CN109916529B - 用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，包括骨架、感温铂丝，其特征在于：所述骨架采用圆柱形刚玉骨架，所述刚玉骨架上轴对称设置轴向通孔，所述感温铂丝采用U形结构，U形结构的感温铂丝的两端分别伸入刚玉骨架轴对称设置的轴向通孔内呈无应力螺旋状绕制，两端的端头分别焊接引线铂丝，所述刚玉骨架的轴向通孔与感温铂丝之间的空隙填充Al2O3粉，所述刚玉骨架的轴向两端均用封接釉密封且固定引线铂丝。用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件的制备工艺为：先对感温铂丝、引线铂丝进行清洗制备，再用特殊溶液对刚玉骨架进行清洗制备，然后将感温铂丝、引线铂丝与刚玉骨架组装起来，再填充Al2O3粉调节阻值，封釉，最后退火稳定处理。
Description
技术领域
本发明涉及核场温度测量领域，特别涉及一种用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件及制备工艺。
背景技术
核级铂电阻元件是核级铂电阻温度计的核心部件，常用于核电站一回路主管道上，对冷却介质和管道表面温度进行监视和控制，其信号进入核电站保护系统，对核电站安全运行具有重要作用。
目前国内用于核级RTD的铂电阻元件全部依赖进口，且只是按40年的寿命来设计的。随着我国核电事业的迅猛发展，对提供准确、可靠的温度值的核级铂电阻元件，提出了越来越高的要求。提供适用于核场环境运用的高稳定性、高可靠性、高精度的铂电阻元件，为核电站及核试验研究的进一步发展提供重要保障。而且，国核示范工程CAP1400设计60年，发电功率提高到140万千瓦，因此对关键仪表用元件在稳定性、精度及可靠性方面提出了更高的要求。怎样提高铂电阻元件在核场环境运用的高稳定性、高可靠性、高精度，以及延长使用寿命，一直是本领域的技术难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件及制备工艺，其能提高核级铠装铂电阻的精度和稳定性，延长铂电阻元件的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，包括骨架、感温铂丝，所述骨架采用圆柱形刚玉骨架，所述刚玉骨架上轴对称设置轴向通孔，所述感温铂丝采用U形结构，U形结构的感温铂丝的两端分别伸入刚玉骨架轴对称设置的轴向通孔内呈无应力螺旋状绕制，两端的端头分别焊接引线铂丝，所述刚玉骨架的轴向通孔与感温铂丝之间的空隙填充Al2O3粉，所述刚玉骨架的轴向两端均用封接釉密封且固定引线铂丝。
所述刚玉骨架的成分包括Al2O3≥95%、S+Cd≤30PPm。
所述刚玉骨架的规格为φ1.5×20 mm×2孔，或φ2.0×20 mm×4孔，或φ3.0×22mm×4孔。
所述Al2O3粉（4）为光谱纯，纯度≥99.99%，目数为200～300目。
所述感温铂丝的直径为Ф0.02mm或者Ф0.025mm，电阻温度系数α=0.003851±0.000004℃-1，杂质元素含量：Co、Cu、Cd、Si≤30ppm。
所述引线铂丝的直径为Ф0.25mm，电阻温度系数为α≥0.003840。
所述封接釉为高温白釉。
铂电阻元件的制备工艺如下：
1）铂丝制备，将感温铂丝呈无应力绕制成螺旋状，并将中间位置的一圈螺旋拉直且弯曲成“U”形，然后进行清洗、烘干；将引线铂丝进行清洗、烘干、下料；然后将感温铂丝的两端分别焊接引线铂丝，焊接后用10～15%的NaOH煮沸2次，再用20～25%的HCl或HNO3煮沸2次，最后用去离子水煮沸2次，烘干备用；
2）骨架制备，将轴对称设置有轴向通孔的刚玉骨架进行清洗，清洗溶液采用体积比为HCl:HNO3=3:1的溶液，将刚玉骨架浸泡1小时，然后用清水冲洗残酸，再用去离子水煮沸2次，再在900℃下焙烧4小时；
3）组装，将呈无应力螺旋状绕制的感温铂丝两端的螺旋部拉长至与刚玉骨架长度相同，装入刚玉骨架的轴向通孔中，使引线铂丝外伸出刚玉骨架头端，并在该头端涂覆封接釉封口，通过850℃的高温使封接釉玻化；
4）调值，将光谱纯Al2O3粉从刚玉骨架尾端灌入刚玉骨架孔中，用振筛机震动10分钟，再补充填满Al2O3粉，然后使用比较仪调整电阻值至A级允差，将刚玉骨架尾端涂覆封接釉封口，通过850℃的高温使封接釉玻化；
5）退火，将调值后的铂电阻元件采用800℃高温稳定化处理12小时，即制备出用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件。
采用上述技术方案：本发明可以达到的性能指标有：
1. 测温范围： 0～450℃；
