一种核电站用氢气浓度在线监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及核电站中易燃易爆气体浓度在线监测技术领域，具体是一种核电 站用氨气浓度在线监测装置。
【背景技术】
[0002] 目前国内二代压水堆核电厂在对安全壳内氨气浓度测量时采用从安全壳内取样 检测的方式，该方式存在不能实时在线检测安全壳内氨气浓度的缺陷。=代核电厂要求W 在线监测的氨气浓度值作为控制氨气点火器启动的条件，该就要求实现氨气浓度在线实时 监测的功能。然而，目前国内外的氨气浓度传感器普遍基于热导法工作原理实现，该些传感 器无法对环境中氨气实现在线连续监测，受到氨气浓度传感器的限制，现今也没有实现安 全壳氨气浓度在线监测的装置。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种核电站用氨气浓度在线 监测装置，其响应时间快、测量准确性高，能实现安全壳内氨浓度的在线连续监测，进而能 满足S代核电厂的需求。
[0004] 本实用新型解决上述问题主要通过W下技术方案实现：一种核电站用氨气浓度 在线监测装置，包括氨气浓度传感器、压力传感器及数据处理装置，所述氨气浓度传感器和 压力传感器均设于安全壳内，数据处理装置设于安全壳外，所述氨气浓度传感器和压力传 感器均通过信号电缆与数据处理装置连接；所述氨气浓度传感器包括压力平衡膜、内层壳 体、对电极、工作电极、浓硫酸电解质、氨气半透膜及信号接头，所述内层壳体上下两端均开 口，所述压力平衡膜和氨气半透膜分别固定于内层壳体上下两端且封闭内层壳体上下两端 的开口，压力平衡膜、内层壳体及氨气半透膜=者之间的区域构成电解质容腔，所述浓硫酸 电解质填充于电解质容腔内；所述对电极、工作电极及信号接头=者均有一端穿过内层壳 体且嵌入电解质容腔内，对电极和工作电极两者位于内层壳体外的一端通过电缆连接，信 号接头位于电解质容腔内的一端与工作电极连接；所述对电极的基材表面涂覆有二氧化销 层，工作电极的基材表面锻有销黑层。本实用新型的氨气浓度传感器中连接对电极和工作 电极的电缆上串接有电阻或负载，氨气浓度传感器产生的电流信号由信号接头输出。氨气 浓度传感器的压力平衡膜主要用于平衡外界大气的压力和电解质容腔中压力，使得大气和 电解质容腔中的压力保持一致，消除压力对测量结果的影响，W保证氨气通过氨气半透膜 的动力主要来源于氨气浓度差，氨气半透膜主要作用为隔离电解质容腔和测量气体，并使 得测量气体中的氨气经过氨气半透膜进入电解质容腔。
[0005] 本实用新型的氨气浓度传感器应用时基于催化反应电化学分析原理，利用氨气在 涂有催化剂的工作电极上的化学反应W及电解质作用下产生的电流测量氨气的分压。测量 样气经氨气半透膜进入电解池，并在与工作电极接触时立即发生电离反应①，工作电极表 面的销黑层作为使氨气发生电离的催化剂。对电极含有Pt化（反应②)，对电极浸在酸性浓 硫酸电解质中，此电解质在210°C高温条件下不沸腾，且具备导电功能。浓硫酸电解质提供 了离子导电通路，连接两个电极间的电阻或负载提供了电子导电通路。氨气半透膜将浓硫 酸电解质与环境大气中分离。氨气进入电解质容腔后，使电解质容腔分压为零。因此，氨气 半透膜大气一侧的氨分压是传输氨气使其通过氨气半透膜的驱动力。外部电阻或负载电压 为可将感测大气氨分压转换为电流信号，与驱动力成正比。
[000引抵-> 2且+ + 2e- 工作电极反应①
[0007] 2且+ +2e-+Pt〇2->PtO+亞0 对电极反应②
[000引 电流一-分压比为特定电极配置常数和恒温常数，就温度变换而言，氨气半透膜 对氨气的透气率不相同，从而使得传感器的感应电流也随之发生变化。透气率的变化，之后 转化为电流的变化随着温度升高而增加。
[0009] 进一步的，所述对电极和工作电极均采用贵金属为基材。
[0010] 进一步的，所述对电极和工作电极均采用销片或销网为基材。
[0011] 进一步的，所述氨气浓度传感器还包括测温元件，所述测温元件穿过内层壳体且 其感温端与浓硫酸电解质接触。本实用新型应用时通过测温元件对电解质容腔内的温度进 行监测，便于对电解质容腔内的氨气浓度进行校准。因本实用新型产生的信号与温度有关， 设置温度校准可满足不同温度下氨气浓度监测的要求。
[0012] 进一步的，所述压力平衡膜采用聚四氣己締薄膜，所述氨气半透膜采用PET半透 膜。如此，本实用新型的压力平衡膜和氨气半透膜具有耐硫酸腐蚀、耐220°C高温、耐福照等 特性，压力平衡膜在大气压力变化时，能平衡电解质容腔与外界压力，而氨气半透膜具备氨 分子透过功能。
[0013] 进一步的，所述氨气浓度传感器还包括外层壳体，所述内层壳体设于外层壳体内。 本实用新型的氨气浓度传感器应用时内层壳体为浓硫酸电解质提供压力边界，外层壳体提 供校准时的压力边界。
[0014] 为了使氨气浓度传感器和压力传感器两者与数据处理装置连接时操作便捷，进一 步的，一种核电站用氨气浓度在线监测装置，还包括固定在安全壳侧壁上且接通安全壳内 部与外界的贯穿件，所述氨气浓度传感器、压力传感器及数据处理装置均通过电缆与贯穿 件连接，进而实现氨气浓度传感器和压力传感器与数据处理装置连接。
