干簧管開關在裝卸料機分離器上的應用

□何 軍

秦山核電三廠是引進加拿大的重水堆機組，稱為CANDU6重水堆。這種堆型可以在反應堆運行時，由兩臺裝卸料機連接燃料通道的兩端相互配合進行不停堆換料。兩臺裝卸料機分別作為上游和下游，上游推入新燃料棒束，下游接收需要卸出的乏燃料棒束。裝卸料機分離器探測燃料、工具位置、分離燃料等，分離器安全鎖鎖定分離器擋塊在下插或回撤位置，干簧管開關監測分離器安全鎖位置在解鎖或鎖緊狀態，確保核燃料棒束安全。裝卸料機分離器安全鎖位置通過干簧管來監測，為了避免監測行程短、磁場干擾，其在磁鐵外部增加了一層磁屏蔽套管，對位置確定及調節干簧管開關帶來一定難度。

一、干簧管結構

干簧管的全稱叫“干式舌簧開關管”，英文名稱為“magnetic reed switch”。干簧管的觸點主要有三種形式：常開、常閉或轉換。常開式干簧管：無外磁場作用，干簧管觸點處于自然斷開狀態；在外界磁場作用下，兩個簧片產生磁極極性相反正好相反，自由端簧片相互吸引，觸點閉合。常閉干簧管：無外磁場作用，干簧管觸點處于自然閉合狀態；與常開式動作正好相反，在外界磁場作用下，兩個簧片產生的磁場極極性相同，自由端簧片相互排斥，觸點打開。轉換式干簧管有常開、常閉兩對觸點，在磁場作用下狀態發生轉換。配合電磁線圈或磁性體，可以構成干簧管開關變換控制系統。為了防止觸點被氧化及腐蝕，干簧管簧片燒結固定在玻璃管內，一般簧片與玻璃熱膨脹系數相近，管內充裝有惰性氣體或氮氣，并用樹脂密封，可以有效隔絕空氣中塵埃、水氣等污染。干簧管簧片應具有良好的導磁性能，通常使用鐵鎳合金制造；為了保證干簧管良好的通斷性能，簧片上的接觸點鍍金、銀、銠、釕、鉑等貴金屬。圖1為常開式干簧管實物圖。

圖1

二、干簧管工作原理

如圖2所示常開式干簧管，繞在干簧管上面的線圈通電時、磁鐵靠近干簧管形成的磁場使簧片磁化，兩個簧片感應出極性完全相反的磁極。當生成的磁場吸引力大于簧片彈性產生的阻力，簧片自由端被吸引力作用吸合，觸點導通。一旦外界磁場消失，干簧管簧片觸點因彈力作用又重新斷開。

圖2

三、干簧管優缺點

(一)優點。一是金屬內部安裝對其性能沒有影響。二是可以徑向安裝與也可軸向，對安裝方式沒有要求。三是傳感面可以由不會產生磁性的金屬材料制成而不影響干簧管功能。四是可選規格多樣、豐富，價格低廉。五是結構簡單，容易更換。

(二)缺點。一是受磁場強度影響較大，磁性導體自身磁場強度和干簧管簧片距離影響其動作。二是磁性導體的徑向接近方向與軸向接近影響簧片動作距離的大小不同(徑向接近是軸向接近時動作距離的一半)。三是徑向接近時可能導致出現兩個工作點。四是不能使用用鐵氧體或鐵質螺絲釘固定檢測體，只能用非鐵質材料，避免由于磁導體引入的磁場影響。五是屬機械觸點式微動開關。干簧管應用在頻繁吸合、斷開狀態，導致簧片觸點磨損，干簧管性能、可靠性下降。吸合次數增多，不可避免產生金屬疲勞，簧片彈性力下降，觸點無法再次吸合或吸合后無法彈開、漏吸等現象。開關容量小時觸點易產生抖動以及觸點間閉合電阻變大。

四、干簧管特性、焊接、安裝注意事項

(一)引腳剪切及彎曲要求。一是干簧管引腳根據應用條件需要剪短或彎曲時，為避免干簧管密封不受到損壞，影響其性能，剪切引腳或彎曲時使用適當的夾緊工具在引腳合適位置，避免過大應力破壞干簧管密封。二是根據干簧管玻璃管長度，引腳剪切或彎曲時，根據相應的技術文件指導確定玻璃末端與剪切端或彎曲端的距離。三是干簧管引腳經過剪切或彎曲后其吸合及斷開的所需磁場強度會增加。

