氢气传感器和H2传感器原理
氢气传感器和氢气监测模块
氢气传感器和H2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、灵敏的氢气传感器是十分必要的，能够及时避免爆炸的可能性。
MEMS热导式传感器工作原理：热导率传感器通过测量气体或液体的导热能力来工作。当向材料施加热量时，其散热速率受到其导热性的影响。在典型的热导率传感器中，两个温度传感器（通常是热电偶或电阻温度传感器）以已知距离放置。加热器产生已知量的热量，并测量两个传感器之间的温差。然后，可以根据热流和温差计算导热系数。
热导率气体传感器敏感芯片测量膜中心热电堆热结和芯片厚边缘冷结之间的热阻。这是通过使用电阻器加热器Rheat加热膜的中心来实现的。由此产生的中心温度升高由热电堆温度传感器测量。实际温度升高取决于膜中心和环境之间的有效热阻，这受到膜热阻、环境气体热阻、任何存在的气体流量和（通常可以忽略不计）发射辐射等因素的影响。
MEMS热导率传感器测量温度有几种类型，包括：
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电阻温度传感器：这些传感器利用材料的电阻变化来确定温度。
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热电堆传温度感器：这些传感器由多个串联的热电偶组成，提供更高的输出电压和灵敏度。
TCD-5880-P2RW气体传感器敏感元件为了测量时准确补偿环境温度变化，可以在热导率传感器芯片旁边安放一个2x2
mm的PT100铂电阻温度传感器。这允许根据温度DIN
B等级准确测量传感器芯片的温度。标准为100欧姆电阻器（0ºC时为100欧姆，灵敏度为0.39%/ºC），可选为0ºC下为100欧姆的Pt100。所谓的"Roof硅盖"是粘在薄膜热点上的硅散热器，在距离薄膜100μm处形成散热器（见图4.5）。“硅盖”有两个应用。首先，热导率传感器周围的任何气流都被硅盖阻挡，无法到达热膜，因此传感器的对流量灵敏度大大降低。因此，在有流量的情况下进行测量时，硅盖选项很有趣。其次，附近的散热器将传感器可以测量的上部真空压力增加了大约3倍。因此，当将热导率传感器用作真空计传感器时，硅盖选项也可能引起人们的兴趣。
氢气传感器的必要性
氢气由于其燃烧效率高、产物无污染等优点 ,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、医疗、金属冶炼,特别在军 事国防领域有着极为重要的应用价值。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 ,故在氢气的使用中必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。
氢气传感器的分类及原理简述
1 、半导体型氢气传感器和H2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、热电型氢气传感器和H2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 ,*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*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、氢气传感器光纤传感器
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 。
氢气传感器的发展方向
目前 ,氢气传感器和H2传感器的选择性、安 全性、稳定性、灵敏度以及输出信号弱等问题 ,已经得到不同程度的解决。实现氢气传感器的常温工作 ,不仅提高了氢气传感器的安 全性 ,而且 ,降低能耗 ,将是今后研究工作的重点。可以通过以下 3种途径实现氢气传感器的常温工作：1)发展光纤型氢气传感器 ,但必须解决其输出信号弱、使用寿命短以及高成本等问题；2)制备纳米级的氢敏材料 ,由于氢敏材料对氢气的响应究其根本来说是一种表面作用 ,而纳米材料具有很大的比表面积 ,增加了接触响应的表面积 ,而且 ,纳米材料的粒径小 ,缩短响应时间 ,提高了响应性能；3)积极开发新的氢敏材料。
氢气传感器的应用
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钢厂
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电池系统
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变压器维护
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氢气报警器
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氢气的探测领域
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美国NTM Sensors 公司的SenseH2氢气传感器
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美国NTM Sensors 公司的SenseH2® 氢气传感器是用来氢气监测，为危险的工作环境提供保护。这种陶瓷传感器独特的展示了高灵敏度，高选择性和对空气中的快速响应等特点。氢气传感器可以在一个很宽的温度和湿度范围内对氢气进行可靠的测量，甚至可以在可燃气体环境中测量氢气。 另外， 美国NTM Sensors 公司的SenseH2® 氢气传感器区别其他传感器显著特点是在暴露在连续的低浓度的氢气，氢气传感器的信号不会饱和，氢气消失后，传感器快速地恢复。NTM Sensors 公司的SenseH2® 已经得到UL认证，按照UL60079-15 和EN60079-15 标准满足Class l, Division 2 and Zone 2 危险区域。
美国NTM Sensors公司SenseH2氢气传感器特性，对氢气有高度灵敏度和选择，应用在电池仓，通讯系统备用电池和燃料电池汽车等场合H2氢气浓度测量和监测。
• 0.5% ~4.0% H2 (5 to 100% LFL)量程（在空气中）
• 1.0~4.5VDC线性成比例输出
• +/- 0.25% H2精度
• 高灵敏性，只对氢气敏感
• 快速响应和恢复时间
• 抗其它可燃气体干扰，例如CO，CH4和VOCs等
• 不受温度、湿度和气体流速影响
• 具有自诊断功能
•近1000只传感器的燃料电池汽车应用（欧洲）
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MEMS快速响应氢气传感器
MEMS快速响应氢气传感器(H2)特点：
1、无需加热恒温
2、功耗低，约100mW
3、快速响应，约1秒
4、湿度测量和补偿
5、温度测量和补偿
6、外形尺寸小
