耐超高温、耐辐射的液位控制电缆的制作方法

本发明涉及自动化仪器仪表领域，更加具体地，涉及一种智能化、高精度、高可靠性、大量程、耐腐蚀、全密封和防爆等特殊要求的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆。

背景技术：

目前应用于核电、石油化工、钢铁冶炼等领域的电缆为有机绝缘电缆，其有机绝缘材料为聚乙烯、聚氯乙烯、交联型聚烯烃、硅橡胶、氟塑料、乙烯基或丙烯基合成的橡胶。在实际应用环境下，电缆的有机绝缘和护套等聚合物材料随着时间的推移会发生各种不可逆的化学老化和物理老化。高温、高耐辐射和腐蚀的环境中，有机材料的老化过程急剧加速，导致材料物理、力学和电气性能发生变化，如延伸率降低、抗拉强度减弱、硬度或抗压模量增大、密度增加及介质损耗增加、绝缘性能降低等，甚至出现脆化开裂等现象，对电缆应用场所的安全造成巨大威胁。而评估应用中的电缆生命状况目前尚无可行的解决方法。特别是对于安装在密闭的、高温、高耐辐射的应用空间内的电缆，由于不能随时维修更换，一般要求电缆具有2-3年的服役寿命，而由于高温、高耐辐射应用领域的特殊性，必须对其进行实时监测和控制，如核反应堆高温循坏水的液位监测，因此如何提高高温、高耐辐射、腐蚀环境中电缆的服役寿命具有重要意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的示例性实施例提出了耐超高温、耐辐射的液位控制电缆。

根据本发明的一方面，一种耐超高温、耐辐射的液位控制电缆，包括上限测温组件、下限测温组件、上限发热元件、下限发热元件、导线、合金护层以及包覆在上限测温组件、下限测温组件、上限发热元件、下限发热元件、导线外侧及填充在合金护层内的无机复合绝缘层；所述液位控制电缆采用U形设计，所述上限测温组件和上限发热元件成对设置于所述液位控制电缆的一直端，所述下限测温组件和下限发热元件成对设置于所述液位控制电缆的另一直端，所述上限测温组件由第一测温线与第二测温线焊接组成；所述下限测温组件由第三测温线与第四测温线焊接组成；所述上限发热元件两端与导线焊接相连，所述下限发热元件两端与导线焊接相连；上限测温组件和上限发热元件与液位控制电缆弯曲端的距离大于下限测温组件和下限发热元件与液位控制电缆弯曲端的距离。

根据本发明的示例性实施例，所述上限发热元件与下限发热元件材料包括按重量百分比的以下成分：铬Cr 18％-21％，钙Ca 0.002％-0.009％，钇Y 0.001％-0.03％，余量为镍。

根据本发明的示例性实施例，所述无机复合绝缘层按重量百分比由以下颗粒制得：气相沉淀氧化硅颗粒0％-2％，氮化硅颗粒0％-1％，其余为高纯电熔氧化镁颗粒；其中，气相沉淀氧化硅颗粒与氮化硅颗粒的重量百分比的总和不小于1.8％。

根据本发明的示例性实施例，所述高纯电熔氧化镁颗粒的纯度为99.999％以上；所述气相沉淀氧化硅颗粒以及氮化硅颗粒的纯度为99.999％以上；所述高纯电熔氧化镁颗粒的平均粒径为30nm-80μm，所述气相沉淀氧化硅颗粒以及氮化硅颗粒的平均粒径为80nm-50μm。

根据本发明的示例性实施例，所述第一测温线与第三测温线材料包括按重量百分比的以下成分：铬Cr 10％，镍Ni 90％；第二测温线与第四测温线材料包括按重量百分比的以下成分：铝Al 3％，镍Ni 97％。

