原位测高温高压水ORP值的方法、传感器及其加工方法技术

本发明专利技术属于电化学传感器领域，公开了一种原位测高温高压水ORP值的方法、传感器及其加工方法，其中传感器由电极芯体、电极支撑组件、密封组件及参比电极等组成，具体包括：片状铂电极片、电极片导流孔、密封烧结材料、铂丝、密封填料、绝缘护套、电极护套及绝缘陶瓷，具有化学性能稳定、耐高温、耐腐蚀的特点，在高温高压水溶液体系中具有较小的溶解度，且该电极几乎不需要任何维护，由于该传感器为固态电极结构，其结构牢固且使用寿命长。其结构牢固且使用寿命长。其结构牢固且使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
原位测高温高压水ORP值的方法、传感器及其加工方法


[0001]本专利技术涉及电化学传感器领域，具体而言，涉及一种原位测高温高压水ORP值的方法、传感器及其加工方法。

技术介绍

[0002]氧化还原电位(ORP)作为水化学体系的重要指标之一，反映了体系中所有物质表现出来的宏观氧化性
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还原性。氧化还原电位的测定已广泛应用于核电厂、火电厂、湿法冶金、地热化学、水处理、土壤环境监测、金属腐蚀和资源勘探等领域。ORP可以作为评价水质优劣程度的一个标准，定性地评价反应堆冷却剂水质的优劣和系统结构材料的腐蚀速率。氧化还原电位可采用ORP氧化还原电极对其进行测量，通过测量电极与参比电极间的电位换算而得到。虽然氧化还原电位测量低温低压环境中应用广泛，但由于受耐高温高压工作电极和参比电极制备技术的限制以及高温高压水热体系中热力学数据的缺乏，氧化还原电位在高温高压环境中的应用相对较少。
[0003]ORP传感器在核电站已经广泛应用了多年，用来控制产生氢的量，以减少炉水和高压给水反应器的晶间应力腐蚀裂纹。核反应堆的冷却剂为高温高压水，高温高压下水的物理及化学性质较常温时有很大变化，特别是在超临界条件，水的密度、介电常数等性质都与常温时有显著的差异，如果采用传统的在线取样、冷却、再送至化学仪表监测过程，当水样到达监测仪表时，水样水质可能已经发生变化，不能及时反映水质的实际情况。如果ORP传感器能在高温高压水中使用，通过高温高压ORP测定仪原位在线实时监测高温高压溶液的ORP值，可以捕捉冷却剂中任一瞬间变化引起的水质变化，能更及时地反映和控制体系的氧化还原条件，从而降低回路的腐蚀程度、减少腐蚀产物的迁移，对于了解材料在高温高压水中的腐蚀行为具有重要意义。
[0004]由于技术难题的限制，目前国内各ORP传感器的使用环境均在低温低压条件下，通常由石英玻璃材料制成的玻璃电极，与测试溶液接触的玻璃传感端壁厚较小，导致ORP电极承压和耐温能力有限，只能在75℃以下的试验溶液中使用。
[0005]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：现有的ORP测量技术不适用于在线实时监测高温高压溶液的ORP值。目的在于提供一种原位测高温高压水ORP值的方法、传感器及其加工方法，选用化学性能稳定、耐高温、耐腐蚀，在高温高压水溶液体系中具有较小的溶解度的多孔形片状Pt
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Al2O3型单电极，使用材料变形系数小、热膨胀系数低和耐化学腐蚀、耐高温、性能优良的支撑件，同时通过烧结加压的方式对传感器进行密封处理，实现ORP传感器能够在300℃高温和15.5MPa高压下稳定工作。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一方面，本专利技术提供一种原位测高温高压水ORP值的传感器，包括工作电极和参比
电极，所述工作电极与所述参比电极之间通过毛细管连接；所述工作电极包括铂电极片、电极引线、电极支撑件和电极护套；所述铂电极片上设置由多个导流孔，所述电极引线的一端与所述铂电极片的一端焊接；所述电极支撑件的内部沿长度方向设置由通孔，所述电极引线的另一端穿过所述通孔；所述铂电极片的靠近所述电极支撑件的一端与所述电极支撑件固定连接；所述电极护套套设在所述电极引线的穿出所述通孔部分的外部，所述电极护套的一端与所述电极支撑件的远离所述铂电极片的一端固定连接；所述电极护套的内壁与所述电极引线的外壁之间设置有绝缘层；所述通孔的内壁与所述电极引线的外壁之间、所述绝缘层的靠近所述电极支撑件的端部与所述电极引线之间和所述电极护套的外部设置有密封组件。
[0009]进一步的，所述密封组件包括第一密封件、第二密封件和第三密封件；所述第一密封件填充在所述通孔的内壁与所述电极引线的外壁之间；所述第二密封件填充在所述绝缘层的靠近所述电极支撑件的端部与所述电极引线之间；所述第三密封件设置在所述电极护套的外部。
[0010]进一步的，所述电极引线为铂丝；所述电极支撑件采用Al2O3绝缘陶瓷或氧化锆陶瓷；所述绝缘层包括绝缘耐温涂料层和外设的聚四氟乙烯热缩管；所述第一密件采用密封烧结材料和焊料组成的密封混合填料，所述密封烧结材料选用玻璃浆料；所述第二密封件采用Al2O3粘合剂和Al2O3砂组成的密封混合填料；所述第三密封件通过流通池与安装在所述电极护套外部的法兰共同挤压石墨垫圈的方式得到；所述电极护套采用C276哈氏合金或316L不锈钢材料。
[0011]进一步的，所述导流孔的直径为1～3mm，多个所述导流孔的大小不相同，所述铂电极片包括2～5个所述导流孔；所述通孔的直径为0.5mm。
