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高灵敏度内置电容式控制棒棒位传感器静态特性研究

李彦霖 秦本科 薄涵亮

李彦霖, 秦本科, 薄涵亮. 高灵敏度内置电容式控制棒棒位传感器静态特性研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 194-200. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0194
引用本文: 李彦霖, 秦本科, 薄涵亮. 高灵敏度内置电容式控制棒棒位传感器静态特性研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 194-200. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0194
Li Yanlin, Qin Benke, Bo Hanliang. Research on Static Characteristics of High Sensitivity Built-in Capacitance Control Rod Position Sensor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 194-200. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0194
Citation: Li Yanlin, Qin Benke, Bo Hanliang. Research on Static Characteristics of High Sensitivity Built-in Capacitance Control Rod Position Sensor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 194-200. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0194

高灵敏度内置电容式控制棒棒位传感器静态特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0194
基金项目: 国家重点研发计划青年科学家项目(2022YFB1903100)
详细信息
    作者简介:

    李彦霖(1993—),男,助理研究员,现从事先进棒位测量技术研究,E-mail: liyanlin@mail.tsinghua.edu.cn

    通讯作者:

    薄涵亮,E-mail: bohl@tsinghua.edu.cn

  • 中图分类号: TL375.5

Research on Static Characteristics of High Sensitivity Built-in Capacitance Control Rod Position Sensor

  • 摘要: 内置电容式控制棒棒位传感器可应用于控制棒水力驱动系统。针对四螺旋电极电容式控制棒棒位传感器,本文对双电容值方法测量控制棒棒位的静态特性进行了研究。通过开展传感器的原理性实验,建立了传感器的计算模型,并进行了数值模拟结果的实验验证。假定被测杆整体偏心,利用数值模拟方法建立了两组电容值与控制棒棒位的函数关系式,并对该函数关系式进行了误差分析,分析了该关系式对被测杆不同偏转方向和倾斜状态的适用性。研究结果表明,利用双电容值的棒位测量方法,对控制棒棒位的最大测量误差小于±6 mm,传感器灵敏度在0.05 pF/mm量级,能够满足控制棒棒位的实际测量需求。

     

  • 图  1  四螺旋电极电容式棒位传感器

    Figure  1.  Four-helix Electrode Capacitance Control Rod Position Sensor      

    图  2  电容式棒位传感器的实验平台

    Figure  2.  Experimental Platform of Capacitance Rod Position Sensor

    图  3  传感器的原理性实验结果

    Figure  3.  Principle Experimental Results of Sensor

    图  4  带悬空电极的电容式棒位传感器的计算模型

    Figure  4.  Calculation Model of Capacitance Rod Position Sensor with Suspending Electrodes

    图  5  电容变化量最小与最大的两种工况

    Figure  5.  Two Conditions of Capacitance Variations with Minimum and Maximum Values

    图  6  数值模拟结果验证

    Figure  6.  Verification of Results of Numerical Simulation

    图  7  1号电极对计算结果

    Figure  7.  Results of No.1 Electrode Group

    图  8  2号电极对计算结果

    Figure  8.  Results of No.2 Electrode Group

    图  9  被测杆整体偏心工况的测量误差

    Figure  9.  Measurement Error of the Measured Rod under Overall Ecentric Condition

    图  10  被测杆倾斜状态的测量误差

    Figure  10.  Measurement Error of the Measured Rod in Inclined State

    表  1  网格无关性分析结果

    Table  1.   Grid Independence Analysis Results

    网格号域单元数电容值/pF前后两套网格的相对变化量/%
    1138136385.0168
    2158335083.24092.1335
    3178648883.15990.0973
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    表  2  1号电极对函数拟合的决定系数

    Table  2.   Determinant Coefficient of Function Fitting for No.1 Electrode Group

    L/mm00.20.40.60.8
    R20.9991.0001.0001.0001.000
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    表  3  2号电极对函数拟合的决定系数

    Table  3.   Determinant Coefficient of Function Fitting for No.2 Electrode Group

    L/mm00.20.40.60.8
    R20.9991.0001.0001.0000.999
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    表  4  函数的系数取值

    Table  4.   Coefficient Values of the Function

    P1P2P3P4P5P6
    1.0000−127.9261−4.8637113.23208.72750.0160
    P7P8P9P10P11
    −151.4021−0.17920.0002137.95300.2006
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-08
  • 修回日期:  2023-08-30
  • 刊出日期:  2024-02-15

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