ZM-1型PA級電流測量儀研制

吳惠堅

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

電站的XH-3202C區域γ劑量率監測儀、XH-3122A型堆坑γ放射性監測裝置通常是在線連續運行設備。由于環境（溫度、濕度）及密封等諸多因素會使這些絕緣材料的絕緣指標在長期運行的過程中有逐漸下降的可能，會產生與電離室理論正常工作時（量程范圍）等數量級的漏電電流，造成探測器沒有工作在線性區，電離室靈敏度發生了變化，電離室輸出劑量率不正確[1]。

ZM-1型PA級電流測量儀是專為測量與檢測電場電離室設備及部件工作正常與否的實驗室設備，它能夠準確測出部件的漏電流真值，使維修人員能夠推算出由于其漏電導致輸出的吸收劑量率在哪個量級出現問題，繼而為維修及標定設備創造好的理論及實踐基礎，不僅如此，此設備也可用于4mA～20mA傳感器的檢測。

圖1 工作原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of how it works

1 ZM-1型PA級電流測量儀技術指標及工作原理

1.1 技術指標

1）分辨率：±10-13A。

2）量程范圍：可分為兩路，一路±10-12A～±4mA，一路4mA～20mA。

3）ADC轉換精度0.02%（16位）。

4）五位半讀數顯示。

5）測量誤差：±10-12A～±10-8A，小于10%，±10-8A～±4mA，小于5%。

6）4mA～20mA，小于5%。

7）計算機通訊。

8）數據存儲。

9）數據顯示、修改設置由計算機完成。

1.2 工作原理、框圖及描述

1）靜電計：靜電計采用的是電流——電壓模式，其工作原理是靜電計將傳感器的輸出直流電流轉換為ADC模塊可采集的直流電壓。

2）帶485總線的八路ADC模塊：可將靜電計輸入的直流電壓通過485通訊方式傳至給計算機。

3）帶485總線的八路繼電器模塊：在計算機的控制下用于完成對靜電計調零、輸入電流的量程切換，從而達到擴大測量量程的目的。

4）液晶顯示屏：用于顯示測量結果以及相關測量信息。

5）兩路485-USB轉接模塊：用于完成下位機與筆記本電腦的通訊。

6）計算機：用來完成測量數據的計算、數據處理、結果的顯示及存儲等功能。

1.3 工作原理

當待測設備按照正確方式接至測量儀輸入端時，靜電計采集其直流電流信號并將其轉換為直流電壓信號，帶有485通訊功能精度為0.02%（16位）的模數轉換器（ADC）采集此電壓信號，通過特定的計算將數據送至儀器液晶顯示屏和計算機進行必要的數據處理、顯示、存儲。在此期間，同樣帶有485通訊功能的八路繼電器模塊在計算機通過計算、判斷繼而控制其完成對靜電計調零、輸入電流的量程切換，達到擴大測量量程的目的。

2 ZM-1型PA級電流測量儀使用操作

2.1 使用操作前須知及要求

1）注意：接入負載時必須斷電操作，同時在實驗室中需有很好的接地措施。

2）設備標識闡述如下：

◇ 信號輸入插座1：此插座通過信號輸入線纜1接入±10-12A～±4mA 范圍的電流負載。

◇ 信號輸入線纜1 。

◇ 信號輸入插座2：此插座通過信號輸入線纜2接入4mA～20mA范圍的電流負載。

◇ 信號輸入線纜2 。

◇ 485-USB模塊UPORT1250（MOXA公司）。

◇ 通訊口插座：此插座通過4 8 5-U S B模塊UPORT1250，完成與筆記本電腦的通訊。

◇ 12V電壓輸出插座：此插座用于提供負載的極化電壓以及電離室高壓的轉換。

◇ 保護地：此地為220V的地線。

◇ 工作地：此地為儀器的工作地。

◇ 高壓盒（用戶可選）：可提供最大±1500V/1mA的輸出。

◇ 屏蔽盒：用于屏蔽電流負載元件的設備。

3） 由于本設備為弱電流測量設備, 在斷電狀況下接好負載部件后開機需預熱30min，方能進行測量（打開前面板的紅色開關）。

2.2 設備示意圖及連線使用說明

圖2、圖3為ZM-1型PA級電流測量儀示意圖。

圖2 ZM-1型PA級電流測量儀示意圖Fig.2 Diagram of ZM-1 type PA class current measuring instrument

圖3 通訊模塊及高壓盒示意圖Fig.3 Communication module and high voltage box diagram

1）信號輸入1插座、信號輸入2插座分別是接入±10-12A～±4mA、4mA～20mA信號的，如果不使用信號輸入2時安放在插座的Q9插頭不要取下，只有需要測量4mA～20mA負載時將其取下，換上信號輸入2測量的專用信號測試線，這樣操作的目的是防止信號輸入2在空載時對輸入1測量有干擾。

