CN1710415A - 一种高温高压h2化学传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温高压H₂化学传感器，其包括测量电极和参比电极，所述测量电极为Au电极；所述参比电极为YSZ/HgO/Hg和/或Zr/ZrO₂电极；当测量温度大于200℃时，使用YSZ/HgO /Hg电极；当测量温度在0－400℃时，使用Zr/ZrO₂电极。本发明提供的高温高压H₂化学传感器可以在0℃至400℃、高压至40MPa下可使用、能够准确测量液体中H₂浓度，且工作稳定、寿命长。本化学传感器能够在实验室中安置在高压釜中进行检测标定，也能在实际的高温高压环境中安装在探测器上进行实地高温高压流体的H₂浓度的测定。本发明还提供了所述H₂化学传感器的制作方法。

Description

一种高温高压H2化学传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种检测H₂浓度的化学传感器，尤其涉及一种用于原位检测高温高压状态下液体中的H₂浓度的化学传感器；本发明还涉及所述H₂化学传感器的制作方法。

背景技术

目前，检测高温高压下液体中的H₂所用的化学传感器为固体传感器，现有市场产品中的没有在100℃以上可以工作的这一类传感器。已有报道研究中的固体化学传感器在200℃以上工作较困难，特别是在0-400℃、同时在40MPa(约400大气压)的大的高温高压范围内很难使用。

已有研究的化学传感器存在的缺陷主要有以下几个方面，首先，现有技术中的H₂化学传感器其电极的材料不够稳定，例如常使用的参比电极Cu/CuO或Ni/NiO₂，由于其中的Cu和Ni都具有多种电价，尤其在高温高压下很不稳定，由此会导致测量结果不准确。另外，已有报道的化学传感器的密封结构在高温高压下很容易失效，由此导致电极的受损或导致测量回路短路，造成传感器的快速失效。

目前，为了对深海(含矿热液)资源进行开发和研究，要对深海海底的海水进行多种参数的实时检测，为了适应这一需求，以及其他类似的高温高压热液应用需要，要求研制一种能在高温高压环境下正常、准确、耐久、耐腐蚀使用的H₂化学传感器。

该化学传感器能够安装在实际的深海高温高压探测器中，也可以在实验室使用安装在高压釜中进行高温高压各种化学参数的标定和检测。

发明内容：

本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种可以在0℃至400℃、高压至40MPa下可使用、能够准确测量液体中H₂浓度并工作稳定寿命长的H₂化学传感器。

本发明进一步的目的在于提供上述化学传感器的制作方法。

本发明的目的是通过以下技术方案达到的：

一种高温高压H₂化学传感器，其包括测量电极和参比电极，所述测量电极为Au电极；所述参比电极为YSZ/HgO/Hg和/或Zr/ZrO₂电极；当测量温度大于200℃时，使用YSZ/HgO/Hg电极；当测量温度在0-400℃时，使用Zr/ZrO₂电极。

上述的高温高压H₂化学传感器的结构是：

A、Au测量电极

所述Au电极包括一根石英棒、一与石英的热膨胀系数相似的合金金属丝、一金丝，所述合金金属丝为可阀，所述合金金属丝和金丝从所述石英棒的两端穿设在石英棒中并在其中连接，在石英棒的作为探测端的一端金丝露出在石英棒外面一段，其端头连接一金片，弯成环形圆柱，以增大其与待测介质的接触面积；在石英棒的另一端所述合金金属丝露出在石英棒外面一段，用以连接物理导线；所述合金金属丝和金丝密封固结在所述石英棒内；在露出于石英棒外面的所述合金金属丝上设有绝缘层，其可以是绝缘胶漆和/或聚四氟乙烯管或聚四氟乙烯热缩管，在该绝缘层外以及石英棒的侧壁上设有密封结构用于传感器电极与高压釜插孔之间或实地探测中传感器和探测器保护壳之间的密封。

