中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)定方法研究

代航陽(yáng)，鄧 圣，崔 璨，王璨輝，付國(guó)恩，王紅波，蹤訓(xùn)成，郭 燕

(中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 反應(yīng)堆工程研究所，成都 610213)

0 引言

中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1-2]是核電站反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)中硼濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)[3-6]研制的專用設(shè)備，可以精確監(jiān)測(cè)核電站反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)中的硼濃度[7]，同時(shí)還可以及時(shí)對(duì)硼稀釋事故發(fā)出報(bào)警。為保證監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，該設(shè)備需要在首次使用和每次核電站大修時(shí)進(jìn)行標(biāo)定。

目前，核電站硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定過程[8-9]存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)人、專業(yè)性要求高等問題。1)過程費(fèi)時(shí)具體表現(xiàn)為：一次標(biāo)定過程至少需要18小時(shí)連續(xù)不間斷地進(jìn)行；2)過程費(fèi)人具體表現(xiàn)為：標(biāo)定過程中至少需要兩名操作人員不間斷值守在二次測(cè)量設(shè)備處進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和參數(shù)調(diào)節(jié)；3)過程專業(yè)性要求高具體表現(xiàn)為：需要經(jīng)過廠家培訓(xùn)、從事相關(guān)工作1年以上的人員手動(dòng)標(biāo)定。上述3點(diǎn)問題給標(biāo)定工作增加了人工成本，降低了使用效率。

為降低人工成本，提高使用效率，相關(guān)技術(shù)人員提出了一種中子計(jì)數(shù)率自動(dòng)標(biāo)定方法[10]，通過預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)定時(shí)間閾值、溫度波動(dòng)范圍閾值和計(jì)數(shù)率閾值確定系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下自動(dòng)記錄中子計(jì)數(shù)率。該方法雖然實(shí)現(xiàn)了系數(shù)的自動(dòng)標(biāo)定，但不能完成控制參數(shù)(工作高壓和甄別閾)的自動(dòng)獲取，無法完整地實(shí)現(xiàn)硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)標(biāo)定，并且自動(dòng)標(biāo)定方法中為了盡可能滿足所有情況下工作狀態(tài)穩(wěn)定，其設(shè)定的穩(wěn)定時(shí)間閾值相對(duì)傳統(tǒng)手動(dòng)標(biāo)定時(shí)間更長(zhǎng)，導(dǎo)致標(biāo)定效率更低。因此，如何在時(shí)間短、人力少條件下，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)、簡(jiǎn)便的硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)定迫在眉睫。針對(duì)手動(dòng)標(biāo)定和現(xiàn)有自動(dòng)標(biāo)定的缺陷，本文提出一種適用于中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)標(biāo)定方法，解決了當(dāng)前標(biāo)定過程時(shí)間長(zhǎng)、人力資源消耗大、專業(yè)要求高的問題，實(shí)現(xiàn)該設(shè)備快速和精簡(jiǎn)的自動(dòng)標(biāo)定，提高了定期標(biāo)定的效率。

1 中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 測(cè)量原理

(1)

式中，a、b、c為二次擬合系數(shù)，n為硼濃度為P時(shí)的中子計(jì)數(shù)率，P為硼濃度。

從上式中看出，硼濃度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性取決于擬合系數(shù)的準(zhǔn)確性，而擬合系數(shù)通過硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定期標(biāo)定獲得。該系統(tǒng)的定期標(biāo)定過程包括控制參數(shù)標(biāo)定和標(biāo)定系數(shù)標(biāo)定。

1.2 組成與功能

中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括探測(cè)裝置[14-16]、標(biāo)定裝置、機(jī)柜、就地顯示箱[17]及溫度變送器箱，具體組成如圖1所示。探測(cè)裝置包括測(cè)量容器、中子源、中子探測(cè)器、溫度探測(cè)器、聚乙烯屏蔽體及不銹鋼箱體。標(biāo)定裝置為一個(gè)可移動(dòng)的、帶輪子的小車恒溫水槽。標(biāo)定裝置包括循環(huán)泵、標(biāo)定水箱、標(biāo)定控制器、恒溫設(shè)定及顯示等。機(jī)柜為19吋標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，其中包括工控機(jī)信號(hào)處理機(jī)箱、NIM信號(hào)處理機(jī)箱、顯示器、鍵盤/鼠標(biāo)及工具箱等。就地顯示箱為一儀表架安裝機(jī)箱，顯示內(nèi)容包括硼濃度和硼溶液溫度。溫度變送器箱將溫度探測(cè)器輸出的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA的溫度信號(hào)，儀表架安裝。

