[发明专利]一种测量液体金属中溶解氧电动势的传感器

说明书

本发明提供了一种测量液体金属中溶解氧电动势的传感器，传感器包括：导线杆、密封机构、固态电解质陶瓷管、导线丝、参比电极、不锈钢保护套和不锈钢细丝；固态电解质陶瓷管包括感测端和开口端，感测端内设置有参比电极，用于浸入待测液体金属；导线丝的两端分别与参比电极和导线杆位于密封机构内的一端连接；不锈钢细丝与不锈钢保护套连接并缠绕在固态电解质陶瓷管靠近感测端的外侧。本发明通过在固态电解质陶瓷管的感测端内外分别设置参比电极和催化剂实现双侧催化，有利于提高传感器在低温下的测量灵敏度和准确度，拓展传感器的工作温度范围；固态电解质陶瓷管的开口端与密封机构密封连接并且远离高温液体金属，有利于传感器的长期稳定工作。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种测量液体金属中溶解氧电动势的传感器。

背景技术

液态金属如铅、铅铋共晶合金或钠冷却快中子反应堆是近年来重点研究的先进核反应堆技术之一。这种新一代核反应堆可以进行核燃料增殖，降低核废料的产生，实现核燃料闭式循环，从而大大提高铀资源的利用率。其中，液态铅或者铅铋合金冷却快中子反应堆除具备以上优点外，还具有优异的本征核安全性能，近年来获得了广泛关注。但是液态铅或铅铋冷却快中子反应堆面临一些挑战，其中液态铅或铅铋冷却剂与结构材料的相容性是最重要的技术障碍之一。在高温下，液态铅或者铅铋能腐蚀铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢，这两种钢均是重要的结构件候选材料。研究表明，钢的液态金属腐蚀依赖于溶解氧含量。当氧含量过高时，钢表面会被氧化形成过厚的氧化膜，对于核燃料包壳而言，氧化膜过厚会阻碍核燃料芯块向包壳外侧冷却剂的传热。过高的氧含量还会使铅被氧化形成流动性很差的氧化铅，导致堆芯冷却流道发生堵塞。如果溶解氧过低，钢表面无法生成致密、连续的保护性氧化膜，使钢基体直接暴露在液态金属环境，从而发生元素选择性溶解腐蚀(如镍)，而溶解腐蚀产物在反应堆冷端析出，不仅会形成放射性很高的污垢，同时还会造成流道堵塞风险。因此，非常有必要对液态金属中的溶解氧进行控制，使溶解氧处于一个合理范围，即不能高于也不能低于某一临界范围。实现氧控的前提是需要精确测量液态金属中的溶解氧含量，因此开发高精度测量液体金属溶解氧含量的传感器十分必要的。

现有测量液态金属溶解氧含量的测量原理主要是基于氧浓差电池原理，即参比电极端的氧活度与被测端(即液体金属)的氧活度如果存在差异，会在固态电解质两侧形成电动势，通过准确测量该电动势再结合能斯特方程和相关热力学理论即可算出液态金属中的溶解氧含量。因此，测量液态金属溶解氧含量的关键是测量液体金属中溶解氧电动势，根据参比电极的不同，现有测量液态金属溶解氧电动势的传感器主要分为两类，一类是以空气作为参比电极，另一类是以金属/金属氧化物作为参比电极。以空气作为参比电极时，参比电极一般采用贵金属Pt作为催化剂，但其有效工作温度在300℃以上，而金属/金属氧化物参比电极由于对密封性要求较高而无法长期稳定使用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种测量液体金属中溶解氧电动势的传感器，旨在解决现有传感器以空气或者金属/金属氧化物作为参比电极，传感器的有效工作温度较高，对传感器的密封性要求较高，无法长期稳定使用等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种测量液体金属中溶解氧电动势的传感器，其中，所述传感器包括：导线杆、密封机构、固态电解质陶瓷管、导线丝、参比电极、不锈钢保护套和不锈钢细丝；

所述导线杆的一端位于所述密封机构内部，并与所述密封机构密封连接；

所述固态电解质陶瓷管包括感测端和开口端；所述感测端用于浸入待测液体金属内；所述开口端位于所述密封机构内部，并与所述密封机构密封连接；

所述参比电极设置于所述固态电解质陶瓷管感测端内；

所述导线丝的一端由所述开口端插入所述感测端的参比电极内，所述导线丝的另一端与所述导线杆位于所述密封机构内部的一端连接；