此Au电极通过用石英棒将金电极的金丝和合金金属丝套设封闭起来，以及选用一与石英的热膨胀系数相似的合金金属丝与金丝连接，可以使本电极在高温高压下正常工作。

B、YSZ/HgO/Hg参比电极

所述YSZ/HgO/Hg电极(也称作YSZ/HgO/Hg陶瓷探头)包括一端封口一端敞口的含Y₂O₃的陶瓷管，在该陶瓷管内的下部充填有Hg/HgO混合物，所述Hg/HgO混合物重量比范围为(1--1.5)∶1，在所述陶瓷管中插设有一铂金属丝，其下端埋设在所述Hg/HgO混合物中，其上端穿出所述陶瓷管连接物理导线或直接作为物理导线使用，在陶瓷管中Hg/HgO混合物的上面填充有填充物，该填充物为不会参与电化学反应、可加水后固结的硅酸盐类物质，将所述Hg/HgO混合物压实；在铂丝穿出陶瓷管顶部的出口上设有聚四氟乙烯的或石墨与聚四氟乙烯混合物制的垫圈密封该陶瓷管出口；在穿出所述陶瓷管的Pt金属丝非连接导线部分的外面设有绝缘层，所述绝缘层可以是绝缘耐温涂料和/或者在铂丝外套有绝缘的聚四氟乙烯管，或聚四氟乙烯热缩管；在所述绝缘层外面设有密封结构用于传感器电极与高压釜插孔之间或实地探测中传感器和探测器保护壳之间的密封。

在所述陶瓷管中充填的Hg/HgO混合物的填充高度可根据使用环境所需电极长度而定，最好为2～3cm。

该陶瓷管为以ZrO₂成分为主含9％Y₂O₃稳定剂的陶瓷管。该陶瓷管通常被称为具有三氧化二钇稳定剂的二氧化锆陶瓷(YSZ)。

在Hg/HgO混合物上面填充硅酸盐类物质的填充物可以是水泥浆，其中水泥∶水的比例例如可以是1∶1。该填充物更好的方案是φ2-4mmAl₂O₃陶瓷或普通陶瓷的3-5mm长度短管与水泥浆的混合物，所述陶瓷短管和水泥浆的体积比最好为1∶1，比例大小可调整。在水泥中加入陶瓷短管可以提高填充物的强度和坚实性。

所述陶瓷探头(YSZ/HgO/Hg电极)与金属如高压釜的插入口孔壁或实地探测中传感器和探测器保护壳的连接处的所述密封结构是套设在所述陶瓷管上的石墨或石墨和聚四氟乙烯混合物之密封垫圈，优选的是石墨之密封垫圈与金属垫圈相间隔地设置的结构并通过可以与高压釜或相应的保护壳螺接的金属螺纹卡套和压帽压固的挤压密封结构。

C、Zr/ZrO₂参比电极

所述Zr/ZrO₂电极包括该金属和该金属上的同种金属氧化物膜，在所述电极的非探头部分和非连接导线部分上设有绝缘层和密封结构：

所述Zr/ZrO₂电极由Zr丝和Zr丝表面形成的ZrO₂表层构成。电极的一端在Zr丝外有ZrO₂表层，作为探头；电极的另一端是Zr丝，其与电路连接，所述Zr丝外部涂设绝缘涂料层和套聚四氟乙烯热缩管。Zr/ZrO₂电极在上述绝缘层外面设有的密封装置是套设的密封垫圈，用于对电极与检测标定实验装置上插装孔之间或实地探测中传感器和探测器保护壳之间的密封。

