CN115389593A - 液态金属氧浓度测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铅基反应堆技术领域，具体提供一种液态金属氧浓度测量装置和方法，旨在解决高温液态金属中氧浓度测量准确性较低的问题。为此目的，本发明的液态金属氧浓度测量装置包括：陶瓷管、密封件、多个采集单元、电压测量装置和信号处理单元；陶瓷管的下端伸入导电容器内；密封件封闭陶瓷管的敞开口；采集单元置于陶瓷管内，任意相邻的采集单元之间具有立体空间；电压测量装置与密封件和采集单元均电连接，用于检测每个采集单元与待检测高温液态金属之间的电势差，信号处理单元根据电势差确定高温液态金属中不同空间维度的多个第一氧浓度。本发明的测量装置能够实现对液态金属中氧浓度的轴向和环向分布式的测量，有效提高了氧浓度测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆技术领域，具体提供一种液态金属氧浓度测量装置和方法。
背景技术
液态铅铋合金因其优良的中子学性能、抗辐照性能且熔点低，成为第四代先进核能系统铅基堆的重要候选冷却剂材料。由于铅铋合金特殊的物理化学性质，液态铅铋合金高速流动会对反应堆的材料成分结构进行腐蚀，导致材料性能下降，影响反应堆的安全性和使用周期。因此，对液态铅铋合金与反应堆结构材料之间的腐蚀过程进行研究是现有核反应堆亟待解决的关键问题之一。
现有技术中，提高反应堆结构材料的耐腐蚀性有多种方法，其中之一为控制液态铅铋合金中的氧浓度，以使得在反应堆结构材料表面生成结构致密、粘附性强、可阻挡组分扩散和元素溶解的氧化层。液态铅铋合金中溶解氧的浓度需足够以避免反应堆结构材料表面的氧化层的热力学溶解，从而起到保护反应堆结构材料的作用。但同时要低于氧化铅(PbO)生成的氧浓度范围，若液态铅铋合金中氧浓度含量超出了氧化铅(PbO)生成的氧浓度范围，就会造成固态PbO析出，形成氧化物残渣，氧化物残渣会污染整个液态铅铋系统。总之，液态铅铋合金的操作条件为保证反应堆结构材料表面氧化层的动力学平衡以及防止生成氧化物沉淀。基于以上原因，监测液态铅铋合金中的氧浓度是十分必要的。
但是，现有监测液态铅铋合金中氧浓度的装置存在以下问题：占用空间范围大、氧浓度的测量值准确性较差，同时，上述装置也不能显示反应容器中液态铅铋合金中的液位信息。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有高温液态金属中氧浓度测量准确性较低的问题。
第一方面，本发明提供一种液态金属氧浓度测量装置，用于对导电容器中的待检测高温液态金属的氧浓度进行测量，该液态金属氧浓度测量装置包括：
陶瓷管，所述陶瓷管为上端具有敞开口且下端封闭的中空结构，所述陶瓷管的下端伸入所述导电容器内；
密封件，所述密封件用于封闭所述敞开口；
多个采集单元，所述多个采集单元设置于所述陶瓷管内，其中，任意相邻的两个所述采集单元之间具有立体空间；
电压测量装置，每个所述采集单元均通过第一导线与所述电压测量装置电连接，所述电压测量装置与所述密封件之间通过第二导线电连接，所述电压测量装置用于检测每个所述采集单元与所述待检测高温液态金属之间的电势差；
信号处理单元，所述信号处理单元根据检测到的电势差确定所述待检测高温液态金属的不同空间维度的多个第一氧浓度。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述液态金属氧浓度测量装置还包括温度补偿器，距离每个所述采集单元预定距离处设置一个所述温度补偿器。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述采集单元包括参比电极、隔离罩和电极引线，所述参比电极贴设于所述陶瓷管内壁上；所述隔离罩扣设在所述参比电极上；所述电极引线的一端贯穿所述隔离罩并与所述参比电极连接，所述电极引线的另一端与所述第一导线连接。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述参比电极的类型包括铂/空气类型或金属/金属氧化物类型；
其中，所述参比电极为金属/金属氧化物类型时，金属所占摩尔比为0.8％～40％。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述隔离罩与所述陶瓷管固定连接；所述隔离罩上设置有供所述电极引线穿出的通孔，所述通孔位于所述隔离罩的顶部；所述隔离罩的材质包括绝缘陶瓷。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述电极引线的材质包括铂丝、不锈钢丝、钼丝中的一种；
