机械量检测仪表

核工程检测技术
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一、差动变压器式位移检测仪表
(一)差动变压器式位移检测仪 表的工作原理
差动变压器式位移检测仪表是 引用差动变压器转换元件将位 移的变化转化为原、副两边绕 组互感系数的变化，从而使位 移量转换为与其成相应关系的 电信号输出。
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差 动 变 压 器 及 其 输 出 特 性
优点： 可以实现非接触检测物体表面为金属导体的多种物
理量，具有结构简单、频率响应范围宽、灵敏度高、测 量线性范围大、抗干扰能力强、体积较小等特点。
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(一)电涡流式检测仪表的原理
一个通有交变电流i1的检测线圈由于电流的变化， 在线圈周围产生一个交变磁场H1，如被测导体置于该 磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流i2，电涡流 也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵 消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质 因数发生变化。
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测 量 燃 料 和 包 壳 伸 长 度 的 差 动 变 压 器
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用于差动变压器的插入式耦合变压器示意图
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(三)控制棒棒位的检测
控制棒棒位检测系统是用来检 测停堆棒、调节棒和短棒在堆 芯中的位置，给出控制体的 “棒到底”和“棒到顶”信号、 控制棒之间的失步信号以及为 控制和保护系统提供必需的联 锁信号。
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大的位移常用感应同步器、光栅、磁栅、编 码器等传感器来测量，其特点是易实现数字化， 精度高，抗干扰能力强，没有人为读数误差，安 装方便，使用可靠等，这些传感器既可以测线位 移，也可以测角位移，还可用来测长度，它们在 自动检测和自动控制中得到日益广泛的应用。
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控制棒棒位检测系统一般由探 测器、操作和信号变换装置以 及报警与指示器三部分组成。
反应堆控制棒棒位检测系统结构
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二、电感式位移检测仪表
这种仪表实质上就是一个带铁 芯线圈的仪表，它的工作原理基于 机械量变化引起线圈回路磁阻的变 化，从而导致电感量变化这一物理 现象。
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电涡流传感器原理图
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(二)基本特性
电涡流传感器化模型
电涡流传感器等效电路
电涡流的贯穿深度为：
h(
1
)2
0 r f
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(三) 电涡流强度与距离的关系
I2
I1[
(x
1 x 2 ra2s
)
1 2
电涡流型位移检测仪表可以测量金属零件的动态位 移，量程可以为0～15μm(分辨率为0.05μm)，或 0～500mm(分辨率为0.1%)。凡是可变换成位移量 的参数，都可用电涡流型检测仪表来测量，如汽轮机 主轴的轴向窜动，金属材料的热膨胀系数，钢水液位、 纱线张力、流体压力等。
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线圈电感为 L N I
磁通
NI n Rmi i 1
N2
N2
L
n
Rmi
i 1
n li
i1 i Ai
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•提高电感传感器的灵 敏度，减少测量误差。
差动电感传感器原理
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三、涡流型位移检测仪表
电涡流式检测仪表是利用电涡流效应，将一些非电量 转换为阻抗的变化(或电感的变化或品质因数的化)，从 而进行非电量的检测。
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第二节 转速检测仪表
转速的定义
单位时间内，转轴的平均旋转速度，通常以每分钟的 转数(转/分)来表示。
转速测量方法分类
1.机械式和电气式通过适当的传感器，把旋转体在一 定时间内的转动数，转换为与转轴转速相应的，在一 定时间内的电脉冲数，通过测频仪测出信号频率进而 得出相应的转速。
]
电涡流强度与距离归一化曲线图
•（1）电涡流强度与距离x呈非线性关系，且随着x/ras的增加而迅速减小。 •（2）当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/ras <<1
(一般取0.05～0.15)的范围才能得到较好的线性和较高的灵敏度。
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(四)电涡流型位移检测仪表应用
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在满足量程的要求的前提下，我们总希望仪表有尽 可能高的灵敏度。因此我们必须从以下几个方面注意 提高仪表灵敏度:
l.线圈在满足量程要求的前提下，尽可能小； 2.线圈薄时，灵敏度高； 3.减少线圈电阻，提高线圈的品质因数，尽可能
选用电阻系数小的导线。
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测量燃料伸长度的涡流型位移检测仪表示意图
1.燃料在包壳内部的轴向膨胀或收缩的检测； 2.由于温度或压力变化而可能导致燃料包壳的
轴向增长的检测； 3.燃料元件弯曲度的检测；
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4．控制棒或燃料元件振动的检测； 5．控制棒棒位的检测； 6．阀门位置指示； 7．各种构件相对位置的检测。
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.
e
M
di
dt
u
di dt
(M
2
M1)
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差动变压器输出特性
.
.
u
j
r
e
jL
(M1
M
2
)
.
e
r jL 为定值
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(二)差动变压器式位移检测仪表在反应堆和核电站中的应用
差动变压器位移检测仪表在反应堆和核电站中的应 用主要包括下列几个方面:
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第七章 机械量检测仪表
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机械量通常包括各种几何量和力学量，如长度、位 移、厚度、转矩、转速、 振动和力等。
机械量是表征机械运动的基本物理量，它不仅是机械 制造工业的重要参数，而且还是很多非电量传 感器的中间参数。
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第一节 位移检测仪表
选择适当的测量点、测量方向和测量系统。
用于位移测量的传感器很多，因测量范围不同，所用 的传感器是不同的。
小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、电容 式、霍尔式等传感器来检测，精度可达0.5%～1.0%， 其中电感式和差动变压器式传感器测量范围要大一些， 有些可达100mm。小位移传感器测微小位移，从几微 米到几个毫米，如物体振动的振幅测量等。