HP 1 氢探头

氢气传感器在常温下对氢气非常敏感且具有很好的选择性，可以作为检测环境中氢气浓度的传感器，出于生产生活中对安全的要求，快速、灵敏、准确的氢气传感器是十分必要的，能够及时避免爆炸发生的可能性。

必要性：氢气由于其燃烧效率高、产物wu污染等优点 ,与太阳能、核能一起被称为三大新能源。作为一种新能源 ,氢气在航空、动力等领域得到广泛的应用;同时,氢气作为一种还原性气体和载气,在化工、电子、金属。但氢气分子很小,在生产、储存、运输和使用的过程中易泄漏,由于氢气不利于呼吸,无色无味,不能被人鼻所发觉,且着火点仅为 585 ℃,空气中含量在 4%～75%范围内 ,遇明火即发生爆炸 ,故在氢气的使用中bi须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。

分类及原理：

1 、半导体型传感器

以电阻型半导体传感器为例: 主要以 sno2 , zno,wo3 等金属氧化物为气敏材料 ,例如:国产 qm系列氢气传感器就是以 sno2 作为氢气敏感材料 ,故也称金属氧化物半导体氢气传感器。其工作原理是:当吸附氢气后 ,氢气作为施主释放出电子 ,与化学吸附层中的氧离子结合 ,于是载流子浓度发生变化 ,该变化值与氢气体积分数存在一定的函数关系。

2、热电型传感器

首先 ,在基片上沉积一层热电材料 ,然后 ,在热电材料表面的某一部分沉积一层催化金属 ,如 , pt, pd等 ,最后 ,分别在催化金属层、热电薄膜层 (表面上无催化金属 )引出电极 ,即获得最为简单的热电型氢气敏感元件。当此敏感元件暴露在含氢气的环境中 在催化金属的,作用下 ,氢气与氧气反应生成水蒸汽并放出热量 ,于是 ,沉积有催化金属的一端温度高 ,为热端 ,无催化金属的一端温度低 ,为冷端 ,由于热电材料的热电发电效应 (seebeck效应 ) ,将这种热端与冷端之间的温差转换为温差电势 ,以电信号的形势输出 ,从而实现对氢气的检测。

3、光纤传感器

由于多种固态氢气传感器使用的都是电信号 ,一个共同的弊端就是可能产生电火花 ,对于氢气体积分数较高的环境来说存在极大的安全隐患。而光纤传感器使用的是光信号 ,所以 ,适用于易爆炸的危险环境 。

4、钯合金薄膜氢气传感器

新型的第三代氢气传感技术为钯合金纳米薄膜氢气传感技术，具有真正意义的氢气专一性，0~100%全量程，不受其他气体干扰，测量过程中不需要氧气，使用寿命长。

技术原理：

1、热传导检测法（主流技术）：利用氢气的高热导率特性（0.168 W/m·K，约是空气的6倍），通过测量气体流经热敏元件的温度变化，计算氢气浓度。

2、电化学法：氢气在电机表面发生氧化还原反应，输出电流信号，适用于ppm级微量检测。

典型工业应用：

‌1. 热处理工艺控制‌

‌渗碳/氮碳共渗‌：监测炉内氢分压，防止工件表面氢吸附导致脆性增加；

‌退火炉保护气‌：维持氮氢混合气的精确比例（如H₂占比5%±0.2%）。

‌2. 新能源安全监测‌

‌氢燃料电池系统‌：实时探测储氢罐/管道泄漏（阈值≤1% LEL，即400ppm）；

‌电解水制氢设备‌：防止氧中氢超标引发爆炸（联锁停机阈值≥2% H₂）。

‌3. 材料研发测试‌

‌核电设备验证‌：测量锆合金包壳管的氢渗透率，评估抗氢脆性能；

‌航空航天材料‌：钛合金部件热处理后的残余氢含量分析。

氢气传感器使用注意事项‌主要包括以下几点：

1、‌安装位置选择‌：氢气传感器应安装在距离地面一定高度的位置，以确保空气流通。同时，应避免安装在高温、潮湿、强磁场等恶劣环境中，以免影响传感器的正常工作‌。

2、‌定期校准和维护‌：为了确保测量的准确性，氢气传感器应定期进行校准。校准过程中应严格按照说明书操作，避免损坏设备。此外，定期检查传感器的灵敏度和校准错误也是必要的维护措施‌。

3、‌环境控制‌：保持传感器工作环境的稳定，避免温度和湿度的剧烈变化。同时，避免将传感器暴露在高温、高湿或强磁场等恶劣环境中，以免影响其正常工作‌。

4、‌防止干扰‌：在安装传感器时，尽量远离可能产生干扰气体的源头，减少催化剂中毒的风险。在校准时，确保环境无干扰气体，使用标准浓度的校准气体，并严格按照说明书操作‌。

5、‌清洁保养‌：定期清理传感器周围的灰尘和杂质，保持仪器表面清洁，防止传感器部位阻塞，影响检测效果。使用后及时将仪器放回收纳箱，防止碰撞‌。

6、‌信号稳定性‌：确保传感器与待测气体充分接触，以获得准确的测量结果。同时，检查传感器与监测系统的连接是否牢固，电源供应是否稳定，以避免信号不稳定的问题‌。