圖1 中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成示意圖

該系統(tǒng)通過自身的探測(cè)裝置與核取樣回路連接,構(gòu)成一個(gè)完整和獨(dú)立的反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)硼濃度測(cè)量系統(tǒng)。探測(cè)裝置內(nèi)部安裝有中子探測(cè)器和中子源，探測(cè)器探測(cè)中子源經(jīng)過硼溶液吸收后的剩余熱中子數(shù)，探測(cè)輸出的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)率與探測(cè)器接收到的熱中子數(shù)成正比。該系統(tǒng)通過對(duì)脈沖信號(hào)[18-20]進(jìn)行采集，并建立中子計(jì)數(shù)率與硼濃度之間的數(shù)據(jù)處理模型，通過中子計(jì)數(shù)率計(jì)算出回路中的硼濃度。

該系統(tǒng)的工作高壓和甄別閾分別由NIM信號(hào)處理機(jī)箱里的高壓模塊和脈沖放大模塊提供。目前系統(tǒng)采用機(jī)械式電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要操作員手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器控制高壓和甄別閾。

1.3 手動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)方法

核電站運(yùn)行一個(gè)大修周期(一般為12月或18個(gè)月)以后，隨著一回路冷卻劑中硼-10豐度和探測(cè)裝置中中子源衰變的影響，中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度往往會(huì)下降，這時(shí)就需要重新對(duì)該設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性要求。標(biāo)定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是重新獲取中子脈沖信號(hào)采集設(shè)備的控制參數(shù)，重新獲取設(shè)備的標(biāo)定系數(shù)。其中控制參數(shù)獲取方法具體包括坪曲線試驗(yàn)和閾曲線試驗(yàn)，標(biāo)定系數(shù)獲取方法具體包括標(biāo)定試驗(yàn)和標(biāo)定結(jié)果驗(yàn)證試驗(yàn)，標(biāo)定試驗(yàn)方法流程如圖2所示。

圖2 標(biāo)定試驗(yàn)方法流程圖

坪曲線試驗(yàn)是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)高壓模塊的方式提升高壓，從而獲取不同高壓數(shù)值下的計(jì)數(shù)率來繪制坪曲線，并通過數(shù)據(jù)分析得到探測(cè)器采集數(shù)據(jù)最穩(wěn)定的高壓坪區(qū)，作為探測(cè)器最終的工作高壓范圍。

閾曲線試驗(yàn)是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖放大模塊的方式提升甄別閾，獲取不同甄別閾數(shù)值下的計(jì)數(shù)率來繪制閾曲線，并通過數(shù)據(jù)分析得到脈沖放大器干擾信號(hào)最小甄別電壓，作為脈沖放大器的甄別閾值。

標(biāo)定試驗(yàn)是在重新獲取工作高壓和甄別閾后，開展的設(shè)備校準(zhǔn)試驗(yàn)。在恒溫恒濕條件下，通過在不同理論硼濃度下，手動(dòng)記錄若干組數(shù)據(jù)對(duì)(平均計(jì)數(shù)率&滴定硼濃度)，最終按照公式(1)的物理模型計(jì)算出二次擬合系數(shù)作為最新的標(biāo)定系數(shù)。

標(biāo)定結(jié)果驗(yàn)證試驗(yàn)是在標(biāo)定系數(shù)更新后，驗(yàn)證設(shè)備測(cè)量精度的試驗(yàn)。在恒溫恒濕條件和不同硼濃度測(cè)量點(diǎn)，比較硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件顯示硼濃度與化學(xué)滴定硼濃度之間的誤差，是否滿足技術(shù)要求。

傳統(tǒng)的手動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)方法在效率上較低，體現(xiàn)在時(shí)間消耗和人力使用。時(shí)間消耗主要體現(xiàn)在參數(shù)調(diào)整、硼濃度穩(wěn)定；人力使用主要體現(xiàn)在標(biāo)定過程全程職守和人工記錄數(shù)據(jù)上。

2 中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)定方案

中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)定分為兩個(gè)步驟：控制參數(shù)自動(dòng)獲取和標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取。

