氢气在线监测分析仪原理图

解析氢气在线监测分析仪的原理图，我将为您提供两种核心原理（热导式和电化学式）的详细文字版原理图描述。您可以根据这些描述，轻松地绘制出清晰的示意图。

原理图一：热导式氢气分析仪原理图

这种原理用于测量高浓度氢气（如50%-100%）。

【图表标题】：热导式分析仪原理示意图（基于惠斯通电桥）

【图像结构描述】：

1. 总体布局： 图表中央是一个明显的惠斯通电桥，由四个电阻（R1, R2, R3, R4）组成。

2. 电桥臂说明：

◦ 参考臂（左侧）：

▪ R1（参考室电阻）： 一个电阻丝图标，放置在一个标有 “密封的参考气（如空气）” 的小室中。旁边标注：“环境恒定，电阻稳定”。

▪ R2（参考室电阻）： 同上。

◦ 测量臂（右侧）：

▪ R3（测量室电阻）： 一个电阻丝图标，放置在一个有进气箭头和出气箭头的流路中，该流路标注为 “流动的待测样气”。旁边标注：“电阻值随样气热导率变化”。

▪ R4（测量室电阻）： 同上。

3. 气路流向：

◦ 样气从左侧“样气入口”箭头进入，分流经过 R3 和 R4 所在的测量室，然后汇合从“样气出口”箭头流出。

4. 电路与信号：

◦ 电桥的上方连接稳定电源（V）。

◦ 电桥的中间输出点连接一个信号放大器和微处理器（CPU）。

◦ 关键标注： 在电桥中间连接一个电压表（V）”，并显示一个不平衡的电压信号 ΔV。

◦ 微处理器连接终的浓度显示屏，显示数值如“98.5% H₂”。

5. 工作原理动态标注：

◦ 当氢气浓度升高时： 从“样气入口”指向测量室的箭头旁加注：“H₂浓度高 → 样气热导率升高 → 测量臂电阻丝散热加快 → 温度降低 → 电阻值（R3， R4）减小”。

◦ 电桥平衡被打破： 在电桥上标注：“R3/R4 ≠ R1/R2”，导致电桥产生不平衡电压 ΔV。

◦ 信号输出： ΔV 的箭头指向放大器和CPU，旁边标注：“ΔV 与 H₂ 浓度成正比”。

【核心原理总结】：利用氢气热导率远高于其他气体的特性，通过测量混合气体散热能力变化引起的电阻变化，来精确计算氢气浓度。

原理图二：电化学式氢气传感器原理图

这种原理用于测量低浓度氢气（如0-1000ppm），主要用于安全监测。

【图表标题】：电化学式氢气传感器原理示意图

【图像结构描述】：

1. 传感器结构： 一个被剖开的传感器示意图，显示其内部三层结构。

2. 核心组件（从上到下）：

◦ 顶端： 防尘隔膜，标注：“氢气可扩散通过”。

◦ 上部： 工作电极（阳极），材质标注为“铂（Pt）催化剂”。

◦ 中部： 电解质层，标注为“固态聚合物电解质”。

◦ 下部： 对电极（阴极）。

3. 气体与反应路径：

◦ 顶部： 一个箭头指向防尘隔膜，标注：“待测气体（含H₂）扩散进入”。

◦ 在工作电极表面： 画出化学反应式：H₂ → 2H⁺ + 2e⁻，并标注：“氧化反应”。从反应式引出的电子（e⁻）画一条线，穿过一个电流表（A），流向对电极。这是产生的测量电流。

◦ 氢离子（H⁺）路径： 从工作电极画 H⁺ 离子穿过电解质层到达对电极。

◦ 在对电极表面： 画出化学反应式：½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O，并标注：“还原反应（消耗空气中氧气）”。旁边画一个空气符号，表示氧气来自空气。

4. 电路与输出：

◦ 电流表（A）上显示一个微弱的电流值 I。

◦ 电流信号连接一个放大器，放大器输出连接浓度显示，显示数值如“25 ppm H₂”。

◦ 关键标注： 在电流路径旁注明：“电流大小 I 与氢气浓度成正比”。

【核心原理总结】：模拟燃料电池原理，氢气在传感器内发生电化学反应，产生与氢气浓度成正比的微小电流，通过测量该电流即可获知浓度。

总结对比

原理 热导式 电化学式

核心 测量物理性质（热导率） 测量化学反应产生的电流

浓度范围 高浓度（百分比级） 低浓度（ppm级）

好比 通过比较风扇的散热效果来判断空气流动性 通过测量小电池的发电量来判断燃料多少

应用 氢气纯度分析、工艺控制 泄漏报警、安全监测

希望以上详细的“原理图”描述能帮助您在脑海中清晰地构建起这两种主流氢气分析仪的工作画面。如果您需要其他原理（如半导体式、气相色谱式）的图解，请随时提出。

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