ZrO₂/Zr电极与金属导线的连接结构为：在该电极的接电端头外面套设固定有易于焊接的导电金属管套，当形成电极测量电路时，将导线与所述导电金属管套焊接连接。

上述三种电极的所述密封结构是穿设在所述陶瓷管或石英棒或电极的外绝缘层外面的密封垫圈组，该密封垫圈组为多个石墨垫圈和/或石墨和聚四氟乙烯混合物制密封垫圈，或为多个石墨垫圈和/或石墨和聚四氟乙烯混合物的密封垫圈与金属垫圈相间隔地穿设的组合垫圈结构；该密封结构还包括可以与高压釜或相应的保护壳螺接的金属螺纹卡套和/或压帽，其压固在所述垫圈上面和/或卡套在该垫圈外面。

本化学传感器还包括一个将所述测量电极和参比电极连接在一起使它们共同组成为一个化学传感器并将所述电极放入高温高压热液环境中检测或标定或探测之用的金属部件，该金属部件可以是检测和标定实验装置中的高压釜上的部件，也可以是探测器上的固定所述电极的相关部件，该部件上设有插孔，该插孔中设有与所述电极上的所述密封结构相匹配的连接结构。

所述插孔为上粗下细的阶梯孔，连接结构为设于所述较粗孔段的孔壁上的螺纹，其与所述电极上的所述金属螺纹卡套和/或压帽螺接固定，在所述插孔和所述电极之间的环隙中还设有密封圈，使插孔和所述金属螺纹卡套或压帽和/或密封圈组之间密封。

上述的高温高压H₂化学传感器的制作方法是：

A.制作Au测量电极

Au电极的制备，是选用与石英有相似的热膨胀系数的一种合金金属丝，其为可阀金属丝；将其与一金丝连接在一起，并将它们一起放入石英棒内，加热烧结，使石英棒与其内的合金金属以及金丝烧结密封；石英棒一端有金丝出头，在金丝端部焊接一金片，该金片可弯成圆柱形状；石英棒另一端为合金金属丝出头，连接导线。

B.制作YSZ/HgO/Hg参比电极

在陶瓷管的下部2～3cm高度空腔中充填Hg/HgO混合物；铂丝由上到下贯通；Hg/HgO混合物松软，其上用φ2-4mm直径的Al₂O₃陶瓷或普通陶瓷的短管(3-5mm长度)与白色水泥浆的混合物压在上面，做结实的充填物使用，保证内部Hg/HgO十分结实；陶瓷管的直径和长度也可以是其它数值。

C.制作ZrO₂/Zr参比电极：

选用φ1～1.2mm直径Zr金属丝。

如果选用表面涂有有机碳的Zr金属丝，则不需清洗，直接放在金衬的氧化铝坩锅内，在熔融NaCO₃中氧化，在890-900℃反应1-2小时，在其上形成ZrO₂膜。

如果选用普通锆丝，则在前述步骤之前增加如下清洗步骤，其清洗方法为：先把Zr丝表面磨光，然后用稀盐酸浸泡，除去表面可溶物，再清洗表面，除去表面上有机污染物和粉尘。然后干燥；

ZrO₂/Zr电极与线路板连接的金属导线的联接采取机械压接的方法，即：

在ZrO₂/Zr电极的与金属导线的连接端进行磨光处理，然后将导电金属管套压固在所述磨光的电极端头上，导电金属管与导线连接。

二氧化锆中的锆在400℃高温40MPa高压下具有单一的电价，非常稳定，是制作高温传感器电极的优选材料。但在现有技术中没有用它做电极的记载，其原因就在于该材料熔点高，极难焊接，本发明提供了上述的“机械压接”制作方法，简单并使用方便。

本发明提供的所述化学传感器与所述高压釜之间使用石墨垫圈、铜垫圈或不锈钢垫圈或石墨和聚四氟乙烯混合垫圈密封与现有技术相比，密封效果更好，通过改变卡套与铜垫圈或不锈钢垫圈、石墨垫圈、石墨与聚四氟乙烯混合物垫圈的大小，以及对不同性质的垫圈的选用，可以使本化学传感器具有不同的外形尺寸，以适应安装在不同性质和不同尺寸的高压釜中，在稳定的高温高压环境(温度可达400℃，压力可达40Mpa)下，对传感器进行检测和标定。同时也可以安装在不同性质和不同尺寸的探测器上。

