直接接触，接触面为待测电极；②采用不锈钢丝将电位计和导气 管和石墨耐蚀电极连接，测量参比极和待测极之间的电位差；③利用测量的电位差、金属熔 体温度、氢在金属熔体中的饱和溶解度计算铝熔体氢含量稳定后吳0. 123ml/100gAl。
[0053] 实施例6 测量铝熔体中氢含量的传感器同实施例5,如图7所示，不同点在于：所述传感器结构 还包括参比极导线7,材质为不锈钢，其经聚四氟乙烯三通卡具104插入通管5内，与参比多 孔电极2连接，外接至测量电路；所述导气管材料为刚玉。
[0054] 采用所述传感器测量金属熔体中氢含量的方法，按照以下工艺步骤进行：①将传 感器和石墨耐蚀电极插入750° C的铝熔体中，并保证固态质子导体元件完全没入金属熔 体中，准待测极与金属熔体直接接触，接触面为待测电极；②采用不锈钢丝将电位计和参比 极导线和耐蚀电极连接，测量参比极和待测极之间的电位差；③利用测量的电位差、金属熔 体温度、氢在金属熔体中的饱和溶解度计算铝熔体氢含量稳定后吳0. 099ml/100gAl。
[0055] 实施例7 测量铝熔体中氢含量的传感器，如图8所示，包括固态质子导体元件1，参比多孔电极 2,待测电极，铂丝导线7,固体参比物8,刚玉通管5,氧化铝基陶瓷粘结剂4和Al2O3惰性材 料9 ;其中固态质子导体元件1为管装结构，材质为CaZra9InaiO3 α，其一端采用氧化铝基陶 瓷粘结剂4密封，通管5和固态质子导体元件1之间通过绝缘陶瓷粘结剂4进行连接并形成 内空间，固态质子导体元件1位于内空间内的表面为内表面，暴露于外部的表面为外表面； 参比多孔电极2涂于固态质子导体元件1的内表面，准待测电极6为固态质子导体元件1 的外表面；固态质子导体元件1底部装入Al 2O3惰性材料9,上部填装Y-H体系固体参比物 8,参比物8与参比极2及铂丝导线7接触，参比物8上方填充Al 2O3惰性材料9,然后用氧 化铝基陶瓷粘结剂4密封，并与刚玉通管5连接；铂丝导线7穿过绝缘陶瓷粘结剂4与参比 多孔电极2连接，并外接至测量电路。
[0056] 所述参比多孔电极为铂材料制成。
[0057] 所述参比物为Y-H体系固体，在750°C Y-H体系固体的平衡气氛摩尔氢含量为 0. 11%〇
[0058] 采用所述传感器测量金属熔体中氢含量的方法，按照以下工艺步骤进行：①将传 感器和石墨耐蚀电极插入750° C的铝熔体中，并保证固态质子导体元件1完全没入金属熔 体中，准待测极与金属熔体直接接触，接触面为待测电极；②利用铂丝将电位计和铂丝导线 和石墨耐蚀电极连接，测量参比极和待测极之间的电位差；③利用测量的电位差、金属熔体 温度、氢在金属熔体中的饱和溶解度计算铝熔体氢含量稳定后吳〇. 107ml/100gAl。
[0059] 实施例8 测量铝熔体中氢含量的传感器同实施例7,如图9所示，不同点在于：所述传感器结构 采用的固态质子导体元件1为片状结构，材质为CaZra9Sca A3 a ;惰性材料为Y203;S比物为 Sc-H体系固体，在750°C Sc-H体系固体的平衡气氛摩尔氢含量为0. 25%。
[0060] 采用所述传感器测量金属熔体中氢含量的方法，按照以下工艺步骤进行：①将传 感器和石墨耐蚀电极插入750° C的铝熔体中，并保证固态质子导体元件完全没入铝熔体 中，准待测极与金属熔体直接接触，接触面为待测电极；②采用铂丝将电位计和导线和石墨 耐蚀电极连接，测量参比极和待测极之间的电位差；③利用测量的电位差、金属熔体温度、 氢在金属熔体中的饱和溶解度计算铝熔体氢含量稳定后吳〇. 143ml/100gAl。
【主权项】
