединенный со средством для обнаружения заранее определенных состояний для создания выходных сигналов, несущих информацию. Средство для соединения включает, кроме того, однонаправленное проводящее средство, соединенное последовательно с указанными проводниками, селективно проводящее ток для пропускания периодических сигналов к датчику и получения сигналов от него для обнаружения заранее определенных состояний
Предлагаемая полезная модель используется при контроле активных зон реакторных установок, при котором к элементам систем контроля предъявляются высокие требования по надежности. В связи с этими требованиями, следует отметить некоторые недостатки заявленной в патенте США № 3838411 системы. Примененная в прототипе схема датчика требует получение и преобразование
электрической энергии питания из устройства управления. Это определяет ее относительную сложность и, соответственно, дороговизну. При контроле активных зон реакторных установок количество используемых датчиков измеряется сотнями, поэтому фактор стоимости датчика становится немаловажным. Кроме того, условия работы (высокая температура, радиационные поля, геометрические размеры) часто не позволяют разместить в датчике активную схему. Периодической проверке должны подвергаться целостность пути от управляющего устройства до датчика и параметры как самого датчика так и средства соединения датчика с управляющим устройством. Такая полная проверка в прототипе не предусмотрена При этом периодическая проверка должна осуществляться без механического отключения и подключения проверяемых объектов, что само по себе могло бы стать причиной возникновения неисправности.
Таким образом, целью предлагаемой полезной модели является создание относительно недорогой системы контроля для обнаружения состояний датчика, обеспечивающей периодическую проверку состояния датчика и средства, соединяющего датчик с устройством управления. Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, это - увеличение надежности системы за счет своевременного обнаружения как повреждений датчика и/или соединяющего средства, так и изменений их параметров, обусловленных, например, старением материалов в условиях повышенной радиации.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что система контроля для обнаружения состояний датчика, представляющего значения выбранного параметра процесса, протекающего в объеме активной зоны реактора, содержит.
средство для периодической генерации контрольных импульсов с двумя входами и выходом; удаленное от датчика,
средство для приема и нормализации сигналов датчика, представляющих заданные состояния процесса, по крайней мере, с двумя входными проводами и выходом, удаленное от датчика,
средство подсоединения датчика, имеющее, по крайней мере, два провода, для соединения датчика со средством для приема и нормализации сигналов датчиков и средством для периодической генерации контрольных импульсов,
причем два выходных провода датчика соединены с двумя проводами средства подсоединения датчика,
провода средства подсоединения датчика соединены, кроме того, с выходом средства для периодической генерации контрольных импульсов и входом средства для приема и нормализации сигналов датчика.
Кроме того, она содержит (далее следуют отличительные признаки):
первую и вторую ЭВМ,
первую и вторую системные магистрали,
первый и второй каналы для связи указанного средства приема и нормализации сигналов датчика с первой и второй ЭВМ, соответственно, гальванически развязанные с датчиком,
причем каждый из каналов связи содержит
узел преобразования нормализованного сигнала,
магистральный интерфейс с
входом для приема нормализованных сигналов из узла преобразования нормализованного сигнала,
периодической генерации контрольных импульсов и приема из последнего сигналов состояния контроля, и
вторым входом/выходом для передачи сигналов датчика и сигналов состояния контроля в ЭВМ и приема сигналов управления из ЭВМ,
причем
указанное средство периодической генерации контрольных импульсов содержит
узел разрешения конфликтов управления с выходом управления, и, по крайней мере, двумя входами/выходами для связи с магистральными интерфейсами,
средство выработки и подачи сигналов контроля качества с входом управления и, по крайней мере, двумя выходными проводами для подачи сигналов контроля,
причем
вход управления средства выработки и подачи сигналов контроля качества соединен с выходом управления узла разрешения конфликтов управления,
два входа/выхода для связи с магистральными интерфейсами узла разрешения конфликтов управления соединены с входами/выходами магистральных интерфейсов первого и второго каналов связи, соответственно,
выход указанного средства для приема и нормализации сигналов датчика соединен с входами узлов преобразования нормализованного сигнала каждого из указанных каналов связи, соединенных, кроме того, через соответствующую системную магистраль с первой и второй ЭВМ.
