CN103512697B - 一种耐辐射耐高温压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐辐射耐高温压力传感器，用于测量核反应系统中的600℃高温金属液体和气体，是核反应堆电源中的一种关键特种器件。其主要由两个部分组成：第一级压力-位移转换机构和第二级桥式差动电感转换器。本发明中压力-位移转换机构将高温流体压力量转换为推力，推力推动磁性材料产生位移引起线圈电感量变化，再通过桥式差动电感转换器检测电感的变化并转换为电信号输出，精密的机械结构实现其在高温强辐射等复杂环境中的可靠应用，为保障我国未来核技术的发展具有重要意义。

Description

一种耐辐射耐高温压力传感器

技术领域

本发明涉及核反应堆电源系统压力参数测量领域，特别是一种耐辐射耐高温压力传感器。

背景技术

高温强辐射等环境中的压力测量是测控技术的重点、难点之一。核反应等领域常常需要在高温强辐射等环境中进行压力测量与控制，高性能的耐辐射耐高温小型压力传感器是上述领域中的关键器件之一。

目前，高温压力传感器主要有合金薄膜高温压力传感器、扩散硅高温压力传感器和SOI、SiC高温压力传感器等。其中，合金薄膜高温压力传感器输出信号较小，同时在高温环境下，因弹性元件存在热膨胀从而产生附件的热应力，影响了合金薄膜高温压力传感器的精度；扩散硅高温压力传感器高温条件下器件特性下降明显，超过125℃时，传感器的性能会严重恶化以至失效，在600℃时会发生较大的电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调；基于SOI、SiC材料制备的高温压力传感器结构小巧，使用温度能达300℃或更高，在辐射、耐腐蚀等环境中优势明显，但是SOI、SiC压力传感器高温环境中引线的退化问题成为制约其高温环境应用的瓶颈。由于高温环境下供电和导线连接困难，信号处理电路也难以正常工作，常规高温压力传感器的使用受到极大限制。

专利CN1514219提供了一种固态压阻式耐高温压力传感器，实现了200℃以上恶劣环境的温度测量，但是难以胜任测量介质温度高达600℃要求；专利CN102169036提供了一种高温(600℃)压力测量无源无线声表面波传感器，可工作于600℃高温，但是硅酸镓镧(LGS)是一种新型材料，基于这种材料的声表面波(SAW)器件的加工工艺并不像传统压电材料如石英、铌酸锂等成熟，因此器件的制作难以完全达到设计要求，无法在空间高温强辐射等环境中可靠使用。因此，研究适合高温强辐射等环境中可靠应用的传感技术具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种耐辐射耐高温压力传感器，解决现有传感器不能测量核反应系统中的600℃高温金属液体和气体压力的问题，实现压力传感器在高温强辐射等环境中的可靠应用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐辐射耐高温压力传感器，包括外壳，所述外壳一侧固定连接有螺纹管接头，所述外壳另一侧固定连接有基座，所述螺纹管接头内水平设置有压力导管，所述压力导管通过活塞与可在所述外壳内水平移动的活动板连接；所述外壳上底面内侧和下底面内侧各开设有一个用于限制所述活动板位移距离的限位槽；所述活动板与靠近所述基座一侧的外壳之间的空间内固定有一根水平波纹管，所述波纹管外套有一根弹簧管，所述弹簧管一端与所述活动板连接，所述弹簧管另一端与所述外壳内侧壁连接；所述活动板中部连接有一根水平设置并延伸到所述基座内腔中的滑杆，所述滑杆上套有电磁感应装置。

作为优选方案，所述限位槽宽度为0～12mm，限位槽对活动板的位移距离进行限制，起过压保护作用。

作为优选方案，所述活塞与所述活动板上部或下部接触，防止活动板转动（活塞与活动板中部接触时，由于活动板是圆形的，活动板容易转动）。

作为优选方案，所述弹簧管通过垫块与所述活动板连接，垫块一侧可以与活动板固定连接，弹簧管一端可以与垫块另一侧固定连接，使活动板与波纹管、外壳之间更好地密封，从而更好地推动滑杆。

所述电磁感应装置包括套在所述滑杆上且能与所述滑杆一起水平移动的导磁体、套在所述非导磁材料管上的线圈导磁罩，所述非导磁材料管上缠绕有电感线圈。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的传感器体积小，结构精密，能在高温强辐射等复杂环境中可靠测量压力，不仅在高温压力测量领域具有非常大的应用潜力，而且特别适用于核反应堆电源系统压力参数的测量，为保障我国未来核技术的发展具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一实施例整体结构示意图；

