核工業(yè)作為高端裝備與能源安全的核心領(lǐng)域，對(duì)過(guò)程監(jiān)測(cè)儀表的可靠性與穩(wěn)定性有著行業(yè)內(nèi)嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。壓力參數(shù)作為反應(yīng)堆運(yùn)行、冷卻劑循環(huán)、安全殼密閉性監(jiān)測(cè)的核心指標(biāo)，其測(cè)量準(zhǔn)確性直接關(guān)系到設(shè)施運(yùn)行安全。核級(jí)石英壓力傳感器憑借石英晶體的高 Q 值、低熱膨脹系數(shù)與抗輻照特性，成為核工業(yè)壓力監(jiān)測(cè)的優(yōu)選方案。但在現(xiàn)場(chǎng)部署中，管道應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、安裝扭矩應(yīng)力與熱脹冷縮應(yīng)力，會(huì)通過(guò)安裝結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至敏感芯體，導(dǎo)致傳感器輸出漂移、長(zhǎng)期穩(wěn)定性下降，即便采用高精度芯體，也難以發(fā)揮設(shè)計(jì)性能。

安裝應(yīng)力的危害在核工場(chǎng)景中被進(jìn)一步放大。反應(yīng)堆一回路、安全殼等區(qū)域的傳感器需長(zhǎng)期在高溫、振動(dòng)、輻照復(fù)合工況下工作，附加應(yīng)力會(huì)與環(huán)境應(yīng)力疊加，加速器件性能衰減，縮短校準(zhǔn)周期，增加運(yùn)維頻次。傳統(tǒng)硬連接安裝方式將傳感器直接固定于管道或基座，應(yīng)力傳導(dǎo)路徑通暢，難以從根源上解決問(wèn)題。懸浮式安裝方案的核心價(jià)值，在于通過(guò)機(jī)械解耦與柔性傳導(dǎo)，切斷外部應(yīng)力向敏感芯體的傳導(dǎo)路徑，實(shí)現(xiàn)安裝應(yīng)力清零，讓傳感器僅響應(yīng)被測(cè)介質(zhì)的壓力變化。

核級(jí)石英壓力傳感器的懸浮式安裝采用三級(jí)應(yīng)力隔離架構(gòu)，每一級(jí)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)力來(lái)源，形成梯度防護(hù)。一級(jí)隔離為柔性引壓結(jié)構(gòu)，主要消除管道應(yīng)力與流體沖擊應(yīng)力。針對(duì)核級(jí)石英諧振壓力傳感器，采用波紋管式柔性引壓管或彈性緩沖接頭，替代傳統(tǒng)剛性導(dǎo)管。柔性部件可吸收管道因溫度變化、壓力波動(dòng)產(chǎn)生的軸向與徑向形變，避免管道形變應(yīng)力直接傳遞至傳感器本體。在安全殼泄漏監(jiān)測(cè)場(chǎng)景中，差壓型石英傳感器對(duì)微應(yīng)力敏感，柔性引壓可將管道應(yīng)力衰減 90% 以上，保障差壓測(cè)量的穩(wěn)定性。二級(jí)隔離為核心模塊懸浮支撐，針對(duì)傳感器內(nèi)部敏感芯體進(jìn)行防護(hù)。將石英諧振芯體、壓電轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)彈性支撐件與傳感器殼體分離，支撐件采用低彈性模量、高疲勞壽命的合金材料，形成懸浮腔體。外部機(jī)械應(yīng)力、振動(dòng)沖擊經(jīng)殼體傳遞至懸浮腔體時(shí)，會(huì)被彈性支撐件吸收與耗散，無(wú)法作用于芯體。該結(jié)構(gòu)適配絕壓型、表壓型石英傳感器，尤其適合堆芯監(jiān)測(cè)等高可靠性要求場(chǎng)景。三級(jí)隔離為法蘭 / 底座應(yīng)力隔離，消除安裝面與基座的應(yīng)力。在傳感器與安裝基座之間增設(shè)應(yīng)力隔離墊片，墊片采用聚四氟乙烯復(fù)合金屬材質(zhì)，兼具密封性與應(yīng)力緩沖能力。安裝時(shí)采用對(duì)稱緊固方式，控制扭矩在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，避免因緊固不均產(chǎn)生附加應(yīng)力。針對(duì)核燃料運(yùn)輸?shù)纫苿?dòng)場(chǎng)景，可增加懸浮底座，進(jìn)一步隔離運(yùn)輸過(guò)程中的振動(dòng)與沖擊應(yīng)力。

不同類型核級(jí)石英壓力傳感器的懸浮安裝需差異化適配。石英諧振式壓力傳感器以頻率信號(hào)輸出為核心，對(duì)機(jī)械應(yīng)力敏感，優(yōu)先采用全懸浮架構(gòu)，覆蓋引壓、芯體、基座全環(huán)節(jié)；石英差壓式傳感器用于微泄漏檢測(cè)，側(cè)重一級(jí)柔性引壓與芯體懸浮，保障微小壓差信號(hào)不被應(yīng)力干擾；抗輻照型石英傳感器在懸浮結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加輻射屏蔽層，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力隔離與抗輻照雙重防護(hù)。

從技術(shù)價(jià)值來(lái)看，懸浮式安裝可將安裝應(yīng)力導(dǎo)致的漂移控制在 0.01% FS 以內(nèi)，傳感器長(zhǎng)期年漂移率穩(wěn)定在 0.02% 以內(nèi)，校準(zhǔn)周期可顯著延長(zhǎng)。在核設(shè)施數(shù)字化監(jiān)測(cè)體系中，穩(wěn)定的壓力數(shù)據(jù)能提升數(shù)字孿生模型的準(zhǔn)確性，為智能預(yù)警提供可靠支撐。該方案兼容國(guó)產(chǎn)核級(jí)石英傳感器與現(xiàn)有核工儀表安裝規(guī)范，無(wú)需大幅改造現(xiàn)場(chǎng)管路，適配新建機(jī)組與存量機(jī)組改造，契合核工業(yè)儀表國(guó)產(chǎn)化與數(shù)字化升級(jí)趨勢(shì)。

安裝應(yīng)力清零是核級(jí)石英壓力傳感器發(fā)揮性能的前提，懸浮式安裝方案通過(guò)機(jī)械解耦與梯度隔離，從根源上解決應(yīng)力干擾問(wèn)題。隨著核電裝機(jī)規(guī)模擴(kuò)大與四代核電技術(shù)推進(jìn)，核工業(yè)對(duì)高精度壓力監(jiān)測(cè)的需求持續(xù)提升，懸浮式安裝將成為核級(jí)壓力儀表部署的標(biāo)準(zhǔn)方案之一，為核安全監(jiān)測(cè)筑牢硬件基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