摘要

核工業(yè)安全監(jiān)測對壓力傳感器的精度、穩(wěn)定性及環(huán)境能力提出了嚴苛要求。石英諧振壓力傳感器憑借其基于石英晶體壓電效應的工作原理，在高精度測量、抗輻照、寬溫域適應性等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。本文系統(tǒng)解析石英諧振壓力傳感器在核工業(yè)中的核心應用場景，包括反應堆壓力容器監(jiān)測、管道泄漏檢測及放射性物質(zhì)運輸監(jiān)控，并結合晨穹石英諧振壓力傳感器的技術特性與實際案例，論證其在核安全領域的不可替代性。研究表明，晨穹 RPS01 系列石英絕壓壓力芯體通過全金屬密封封裝、雙通道溫度補償及 AI 自校準算法，實現(xiàn)了 0.01% FS 的精度等級與＜0.02%/ 年的長期漂移率，為核工業(yè)國產(chǎn)化替代提供了關鍵支撐。

關鍵詞

石英諧振壓力傳感器；核工業(yè)；晨穹RPS01石英諧振壓力傳感器；

一、引言

核工業(yè)作為高風險領域，其安全監(jiān)測系統(tǒng)需實時、精準獲取壓力、溫度等關鍵參數(shù)。傳統(tǒng)應變式、電容式傳感器在核環(huán)境中面臨精度衰減（如長期輻照導致電容膜層老化）、抗振動能力不足（強震工況下穩(wěn)定性下降）等問題。石英諧振壓力傳感器基于石英晶體的固有諧振特性，通過頻率信號輸出實現(xiàn)數(shù)字化測量，從原理上規(guī)避了模擬信號干擾風險，同時其材料特性（如低熱膨脹系數(shù)、高機械強度）使其在高溫、高壓、強輻射環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能。晨穹電子科技（河北）有限公司研發(fā)的 RPS01 系列石英諧振壓力傳感器，通過工藝創(chuàng)新與技術突破，已在核電、航空航天等領域實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，為核工業(yè)安全監(jiān)測提供了可靠解決方案。

二、石英諧振壓力傳感器的技術原理與核心優(yōu)勢

2.1 工作原理

石英諧振壓力傳感器以石英基膜作為感壓元件，當外界壓力作用于基膜時，其應變通過剛性連接的石英振梁轉化為諧振頻率變化。外配激振電路將頻率信號輸出，實現(xiàn)壓力 - 頻率的線性轉換。例如，晨穹 RPS01 系列通過雙諧振梁差分設計，消除共模干擾，靈敏度達 46.32Hz/MPa，全溫域綜合精度優(yōu)于 0.0288% FS。

2.2 核心優(yōu)勢

1. 超高精度與穩(wěn)定性：石英晶體的高 Q 值（品質(zhì)因數(shù)）使其諧振頻率穩(wěn)定性優(yōu)于 0.001%，長期漂移率＜0.02%/ 年。晨穹傳感器在實驗室環(huán)境下不確定度可達 0.001%，全溫區(qū)溫漂系數(shù)控制在 ±0.01% FS/℃以內(nèi)。

2. 抗特殊環(huán)境能力：采用全金屬密封封裝與激光焊接工藝，隔絕濕氣與污染物，耐核輻照能力＞200Mrad，短期耐溫達 400℃。例如，其抗振動設計支持 20g RMS 振動場景，適用于核反應堆廠房等高振動環(huán)境。

3. 數(shù)字化輸出與自校準：直接輸出頻率信號，抗電磁干擾能力強，并內(nèi)置 AI 自校準模塊，可自動修正零點漂移，校準后誤差降低至 ±0.05% FS。

三、在核工業(yè)安全監(jiān)測中的核心應用場景

3.1 反應堆壓力容器壓力監(jiān)測

核反應堆壓力容器的壓力波動直接反映堆芯狀態(tài)，需實時監(jiān)測以避免超壓事故。石英諧振壓力傳感器憑借其高精度與長期穩(wěn)定性，可實時追蹤壓力變化，精度達 0.01% FS，響應時間＜1ms。晨穹 RPS01 系列通過環(huán)形應力橋結構設計，靈敏度較傳統(tǒng)應變式提升數(shù)倍，且支持 10kPa 超低量程測量，可精準捕捉微小壓力異常。例如，在某核電站應用中，該傳感器通過實時數(shù)據(jù)反饋，提前預警了因冷卻劑泄漏導致的壓力下降，避免了潛在事故。

3.2 核管道泄漏檢測

核管道泄漏可能引發(fā)放射性物質(zhì)擴散，需快速定位漏點。石英諧振傳感器的高分辨率（如晨穹產(chǎn)品分辨率達 0.001% FS）可識別微小壓力波動，結合分布式監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)泄漏點的毫米級定位。其全隔離式電路設計可有效抑制電磁干擾，確保在復雜電磁環(huán)境下的信號可靠性。

3.3 放射性物質(zhì)運輸監(jiān)控

在放射性物質(zhì)運輸過程中，壓力傳感器需承受振動、沖擊等動態(tài)載荷。晨穹傳感器采用懸臂梁諧振器結構，通過有限元分析優(yōu)化支撐點布局，抗沖擊能力達 200g，同時通過一級懸浮（引壓管柔性連接）與二級懸?。ê诵哪K彈性懸掛）設計，隔離 90% 以上安裝應力。例如，在某放射性同位素運輸罐中，該傳感器通過實時壓力監(jiān)測，確保運輸過程中容器密封性符合國際原子能機構（IAEA）標準。

四、晨穹石英諧振壓力傳感器的技術創(chuàng)新與應用價值

4.1 技術突破

1. 材料與工藝創(chuàng)新：采用原子級薄膜沉積技術，實現(xiàn)石英基膜與金屬封裝的原子融合，抗振動性能提升 300%。

2. 智能化升級：集成高精度溫度探頭與自適應算法，實現(xiàn)雙通道溫度補償，無需額外溫控裝置即可在 - 40℃~150℃寬溫域穩(wěn)定工作。

3. 國產(chǎn)化替代：突破壟斷，實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權與批量化生產(chǎn)，單臺成本較進口產(chǎn)品降低 60%，交付周期縮短至 3 個月。

4.2 應用價值

晨穹石英諧振壓力傳感器已在秦山核電站、田灣核電站等項目中通過嚴苛測試，其耐輻照性能（＞200Mrad）與長期穩(wěn)定性（漂移率＜0.02%/ 年）均達到國際水平。通過替代進口產(chǎn)品，不僅降低了核電運維成本，更增強了核工業(yè)關鍵設備的供應鏈安全性。例如，在某核電機組改造中，采用晨穹傳感器后，壓力監(jiān)測系統(tǒng)的故障率從年均 3 次降至 0.5 次以下，運維效率顯著提升。

五、結論

石英諧振壓力傳感器憑借其高精度、抗輻照、長壽命等特性，成為核工業(yè)安全監(jiān)測的核心技術裝備。晨穹電子科技通過材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化與智能化升級，將石英諧振傳感器的性能推向新高度，其 RPS01 系列產(chǎn)品在核電領域的成功應用，標志著我國在壓力傳感器領域已實現(xiàn)從 “跟跑” 到 “并跑” 的跨越。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術的融合，石英諧振傳感器有望進一步拓展至核設施全生命周期管理，為核安全提供更全面的保障。