摘要： 核安全殼壓力與泄漏監(jiān)測對核電站安全至關重要，其壓力傳感器的選擇需滿足復雜環(huán)境（高溫高壓、高輻射、腐蝕性介質(zhì)）、超高精度、長期穩(wěn)定性等嚴苛要求。本文系統(tǒng)闡述了選擇標準，涵蓋環(huán)境適應性、精度穩(wěn)定性、可靠性安全性、測量技術、安裝接口、智能診斷及供應商資質(zhì)等核心要素。特別探討了晨穹公司研發(fā)的石英諧振壓力傳感器在核工業(yè)應用的適配性，分析其基于石英晶體諧振頻率變化原理帶來的高精度、低漂移、抗輻射及長期穩(wěn)定性優(yōu)勢，以及如何滿足核安全殼壓力與高精度泄漏率差壓測量的特殊需求。選擇流程強調(diào)以核安全法規(guī)為基石，綜合評估技術性能與供應商經(jīng)驗。

核安全殼壓力與泄漏監(jiān)測用壓力傳感器的嚴苛選擇標準及技術考量 

在核安全殼（Containment）的壓力和泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中，選擇壓力傳感器是至關重要的，因為它直接關系到核電站的安全評估、事故診斷和緩解措施的啟動。這個選擇需要極其嚴格地考慮多個因素，以確保在正常運行、預期運行事件（AOOs）、設計基準事故（DBAs）甚至嚴重事故（SAs）期間都能提供可靠、精確的測量。

以下是選擇核安全殼壓力和泄漏監(jiān)測用壓力傳感器時需要考量的關鍵因素：

1.  環(huán)境適應性強：

       高溫高壓： 必須能夠承受設計基準事故（如失水事故LOCA）期間產(chǎn)生的高溫度和壓力（例如，溫度可達150°C以上，壓力可達數(shù)倍大氣壓甚至更高）。傳感器需要在其整個量程范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性和精度。

       高輻射： 必須能承受正常運行和事故期間的高劑量伽馬和中子輻射。輻射會導致材料劣化（如絕緣材料脆化、半導體性能改變）和信號漂移。傳感器應采用抗輻射設計（如特殊材料、加固電子元件、輻射屏蔽）。石英諧振傳感器（如晨穹研發(fā)的產(chǎn)品）因其核心傳感元件（石英晶體）本身具有優(yōu)異的抗輻射性能，是理想的選擇之一。

       化學環(huán)境： 事故后安全殼內(nèi)可能存在硼酸、氫氧化鈉、氫氣等化學物質(zhì)。接液部件材料（如膜片、密封件）必須高度耐腐蝕（通常選用哈氏合金、316L不銹鋼等）。晨穹石英諧振傳感器的接液部件可根據(jù)嚴苛環(huán)境要求選用兼容的高性能合金。

       濕度/蒸汽： LOCA后安全殼內(nèi)充滿飽和蒸汽或水霧。傳感器必須防潮、防冷凝，并能承受水浸沒或噴淋。其封裝設計需確保長期密封性。

2.  精度與穩(wěn)定性：

       高精度： 壓力測量：用于計算安全殼完整性裕量，精度要求通常在滿量程的0.1%到0.5%之間。泄漏率測量（通常使用差壓法）：需要很好的精度和分辨率（可能要求滿量程的0.05%或更高）來檢測微小的壓力變化。晨穹研發(fā)石英振諧振壓力傳感器RPS01石英絕壓壓力芯體精度可達0.02～0.05%FS.

       低漂移： 在長期運行（可能幾十年）和經(jīng)歷瞬態(tài)事件后，傳感器的零點漂移和量程漂移必須極小。這對于泄漏率的長期監(jiān)測尤其關鍵。石英諧振原理（如晨穹傳感器采用的技術）以其固有的長期穩(wěn)定性和極低的溫度、時間漂移特性著稱，特別適合對穩(wěn)定性要求苛刻的泄漏率監(jiān)測應用。

       重復性： 多次測量相同壓力時，結果應高度一致。

3.  可靠性與安全性：

       故障安全設計： 在傳感器或相關系統(tǒng)故障時，其輸出信號應能指示故障狀態(tài)（例如，輸出超量程、固定值、或明確的故障代碼），避免向安全系統(tǒng)提供危險誤導信息。智能傳感器應具備自診斷功能。

