[发明专利]一种无损测量固体钢中氢含量的装置及方法

权利要求书

1.一种无损测量固体钢中氢含量的方法，其特征在于采用无损测量固体钢中氢含量的装置，该装置包括高温质子导体、支撑管和密封罩；高温质子导体为桶状，外壁涂覆多孔电极和辅热电极，内壁涂覆参比电极；高温质子导体的顶端与支撑管的底端通过高温粘结剂密封粘结固定在一起；支撑管为筒状，顶端与密封罩密封固定；密封罩为倒置的桶状，并且侧壁上设有出气管，进气管穿过密封罩的顶板，进气管的底端位于高温质子导体内部；密封罩顶端还固定有热电偶保护套管，热电偶保护套管内部装配有热电偶，热电偶的底端位于高温质子导体内部；参比电极通过参比电极导线与第一电压表的负极连接，第一电压表的正极与多孔电极通过导线连接，多孔电极还通过导线与第二电压表的正极连接，第二电压表的负极通过负极导线与待测固体钢连接；待测固体钢与高温质子导体的底端压紧接触；所述的多孔电极和辅热电极之间有间隙；所述的辅热电极以螺旋状环绕在高温质子导体的外壁，辅热电极的两端通过导线与加热电源的两极连接；

方法按以下步骤进行：

（1）将参比气体通过进气管通入无损测量固体钢中氢含量的装置内，将空气从出气管排出，并保持参比气体流通，在无损测量固体钢中氢含量的装置内流通的参比气体作为参比物；所述的参比气体为Ar-H₂标准气体、He-H₂标准气体或N₂-H₂标准气体；

（2）通过电源对辅热电极加热，将高温质子导体升温时目标温度；此时高温质子导体的底端与待测固体钢表面压紧接触；在加热条件下，氢在高温质子导体中扩散造成高温质子导体在内壁和外壁之间的电势差；

（3）通过第一电压表测量高温质子导体内壁和外壁之间的电压，通过第二电压表测量高温质子导体外壁与待测固体钢之间的电压；

（4）根据公式

（1）

计算高温质子导体与待测固体钢接触处的氢含量；式中，S_[H]为高温质子导体与待测固体钢接触处氢含量，单位ml/100g；S₀为待测固体钢的饱和氢含量，单位ml/100g；为参比物的氢分压，单位atm；R为气体常数8.314 J·mol^-1·K^-1；T为热力学温度，单位K；F为法拉第常数96500C/mol；E(I)为高温质子导体内壁与待测固体钢之间的电压，单位V；E(II)为高温质子导体内壁和外壁之间的电压，单位V。

2.根据权利要求1所述的无损测量固体钢中氢含量的方法，其特征在于所述的质子导体固体电解质的原料为复合氧化物质子导体材料。

3.根据权利要求1所述的无损测量固体钢中氢含量的方法，其特征在于所述的高温粘结剂为绝缘陶瓷粘结剂或绝缘玻璃粘结剂。

4.根据权利要求1所述的无损测量固体钢中氢含量的方法，其特征在于所述的高温质子导体的底端外表面为半球面状，底端外表面与待测固体钢压紧接触。