其中，所述电极引线上套设有耐高温绝缘体，所述耐高温绝缘体的底部与所述隔离罩抵接，所述耐高温绝缘体的顶部自所述密封件顶部穿出。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述电压测量装置为内部阻值大于1013欧的高阻抗采集卡。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述陶瓷管为氧化钇稳定型氧化锆固体电解质陶瓷管，其中，氧化钇的质量分数为4％～12％。
在上述液态金属氧浓度测量装置的优选技术方案中，所述信号处理单元还被配置为将所述第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，以得到对比值，同时，将位于同一水平高度或位于同一垂直线上的任意两个所述采集单元所对应的第一氧浓度进行差值判断，得到测量误差；
所述信号处理单元还被配置为依据所述对比值和所述测量误差对所述第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度。
第二方面，本发明提供一种液态金属氧浓度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
将所述液态金属氧浓度测量装置安装于所述导电容器中；
向所述导电容器内注入待检测高温液态金属；
预定时间后，利用所述电压测量装置检测每个所述采集单元与所述待检测高温液态金属之间的电势差；
基于所述电势差确定每个所述采集单元所对应的所述待检测高温液态金属的第一氧浓度；
将所述第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，以得到对比值，同时，将位于同一水平高度或位于同一垂直线上的任意两个所述采集单元所对应的第一氧浓度进行差值判断，得到测量误差；
依据所述对比值和所述测量误差对所述第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度。
在采用上述技术方案的情况下，本发明的液态金属氧浓度测量装置中将多个采集单元间隔设置，且任意相邻的两个采集单元之间具有立体空间，电压测量装置检测每个采集单元与待检测高温液态金属之间的电势差，信号处理单元基于检测到的电势差确定待检测高温液态金属中不同空间维度的多个第一氧浓度，从而实现对液态金属中氧浓度的轴向和环向分布式的测量，有效提高了氧浓度测量的准确性。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的液态金属氧浓度测量装置的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的液态金属氧浓度测量装置的测量方法的流程图。
附图标记说明：
1、陶瓷管；2、密封件；3、采集单元；31、参比电极；32、隔离罩；33、电极引线；321、通孔；4、电压测量装置；5、导电容器；6、第一导线；7、第二导线、8、温度补偿器；9、耐高温绝缘体；10、信号处理单元。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
下面参照附图结合实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一示例性的实施例提供了一种液态金属氧浓度测量装置，液态金属氧浓度测量装置用于对导电容器中的待检测高温液体金属中的氧浓度进行测量。该液态金属氧浓度测量装置包括陶瓷管1、密封件2、多个采集单元3、电压测量装置4和信号处理单元10。
陶瓷管1为上端具有敞开口且下端封闭的中空结构，也就是说，陶瓷管1内部构造成容置空间。沿垂直方向，陶瓷管1的下端伸入至导电容器5内预定深度，需要说明的是，该预定深度可以是陶瓷管1高度的1/2～3/4，其中，陶瓷管1的上端被固定在导电容器5上。其中，在导电容器5内可以盛有高温液体金属，比如液态铅铋合金等，液态铅铋合金的深度可以为导电容器5高度的1/2～3/4之间。