所述聚四氟乙烯和石墨混合物制密封垫圈的材料是可以在市场上购买到的普通材料。

本发明提供的高温高压H₂化学传感器可以在0℃至400℃、高压至40MPa下可使用、能够准确测量液体中H₂浓度，且工作稳定、寿命长。本化学传感器能够在实验室中安置在高压釜中进行检测标定，也能在实际的高温高压环境中安装在探测器上进行实地高温高压流体的H₂浓度的测定。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1为本发明H₂化学传感器中的Au电极的结构示意图；

图2本发明H₂化学传感器中的YSZ/HgO/Hg电极的结构示意图；

图3为本发明H₂化学传感器中的Zr/ZrO₂电极的结构示意图；

图4为本发明H₂化学传感器的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

一种高温高压H₂化学传感器，其包括测量电极Au电极；参比电极为YSZ/HgO/Hg和/或Zr/ZrO₂电极；当测量温度大于200℃时，使用YSZ/HgO/Hg电极；当测量温度在0-400℃时，使用Zr/ZrO₂电极。

测量电极Au电极如图1所示，包括一根石英棒8、一与石英的热膨胀系数相似的可阀合金金属丝1和一金丝11，合金金属丝1和金丝11从石英棒8的两端穿设在石英棒中并在其中焊接构成焊接结构12连接，在石英棒8的作为探测端的一端金丝11露出在石英棒8外面一段，其端头连接一金片9，金片9弯成一个圆柱形状；在石英棒8的另一端合金金属丝1露出在石英棒8外面一段，用以连接物理导线(图中未示出)；所述石英棒的两端形成封闭结构；在露出于石英棒8外面的金属丝上设有绝缘层2，其是绝缘胶漆和聚四氟乙烯热缩管，在该绝缘层外以及石英棒的侧壁上设有密封结构用于传感器电极与高压釜插孔之间或实地探测中传感器和保护壳之间的密封。

该密封结构为：在金属丝1露出在石英棒8外面一段的绝缘层2外套设石墨和聚四氟乙烯的混合物制密封垫圈3，在石英棒8上套设两个不锈钢垫圈4，在其间套设石墨垫圈或石墨和聚四氟乙烯混合物制垫圈5，在石英棒上套设金属螺套6，其中间具有一个上粗下细的通孔，石英棒8插设在下面较细的通孔中，套在石英管上的密封元件两个不锈钢垫圈4，在其间套设石墨垫圈或石墨和聚四氟乙烯混合物制垫圈5抵在金属螺套6内上粗下细通孔的凸肩上，螺帽0的下部中间设有一个内凹腔，金属螺帽0的下部螺纹与金属螺套6上部较粗孔内壁上的螺纹匹配，螺帽下端外凸端面套设在石英棒8上挤压在不锈钢垫圈4上，继而积压密封垫圈5密封，螺帽中间内凹端面挤压设在石英管出口上的石墨垫圈和聚四氟乙烯混合物制的垫圈3。将该带有上述密封装置的石英棒8插设在高压釜10的阶梯穿孔中，在穿孔凸肩上设环槽，其内设石墨垫圈7，金属螺套6的下端面形状与高压釜的阶梯通孔形状匹配，该下端面抵压该石墨垫圈7，通过石墨垫圈7、不锈钢垫圈4、石墨垫圈或石墨和聚四氟乙烯混合物5和不锈钢垫圈4以及石墨垫圈和聚四氟乙烯混合物制的垫圈3构成了三级挤压密封结构。

