CN215218662U - 一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头 - Google Patents

Abstract

本新型属于探头，具体涉及一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头。一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，包括设置在不锈钢管端部的电级探针。本新型的显著效果是：易更换性：本氧计探头的易损件为陶瓷管，当陶瓷管破损后只需拆除陶瓷管上端填料压盖即可完成更换。耐高温性和高密封性：本氧计可在不同高温工况下保持较好地密封性能，其泄露率均低于10‑6(Pa·m3)/s。经济性：本氧计探头尽量采用标准件，摒弃复杂的加工方法，简化探头结构。适用性：在不同的工况和安装位置条件下，对标准部件的尺寸进行调整，可满足不同的使用条件。

Description

一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头

技术领域

本新型属于探头，具体涉及一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头。

背景技术

高温液态铅铋(44.5wt％Pb-55.5wt％Bi)合金具有熔点低、沸点高、导热性能好、化学活性低等优良的物理与化学性能，是良好的快中子反应堆冷却剂材料。它作为冷却剂时最重要的一个问题是控制活性氧含量，氧含量若不符合要求，会严重影响铅铋自身的氧化和对铁基材料造成腐蚀。因此，液态铅铋合金中氧含量控制有着非常重要的意义，而氧含量控制的前提是测氧。

现阶段液态铅铋合金测氧用的氧计探头在国内市场中暂无标准化的产品，大多采用氧化锆陶瓷、不锈钢管道和管配件根据需求组装而成。

现阶段使用的液态铅铋合金氧计探头，主体结构氧化锆陶瓷与不锈钢的固定多采用卡压和钎焊的方法，这两种方法在使用时均存在一定的问题。

卡压时，由于氧化锆和不锈钢的热胀系数不同，高温情况下氧化锆陶瓷容易破碎，且破碎后不容易更换；钎焊时，氧化锆陶与不锈钢瓷焊接需在高温真空炉中进行，其工艺相当复杂，成本费用较高，且制作过程废品率较高。

实用新型内容

本新型的内容是针对现有技术的缺陷，提供一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头。

本新型是这样实现的：一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，包括设置在不锈钢管端部的电级探针。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，不锈钢管与电级探针之间依次设置VCR堵塞、石墨填料，其中VCR堵塞靠近不锈钢管一侧，石墨填料靠近电级探针一侧。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，电级探针与螺旋电极引线电连接，螺旋电极引线依次穿过散热翅片、石墨填料，与VCR堵塞电连接；电级探针设置在中空圆形的电极探针座中。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，在VCR堵塞与散热翅片之间设置热偶井。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，石墨填料设置在密封座内，在密封座下端设置氧化锆陶瓷。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，电极探针座上设有铜垫片。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，密封座下端设置密封盖，在密封盖外设置密封圈。

如上所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其中，围绕密封座设置散热翅片。

本新型的显著效果是：易更换性：本氧计探头的易损件为陶瓷管，当陶瓷管破损后只需拆除陶瓷管上端填料压盖即可完成更换。

耐高温性和高密封性：本氧计可在不同高温工况下保持较好地密封性能，其泄露率均低于10-6(Pa·m3)/s。

经济性：本氧计探头尽量采用标准件，摒弃复杂的加工方法，简化探头结构。

适用性：在不同的工况和安装位置条件下，对标准部件的尺寸进行调整，可满足不同的使用条件。

附图说明

图1为氧计探头总组装示意图；

其中1.电级探针 2.螺旋电极引线 3.散热翅片 4.热偶井 5.M8螺柱 6.铜垫片7.电极探针座 8.石墨填料环 9.密封座 10.氧化锆陶瓷 11.密封圈 12.密封盖 13.VCR堵塞 14.垫片 15.螺母 16.对焊接头 17.不锈钢管 18.管头护帽

具体实施方式

本氧计探头主要由：固体电解质、参比电极、电极引线和热偶丝、连接件等组成，设计重点是各组成件的设计或选型、密封设计和连接方式设计。

固体电解质是氧计探头中最为关键的零部件，本氧计探头固体电解质选用陶瓷管，设计成圆管状，并用铂丝作为导线，测量时管内填充参比电极，管外为氧含量待测的液态铅铋合金。由于陶瓷管易损坏、寿命短，陶瓷管主体外套设不锈钢管。陶瓷管的结构形式可设计直筒型管状、带台边锥形管状等。

