氢传感器

氢传感器是气体检测器，其检测存在氢。它们包含微型制造的点接触式氢传感器，用于定位氢泄漏。与传统的气体检测仪器相比，它们被认为是低成本、紧凑、耐用且易于维护的。

氢探测器有五个关键问题：

• 可靠性：功能应易于验证。
• 性能：检测空气中0.5％或更高的氢气
• 响应时间 <1秒。
• 寿命：至少两次定期维护之间的时间。
• 成本：目标是每个传感器5美元，每个控制器30美元。

• 浓度范围为0.1–10.0％的测量范围
• 在−30°C至80°C的温度下运行
• 精度在满量程的5％以内
• 在相对湿度范围为10–98％的周围空气环境中起作用
• 耐碳氢化合物和其他干扰。
• 使用寿命超过10年

微型氢传感器有多种类型，它们使用不同的机制来检测气体。其中许多使用钯，因为它选择性地吸收氢气并形成化合物氢化钯。^[4]基于钯的传感器具有很强的温度依赖性，这使得它们在非常低的温度下的响应时间太大。必须保护钯传感器免受一氧化碳，二氧化硫和硫化氢的影响。

几种类型的光纤 表面等离子体共振（SPR）传感器用于氢的点接触检测：

• 镀有钯层的布拉格光纤光栅 –通过金属障碍物检测氢。
• 微镜–切割端具有钯薄层，可检测背反射光的变化。
• 锥形光纤涂覆有钯-氢改变折射率的的钯和在损失从而量渐逝波。

• 电化学氢传感器–可以使用电化学传感器来检测氢气含量低（ppm），该电化学传感器包括一系列电极，这些电极被包装成被导电电解质包围，并且气体的扩散受扩散受限的毛细管控制。
• MEMS氢传感器– 纳米技术与微机电系统（MEMS）技术的结合，可以生产在室温下能正常工作的氢微传感器。一种类型的基于MEMS的氢传感器涂有一层由纳米结构的氧化铟（In ₂ O ₃）和氧化锡（SnO ₂）组成的膜。机械式基于Pd的氢传感器的典型配置是使用涂有Pd的独立式悬臂。在H ₂存在下，Pd层膨胀并因此引起应力，该应力导致悬臂弯曲。依赖于由H ₂气体的存在引起的应力诱导的机械共振频率偏移，文献中也报道了Pd包覆的纳米机械共振器。在这种情况下，通过使用非常薄的Pd层（20 nm）可以提高响应速度。提出了适度加热作为在潮湿条件下观察到的响应损害的解决方案。
• 薄膜传感器–钯薄膜传感器基于相反的特性，该特性取决于薄膜中的纳米级结构。在薄膜中，当形成氢化物时，纳米级的钯粒子会膨胀，并且在膨胀过程中，其中一些会与其邻居形成新的电连接。由于导电路径数量的增加，电阻降低。
• 厚膜传感器–通常具有两个主要成分的设备：
• 1）一层厚厚（几百微米）的某种半导体材料（SnO _2、In ₂ O ₃），称为“基质”，另一层是上层催化活性添加剂，例如贵金属（Pd、Pt）和金属氧化物（Co _x O _y ）加速表面上的氢氧化反应，从而使传感器响应快得多。“矩阵”的作用是将信号转换为测量系统。就信号漂移而言，厚膜传感器比薄膜传感器更稳定，但由于扩散约束进入厚层，通常显示较慢的传感器响应。由于越来越需要将传感器集成到现代电子系统中，因此薄膜传感器技术已被薄膜方法所取代。厚膜传感器需要更高的温度才能工作，因此与数字电子系统的兼容性似乎很差。
• 化学变色氢传感器–可逆和不可逆的化学变色氢传感器包括智能颜料涂料，可通过颜色变化直观地识别氢泄漏。该传感器也可以作为胶带使用。已开发出其他方法来测定生物制氢。
• 基于二极管的肖特基传感器– 基于肖特基二极管的氢气传感器采用钯合金门。氢可以在门中选择性吸收，从而降低了肖特基能垒。Pd / InGaP金属半导体（MS）肖特基二极管可以检测空气中H ₂的浓度为15 百万分之一（ppm）。使用碳化硅半导体或硅衬底。
• 金属的La-镁-镍是导电性，吸收氢接近环境条件下，在形成非金属氢化LaMg2NiH7一个绝缘体。

传感器通常在制造工厂进行校准，并且在设备的使用寿命内有效。

硅氧烷提高了氢传感器的灵敏度和反应时间。可以检测到低至25 ppm的氢含量；远低于氢的爆炸下限 40,000 ppm。