或氢活度转换成氧逸度或氧活度，从而避免了因组成复杂的浓水流体样品中水逸度或水活度无法精准把握而造成所获结果的可靠性受到质疑的问题。
[0020]3、与现有同类高压水热氧传感器相比，例如前述由“高压水热样品I聚四氟乙烯膜I贵金属电极+电极引线I YSZ I氧参考物+电极引线”构成的电化学池传感器，本实用新型除去了传感器结构中包裹贵金属电极这一前人使用而本实用新型申请人实验证实无需使用的聚四氟乙烯薄膜，从而避免了测量结果的近似性，因为聚四氟乙烯薄膜内的水逸度或水活度通常与膜外的水逸度或水活度存在一定的差值。
[0021]4、在本实用新型中，通过在YSZ圆台大圆面上涂刷-烧结海绵状铂层以增加水热样品-YSZ-海绵状铂三相接触线的有效长度，以及通过去除包裹贵金属电极这一前人使用而本实用新型申请人实验证实无需使用的聚四氟乙烯薄膜，使得本传感器的响应速率大为提升。
[0022]5、本实用新型中的前述圆台状耐高温绝缘锥垫、固体氧缓冲剂、耐高温绝缘锥套、圆台状固体电解质陶瓷、圆台状耐高温绝缘陶瓷、海绵状惰性金属层、惰性金属片以及电极引线在组装至上述装置基座的锥孔后，各组成部件间紧密接触，具很好的整体性，不易散落和损坏，从而使得本实用新型装置可多次重复使用。
[0023]6、本传感器的外形设计灵活多变，因此在高温压力容器上可选择对高温压力容器力学强度不造成明显影响的部位来安装本传感器，从而最大限度地减少了因传感器的安装对高温压力容器工作温度和压力带来的负面影响。
[0024]总之，通过从结构和外形上对现有同类传感器的大量改进，本实用新型一方面将传感器的工作温度和压力上限提高到了可同时达到700°C、100MPa，从而克服了现有同类传感器的工作温度和压力不能同时超过400°C、40 MPa的问题；另一方面，与现有各种高压水热氧传感器比较，本传感器的响应速率和可靠性获得了显著的提升。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1对本实用新型作进一步地详细描述。
[0027]1、传感器各零部件的制作。如图1所示，本实施例中电极的零部件主要由基座9、圆台状耐高温绝缘锥垫8、固体氧缓冲剂7、耐高温绝缘锥套5、圆台状固体电解质陶瓷2、圆台状耐高温绝缘陶瓷4、海绵状惰性金属层1、惰性金属片6以及电极引线3等组成。其中采用高温镍基合金制作基座9，镍基合金基座9的一端有两个锥孔，另一端有两个通孔分别与锥孔连通；采用叶蜡石制作圆台状耐高温绝缘锥垫8和耐高温绝缘锥套5，并且叶蜡石圆台状耐高温绝缘锥垫8轴心有通孔；选用刚玉陶瓷制作圆台状耐高温绝缘陶瓷4，其轴心的铂金电极引线3与陶瓷本体经注浆法整体烧结而成；选用YSZ陶瓷制作圆台状固体电解质陶瓷2，其由注浆法制作，经高温烧结而成；采用铂金丝制作电极引线3 ;选用铂金浆料制作圆台状固体电解质陶瓷2和圆台状耐高温绝缘陶瓷4大圆面上的海绵状惰性金属层，其经涂刷-烧结工艺制作而成；采用金属铂制作惰性金属铂片6 ;固体氧缓冲剂7选用N1-N1，其摩尔比为4:1 ;镍基合金基座9上的两锥孔、圆台状耐高温绝缘锥垫8、耐高温绝缘锥套5、圆台状固体电解质陶瓷2和圆台状耐高温绝缘陶瓷4的开角均为15°。
[0028]2、传感器各零部件的组装。如图1所示，包括如下步骤:
[0029]步骤一:将电极引线3沿圆台状耐高温绝缘锥垫8的通孔穿出。
[0030]步骤二:将两组穿有电极引线3的圆台状耐高温绝缘锥垫8分别压入镍基合金基座9上两个锥孔的收敛端，且使圆台状耐高温绝缘锥垫8的小圆面与锥孔的小圆面之间保留一定空隙。
[0031]步骤三:在镍基合金基座9其中一个锥孔中的圆台状耐高温绝缘锥垫8的大圆面上放置耐高温绝缘锥套5和具适当厚度的惰性金属片6。
[0032]步骤四:在镍基合金基座9另一个锥孔中的圆台状耐高温绝缘锥垫8的大圆面之上依次放入耐高温绝缘锥套5、固体氧缓冲剂7和具有适当厚度的惰性金属片6。
[0033]步骤五:用油压千斤顶将大圆面上有海绵状惰性金属层I和电极引线3、轴心含电极引线3的圆台状耐高温绝缘陶瓷4压入安装于前述步骤三锥孔中的耐高温绝缘锥套5内。测量海绵状惰性金属层I上电极引线3与从镍基合金基座9通孔中穿出的电极引线3之间的电阻，确认两者的电连通性良好。测量海绵状惰性金属层I上电极引线3与镍基合金基座9之间的电阻，确认其绝缘良好。
[0034]步骤六:用油压千斤顶将大圆面上有海绵状惰性金属层I和电极引线3的圆台状固体电解质陶瓷2，压入安装于前述步骤四锥孔中的耐高温绝缘锥套5中，测量海绵状惰性金属层I上电极引线3及从镍基合金基座9通孔中穿出的电极引线3与镍基合金基座9之间的电阻，确认其绝缘良好。
[0035]步骤七:连接圆台状固体电解质陶瓷2与圆台状耐高温绝缘陶瓷4海绵状惰性金属层I上的电极引线3，使其接触良好。
[0036]至此，传感器各零部件的组装完成。
[0037]3、氧传感器的可行性测试
[0038]以外加热筒状镍基合金高压釜为测试平台，以饱和NaCl水溶液为初始样品，采用压环加直角梯形金属密封圈的密封机构将制备出的氧化学传感器电极安装至筒状镍基合金高压Il的上，并向水溶液中放入一内封Cu+Cu20+H20的Ag-Pd合金囊(用于控制镍基合金高压釜内的氧逸度)。