2）+12V用于測量電離室探測器所需高壓而設計的，高壓盒可分別提供±500V左右的高壓[1]。

3）485-USB通訊模塊UPORT1250（MOXA公司）port1口、port2口，分別用于接測量儀（port1口）和計算機（port2口）。

4）計算機的操作：將通訊模塊自帶的USB線纜連至計算機的任意USB口上，開機，點擊桌面的“ZM-1型PA級電流測量儀”運用程序，進入到設備的測量界面中，然后點擊測量，即可進入到設備的測量界面中。

3 XH-3122A型堆坑γ放射性監測裝置XH-3202C區域γ劑量率監測儀中故障電離室實驗室的檢測舉例

3.1 XH-3122A型堆坑γ放射性監測裝置電離室漏電流的測量

正高壓接線要求如下：

第1步：在關機狀態下用所配的四芯插頭線將“高壓盒”的+12V與“ZM-1型PA級電流測量儀”的+12V完好相連，此時開機并測試“高壓盒”的正高壓插座是否有+500V左右的輸出，如果輸出正確，請關機；如果輸出不正確，也請關機，進行必要的檢測與維修。

第2步：在關機狀態下，將所配正高壓輸出線插頭端接至“高壓盒”的正高壓插座，另一端的紅鱷魚夾接至電離室的高壓極，黑鱷魚夾接至電離室的保護環。

第3步：在關機狀態下將所配輸入信號線纜1插頭接至“ZM-1型PA級電流測量儀”的信號輸入1的插座，另一端的紅鱷魚夾接至電離室的收集極，黑鱷魚夾接至電離室的保護環。

第4步：將設備開機，預熱30min，用自動擋進行測量，此時測量的電流值為I1（+8.212×10-11A），記錄此值。

3.2 負高壓接線要求

第1步：在關機狀態下用所配四芯插頭線將“高壓盒”的+12V與“ZM-1型PA級電流測量儀”的+12V完好相連，此時開機并測試“高壓盒”的負高壓插座是否有-500V左右的輸出，如果輸出正確，請關機；如果輸出不正確，也請關機，進行必要的檢測與維修。

第2步：在關機狀態下，將所配負高壓輸出線插頭端接至“高壓盒”的負高壓插座，另一端的紅鱷魚夾接至電離室的高壓極，黑鱷魚夾接至電離室的保護環。

第3步：在關機狀態下將所配輸入信號1線纜插頭接至“ZM-1型PA級電流測量儀”的信號輸入1的插座，另一端的紅鱷魚夾接至電離室的收集極，黑鱷魚夾接至電離室的保護環。

第4步：將設備開機，預熱30min，用自動擋進行測量，此時測量的電流值為I2（-1.231×10-12A），記錄此值。

3.3 電離室絕緣部件漏電流計算[2]

通過上述實驗，即可得出電離室中絕緣部件漏電指標，具體計算公式為：

帶入I1（+8.212×10-11A）、I2（-1.231×10-12A）后，可知：I0=4.0445×10-11A[2]。

通過理論分析和推算可知：此電離室在104μGy/h～105μGy/h量級范圍內有漏電現象。

3.4 XH-3202C區域γ劑量率監測儀電離室漏電流的測量

首先按照上述關于“XH-3122A型堆坑γ放射性監測裝置”測量漏電方式對“XH-3202C區域γ劑量率監測儀”進行正確地接線，分別測得：

I1（+6.212×10-13A）、I2（-8.231×10-12A），帶入公式（1）后，得知：I0= -3.8049×10-12A。

通過理論分析和推算可知：此電離室在10μGy/h～100μGy/h量級范圍內有漏電現象[3]。

4 結論

經過測量發現：I1、I2測量的數值通常是有正負的，按實際測量的真值代入即可。當I0＞0時，表明電離室有部分正漏電；當I0＜0時，表明電離室有負漏電，這時對電離室中的絕緣部件必須進行必要的工藝處理（清洗、烘干、絕緣處理或更換），同時此項工作完成后需對電離室設備吸收劑量率按照“XH-3122A型堆坑γ放射性監測裝置技術條件”“XH-3202C區域γ劑量率監測儀技術條件”進一步標定，確定新的靈敏度參數（此參數是有變化的）。ZM-1型PA級電流測量儀工作原理簡單，測試過程方便實用，工作穩定，提高了維修質量及效率，可以預判被測設備的穩定性，為電站輻射監測系統的正常運行提供了保障。