[发明专利]一种金属熔体定氢探头装置

说明书

一种金属熔体定氢探头装置，包括上绝缘连接件、下绝缘连接件、不锈钢管和导电保护罩；上绝缘连接件、下绝缘连接件、不锈钢管和导电保护罩的内部从上至下依次设有不锈钢棒和质子导体；质子导体为盲端管，其下部为半球型封头，半球型封头的顶部连接圆筒状侧壁构成一体结构，圆筒状侧壁的内壁上固定有高温水泥板；高温水泥板将质子导体分隔为上部空间和下部空间；高温水泥板的上表面涂敷有多孔电极涂层；质子导体的外表面和内表面分别涂敷外多孔电极涂层和内多孔电极涂层。本发明的装置的装配及拆卸简单，当传感器达到使用寿命后，可只更换探头，而无需更换传感器主体部分，可节约大量成本。

技术领域

本发明涉及冶金行业中传感器技术领域，具体涉及一种金属熔体定氢探头装置。

背景技术

质子导体传感测氢是一种新型测氢方法，该方法可以准确、迅速、实时的对金属熔体及气体中的氢进行测量，实现在线的智能监控，是一种极具前景的测氢方法。当传感器所使用的传感材料为理想的纯质子导体时，其原电池反应如公式(1)所示：

H₂(参比极)＝H₂(金属极) (1)；

理想状态下原电池产生的电动势如公式(2)所示：

金属熔体中的氢含量如公式(3)所示：

以上各式中，R为气体常数8.314J/(mol·K)；T为温度，单位K；F为法拉第常数96485C/mol；E为电动势，单位V；k为合金系数；S为金属熔体中的氢含量，单位ml/100g；为金属熔体的氢分压，单位atm，为参比侧的氢分压，单位atm。

当质子导体为纯质子导电时，通过控制参比极的氢分压，利用原电池产生的电动势计算出待测极金属熔体中的氢含量。

EP0544281 TYK公司的测量1000℃以下金属熔体中氢含量的装置，以SrCe_0.95Yb_0.05O_3-x、CaZr_0.9In_0.1O_3-x、BaCe_0.95Y_0.05O_3-x等质子导体作为氢敏材料，Pt、Ni等金属丝作为电极引线，使用陶瓷粘结剂将质子导体、莫来石管、气室等部件粘结为一体以保证其连接；公开号为CN105319253的专利申请公布了一种测量熔融金属中氢含量的传感器及测量方法，使用CaZr_0.9In_0.1O_3-x质子导体作为氢敏材料，以铂、金、银、镍铬等金属丝作为电极引线，以绝缘陶瓷粘结剂，将质子导体与通管粘结为一体以保证其连接；专利US 2005/0252789公布了一种氢传感装置及方法，以SrCe_0.95Yb_0.05O_3-δ、CaZr_0.9In_0.1O_3-δ作为氢敏材料，α-Ti/β-Ti、α-Zr/β-Zr、β-Zr/δ-Zr、α-Hf/δ-Hf作为固态参比电极，以内部填充材料及玻璃密封剂将装置密封为一体，但该专利只涉及探头部分，未公开传感器所需的支撑及电极引线连接部分。

目前的测氢装置中，质子导体传感测氢探头均为一体式，当传感器出现问题后较难进行检查与维修，且当传感器达到使用寿命后，必须整体进行更换，这些问题增加了传感器的使用成本；因此，需要一种易于拆卸、维修及更换的分体式传感器探头。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种金属熔体定氢探头装置，基于质子导体浓差电池测氢法，使用固态金属氢化物作为参比极，质子导体探头输出浓差电池电动势，金属氢化物与内侧多孔电极等共同作为正极；外侧多孔电极与保护罩等共同作为负极，具有装配及拆卸简单，当传感器达到使用寿命后只更换探头，无需更换传感器主体部分。