[0039]测试结果表明，借助由镍基合金基座上的锥孔，安装于其中一个锥孔中的耐高温绝缘锥垫-耐高温绝缘锥套-固体氧缓冲剂-圆台状固体电解质陶瓷，以及安装于另一个锥孔中的耐高温绝缘锥垫-耐高温绝缘锥套-圆台状耐高温绝缘陶瓷各自所形成的锥形自紧式锥形密封机构和整体形成的“高压水热样品I海绵状惰性电极+电极引线I固体电解质陶瓷I固体氧缓冲剂I电极引线”电化学池，本传感器在常温-700°C和常压-100 MPa的水热体系中获得了非常理想的密封效果，并在250-700°C和常压-100 MPa水热体系中两电极引线之间的电动势自始至终在±5 mV范围内波动，即能很好地符合Nernst公式。由此表明，本实用新型所述传感器能稳定可靠地至少用于250-700°C、常压-100 MPa温压范围水热体系的氧逸度或氧活度的原位直接测量。
【主权项】
1.一种用于高温高压水热体系的氧化学传感器，由基座(9)、圆台状耐高温绝缘锥垫(8)、固体氧缓冲剂(7)、耐高温绝缘锥套(5)、圆台状固体电解质陶瓷(2)、圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)、海绵状惰性金属层(1)、惰性金属片(6)以及电极引线(3)组成，其特征在于:所述基座(9)上设有锥孔，两个锥孔的收敛端分别与两个通孔连通，在两个锥孔的收敛端均有圆台状耐高温绝缘锥垫(8);其中一个锥孔内的圆台状耐高温绝缘锥垫(8)的大圆面之上有耐高温绝缘锥套(5)，以及从下到上依次安装在耐高温绝缘锥套(5)内的固体氧缓冲剂(7)、惰性金属片(6)和圆台状固体电解质陶瓷(2)，其中圆台状固体电解质陶瓷(2)的大端面上设有海绵状惰性金属层(1)，连接圆台状固体电解质陶瓷(2)小端面端惰性金属片(6)的电极引线(3)依次穿过固体氧缓冲剂(7)和圆台状耐高温绝缘锥垫(8)并从通孔引出?’另一个锥孔内的圆台状耐高温绝缘锥垫(8)的大圆面之上有耐高温绝缘锥套(5)，以及从下到上依次安装在耐高温绝缘锥套(5)内的惰性金属片(6)和轴心含有电极引线(3)的圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)，在圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)的大端面上设有海绵状惰性金属层(1)，并且位于该锥孔下方通孔内电极引线(3)穿过圆台状耐高温绝缘锥垫(8)、借助惰性金属片(6)和圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)的轴心电极引线(3)实现与海绵状惰性金属层(I)的电连通；圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)大端面的海绵状惰性金属层(I)通过电极引线(3)与圆台状固体电解质陶瓷(2)大端面的海绵状惰性金属层(I)连接。2.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述圆台状耐高温绝缘锥垫(8)和耐高温绝缘锥套(5)的材料为叶蜡石、云母或氮化硼。3.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述圆台状固体电解质陶瓷(2)的材料为YSZ陶瓷。4.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)的材料为刚玉陶瓷，其轴心含与圆台状耐高温绝缘陶瓷(4) 一同烧结成的电极引线(3)。5.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述惰性金属片(6)为铂金或黄金片。6.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述海绵状惰性金属层(I)材料为Pt。7.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述电极引线(3)均为铂丝。8.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述基座(9)上的两个锥孔，以及安装于锥孔中的圆台状耐高温绝缘锥垫(8)、耐高温绝缘锥套(5)、圆台状固体电解质陶瓷(2)和圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)具有相同的锥角，为10-20°，彼此共同形成锥形自紧式密封机构。9.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系的氧化学传感器，其特征在于:所述基座(9)的制备材料为镍基合金或钛合金或不锈钢。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于高温高压水热体系的氧化学传感器，传感器由基座、圆台状耐高温绝缘锥垫、固体氧缓冲剂耐高温绝缘锥套、圆台状固体电解质陶瓷、圆台状耐高温绝缘陶瓷、海绵状惰性金属层、惰性金属片和电极引线组成，各零部件组合形成锥形自紧式密封机构，由此构成的基于电化学池的氧传感器，可用于高温（250-700℃）高压（常压-100MPa）水热体系氧逸度或氧活度的原位直接测量，解决了现有各种用于高压水热体系的氧化学传感器存在工作温度压力不高（难以同时超过400℃、40MPa）、响应速度慢以及用于复杂的浓水流体样品时可靠性存在质疑的问题。
【IPC分类】G01N27/416
【公开号】CN204903454
【申请号】CN201520605043
【发明人】李和平, 徐丽萍, 杨美琪, 徐惠刚
【申请人】中国科学院地球化学研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月12日