Au电极的制作方法为：

取φ6mm的石英管8，其是具有一很小内径的石英管。选用一种可阀合金金属丝和一金丝，可阀合金金属丝与石英膨胀系数相似，将合金金属丝与金丝连接在一起，并将它们一起放入石英棒内，加热烧结，使石英棒与其内的合金金属以及金丝烧结密封，不留任何空隙；石英棒一端有金丝出头，在金丝端部焊接一金箔，该金箔可弯成圆柱形状，圆柱体长约1.5～2cm，直径3～5mm；石英棒另一端为合金金属丝出头，连接导线。

使用石墨垫圈密封石英棒与金属管连接。可以保证40MPa、400℃条件下密封，石英电极不被损坏。使用石英玻璃熔融包裹金电极。石英熔点很高，使电极可在600℃使用。

选用一种金属与石英有同样的热膨胀系数，是解决金和金属连接的高温密封的关键。

第一参比电极YSZ/HgO/Hg如图2所示，所述YSZ/HgO/Hg电极(也称作YSZ/HgO/Hg陶瓷探头)包括一端封口一端敞口的含Y₂O₃的陶瓷管，陶瓷管39，在陶瓷管39的下部充填有Hg/HgO混合物38，Hg/HgO混合物重量比范围为1.2∶1，在陶瓷管39中插设有一铂金属丝31，其下端埋设在Hg/HgO混合物38中，其上端穿出陶瓷管39连接物理导线(图中未示出)或直接作为物理导线使用，在陶瓷管39中Hg/HgO混合物38的上面填充有填充物30，该填充物30为φ3mmAl₂O₃陶瓷或普通陶瓷的短管与白色水泥浆的混合物，将Hg/HgO混合物38压实；在铂丝31穿出陶瓷管39顶部的出口上设有聚四氟乙烯或石墨和聚四氟乙烯混合物制的垫圈33密封；在穿出陶瓷管39的Pt丝31非连接导线部分的外面设有绝缘层，其是绝缘耐温涂料层和其外套设的绝缘的聚四氟乙烯热缩管；在绝缘层外面设有密封结构用于传感器电极与高压釜插孔之间的密封。该密封结构由绝缘密封的石墨垫圈或石墨和聚四氟乙烯混合物制垫圈、不锈钢垫圈和不锈钢卡套构成的挤压密封结构组成的。具体地，该密封结构包括依次套设在陶瓷管39上的不锈钢垫圈34、石墨垫圈35和不锈钢垫圈34，还包括一个不锈钢卡套36和一个不锈钢螺帽36’，卡套36中间具有一个上粗下细的通孔，陶瓷管39插设在下面较细的通孔中，套在陶瓷管上的密封元件不锈钢垫圈34、石墨垫圈35和不锈钢垫圈34抵在卡套36内上粗下细通孔的凸肩上，螺帽36’的下部中间设有一个内凹腔，螺帽36’的下部螺纹与卡套36上部较粗孔内壁上的螺纹匹配，螺帽下端外凸端面挤压套设在陶瓷管39上的石墨垫圈，螺帽中间内凹端面挤压设在陶瓷管出口上的聚四氟乙烯的垫圈33。将该带有上述密封装置的陶瓷管插设在高压釜的阶梯穿孔中，在穿孔凸肩上设环槽，其内设石墨垫圈37，卡套的下端面形状与高压釜的阶梯通孔形状匹配，该下端面抵压该石墨垫圈37，通过石墨垫圈37、不锈钢垫圈34、石墨垫圈35和不锈钢垫圈34以及聚四氟乙烯的垫圈33构成了三级挤压密封结构。

该陶瓷管最好是ZrO₂成分为主含9％Y₂O₃稳定剂的陶瓷管。被称为三氧化钇稳定剂的二氧化锆陶瓷(YSZ)。

在Hg/HgO混合物上面填充的填充物可以是水泥浆，其中水泥∶水的比例例如1∶1更好的方案是所述陶瓷管和水泥浆的体积比最好为1∶1。在水泥中加入陶瓷短管构成的填充物可以提高填充物的强度和坚实性。

