一、引言

核工業運行環境具有高溫高壓、強輻射、介質腐蝕性強等顯著特征，溫度參數的精準監測直接關系到反應堆安全控制、設備壽命保障及事故預警處置。核級溫度傳感器作為感知溫度變化的“神經末梢”，其性能可靠性直接影響核設施的安全等級與運行效率。隨著三代核電“華龍一號”、四代核電高溫氣冷堆等技術的發展，對溫度傳感器的環境適應性、測量精度及壽命穩定性提出了更高要求。本文聚焦核工業溫度傳感器的核心技術規范與典型應用場景，結合最新行業標準與國產化實踐，深入解析其技術要點與應用邏輯，為行業技術人員及采購從業者提供專業參考。

二、核工業對溫度傳感器的核心技術要求

核工業根據溫度傳感器的安全功能權重，將其分為1E級（安全重要級）、SR級（嚴重事故級）、NC級（非安全重要級）三類，其中1E級產品需滿足最高安全標準。結合GB/T 12789.1-2025《核反應堆儀表準則 第1部分：一般原則》及NB/T 20375-2016《核電廠安全重要熱電偶溫度計》等標準要求，核心技術要求可歸納為以下五大維度。

（一）安全與質保分級要求

安全分級直接決定傳感器的設計與驗證標準：1E級傳感器用于反應堆安全系統，需執行安全保護功能，其質保等級為Q1級，抗震類別為I類，鑒定等級需滿足K1/K2/K3級（分別對應正常運行、中等事故、嚴重事故工況）。制造商必須具備國家核安全局核發的民用核安全設備設計/制造許可證，且需建立符合ISO 9001的核行業專項質保體系。在設計階段需完成故障模式分析（FMEA），確保單一故障不會導致安全功能喪失；全生命周期需保留完整的質量追溯文檔，包括材料合格證、工藝記錄、試驗報告等。

（二）極端環境耐受能力要求

1. 耐輻照性能：1E級傳感器需耐受10?Gy以上的γ輻射劑量，絕緣材料中硼、鎘總含量需≤30ppm，避免中子吸收引發材料性能劣化。堆芯及嚴重事故工況用傳感器，需通過鈷-60輻照試驗驗證，輻照后絕緣電阻下降幅度不超過50%，測量誤差變化量≤±0.5℃。

2. 耐高溫高壓性能：根據應用場景不同，溫度測量范圍覆蓋0℃~1100℃，主回路傳感器需耐受35MPa以上壓力。其中堆芯燃料組件測溫用鎧裝熱電偶，最高工作溫度可達1100℃；主冷卻劑回路用鉑電阻溫度計（RTD），工作溫度范圍為0℃~600℃，需在35MPa、350℃工況下穩定運行。傳感器殼體采用316L、Z2CN18-10等奧氏體不銹鋼，在硼酸冷卻劑環境中年腐蝕率＜0.1mm。

3. 抗惡劣工況能力：需通過熱沖擊、振動、電磁兼容等試驗驗證。熱沖擊試驗要求在-40℃~350℃范圍內循環25次，傳感器性能無明顯漂移；振動試驗需在10Hz~5000Hz頻率范圍、5g峰值加速度條件下，沿兩個軸線方向各測試2小時，無短路、開路現象。

（三）精度與響應特性要求

1. 測量精度：鉑電阻溫度計需滿足A級或B級精度要求，A級允差為±(0.15+0.002|t|)℃，B級為±(0.30+0.005|t|)℃；熱電偶優先選用K型或N型，精度符合GB/T 16839.2要求，I級允差在0℃~400℃范圍內為±1.5℃。

2. 響應時間：根據測量場景分為快響應（＜1s）、中響應（1~5s）、慢響應（＜60s）三類。堆芯燃料溫度測量需選用快響應熱電偶，不帶套管型響應時間≤3s；主回路冷卻劑溫度測量用帶套管傳感器，響應時間≤20s。響應時間試驗需在流速1m/s的流體介質中完成，階躍溫度變化后，輸出信號達到穩定值63.2%的時間為判定依據。

（四）結構與材料要求

核級溫度傳感器普遍采用鎧裝結構，外徑范圍為1.0mm～8.0mm，具備良好的機械強度和抗振動能力。絕緣材料選用99.4%以上純度的電熔氧化鎂，壓實密度≥2500mg/cm3，確保高溫下絕緣性能穩定。連接件采用焊接密封結構，密封面需通過氦質譜檢漏，漏率≤1×10??Pa·m3/s。對于設計壽命小于核電廠壽期的傳感器，需采用可更換式結構設計，便于運維更換。

（五）鑒定與驗證要求

所有核級溫度傳感器需通過全項鑒定試驗驗證，1E級產品至少包含電磁兼容性試驗、振動試驗、熱循環試驗、輻照試驗、抗震試驗及LOCA（失水事故）試驗。LOCA試驗需模擬事故工況下的高溫蒸汽環境，傳感器在170℃、8MPa蒸汽中持續4小時后，性能仍需滿足設計要求。鑒定試驗樣品需從同批次產品中隨機抽取10%（不少于3支），試驗流程需符合GB/T 25838-2010《核電廠安全級電阻溫度探測器的質量鑒定》要求，試驗報告需提交用戶及核安全監管部門審核。

