氢气传感器和氢气分析仪及其原理

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**非常重要。

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。

氢气传感器和氢气分析仪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。

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。由于氢气是同核双原子分子，没有红外活性，不能用非分散红外吸收原理（NDIR）。

1、电化学原理：

当被测氢气通过扩散栅栏进入传感器，并在感应电极表面处发生氧化反应，与此同时，负电极发生还原反应，从而产生内部电流。将传感器与外部电路接通，因电流大小与被测氢气浓度有关，因此，可通过电流大小来测量气体的浓度。

2、催化燃烧原理

催化燃烧式氢气传感器采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的氢气发生无焰燃烧，使温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理*终显示可靠的数值。

3、热导原理

由于氢气的导热系数比较大，基于导热系数差异原理分析气体浓度，常用于分析氢气的浓度。

4、半导体原理

氢气分子进入镍钯金属合金薄膜，敏感元件的阻抗和电容产生变化，输出的信号与氢气的浓度呈一定的关系。

氢气传感器在新能源汽车领域的应用和探索

除上述工业领域的应用外，作为一种清洁能源，氢气低密度、高燃烧温度、无毒性、可燃范围广，目前还被广泛用于汽车行业，特别是氢燃料电池汽车中。由于氢气无色无味，人体无法察觉，因此，在使用过程中，利用氢气传感器对空气中的氢气浓度进行监测，十分必要。而且，还必须要求氢气传感器具备响应速度快、精度高的优点。

未来，随着氢能源汽车的推广与应用，像上述这类爆炸事故，应尝试从技术层面予以杜绝。比如，目前，在一些车载氢气**监控系统中，除了氢气传感器外，还加入更多的传感器监测手段。如加装氢系统压力传感器，可用于判断气瓶中剩余氢气量，保证车辆正常行驶。当压力低于某值时，提示驾驶员加注氢气；加装温度传感器，可在气体温度突然急剧上升时，及时感应到气瓶周围可能有火警发生等。

FTC300氢气分析仪        FTC400热导氘气分析仪