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氢气传感器在工业控制领域的应用以及相关原理介绍

字号+ 作者:郑州炜盛科技 来源:互联网 2020-11-02 14:44 我要评论( )

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,如化石燃料或火箭燃料的处理、氨和甲醇的合成过程等。在核反应堆、发电行业和通讯行业,氢泄漏预警监测,也必不可少。

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安全非常重要。

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。

氢能源相关科技应用,资料图

氢气传感器在工业控制领域的应用

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,如化石燃料或火箭燃料的处理、氨和甲醇的合成过程等。在核反应堆、发电行业和通讯行业,氢泄漏预警监测,也必不可少。这些应用的关键同样在于,必须将氢气浓度控制在设定的最低可燃浓度值以下。

举例来说,在电焊、电镀及电池的关键特性参数中,氢气浓度监测是一个非常重要的步骤。早期的氢气传感检测方式,主要基于质谱仪和气相色谱仪。其中,质谱仪监测是通过测量其在磁场中的偏移量。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。

氢气传感器的应用材料及检测原理

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。

 

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