9Ш2231
средство для приема и нормализации сигналов датчика содержит
операционный усилитель,
средство выработки и подачи сигналов контроля качества содержит
генератор напряжения с входом управления и первым и вторым выходными проводами,
узел гальванической развязки с входом управления и выходом, причем
первый провод средства подсоединения датчика соединен с первым входом операционного усилителя,
второй провод средства подсоединения датчика соединен с первым выходным проводом генератора напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества
второй выходной провод генератора напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества соединен со вторым входом операционного усилителя,
вход управления генератора напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества соединен с выходом узла гальванической развязки, а
выход операционного усилителя является выходом средства для приема и нормализации сигналов датчика.
Кроме того, предлагается вариант системы контроля, при котором датчик является генератором напряжения, а
средство для приема и нормализации сигналов датчика содержит
дифференциальный усилитель напряжения,
средство выработки и подачи сигналов контроля качества содержит
узел гальванической развязки с входом управления и выходом, причем
первый провод средства подсоединения датчика соединен с первым входом суммирующего усилителя,
второй провод средства подсоединения датчика соединен со вторым входом суммирующего усилителя,
первый провод средства подсоединения датчика соединен с первым выходным проводом генератора тока средства выработки и подачи сигналов контроля качества,
второй провод средства подсоединения датчика соединен со вторым выходным проводом генератора тока средства выработки и подачи сигналов контроля качества,
вход управления генератора тока средства выработки и подачи сигналов контроля качества соединен выходом узла гальванической развязки, а
выход суммирующего усилителя является выходом средства для приема и нормализации сигналов датчика.
Кроме того, предлагается вариант системы контроля, при котором датчик является совокупностью двух генераторов тока, соединенных между собой в общей точке, а
средство для приема и нормализации сигналов датчика содержит
узел усилителя-нормирователя сигнала датчика с первыми вторым операционными усилителями и суммирующим усилителем,
электронный коммутатор с входом управления, первым и вторым сигнальными входами и выходом,
узел гальванической развязки с входом управления и выходом,
генератор напряжения с входом управления и первым и вторым выходными проводами,
узел гальванической развязки с входом управления и выходом,
средство подсоединения датчика содержит третий провод, причем
первый провод средства подсоединения датчика соединен с первым входом первого операционного усилителя,
второй провод средства подсоединения датчика соединен с первым входом второго операционного усилителя,
третий провод средства подсоединения датчика соединен с общей точкой соединения между собой двух генераторов тока в датчике и с первым выходным проводом генератора напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества,
второй выходной провод генератора напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества соединен со вторыми входами первого операционного усилителя и второго операционного усилителя, электрически соединенными между собой,
вход управления генератора напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества соединен выходом узла гальванической развязки,
выход первого операционного усилителя соединен с первым входом суммирующего усилителя,
выход второго операционного усилителя соединен со вторым входом суммирующего усилителя и первым сигнальным входом электронного коммутатора,
вход управления электронного коммутатора соединен с выходом узла гальванической развязки, а
выход электронного коммутатора является выходом средства для приема и нормализации сигналов датчика.
Кроме того, предлагается вариант системы контроля, в котором
генератор напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества содержит
фототранзистор оптрона с коллекторным сопротивлением,
первое и второе калибровочные сопротивления и
источник напряжения контроля с двумя электродами,
аналоговый переключатель с первым и вторым входами питания, выходом питания и входом управления, а
узел гальванической развязки средства выработки и подачи сигналов контроля качества содержит
светодиод оптрона,
электронный ключ с входом управления и выходом,
источник питания светодиода оптрона с двумя электродами, причем
эмиттер фототранзистора оптрона соединен через второй выходной провод генератора напряжения со вторым входом операционного усилителя, а также - со вторым входом питания аналогового переключателя, первым электродом источника напряжения контроля и первым выводом второго калибровочного сопротивления, второй вывод второго калибровочного сопротивления соединен с первым выводом первого калибровочного сопротивления и через второй выходной провод генератора напряжения - со вторым проводом средства подсоединения датчика,
второй вывод первого калибровочного сопротивления соединен с выходом питания аналогового переключателя, общая точка фототранзистора с коллекторным сопротивлением соединена с входом управления аналогового переключателя, второй вывод коллекторного сопротивления соединен с первым входом питания аналогового переключателяи вторым электродом источника напряжения контроля,
светодиод оптрона соединен с выходом электронного ключа, образуя последовательную цепочку, причем один электрод источника питания светодиода оптрона подключен к свободному концу светодиода, а второй электрод источника питания подключен к электронному ключу.