密封件2用于封闭陶瓷管1上端的敞开口。其中，密封件2可以是不锈钢板材制作成的钣金结构。密封件2与陶瓷管1之间采用机械密封，并且密封件2与陶瓷管之间耐温500℃以上(包括500℃)。需要说明的是，可以利用密封件2将陶瓷管1固定在导电容器5上，沿垂直方向，由于陶瓷管1高度的1/2～3/4区段位于导电容器5内，也就是说，密封件2与高温液态铅铋合金的液面之间具有一定的间距，以利于液态金属氧浓度测量装置的长期稳定工作。
多个采集单元3设置于陶瓷管1的容置空间内，并且，任意相邻的两个采集单元3之间具有立体空间。需要说明的是，该立体空间可以理解为任意相邻的两个采集单元3之间可以处于同一水平高度的不同位置，只需该两个采集单元3间隔设置即可。或者，任意相邻的两个采集单元3之间可以处于同一垂直线上的不同高度位置并间隔设置。又或者，任意相邻的两个采集单元3所处水平高度不同，且该两个采集单元3处于不同的垂直线上。其中，垂直线可以理解为垂直于水平面的直线。
在陶瓷管1的容置空间底部的中间位置处设置有至少一个采集单元3，该采集单元3所处水平高度最低。在容置空间侧壁且处于同一水平高度处环绕设置若干采集单元3，在容置空间侧壁且靠近敞开口的同一水平高度处环绕设置若干的采集单元3，从而在陶瓷管1的容置空间内，使得多个采集单元3呈矩阵式排布，以便于对导电容器5内不同空间维度的待检测高温液体金属中的氧浓度进行测量。
每个采集单元3均通过第一导线6与电压测量装置4电连接，且电压测量装置4与密封件2之间通过第二导线7连接。其中，电压测量装置4用于检测每个采集单元3与待检测高温液态金属之间的电势差。
信号处理单元10根据检测到的电势差确定待检测高温液态金属的不同空间维度的多个第一氧浓度。
本实施例中，多个采集单元间隔设置，且任意相邻的两个采集单元之间具有立体空间，电压测量装置检测每个采集单元与待检测高温液态金属之间的电势差，信号处理单元基于检测到的电势差确定待检测高温液态金属中不同空间维度的多个第一氧浓度，从而实现对液态金属中氧浓度的轴向和环向分布式的测量，有效提高了氧浓度测量的准确性同时，本实施例的液态金属氧浓度测量装置结构简单，便于操作，适用于大型池式反应堆装置中液态金属中氧浓度的测量。
参照图1所示，该液体金属氧浓度测量装置还包括温度补偿器8，距离每个采集单元3预定距离处设置一个温度补偿器8。需要说明的是，该预定距离可以是采集单元3的直径或宽度的N倍，其中，N大于等于0.5。
温度补偿器8可以包括但不限于热电偶。其中，热电偶可以通过绑带固定在采集单元3的附近。比如，可以在采集单元3的外周围扣设有隔离罩，利用绑带将热电偶固定在隔离罩上。
本实施例中，利用温度补偿器8可以提高采集单元3周围的液态金属合金的温度值，从而提高采集单元3传输数据的准确性，进而提高液态金属合金中氧浓度测量的准确性。
参照图1所示，在一些实施例中，采集单元3包括参比电极31、隔离罩32和电极引线33。
参比电极31贴设于陶瓷管1内壁上。其中，参比电极31类型包括铂/空气类型或金属/金属氧化物类型。
当参比电极31为铂(Pt)/空气(Air)类型，即Pt/(Air)类型参比电极。该类型的参比电极中，铂(Pt)作为催化剂，使空气中的氧元素转化为氧离子，在待检测高温液态金属的加热作用下，氧离子从陶瓷管1(氧化钇稳定型氧化锆固体电解质陶瓷管，即YSZ陶瓷管)内穿出，并进入至待检测高温液态金属中，从而形成浓度差电势，即，氧离子从高浓度向低浓度迁移时形成浓度差电势，而后由能斯特方程可以推得电压信号值与氧浓度之间的关系，从而实现对氧浓度的测量。其中，铂(Pt)可以是铂丝或铂粉，需要说明的是，还可以利用以下材料替换铂(Pt)，比如：锰酸锶镧(LSM)、钴酸锶镧(LSC)和钴酸锶镧铁(LSCF)中的一种或多种。
当参比电极31类型为金属/金属氧化物类型时，该参比电极31的材质可以包括但不限于铜(Cu)/氧化亚铜(Cu2O)的粉末混合物或者铋(Bi)/三氧化二铋(Bi2O3)的粉末混合物，其中，金属铜或铋所占摩尔比为0.8％～40％。其中，金属/金属氧化物类型的参比电极31中的金属(比如铜Cu或铋Bi)作为催化剂，使金属氧化物中的氧元素转化为氧离子，在待检测高温液态金属的加热作用下，氧离子从陶瓷管1(氧化钇稳定型氧化锆固体电解质陶瓷管，即YSZ陶瓷管)内穿出，并进入至待检测高温液态金属中，从而形成浓度差电势，即，氧离子从高浓度向低浓度迁移时形成浓度差电势，而后由能斯特方程可以推得电压信号值与氧浓度之间的关系，从而实现对氧浓度的测量。
隔离罩32扣设在参比电极31上，即，每个参比电极31均对应一个隔离罩32，利用隔离罩32将任意相邻的两个参比电极31隔离开，防止任意相邻的两个参比电极31之间连接。并且，隔离罩32与陶瓷管1固定连接，比如，利用高温胶或焊接方式将隔离罩32固定在陶瓷管1的内壁上。
