干簧管开关在装卸料机分离器上的应用

□何 军

秦山核电三厂是引进加拿大的重水堆机组，称为CANDU6重水堆。这种堆型可以在反应堆运行时，由两台装卸料机连接燃料通道的两端相互配合进行不停堆换料。两台装卸料机分别作为上游和下游，上游推入新燃料棒束，下游接收需要卸出的乏燃料棒束。装卸料机分离器探测燃料、工具位置、分离燃料等，分离器安全锁锁定分离器挡块在下插或回撤位置，干簧管开关监测分离器安全锁位置在解锁或锁紧状态，确保核燃料棒束安全。装卸料机分离器安全锁位置通过干簧管来监测，为了避免监测行程短、磁场干扰，其在磁铁外部增加了一层磁屏蔽套管，对位置确定及调节干簧管开关带来一定难度。

一、干簧管结构

干簧管的全称叫“干式舌簧开关管”，英文名称为“magnetic reed switch”。干簧管的触点主要有三种形式：常开、常闭或转换。常开式干簧管：无外磁场作用，干簧管触点处于自然断开状态；在外界磁场作用下，两个簧片产生磁极极性相反正好相反，自由端簧片相互吸引，触点闭合。常闭干簧管：无外磁场作用，干簧管触点处于自然闭合状态；与常开式动作正好相反，在外界磁场作用下，两个簧片产生的磁场极极性相同，自由端簧片相互排斥，触点打开。转换式干簧管有常开、常闭两对触点，在磁场作用下状态发生转换。配合电磁线圈或磁性体，可以构成干簧管开关变换控制系统。为了防止触点被氧化及腐蚀，干簧管簧片烧结固定在玻璃管内，一般簧片与玻璃热膨胀系数相近，管内充装有惰性气体或氮气，并用树脂密封，可以有效隔绝空气中尘埃、水气等污染。干簧管簧片应具有良好的导磁性能，通常使用铁镍合金制造；为了保证干簧管良好的通断性能，簧片上的接触点镀金、银、铑、钌、铂等贵金属。图1为常开式干簧管实物图。

图1

二、干簧管工作原理

如图2所示常开式干簧管，绕在干簧管上面的线圈通电时、磁铁靠近干簧管形成的磁场使簧片磁化，两个簧片感应出极性完全相反的磁极。当生成的磁场吸引力大于簧片弹性产生的阻力，簧片自由端被吸引力作用吸合，触点导通。一旦外界磁场消失，干簧管簧片触点因弹力作用又重新断开。

图2

三、干簧管优缺点

(一)优点。一是金属内部安装对其性能没有影响。二是可以径向安装与也可轴向，对安装方式没有要求。三是传感面可以由不会产生磁性的金属材料制成而不影响干簧管功能。四是可选规格多样、丰富，价格低廉。五是结构简单，容易更换。

(二)缺点。一是受磁场强度影响较大，磁性导体自身磁场强度和干簧管簧片距离影响其动作。二是磁性导体的径向接近方向与轴向接近影响簧片动作距离的大小不同(径向接近是轴向接近时动作距离的一半)。三是径向接近时可能导致出现两个工作点。四是不能使用用铁氧体或铁质螺丝钉固定检测体，只能用非铁质材料，避免由于磁导体引入的磁场影响。五是属机械触点式微动开关。干簧管应用在频繁吸合、断开状态，导致簧片触点磨损，干簧管性能、可靠性下降。吸合次数增多，不可避免产生金属疲劳，簧片弹性力下降，触点无法再次吸合或吸合后无法弹开、漏吸等现象。开关容量小时触点易产生抖动以及触点间闭合电阻变大。

四、干簧管特性、焊接、安装注意事项

(一)引脚剪切及弯曲要求。一是干簧管引脚根据应用条件需要剪短或弯曲时，为避免干簧管密封不受到损坏，影响其性能，剪切引脚或弯曲时使用适当的夹紧工具在引脚合适位置，避免过大应力破坏干簧管密封。二是根据干簧管玻璃管长度，引脚剪切或弯曲时，根据相应的技术文件指导确定玻璃末端与剪切端或弯曲端的距离。三是干簧管引脚经过剪切或弯曲后其吸合及断开的所需磁场强度会增加。