[0012]进一步的，所述参比电极为固态参比电极。
[0013]进一步的，所述参比电极的内部电极采用由KCl、MgCl
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6H2O、Al2O3按摩尔比形成的固态混合物电解质，所述固态混合物电解质中混有ZrO2纤维制成的骨架。
[0014]另一方面，本专利技术提供一种原位测高温高压水ORP值的传感器的加工方法，包括以下步骤：S1：制备铂片电极和电极引线，在所述铂片电极上开设多个导流孔，将所述铂片电极的一端与所述电极引线的一端焊接；S2：制备电极支撑件和电极护套，在所述电极支撑件的内部沿长度方向开设通孔；S3：将所述电极引线的另一端穿过所述通孔，在所述电极引线的穿出所述通孔部分的外部套设所述电极护套，在所述电极护套的内壁与所述电极引线的外壁之间设置绝缘层；S4：在所述通孔的内壁与所述电极引线的外壁之间、所述绝缘层的靠近所述电极支撑件的端部与所述电极引线之间和所述电极护套的外部设置密封组件，得到工作电极；S5：制备参比电极，将所述参比电极与所述工作电极通过毛细管连接，得到ORP传感器。
[0015]进一步的，所述S4包括：选取线膨胀系数为9.7
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6(1/℃)的玻璃浆料作为密封烧结材料，将所述密封烧结材料与焊料混合制得的密封混合填料添加到所述铂片电极与所述电极支撑件接触的端面，得到第一封接试件；将所述第一封接试件置于加热炉内加热，同时利用高压气泵对封接试件加压，得到第一密封件；将Al2O3粘合剂和Al2O3砂混合制得的密封混合填料添加到所述电极支撑件与所述电机护套接触的端面，得到第二封接试件；将所述第二封接试件置于加热炉内加热，同时利用高压气泵对封接试件加压，得到第二密封件；
在所述电机护套的外部安装法兰，利用法兰和流通池共同挤压石墨垫圈，得到第三密封件；所述第一密封件、所述第二密封件和所述第三密封件共同组成所述密封组件。
[0016]进一步的，所述电极引线为铂丝；所述电极支撑件采用Al2O3绝缘陶瓷或氧化锆陶瓷；所述绝缘层包括绝缘耐温涂料层和外设的聚四氟乙烯热缩管；所述导流孔的直径为1～3mm，多个所述导流孔的大小不相同，所述铂电极片包括2～5个所述导流孔；所述通孔的直径为0.5mm。
[0017]再一方面，本专利技术提供一种原位测高温高压水ORP值的方法，包括以下步骤：将上述ORP传感器的工作电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位测高温高压水ORP值的传感器，其特征在于，包括工作电极和参比电极，所述工作电极与所述参比电极之间通过毛细管连接；所述工作电极包括铂电极片(1)、电极引线(2)、电极支撑件(3)和电极护套(4)；所述铂电极片(1)上设置由多个导流孔(11)，所述电极引线(2)的一端与所述铂电极片(1)的一端焊接；所述电极支撑件(3)的内部沿长度方向设置由通孔(31)，所述电极引线(2)的另一端穿过所述通孔(31)；所述铂电极片(1)的靠近所述电极支撑件(3)的一端与所述电极支撑件(3)固定连接；所述电极护套(4)套设在所述电极引线(2)的穿出所述通孔(3)部分的外部，所述电极护套(4)的一端与所述电极支撑件(3)的远离所述铂电极片(1)的一端固定连接；所述电极护套(4)的内壁与所述电极引线(2)的外壁之间设置有绝缘层(5)；所述通孔(31)的内壁与所述电极引线(2)的外壁之间、所述绝缘层(5)的靠近所述电极支撑件(3)的端部与所述电极引线(2)之间和所述电极护套(4)的外部设置有密封组件。2.根据权利要求1所述的一种原位测高温高压水ORP值的传感器，其特征在于，所述密封组件包括第一密封件、第二密封件和第三密封件；所述第一密封件填充在所述通孔(31)的内壁与所述电极引线(2)的外壁之间；所述第二密封件填充在所述绝缘层(5)的靠近所述电极支撑件(3)的端部与所述电极引线(2)之间；所述第三密封件设置在所述电极护套(4)的外部。3.根据权利要求2所述的一种原位测高温高压水ORP值的传感器，其特征在于，所述电极引线(2)为铂丝；所述电极支撑件(3)采用Al2O3绝缘陶瓷或氧化锆陶瓷；所述绝缘层(5)包括绝缘耐温涂料层和外设的聚四氟乙烯热缩管；所述第一密件采用密封烧结材料和焊料组成的密封混合填料，所述密封烧结材料选用玻璃浆料；所述第二密封件采用Al2O3粘合剂和Al2O3砂组成的密封混合填料；所述第三密封件通过流通池与安装在所述电极护套(4)外部的法兰共同挤压石墨垫圈的方式得到；所述电极护套(4)采用C276哈氏合金或316L不锈钢材料。4.根据权利要求1所述的一种原位测高温高压水ORP值的传感器，其特征在于，所述导流孔(11)的直径为1～3mm，多个所述导流孔(11)的大小不相同，所述铂电极片(1)包括2～5个所述导流孔(11)；所述通孔(31)的直径为0.5mm。5.根据权利要求1所述的一种原位测高温高压水ORP值的传感器，其特征在于，所述参比电极(2)为固态参比电极。6.根据权利要求5所述的一种原位测高温高压水ORP值的传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军平，王家贞，闫晓，姜峨，褚力，王宏庆，徐建军，赵永福，夏小娇，傅晟伟，聂涛涛，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：