本实用新型专利技术公开了一种基于催化反应电化学原理的氢气浓度传感器，包括压力平衡膜、内层壳体、对电极、工作电极、浓硫酸电解质、氢气半透膜及信号接头，内层壳体上下两端均开口，压力平衡膜和氢气半透膜分别封闭内层壳体上下两端的开口，压力平衡膜、内层壳体及氢气半透膜三者之间的区域构成电解质容腔，浓硫酸电解质填充于电解质容腔内。对电极、工作电极及信号接头三者均有一端嵌入电解质容腔内，对电极、信号接头均与工作电极连接。对电极的基材表面涂覆有二氧化铂层，工作电极的基材表面镀有铂黑层。本实用新型专利技术应用时测量准确性高，选择性强，具备在220℃、辐照、高浓度水蒸气等苛刻条件下连续稳定工作能力。
【技术实现步骤摘要】
本技术设及氨气浓度测量
，具体是一种基于催化反应电化学原理的 氨气浓度传感器。
技术介绍
在日本福岛核电站事故后，国家核安全局要求在氨气控制系统中增加严重事故条 件下氨气浓度在线监测系统，用于严重事故下氨气浓度连续在线监测。目前核电站中的氨 气浓度主要采用离线监测的技术。AP1000和CAP1400第S代核电站的安全壳氨控制系统要 求W在线监测的氨气浓度值作为控制氨气点火器启动的条件，该就要求实现氨气浓度在线 实时监测的功能。目前国内外的氨气浓度传感器普遍基于热导法工作原理实现，该些传感 器主要适用于取样式测量，测量高温、复杂组分的气体时测量精度低，且无法对环境中氨气 实现在线连续监测。显然，现有的氨气浓度传感在AP1000和CAP1400第S代核电站的安全 壳氨控制系统中不适用，设计出一种能对环境中氨气实现在线连续监测的传感器，该成为 目前人们普遍关注的问题，然而，现今没有相应的器件，也未见相关的报道。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于催化反应电化学原 理的氨气浓度传感器，其能实现环境中氨气浓度的在线连续监测，进而能满足AP1000和 CAP1400第S代核电站的安全壳氨控制系统的需求。 本技术解决上述问题主要通过W下技术方案实现；一种基于催化反应电化学 原理的氨气浓度传感器，包括压力平衡膜、内层壳体、对电极、工作电极、浓硫酸电解质、氨 气半透膜及信号接头，所述内层壳体上下两端均开口，所述压力平衡膜和氨气半透膜分别 固定于内层壳体上下两端且封闭内层壳体上下两端的开口，压力平衡膜、内层壳体及氨气 半透膜=者之间的区域构成电解质容腔，所述浓硫酸电解质填充于电解质容腔内；所述对 电极、工作电极及信号接头=者均有一端穿过内层壳体且嵌入电解质容腔内，对电极和工 作电极两者位于内层壳体外的一端通过输电线连接，信号接头位于电解质容腔内的一端与 工作电极连接；所述对电极的基材表面涂覆有二氧化销层，工作电极的基材表面锻有销黑 层。本技术中连接对电极和工作电极的输电线上串接有电阻或负载，本技术产生 的电流信号由信号接头输出。本技术的压力平衡膜主要用于平衡外界大气的压力和电 解质容腔中压力，使得大气和电解质容腔中的压力保持一致，消除压力对测量结果的影响， W保证氨气通过氨气半透膜的动力主要来源于氨气浓度差，氨气半透膜主要作用为隔离电 解质容腔和测量气体，并使得测量气体中的氨气经过氨气半透膜进入电解质容腔。 本技术应用时基于催化反应电化学分析原理，利用氨气在涂有催化剂的工作 电极上的化学反应W及电解质作用下产生的电流测量氨气的分压。测量样气经氨气半透膜 进入电解池，并在与工作电极接触时立即发生电离反应①，工作电极表面的销黑层作为使 氨气发生电离的催化剂。对电极含有Pt〇2 (反应②)，对电极浸在酸性浓硫酸电解质中，此 电解质在210°C高温条件下不沸腾，且具备导电功能。浓硫酸电解质提供了离子导电通路， 连接两个电极间的电阻或负载提供了电子导电通路。氨气半透膜将浓硫酸电解质与环境大 气中分离。氨气进入电解质容腔后，使电解质容腔分压为零。因此，氨气半透膜大气一侧的 氨分压是传输氨气使其通过氨气半透膜的驱动力。外部电阻或负载电压为可将感测大气氨 分压转换为电流信号，与驱动力成正比。[000引抵-> 2且+ + 2e- 工作电极反应① 2且+ + 2e- +Pt〇2->PtO+亞0 对电极反应②[000引 电流一-分压比为特定电极配置常数和恒温常数，就温度变换而言，氨气半透膜 对氨气的透气率不相同，从而使得传感器的感应电流也随之发生变化。透气率的变化，之后 转化为电流的变化随着温度升高而增加。 