200510. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés időben lassan változó, kis értékű reaktivitás mérésére alkalmas digitális reaktivitásmérőre
1 HU 200510 B 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés időben lassan változó, kis értékű reaktivitás mérésére alkalmas digitális reaktivitásmérőre. Az atomreaktorok egyik legfontosabb üzemi paramétere a sokszorozódási tényezővel rokon reaktivitás, amelyet leggyakrabban közvetett módon a neutronfluxus méréséből az ún. inverz-kinetikus modellből levezethető algoritmus segítségével határoznak meg. A reaktivitás mérésére szolgáló modernebb mérőláncok működése a következő: A neutrondetektor és a detektor jelkondicionálóból álló neutronfluxus-mérő kimenetén megjelenő, a neutronfluxus pillanatnyi értékével arányos analóg jelet az analóg/digitál átalakító alakítja át a mikroszámítógépes feldolgozásra alkalmas digitális jellé. A reaktivitásszámító egység számítja ki az inverz-kinetikus modell alapján a reaktivitás pillanatnyi értékét. Az atomreaktorok fizikai indításánál ki kell mérni a reaktivitás függését a különböző egyéb üzemi paraméterektől (pl. hőmérséklet, nyomás, bórsav koncentráció, stb.). Tekintettel az üzemi paraméterek megengedhető tartományának szűk voltára, valamint a reaktivitásegyütthatók kis értékére, ezen mérések során a mért reaktivitás abszolút értéke és változása az idő függvényében rendkívül kicsi (tipikusan max. 0.02$ illetve 0.01$/h). A reaktivitás kis értéke magával hozza a neutronfluxus lassú változását is. 12 bitesnél kisebb analóg/digitál átalakítót használva a reaktivitásszámító egység túl durván kvantált jelet kap, aminek következtében a számított reaktivitás a kvantálási hibával bizonytalan (szőrös) lesz. Ennek elkerülésére nagy felbontású (14... 16 bites) analóg/digitál átalakítót szokás használni, ami a készülék költségét tetemesen megemeli. Más oldalról vizsgálva a kérdést az ismert megoldások közös hátránya az is, hogy a nagy felbontás - amelynek biztosítása igen költséges lehet - adta lehetőségeket a reaktivitásmérő normál üzemi körülmények között nem használja ki, mivel egy működő atomreaktorban nincs szükség ilyen lassú és kis értékű reaktivitásváltozások megfigyelésére. A találmány szerinti digitális reaktivitásmérő kidolgozásakor célul tűztük ki a nagy felbontású analóg/digitál átalakító közepes felbontásúval való helyettesítését. A nagyobb felbontást igénylő kis értékű reaktivitások változási sebessége igen kicsi, azaz viszonylag nagy időállandójú szűrés sem torzítja el lényegesen a mért reaktivitásértéket. így az analóg/digitál átalakító és a reaktivitásszámító egység közé helyeztük az aluláteresztő digitális szűrőt. Az aluláteresztő digitális szűrő határfrekvenciája parametrizált, s így mód van a mérések szükséglete szerint azt megadni. További előnye, hogy nem igényel a meglévő hardveren túl egyéb hardvert, mivel a reaktivitásszámító is el tudja látni ezt a szűrési funkciót is. Az ismert elrendezést, valamint a találmány szerintit a továbbiakban ábrák alapján ismertetjük. 1. sz. ábra. Az ismert elrendezés tömbvázlata. 2. sz. ábra. A találmány szerinti elrendezés egy kiviteli alakja. 3. a, b. sz. ábra. A találmány szerinti elrendezés egy kiviteli alakjában alkalmazott aluláteresztő digitális szűrőjének hatása a reaktivitásra. Az 1. ábra egy ismert elrendezést mutat be, ahol az 1 neutrondetektor kimenetéről érkező jel a 2 detektor jelkondicionálóra jut, ahonnan a 3 analóg/digitál átalakítóra van vezetve a neutronfluxussal arányos jel. A 3 analóg/digitál átalakító kimenő digitális jele az 5 reaktivitásszámító bemenetére van vezetve, ahol megtörténik a reaktivitás értékének meghatározása. A 2. ábra a találmány szerinti elrendezés egy kiviteli alakját ábrázolja, ahol a 4 aluláteresztő digitális szűrő a 3 analóg/digitál átalakító kimenete és az 5 reaktivitásszámító egység bemenete közé van bekapcsolva. A találmány szerinti elrendezés működése a következőkben kerül ismertetésre. A neutronfluxus értékével arányos analóg jelet az 1 neutrondetektor és a 2 detektor jelkondicionáló állítja elő. A megfelelően felerősített és feszültséggé alakított jel képezi a 3 analóg/digitál átalakító bemenő jelét. Ezt a 3 analóg/digitál átalakító alakítja át digitális jellé. A digitális jel ezután a 4 aluláteresztő digitális szűrőn keresztül jut az 5 reaktivitásszámító egységre. A 4 aluláteresztő digitális szűrő egy lehetséges megvalósítása gyakorlatilag a szakirodalomban megtalálható algoritmusok bármelyike lehet. A lehetséges megoldások közül egyszerűsége és viszonylag nagy elterjedtsége miatt példaként az ún. exponenciális szűrőt ismertetjük. Az exponenciális szűrők működésének az az alapgondolata, hogy minden új mintának csak az 1/N-szeresét veszi figyelembe, a megelőző mintákból nyert átlagértéknek pedig (N-l)/N-szeresét. Ennek megfelelően az exponenciális szűrés rekurzív alakja: ni = (/V-/)*n;-/+Ki _ N ahol ni - az i-edik átlagérték, ni-i - az i-l-edik átlagérték, ni - az i-edik minta, N - az átlagolások száma. Az ismertetett eljárással megvalósított szűrőről belátható, hogy aluláteresztő szűrőként viselkedik, ahol a szűrési időállandót az N átlagolási szám és a ts mintavételezési idő határozza meg az alábbi összeállói (ű - a szűrő felső határfrekvenciája, így a mérés körülményeinek legjobban megfelelő időállandó az N célszerű megválasztásával könnyen elérhető. A 3. a, b. ábrán az általunk javasolt szűrési módszer hatékonysága kísérhető figyelemmel. A 3/a. ábra egy szűrés nélküli esetet, míg a 3/b. ábra ugyanazokkal a feltételekkel, de N = 100 és ts = 0.2s mellett alkalmazott szűréssel mutatja be a reaktivitás alakulását, ahol a folytonos vonallal jelölt görbe az elvárt reaktivitásérték, míg a szaggatott vonallal jelölt a 12 bites analóg/digitál átalakítóval mért érték. Az ábra alján látható egységnyi vonalak az egybitnyi változásokat reprezentálják. A reaktivi5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