2.公称电阻值：R0=100Ω，R0=100Ω（×2）；
3.电阻温度系数：0.003851±0.000004℃-1 ；
4.允差等级： W0.15级，±（0.15+0.002︱t︱）℃；
5.分度精度：单支分度表插补误差≤0.11℃；
6.稳定性：R0年稳定性≤ 0.11℃，R0寿期稳定性≤0.28℃；
7.60年放射性累积吸收辐射剂量：8.5×105Gy；
8.设计寿命：60年。
所述用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件在国内外为首创。由上述性能可知，本发明的允差等级为W0.15级，即达到了A级精度，按照60年的使用寿命进行设计，技术水平得到大幅度的提升。而且，在核场回路环境中本发明实现了在测量中的高稳定性、高可靠性和高精度。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的剖视结构图；
图2为本发明的双元件俯视剖面图；
图3为本发明的单元件俯视剖面图。
附图中，1为刚玉骨架，2为感温铂丝，3为引线铂丝，4为Al2O3粉，5为封接釉。
具体实施方式
参见图1至图3，一种用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件及制备方法的实施例，包括骨架、感温铂丝2，所述骨架采用圆柱形刚玉骨架1，所述刚玉骨架1的成分包括Al2O3≥95%、S+Cd≤30PPm，由于Al2O3的结构很稳定，有很好的高温绝缘性，因此原材料采用刚玉的骨架在核场中依然有良好的绝缘性。所述刚玉骨架1上轴对称设置轴向通孔，单元件的刚玉骨架1轴对称设置两个轴向通孔，双元件的刚玉骨架1轴对称设置四个轴向通孔，所述刚玉骨架1的规格设置为φ1.5×20mm×2孔，或φ2.0×20mm×4孔，或φ3.0×22mm×4孔。所述感温铂丝2采用U形结构，U形结构的感温铂丝2的两端分别伸入刚玉骨架1轴对称设置的轴向通孔内呈无应力螺旋状绕制，单元件的铂电阻元件中由一根U形结构的感温铂丝2伸入刚玉骨架1的两个轴向通孔，双元件的铂电阻元件中由两根U形结构的感温铂丝2分别伸入刚玉骨架1中两组对称的轴向通孔，感温铂丝2在刚玉骨架1的轴向通孔内均呈无应力螺旋状绕制，使感温铂丝2的电阻值与温度之间的关系不受到应力的影响。所述感温铂丝的直径为Ф0.02mm或者Ф0.025mm，电阻温度系数α=0.003851±0.000004℃-1，杂质元素含量：Co、Cu、Cd、Si≤30ppm，依据感温铂丝2的电阻值随温度的变化呈线性变化的特征，使感温铂丝2起到对温度的监测和控制的作用。感温铂丝2两端的端头分别焊接引线铂丝3，所述引线铂丝的直径为Ф0.25mm，电阻温度系数为α≥0.003840。—所述刚玉骨架1的轴向通孔与感温铂丝2之间的空隙填充Al2O3粉4，所述Al2O3粉为光谱纯，纯度≥99.99%，目数为200～300目，光谱纯的Al2O3粉4纯度较高，杂质少，能起到良好的导热性和绝缘性。所述刚玉骨架1的轴向两端均用封接釉5密封且固定引线铂丝2，所述封接釉5为高温白釉，经过煅烧后既能保证很好的密封性，又能保证一定的机械强度。
上述用于核级铂电阻的铂电阻元件的制备工艺如下：
1）铂丝制备，将感温铂丝2呈无应力绕制成螺旋状，并将中间位置的一圈螺旋拉直且弯曲成“U”形，然后进行清洗、烘干；将引线铂丝3进行清洗、烘干、下料、对折；然后将感温铂丝2的两端分别与引线铂丝3的两端焊接，感温铂丝2与引线铂丝3的焊接可以采用氢氧焰进行焊接，氢氧焰焊接不仅高效安全，而且节能环保。再将引线铂丝3从对折处截断，焊接后用10～15%的NaOH煮沸2次，再用20～25%的HCl或HNO3煮沸2次，最后用去离子水煮沸2次，烘干备用；
2）骨架制备，将轴对称设置有轴向通孔的刚玉骨架1进行清洗，清洗溶液采用体积比为HCl:HNO3=3:1的溶液，将刚玉骨架1在该溶液中浸泡1小时，然后取出刚玉骨架1用清水冲洗掉残酸，再用去离子水煮沸2次，再在900℃下焙烧4小时；
3）组装，将呈无应力螺旋状绕制的感温铂丝2两端的螺旋部拉长至与刚玉骨架长度相同，装入刚玉骨架1的轴向通孔中，使引线铂丝3外伸出刚玉骨架1头端，在刚玉骨架1头端涂覆封接釉5封口，通过850℃的高温使封接釉5玻化；
4）调值，将光谱纯Al2O3粉4从刚玉骨架1尾端灌入刚玉骨架孔中，用振筛机震动10分钟，再补充填满Al2O3粉4，然后使用比较仪先粗调阻值，再精调阻值，使电阻值调整为A级允差，再将刚玉骨架1尾端涂覆封接釉5封口，通过850℃的高温使封接釉5玻化；
5）退火，将调值后的铂电阻元件采用800℃高温稳定化处理12小时，即制备出用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件。