(二)干簧管引脚焊接。一是引脚焊接时必须快速、可靠的焊接技术，长时间的高温会导致玻璃与金属密封开裂、气体泄漏，损坏干簧管。二是干簧管焊接时，参照干簧管规格，必须采取适当的保护措施防护焊接时焊枪电流产生的磁场效应导致的干簧管触点损坏。三是两端的引脚焊接时避免同时焊接。

(三)跌落及谐振频率影响。一是干簧管引脚被施加拉伸应力、扭曲应力超过其挠性特性，产生塑性变形，由较高高度跌落至地面或经受冲击后，其电气特性包括吸合及断开的所需磁场强度皆会改变，性能产生变化，可靠性下降，甚至损坏。二是在谐振频率高于干簧管性能的场合避免使用。

(四)防范外部磁场干扰。一是为防止可能应用环境存在接近磁性导体、强磁场干扰干簧管性能。因此对一特定可能存在的干扰源需予以防范，否则干簧管的工作特性改变，且有可能造成误动作。二是过近位置使用多个干簧管可能造成类似的磁场干扰，导致工作特性改变及误动作的情况，建议将干簧管的间距保持15mm或以上距离为妥。

五、装卸料机干簧管开关安装方式

装卸料机干簧管干簧管开关都是由干簧管本体和密封填充保护套组成。现场干簧管安装方式有径向安装与轴向安装两种方式。其中磁棒安装方向与干簧管垂直为径向安装，磁棒安装方向与干簧管平行为轴向安装。燃料操作系统中除管嘴抱卡干簧管开关安装方向为径向，其它都为轴向安装方式。

六、装卸料机分离器燃料挡块安全锁紧装置位置开关应用

通过了解干簧管的结构与工作原理，应该说使干簧管开关动作是非常容易的，只要磁场强度达到干簧管开关动作所需大小，干簧管开关就能够可靠触发。以分离器安全锁锁紧机构为例来说明如何调整干簧管开关位置，如图3所示。

图3

图中79为磁屏蔽管，由高硅钢片制造，表面经过聚亚安酯处理，结构尺寸见图4。42、43为固定干簧管、固定卡的螺丝和垫片，42、43为不锈钢材料，固定卡为黄铜。48为分离器安全锁磁铁组件。

分离器安全锁锁紧、解锁位置开关固定卡安装错位90度,屏蔽管开口与固定卡保持45度。成对的开关应该非常匹配、动作同步，如果其中的一个开关损坏，需要更换，最好相对应的另一个也应将其更换，保证成对开关的匹配度。屏蔽管固定在解锁、锁紧固定卡的下面。在安全锁锁紧状态下，松开安全锁锁紧位置开关固定卡的螺丝，整体移动固定卡，使其开关刚好触发，再向解锁方向移动大约0.015英寸,然后用螺丝固定好固定卡，若只有一个开关触发,松开没有触发开关的固定螺丝,转动开关到一定角度使其触发。动作安全锁使其解锁，整体移动解锁位置开关固定卡使其刚好触发，再向锁紧方向移动大约0.015英寸，然后用螺丝固定好固定卡和屏蔽管。上述是开关调整的基本思路，在实际调整过程中，需要注意的是在调整开关过程中，不要用铁制的工具靠近磁铁和开关，避免磁场变化引起开关的误动作。在用内六角扳手松开开关固定螺丝后对其进行调整时，不要仍将内六角扳手放在螺丝上，应将内六角扳手移走，再来调整开关位置。在调整过程中与固定后，避免开关两端引脚与接线受力引起开关两端的应力增加，降低其可靠性。遵循以上原则，基本能够快速可靠地实现对分离器安全锁位置开关的设定，如果在调整过程中，发现开关不能动作或动作不可靠，在排除以上提及的调整过程没有错误的前提下及没有其它干扰因素的情况下，及时更换新的开关。在更换过程中，剪切引线、焊接时避免引线应力过大，温度过高损坏新的干簧管。