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模擬燃料棒ヒーターにおける表面温度計測の技術開発; 細径熱電対温度信号のノイズ対策

Development of surface temperature measurement for simulated fuel rod heater; Noise reduction temperature signal of thin-thermocouple

佐川 淳; 柴本 泰照

Sagawa, Jun; Shibamoto, Yasuteru

原子炉システム応答試験や燃料健全性の検証のために実施される試験では、試験装置の炉心に実機燃料棒を実規模で模擬した電気ヒーターが使用されてきた。この電気ヒーターは一般に模擬燃料棒と呼ばれ、金属製の被覆管の中に発熱体であるニクロム線をコイル状に収めた一種のシースヒーターである。発熱電源には交流電源が用いられ、被覆管の表面には温度を測定するための細径シース熱電対が埋め込まれる。すなわち、交流電力制御にはサイリスタによるスイッチングが利用されることになり、ヒーター電流の時間変化が原因で熱電対温度信号に無視できないノイズが重畳する。従来の定常実験では、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを用いることでノイズ除去を行ってきたが、過渡変化実験ではフィルタの遅れによって変化速度の速い温度挙動を追随できない問題が浮上する。本研究ではこれを解決するために、熱電対信号に重畳するノイズ特性を明らかにし、従来よりも遅れを10分の1程度までに抑えたノイズ低減フィルタを設計・製作した。フィルタの時定数は10ms以下で、細径熱電対自身の熱容量に由来する応答時定数より小さく、実用上問題のない応答速度といえる。

In experimental facilities to investigate a system integral-response and/or to verify fuel rod integrity of nuclear reactors, the electrical heater specially manufactured to simulate the real nuclear fuel rod with the same scale have been used in the core of the experimental facility. This type of the electrical heater, so-called "simulated fuel rod", is a kind of a sheath heater which involves Nichrome coiled wire as a heat generation element in the metal cladding tube. An alternating current power is supplied for heat generation source in this heater and thin thermocouples were embedded on the cladding surface to measure the fuel surface temperature. It means that a switching regulator by silicon-controlled rectifier is used to control the AC electrical power and undesirable electrical noises are superimposed on the thermocouples' signals by the time variation of the heater current. Although a low-pass-filter with a low cut-off frequency was commonly applied to remove the noises in the previous steady-state experiment, the problem have arisen that a fast temperature transient could not be followed due to a time-delay accompanied by the filter in the transient experiment.

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