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氢传感器

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氢传感器是气体检测器,其检测存在。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。

关键问题

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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。

氢传感器

附加要求

  • 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

微型氢传感器的类型

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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。

光纤氢传感器

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。

其他类型

  • 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 )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。

增强

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。


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词条目录
  1. 氢传感器
  2. 关键问题
  3. 附加要求
  4. 微型氢传感器的类型
  5. 光纤氢传感器
  6. 其他类型
  7. 增强

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