Кроме того, предлагается вариант системы контроля, в котором
генератор тока средства выработки и подачи сигналов контроля качества содержит фотодиод оптрона, третье и четвертое калибровочные сопротивления,
узел гальванической развязки средства выработки и подачи сигналов контроля качества содержит
светодиод оптрона,
электронный ключ с входом управления и выходом,
источник питания светодиода оптрона с двумя электродами, причем
фотодиод оптрона и третье калибровочное сопротивление соединены параллельно, образуя цепочку, соединенную одним из своих концов непосредственно с одним из проводов средства подсоединения датчика, а другим концом через четвертое калибровочное сопротивление с другим его проводом,
светодиод оптрона соединен с выходом электронного ключа, образуя последовательную цепочку, причем один электрод источника питания светодиода
оптрона подключен к свободному концу светодиода, а второй электрод источника питания подключен к электронному ключу.
Предлагаемая система поясняется следующими фигурами
На фиг 1 показана блок схема системы контроля для обнаружения состояния датчика
На фиг 2 показана блок схема системы контроля с датчиком - генератором тока
На фиг 3 показана блок схема системы контроля с датчиком - генератором напряжения
На фиг 4 показана блок схема системы контроля с датчиком, содержащим совокупность двух генераторов тока, соединенных между собой в общей точке
На фиг. 5 показан вариант средства выработки и подачи сигналов контроля качества для датчика - генератора тока
На фиг. 6 показан вариант средства выработки и подачи сигналов контроля качества для датчика - генератора напряжения
Перечень обозначений
1датчик,
2средство подсоединения датчика,
3средство для приема и нормализации сигналов датчика,
4средство для периодической генерации контрольных импульсов,
5первый канал связи,
6второй канал связи,
7первая и вторая системные магистрали,
9.вторая ЭВМ,
10.узел преобразования нормированного сигнала,
11.узел преобразования нормированного сигнала,
12.магистральный интерфейс,
13.магистральный интерфейс,
14.средство выработки и подачи сигналов контроля качества,
15.узел разрешения конфликтов управления,
16.узел гальванической развязки,
17.сопротивление утечки датчика и средства подсоединения датчика,
18.генератор тока датчика,
19.узел усилителя-нормирователя сигнала датчика,
20.операционный усилитель,
21.генератор напряжения средства выработки и подачи сигналов контроля качества,
22.генератор напряжения датчика,
23.сопротивление датчика и средства подсоединения датчика,
24.генератор тока средства выработки и подачи сигналов контроля качества,
25.дифференциальный усилитель напряжения,
26.операционный усилитель,
27.операционный усилитель, 28 суммирующий усилитель,
29.узел гальванической развязки,
30.электронный коммутатор,
33.сопротивление утечки первого датчика,
34.сопротивление утечки второго датчика,
35.оптрон,
36.фототранзистор оптрона,
37.светодиод оптрона,
38.электронный ключ,
39.первое калибровочное сопротивление,
40.второе калибровочное сопротивление,
41.коллекторное сопротивление фототранзистора,
42.источник питания светодиода оптрона,
43.аналоговый переключатель,
44.третье калибровочное сопротивление,
45.четвертое калибровочное сопротивление,
46.оптрон,
47.фотодиод оптрона,
48.светодиод оптрона.
На фиг.1 показан датчик 1, с помощью средства 2 подсоединенный к средству 3 приема и нормализации сигналов датчика и со средством 4 для периодической генерации контрольных импульсов. Средство 2 подсоединения имеет, по крайней мере, два соединительных провода. Выход средства 3 приема и нормализации сигналов датчика соединен с входами первого 5 и второго 6 каналов связи, которые через первую и вторую системные  магистрали 7 соединяются с первой 8 и второй 9 ЭВМ. Первый канал связи 5 содержит узел 10  преобразования нормированного сигнала и магистральный интерфейс 12, соединенные последовательно. Соответственно, второй канал связи 6 содержит узел 11 преобразования
нормированного сигнала и магистральный интерфейс 13, соединенные также последовательно. Средство 4 для периодической генерации контрольных импульсов содержит узел разрешения конфликтов управления 15с выходом управления, и, по крайней мере, двумя входами/выходами для связи с магистральными интерфейсами 12 и 13, а также средство 14 выработки и подачи сигналов контроля качества с входом управления и, по крайней мере, двумя выходными проводами для подачи сигналов контроля. Вход управления средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества соединен с выходом управления узла 15 разрешения конфликтов управления. Два входа/выхода для связи с магистральными интерфейсами узла 15 разрешения конфликтов управления соединены с входами/выходами магистральных интерфейсов 12 и 13 первого 5 и второго 6 каналов связи, соответственно.
