氫氣傳感器檢測原理

1、氫氣概述及應(yīng)用

氫氣是一種無色無味的氣體。它很容易點燃。一旦點燃，它就會燃燒成淡藍(lán)色，幾乎看不見火焰。氫氣比空氣輕。在氫氣和空氣混合氣體濃度的大范圍內(nèi)，它是易燃易爆的。氫氣是無毒的，但它是一種簡單的窒息物。幾十年來，工業(yè)界一直在以下應(yīng)用中**使用氫氣：

• 燃料電池（Fuel Cell）
• 煉油
  
• 玻璃凈化
• 半導(dǎo)體制造
• 航空航天應(yīng)用
• 肥料生產(chǎn)
• 焊接、退火和熱處理金屬
• 中西藥品
• 作為發(fā)電廠發(fā)電機的冷卻劑
• 用于植物油中不飽和脂肪酸的氫化
  

氫氣傳感器的檢測原理有多種，常見的氫氣傳感器的原理有金屬氧化物半導(dǎo)體、催化珠、熱導(dǎo)率、電化學(xué)和聲波。每種方法都有各自的優(yōu)缺點，下文將對此進(jìn)行討論。

2. 氫氣傳感器檢測原理一：金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）

金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）氫氣傳感器由一個加熱電阻器和一個由沉積在加熱器上的金屬氧化物層制成的敏感電阻器組成，加熱電阻器將傳感器加熱至其工作溫度（200–500°C）。金屬氧化物層的電阻隨溫度和周圍空氣中的氫含量而變化。MOS氫氣傳感器存在一些問題，包括缺乏選擇性、穩(wěn)定性和靈敏度，以及響應(yīng)時間較長。

3、氫氣傳感器檢測原理二：催化燃燒催化珠(CATALYTIC BEAD)

催化燃燒催化珠氫氣傳感器由兩個珠狀物組成，珠狀物圍繞著一根在高溫（450°C）下工作的電線。一個珠子沒有添加催化劑被鈍化，這樣當(dāng)它與氫氣分子接觸時就不會發(fā)生反應(yīng)，作為背景參考。另一個珠子被涂上催化劑以促進(jìn)與氣體的反應(yīng)。珠子通常放置在惠斯通電橋電路的獨立支腿上。當(dāng)氫氣存在時，催化珠上的電阻增加，而鈍化珠上的電阻沒有變化。這改變了電橋的平衡，改變了輸出電壓值Vout。
4、氫氣傳感器檢測原理三：熱導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)（THERMAL CONDUCTIVITY）

熱導(dǎo)率（TC）氫氣傳感器與催化燃燒催化珠原理類似，因為它們將空氣中的氫氣樣品與用作參考的空氣中的氫樣品的性能進(jìn)行比較。熱導(dǎo)氫氣傳感器通過比較被測樣品和參考樣品的導(dǎo)熱系數(shù)來工作。一個加熱的熱敏電阻放置在樣品中，另一個作為參考放置在參考?xì)怏w中。如果樣品的導(dǎo)熱系數(shù)高于參考值，則暴露元件的熱量損失，其溫度降低，而如果導(dǎo)熱系數(shù)低于參考值，則暴露氫氣敏感元件的溫度升高。同樣，惠斯通電橋用于測量溫度變化產(chǎn)生的不同電阻。 MEMS快速響應(yīng)氫氣傳感器(H2)特點：1、無需加熱恒溫，2、功耗低，約100mW，3、快速響應(yīng)，約1秒，4、濕度測量和補償，5、溫度測量和補償，6、外形尺寸小

   

5、氫氣傳感器檢測原理四：電化學(xué)(ELECTROCHEMICAL,原電池，燃料電池）

電化學(xué)氫氣傳感器(H2傳感器）的工作原理與燃料電池相同。它們由一層薄薄的電解液隔開的陽極和陰極組成。當(dāng)氫氣通過電解液時，會發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生與氣體濃度成比例的電流。電化學(xué)氫氣傳感器運行所需的功率非常小，其功耗在所有傳感器類型中是*低的。電化學(xué)氫氣傳感器具有靈敏度高、反應(yīng)時間短、校準(zhǔn)后重現(xiàn)性好、線性好、零點穩(wěn)定、交叉靈敏度相對較低等特點。它們在**和過程控制應(yīng)用中非常有用。電化學(xué)氫氣傳感器的一個主要缺點是，隨著時間的推移，由于失去催化表面，靈敏度會降低。
 6、氫氣傳感器檢測原理五：表面聲波（SURFACE ACOUSTIC WAVE）
表面聲波（SAW）氫氣傳感器(H2傳感器

）可用于多種應(yīng)用，如氣體、流體和生物傳感。聲表面波氫氣傳感器的工作原理是在兩個表面上產(chǎn)生聲波，壓電換能器在材料中傳播，然后由**個壓電換能器接收聲波，并將其轉(zhuǎn)換回電信號。一個表面涂有一層氫氣反應(yīng)膜，可以改變其性能。當(dāng)存在氫氣時，材料的另一個表面未涂層，用作參考。這種特性的變化導(dǎo)致接收到的聲波的頻率或振幅發(fā)生變化，與氫的濃度成正比。SAW氫氣傳感器價格合理，本身堅固耐用，非常敏感，本質(zhì)可靠。在實驗裝置中，聲表面波氫氣傳感器已成功用于測量氫氣濃度。

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