控制參數(shù)自動(dòng)獲取關(guān)鍵在于控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，采用數(shù)字電位器替代機(jī)械式電位器的方式實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。硬件方面，取消現(xiàn)有硼表設(shè)備控制參數(shù)的機(jī)械式調(diào)節(jié)電位器，增加數(shù)字電位器電路模塊，同時(shí)增加一個(gè)串口轉(zhuǎn)接模塊，實(shí)現(xiàn)與硼表標(biāo)定軟件的遠(yuǎn)程通訊；軟件方面，設(shè)計(jì)包含自動(dòng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)功能的坪曲線和閾曲線自動(dòng)獲取軟件界面，開發(fā)控制數(shù)字電位器的串口通訊程序。該方案最終目標(biāo)是自動(dòng)調(diào)節(jié)中子探測(cè)器工作高壓和脈沖放大器甄別閾，自動(dòng)繪制坪曲線和閾曲線，自動(dòng)獲取標(biāo)定后的工作高壓和甄別閾；

標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取關(guān)鍵在于中子計(jì)數(shù)率的自動(dòng)判穩(wěn)和記錄，采用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落的中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定判定方法。該中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定判定方法替代現(xiàn)有穩(wěn)定閾值(穩(wěn)定時(shí)間閾值、溫度波動(dòng)范圍閾值和計(jì)數(shù)率閾值)判定方法，來實(shí)現(xiàn)中子計(jì)數(shù)率的穩(wěn)定判定。首先，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落計(jì)算采集到的一段計(jì)數(shù)率的基準(zhǔn)值；其次，比較隨后采集到的計(jì)數(shù)率與這個(gè)基準(zhǔn)值的偏差，如果偏差小于設(shè)定的偏差閾值，則認(rèn)為當(dāng)前計(jì)數(shù)率已經(jīng)穩(wěn)定，硼溶液充分均勻；再次，如果偏差大于設(shè)定的偏差閾值，則認(rèn)為當(dāng)前計(jì)數(shù)率沒有穩(wěn)定，硼溶液未充分均勻，因此，需要繼續(xù)等待直到當(dāng)前計(jì)數(shù)率與上一數(shù)據(jù)段的基準(zhǔn)值偏差在偏差閾值范圍內(nèi)，則可以判定計(jì)數(shù)率已經(jīng)穩(wěn)定，并自動(dòng)記錄有效中子計(jì)數(shù)率，并通過多組計(jì)數(shù)率與滴定硼濃度關(guān)系自動(dòng)計(jì)算標(biāo)定后的標(biāo)定系數(shù)。

3 控制參數(shù)自動(dòng)獲取

控制參數(shù)自動(dòng)獲取關(guān)鍵在于控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，坪閾曲線的自動(dòng)繪制。其中，控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)通過硬件方法實(shí)現(xiàn)，坪閾曲線自動(dòng)繪制通過軟件方法實(shí)現(xiàn)。

3.1 工作高壓自動(dòng)獲取

工作高壓自動(dòng)獲取是通過坪曲線的自動(dòng)獲取得到。坪曲線自動(dòng)獲取技術(shù)包括以下幾個(gè)部分：

3.1.1 程控高壓設(shè)計(jì)

由于坪曲線的獲取需要經(jīng)常調(diào)節(jié)高壓輸出，所以要實(shí)現(xiàn)坪曲線的自動(dòng)獲取，首先要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)高壓電源的輸出。

目前系統(tǒng)的高壓電源采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式輸出高壓。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身能夠控制調(diào)節(jié)高壓電源的輸出，需要增加程控調(diào)節(jié)方式，即采用數(shù)字電位器[21]的高壓輸出調(diào)節(jié)方式。為了增加可靠性，在增加數(shù)字電位器的調(diào)節(jié)方式的同時(shí)，保留原有機(jī)械電位器，并通過在電路板上跳線方式進(jìn)行調(diào)節(jié)方式的切換，由于電位器切換需要在高壓電源斷電情況下操作(冷切換)，設(shè)置跳線的方式是為了避免非專業(yè)人員操作而損壞高壓電源。這種冗余的調(diào)節(jié)方式可保證即使某種調(diào)節(jié)方式失效后，仍能切換到另一種調(diào)節(jié)方式。另外，在高壓電源的輸出口增加保護(hù)電路，防止電位器失效導(dǎo)致的探測(cè)器損壞。程控高壓電源信號(hào)流程如圖3所示。

