一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置制造方法及图纸

一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，包括外不锈钢管、上不锈钢管、下不锈钢管、上绝缘支撑件、下绝缘支撑件、导电保护罩和上不锈钢套；上绝缘支撑件的外螺纹与外不锈钢管的上内螺纹和上不锈钢套的内螺纹下部通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件的外螺纹与外不锈钢管的下内螺纹和导电保护罩的内螺纹通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件的底端与导电保护罩的底板之间有间隙；上不锈钢套、导电保护罩和外不锈钢管的内部，从上至下依次设有上不锈钢管、弹簧、下不锈钢管和质子导体。本发明专利技术的该传感器装配及拆卸简单，当传感器达到使用寿命后，可只更换探头，而无需更换传感器主体部分，可节约大量成本。量成本。量成本。

【技术实现步骤摘要】
一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置


[0001]本专利技术属于冶金行业中传感器
，具体涉及一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置。

技术介绍

[0002]质子导体传感测氢是一种新型测氢方法，该方法可以准确、迅速、实时的对金属熔体及气体中的氢进行测量，实现在线的智能监控，是一种极具前景的测氢方法。当传感器所使用的传感材料为理想的纯质子导体时，其原电池反应如公式(1)所示：
[0003]H2(参比极)＝H2(金属极)
ꢀꢀ
(1)；
[0004]理想状态下原电池产生的电动势如公式(2)所示：
[0005][0006]金属熔体中的氢含量如公式(3)所示：
[0007][0008]以上各式中，R为气体常数8.314J/(mol
·
K)；T为温度，单位K；F为法拉第常数96485C/mol；E为电动势，单位V；k为合金系数；S为金属熔体中的氢含量，单位ml/100g；96485C/mol；E为电动势，单位V；k为合金系数；S为金属熔体中的氢含量，单位ml/100g；为金属熔体的氢分压，单位atm，为参比侧的氢分压，单位atm。
[0009]由公式(2)可以看出，当质子导体为纯质子导电时，可以通过控制参比极的氢分压，并利用原电池产生的电动势计算出待测极金属熔体中的氢含量。
[0010]EP0544281 TYK公司首先公布了一种测量1000℃以下金属熔体中氢含量的装置，该装置以SrCe
0.95
Yb
0.05
O3‑
x
、CaZr
0.9
In
0.1
O3‑
x
、BaCe
0.95
Y
0.05
O3‑
x
等质子导体作为氢敏材料，Pt、Ni等金属丝作为电极引线，使用陶瓷粘结剂将质子导体、莫来石管、气室等部件粘结为一体以保证其连接。CN105319253公布了一种测量熔融金属中氢含量的传感器及测量方法，该装置使用CaZr
0.9
In
0.1
O3‑
x
质子导体作为氢敏材料，以铂、金、银、镍铬等金属丝作为电极引线，以绝缘陶瓷粘结剂将质子导体与通管粘结为一体以保证其连接。
[0011]目前的文献及产品中，质子导体传感测氢探头均为一体式，一体式的探头结构牢固可靠，但存在两个问题：1.传感器属于消耗品，当传感器达到使用寿命后，必须整体进行更换；2.由于传感器内部线路及气路复杂，当传感器损坏时，必须由专业人员进行维修，维修流程繁琐。该两点均会提高传感器的成本；因此，需要一种可拆卸并方便维护的传感器。