隔离罩32上设置有通孔321，通孔321位于隔离罩32的顶部。需要理解的是，设置在陶瓷管1中容置空间侧壁上的隔离罩32的通孔321，同样位于上述隔离罩32的顶部。位于隔离罩32顶部的通孔321便于电极引线33沿垂直向上的方向穿出，同时也确保参比电极31不会掉落。其中，隔离罩32的材质可以包括但不限于绝缘陶瓷，绝缘陶瓷制成的隔离罩32与陶瓷管1均为陶瓷材料，便于隔离罩32和陶瓷管1两者之间以焊接形式进行连接。
电极引线33的一端自通孔321穿过并与参比电极31连接，电极引线33的另一端自陶瓷管1的敞开口穿出后与第一导线6连接。电极引线33的材质可以包括但不限于铂丝、不锈钢丝、钼丝中的一种。
电极引线33上套设有耐高温绝缘体9，耐高温绝缘体9的底部与隔离罩32抵接，即，耐高温绝缘体9的底部罩设在通孔321上，耐高温绝缘体9的顶部自密封件2顶部穿出，以避免不同电极引线33之间相互影响。其中，耐高温绝缘体9可以包括但不限于薄壁陶瓷管、耐高温绝缘胶带等。
参照图1所示，在一些实施例中，电压测量装置为内部阻值大于1013欧的高阻抗采集卡，以实现对多个采集单元3的电压测量，从而方便对待检测高温液态金属中不同空间维度的第一氧浓度进行测量。
参照图1所示，在一些实施例中，陶瓷管1为氧化钇稳定型氧化锆固体电解质陶瓷管，即YSZ陶瓷管。其中，氧化钇的质量分数为4％～12％。也就是说，氧化钇的质量分数可以是4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％。在一个示例中，YSZ陶瓷管中氧化钇的质量分数为5％，该掺杂比例的YSZ陶瓷管可以在150℃的低温液态金属下仍然具有良好的氧离子传导能力和优异的电子绝缘性能。
参照图1所示，在一些实施例中，信号处理单元10被配置为将第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，以得到对比值，同时，将位于同一水平高度的任意两个采集单元3所对应的第一氧浓度进行差值判断，得到测量误差。同时，信号处理单元10还被配置为依据对比值和测量误差对第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度。
其中，信号处理单元10对测量误差进行修正的过程，即第一氧浓度的测量值进行校准的过程。目前通常采用实际氧饱和浓度和氧饱和浓度理论值进行校准，氧饱和浓度与液态金属的温度具有对应关系，而现有氧浓度测量过程中，氧浓度测量位置与温度补偿器(比如热电偶)的布置位置间隔一定距离，导致氧饱和浓度理论计算值与实际测量之间具有误差。另一方面，由于氧在液态金属中是通过气氛中氧溶解扩散形成的，氧浓度和液态金属的深度具有一定关系：氧浓度随着液态金属的深度而直线下降。因此，本实施例中，利用具有立体空间的多个采集单元3配合电压测量装置4，可以测量得到高温液态金属中不同空间维度的多组第一氧浓度，同时，通过信号处理单元10对两个不同位置的第一氧浓度的测量误差进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度，从而精确测量处高温液态金属中不同空间维度氧浓度的变化规律。
参照图1所示，本发明的液态金属氧浓度测量装置的工作原理如下：
在导电容器5内盛有待检测高温液态金属，以液态铅铋合金为例进行说明，该液态铅铋合金大于300℃，将陶瓷管1的下端伸入至液态铅铋合金中。其中，部分采集单元3位于液态铅铋合金的液面以上，部分采集单元3位于液态铅铋合金的液面以下的第一位置处，剩余部分采集单元3位于液态铅铋合金的液面以下的第二位置处，第一位置所处水平高度高于第二位置所处水平高度。第一位置可以是液态铅铋合金的液面与液面以下的1/2位置之间的任意位置，第二位置可以是液态铅铋合金的液面以下1/2位置至待液态铅铋合金的最低位置之间的任意位置。
在液态金属氧浓度测量装置工作过程中，位于液态铅铋合金的液面以上的陶瓷管1的部分没有被热态的铅铋合金加热，氧离子在低温(300℃)下无法穿透陶瓷管1，也就是说，位于液态铅铋合金的液面以上的采集单元3没有进行数据采集，该部分采集单元3在电压测量装置4不会有电信号形成。