圖3 程控高壓電源信號(hào)流程圖

通過調(diào)節(jié)變換驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度達(dá)到調(diào)整輸出高壓的目的。主要部分由低壓電源、延時(shí)緩升精密基準(zhǔn)電源、取樣電路、高頻振蕩器、誤差放大器、驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成與幅度控制電路、功率變換器及過壓過流保護(hù)電路等組成。

3.1.2 坪曲線自動(dòng)獲取軟件設(shè)計(jì)

高壓電源具備程控功能后，需要設(shè)計(jì)開發(fā)上層坪曲線自動(dòng)獲取程序軟件。軟件采用Labwindows/CVI開發(fā)工具開發(fā)。坪曲線自動(dòng)獲取軟件是基于中子探測(cè)器坪特性測(cè)試程序步驟設(shè)計(jì)，步驟如圖4所示。

圖4 坪曲線自動(dòng)獲取流程圖

主要包括：

1)首先設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)間、甄別閾等參數(shù)；

2)啟動(dòng)坪曲線獲取程序，自動(dòng)調(diào)節(jié)甄別閾至設(shè)定值，按照預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)速率提升高壓直至測(cè)量到計(jì)數(shù)值；

3)高壓數(shù)值穩(wěn)定后，開始定時(shí)計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果保存并開始繪制坪曲線；

4)以50 V為間隔提升高壓，穩(wěn)定后計(jì)數(shù)，保存數(shù)據(jù)繪制曲線，檢測(cè)該測(cè)試點(diǎn)與上一測(cè)試點(diǎn)之間的斜率，如果該斜率大于坪斜閾值，則表示高壓未進(jìn)入坪區(qū)，重復(fù)步驟4)；如果該斜率小于坪斜閾值，則表示高壓進(jìn)入坪區(qū)，進(jìn)入5)；

5)以20 V為間隔提升高壓，穩(wěn)定后計(jì)數(shù)，保存數(shù)據(jù)繪制曲線，直到高壓值大于高壓設(shè)定上限值，高壓調(diào)節(jié)會(huì)自動(dòng)停止；

6)根據(jù)測(cè)得結(jié)果繪制坪曲線，選取工作高壓，計(jì)算出坪長(zhǎng)、坪斜。

3.2 甄別閾自動(dòng)獲取

甄別閾自動(dòng)獲取是通過閾曲線自動(dòng)獲取得到，閾曲線自動(dòng)獲取技術(shù)包括以下幾個(gè)部分：

3.2.1 程控脈沖放大器設(shè)計(jì)

目前系統(tǒng)的脈沖主放大器的甄別閾壓通過機(jī)械電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0.3～10 V。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)甄別閾，需要增加程控調(diào)節(jié)功能，即采用數(shù)字電位器的調(diào)節(jié)方式，保留原有機(jī)械電位器調(diào)節(jié)方式，這種冗余的方式可確保某一種調(diào)節(jié)方式失效后，仍可切換到另外一種調(diào)節(jié)方式。由于甄別閾調(diào)節(jié)方式切換不會(huì)對(duì)其他設(shè)備部件造成影響，可采用熱切換方式，在面板設(shè)置選擇開關(guān)進(jìn)行控制方式的選擇。程控脈沖放大模塊信號(hào)流程如圖5所示，由一級(jí)放大電路、增益細(xì)調(diào)電路、增益粗調(diào)電路、微分放大電路、基線恢復(fù)電路、直流恢復(fù)電路、甄別電路、脈寬固定電路、基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生電路組成。實(shí)現(xiàn)了對(duì)中子脈沖信號(hào)的放大、甄別、成形，同時(shí)具有對(duì)甄別閾手動(dòng)和程控雙重調(diào)節(jié)功能。

圖5 程控脈沖放大器信號(hào)流程圖

3.2.2 閾曲線自動(dòng)獲取軟件設(shè)計(jì)

脈沖放大器具備甄別閾程控調(diào)節(jié)功能后，需要開發(fā)設(shè)計(jì)上層的閾曲線自動(dòng)獲取軟件，控制自動(dòng)完成閾曲線的獲取，軟件采用Labwindows/CVI開發(fā)工具開發(fā)。閾曲線自動(dòng)獲取軟件是基于放大器甄別閾測(cè)定程序步驟設(shè)計(jì)，步驟如圖6所示。

