本文關(guān)鍵詞：核電站氫氣濃度傳感器的制備與應(yīng)用研究　出處：《華北電力大學(xué)(北京)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：福島事故中氫氣爆炸對(duì)全球核電站氫濃度監(jiān)測(cè)的級(jí)別提出了更高要求。加強(qiáng)對(duì)安全殼內(nèi)氫氣濃度的監(jiān)測(cè)變得非常重要。為了提高中國(guó)在役和在建核電廠的核安全水平,中國(guó)國(guó)家核安全局頒布了《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》,在《通用技術(shù)要求》中特別強(qiáng)調(diào)了氫氣監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的改進(jìn)要求。目前國(guó)內(nèi)安全殼內(nèi)氫氣濃度監(jiān)測(cè)方式主要分為兩種：即抽出式測(cè)量方式和直接測(cè)量方式。與抽出式測(cè)量方式相比較,直接式測(cè)量方式具有在線連續(xù)測(cè)量,實(shí)時(shí)性好、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn),滿足核安全法規(guī)和用戶(hù)實(shí)際要求,適合新建和在建核電機(jī)組的安裝和改造,也適合對(duì)其他相關(guān)場(chǎng)所如乏燃料廠房的氫氣監(jiān)測(cè)。但是,由于受到高溫、高壓、高放射性等惡劣環(huán)境條件的限制,核電站嚴(yán)重事故狀態(tài)下,安全殼內(nèi)直接測(cè)量用氫氣傳感器的研究開(kāi)發(fā)一直是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外核電站氫氣濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的難點(diǎn),還沒(méi)有成熟可靠的產(chǎn)品可以應(yīng)用。因此,研發(fā)可靠的直接測(cè)量用氫氣傳感器具有非常重要的意義。本文主要針對(duì)核電站安全殼內(nèi)直接測(cè)量用氫氣傳感器的設(shè)計(jì)理論、技術(shù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等進(jìn)行了研究。論文的主要研究工作和成果如下：(1)介紹了本文研究背景和目的,分析了當(dāng)前核電站氫氣濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)與氫氣傳感器的研究現(xiàn)狀,分析了傳統(tǒng)氫氣傳感器的優(yōu)缺點(diǎn),以及氫氣傳感器發(fā)展急待解決的問(wèn)題。(2)研究了氫氣傳感器的理論特征,分析了氫氣監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)參數(shù)對(duì)傳感器的影響規(guī)律,建立了氫氣傳感器的數(shù)學(xué)模型,研究了鈀-銀合金配比與氫氣溶解度的關(guān)系以及合金膜厚度與氫氣濃度的關(guān)系,為鈀—銀合金氫氣傳感器的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。與此同時(shí),為了克服以往基于純鈀的氫氣傳感器發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象的缺陷,延長(zhǎng)氫敏感薄膜的壽命,將銀作為第二組份加入到純鈀之中作為檢測(cè)氫氣的氣敏材料,選用鈀—銀合金體系作為氫氣敏感材料,銀的加入有效地改善了純鈀薄膜的微結(jié)構(gòu)特征,避免了“氫脆”現(xiàn)象,從而防止了由于氫敏感薄膜脫落導(dǎo)致對(duì)氫氣傳感器產(chǎn)生的損害。(3)在分析不同方式制備鈀-銀合金薄膜的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,利用光化學(xué)蝕刻技術(shù)制作出折線型金屬掩膜板,覆蓋在瓷表面,先利用射頻在陶瓷基底上生長(zhǎng),層五氧化二鉭過(guò)渡層,然后再利用直流磁控濺射方法制備出鈀—銀合金復(fù)合薄膜,并對(duì)鈀—銀合金復(fù)合膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行了表征。(4)在上述研究的基礎(chǔ)上,對(duì)安全殼內(nèi)氫氣傳感器的樣機(jī)進(jìn)行了一系列的性能指標(biāo)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文研制的鈀—銀合金薄膜氫氣傳感器具有良好的檢測(cè)效果,所測(cè)氫氣濃度值達(dá)26%。(5)為了檢測(cè)氫氣傳感器輸出的微弱電流信號(hào),設(shè)計(jì)了低噪聲放大電路、濾波電路、ADC與微處理器接口等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路,開(kāi)發(fā)了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和圖形化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件,實(shí)現(xiàn)了氫氣濃度值的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與顯示。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM623;TP212

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