三、核工業溫度傳感器的主要應用設備與環節

核級溫度傳感器廣泛應用于核島、常規島及輔助系統的關鍵設備，按功能可分為反應堆核心區、主回路系統、安全殼系統、常規島及輔助設備四大應用環節，各環節根據工況特點選用不同類型的溫度傳感器。

（一）反應堆核心區：堆芯燃料組件與堆芯上下板

該環節是核反應發生的核心區域，具有溫度高、輻射強、空間狹小的特點，溫度測量直接用于反應堆功率控制和燃料包殼過熱防護。主要應用設備為燃料組件、堆芯上板、堆芯下板，選用K型/N型鎧裝熱電偶和快響應鉑電阻溫度計。其中燃料組件內部測溫采用外徑1.0mm～2.0mm的細鎧裝熱電偶，響應時間＜1s，可實時監測燃料棒表面溫度，防止超過設計限值導致包殼破損；堆芯上下板溫度測量選用帶耐磨套管的鉑電阻溫度計，耐受600℃高溫和強輻射環境，為堆芯熱工特性分析提供數據支撐。目前國產化的堆芯出口溫度測量鎧裝熱電偶已在“華龍一號”等項目中應用，通過了核環境質量鑒定試驗。

（二）主回路系統：壓力容器、主管道與蒸汽發生器

主回路系統是核電廠的“血液循環系統”，負責冷卻劑的循環輸送，工況為高溫高壓（350℃、35MPa），溫度測量用于冷卻劑溫度控制和設備熱工性能驗證。關鍵應用設備包括壓力容器、主管道、蒸汽發生器、主泵等，選用1E級鉑電阻溫度計和耐高壓熱電偶。壓力容器壁溫測量采用表面式熱電偶，通過特殊粘貼工藝固定，監測容器殼體溫度分布，防止熱應力不均導致結構損傷；主管道冷卻劑溫度測量采用插入式鉑電阻溫度計（A級精度），實時反饋冷卻劑溫度，為反應堆功率調節提供核心參數；蒸汽發生器管板溫度測量選用抗振動鎧裝熱電偶，監測傳熱效率，避免管板溫差過大產生裂紋。川儀股份的主管道快響應鉑電阻溫度計已應用于石島灣高溫氣冷堆等四代核電項目。

（三）安全殼系統：安全殼大氣與應急冷卻管道

安全殼是核電廠的最后一道安全屏障，用于包容事故狀態下的放射性物質，溫度測量主要用于事故后環境監測和泄漏預警。應用設備包括安全殼大氣監測裝置、應急冷卻管道、噴淋系統，選用耐輻照鉑電阻溫度計和無線溫度傳感器。正常運行時監測安全殼內大氣溫度，維持在40℃以下；發生失水事故（LOCA）時，應急冷卻管道溫度驟升，傳感器需在170℃、8MPa蒸汽環境下穩定工作，為噴淋系統啟動提供溫度觸發信號。考慮到安全殼完整性要求，該環節逐步推廣無線溫度傳感器，減少貫穿件數量，降低泄漏風險。

（四）常規島及輔助設備：主泵軸承、發電機與變壓器

該環節主要負責核能向電能的轉換，溫度測量用于設備狀態監測和故障預警，工況相對溫和，但對傳感器的可靠性和抗震性有一定要求。應用設備包括主泵、發電機、變壓器、給水泵等，選用抗震型鉑電阻溫度計和普通鎧裝熱電偶。主泵軸承溫度測量采用埋入式鉑電阻溫度計，監測軸承運行溫度，防止過熱導致軸承失效；發電機定子繞組溫度測量選用嵌入式熱電偶，實時監測繞組溫升，避免絕緣材料老化；變壓器油溫測量選用防爆型鉑電阻溫度計，結合油位監測，保障變壓器安全運行。此類傳感器雖多為NC級，但需通過抗震試驗驗證，適應核電廠的振動環境。

（五）嚴重事故工況：堆腔熔融物與氫氣濃度監測輔助

針對嚴重事故場景，需配備SR級溫度傳感器，用于堆腔熔融物溫度監測和氫氣濃度監測輔助。選用嚴重事故堆腔熔融物測溫鎧裝熱電偶，可耐受1100℃以上高溫，在堆芯熔融物下落至堆腔時，實時監測溫度變化，為事故處置決策提供數據；氫氣濃度監測用鎧裝熱電偶則通過溫度補償提升氫氣濃度測量精度，防止氫氣積聚引發爆炸。重材院研制的嚴重事故專用熱電偶已在中子散裂源項目中獲得應用。

四、結語

核級溫度傳感器的技術要求源于核工業極端運行環境與嚴格安全標準，其應用覆蓋核電廠從核心反應到能量轉換的全流程關鍵環節。隨著核電國產化進程的推進，以中核西儀、川儀股份、重材院、晨穹電子為代表的企業已實現部分核級溫度傳感器的國產化突破，產品通過了最新國家標準的鑒定驗證，應用于“華龍一號”、高溫氣冷堆等重點項目。

審核編輯 黃宇