根据本发明的示例性实施例，所述上限发热元件与下限发热元件在恒电流2.5A工作时，发热温度大于等于650℃。

根据本发明的示例性实施例，所述上限发热元件与下限发热元件外径为0.1mm-0.3mm，成等距螺旋状。

根据本发明的示例性实施例，所述复合无机绝缘层的常温绝缘电阻不小于1000MΩ，500℃时的绝缘电阻不小于8MΩ，800℃时的绝缘电阻不小于5MΩ。

根据本发明的示例性实施例，所述耐超高温、耐辐射的液位控制电缆的工作温度范围为-60℃-800℃。

根据本发明的另一方面，一种耐超高温、耐辐射的液位控制电缆的制造方法，包括：

一、无机复合绝缘材料的制备：

按照重量百分比对气相沉淀氧化硅颗粒0％-2％，氮化硅颗粒0％-1％，其余为高纯电熔氧化镁颗粒进行配料；

将气相沉淀氧化硅颗粒以及氮化硅颗粒充分混合后放入容器内在900℃下灼烧2.5h，冷却后加入高纯电熔氧化镁颗粒搅拌、混合均匀，得到无机复合绝缘材料；

将无机复合绝缘材料压制成瓷柱，瓷柱经1250℃高温烧结后，储存在恒温箱备用；

二、测温线制备

将第一测温线与第二测温线一端氩焊成上限测温组件，将第三测温线与第四测温线一端氩焊成下限测温组件，分别清洗备用，其中，所述第一测温线与第三测温线材料包括按重量百分比的以下成分：铬Cr10％，镍Ni 90％；第二测温线与第四测温线材料包括按重量百分比的以下成分：铝Al 3％，镍Ni 97％；

三、发热元件及导线

将镍铬合金密绕成螺圈分别形成上限发热元件以及下限发热元件，其中，所述镍铬合金包括按重量百分比的以下成分：铬Cr 18％-21％，钙Ca 0.002％-0.009％，钇Y 0.001％-0.03％，余量为镍；

四、合金管

合金管清洗，干燥；

五、组装

串行布置成对设置的上限测温组件与上限发热元件，以及成对设置的下限测温组件与下限发热元件，其中，上限发热元件的一端通过第一无氧铜线与下限发热元件的一端相连，上限发热元件的另一端与第二无氧铜线相连，下限发热元件的另一端与第三无氧铜线相连；在上限测温组件、下限测温组件、上限发热元件、下限发热元件、第一无氧铜线、第二无氧铜线以及第三无氧铜线的外侧设置瓷柱，然后在瓷柱外套设合金管，制得组件半成品；

六、热处理与成型

对组件半成品进行1-2组退火、拉拔以及退火的工序组合，然后进行650℃抽真空处理1h-1.5h，冷却至室温后，进行多道次拉拔与退火工艺，其中，退火温度为500℃-635℃，每道次拉拔变形率为10％-28％，并进行分段、密封和弯曲处理，得到所述耐超高温、耐辐射的液位控制电缆，其中，上限测温组件和上限发热元件与液位控制电缆弯曲端的距离大于下限测温组件和下限发热元件与液位控制电缆弯曲端的距离。

与现有技术相比，本发明综合运用材料配比与组合，和/或配合改进的工艺组合与优化的工艺参数设置，制备智能化、高精度、高可靠性、大量程、耐腐蚀、全密封和防爆等特殊要求的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆，具有工作温度范围大，耐腐蚀、耐高低温、耐震耐压、抗核耐辐射强、防爆、低损耗，低电容、低噪音和高屏蔽的特点。

本发明实施例提供的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆，可以满足对-60℃-800℃温度范围内腐蚀、高温、超高温、腐蚀环境中的液位监测与控制，尤其适用于核反应堆高温循环水液位监测和控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明示例性实施例的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆的结构示意图。

图2是根据本发明示例性的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆的应用原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种耐超高温、耐辐射的液位控制电缆包括上限测温组件C、下限测温组件D、上限发热元件E1、下限发热元件E2、导线E3、合金护层A以及包覆在上限测温组件C、下限测温组件D、上限发热元件E1、下限发热元件E2、导线E3外侧及填充在合金护层A内的无机复合绝缘层B。

耐超高温、耐辐射的液位控制电缆呈U形设计，上限测温组件C和上限发热元件E1成对设置于U形一直端，下限测温组件D和下限发热元件E2成对设置于U形另一直端。

上限测温组件C和上限发热元件E1与液位控制电缆弯曲端的距离大于下限测温组件D和下限发热元件E2与液位控制电缆弯曲端的距离。

上限测温组件C由第一测温线C1与第二测温线C2焊接组成，上测温点为第一测温线C1与第二测温线C2焊接点。上测温点位于上限发热元件E1中部。本领域技术人员不难理解，第一测温线C1与第二测温线C2还可以以其它方式连接。