电解质陶瓷管为易损件，在陶瓷管底部设计管头护帽，可防止陶瓷管破损后的破损物进入铅铋系统，管帽尺寸同不锈钢保护管外径。

用于液态铅铋合金的氧计探头，参比电极主要有Pt/air、Bi/Bi2O3和In/In2O3三种。通过调研和查阅大量资料文献，得到结论Bi/Bi2O3参比电极更适用高温状态下氧浓度的测量，具有良好的输出信号稳定性。所以本氧计探头选用的参比电极为Bi/Bi2O3，成分质量比为Bi：Bi2O3＝15:1。

参比电极引线多选用铂丝，采用电极探针螺纹连接，此处的密封位于探头低温区，密封垫采用无氧铜或镍垫片，当陶瓷管破裂和陶瓷管处的轴向密封失效时，此密封可以防止介质外溢和空气污染，探针电极连接两个电极，一个与参比电极引线采用三夹嘴连接，一个与外壁金属(相当于铅铋极引线)连接。参比电极引线也可以采用钼丝，钼丝价格低，但高温耐腐蚀性与铂丝相比稍差。

本氧计探头同时具备温度检测功能，在连接件(法兰或VCR接头)的盲板或盲板堵头处开孔：直径为4mm，不锈钢仪表管一端焊接在开孔处，另一端可填装热电偶丝，采用卡套连接，热电偶丝的不锈钢管可同陶瓷管一样深入高温液态铅铋液面以下。

氧计探头中固体电解质的密封采用填料密封结构，在陶瓷管与不锈钢密封座之间采用双重填料密封，填料采用柔性石墨，填料环采用截面为梯形的斜向密封环，为保证此密封结构和密封材料在高温时泄露率10^-6(Pa·m³)/s的要求，在密封盖与密封座之间设计榫槽，槽内填充无机胶辅助密封，将大幅降低轴向填料密封失效后形成泄露的风险。

本氧计探头可安装在待测介质所在的设备或管道上，为方便氧传感器安装拆卸，采用VCR接头的连接方式，接头由螺母、接管、垫片、阀体(或盲板堵头)等标准件组成。各零部件的尺寸应根据的陶瓷管、热电偶丝尺寸选择。陶瓷管、热电偶丝连接。

本氧计探头测氧的原理为原电池原理，测量方法采用开路电动势测量法。通过测量固体电解质两侧的电动势和介质温度，经过信号分析后转化为氧含量信号。

本申请的创新点

首先，本氧计探头避免了氧化锆陶瓷管与不锈钢之间的硬连接。常规柔性石墨填料密封的结构，在陶瓷管与不锈钢填料箱之间是采用的双重填料密封，但此密封结构和密封材料在高温时泄露率很难保证10-6(Pa·m3)/s的要求。为达到降低泄露率的要求，在填料压盖与密封箱之间设计榫槽，填充无机胶辅助密封。此处填充的无机胶为不耐水无机胶，高温工作时无水，既能保证胶封处的密封性，又方便在拆卸时无机胶密封处沾水后胶封迅速粉化，达到快速便捷拆卸的目的。

其次，为减少高温交变温度下的氧计探头安装面处的泄露，氧计探头密封结构采用法兰栓接，法兰密封面间采用金属C形密封环；金属C形密封环由外露的金属包覆层和包裹期内圆柱形螺旋弹簧组成。电极引线处采用CF型超真空法兰电极，此处的密封位于探头低温区，密封垫采用纯铜或镍垫片，当陶瓷管破裂时，此密封可以防止介质外溢和空气污染。

再次，为防止陶瓷破损后的破损物进入铅铋系统，陶瓷管底部设计护套。护套上开有通槽，与不锈钢管紧密连接。

Claims (7)

1.一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：包括设置在不锈钢管(17)端部的电级探针(1)；

不锈钢管(17)与电级探针(1)之间依次设置VCR堵塞(13)、石墨填料(8)，其中VCR堵塞(13)靠近不锈钢管(17)一侧，石墨填料(8)靠近电级探针(1)一侧。

2.如权利要求1所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：电级探针(1)与螺旋电极引线(2)电连接，螺旋电极引线(2)依次穿过散热翅片(3)、石墨填料(8)，与VCR堵塞(13)电连接；电级探针(1)设置在中空圆形的电极探针座(7)中。

3.如权利要求2所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：在VCR堵塞(13)与散热翅片(3)之间设置热偶井(4)。

4.如权利要求3所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：石墨填料(8)设置在密封座(9)内，在密封座(9)下端设置氧化锆陶瓷(10)。

5.如权利要求4所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：电极探针座(7)上设有铜垫片(6)。

6.如权利要求5所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：密封座(9)下端设置密封盖(12)，在密封盖(12)外设置密封圈(11)。

7.如权利要求6所述的一种用于高温铅铋合金测氧的氧计探头，其特征在于：围绕密封座(9)设置散热翅片(3)。

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