摘要  

石英諧振壓力傳感器憑借其高精度、強(qiáng)抗輻射性和長期穩(wěn)定性，在核工業(yè)安全監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著不可替代的作用。本文詳細(xì)分析了石英諧振壓力傳感器的工作原理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其在核電站冷卻劑系統(tǒng)、安全殼壓力監(jiān)測(cè)、乏燃料池液位測(cè)量等關(guān)鍵場(chǎng)景的應(yīng)用。同時(shí)，以晨穹電子科技的CQRPS01和RPT01系列石英諧振壓力傳感器為例，探討國產(chǎn)傳感器在核工業(yè)領(lǐng)域的突破與挑戰(zhàn)，并展望未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。  

1. 引言  

核工業(yè)對(duì)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能要求極為嚴(yán)苛，涉及高溫、高壓、強(qiáng)輻射等環(huán)境。傳統(tǒng)的應(yīng)變片式或電容式壓力傳感器在長期輻照下易發(fā)生性能漂移，而石英諧振壓力傳感器因其壓電諧振原理和石英材料的固有穩(wěn)定性，成為核安全監(jiān)測(cè)的理想選擇。近年來，國產(chǎn)傳感器技術(shù)取得顯著突破，如晨穹電子科技的石英諧振壓力傳感器已實(shí)現(xiàn)0.01%FS的高精度，并在核電、航空航天等領(lǐng)域逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。  

 2. 石英諧振壓力傳感器的工作原理  

石英諧振壓力傳感器的核心在于利用石英晶體的壓電效應(yīng)和諧振頻率變化來測(cè)量壓力：  

1. 壓電效應(yīng)：石英晶體在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷，反之施加電場(chǎng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生形變。  

2. 諧振頻率變化：當(dāng)外界壓力作用于石英振梁時(shí)，其固有頻率隨應(yīng)力變化，且該變化與壓力呈高度線性關(guān)系。  

3. 信號(hào)輸出：傳感器將頻率信號(hào)輸出，相比模擬信號(hào)（如4-20mA），頻率信號(hào)抗干擾能力更強(qiáng)，適用于核電復(fù)雜電磁環(huán)境。  

晨穹的CQRPS01傳感器采用雙諧振器溫度補(bǔ)償技術(shù)，通過內(nèi)置基準(zhǔn)振梁消除溫漂，使其在-55℃~125℃范圍內(nèi)保持±0.01%FS的精度。  

 3. 石英諧振壓力傳感器在核工業(yè)的核心應(yīng)用  

 3.1 反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力監(jiān)測(cè)  

核電站一回路冷卻劑壓力直接影響反應(yīng)堆安全，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以防超壓或失壓。晨穹的RPT01系列傳感器（精度0.05%FS）可用于此類場(chǎng)景，其全金屬密封封裝能抵御高溫高壓冷卻劑的腐蝕，同時(shí)抗輻射能力達(dá)10? Gy，確保長期可靠運(yùn)行。  

 3.2 安全殼壓力與泄漏率監(jiān)測(cè)  

安全殼完整性是核事故一道屏障。石英諧振傳感器的高靈敏度可檢測(cè)微小的壓力變化，結(jié)合頻率信號(hào)輸出，減少電磁干擾導(dǎo)致的誤報(bào)。例如，華能石島灣核電站的泄漏率監(jiān)測(cè)要求誤差低于0.1‰，石英諧振傳感器可滿足這一嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。  

 3.3 乏燃料池液位測(cè)量（靜壓法）  

通過測(cè)量池底水壓間接計(jì)算水位，晨穹的RPS01芯體（量程101kPa~3.6MPa）可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)水位監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)差壓變送器。  

 3.4 核燃料循環(huán)設(shè)施壓力控制  

在鈾濃縮離心機(jī)、后處理廠等環(huán)節(jié)，傳感器需耐受輻射和化學(xué)腐蝕。晨穹的CQRPS01采用石英QMEMS工藝，抗腐蝕氣體（如HF酸環(huán)境），適用于核燃料制造過程。  

 4. 晨穹石英諧振壓力傳感器的技術(shù)突破  

晨穹電子科技通過以下創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代：  

1. 石英晶圓級(jí)加工：采用4/6寸石英晶圓，提升芯片一致性，降低溫漂。  

2. 全溫動(dòng)態(tài)補(bǔ)償：集成溫度傳感器，通過算法實(shí)時(shí)校正，溫漂系數(shù)±0.01%FS/℃。  

3. 抗輻射優(yōu)化：減少半導(dǎo)體材料使用，采用全固態(tài)結(jié)構(gòu)，避免輻照