而位于液态铅铋合金的液面以下的陶瓷管1被态的铅铋合金加热，在大于300℃温度下，陶瓷管1被活化，可以作为氧离子导体，此时，参比电极31作为正极，氧离子透过陶瓷管1与液态铅铋合金中的铅结合形成氧化铅，氧化铅作为负极。同时，液态铅铋合金、密封件2和导电容器均为导电结构，而后，利用电压测量装置4测量正极和负极之间的电势差，而后，利用能斯特原理可以推导并获得第一位置和第二位置处的多个第一氧浓度。
需要说明的是，在陶瓷管1内没有设置参比电极31(即采集单元3)时，与参比电极31所对应的正极反应不会发生，此时便不能测量氧浓度，对应地，在电压测量装置4中无法形成电信号，因此，可以通过电压测量装置4中电信号的有无来判断液态铅铋合金的液位。
在本实施例中，第一位置和第二位置处的采集单元3之间具有立体空间，每个采集单元3与导电容器5可以组成一个氧浓差电池结构，而后，利用电压测量装置4和信号处理单元10可以实现液态铅铋合金中不同空间维度的氧浓度的测量。本实施例的液态金属氧浓度测量装置的氧浓度测量范围在10-3wt％～10-10wt％之间，相比较于现有技术中氧浓度测量10％的误差，本实施例中测量液态金属氧浓度测量装置误差在2％以内，有效提高了氧浓度测量的准确性。
如图2所示，本发明一示例性的实施例还提供了一种液态金属氧浓度测量装置的测量方法。该液态金属氧浓度测量装置的测量方法包括以下步骤：
S100、将液态金属氧浓度测量装置安装于导电容器中。
S200、向导电容器内注入待检测高温液态金属。
S300、预定时间后，利用电压测量装置检测每个采集单元与待检测高温液态金属之间的电势差。
S400、基于电势差确定每个采集单元所对应的待检测高温液态金属的第一氧浓度。
S500、将第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，以得到对比值，同时，将位于同一水平高度或位于同一垂直线上的任意两个采集单元所对应的第一氧浓度进行差值判断，得到测量误差。
S600、依据对比值和测量误差对第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度。
其中，在步骤S200中，向导电容器内注入温度大于300℃的液态铅铋合金。
在步骤S400中，基于电压测量装置4获取的电势差，并利用能斯特效应推导出每个采集单元3所在位置处的第一氧浓度。以空气作为参比电极，参比电极31中掺杂铂丝或铂粉为例，采用以下公式对第一氧浓度进行推导：
电势E与氧浓度Co之间存在以下关系：
E＝0.68948-3.2577*10-4T/K-4.3086*10-5T/K In(Cowt％)，其中，T为待测位置的液态铅铋合金的温度值。
而氧饱和浓度理论值与电势之间的关系如下：
logCo＝1.2-3400/T(K)，基于该关系式可以推导出液态铅铋合金不同空间维度处的第一氧浓度的浓度值Co。同时，将该关系式带入上述电势E与氧浓度Co的关系式中，得出电势E与液态铅铋合金温度的关系式：
E＝1.1276-5.8568*10-4T(K)。
在步骤S500中，利用信号处理单元10将第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，并得到对比值。同时，由于液态铅铋合金处于流动状态以及考虑到氧扩散作用，将位于同一水平高度的任意两个采集单元3所在位置处的第一氧浓度进行差值判断，以得到液态铅铋合金中处于同一水平高度但位于不同位置的两个第一氧浓度的测量误差。或者，将位于同一垂直线上的相邻的两个采集单元3所在位置处的第一氧浓度进行差值判定，以得到液态铅铋合金中处于同一垂直线但位于不同水平高度的两个第一氧浓度的测量误差。
在步骤S600中，信号处理单元10基于对比值和测量误差，对每个参比电极31所处位置的第一氧浓度进行修正，从而得到液态铅铋合金中不同空间维度中的多个作为最终测量值的第二氧浓度。其中，铂(Pt)/空气(Air)类型的参比电极31为例，对第一氧浓度进行修正的过程进行说明：
在同一纵坐标的同一轴向间隔布置第一参比电极31a、第二参比电极31b和第三参比电极31c。第一参比电极31a旁侧设置热电偶Ta1，第二参比电极31b旁侧设置热电偶Ta2，第三参比电极31c旁侧设置热电偶Ta3。通过电压测量装置4测得的电势差的差值分别为Ea1、Ea2和Ea3。通过电流表测量每条电路中的电流，对应电流电流分别为Ia1，Ia2和Ia3。
假设三个参比电极与理论值的电势差测量误差分别为σa1，σa2，σa3。该电势差测量误差的来源包括信号处理单元、塞贝克效应、固体电解质(陶瓷管1)和电极引线33的损耗、以及环向电流等。