陶瓷探头(YSZ/HgO/Hg电极)的陶瓷管外径6.3mm。由石墨圈或石墨和聚四氟乙烯混合物制垫圈和不锈钢圈组成密封圈组。陶瓷管的项处的聚四氟乙烯或石墨和聚四氟乙烯混合物制的软圈垫圈内孔径φ1至φ3mm。

第一参比电极YSZ/HgO/Hg参比电极的制作方法是：

在陶瓷管的下部2～3cm高度空腔中充填Hg/HgO混合物，铂丝插入陶瓷管中，下端埋入Hg/HgO混合物，铂丝由上到下贯通，上端露在陶瓷管外；Hg/HgO混合物松软，在其上填充φ3mm直径的Al₂O₃陶瓷或普通陶瓷的短管(5mm)与白色水泥浆混合物，该混合物压在Hg/HgO混合物上面固化混凝，作为结实的充填物，保证内部Hg/HgO十分结实；

第二参比电极如图3所示，Zr/ZrO₂电极由Zr丝47和Zr丝表面形成的ZrO₂表层41构成。Zr丝外有ZrO₂表层41的一端作为探头；电极Zr丝47的另一端与电路连接，Zr丝47外部涂设绝缘涂料层和套聚四氟乙烯热缩管44。在热缩管44外再加套不锈钢管49。Zr/ZrO₂电极在上述绝缘层或热缩管外面设有的密封装置是套设的密封垫圈，其是：在套聚四氟乙烯热缩管44外从下到上依次间隔套设石墨与聚四氟乙烯混合物制垫圈42和不锈钢垫圈43，在上层的不锈钢垫圈上套设金属螺帽46，当将本电极插设在高压釜45的上粗下细阶梯插孔451中时，下层不锈钢垫圈抵靠在插孔凸肩上，最下面的密封垫圈42在凸肩下面的较细插孔451中设置，螺帽46上的螺纹与插孔上螺纹匹配，下端的不锈钢垫圈43支撑在插孔的凸肩上固定，旋紧金属螺帽46，即可压缩垫圈43和垫圈42，使之将电极和插孔之间的间隙牢固密封。ZrO₂/Zr电极与金属导线的连接结构为：在该电极的接电端头外面套设固定有易于焊接的导电金属壳48，当形成电极测量电路时，将导线与所述导电金属壳焊接连接。

第二参比电极Zr/ZrO₂的制作方法如下：

1、处理Zr金属丝：

选用φ1～1.2mm直径Zr金属丝。用粗细砂纸(刚玉粉末)把Zr丝表面磨光，再用石英砂布，打光Zr丝表面，然后用稀盐酸浸泡，除去表面可溶物，用蒸馏水清洗后，置于丙酮中用超声波清洗器清洗表面半小时，除去表面上有机污染物和粉尘。然后用正已烷清洗，仍在超声波清洗器内清洗半小时，取出后用蒸馏水清净，再风干或者80℃烘干。

若选用有有机碳涂层的Zr金属丝，可以不进行上述表面处理。

2、在Zr金属丝上生成ZrO₂薄膜：

将处理后的或具有有机碳涂层的锆金属丝放在金衬的氧化铝坩锅内，用熔融NaCO₃氧化，在890-900℃反应1.5小时。

在NaCO₃熔体内形成ZrO₂薄膜操作过程中，加热温度和稳定高温的时间是关键。

Zr/ZrO₂电极的另一端Zr金属丝涂绝缘涂料，聚四氟乙烯热缩管的密封是采用垫圈密封，而不采用焊接方法。ZrO₂/Zr电极与线路的金属导线的联接采取机械压接的方法，即：