[0015] 进一步的，一种核电站用氨气浓度在线监测装置，还包括设于安全壳内的标定装 置。其中，标定装置用于在役检查氨浓度时本实用新型的校准和检查。
[0016] 进一步的，所述数据处理装置包括控制器、同步数据采集模块、校准驱动模块、电 流输出模块及10控制模块，所述同步数据采集模块、校准驱动模块、电流输出模块及10控 制模块均与控制器连接。
[0017] 进一步的，所述氨气浓度传感器和压力传感器构成传感器组，每组传感器组包括 一个氨气浓度传感器和一个压力传感器；所述数据处理装置的数量为两个，一个数据处理 装置连接有两组传感器组，另一个数据处理装置连接有一组传感器组。如此，本实用新型具 有3个氨气浓度传感器和3个压力传感器，在正常运行工况下，=组传感器组测量结果基 本一致，每组结果均能体现安全壳内氨气浓度。在事故工况下，安全壳内环境条件复杂，仪 表的测量的可靠性会降低，=组测量结果中取两组结果相近的结果作为安全壳内氨气浓度 值，W提高仪器测量结果的可靠性。
[0018] 本实用新型应用时通过氨气浓度传感器能测量安全壳内大气中氨气的分压，通过 压力传感器能测量安全壳内大气的总压，氨气浓度传感器和压力传感器传出的模拟信号经 过数据处理装置处理后，再通过数据处理装置的显示模块持续显示安全壳内大气中氨气的 百分比浓度，对超出用户输入限值的氨气浓度进行报警。监测的氨气浓度信号传输至主控 室，测量得到的氨气浓度值用于严重事故工况下氨气点火器启动依据。
[0019] 综上所述，本实用新型具有W下有益效果；（1)本实用新型的氨气浓度传感器和 压力传感器直接安装在核电站安全壳内，通过氨气浓度传感器和压力传感器能实现核电站 安全壳内氨气分压和气体环境总压力的连续在线测量，如此，本实用新型应用时能够及时、 直接监测安全壳内氨气浓度变化，并在核电站正常运行和基准事故工况下具备连续稳定工 作的能力。
[0020] (2)本实用新型的氨气浓度传感器是一种自供电化学装置，可产生与大气中氨分 压成正比的电流信号，其应用时选择性强，测量误差受背景气体组分影响较小，可W消除水 蒸气对测量结果的影响，测量时无须对样气进行预处理，可实现连续在线测量。
[0021] (3)本实用新型的氨气浓度传感器具备在高温、福照、高浓度水蒸气等苛刻条件下 连续稳定工作能力。
[0022] (4)本实用新型可直接应用于AP1000和CAP1400S代核电站，也可加装在二代核 电站上，还可推广应用到舰船核动力装置的堆舱内氨气浓度在线监测，具有良好的应用前 景。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图；
[0024] 图2为本实用新型一个具体实施例中氨气浓度传感器的结构示意图；
[00巧]图3为本实用新型一个具体实施例中数据处理装置的结构示意图。
[0026] 附图中附图标记所对应的名称为；1、安全壳，2、氨气浓度传感器，201、外层壳体， 202、上密封盖板，203、压力平衡膜，204、内层壳体，205、对电极，206、安装底座，207、测温元 件，208、工作电极，209、浓硫酸电解质，210、氨气半透膜，211、下密封盖板，212、信号接头， 3、压力传感器，4、数据处理装置，5、贯穿件，6、标定装置。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步地的详细说明，但本实用新型的 实施方式不限于此。
[002引 实施例1 ;
[0029]如图1及图2所示，一种核电站用氨气浓度在线监测装置，包括氨气浓度传感器2、 压力传感器3及数据处理装置4,其中，氨气浓度传感器2和压力传感器3均设于安全壳1 内，数据处理装置4设于安全壳1外，氨气浓度传感器2和压力传感器3均通过信号电缆与 数据处理装置4连接。本实施例的氨气浓度传感器2包括压力平衡膜203、内层壳体204、 对电极205、工作电极208、浓硫酸电解质209、氨气半透膜210及信号接头212,其中，内层 壳体204的材质为聚四氣己締，内层壳体204上下两端均开口，压力平衡膜203固定于内层 壳体204上两端且封闭内层壳体204上端的开口，氨气半透膜210固定于内层壳体204下 两端且封闭内层壳体204下端的开口。本实施例中的压力平衡膜203、内层壳体204及氨气 半透膜210 =者之间的区域构成电解质容腔，浓硫酸电解质209填充于电解质容腔内。本 实施例的对电极205、工作电极208及信号接头212 =者均有一端穿过内层壳体204且嵌入 电解质容腔内，对电极205和工作电极208两者位于内层壳体204外的一端通过电缆连接， 该电缆上串接有电阻或负载，信号接头212位于电解质容腔内的一端与工作电极208连接。 本实施例中的对电极205和工作电极208均采用贵金属为基材，优选采用销片或销网为基 材，对电极205的基材表面涂覆有二氧化销层，工作电极208的基材表面锻有销黑层。本实 施例中的压力平衡膜203采用聚四氣己締薄膜，氨气半透膜210采用PET半透膜。
[0030]本实施例的压力传感器3在选取时应满足W下要求：工作温度为0~250°c，工作压 力0~IMpa;防爆等