摘要  

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

1. 引言  

核工業(yè)對壓力監(jiān)測設備的性能要求極為嚴苛，涉及高溫、高壓、強輻射等環(huán)境。傳統(tǒng)的應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)測的理想選擇。近年來，國產傳感器技術取得顯著突破，如晨穹電子科技的石英諧振壓力傳感器已實現(xiàn)0.01%FS的高精度，并在核電、航空航天等領域逐步替代進口產品。  

 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和諧振頻率變化來測量壓力：  

1. 壓電效應：石英晶體在機械應力作用下產生電荷，反之施加電場時也會產生形變。  

2. 諧振頻率變化：當外界壓力作用于石英振梁時，其固有頻率隨應力變化，且該變化與壓力呈高度線性關系。  

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

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

 3. 石英諧振壓力傳感器在核工業(yè)的核心應用  

 3.1 反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力監(jiān)測  

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

 3.2 安全殼壓力與泄漏率監(jiān)測  

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微小的壓力變化，結合頻率信號輸出，減少電磁干擾導致的誤報。例如，華能石島灣核電站的泄漏率監(jiān)測要求誤差低于0.1‰，石英諧振傳感器可滿足這一嚴苛標準。  

 3.3 乏燃料池液位測量（靜壓法）  

通過測量池底水壓間接計算水位，晨穹的RPS01芯體（量程101kPa~3.6MPa）可實現(xiàn)毫米級水位監(jiān)測，遠高于傳統(tǒng)差壓變送器。  

 3.4 核燃料循環(huán)設施壓力控制  

在鈾濃縮離心機、后處理廠等環(huán)節(jié)，傳感器需耐受輻射和化學腐蝕。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突破  

晨穹電子科技通過以下創(chuàng)新實現(xiàn)國產替代：  

1. 石英晶圓級加工：采用4/6寸石英晶圓，提升芯片一致性，降低溫漂。  

2. 全溫動態(tài)補償：集成溫度傳感器，通過算法實時校正，溫漂系數(shù)±0.01%FS/℃。  

3. 抗輻射優(yōu)化：減少半導體材料使用，采用全固態(tài)結構，避免輻照