CN112903756A - 一种高压氧传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压氧传感器，包括四孔陶瓷管、热电偶，所述热电偶安装在四孔陶瓷管内的内芯内，热电偶的外围设置有钢玉管，所述钢玉管的外侧通过密封圈安装氧化锆片，所述氧化锆片的左右两侧分别连接有氧化锆内电极和氧化锆外电极，氧化锆外电极的右侧设置有移动顶管。本发明在结构上采用可移动双电极接触法，可满足最低测量到微氧10‑30数量级，线性重复精度可达±0.2％，反应速度在0.05毫秒，解决了目前市场无同类产品无法对特殊行业高压环境下监控氧量的问题，特别是第三代和第四代核能机组需在高温高压环境下监测热交换蒸汽中的氧含量的问题以及特钢熔炼过程中高压保护气体中的微氧监控问题。
Description
技术领域
本发明涉及高压下测控微量氧的技术领域，具体是一种高压氧传感器。
背景技术
目前市场上测氧系统都是在假设在一个标准大气压下，根据能斯特定律换算成氧含量百分数。现有的测氧系统是利用氧化锆进行测量，因氧化锆(ZrO)在高温环境很脆弱，受压后会爆裂，因此在高压下无法工作，另外由于加工技术问题，现有的测氧传感器都是加工成试管形状(见图1)，在高压环境下，试管状的测氧传感器受挤压后破裂，造成无法测量。因此在采用现有的测氧技术时，要测量高压气分时，一般都会把被测气体引出到测量罐减压测量，这就造成所测数据的偏差和真实性，达不到真实被测数据的线性关系。在一些工业应用中，需在高压状态真实反应被测气体中含氧量时，现有测氧系统就无法测量完成。
随着国家对新能源，新材料合成工艺的需要，对在高温高压环境下真实监测到气体中的氧含量有越来越迫切的需求，这是产品质量和工艺合成中氧含量参数指标是否达标的关键所在。因此，急需要一种能够在高压环境下准确测量氧含量的传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压氧传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高压氧传感器，包括四孔陶瓷管、热电偶，所述热电偶安装在四孔陶瓷管内的内芯内，热电偶的外围设置有钢玉管，所述钢玉管的外侧通过密封圈安装氧化锆片，所述氧化锆片的左右两侧分别连接有氧化锆内电极和氧化锆外电极，氧化锆外电极的右侧设置有移动顶管，所述移动顶管和钢玉管的外侧安装有探头加热器，探头加热器的外侧安装有加热器保温套，所述加热器保温套的外围安装有氧化锆探头外壳，所述氧化锆探头外壳的左侧为探头安装螺丝纹扣，探头安装螺丝纹扣的左侧安装有压板，所述氧化锆片和氧化锆片内电极的左侧与压板之间分别安装有锆管弹簧和电极弹簧。
优选地，所述移动顶管的右侧安装有移动顶套。
优选地，所述移动顶套与所述移动顶管之间设置有顶套弹簧。
优选地，所述热电偶的左侧连接有探头热电偶及氧化锆内电极导线。
优选地，所述探头加热器的左侧连接有探头加热器导线。
优选地，所述探头安装螺丝纹扣的下方通过压力传感器连接有二次仪表氧分仪。
优选地，所述压力传感器的右上角位置设置有校正和清尘气体输入口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在结构上采用可移动双电极接触法，可满足最低测量到微氧10-30数量级，线性重复精度可达±0.2％，反应速度在0.05毫秒，解决了目前市场无同类产品无法对特殊行业高压环境下监控氧量的问题，特别是第三代和第四代核能机组需在高温高压环境下监测热交换蒸汽中的氧含量的问题以及特钢熔炼过程中高压保护气体中的微氧监控问题。
附图说明
图1为现有技术中测氧传感器的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的工作原理示意图；
图中：1-探头热电偶及氧化锆内电极导线；2-探头加热器导线；3-电极弹簧；4-锆管弹簧；5-压板；6-二次仪表氧分仪；7-压力传感器；8-校正和清尘气体输入口；9-密封圈；10-探头安装螺丝纹扣；11-四孔陶瓷管；12-；13-钢玉管；14-；15-热电偶；16-氧化锆片；17-探头加热器；18-氧化锆外电极；19-移动顶管；20-移动顶套；21-顶套弹簧；22-氧化锆内电极。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-3，一种高压氧传感器，包括四孔陶瓷管11、热电偶15，所述热电偶15安装在四孔陶瓷管11的外围，热电偶15的外围设置有钢玉管13，所述钢玉管13的外侧通过密封圈9安装氧化锆片16，所述氧化锆片的左右两侧分别连接有氧化锆内电极22和氧化锆外电极18，氧化锆外电极18的右侧设置有移动顶管19，所述移动顶管19和钢玉管13的外侧安装有探头加热器17，探头加热器17的外侧安装有加热器保温套14，所述加热器保温套14的外围安装有氧化锆探头外壳12，所述氧化锆探头外壳12的左侧为探头安装螺丝纹扣10，探头安装螺丝纹扣10的左侧安装有压板5，所述氧化锆片16和氧化锆片内电极22的左侧与压板5之间分别安装有锆管弹簧4和电极弹簧3。