На фиг. 2 показана блок схема системы контроля с датчиком 1, являющимся генератором тока. Такими датчиками могут быть ДПЗ (Датчики Прямой Зарядки), например, р-эмиссионный детектор. В идеальном случае внутреннее сопротивление генератора тока 18 бесконечно. В действительности же, генератор тока имеет сопротивление утечки, имеют сопротивление утечки и провода средства 2 подсоединения датчика. Измерительный диапазон тока ДПЗ, являющегося полезным сигналом, лежит в пределах от 0 до 5 мкА. Сопротивление 17 является результирующим сопротивлением утечки датчика 1 и средства 2 подсоединения датчика, замеренное со стороны средства 3 для приема и нормализации сигналов
датчика (в реально функционирующей системе измерения при установке нового датчика это сопротивление бывает 10 - 10 Ом, однако в процессе эксплуатации
7 9
сигналов датчика содержит узел усилителя-нормирователя 19 сигнала датчика с операционным усилителем 20. Усилитель-нормирователь модулей МДПЗ-01Ф и МДПЗ-02Ф (модули для работы с ДПЗ) имеет диапазон измерения, по крайней мере, от - 1,5 до +6 мкА. Входное сопротивление операционного усилителя 20 в составе усилителя-нормирователя тока 19 не превышает нескольких Ом. Средство 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит генератор напряжения 21 с входом управления и первым и вторым выходными проводами (на фиг. 2 изображены стрелками). В средство 14 входит также узел гальванической развязки 16 с входом управления и выходом. Первый провод средства 2 подсоединения датчика соединен с первым входом операционного усилителя 20, куда подсоединяется также один из выводов сопротивления обратной связи, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя 20. Второй провод средства 2 подсоединения, идущий от датчика, соединен с первым выходным проводом генератора напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества. Сюда же может быть подсоединена «земля датчика, гальванически развязанная относительно «земли каналов связи 5 и 6 Второй вход операционного усилителя 20 соединен со вторым выходным проводом генератора напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества Вход управления (на фиг. 2 изображен стрелкой) генератора напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества соединен с выходом узла гальванической развязки 16. Выход операционного усилителя 20 является выходом средства 3 для приема и нормализации сигналов датчика.
На фиг 3 показана блок схема системы контроля с датчиком 1, являющимся генератором напряжения 22. Таким датчиком, может быть, например, термопара. В идеальном случае внутреннее сопротивление генератора напряжения 22 равно
нулю. Однако реальный генератор напряжения имеет конечное внутреннее сопротивление, имеют линейные сопротивления и провода средства 2 подсоединения датчика. Показанное на схеме сопротивление 23 является эквивалентом этих двух сопротивлений. В реально функционирующих модулях МТП-01Ф и МТП-02Ф (модули для работы с термопарой) это сопротивление зависит от конкретного датчика и удаленности его от измерительной части и лежит в диапазоне 100 Ом  2 КОм. Средство 3 для приема и нормализации сигналов датчика содержит узел усилителя-нормирователя 19 сигнала датчика с дифференциальным усилителем напряжения 25. Входное сопротивление дифференциального усилителя напряжения 25 больше 10 МОм. Измерительный диапазон напряжений, являющихся полезным сигналом 0 +- 20 мВ (МТП-01Ф или МТП-02Ф). Диапазон измерения дифференциального усилителя напряжения 25 лежит в пределах -6 - 20 мВ.
Средство 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит генератор тока 24 с входом управления и первым и вторым выходными проводами и узел гальванической развязки 16с входом управления и выходом. Первый провод средства 2 подсоединения датчика соединен с первым выходом датчика 1 и с первым входом дифференциального усилителя напряжения 25. На фиг. 3 показано сопротивление 23, являющееся эквивалентным сопротивлением датчика 1 и проводов средства 2 подсоединения датчика. Второй провод средства 2 подсоединения датчика соединен со вторым входом дифференциального усилителя напряжения 25. Первый провод средства 2 подсоединения датчика соединен с первым выходным проводом генератора тока 24 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества. Второй провод средства 2 подсоединения датчика соединен с вторым выходным проводом генератора тока 24 средства 14 выработки
Ш2 W
и подачи сигналов контроля качества. Вход управления генератора тока 24 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества соединен с выходом узла гальванической развязки 16. Выход дифференциального усилителя напряжения 25 является выходом средства 3 для приема и нормализации сигналов датчика.
