[发明专利]一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置

说明书

一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，包括外不锈钢管、上不锈钢管、下不锈钢管、上绝缘支撑件、下绝缘支撑件、导电保护罩和上不锈钢套；上绝缘支撑件的外螺纹与外不锈钢管的上内螺纹和上不锈钢套的内螺纹下部通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件的外螺纹与外不锈钢管的下内螺纹和导电保护罩的内螺纹通过螺纹密封连接；下绝缘支撑件的底端与导电保护罩的底板之间有间隙；上不锈钢套、导电保护罩和外不锈钢管的内部，从上至下依次设有上不锈钢管、弹簧、下不锈钢管和质子导体。本发明的该传感器装配及拆卸简单，当传感器达到使用寿命后，可只更换探头，而无需更换传感器主体部分，可节约大量成本。

技术领域

本发明属于冶金行业中传感器技术领域，具体涉及一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置。

背景技术

质子导体传感测氢是一种新型测氢方法，该方法可以准确、迅速、实时的对金属熔体及气体中的氢进行测量，实现在线的智能监控，是一种极具前景的测氢方法。当传感器所使用的传感材料为理想的纯质子导体时，其原电池反应如公式(1)所示：

H₂(参比极)＝H₂(金属极) (1)；

理想状态下原电池产生的电动势如公式(2)所示：

金属熔体中的氢含量如公式(3)所示：

以上各式中，R为气体常数8.314J/(mol·K)；T为温度，单位K；F为法拉第常数96485C/mol；E为电动势，单位V；k为合金系数；S为金属熔体中的氢含量，单位ml/100g；为金属熔体的氢分压，单位atm，/为参比侧的氢分压，单位atm。

由公式(2)可以看出，当质子导体为纯质子导电时，可以通过控制参比极的氢分压，并利用原电池产生的电动势计算出待测极金属熔体中的氢含量。

EP0544281 TYK公司首先公布了一种测量1000℃以下金属熔体中氢含量的装置，该装置以SrCe_0.95Yb_0.05O_3-x、CaZr_0.9In_0.1O_3-x、BaCe_0.95Y_0.05O_3-x等质子导体作为氢敏材料，Pt、Ni等金属丝作为电极引线，使用陶瓷粘结剂将质子导体、莫来石管、气室等部件粘结为一体以保证其连接。CN105319253公布了一种测量熔融金属中氢含量的传感器及测量方法，该装置使用CaZr_0.9In_0.1O_3-x质子导体作为氢敏材料，以铂、金、银、镍铬等金属丝作为电极引线，以绝缘陶瓷粘结剂将质子导体与通管粘结为一体以保证其连接。

目前的文献及产品中，质子导体传感测氢探头均为一体式，一体式的探头结构牢固可靠，但存在两个问题：1.传感器属于消耗品，当传感器达到使用寿命后，必须整体进行更换；2.由于传感器内部线路及气路复杂，当传感器损坏时，必须由专业人员进行维修，维修流程繁琐。该两点均会提高传感器的成本；因此，需要一种可拆卸并方便维护的传感器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种可拆卸式金属熔体测氢传感器装置，基于质子导体浓差电池测氢法，使用标准氢气体作为参比极，传感器内部不锈钢管作为标准气气管及电极正极，传感器外部石墨保护罩及不锈钢管可同时起到保护、支撑及电极负极的作用。