制氢设备氢气传感器和氢气分析仪及其原理氢能产业需求|埃登威自动化系统设备(上海)有限公司

制氢设备氢气传感器和氢气分析仪及其原理氢能产业需求

常温常压下,氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度zui小的气体。氢气的爆炸极限为4%Vol.~75%Vol.,非常宽,如果操作不当极易发生爆炸。氢气的导热系数非常大:0.1289 w/(m·K)(气体,1 atm,0 ℃)、1264 W/(m·K)(液体,-252.8 ℃)。 

目前,在工业控制领域,利用氢气传感器来监控氢气浓度的历史由来已久。作为一种清洁能源,氢气传感器还被广泛用于汽车行业,特别是氢燃料电池汽车中。在该领域,近期发生的多起加氢站爆炸事故,也引起了人们对于氢能源汽车在**监测方面的关注。 

氢气传感器是一种可通过转换氢气浓度测得可用电信号的转换装置,这一应用的关键在于,氢气的监测必须以不发生爆炸作为前提和保证。毕竟,低于可燃范围的氢浓度测量,对生产过程的监管和**非常重要。 

近年来,随着纳米材料和薄膜氢气传感器的出现和发展,该检测办法逐渐被氢气传感器所取代。这是因为,相对于早期的传感器,氢气传感器有很多优点,包括低成本、便携性、响应速度快、集成度高等等。氢气传感器的检测方法主要基于电气特征(如电阻、导电性、电压等)、温度、传感器活性元素的光学和机械性质中的变化。而氢气传感器,正是一种可将这些变化,转变为可被接收的电信号的理想转换装置。

氢气传感器和氢气分析仪的应用材料及检测原理 制氢设备氢气传感器和氢气分析仪及其原理氢能产业需求

钯、镍、铂及其合成物,常被用作制造氢气传感器的活性材料。具体来说,这些活性元素,可被看作可与氢元素发生反应的催化材料,且氢元素能与这些元素相容,还可溶于该元素。目前,作为为活性元素,钯、铂、镍元素在氢传感器中得以广泛应用。这些活性材料在吸收了氢分子之后,会改变其本身的物理参数。例如,在金属氧化物半导体为基础的电容式氢气传感器中,氢原子在金属栅中扩散,并在钯氧化物表面上形成了一个偶极层,该偶极层导致了活性元素的功函数的改变。 

氢气传感器类型、参数及电化学氢气传感器的原理 

目前,市场上的氢气传感器,基于物理参数的不同,如电阻、热导率、声学函数、机械学函数、光学函数、电化学和催化函数以及功函数,大体可分为八种类型。氢气传感器检测的重要参数包括响应时间、恢复时间、响应百分比(%)、灵敏度、选择性和可靠性等。由于氢气是同核双原子分子,没有红外活性,不能用非分散红外吸收原理(NDIR)。 

1、电化学原理: 制氢设备氢气传感器和氢气分析仪及其原理氢能产业需求

当被测氢气通过扩散栅栏进入传感器,并在感应电极表面处发生氧化反应,与此同时,负电极发生还原反应,从而产生内部电流。将传感器与外部电路接通,因电流大小与被测氢气浓度有关,因此,可通过电流大小来测量气体的浓度。 

2、催化燃烧原理 

催化燃烧式氢气传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的氢气发生无焰燃烧,使温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理*终显示可靠的数值。 

3、热导原理 

由于氢气的导热系数比较大,基于导热系数差异原理分析气体浓度,常用于分析氢气的浓度。 

4、半导体原理 

氢气分子进入镍钯金属合金薄膜,敏感元件的阻抗和电容产生变化,输出的信号与氢气的浓度呈一定的关系。 


氢气传感器在新能源汽车领域的应用和探索 

除上述工业领域的应用外,作为一种清洁能源,氢气低密度、高燃烧温度、无毒性、可燃范围广,目前还被广泛用于汽车行业,特别是氢燃料电池汽车中。由于氢气无色无味,人体无法察觉,因此,在使用过程中,利用氢气传感器对空气中的氢气浓度进行监测,十分必要。而且,还必须要求氢气传感器具备响应速度快、精度高的优点。 制氢设备氢气传感器和氢气分析仪及其原理氢能产业需求

由此看来,在汽车领域,一种新能源的推广和应用,其**性应该是首先被关注的。对此,目前,氢燃料电池汽车的氢气传感器均选用防爆型,而不用触点式传感器。这是因为,触点式传感器在氢气含量达到设定值时,通过触点的动作输出信号,易产生触点火花而引发爆炸事故。

未来,随着氢能源汽车的推广与应用,像上述这类爆炸事故,应尝试从技术层面予以杜绝。比如,目前,在一些车载氢气**监控系统中,除了氢气传感器外,还加入更多的传感器监测手段。如加装氢系统压力传感器,可用于判断气瓶中剩余氢气量,保证车辆正常行驶。当压力低于某值时,提示驾驶员加注氢气;加装温度传感器,可在气体温度突然急剧上升时,及时感应到气瓶周围可能有火警发生等。 

 ADEV 8866热导气体分析仪用于**检测二元或准二元混合气体中某一组分的变化,可检测几乎任意的混合气体;氢气、

氦气、氧气、二氧化碳、甲烷,一氧化碳,氩气,氮气等其他多种气体。

应用:
气体混配
焊接气体
热处**体
氢气\氦气纯度
食品包装气体
化学气体

操作原理
    所有的气体都具有不同的导热能力,我们通常称之为气体的热导率(或热导系数)。在一个大的热导检测器中装有两对匹

配的加热丝,他们被分别置于样气流路和参比气流路中。加热丝的温度随着样气浓度的改变而变化。

    这些检测器组成了一个惠斯顿电桥,惠斯顿电桥被加载一个恒定的电流源。当样气中被测组分浓度变化时,样气检测器

检测到混合样气的热导率变化,因此引起惠斯顿电桥的不平衡,从而输出一个与被测组分浓度变化值相对应的电信号。这个

电信号经放大处理后在高清晰度的LED显示器上显示。

技术规格
测量范围:0-*可选
分辨率:+-0.5%
精度:+-1%制氢设备氢气传感器和氢气分析仪及其原理氢能产业需求
响应时间:23秒内读书90%
校准范围:0-*待测气体。
测试传感器类型:稳定的热导式测量原理
报警:2个可自由设定的继电器报警,可全量程设置。触电功率240VAC/30V电源
模拟输出:0-10V,4-20mA(0-20mA)独立电压
串口:可连接电脑

工作条件
样气压力:3000pa
样气流速:0.1-0.2L/min
样气温度:-10到40℃
环境温度:-5到50℃
电源:220VAC
显示器:4位高清LED屏,12位数字显示
重量:10kg
防爆等级:EExd IIC T6

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