圖6 閾曲線自動(dòng)獲取流程圖

主要包括：

1)設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)間、工作高壓等參數(shù)；

2)啟動(dòng)閾曲線獲取程序，自動(dòng)調(diào)節(jié)高壓至工作高壓，設(shè)置甄別閾為最小值0.3 V；

4)以0.1 V為間隔提升甄別閾，穩(wěn)定后計(jì)數(shù)，保存數(shù)據(jù)繪制曲線，直到甄別閾數(shù)值大于設(shè)定上限值，甄別閾調(diào)節(jié)會(huì)自動(dòng)停止；

5)在繪制的閾曲線中找到拐點(diǎn)，自動(dòng)選取工作時(shí)的甄別閾。

4 標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取

中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定期標(biāo)定需要通過等溫標(biāo)定過程獲得新的標(biāo)定系數(shù)來標(biāo)定設(shè)備。本文利用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落的中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定判定方法來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)定及標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)計(jì)算。標(biāo)定系統(tǒng)自動(dòng)獲取方法包括以下幾個(gè)部分：

1)高壓自動(dòng)調(diào)節(jié)：等溫標(biāo)定程序通過串行接口控制高壓模塊的數(shù)字電位器調(diào)節(jié)高壓值。高壓數(shù)值調(diào)節(jié)按照設(shè)定速率上升，直到坪曲線獲取試驗(yàn)確定的工作高壓為止。

2)甄別閾自動(dòng)調(diào)節(jié)：等溫標(biāo)定程序通過串行接口控制脈沖放大模塊的數(shù)字電位器調(diào)節(jié)甄別閾值至工作甄別閾為止。

3)中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定的自動(dòng)判定：等溫標(biāo)定程序根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落的計(jì)算結(jié)果確定計(jì)數(shù)率是否已經(jīng)穩(wěn)定，自動(dòng)判定流程如圖7所示。在每個(gè)等溫標(biāo)定試驗(yàn)點(diǎn)，溶液配置完成，啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)后，開始如下過程判斷：

圖7 中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定自動(dòng)判定流程圖

(1)通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落計(jì)算序號(hào)N-N+9這10個(gè)計(jì)數(shù)率的基準(zhǔn)值；

拍《唐人街探案1》的時(shí)候，其實(shí)快高考了。當(dāng)時(shí)我還沒有復(fù)習(xí)得很充分，家里人都有點(diǎn)兒擔(dān)心，看到一模成績(jī)不差，我媽才放心讓我去泰國(guó)拍戲，邊拍邊復(fù)習(xí)。大家收工去擼串的時(shí)候，我就一個(gè)人回酒店做卷子，他們?nèi)ゾ频暧斡?，我也在房間做卷子，后來前輩們都不約我出去了，看到我的第一句話總是“昊然啊，好好學(xué)習(xí)啊”。

(2)比較隨后序號(hào)N+10與這個(gè)基準(zhǔn)值的偏差，如果偏差小于設(shè)定的偏差閾值，則認(rèn)為當(dāng)前N+10計(jì)數(shù)率已經(jīng)穩(wěn)定，硼溶液充分均勻；

(3)如果偏差大于設(shè)定的偏差閾值，則認(rèn)為當(dāng)前計(jì)數(shù)率沒有穩(wěn)定，硼溶液未充分均勻；

(4)剔除掉序號(hào)N的計(jì)數(shù)率，重新計(jì)算N+1-N+10這10個(gè)計(jì)數(shù)率的基準(zhǔn)值；

(5)再比較隨后序號(hào)N+11與新的基準(zhǔn)值的偏差，如果偏差小于設(shè)定的偏差閾值，則認(rèn)為當(dāng)前N+11計(jì)數(shù)率已經(jīng)穩(wěn)定，硼溶液充分均勻；

(6)如果偏差仍然大于設(shè)定的偏差閾值，則認(rèn)為當(dāng)前N+11計(jì)數(shù)率沒有穩(wěn)定，硼溶液未充分均勻，則需繼續(xù)(4)～(5)的過程，直到計(jì)數(shù)率穩(wěn)定為止。

4)標(biāo)定曲線自動(dòng)繪制：根據(jù)每個(gè)試點(diǎn)的穩(wěn)定計(jì)數(shù)率結(jié)果和化學(xué)滴定值結(jié)果自動(dòng)繪制標(biāo)定曲線在等溫標(biāo)定程序界面上，并自動(dòng)計(jì)算標(biāo)定系數(shù)。