进一步的，所述对电极和工作电极均采用贵金属为基材。 进一步的，所述对电极和工作电极均采用销片或销网为基材。 进一步的，一种基于催化反应电化学原理的氨气浓度传感器，还包括测温元件，所 述测温元件穿过内层壳体且其感温端与浓硫酸电解质接触。本技术应用时通过测温元 件对电解质容腔内的温度进行监测，便于对电解质容腔内的氨气浓度进行校准。因本实用 新型产生的信号与温度有关，设置温度校准可满足不同温度下氨气浓度监测的要求。 进一步的，所述压力平衡膜采用聚四氣己締薄膜，所述氨气半透膜采用PET半透 膜。如此，本技术的压力平衡膜和氨气半透膜具有耐硫酸腐蚀、耐220°C高温、耐福照等 特性，压力平衡膜在大气压力变化时，能平衡电解质容腔与外界压力，而氨气半透膜具备氨 分子透过功能。 进一步的，一种基于催化反应电化学原理的氨气浓度传感器，还包括圆环状的上 密封盖板和下密封盖板，所述内层壳体为圆筒状，内层壳体上下两端均外凸构成有环形的 定位平台，所述压力平衡膜周向边缘均与内层壳体上端定位平台的上端面接触且由上密封 盖板下压固定，所述氨气半透膜周向边缘与内层壳体下端定位平台的下端面接触且由下密 封盖板上压固定。如此，本技术在上密封盖板的作用下能将压力平衡膜牢固定位，并在 下密封盖板的作用下对氨气半透膜进行牢固定位。 因聚四氣己締具有耐高温、耐腐蚀的性能，为了满足内层壳体耐高温条件下的浓 硫酸的腐蚀及绝缘要求，进一步的，所述内层壳体的材质为聚四氣己締。 进一步的，一种基于催化反应电化学原理的氨气浓度传感器，还包括外层壳体，所 述内层壳体设于外层壳体内。本技术应用时内层壳体为浓硫酸电解质提供压力边界， 外层壳体提供校准时的压力边界。 进一步的，所述外层壳体的材质为铜或31化不诱钢。 综上所述，本技术具有W下有益效果；（〇本技术的传感器是一种自供 电化学装置，可产生与大气中氨分压成正比的电流信号，本技术应用时选择性强，测量 误差受背景气体组分影响较小，可W消除水蒸气对测量结果的影响，测量时无须对样气进 行预处理，可实现连续在线测量，进而能满足AP1000和CAP1400第S代核电站的安全壳氨 控制系统的需求。 (2)本技术具备在220°C、福照、高浓度水蒸气等苛刻条件下连续稳定工作能 力。 (3)本技术的应用时响应时间快，小于180s。【附图说明】 图1为本技术一个具体实施例的剖视结构示意图。 附图中附图标记所对应的名称为；1、外层壳体，2、上密封盖板，3、压力平衡膜，4、 内层壳体，5、对电极，6、安装底座，7、测温元件，8、工作电极，9、浓硫酸电解质，10、氨气半透 膜，11、下密封盖板，12、信号接头。【具体实施方式】 下面结合实施例及附图，对本技术做进一步地的详细说明，但本技术的 实施方式不限于此。 实施例1; 如图1所示，一种基于催化反应电化学原理的氨气浓度传感器，包括压力平衡膜 3、内层壳体4、对电极5、工作电极8、浓硫酸电解质9、氨气半透膜10及信号接头12,其中， 内层壳当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于催化反应电化学原理的氢气浓度传感器，其特征在于，包括压力平衡膜（3）、内层壳体（4）、对电极（5）、工作电极（8）、浓硫酸电解质（9）、氢气半透膜（10）及信号接头（12），所述内层壳体（4）上下两端均开口，所述压力平衡膜（3）和氢气半透膜（10）分别固定于内层壳体（4）上下两端且封闭内层壳体（4）上下两端的开口，压力平衡膜（3）、内层壳体（4）及氢气半透膜（10）三者之间的区域构成电解质容腔，所述浓硫酸电解质（9）填充于电解质容腔内；所述对电极（5）、工作电极（8）及信号接头（12）三者均有一端穿过内层壳体（4）且嵌入电解质容腔内，对电极（5）和工作电极（8）两者位于内层壳体（4）外的一端通过输电线连接，信号接头（12）位于电解质容腔内的一端与工作电极（8）连接；所述对电极（5）的基材表面涂覆有二氧化铂层，工作电极（8）的基材表面镀有铂黑层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏庆，马韦刚，姜峨，唐月明，唐敏，郑华，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：新型
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。