将按上述制备工艺制备出的铂电阻元件按技术要求进行检定和试验。将检验后的铂电阻元件焊接铠装铂电阻内引线，装入MgO柱，套入保护套管内，经过铠装拉制成坚实可绕的铠装铂电阻体，然后对铠装铂电阻体加装保护管、接线盒或电联接器等附件，制成核级铂电阻温度计。
由本发明的制备工艺制得的铂电阻元件可达到的主要性能指标有：
1.测温范围：0～450℃；
2.公称电阻值：R0=100Ω，R0=100Ω（×2）；
3.电阻温度系数：0.003851±0.000004℃-1；
4.外形尺寸：单元件Φ1.6±0.1 ×22mm；双元件Φ2.2±0.2 ×22mm；双元件Φ3.0±0.2 ×25mm；
5.允差等级：W0.15级，±（0.15+0.002︱t︱）℃；
6.分度精度：单支分度表插补误差≤0.11℃；
7.稳定性：R0年稳定性≤ 0.11℃，R0寿期稳定性≤0.28℃；
8.60年放射性累积吸收辐射剂量：8.5×105Gy；
9.设计寿命：60年。
本发明的使用寿命提高到了60年，解决了铂电阻元件在60年寿期内的高稳定性、辐射影响等问题，而且，本发明达到了A级精度，实现了在核场环境下测量的高稳定性、高精度和高可靠性，可以满足在特殊环境下正常使用的高要求。而且，本发明还可以形成系列，广泛应用于核电和军工等特殊环境中的温度测量。
Claims (6)
1.一种用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，包括骨架、感温铂丝，其特征在于：所述骨架采用圆柱形刚玉骨架，所述刚玉骨架上轴对称设置轴向通孔，所述感温铂丝采用U形结构，U形结构的感温铂丝的两端分别伸入刚玉骨架轴对称设置的轴向通孔内呈无应力螺旋状绕制，两端的端头分别焊接引线铂丝，所述感温铂丝的直径为Ф0.02mm或者Ф0.025mm，电阻温度系数α=0.003851±0.000004℃-1，杂质元素含量：Co、Cu、Cd、Si≤30ppm，所述刚玉骨架的轴向通孔与感温铂丝之间的空隙填充Al2O3粉，所述Al2O3粉为光谱纯，纯度≥99.99%，目数为200～300目，所述刚玉骨架的轴向两端均用封接釉密封且固定引线铂丝。
2.根据权利要求1所述的用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，其特征在于：所述刚玉骨架的成分包括Al2O3≥95%、S+Cd≤30PPm。
3.根据权利要求1所述的用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，其特征在于：所述刚玉骨架的规格为φ1.5×20 mm×2孔，或φ2.0×20 mm×4孔，或φ3.0×22 mm×4孔。
4.根据权利要求1所述的用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，其特征在于：所述引线铂丝的直径为Ф0.25mm，电阻温度系数为α≥0.003840。
5.根据权利要求1所述的用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件，其特征在于：所述封接釉为高温白釉。
6.一种如权利要求1所述铂电阻元件的制备工艺，其特征在于制备工艺如下：
1）铂丝制备，将感温铂丝呈无应力绕制成螺旋状，并将中间位置的一圈螺旋拉直且弯曲成“U”形，然后进行清洗、烘干；将引线铂丝进行清洗、烘干、下料；然后将感温铂丝的两端分别焊接引线铂丝，焊接后用10～15%的NaOH煮沸2次，再用20～25%的HCl或HNO3煮沸2次，最后用去离子水煮沸2次，烘干备用；
2）骨架制备，将轴对称设置有轴向通孔的刚玉骨架进行清洗，清洗溶液采用体积比为HCl:HNO3=3:1的溶液，将刚玉骨架浸泡1小时，然后用清水冲洗残酸，再用去离子水煮沸2次，再在900℃下焙烧4小时；
3）组装，将呈无应力螺旋状绕制的感温铂丝两端的螺旋部拉长至与刚玉骨架长度相同，装入刚玉骨架的轴向通孔中，使引线铂丝外伸出刚玉骨架头端，并在该头端涂覆封接釉封口，通过850℃的高温使封接釉玻化；
4）调值，将光谱纯Al2O3粉从刚玉骨架尾端灌入刚玉骨架孔中，用振筛机震动10分钟，再补充填满Al2O3粉，然后使用比较仪调整电阻值至A级允差，将刚玉骨架尾端涂覆封接釉封口，通过850℃的高温使封接釉玻化；
5）退火，将调值后的铂电阻元件采用800℃高温稳定化处理12小时，即制备出用于核级铠装铂电阻的铂电阻元件。
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