下限测温组件D由第三测温线D1与第四测温线D2焊接组成，下测温点为第三测温线D1与第四测温线D2焊接点。下测温点位于下限发热元件E2中部附近。本领域技术人员不难理解，第三测温线D1与第四测温线D2还可以以其它方式连接。

上限发热元件E1两端与导线E3焊接相连，下限发热元件E2两端与导线焊接相连。连接上限发热元件E1与下限发热元件E2的导线为同一导线。

实施例1

根据本发明实施例的一种耐超高温、耐辐射的液位控制电缆的制备如下：

一、无机复合绝缘材料的制备：

将纯度为99.999％以上、平均粒径为80nm-50μm的气相沉淀氧化硅颗粒0.05wt％；纯度为99.999％以上、平均粒径为80nm-50μm的氮化硅颗粒0.08wt％；其余为纯度为99.999％以上、平均粒径为30nm-80μm的高纯电熔氧化镁颗粒进行配料。

将气相沉淀氧化硅与氮化硅颗粒充分混合后放入容器内进行高温灼烧(900℃×2.5h)，冷却后加入上述高纯电熔氧化镁粉搅拌、混合均匀，得到无机复合绝缘材料。

用无机复合绝缘材料压制成所需的专用瓷柱，瓷柱经1250℃高温烧结后，储存在恒温箱备用。

二、测温线制备

测试合格的第一、第二测温线按要求长度截取，一端氩焊，第三、第四测温线也按在求长度截取后一端氩焊，清洗备用。第一测温线与第三测温线材料包括按重量百分比的以下成分：铬Cr 10％，镍Ni 90％；第二测温线与第四测温线材料包括按重量百分比的以下成分：铝Al 3％，镍Ni 97％。

三、发热元件

发热元件采用0.3mm的镍铬合金密绕成外径为1.3mm的等距螺圈，上限发热元件与下限发热元件材料包括按重量百分比的以下成分：铬Cr 18％-21％，钙Ca 0.002％-0.009％，钇Y 0.001％-0.03％，余量为镍。

四、合金管

合金管清洗，干燥。

五、组装

串行布置成对设置的上限测温组件与上限发热元件，以及成对设置的下限测温组件与下限发热元件，其中，上限发热元件的一端通过第一无氧铜线与下限发热元件的一端相连，上限发热元件的另一端与第二无氧铜线相连，下限发热元件的另一端与第三无氧铜线相连；在上限测温组件、下限测温组件、上限发热元件、下限发热元件、第一无氧铜线、第二无氧铜线以及第三无氧铜线的外侧设置瓷柱，然后在瓷柱外套设合金管，制得组件半成品。

六、热处理与成型

对组件半成品进行1-2组退火、拉拔、退火的工序组合，然后进行650℃抽真空处理1h，冷却至室温后进行多道次拉拔与退火工艺，其中退火温度为500℃-635℃，每道次拉拔变形率为10％-28％，并进行相应的分段、密封和弯曲，得到成品耐超高温、耐辐射的液位控制电缆。其中，上限测温组件和上限发热元件与液位控制电缆弯曲端的距离大于下限测温组件和下限发热元件与液位控制电缆弯曲端的距离。

根据本实施了制备的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆，上限发热元件与下限发热元件在恒电流2.5A工作时，发热温度大于等于650℃；复合无机绝缘层的常温绝缘电阻不小于1000MΩ，500℃时的绝缘电阻不小于8MΩ，800℃时的绝缘电阻不小于5MΩ，成品电缆的工作温度范围为-60℃-800℃。

实施例2

采用实施例1制得的耐超高温、耐辐射的液位控制电缆进行液位探测控制(参见图2)，发热元件工作在2.5A，发热温度约600℃。当容器内液位在上限时(即液位达到上测温点时)，上限发热元件E1部分地及下限发热元件E1与下限测温组件D全部浸没在液体内，由于发热元件的热容量小，这时上限测温点的温度与液体相近，则控制液体补充机构停止向容器内注入液体。当液位低于下限时(即液位低于下测温点时)，下限测温点输出高温信号，此时启动液体补充机构，当液位上升到液位上限时，上限测温点的高温信号降低，液体补充机构关闭，保持液位在正常的工作状态。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。