Патент на изобретение №2316815

(54) ИМПУЛЬСНО-ТОКОВЫЙ ИМИТАТОР КИНЕТИКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано для поверки приборов измерения реактивности ядерных реакторов (реактиметров). Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет возможности имитировать реактивность как в токовом, так и в импульсном режиме. Имитатор содержит измерительный усилитель, N параллельно соединенных последовательных резистивных цепочек, каждая из которых содержит ключ выбора величины тока и резистор формирования выходного тока, цифроаналоговый преобразователь, блок программного управления, группу из N ключей корректировки напряжения, группу из N-1 делителей напряжения, преобразователь напряжение-частота и формирователь импульсов. 2 ил.

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано для поверки приборов измерения реактивности ядерных реакторов (реактиметров).

Известен имитатор кинетики ядерного реактора [патент РФ №2211485, бюл. №24, 2003 г.], содержащий измерительный усилитель, охваченный обратной связью, состоящей из шести RC-цепочек, инвертирующий усилитель, группу входных резисторов с ключами задания величины реактивности, резисторы формирования выходного тока с ключами выбора величины тока, коммутатор знака реактивности, преобразователь напряжение-частота, формирователь импульса тока камеры деления и высоковольтный усилитель.

Недостатком такого имитатора является, во-первых, весьма значительное время готовности к работе (до десяти минут) при переходе от одного режима к другому, которое определяется необходимостью установления начальных условий в шести RC-цепочках с большими постоянными времени. Во-вторых, значения RC-цепочек такого имитатора подбираются под конкретный состав топлива и для конкретного типа реактора. Поэтому имитатор такого типа не может быть использован для поверки реактиметров, предназначенных для вычисления реактивности ядерных реакторов с отличающимся от выбранного составом топлива либо реакторов другого типа. В третьих, в таком имитаторе в процессе формирования выходного сигнала, соответствующего отрицательной реактивности, резко нарастает погрешность задания реактивности после третьей-четвертой декады изменения выходного сигнала («погрешность в дальнем поле»), поскольку в этом случае величина полезного выходного сигнала измерительного усилителя, изменяясь на три-четыре декады, становится соизмеримой с его собственными шумами.

Известен имитатор кинетики ядерного реактора [патент РФ №2244955, бюл. №2, 2005 г.], выбранный нами в качестве прототипа, содержащий измерительный усилитель и N параллельно соединенных последовательных резистивных цепочек, в каждой из которых началом является ключ выбора величины тока, а концом – резистор формирования выходного тока, причем концы всех цепочек объединены с выходом имитатора, цифроаналоговый преобразователь с выходом, подключенным ко входу измерительного усилителя, выход которого соединен с объединенными началами резистивных цепочек, и блок программного управления, информационный выход блока программного управления подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, а управляющие выходы – ко входам управления ключей выбора величины тока, причем ключи выбора величины тока выполнены в виде электронных коммутаторов.

В этом имитаторе устранены недостатки аналога, связанные с большим временем готовности к работе и большой погрешностью задания реактивности в дальнем поле, однако он не позволяет имитировать реактивность в импульсном режиме.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных возможностей имитатора за счет возможности имитировать с его помощью реактивность не только в токовом, но и в импульсном режиме.

Поставленная задача решается тем, что в известный имитатор кинетики ядерного реактора, содержащий измерительный усилитель и N параллельно соединенных последовательных резистивных цепочек, в каждой из которых началом является ключ выбора величины тока, а концом – резистор формирования выходного тока, причем концы всех цепочек объединены с токовым выходом имитатора, цифроаналоговый преобразователь с выходом, подключенным ко входу измерительного усилителя, выход которого соединен с объединенными началами резистивных цепочек, и блок программного управления, выполненный с возможностью ввода в имитатор управляющих данных при выборе начального значения тока и знака реактивности и поочередного переключения ключей выбора величины тока при поступлении данных, соответствующих окончанию каждой декады тока, в сторону нарастания значений сопротивлений этих резисторов – в случае выбора отрицательного знака реактивности, и в сторону убывания сопротивлений – в случае выбора положительного знака реактивности, информационный выход блока программного управления подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, а управляющие выходы – ко входам управления ключей выбора величины тока, причем ключи выбора величины тока выполнены в виде электронных коммутаторов, дополнительно введены группа из N ключей корректировки напряжения, группа из N-1 делителей напряжения, преобразователь напряжение-частота и формирователь импульсов, причем вход управления каждого ключа корректировки напряжения подключен к соответствующему управляющему выходу блока программного управления, вход каждого ключа корректировки напряжения подключен к выходу своего делителя напряжения, за исключением первого ключа, вход которого соединен со входами делителей и выходом измерительного усилителя, выходы ключей соединены со входом преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен со входом формирователя импульсов, выход формирователя является частотным выходом имитатора.