σ＝Eth+E环向电流+电极引线，Eth＝C(T10 2-T20 2)，其中，T为负极温度和正极温度；C为常数，且C与热电势冷热两端的材料相关，需要说明的事，T和C均为塞贝克效应中的参数，在此不再赘述。
同时，对轴向相邻的两个参比电极31进行差分测量修正。假设第一参比电极31a和第二参比电极31b的测量误差的测量值为ΔE1，对应电流为Iab。其中，定义第一参比电极31a对应的电极引线33为引线1a，第二参比电极31b对应的电极引线33位引线2b。在不考虑塞贝克效应影响的情况下，仅反应两个参比电极之间的电势差，则ΔE1的测量值的影响来自于信号处理单元10、固体电解质(陶瓷管1)和电极引线33的损耗的影响。而后，利用以下公式获得第一参比电极31a位置处的第一氧浓度的修正系数K1：
ΔE1＝E环向电流ab-E固体电解质+电极引线ab
E固体电解质+电极引线12a＝I12a*R固体电解质+电极引线
E固体电解质+电极引线1a＝I1a*R固体电解质+电极引线
E测量修正1a＝E测量1a-Eth-ΔE1+E固体电解质+电极引线1a-E固体电解质+电极引线12a
E测量修正1a＝E理论1a*k1
其中，E环向电流ab为第一参比电极31a和第二参比电极31b之间环向电流的电势；E固体电解质+电极引线ab为陶瓷管1与引线1和引线2之间的电势；I为电流；R为电阻。
基于第一氧浓度的测量参数、查找数据并结合氧饱和浓度理论值等获得E测量1、Eth、ΔE1、E固体电解质+电极引线1a，E固体电解质+电极引线12a等值，并将E理论1与修正后的E测量修正1a对比，获得修正系数K1。
利用上述计算过程，分别获得第二参比电极31b所对应的修正系数K2，第三参比电极31c所对应的修正系数K3。将修正系数K1、修正系数K2和修正系数K3进行归一化处理，获得系数K。
利用系数K对多个第一氧浓度进行修正处理后，获得多个相对应的第二氧浓度。待获得多个第二氧浓度后，将第二氧浓度作为待检测高温液态金属中氧浓度的参考依据。
在一些实施例中，本发明的液态金属氧浓度测量装置的测量方法的测量方法中，在步骤：依据对比值和测量误差对第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度之后，还包括以下步骤：
基于第二氧浓度对待检测高温液态金属中的氧浓度进行处理。其中，对氧浓度进行处理包括以下两种形式：
方式一：当其中任一位置的第二氧浓度的浓度值超出预设阈值时，对高温液态金属中的氧浓度进行处理。其中，预设阈值包括阈值上限和阈值下限。当其中之一的第二氧浓度的浓度值超出阈值上限时，需要对高温液态金属(液态铅铋合金)进行除氧操作。当其中之一的第二氧浓度的浓度值超出阈值下限时，需要对高温液态金属(液态铅铋合金)进行补氧操作。
当高温液态金属(液态铅铋合金)中的氧浓度通过氧控方式调节到非饱和状态时，以第一参比电极31a、第二参比电极31b、第三参比电极31c为例，测量得到相对应的第一氧浓度分别为Ea1o、Ea2o、Ea3o。经步骤S700中的公式修正：
Ea1o修＝(Ea1o-Eth1o-ΔEa1o+E固体电解质+电极引线a1o-E固体电解质+电极引线ab1)*k1
经过校准后每个参比电极31测量的第而氧浓度和公式计算的氧浓度对比，保证每个测量的第二氧浓度要小于Co*，且大于Comin。
根据公式：
确定Co*，Co*即为第二氧浓度的阈值上限。
根据公式：
确定Comin，Comin即为第二氧浓度的阈值下限。
方式二：设定高温液态金属(液态铅铋合金)中的预设氧浓度为1±10-6wt％。当全部第二氧浓度的浓度值的平均值低于预设氧浓度的上限时，对需要对高温液态金属(液态铅铋合金)进行补氧操作。当全部第二氧浓度的浓度值的平均值高于预设氧浓度的下限时，对需要对高温液态金属(液态铅铋合金)进行除氧操作。
本实施例中，采用多点氧饱和浓度理论值与测量值对比获得对比值，同时对相邻的两个参比电极31之间的测量值进行差值判断，获得每个位置处的测量误差。而后，基于对比值和测量误差，对第一氧浓度进行修正后得到第二氧浓度，从而精确测量出高温液态金属中不同空间维度的氧浓度的变化规律。然后，将第二氧浓度作为对待检测高温液态金属中氧浓度的参考依据。最后，基于第二氧浓度对待检测高温液态金属中的氧浓度进行精确控制，有效保证反应堆结构材料表面氧化层的动力学平衡，并防止生成氧化物沉淀，大大提高了反应堆结构材料的使用周期。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液态金属氧浓度测量装置，用于对导电容器中的待检测高温液态金属的氧浓度进行测量，其特征在于，所述液态金属氧浓度测量装置包括：