На фиг. 4 показана блок схема системы контроля с датчиком 1, содержащим совокупность первого 31 и второго 32 генераторов тока, соединенных между собой в общей точке. Средство 3 для приема и нормализации сигналов датчика содержит узел усилителя-нормирователя 19 сигнала датчика с первым 26 и вторым 27 операционными усилителями и суммирующим усилителем 28. Электронный коммутатор 30 имеет вход управления, первый и второй сигнальные входы и выход. Узел гальванической развязки 29 электронного коммутатора 30 имеет вход управления и выход. Средство 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит генератор напряжения 21 с входом управления и первым и вторым выходными проводами. Узел гальванической развязки 16 имеет вход управления и выход. Средство 2 подсоединения датчика содержит третий провод, причем первый провод средства 2 подсоединения датчика соединен с первым входом первого операционного усилителя 26, второй провод средства 2 подсоединения датчика соединен с первым входом второго операционного усилителя 27, а третий провод средства подсоединения датчика 2 соединен с общей точкой соединения между собой двух генераторов тока 31 и 32 в датчике 1 и с первым выходным проводом генератора напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества. Второй выходной провод генератора напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества соединен со вторыми входами первого операционного усилителя 26 и второго операционного усилителя 27, электрически соединенными между собой. Эта общая точка первого и второго
9W2. «/
операционных усилителей 26 и 27 может быть соединена с «землей, гальванически развязанной с «землей каналов связи. Вход управления генератора напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества соединен с выходом узла гальванической развязки 16. Вход узла гальванической развязки 16 соединен с выходом узла 15 разрешения конфликтов управления (на фиг. 4 не показан). Выход первого операционного усилителя 26 соединен с первым входом суммирующего усилителя 28 и через сопротивление обратной связи - с первым входом операционного усилителя 26. Выход второго операционного усилителя 27 соединен со вторым входом суммирующего усилителя 28, первым сигнальным входом электронного коммутатора 30 и через сопротивление обратной связи - с первым входом операционного усилителя 27. Выход суммирующего усилителя 28 соединен со вторым сигнальным входом электронного коммутатора 30. Вход управления электронного коммутатора 30 соединен с выходом узла гальванической развязки 29 электронного коммутатора. Выход электронного коммутатора 30 является выходом средства 3 для приема и нормализации сигналов датчика.
На фиг. 5 показан вариант средства выработки и подачи сигналов контроля качества для датчика - генератора тока. Генератор напряжения 21 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит фототранзистор 36 оптрона 35 с коллекторным сопротивлением 41, первое 39 и второе 40 калибровочные сопротивления, источник напряжения контроля UK с двумя электродами, аналоговый переключатель 43 с первым и вторым входами питания, выходом и входом управления. Узел гальванической развязки 16 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит светодиод 37 оптрона 35, электронный ключ 38 с входом управления и выходом, и источник питания 42 светодиода оптрона 44 с двумя электродами. Эмиттер фототранзистора 36 оптрона
35 соединен через второй выходной провод генератора напряжения 21 со вторым входом операционного усилителя 20, а также - с вторым входом питания аналогового переключателя 43, первым электродом источника напряжения контроля UK и первым выводом второго калибровочного сопротивления 40. Второй вывод второго калибровочного сопротивления 40 соединен с первым выводом первого калибровочного сопротивления 39 и через второй выходной провод генератора напряжения 21 - с вторым проводом средства 2 подсоединения датчика 1. Второй вывод первого калибровочного сопротивления 39 соединен с выходом аналогового переключателя 43. Общая точка фототранзистора 36 с коллекторным сопротивлением 41 соединена с входом управления аналогового переключателя 43. Второй вывод коллекторного сопротивления 41 соединен с первым входом питания аналогового переключателя 43 и вторым электродом источника напряжения контроля UK. Светодиод 37 оптрона 35 соединен с выходом электронного ключа 38, образуя последовательную цепочку, причем свободные концы этой цепочки подключены к электродам источника 42 питания светодиода оптрона 35.
На фиг. 6 показан вариант средства выработки и подачи сигналов контроля качества для датчика - генератора напряжения. Генератор тока 24 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит фотодиод 47 оптрона 46, третье 44 и четвертое 45 калибровочные сопротивления. Узел гальванической развязки 16 средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества содержит светодиод 48 оптрона 46, электронный ключ 38с входом управления и выходом и источник питания 42 светодиода оптрона 46 с двумя электродами. Фотодиод 47 оптрона 46 и третье калибровочное сопротивление 44 соединены параллельно, образуя цепочку, соединенную одним из своих концов непосредственно с одним из проводов средства 2 подсоединения датчика, а другим концом через четвертое
калибровочное сопротивление 45 с другим его проводом. Светодиод 48 оптрона 46 соединен с выходом электронного ключа 38, образуя последовательную цепочку, причем свободные концы этой цепочки подключены к электродам источника 42 питания светодиода оптрона 46.