5)參數(shù)文件自動(dòng)生成：標(biāo)定完成后將標(biāo)定系數(shù)生成參數(shù)設(shè)置文件，自動(dòng)導(dǎo)入硼濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量軟件中。

等溫自動(dòng)標(biāo)定步驟如圖8所示，主要包括：

圖8 等溫自動(dòng)標(biāo)定流程圖

1) 設(shè)置標(biāo)定參數(shù)，包括定時(shí)時(shí)間、基本采樣點(diǎn)、工作高壓、甄別閾、標(biāo)定點(diǎn)數(shù)、標(biāo)定溫度、偏差閾值等參數(shù)；

2) 啟動(dòng)等溫標(biāo)定程序，自動(dòng)調(diào)節(jié)高壓和甄別閾至設(shè)定的工作值；

3) 化學(xué)人員完成硼溶液配制，并通知等溫標(biāo)定程序；

4)等溫標(biāo)定程序啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)，根據(jù)基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落的中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定判定方法判斷計(jì)數(shù)結(jié)果是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定則繼續(xù)等待；

5)判定穩(wěn)定后，記錄平均計(jì)數(shù)率，并通知化學(xué)人員進(jìn)行取樣滴定；

6)化學(xué)人員滴定完成后將滴定值發(fā)送到等溫標(biāo)定程序，根據(jù)滴定值和平均計(jì)數(shù)率繪制標(biāo)定曲線；

7)等溫標(biāo)定程序判定是否完成所有點(diǎn)標(biāo)定，未完成則重復(fù)步驟3)～6)；

8)完成所有點(diǎn)標(biāo)定后，自動(dòng)計(jì)算出標(biāo)定系數(shù)，生成參數(shù)設(shè)置文件，將參數(shù)設(shè)置文件導(dǎo)入硼濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量軟件中即可完成標(biāo)定。

5 自動(dòng)標(biāo)定方法應(yīng)用結(jié)果及評(píng)價(jià)

5.1 試驗(yàn)裝置搭建

為驗(yàn)證自動(dòng)標(biāo)定方法的實(shí)用性和可靠性，基于控制參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)硬件改造和自動(dòng)標(biāo)定控制軟件構(gòu)建了標(biāo)定試驗(yàn)裝置。該裝置是在原有中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)如圖1所示)基礎(chǔ)上，在硬件和軟件上進(jìn)行了改造。硬件上，用程控高壓模塊和程控脈沖放大模塊替換了原來的對(duì)應(yīng)模塊，如圖9所示；軟件上，在原有硼濃度測(cè)量軟件中加入了坪閾曲線自動(dòng)獲取算法和標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取算法，同時(shí)更新了標(biāo)定試驗(yàn)界面，如圖10所示。

圖9 程控高壓電源模塊和程控脈沖放大模塊

圖10 基于自動(dòng)標(biāo)定方法的標(biāo)定試驗(yàn)軟件界面

5.2 應(yīng)用結(jié)果及準(zhǔn)確性分析

在標(biāo)定試驗(yàn)裝置搭建完畢，啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)開始定期標(biāo)定試驗(yàn)，試驗(yàn)可以分為坪曲線自動(dòng)獲取試驗(yàn)、閾曲線自動(dòng)獲取試驗(yàn)和標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取試驗(yàn)三個(gè)部分。

1)坪曲線自動(dòng)獲取試驗(yàn)：通過界面上甄別閾設(shè)置將甄別閾設(shè)定為1.10 V，啟動(dòng)界面的坪曲線試驗(yàn)，系統(tǒng)自動(dòng)完成坪曲線獲取。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，坪曲線如圖11所示，數(shù)據(jù)處理結(jié)果得到，坪長(zhǎng)140 V，坪斜18.98%/100 V，工作高壓770 V。坪曲線符合硼表所用中子探測(cè)器的坪曲線特性，測(cè)試數(shù)據(jù)合理，工作高壓不超過高壓限值，坪曲線自動(dòng)獲取測(cè)試結(jié)果滿足硼表系統(tǒng)要求。