Признаки, отличающие предлагаемый имитатор кинетики от прототипа, заключаются во введении группы из N ключей корректировки напряжения, группы из N-1 делителей напряжения, преобразователя напряжение-частота и формирователя импульсов, причем вход управления каждого ключа корректировки напряжения подключен к соответствующему управляющему выходу блока программного управления, выходы ключей соединены со входом преобразователя напряжение-частота, а вход каждого ключа подключен к выходу своего делителя напряжения, за исключением первого ключа, вход которого соединен со входами делителей и выходом измерительного усилителя, выход преобразователя напряжение-частота соединен со входом формирователя импульсов, выход которого является частотным выходом имитатора.

Совокупность вышеперечисленных отличительных признаков позволяет помимо токового режима имитатора реализовать его импульсный режим работы, что существенно расширяет функциональные возможности имитатора – позволяет проводить поверки реактиметров и настройку аппаратуры управления ядерных реакторов в токовом и импульсном режиме. Кроме того, при необходимости имитатор может быть использован в качестве генератора импульсов заданной частоты.

На Фиг.1 приведена электрическая схема имитатора кинетики ядерного реактора.

На Фиг.2 показаны диаграммы, иллюстрирующие работу имитатора.

Имитатор содержит цифроаналоговый преобразователь 1, измерительный усилитель 2, группу 3 из N последовательных резистивных цепочек из резисторов формирования выходного тока и электронных коммутаторов, блок 4 программного управления, группу 5 из N-1 делителей напряжения, группу 6 из N ключей корректировки напряжения, преобразователь 7 напряжение-частота и формирователь импульсов 8. Информационный выход П_ц блока 4 программного управления подключен ко входу цифроаналогового преобразователя 1, выход которого соединен со входом измерительного усилителя 2. Выход измерительного усилителя 2 подключен к объединенным началам группы 3 последовательных резистивных цепочек, объединенные концы которых соединены с токовым выходом имитатора. Управляющие выходы П₁…П_j…П_N блока 4 программного управления подключены ко входам управления электронных коммутаторов в резистивных цепочках группы 3. Вход управления каждого ключа корректировки напряжения подключен к соответствующему управляющему выходу блока программного управления. Выходы ключей корректировки напряжения соединены со входом преобразователя 7 напряжение-частота, а вход каждого ключа подключен к выходу своего делителя напряжения, за исключением первого ключа, вход которого соединен со входами делителей и выходом измерительного усилителя. Выход преобразователя 7 напряжение-частота соединен со входом формирователя импульсов 8, выход которого является частотным выходом имитатора.

Имитатор работает следующим образом.

На вход цифроаналогового преобразователя 1 от блока 4 программного управления через порт П_ц поочередно подаются управляющие коды, в соответствии с текущими значениями которых на выходе измерительного усилителя 2 формируется изменяющийся во времени аналоговый сигнал. Скорость изменения этого сигнала аналогична скорости изменения тока с детектора, установленного в ядерном реакторе. Под воздействием напряжения аналогового сигнала через одну из последовательных цепочек группы 3, подключенную к выходу имитатора соответствующим электронным коммутатором, протекает ток, формируя выходной токовый сигнал имитатора. Поочередное включение электронных коммутаторов группы 3 обеспечивается через порты ввода П₁, П₂,…П_N управляющих сигналов электронных коммутаторов. Одновременно с этим через порты П₁, П₂,…П_N осуществляется поочередное включение ключей корректировки напряжения из группы 6, которые подключают выход измерительного усилителя 2 ко входу преобразователя 7 напряжение-частота либо непосредственно, либо через соответствующий делитель напряжения из группы 5. Импульсные сигналы с выхода преобразователя 7 поступают на вход формирователя импульсов 8, где нормируются по амплитуде и длительности и поступают на импульсный выход имитатора. Резисторы формирования выходного тока в группе 3 имеют следующие значения: R_j=10^j·R₁, где R₁ – сопротивление резистора в первой цепочке из группы 3, a R_j – сопротивление резистора в цепочке с номером j из группы 3. Делители напряжения в группе 5 имеют коэффициенты деления Д_j – 1:10^j.