Работа полезной модели
Система контроля для обнаружения состояний датчика является частью системы сбора и обработки сигналов при контроле активной зоны ядерного реактора (описанной в заявке на изобретение 99101765/25(001888) от 13 апреля 1999 г). Предлагаемая система может работать в двух режимах.
При работе системы сбора и обработки сигналов в основном измерительном режиме аналоговые сигналы с датчика 1 (фиг. 1), соответствующие значениям выбранного параметра сложного технологического процесса, поступают через средство 2 подсоединения датчика на вход средства 3 для приема и нормирования сигналов датчика. В средстве 3 производится прием, фильтрация и нормировка аналоговых сигналов. Сигналы с выхода средства 3 поступают на входы двух идентичных первого 5 и второго 6 каналов связи. В каждом из каналов связи сигналы поступают на вход узла преобразования нормированного сигнала (10 и 11, соответственно), где производится преобразование их в импульсную форму, причем частота импульсов соответствует напряжению аналоговых сигналов Другими словами, производится преобразование «напряжение/частота. (В зависимости от вида датчика это может быть преобразование величины напряжения или тока). Далее сигналы попадают в соответствующий магистральный интерфейс (12 и 13). Магистральный интерфейс (12 и 13) представляет собой преобразователь последовательностей импульсов в параллельный 16-разрядный код, периодически запрашиваемый первой и второй ЭВМ 8 и 9 по соответствующим первой и второй
системным магистралям 7. Кроме того, магистральный интерфейс принимает по системным магистралям 7 из ЭВМ команды, в частности, связанные с контрольным режимом для обнаружения состояний датчика. Обе ЭВМ, работая совершенно независимо друг от друга, периодически переключают систему в контрольный режим, необходимый для обнаружения состояний датчика. Из-за независимости работы ЭВМ в системе могут возникать конфликты управления состоянием датчика. Эти конфликты разрешаются с помощью узла разрешения конфликтов управления 15. Тут же по командам из ЭВМ производится переключение режимов работы датчика из основного в контрольный режим для определения качества и состояния датчика и проводов средства подсоединения датчика.
Узел разрешения конфликтов управления 15 определяет исправность внешней части каналов связи: магистральных интерфейсов, магистралей и ЭВМ. Признаки неисправности следующие:
нет обращений со стороны ЭВМ к блоку датчиков дольше заданного времени Т,
появление запрещенной команды;
« появление в магистрали команды INIT;
пропажа напряжения питания.
Если оба канала исправны, узел 15 дает команду на включение режима контроля при соблюдении следующих условий:
есть команда на переход в режим контроля хотя бы от одной из ЭВМ и  нет «запрета на такой режим ни от одной из них.
Условия перехода в режим контроля можно иллюстрировать таблицей
Примечание: «1 - наличие команды или разрешение режима контроля, «О - отсутствие команды или запрет режима контроля,
« - значение параметра не оказывает воздействия на работу.
При неисправности одного из каналов, режим контроля может быть включен, если при отсутствии запрета приходит команда на включение по исправному каналу.
Пусть, например, из первой ЭВМ 8 по системной магистрали 7 в магистральный интерфейс 12 приходит команда на включение режима контроля. Магистральный интерфейс 12 выдает сигнал перехода в контрольный режим на средство 4 периодической генерации контрольных импульсов. В средстве 4 этот сигнал поступает на первый вход/выход передачи сигналов узла 15 разрешения конфликтов управления. Если соблюдены оговоренные выше условия переключения в режим контроля, узел 15 разрешения конфликтов управления вырабатывает сигнал на выходе управления, который поступает в средство 14
Таблица
выработки и подачи сигналов контроля качества. По двум выходным проводам средства 14 в средство 2 подсоединения датчика поступает сигнал контроля качества. Этот сигнал производит изменение аналогового сигнала датчика 1. Как это следует из различия описанных выше блок-схем (фиг. 2 и 3), которые несколько отличаются друг от друга в зависимости от типа датчика, отличаются и режимы их работы в контрольном режиме.