所述移动顶管19的右侧安装有移动顶套20，所述移动顶套20与所述移动顶管19之间设置有顶套弹簧21。所述热电偶15的左侧连接有探头热电偶及氧化锆内电极导线1，所述探头加热器17的左侧连接有探头加热器导线2。所述探头安装螺丝纹扣10的下方通过压力传感器7连接有二次仪表氧分仪6。所述压力传感器7的右上角位置设置有校正和清尘气体输入口8。
所述高压氧传感器的工作原理如下：当氧传感器直接插入被测气体管道或罐体内，随着管道或罐体压力增高，移动顶套20受压力推动顶套弹簧21压缩，气压力大于反弹力时，顶套弹簧21推动移动顶管19仅顶着氧化锆外电极18和氧化锆片16向左移动，从而带动左侧的锆管弹簧4和电极弹簧3压紧，氧化锆片内电极22和氧化锆片16同步移动，氧化锆外电极18紧顶着氧化锆片16，确保氧化锆片内电极22以及氧化锆外电极18保持接触信号(mV)传送。如压力减小或负压时，氧化锆外电极18释放压缩力，锆管弹簧4和电极弹簧释放弹力向右移动，整体向右移动保持氧化锆片内电极22以及氧化锆外电极18信号传送。本发明中氧化锆片16的内外二侧都用电极顶着，而且氧化锆片16和内外二侧电极都是可移动的，在高压环境中，可根据压力的不同弹簧收缩不同，弹簧的松紧与压力有关，确保氧化锆片16永远保持信号传送，另因氧化锆片16接触受力面很小，高压气流冲击面很小，再加二侧有电极顶住，锆氧化锆片16以及内外电极三者是同步受压移动，形成一个整体，不容易破碎。
所述压力传感器7可根据工作环境要求选择不同的量程范围，在-100KPa～1000KPa范围内可任意选择量程段。压力传感器7接收到压力信号通过4～20mA压力信号传送给二次仪表氧分仪6，二次仪表氧分仪6把氧信号(mV)和压力信号(4～20mA)通过能斯特氧量公式，计算出氧量百分含量。
本发明成本低、使用简便，可省去烦琐的附属减压装置，节省了大量辅助装置的成本和使用成本，实现了线性氧量参数的实时同步测量，对于核能热交换、高分子材料合成、稀土金属熔炼至关重要，而且应用领域广泛，可从真空到10个标准大气压环境下应用，用一个传感器解决了两个不同领域环境的测量，能够广泛应用于核能锅炉、新材料合成、稀土球墨粉末烧结、化工材料合成、电子器件材料成形等在高压下需测控微量氧的技术领域。
Claims (7)
1.一种高压氧传感器，包括四孔陶瓷管(11)、热电偶(15)，所述热电偶(15)安装在四孔陶瓷管内(11)的内芯内，热电偶(15)的外围设置有钢玉管(13)，其特征在于，所述钢玉管(13)的外侧通过密封圈(9)安装氧化锆片(16)，所述氧化锆片的左右两侧分别连接有氧化锆内电极(22)和氧化锆外电极(18)，氧化锆外电极(18)的右侧设置有移动顶管(19)，所述移动顶管(19)和钢玉管(13)的外侧安装有探头加热器(17)，探头加热器(17)的外侧安装有加热器保温套(14)，所述加热器保温套(14)的外围安装有氧化锆探头外壳(12)，所述氧化锆探头外壳(12)的左侧为探头安装螺丝纹扣(10)，探头安装螺丝纹扣(10)的左侧安装有压板(5)，所述氧化锆片(16)和氧化锆片内电极(22)的左侧与压板(5)之间分别安装有锆管弹簧(4)和电极弹簧(3)。
2.根据权利要求1所述的高压氧传感器，其特征在于，所述移动顶管(19)的右侧安装有移动顶套(20)。
3.根据权利要求2所述的高压氧传感器，其特征在于，所述移动顶套(20)与所述移动顶管(19)之间设置有顶套弹簧(21)。
4.根据权利要求1所述的高压氧传感器，其特征在于，所述热电偶(15)的左侧连接有探头热电偶及氧化锆内电极导线(1)。
5.根据权利要求1所述的高压氧传感器，其特征在于，所述探头加热器(17)的左侧连接有探头加热器导线(2)。
6.根据权利要求1所述的高压氧传感器，其特征在于，所述探头安装螺丝纹扣(10)的下方通过压力传感器(7)连接有二次仪表氧分仪(6)。
7.根据权利要求6所述的高压氧传感器，其特征在于，所述压力传感器(7)的右上角位置设置有校正和清尘气体输入口(8)。
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