(二)干簧管引腳焊接。一是引腳焊接時必須快速、可靠的焊接技術，長時間的高溫會導致玻璃與金屬密封開裂、氣體泄漏，損壞干簧管。二是干簧管焊接時，參照干簧管規格，必須采取適當的保護措施防護焊接時焊槍電流產生的磁場效應導致的干簧管觸點損壞。三是兩端的引腳焊接時避免同時焊接。

(三)跌落及諧振頻率影響。一是干簧管引腳被施加拉伸應力、扭曲應力超過其撓性特性，產生塑性變形，由較高高度跌落至地面或經受沖擊后，其電氣特性包括吸合及斷開的所需磁場強度皆會改變，性能產生變化，可靠性下降，甚至損壞。二是在諧振頻率高于干簧管性能的場合避免使用。

(四)防范外部磁場干擾。一是為防止可能應用環境存在接近磁性導體、強磁場干擾干簧管性能。因此對一特定可能存在的干擾源需予以防范，否則干簧管的工作特性改變，且有可能造成誤動作。二是過近位置使用多個干簧管可能造成類似的磁場干擾，導致工作特性改變及誤動作的情況，建議將干簧管的間距保持15mm或以上距離為妥。

五、裝卸料機干簧管開關安裝方式

裝卸料機干簧管干簧管開關都是由干簧管本體和密封填充保護套組成?，F場干簧管安裝方式有徑向安裝與軸向安裝兩種方式。其中磁棒安裝方向與干簧管垂直為徑向安裝，磁棒安裝方向與干簧管平行為軸向安裝。燃料操作系統中除管嘴抱卡干簧管開關安裝方向為徑向，其它都為軸向安裝方式。

六、裝卸料機分離器燃料擋塊安全鎖緊裝置位置開關應用

通過了解干簧管的結構與工作原理，應該說使干簧管開關動作是非常容易的，只要磁場強度達到干簧管開關動作所需大小，干簧管開關就能夠可靠觸發。以分離器安全鎖鎖緊機構為例來說明如何調整干簧管開關位置，如圖3所示。

圖3

圖中79為磁屏蔽管，由高硅鋼片制造，表面經過聚亞安酯處理，結構尺寸見圖4。42、43為固定干簧管、固定卡的螺絲和墊片，42、43為不銹鋼材料，固定卡為黃銅。48為分離器安全鎖磁鐵組件。

分離器安全鎖鎖緊、解鎖位置開關固定卡安裝錯位90度,屏蔽管開口與固定卡保持45度。成對的開關應該非常匹配、動作同步，如果其中的一個開關損壞，需要更換，最好相對應的另一個也應將其更換，保證成對開關的匹配度。屏蔽管固定在解鎖、鎖緊固定卡的下面。在安全鎖鎖緊狀態下，松開安全鎖鎖緊位置開關固定卡的螺絲，整體移動固定卡，使其開關剛好觸發，再向解鎖方向移動大約0.015英寸,然后用螺絲固定好固定卡，若只有一個開關觸發,松開沒有觸發開關的固定螺絲,轉動開關到一定角度使其觸發。動作安全鎖使其解鎖，整體移動解鎖位置開關固定卡使其剛好觸發，再向鎖緊方向移動大約0.015英寸，然后用螺絲固定好固定卡和屏蔽管。上述是開關調整的基本思路，在實際調整過程中，需要注意的是在調整開關過程中，不要用鐵制的工具靠近磁鐵和開關，避免磁場變化引起開關的誤動作。在用內六角扳手松開開關固定螺絲后對其進行調整時，不要仍將內六角扳手放在螺絲上，應將內六角扳手移走，再來調整開關位置。在調整過程中與固定后，避免開關兩端引腳與接線受力引起開關兩端的應力增加，降低其可靠性。遵循以上原則，基本能夠快速可靠地實現對分離器安全鎖位置開關的設定，如果在調整過程中，發現開關不能動作或動作不可靠，在排除以上提及的調整過程沒有錯誤的前提下及沒有其它干擾因素的情況下，及時更換新的開關。在更換過程中，剪切引線、焊接時避免引線應力過大，溫度過高損壞新的干簧管。