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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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  • [1] 薄涵亮,郑文祥,王大中,等. 核反应堆控制棒水压驱动技术[J]. 清华大学学报:自然科学版,2005, 45(3): 424-427.
    [2] 薄涵亮,王大中,张作义,等. 一体化水堆内置式控制棒水压驱动技术研究[J]. 清华大学学报:自然科学版,2021, 61(4): 338-349.
    [3] LIU G Z, LAN J A, CAO Y B, et al. New insights into transient behaviors of local liquid-holdup in periodically operated trickle-bed reactors using electrical capacitance tomography (ECT)[J]. Chemical Engineering Science, 2009, 64(14): 3329-3343. doi: 10.1016/j.ces.2009.04.008
    [4] ZHAI L S, JIN N D, GAO Z K, et al. Liquid holdup measurement with double helix capacitance sensor in horizontal oil–water two-phase flow pipes[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2015, 23(1): 268-275. doi: 10.1016/j.cjche.2014.10.010
    [5] HANNI J R, VENKATA S K. A novel helical electrode type capacitance level sensor for liquid level measurement[J]. Sensors and Actuators A:Physical, 2020, 315: 112283. doi: 10.1016/j.sna.2020.112283
    [6] PAL A, VASUKI B. Void fraction measurement using concave capacitor based sensor-Analytical and experimental evaluation[J]. Measurement, 2018, 124: 81-90. doi: 10.1016/j.measurement.2018.04.010
    [7] ELKOW K J, REZKALLAH K S. Void fraction measurements in gas-liquid flows using capacitance sensors[J]. Measurement Science and Technology, 1996, 7(8): 1153-1163. doi: 10.1088/0957-0233/7/8/011
    [8] XIE H J, CHEN H, GAO X, et al. Theoretical analysis of fuzzy least squares support vector regression method for void fraction measurement of two-phase flow by multi-electrode capacitance sensor[J]. Cryogenics, 2019, 103: 102969. doi: 10.1016/j.cryogenics.2019.07.008
    [9] SATHYA S, MURUGANAND S, MANIKANDAN N, et al. Design of capacitance based on interdigitated electrode for BioMEMS sensor application[J]. Materials Science in Semiconductor Processing, 2019, 101: 206-213. doi: 10.1016/j.mssp.2019.06.005
    [10] 李彦霖,秦本科,薄涵亮. 基于轮转电极的多电极电容式棒位测量传感器静态特性研究[J]. 原子能科学技术,2022, 56(4): 664-671.
    [11] 李彦霖,秦本科,薄涵亮. 电容式棒位测量传感器的解析模型及验证[J]. 清华大学学报:自然科学版,2022, 62(10): 1636-1644.
    [12] 胡广,薄涵亮. 控制棒棒位测量系统中两极板电容传感器设计[J]. 原子能科学技术,2017, 51(12): 2352-2356.
    [13] LI Y L, QIN B K, BO H L. Analysis on the influence of protection electrodes on the capacitance control rod position sensor[J]. Progress in Nuclear Energy, 2022, 153: 104400. doi: 10.1016/j.pnucene.2022.104400
    [14] 李彦霖,秦本科,薄涵亮. 双螺旋结构电容式棒位测量传感器偏心性能研究[J]. 原子能科学技术,2021, 55(11): 2094-2100.
    [15] LI Y L, QIN B K, BO H L. Research on eccentricity performance of winding wire capacitance rod position measurement sensor[J]. Annals of Nuclear Energy, 2021, 161: 108403. doi: 10.1016/j.anucene.2021.108403
    [16] LI Y L, QIN B K, BO H L. Research on multi-electrode capacitance rod position measurement sensor for NHR-200[J]. Annals of Nuclear Energy, 2022, 166: 108730. doi: 10.1016/j.anucene.2021.108730
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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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