技术实现思路

[0012]为了解决上述问题，本专利技术提出一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，基于质子导体浓差电池测氢法，使用标准氢气体作为参比极，传感器内部不锈钢管作为标准气气管及电极正极，传感器外部石墨保护罩及不锈钢管可同时起到保护、支撑及电极负极的作
用。
[0013]本专利技术的可拆卸式金属熔体测氢传感器装置包括外不锈钢管5、上不锈钢管1、下不锈钢管6、上绝缘支撑件3、下绝缘支撑件8、导电保护罩9和上不锈钢套2；外不锈钢管5为圆筒状，其内壁上部和下部分别设有上内螺纹和下内螺纹；上不锈钢套2为倒置的圆桶状，其内壁设有内螺纹，顶板设有套管通孔；导电保护罩9为圆桶状，其内壁设有内螺纹，底板设有若干通气孔13；下绝缘支撑件8为圆筒状，其外壁设有外螺纹；上绝缘支撑件3是由带有通孔的顶板、侧壁和中空管组成的一体结构，中空管顶端与顶板底面连接，侧壁上部套在顶板侧面外，侧壁外设有外螺纹，中空管与顶板的通孔同轴，且中空管内径大于顶板的通孔，带有通孔的顶板上还设有电偶孔14，电偶孔14位于中空管外壁和侧壁内壁之间；上绝缘支撑件3的外螺纹与外不锈钢管5的上内螺纹和上不锈钢套2的内螺纹下部通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件8的外螺纹与外不锈钢管5的下内螺纹和导电保护罩9的内螺纹通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件8的底端与导电保护罩9的底板之间有间隙；上不锈钢套2、导电保护罩9和外不锈钢管5的内部，从上至下依次设有上不锈钢管1、弹簧4、下不锈钢管6和质子导体11。
[0014]上述装置中，上不锈钢管1由管体与其外壁底部的单阶宝塔接头构成一体结构；单阶宝塔接头的阶面上放置弹簧4，弹簧4位于上绝缘支撑件3的中空管内部，弹簧4的顶部与上绝缘支撑件3的顶板底面压紧连接；上不锈钢管1穿过上不锈钢套2的套管通孔和上绝缘支撑件3的顶板上的通孔，上不锈钢管1的底端位于上绝缘支撑件3的中空管内，并且上不锈钢管1的单阶宝塔接头的锥面插入下不锈钢管6内，单阶宝塔接头的锥面外壁与下不锈钢管6顶端密封连接；上不锈钢管1与上不锈钢套2的套管通孔之间有间隙。
[0015]上述装置中，下不锈钢管6的下部设有通气孔7，通气孔7将下不锈钢管6的内部与外不锈钢管5的内部连通；下不锈钢管6的底端与质子导体11的顶端接触。
[0016]上述装置中，电偶孔14内安装有热电偶15；热电偶15为双孔刚玉管，其内部双孔分别为K型热电偶丝的正负极，下部侧面设置有开槽，位于开槽处的正负极底端通过焊接连接，正负极顶端连接的导线从上不锈钢套2的套管通孔和上不锈钢管1之间的间隙引出，与外部的测温装置连接。
[0017]上述装置中，质子导体11为盲端管，上部为半球型封头，半球型封头底部连接圆筒状侧壁构成一体结构，圆筒状侧壁的底部通过高温粘结剂12与下绝缘支撑件8的内壁下部粘接固定；半球型封头和圆筒状侧壁的表面涂敷有多孔电极涂层10；半球型封头与下不锈钢管6的底端连接；圆筒状侧壁的底端与导电保护罩9的底板之间压紧连接；圆筒状侧壁的内部空间与通气孔13相对；质子导体11和下绝缘支撑件8共同构成探头部分。
[0018]上述装置中，上绝缘支撑件3的材质为聚四氟乙烯。
[0019]上述装置中，下绝缘支撑件8的材质为macor陶瓷。
[0020]上述装置中，导电保护罩9的材质为石墨。
[0021]上述装置中，多孔电极涂层的为多孔Pt电极。
[0022]本专利技术的可拆卸式金属熔体测氢传感器装置的使用方法为：
[0023](1)通过上不锈钢管1向可拆卸式金属熔体测氢传感器装置内部通入标准氢气，标准氢气经下不锈钢管6的通气孔7进入外不锈钢管5及下绝缘支撑件8的内部，与质子导体11外侧的多孔电极涂层接触，并通过热电偶15下部的开槽进入热电偶15内部，再经热电偶15
内部从热电偶顶部进入上不锈钢套2，最后从上不锈钢套2的套管通孔排出；通过持续通入标准氢气将外不锈钢管5内部的空气排出，并保持标准氢气在可拆卸式金属熔体测氢传感器装置内部流通；
[0024](2)将可拆卸式金属熔体测氢传感器装置的导电保护罩9浸入金属熔体中，此时金属熔体中的氢扩散通过通气孔13进入质子导体11内部，质子导体11内表面的多孔电极涂层10接触，并与不锈钢管5内部的标准氢气建立氢浓度差，使质子导体11的内外侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，其特征在于包括外不锈钢管、上不锈钢管、下不锈钢管、上绝缘支撑件、下绝缘支撑件、导电保护罩和上不锈钢套；外不锈钢管为圆筒状，其内壁上部和下部分别设有上内螺纹和下内螺纹；上不锈钢套为倒置的圆桶状，其内壁设有内螺纹，顶板设有套管通孔；导电保护罩为圆桶状，其内壁设有内螺纹，底板设有若干通气孔；下绝缘支撑件为圆筒状，其外壁设有外螺纹；上绝缘支撑件是由带有通孔的顶板、侧壁和中空管组成的一体结构，中空管顶端与顶板底面连接，侧壁上部套在顶板侧面外，侧壁外设有外螺纹，中空管与顶板的通孔同轴，且中空管内径大于顶板的通孔，带有通孔的顶板上还设有电偶孔，电偶孔位于中空管外壁和侧壁内壁之间；上绝缘支撑件的外螺纹与外不锈钢管的上内螺纹和上不锈钢套的内螺纹下部通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件的外螺纹与外不锈钢管的下内螺纹和导电保护罩的内螺纹通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件的底端与导电保护罩的底板之间有间隙；上不锈钢套、导电保护罩和外不锈钢管的内部，从上至下依次设有上不锈钢管、弹簧、下不锈钢管和质子导体。2.根据权利要求1所述的可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，其特征在于所述的上不锈钢管由管体与其外壁底部的单阶宝塔接头构成一体结构；单阶宝塔接头的阶面上放置弹簧，弹簧位于上绝缘支撑件的中空管内部，弹簧的顶部与上绝缘支撑件的顶板底面压紧连接；上不锈钢管穿过上不锈钢套的套管通孔和上绝缘支撑件的顶板上的通孔，上不锈钢管的底端位于上绝缘支撑件的中空管内，并且上不锈钢管的单阶宝塔接头的锥面插入下不锈钢管内，单阶宝塔接头的锥面外壁与下不锈钢管顶端密封连接；上不锈钢管与上不锈钢套的套管通孔之间有间隙。3.根据权利要求1所述的可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，其特征在于所述的下不锈钢管的下部设有通气孔，通气孔将下不锈钢管的内部与外不锈钢管的内部连通；下不锈钢管的底端与质子导体的顶端接触。4.根据权利要求1所述的可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，其特征在于所述的电偶孔内安装有热电偶；热电偶为双孔刚玉管，其内部双孔分别为K型热电偶丝的正负极，下部侧面设置有开槽，位于开槽处的正负极底端通过焊接连接，正负极顶端连接的导线从上不锈钢套2的套管通孔和上不锈钢管之间的间隙引出，与外部的测温装置连接。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：厉英，黄文龙，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：