氢气测漏仪工作原理是什么?

我们来详细讲解氢气测漏仪的工作原理。与测量浓度的氢气分析仪不同，测漏仪的核心目标是快速、灵敏地定位微小的氢气泄漏点，因此其对灵敏度和响应速度要求极高。

目前主流的氢气测漏仪主要采用以下两种原理，其中第一种为常见。

原理一：氢传感器原理（常用）

这类仪器使用对氢气具有高度选择性和灵敏度的传感器。当氢气分子与传感器接触时，会引起传感器物理或化学性质的改变，从而产生电信号。根据传感器技术不同，主要分为以下几种：

1. 热导式传感器

这是目前专业级氢气测漏仪主流、经典的技术。

• 工作原理：

1. 仪器内部有一个热导检测池，里面装有对温度敏感的热敏元件（通常是铂电阻）。

2. 在纯净空气（或参考气体）中，元件被加热到一个特定温度，其电阻值保持稳定。

3. 氢气拥有所有气体中高的热导率，是空气的7倍左右。

4. 当测漏仪的吸气泵将含有泄漏氢气的空气吸入检测池时，氢气极佳的热传导性会迅速带走元件的热量。

5. 元件温度下降，导致其电阻值发生改变。

6. 仪器测量这个电阻变化量，它的大小与混合气体中氢气的浓度成正比。浓度越高，电阻变化越大。

• 工作过程模拟：

graph TD

A[吸气泵吸入气体] --> B{气体是否含氢？};

B -- 否 --> C[气体热导率正常];

C --> D[检测元件温度/电阻稳定];

D --> E[仪器读数为“0”或本底值];

B -- 是 --> F[氢气极大提高混合气热导率];

F --> G[检测元件被快速冷却];

G --> H[元件电阻值显著变化];

H --> I[仪器检测到信号并转化为浓度读数， 触发声光报警];

• 优点： 性能稳定、寿命长、不易中毒、测量范围宽、响应速度快。

• 缺点： 测量精度受环境温度和背景气体成分影响（但用于测漏定位已完全足够）。

2. 半导体式传感器

• 工作原理： 传感器由金属氧化物半导体（如二氧化锡）制成，在一定温度下工作。当氢气接触到半导体表面时，会与吸附的氧发生反应，导致半导体材料的电阻率发生变化。仪器通过测量电阻率的变化来检测氢气浓度。

• 优点： 成本较低、灵敏度高。

• 缺点： 选择性较差，可能受其他可燃气体（如酒精、一氧化碳）干扰；稳定性相对较差，容易漂移。

原理二：超声波检测原理

这种方法并非直接检测氢气分子，而是检测高压氢气泄漏时产生的超声波。

• 工作原理：

1. 当高压气体（包括氢气）从狭小的泄漏点高速喷出时，会产生湍流，从而发出高频声波（超声波），频率通常在人耳可听范围之上（>20 kHz）。

2. 超声波测漏仪内置的麦克风可以捕捉到这些高频声波。

3. 仪器将人耳听不到的超声波信号转换（降频） 为人耳可听到的声音，并通过耳机播放出来。

4. 泄漏越大或压力越高，产生的超声波信号越强，耳机里听到的“嘶嘶”声就越响。仪器屏幕上通常会以分贝值显示信号强度。

• 优点：

◦ 不受环境气体影响：即使在有风或开放空间，也能有效定位漏点。

◦ 可远距离检测：能够检测到远处或难以触及位置的泄漏。

◦ 非接触式：无需将探头靠近泄漏点，安全便捷。

• 缺点：

◦ 只能检测高压泄漏，对低压或微量泄漏不敏感。

◦ 环境中的其他超声波源（如金属摩擦、电机运转）可能产生干扰。

◦ 无法知道泄漏的氢气浓度，只能定位泄漏点。

总结与对比

原理类型 检测对象 优点 缺点 适用场景

热导式传感器 氢气分子本身 灵敏度高、响应快、稳定可靠、适用于各种压力 受环境温度和背景气体影响 常用，适用于高中低压系统的精确漏点定位，如管道接口、阀门等

半导体式传感器 氢气分子本身 成本低、灵敏度高 易受干扰、稳定性差 常用于对成本敏感、干扰气体少的简易测漏

超声波检测 泄漏产生的声波 非接触、远距离、不受风向干扰 仅适用于高压泄漏、易受环境噪音干扰 高压管道、储罐等难以接近部位的初步筛查

简单来说，绝大多数手持式氢气测漏仪就像一只对氢气有着“超强嗅觉”的电子鼻。 它通过吸气泵“闻”取空气，利用氢气热导率极高这一独特物理性质，在复杂的背景气体中快速识别出它的存在，并通过声光报警告诉操作者：“这里有泄漏！”，从而实现对漏点的精确定位。

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