在ZrO₂/Zr电极的与金属导线的连接端进行磨光处理，然后将导电金属套48压固在所述磨光的电极端头上，导电金属管与导线连接。

第二参比电极使用Zr/ZrO₂。可在大的温度范围内使用。

如图4所示，当本化学传感器的测量电极B和参比电极A设置在实验室中的检测标定实验装置中的高压釜C上的两个插孔C1和C2上时，所述H₂S化学传感器与所述高压釜之间通过设置在电极上的所述的石墨垫圈或铜垫圈或不锈钢垫圈或石墨和聚四氟乙烯混合物制垫圈实现电极上的陶瓷管或电极的外绝缘层与高压釜插孔C1和C2金属壁之间的密封。

在实际探测器中，上述密封结构同样适用于与探测器上的插孔的金属壁之间的密封。

Claims (9)

1、一种高温高压H₂化学传感器，包括测量电极和参比电极，其特征在于：所述参比电极为YSZ/HgO/Hg和/或Zr/ZrO₂电极；当温度大于200℃时，使用YSZ/HgO/Hg电极；当温度在0-400℃时，使用Zr/ZrO₂电极；所述测量电极为Au电极。

2、根据权利要求1所述的化学传感器，其特征在于：

所述参比电极YSZ/HgO/Hg包括一端封口一端敞口的含Y₂O₃的陶瓷管，在该陶瓷管内的封口一侧的下部充填有Hg/HgO混合物，所述Hg/HgO混合物重量比范围为1-1.5∶1，在所述陶瓷管中插设有一铂丝，其下端埋设在所述Hg/HgO混合物中，其上端穿出所述陶瓷管连接物理导线或直接作为物理导线使用，在陶瓷管中Hg/HgO混合物的上面填充有填充物，该填充物为不会参与电化学反应、加水后可固结的硅酸盐类物质，将所述Hg/HgO混合物压实；在铂丝穿出陶瓷管顶部的出口上设有聚四氟乙烯或石墨和聚四氟乙烯混合物制的垫圈密封该陶瓷管出口；在穿出所述陶瓷管的Pt金属丝非连接导线部分的外面设有绝缘层，在所述绝缘层和陶瓷管外面设有密封结构用于传感器电极与高压釜插孔之间或实地探测中传感器和保护壳之间的密封；和/或

所述参比电极Zr/ZrO₂由Zr丝和Zr丝表面形成的ZrO₂表层构成，在Zr丝一端外有ZrO₂表层，作为探头；Zr丝另一端为与电路连接端，在不做探头的部分和非连接导线部分的所述Zr丝外部设绝缘层，在上述绝缘层外面设有密封装置用于对电极与检测标定实验装置上插装孔之间或实地探测中传感器和保护壳之间的密封；所述ZrO₂/Zr电极与金属导线的连接端结构为：在该电极的接电端头外面套设固定有易于焊接的导电金属管壳；

所述测量电极Au电极包括一根石英棒、一与石英的热膨胀系数相似的合金金属丝、一金丝，所述合金金属丝为可阀，所述合金金属丝和金丝从所述石英棒的两端穿设在石英棒中并在其中连接，在石英棒的作为探测端的一端金丝露出在石英棒外面一段，其端头连接一金片，弯成环形圆柱；在石英棒的另一端所述合金金属丝露出在石英棒外面一段，用以连接物理导线；所述合金金属丝和金丝密封固结在所述石英棒内；在露出于石英棒外面的所述合金金属丝上设有绝缘层，在该绝缘层外以及石英棒的侧壁上设有密封结构。

