ZM-1型PA级电流测量仪研制

吴惠坚

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

电站的XH-3202C区域γ剂量率监测仪、XH-3122A型堆坑γ放射性监测装置通常是在线连续运行设备。由于环境（温度、湿度）及密封等诸多因素会使这些绝缘材料的绝缘指标在长期运行的过程中有逐渐下降的可能，会产生与电离室理论正常工作时（量程范围）等数量级的漏电电流，造成探测器没有工作在线性区，电离室灵敏度发生了变化，电离室输出剂量率不正确[1]。

ZM-1型PA级电流测量仪是专为测量与检测电场电离室设备及部件工作正常与否的实验室设备，它能够准确测出部件的漏电流真值，使维修人员能够推算出由于其漏电导致输出的吸收剂量率在哪个量级出现问题，继而为维修及标定设备创造好的理论及实践基础，不仅如此，此设备也可用于4mA～20mA传感器的检测。

图1 工作原理示意图Fig.1 Schematic diagram of how it works

1 ZM-1型PA级电流测量仪技术指标及工作原理

1.1 技术指标

1）分辨率：±10-13A。

2）量程范围：可分为两路，一路±10-12A～±4mA，一路4mA～20mA。

3）ADC转换精度0.02%（16位）。

4）五位半读数显示。

5）测量误差：±10-12A～±10-8A，小于10%，±10-8A～±4mA，小于5%。

6）4mA～20mA，小于5%。

7）计算机通讯。

8）数据存储。

9）数据显示、修改设置由计算机完成。

1.2 工作原理、框图及描述

1）静电计：静电计采用的是电流——电压模式，其工作原理是静电计将传感器的输出直流电流转换为ADC模块可采集的直流电压。

2）带485总线的八路ADC模块：可将静电计输入的直流电压通过485通讯方式传至给计算机。

3）带485总线的八路继电器模块：在计算机的控制下用于完成对静电计调零、输入电流的量程切换，从而达到扩大测量量程的目的。

4）液晶显示屏：用于显示测量结果以及相关测量信息。

5）两路485-USB转接模块：用于完成下位机与笔记本电脑的通讯。

6）计算机：用来完成测量数据的计算、数据处理、结果的显示及存储等功能。

1.3 工作原理

当待测设备按照正确方式接至测量仪输入端时，静电计采集其直流电流信号并将其转换为直流电压信号，带有485通讯功能精度为0.02%（16位）的模数转换器（ADC）采集此电压信号，通过特定的计算将数据送至仪器液晶显示屏和计算机进行必要的数据处理、显示、存储。在此期间，同样带有485通讯功能的八路继电器模块在计算机通过计算、判断继而控制其完成对静电计调零、输入电流的量程切换，达到扩大测量量程的目的。

2 ZM-1型PA级电流测量仪使用操作

2.1 使用操作前须知及要求

1）注意：接入负载时必须断电操作，同时在实验室中需有很好的接地措施。

2）设备标识阐述如下：

◇ 信号输入插座1：此插座通过信号输入线缆1接入±10-12A～±4mA 范围的电流负载。

◇ 信号输入线缆1 。

◇ 信号输入插座2：此插座通过信号输入线缆2接入4mA～20mA范围的电流负载。

◇ 信号输入线缆2 。

◇ 485-USB模块UPORT1250（MOXA公司）。

◇ 通讯口插座：此插座通过4 8 5-U S B模块UPORT1250，完成与笔记本电脑的通讯。

◇ 12V电压输出插座：此插座用于提供负载的极化电压以及电离室高压的转换。

◇ 保护地：此地为220V的地线。

◇ 工作地：此地为仪器的工作地。

◇ 高压盒（用户可选）：可提供最大±1500V/1mA的输出。

◇ 屏蔽盒：用于屏蔽电流负载元件的设备。

3） 由于本设备为弱电流测量设备, 在断电状况下接好负载部件后开机需预热30min，方能进行测量（打开前面板的红色开关）。

2.2 设备示意图及连线使用说明

图2、图3为ZM-1型PA级电流测量仪示意图。

图2 ZM-1型PA级电流测量仪示意图Fig.2 Diagram of ZM-1 type PA class current measuring instrument