Алгоритм работы блока 4 программного управления и имитатора в целом изображен на диаграмме Фиг.2 на примере формирования отрицательной реактивности.

На Фиг.2 применены следующие обозначения:

U_m – максимальное выходное напряжение измерительного усилителя при входном коде цифроаналогового преобразователя (ЦАП), равном 2^к;

t₁, t₂, t₃,…t_N – моменты времени, соответствующие окончанию декад изменения тока ионизационной камеры;

F – частота выходных импульсов имитатора (скорость счета), соответствующая напряжению U_m на входе преобразователя напряжение-частота.

Д₁, Д₂,…Д_N-1 – уровни напряжения на выходах соответствующих делителей напряжения в конце декад изменения мощностного сигнала.

В блок 4 программного управления предварительно загружена информация о необходимом относительном изменении во времени уровня выходного сигнала при имитации заданного значения реактивности, что отражено на диаграмме а).

Эта информация подготовлена и сгруппирована так, что каждая декада изменения мощностного сигнала отнормирована на значение 2^к, где к – разрядность цифроаналогового преобразователя 1. В процессе работы имитатора производится выборка этих данных, направляемых блоком 4 программного управления на вход цифроаналогового преобразователя 1, что отражено на диаграмме б). На диаграмме в) показано изменение во времени аналогового сигнала на выходе измерительного усилителя. На диаграмме г) показано изменение во времени текущего значения сопротивления резисторов формирования выходного тока и соответствующее изменение входного напряжения преобразователя напряжение-частота. На диаграмме д) показано изменение во времени выходного тока имитатора и его выходной частоты, скорость изменения которых аналогична скорости изменения сигнала с детектора, установленного в ядерном реакторе при выбранном значении отрицательной реактивности.

Таким образом, предлагаемый имитатор может быть использован для поверки реактиметров, имеющих токовый и импульсный входы, а также для настройки систем управления ядерного реактора. За счет расширенных функциональных возможностей предложенного имитатора допускается также его использование в качестве генератора импульсов. В качестве измерительного усилителя, цифроаналогового преобразователя и электронных коммутаторов могут быть использованы, например, микросхемы 140УД17, КР572ПА2 и 561КП1 соответственно, а в качестве резисторов формирования тока – резисторы типа МРХ, МВСГ.

Формула изобретения

Имитатор кинетики ядерного реактора, содержащий измерительный усилитель и N параллельно соединенных последовательных резистивных цепочек, в каждой из которых началом является ключ выбора величины тока, а концом – резистор формирования выходного тока, причем концы всех цепочек объединены с выходом имитатора, цифроаналоговый преобразователь с выходом, подключенным ко входу измерительного усилителя, выход которого соединен с объединенными началами резистивных цепочек, и блок программного управления, информационный выход блока программного управления подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, а управляющие выходы – ко входам управления ключей выбора величины тока, причем ключи выбора величины тока выполнены в виде электронных коммутаторов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены группа из N ключей корректировки напряжения, группа из N-1 делителей напряжения, преобразователь напряжение-частота и формирователь импульсов, причем вход управления каждого ключа корректировки напряжения подключен к соответствующему управляющему выходу блока программного управления, выходы ключей соединены со входом преобразователя напряжение-частота, а вход каждого ключа подключен к выходу своего делителя напряжения, за исключением первого ключа, вход которого соединен со входами делителей и выходом измерительного усилителя, выход преобразователя напряжение-частота соединен со входом формирователя импульсов, выход которого является частотным выходом имитатора.

РИСУНКИ