陶瓷管，所述陶瓷管为上端具有敞开口且下端封闭的中空结构，所述陶瓷管的下端伸入所述导电容器内；
密封件，所述密封件用于封闭所述敞开口；
多个采集单元，所述多个采集单元设置于所述陶瓷管内，其中，任意相邻的两个所述采集单元之间具有立体空间；
电压测量装置，每个所述采集单元均通过第一导线与所述电压测量装置电连接，所述电压测量装置与所述密封件之间通过第二导线电连接，所述电压测量装置用于检测每个所述采集单元与所述待检测高温液态金属之间的电势差；
信号处理单元，所述信号处理单元根据检测到的电势差确定所述待检测高温液态金属的不同空间维度的多个第一氧浓度。
2.根据权利要求1所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述液态金属氧浓度测量装置还包括温度补偿器，距离每个所述采集单元预定距离处设置一个所述温度补偿器。
3.根据权利要求1所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述采集单元包括参比电极、隔离罩和电极引线，所述参比电极贴设于所述陶瓷管内壁上；所述隔离罩扣设在所述参比电极上；所述电极引线的一端贯穿所述隔离罩并与所述参比电极连接，所述电极引线的另一端与所述第一导线连接。
4.根据权利要求3所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述参比电极的类型包括铂/空气类型或金属/金属氧化物类型；
其中，所述参比电极为金属/金属氧化物类型时，金属所占摩尔比为0.8％～40％。
5.根据权利要求3所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述隔离罩与所述陶瓷管固定连接；所述隔离罩上设置有供所述电极引线穿出的通孔，所述通孔位于所述隔离罩的顶部；所述隔离罩的材质包括绝缘陶瓷。
6.根据权利要求3所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述电极引线的材质包括铂丝、不锈钢丝、钼丝中的一种；
其中，所述电极引线上套设有耐高温绝缘体，所述耐高温绝缘体的底部与所述隔离罩抵接，所述耐高温绝缘体的顶部自所述密封件顶部穿出。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述电压测量装置为内部阻值大于1013欧的高阻抗采集卡。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的液态金属氧浓度测量装置，其特征在于，所述陶瓷管为氧化钇稳定型氧化锆固体电解质陶瓷管，其中，氧化钇的质量分数为4％～12％。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的液态合金氧浓度测量装置，其特征在于，所述信号处理单元还被配置为将所述第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，以得到对比值，同时，将位于同一水平高度或位于同一垂直线上的任意两个所述采集单元所对应的第一氧浓度进行差值判断，得到测量误差；
所述信号处理单元还被配置为依据所述对比值和所述测量误差对所述第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的液态金属氧浓度测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
将所述液态金属氧浓度测量装置安装于所述导电容器中；
向所述导电容器内注入待检测高温液态金属；
预定时间后，利用所述电压测量装置检测每个所述采集单元与所述待检测高温液态金属之间的电势差；
基于所述电势差确定每个所述采集单元所对应的所述待检测高温液态金属的第一氧浓度；
将所述第一氧浓度与氧饱和浓度理论值进行对比，以得到对比值，同时，将位于同一水平高度或位于同一垂直线上的任意两个所述采集单元所对应的第一氧浓度进行差值判断，得到测量误差；
依据所述对比值和所述测量误差对所述第一氧浓度进行修正，以得到作为最终测量值的第二氧浓度。
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