3、根据权利要求2所述的化学传感器，其特征在于：在所述参比电极YSZ/HgO/Hg的所述陶瓷管中充填的Hg/HgO混合物的填充高度为2～3cm；

在所述Hg/HgO混合物上面填充的填充物是水泥浆；或是φ2-4mmAl₂O₃陶瓷或普通陶瓷长度为3-5mm短管与水泥浆的混合物。

4、根据权利要求2所述的化学传感器，其特征在于：所述绝缘层是绝缘耐温涂料，和/或外套的绝缘聚四氟乙烯管或热缩的聚四氟乙烯管。

5、根据权利要求2所述的化学传感器，其特征在于：所述密封结构是穿设在所述陶瓷管或石英棒或电极的外绝缘层外面的密封垫圈组，该密封垫圈组为多个石墨垫圈和/或石墨和聚四氟乙烯混合物制密封垫圈，或为多个石墨垫圈和/或石墨和聚四氟乙烯混合物的密封垫圈与金属垫圈相间隔地穿设的组合垫圈结构，该密封结构还包括可以与高压釜或相应的保护壳螺接的金属螺纹卡套和/或压帽，其压固在所述垫圈上面和/或卡套在该垫圈外面。

6、一种高温高压H₂化学传感器的制备方法：其包括：

A.制作Au测量电极

Au电极的制备，是选用与石英有相似的热膨胀系数的一种合金金属丝，其为可阀金属丝；将其与一金丝连接在一起，并将它们一起放入石英棒内，加热烧结，使石英棒与其内的合金金属以及金丝烧结密封；石英棒一端有金丝出头，在金丝端部焊接一金片，该金片弯成圆柱形状；石英棒另一端为合金金属丝出头，连接导线。

B、参比电极的制备方法：其包括：

制作YSZ/HgO/Hg参比电极：

在陶瓷管的下部2～3cm高度空腔中充填Hg/HgO混合物；铂丝由上到下贯通；其上用φ2-4mm直径的Al₂O₃陶瓷或普通陶瓷3-5mm长的短管与白色水泥浆的混合物压在上面，做结实的充填物使用，保证内部Hg/HgO十分结实；和/或

制作参比电极ZrO₂/Zr：

选用Zr金属丝，如果选用表面涂有有机碳的Zr金属丝，则不需清洗，直接放在金衬的氧化铝坩锅内，在熔融NaCO₃中氧化，在890-900℃反应1-2小时，在其上形成ZrO₂膜；

如果选用普通锆丝，则在前述步骤之前增加如下清洗步骤，其清洗方法为：先把Zr丝表面磨光，然后用稀盐酸浸泡，除去表面可溶物，再清洗表面，除去表面上有机污染物和粉尘。然后干燥；

ZrO₂/Zr电极与线路板连接的金属导线的联接采取机械压接的方法，即：在ZrO₂/Zr电极的与金属导线的连接端进行磨光处理，然后将导电金属管套压固在所述磨光的电极端头上，导电金属管与导线连接。

7、根据权利要求6所述的高温高压H₂化学传感器的制备方法，其特征在于：参比电极ZrO₂/Zr的制备方法中，选用普通锆丝的清洗：选用φ1～1.2mm直径Zr金属丝，用刚玉粉末粗砂纸把Zr丝表面磨光，再用石英砂布，打光Zr丝表面，然后用稀盐酸浸泡，除去表面可溶物，用蒸馏水清洗后，置于丙酮中用超声波清洗器清洗表面，半小时，除去表面上有机污染物和粉尘；然后用正己烷清洗，仍在超声波清洗器内半小时清洗，取出后用蒸馏水清净，再风干或者80℃烘干。

8、根据权利要求2或5所述的化学传感器，其特征在于：还包括一个将所述测量电极和参比电极连接在一起使它们共同组成为一个化学传感器并将所述电极放入高温高压热液环境中检测或标定或探测之用的金属部件，该金属部件是检测和标定实验装置中的高压釜上的部件，或是探测器上的固定所述电极的相关部件，该部件上设有插孔，该插孔中设有与所述电极上的所述密封结构相匹配的连接结构。

9、根据权利要求8所述的化学传感器，其特征在于：所述插孔为上粗下细的阶梯孔，连接结构为设于所述较粗孔段的孔壁上的螺纹，其与所述电极上的所述金属螺纹卡套和/或压帽螺接固定，在所述插孔和所述电极之间的环隙中还设有密封圈，使插孔和所述金属螺纹卡套或压帽和/或密封圈组之间密封。

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