图2为本发明一实施例压力传感器压力-位移转换结构示意图；

图3为本发明一实施例压力传感器桥式差动电感转换器结构示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明一实施例压力传感器外形尺寸为Φ70mm×160mm，主要由两个部分组成：第一级压力-位移转换机构和第二级桥式差动电感转换器。

第一级压力-位移转换机构包括外壳10，外壳10内部为真空；外壳10一侧固定连接有基座1，外壳10另一侧的螺纹管接头2内的压力导管3和活动板6通过活塞4连接，活塞4位于活动板6偏心位置（即不在活动板中心位置上），限位槽7对活动板6的位移距离进行限制，活动板6与弹簧管8通过垫块11连接，弹簧管8的另一端焊接到外壳内侧壁上，活动板6与波纹管9密封连接，弹簧管8套在波纹管9上，波纹管9的另一端连接到外壳内侧壁，活动板6的中部连接滑杆5并延伸到第二级桥式差动电感转换器的基座1内腔中。滑杆5上套有导磁体12，导磁体12为高导磁材料或衔铁，非导磁材料管13和19上套装有2个参数相同的螺线管式电感线圈14和18，电感线圈14和18外层是线圈导磁罩20和15，电感转换器外罩16将两个线圈导磁罩20和15封装起来。

本发明中压力-位移转换机构将高温流体压力量转换为推力，推力推动磁性材料产生位移引起线圈电感量变化，再通过桥式差动电感转换器检测电感的变化并转换为电信号输出。测量介质压力通过压力导管3传递到传感器内部，对活动板6形成推力，活动板6通过与之连接的活塞4定位，活塞4位于活动板6偏心位置，防止活动板6转动，限位槽7对活动板6的位移距离进行限制，起过压保护作用，槽宽12mm。弹簧管8材料为耐高温不锈钢。活动板6的位移线性和位移量取决于弹簧管8的性能。活动板6与波纹管9密封连接，波纹管9的另一端连接到壳体，内部抽真空。波纹管9起压力密封隔离作用，其相同压缩量需要的力远小于弹簧管8所需的力（1/8～1/10），因此，活动板6的压力－位移转换性能主要取决于弹簧管8的性能。滑杆5延伸到后级电感线圈14和18的内部，活动板6位移带动滑杆5位移。在滑杆5上装有衔铁，在压力作用下，滑杆5带动衔铁在铝管中移动，铝管外层套装有2个参数相同的螺线管式电感线圈14和18，衔铁的位移引起电感线圈14和18电感量的变化，两个电感线圈电感量的变化形成电势差，并被转换为电信号输出。

Claims (10)

1.一种耐辐射耐高温压力传感器，包括外壳（10），所述外壳（10）一侧固定连接有螺纹管接头（2），所述外壳（10）另一侧固定连接有基座（1），其特征在于，所述螺纹管接头（2）内水平设置有压力导管（3），所述压力导管（3）通过活塞（4）与可在所述外壳（10）内水平移动的活动板（6）连接；所述外壳（10）上底面内侧和下底面内侧各开设有一个用于限制所述活动板（6）位移距离的限位槽（7）；所述活动板（6）与靠近所述基座（1）一侧的外壳（10）之间的空间内固定有一根水平波纹管（9），所述波纹管（9）外套有一根弹簧管（8），所述弹簧管（8）一端与所述活动板（6）连接，所述弹簧管（8）另一端与所述外壳（10）内侧壁连接；所述活动板（6）中部连接有一根水平设置并延伸到所述基座（1）内腔中的滑杆（5），所述滑杆（5）上套有电磁感应装置。

2.根据权利要求1所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述限位槽（7）宽度为0～12mm。

3.根据权利要求2所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述限位槽（7）宽度为12mm。

4.根据权利要求1所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述活塞（4）与所述活动板（6）上部或下部接触。

5.根据权利要求1所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述弹簧管（8）通过垫块（11）与所述活动板（6）连接。

6.根据权利要求1所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述电磁感应装置包括套在所述滑杆（5）上且能与所述滑杆（5）一起水平移动的导磁体（12）、套在非导磁材料管（13）和（19）上的线圈导磁罩（20）和（15），所述非导磁材料管（13）和（19）上缠绕有电感线圈（14）和（18）。

7.根据权利要求6所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述电磁感应装置中的两个电感线圈（14）和（18）参数相同，所述电磁感应装置外套有一个电感转换器外罩（16）。

8.根据权利要求6或7所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述导磁体（12）为衔铁。

9.根据权利要求6或7所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述非导磁材料管（13）和（19）为铝管。

10.根据权利要求1至5之一所述的耐辐射耐高温压力传感器，其特征在于，所述弹簧管（8）采用耐高温不锈钢材料制作。