Работа датчика - генератора тока в контрольном режиме (фиг. 2). Сигнал из узла разрешения конфликтов 15 (на фиг. 2 не показан) поступает на вход средства 14 выработки и подачи сигналов контроля качества, где через узел 16 гальванической развязки запускает генератор напряжения 21. Генератор напряжения 21 подает в последовательную цепь, состоящую из сопротивления 17 и входного сопротивления усилителя-нормирователя тока 19 напряжение порядка 100 мВ. При этом возникает ток смещения, регистрируемый ЭВМ:
1СМ 0.1 В / (Rn + Квхода усилителя 19)  0,1В / RH
Если сопротивление утечки Rn равно, например, 10 Ом, то ток смещения, регистрируемый ЭВМ, весьма мал: .1В/109Ом 10-10А
Если сопротивление утечки Rn равно 105 Ом, то ток смещения равен:
1СМ 0.1 В / 105 Ом  Ю-6 А 1 мкА
Эта величина равна  20% от диапазона измерения. Если при переходе в контрольный режим происходит изменение тока на такую величину, ЭВМ регистрирует неисправность датчика.
измерительного тракта при больших входных сигналах и значительной величине тока смещения.
Работа датчика - генератора напряжения в контрольном режиме (фиг. 3).
Генератор тока 24 в контрольном режиме в модулях МТП-01Ф и МТП-02Ф создает ток смещения, 1СМ  0,5 мкА. Ток смещения 1СМ на сопротивлении 23 создает
напряжение смещения UCM. При сопротивлении 23, равном 100 Ом
исм  0.5 W6 А 100 Ом  50мкВ,
а при сопротивлении 23, равном 2 кОм, UCM  0.5 КГ6  Ом  1мВ.
По величине UCM можно определить величину сопротивления 23.
При первичной установке (монтаже) датчика - генератора напряжения фиксируется величина конкретного сопротивления 23. Если при переходе в контрольный режим отмечается изменение сопротивления 23 на величину, большую ± 20%, ЭВМ регистрирует неисправность датчика.
Работа датчика, содержащего совокупность первого 31 и второго 32 генераторов тока, соединенных между собой в общей точке в контрольном режиме (фиг. 4). Генератор тока 31 вырабатывает «основной сигнал ДПЗ. Значение этого сигнала является суммой токов, определяющихся потоком нейтронов в реакторе и наведенных «фоновыми излучениями (в том числе и на внутриреакторнуто часть подводящих проводов средства 2 подсоединения датчика). Генератор тока 32 вырабатывает «фоновый сигнал ДПЗ, его ток определяется только «фоновыми причинами. В основном измерительном режиме сигнал с генератора тока 31 поступает на вход операционного усилителя 26 узла усилителя-нормирователя 19, а сигнал с генератора тока 32 поступает на вход операционного усилителя 27. После
нормирования эти сигналы вычитаются один из другого в суммирующем усилителе 28, с выхода которого разностный сигнал поступает на второй вход электронного коммутатора 30 и, как показано на фиг. 4, на выход электронного коммутатора 30. Таким образом, на выход средства 3 для приема и нормализации сигналов датчика поступает разность «основного и «фонового сигналов ДПЗ, т.е. сигнал, пропорциональный потоку нейтронов в реакторе. Сигнал управления из узла 15 разрешения конфликтов управления (на фиг. 4 не показан) через узел 29 гальванической развязки может переключить электронный коммутатор 30, соединяя его выход с первым сигнальным входом. В этом случае на выход средства 3 для приема и нормализации сигналов датчика поступает только «фоновый сигнал ДПЗ.
В режиме контроля для обнаружения состояния датчика электронный коммутатор 30 также перключается последовательно в каждое из двух описанных положений. Когда для перехода в режим контроля из узла 15 разрешения конфликтов управления на узел 16 гальванической развязки приходит сигнал управления, он включает генератор напряжения 21, который подает напряжение порядка 100 мВ в цепь между общей точкой входов операционных усилителей 26 и 27 и общей точкой генераторов тока 31 и 32. При этом на входе усилителянормирователя тока 19 создаются два тока смещения ICMI и
ICM  0.1 В / (К33 + Квхода усилителя 2б)  О,IB / R33 1см2  0.1 В / (R34 + Квхода усилителя 2)  О, IB / К34
(Величинами Квхода усилителя 26 и Квхода усилителя 27 можно пренебречь ввиду их малости).
99/2л is/
которых сигналы поступают на входы суммирующего усилителя 28 (в данном случае выполняющего роль вычитателя с коэффициентом 1), с выхода которого разностный сигнал Up поступает на первый сигнальный вход электронного коммутатора 30. Кроме того, нормированный сигнал  с выхода операционного усилителя 27 поступает на второй сигнальный вход электронного коммутатора 30.