1. 一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于包括固态质子导体元件，参比电 极，准待测电极，参比物，通管，绝缘陶瓷粘结剂；其中通管和固态质子导体元件之间通过绝 缘陶瓷粘结剂进行连接并形成内空间，固态质子导体元件位于空间内的表面为内表面，暴 露于外部的表面为外表面，参比电极涂于固态质子导体元件的内表面上，准待测电极为固 态质子导体元件的外表面；所述参比物为气体、液体或者固体，置于内空间中，与参比电极 接触。2. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于所述准待 测电极在测氢过程中与金属熔体接触，接触面构成待测电极。3. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于传感器结 构还可以包括导气管及三通卡具，当传感器结构包括导气管及三通卡具时，参比物为气体， 三通卡具与通管上部连接，导气管经三通卡具插入至通管、绝缘陶瓷粘结剂和固态质子导 体元件形成的内空间中与参比电极连接；当导气管底端正对参比电极和固态质子导体元件 时，导气管底端为盲端，侧部开口作为出气口。4. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于传感器结 构还可以包括参比极导线，当参比物为气体时，参比极导线经三通卡具插入通管内，与参比 电极连接，并外接至测量电路；当参比物为液体或者固体时，参比极导线穿过绝缘陶瓷粘结 剂与参比电极连接，并外接至测量电路；参比极导线材料为金属钼、金、银、镍铬合金、铁铬 铝合金或者不锈钢。5. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于当参比物 为液体或者固体时，传感器结构包括惰性材料，材质为A1203,YSZ，Y203;惰性材料填充于参 比物与绝缘陶瓷粘结剂之间。6. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于所述固态 质子导体元件可为管状、球状、片状、盘状、方体状或柱体状结构，材质为钙钛矿或复合钙钛 矿结构材料。7. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于所述参比 电极材料为银、铂或金。8. 根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于所述绝缘 陶瓷粘结剂为氧化铝基材料。9.根据权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器，其特征在于所述参 比物为气体、液体或者固体，其中气体包括掺入一种或者多种或者不掺惰性气体的Ar-H2、 N2-H2、He-H2、02-H20、N2-NH3气体，液体包括Li-LiH，固体包括Y-H、Ti-H、Zr-H、Sc-H〇10. 采用权利要求1所述的一种测量金属熔体中氢含量的传感器测量金属熔体氢含量 的方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：①将传感器和耐蚀电极插入金属熔体中，并保 证固态质子导体元件完全没入金属熔体中，准待测极与金属熔体直接接触，接触面为待测 电极；②将电位计和参比极导线或金属导气管和耐蚀电极连接，测量参比极和待测极之间 的电位差；③利用测量的电位差、金属熔体温度、氢在金属熔体中的饱和溶解度计算金属熔 体氢含量5；
【专利摘要】本发明提供一种测量金属熔体中氢含量的传感器及测量方法，传感器结构包括固态质子导体元件，参比电极，准待测电极，参比物，通管，绝缘陶瓷粘结剂。所述测量方法，工艺步骤为：①将传感器和耐蚀电极插入金属熔体中，并保证固态质子导体元件完全没入金属熔体中，准待测极与金属熔体直接接触，接触面为待测电极；②将电位计和参比极导线或金属导气管和耐蚀电极连接，测量参比极和待测极之间的电位差；③利用测量的电位差、金属熔体温度、氢在金属熔体中的饱和溶解度计算金属熔体氢含量<i>S</i>。本发明传感器的质子导体元件可直接与金属熔体接触，并快速建立参比物与金属熔体中氢平衡的气氛，测量速度更快，结果更精准，并且传感器经过简化更为简单。
【IPC分类】G01N27/26
【公开号】CN105319253
【申请号】CN201510770945
【发明人】厉英, 丁玉石, 周旭东
【申请人】东北大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月12日