图3 通讯模块及高压盒示意图Fig.3 Communication module and high voltage box diagram

1）信号输入1插座、信号输入2插座分别是接入±10-12A～±4mA、4mA～20mA信号的，如果不使用信号输入2时安放在插座的Q9插头不要取下，只有需要测量4mA～20mA负载时将其取下，换上信号输入2测量的专用信号测试线，这样操作的目的是防止信号输入2在空载时对输入1测量有干扰。

2）+12V用于测量电离室探测器所需高压而设计的，高压盒可分别提供±500V左右的高压[1]。

3）485-USB通讯模块UPORT1250（MOXA公司）port1口、port2口，分别用于接测量仪（port1口）和计算机（port2口）。

4）计算机的操作：将通讯模块自带的USB线缆连至计算机的任意USB口上，开机，点击桌面的“ZM-1型PA级电流测量仪”运用程序，进入到设备的测量界面中，然后点击测量，即可进入到设备的测量界面中。

3 XH-3122A型堆坑γ放射性监测装置XH-3202C区域γ剂量率监测仪中故障电离室实验室的检测举例

3.1 XH-3122A型堆坑γ放射性监测装置电离室漏电流的测量

正高压接线要求如下：

第1步：在关机状态下用所配的四芯插头线将“高压盒”的+12V与“ZM-1型PA级电流测量仪”的+12V完好相连，此时开机并测试“高压盒”的正高压插座是否有+500V左右的输出，如果输出正确，请关机；如果输出不正确，也请关机，进行必要的检测与维修。

第2步：在关机状态下，将所配正高压输出线插头端接至“高压盒”的正高压插座，另一端的红鳄鱼夹接至电离室的高压极，黑鳄鱼夹接至电离室的保护环。

第3步：在关机状态下将所配输入信号线缆1插头接至“ZM-1型PA级电流测量仪”的信号输入1的插座，另一端的红鳄鱼夹接至电离室的收集极，黑鳄鱼夹接至电离室的保护环。

第4步：将设备开机，预热30min，用自动挡进行测量，此时测量的电流值为I1（+8.212×10-11A），记录此值。

3.2 负高压接线要求

第1步：在关机状态下用所配四芯插头线将“高压盒”的+12V与“ZM-1型PA级电流测量仪”的+12V完好相连，此时开机并测试“高压盒”的负高压插座是否有-500V左右的输出，如果输出正确，请关机；如果输出不正确，也请关机，进行必要的检测与维修。

第2步：在关机状态下，将所配负高压输出线插头端接至“高压盒”的负高压插座，另一端的红鳄鱼夹接至电离室的高压极，黑鳄鱼夹接至电离室的保护环。

第3步：在关机状态下将所配输入信号1线缆插头接至“ZM-1型PA级电流测量仪”的信号输入1的插座，另一端的红鳄鱼夹接至电离室的收集极，黑鳄鱼夹接至电离室的保护环。

第4步：将设备开机，预热30min，用自动挡进行测量，此时测量的电流值为I2（-1.231×10-12A），记录此值。

3.3 电离室绝缘部件漏电流计算[2]

通过上述实验，即可得出电离室中绝缘部件漏电指标，具体计算公式为：

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

通过理论分析和推算可知：此电离室在104μGy/h～105μGy/h量级范围内有漏电现象。

3.4 XH-3202C区域γ剂量率监测仪电离室漏电流的测量

首先按照上述关于“XH-3122A型堆坑γ放射性监测装置”测量漏电方式对“XH-3202C区域γ剂量率监测仪”进行正确地接线，分别测得：

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

通过理论分析和推算可知：此电离室在10μGy/h～100μGy/h量级范围内有漏电现象[3]。

4 结论

经过测量发现：I1、I2测量的数值通常是有正负的，按实际测量的真值代入即可。当I0＞0时，表明电离室有部分正漏电；当I0＜0时，表明电离室有负漏电，这时对电离室中的绝缘部件必须进行必要的工艺处理（清洗、烘干、绝缘处理或更换），同时此项工作完成后需对电离室设备吸收剂量率按照“XH-3122A型堆坑γ放射性监测装置技术条件”“XH-3202C区域γ剂量率监测仪技术条件”进一步标定，确定新的灵敏度参数（此参数是有变化的）。ZM-1型PA级电流测量仪工作原理简单，测试过程方便实用，工作稳定，提高了维修质量及效率，可以预判被测设备的稳定性，为电站辐射监测系统的正常运行提供了保障。