При проведении контроля при известной величине напряжения смещения UCM от генератора 21 при двух положениях электронного коммутатора 30 получается система уравнений:
Г Up  ICMI Кзз - W R34 иф 1См2 R34
Решение этой системы уравнений позволяет определить сопротивления утечки Кззи R-34.
Если сопротивление утечки Кзз или R-34 равно, например, 10 Ом, то соответствующий ток смещения, регистрируемый ЭВМ, весьма мал.
1см(1 ияи2) 0.1 В / 109 Ом  1010 А
Если сопротивление утечки Кззили 34 равно 105 Ом, то соответствующий ток смещения равен:
1см(1 или 2) 0.1 В / 105 Ом   А 1 МКА
Величины токов в этом случае смещения равны « 20°/о от диапазона измерения. Если при переходе в контрольный режим происходит изменение токов на  такую величину, ЭВМ регистрирует неисправность датчика. Работа средства выработки и подачи  сигналов контроля качества для датчика - генератора тока (фиг. 5). В основном измерительном режиме работы датчика 1 генератор тока 18 соединен с операционным усилителем 20 по первому проводу средства 2
подсоединения датчика непосредственно и по второму проводу средства 2 подсоединения датчика через второе калибровочное сопротивление 40, параллельно которому через выход и второй вход питания аналогового переключателя 43 подключено первое калибровочное сопротивление 39. Переход в режим контроля для обнаружения состояния датчика осуществляется с приходом сигнала управления, инициируемого ЭВМ. Сигнал управления поступает на вход управления электронного ключа 38, который открывается и ток источника питания 42 проходит через светодиод 37 оптрона 35. Световое излучение светодиода 37 открывает фототранзистор 36. Ток от источника напряжения контроля UK через фототранзистор 36 вызывает падение напряжения на коллекторном сопротивлении 41 фототранзистора 36, которое поступает на вход управления аналогового переключателя 43. Выход аналогового переключателя 43 соединяется с первым входом питания аналогового переключателя 43, при этом второй электрод источника напряжения контроля UK подключается через первое калибровочное сопротивление 39 к второму калибровочному сопротивлению 40. На последнем образуется UCM, приложенное к выходу генератора тока 18 и входу операционного усилителя 20, о котором было сказано при описании работы датчика - генератора тока в контрольном режиме на фиг. 2.
Работа средства выработки и подачи сигналов контроля качества для датчика генератора напряжения (фиг. 6). Генератор напряжения 22 соединен с дифференциальным усилителем напряжения 25 по первому и второму проводам средства 2 подсоединения датчика. К этим проводам средства 2 подсоединения датчика через четвертое калибровочное сопротивление 45 подключен фотодиод 47, параллельно которому подключено третье калибровочное сопротивление 44. В основном измерительном режиме работы датчика 1 напряжение на фотодиоде 47
9MU3I
практически равно нулю.
Переход в режим контроля для обнаружения состояния датчика осуществляется с приходом сигнала управления, инициируемого ЭВМ. Сигнал управления поступает на вход управления электронного ключа 38, который открывается и ток источника питания 42 проходит через светодиод 37 оптрона 35 Световое излучение светодиода 37 возбуждает фотодиод 47, на котором возникает напряжение ифд. Это напряжение через высокоомное калибровочное сопротивление 45 создает ток смещения, ICM  0,5 мкА, который на сопротивлении
23 создает напряжение смещения UCM., подаваемое на вход дифференциального усилителя напряжения 25 узла 19 усилителя-нормирователя сигнала датчика По величине UCM ЭВМ определяет величину сопротивления 23 и при изменении
сопротивления 23 на величину, большую ± 20%, регистрирует неисправность датчика.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет решить поставленную техническую задачу - увеличение надежности системы за счет своевременного обнаружения как повреждений датчика и/или соединяющего средства, так и изменений их параметров, обусловленных, различными причинами Схема, показанная на фиг. 4, является наиболее близкой к реально применяемой при работе с ДПЗ, в том числе, и в модулях МДПЗ-01Ф и МДПЗ-02Ф (модули для работы с ДПЗ) в связи с тем, что она позволяет разделить токи, вызванные разными физическими причинами в реакторной установке. При этом обеспечивается периодическая проверка состояния датчика и средства, соединяющего датчик с устройством контроля. Система контроля получается относительно недорогой, она нашла промышленное применение на АЭС в (Системы ВнутриРеакторного Контроля).
fy/Z223/ составе аппаратуры СВРК-03