表1 坪曲線自動(dòng)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖11 坪曲線圖

2)閾曲線自動(dòng)獲取試驗(yàn)：通過界面上高壓設(shè)置將高壓設(shè)定為770 V，啟動(dòng)界面的閾曲線試驗(yàn)，系統(tǒng)自動(dòng)完成閾曲線獲取。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2，閾曲線圖見圖12，數(shù)據(jù)處理得到，甄別閾為1.10 V。閾曲線符合脈沖放大器的閾曲線特性，測(cè)試數(shù)據(jù)合理，該閾壓在獲得有用中子計(jì)數(shù)率的同時(shí)，盡可能地剔除大多數(shù)噪聲信號(hào)，閾曲線自動(dòng)獲取測(cè)試結(jié)果滿足硼表系統(tǒng)要求。

表2 閾曲線自動(dòng)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖12 閾曲線圖

3)標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取試驗(yàn)：?jiǎn)?dòng)界面標(biāo)定試驗(yàn)，系統(tǒng)將高壓和甄別閾設(shè)置為之前坪曲線和閾曲線獲取的高壓和甄別閾，試驗(yàn)人員按照試驗(yàn)程序依次完成20個(gè)點(diǎn)的標(biāo)定。標(biāo)定數(shù)據(jù)見表3。標(biāo)定數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄在界面中，數(shù)據(jù)處理得出標(biāo)定系數(shù)如圖10所示。隨后進(jìn)行了4 000 mg/L,1 600 mg/L，500 mg/L濃度點(diǎn)的驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見表4, 最大相對(duì)偏差為0.46%，絕對(duì)偏差為4.82 mg/L，結(jié)果滿足硼表系統(tǒng)測(cè)量精度的要求：≤±15 mg/L(0～1 000 mg/L)，≤±1.5%(≥1 000 mg/L)。

表3 標(biāo)定系數(shù)自動(dòng)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 測(cè)量精度驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)結(jié)果來看，基于自動(dòng)標(biāo)定方法的硼表標(biāo)定試驗(yàn)在工作高壓、甄別閾和測(cè)量誤差等方面的準(zhǔn)確性得到了驗(yàn)證，完全滿足硼表系統(tǒng)技術(shù)要求。

5.3 效率評(píng)價(jià)

經(jīng)過硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定期維護(hù)人員的實(shí)際操作，相比原來人員全程職守手動(dòng)標(biāo)定以及穩(wěn)定狀態(tài)下的自動(dòng)標(biāo)定，植入自動(dòng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)和自動(dòng)判定計(jì)數(shù)率穩(wěn)定方法的新型自動(dòng)標(biāo)定在工作效率上獲得了極大的提高，具體對(duì)比數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 新型自動(dòng)標(biāo)定方法與現(xiàn)有標(biāo)定方法效率對(duì)比

6 結(jié)束語

為解決當(dāng)前標(biāo)定過程時(shí)間長(zhǎng)、人力資源消耗大、專業(yè)要求高的問題，研究了一種核電站中子吸收法硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新型自動(dòng)標(biāo)定方法。該自動(dòng)標(biāo)定方法包括控制參數(shù)的自動(dòng)獲取和標(biāo)定系數(shù)的自動(dòng)獲取。控制參數(shù)的自動(dòng)獲取利用控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，由遠(yuǎn)程硼濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量軟件輸出的數(shù)字信號(hào)控制模擬控制參數(shù)的變化，自動(dòng)繪制坪曲線和閾曲線，從而自動(dòng)獲取控制參數(shù)。標(biāo)定系數(shù)的自動(dòng)獲取利用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落的中子計(jì)數(shù)率穩(wěn)定判定方法，采用當(dāng)前計(jì)數(shù)率與統(tǒng)計(jì)漲落基準(zhǔn)值不斷比較的方式，判定滿足偏差閾值的穩(wěn)定計(jì)數(shù)率，并通過計(jì)數(shù)率與滴定硼濃度之間的數(shù)字關(guān)系計(jì)算標(biāo)定系數(shù)。從自動(dòng)標(biāo)定方法的應(yīng)用效果來看，標(biāo)定試驗(yàn)過程能實(shí)現(xiàn)“一鍵自動(dòng)標(biāo)定”，自動(dòng)獲取工作高壓、甄別閾和標(biāo)定系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)快速、精簡(jiǎn)和準(zhǔn)確的自動(dòng)標(biāo)定，提高了核電站硼濃度測(cè)量設(shè)備定期標(biāo)定的效率。