       冗余與多樣性： 關鍵的安全殼壓力監(jiān)測通道通常采用冗余設計（如三取二邏輯）。有時還會采用不同測量原理的傳感器（多樣性）以降低共模故障風險?？梢詫㈦娙菔絺鞲衅髋c石英諧振式傳感器（如晨穹產(chǎn)品）組合使用，實現(xiàn)測量原理上的多樣性。

       長壽命與可維護性： 設計壽命應匹配核電站運行周期（40-60年或更長）。應考慮在線校準或易于離線校準的可能性，以及更換的便利性（盡管在安全殼內(nèi)維護非常困難且昂貴）。石英諧振傳感器的長期穩(wěn)定性有助于延長校準周期。

4.  測量原理與技術：

       壓力測量： 通常使用壓力變送器測量安全殼內(nèi)的總壓力。要求量程寬（從常壓到DBE壓力）。

       泄漏率測量：使用頻率較高的差壓變送器：

           測量安全殼內(nèi)壓力與一個高精度、溫度穩(wěn)定的參考容積（Reference Volume）之間的微小壓差。

           參考容積通常位于安全殼外，通過毛細管與安全殼內(nèi)取壓點相連。毛細管設計需考慮溫度補償和響應時間。

           對差壓變送器的精度、穩(wěn)定性、零點漂移要求極其苛刻。

       技術選擇： 主流技術是電容式或諧振式壓力傳感器。

           電容式： 技術成熟、可靠、精度高。

           諧振式（石英諧振）： 代表技術如晨穹公司研發(fā)的石英諧振壓力傳感器。其核心原理是利用石英晶體諧振器的固有頻率隨所受壓力變化而改變的物理特性進行測量。 該技術的主要優(yōu)勢包括：

               超高精度與分辨率： 頻率信號易于高精度測量，可實現(xiàn)優(yōu)于0.01%FS的精度，滿足泄漏率差壓測量需求。

               優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性與低漂移： 石英晶體物理性能穩(wěn)定，受時間、溫度影響極小，長期漂移極低。

               優(yōu)異的抗輻射性能： 石英材料本身耐輻射，配合抗輻射設計的電子元件，可在高輻射場下保持性能。

               高重復性： 數(shù)字頻率輸出具有優(yōu)異的重復性。

               低滯后： 石英的彈性特性使其滯后誤差非常小。

           諧振式（如硅諧振） 精度和穩(wěn)定性可能也較高，但對振動更敏感，需仔細評估。應變計式通常精度和穩(wěn)定性在復雜環(huán)境下可能不足。晨穹的石英諧振傳感器技術為核安全殼，尤其是泄漏監(jiān)測應用，提供了高性能的解決方案選項。

5.  安裝與接口：

       取壓點位置： 需選擇能代表安全殼整體壓力、避免局部效應（如湍流、溫度分層）的位置。泄漏監(jiān)測的差壓取壓點位置需特別設計。

       過程連接： 需滿足核級密封要求（如焊接式、雙卡套管接頭），確保長期密封性。

       配管： 引壓管設計需避免積液、堵塞，并考慮熱膨脹和輻射影響。對于泄漏監(jiān)測的差壓測量，引壓管的對稱性和溫度均勻性至關重要。使用石英諧振等高性能傳感器時，更需優(yōu)化引壓設計以避免其成為測量精度的瓶頸。

       電氣接口： 通常為4-20mA模擬信號（HART協(xié)議用于診斷和配置）或數(shù)字總線（如Profibus PA, Foundation Fieldbus）。接口需滿足核級EMC要求和本安或隔爆要求（如果安裝在潛在爆炸性環(huán)境區(qū)域）。晨穹等現(xiàn)代傳感器通常支持多種接口和通信協(xié)議。

6.  診斷與智能功能：

       現(xiàn)代智能變送器： 越來越多地采用具有高級診斷功能的智能變送器，可監(jiān)測自身健康狀況（如傳感器膜片狀況、電子元件狀態(tài)、通信狀態(tài)），進行溫度補償，存儲校準數(shù)據(jù)，方便預測性維護，減少不必要的入殼檢查。晨穹的石英諧振傳感器通常集成智能變送器平臺，提供豐富的診斷信息。