探索用于氢气检测的传感器技术有哪些？

选择合适的传感器技术对于创建有效的气体检测系统至关重要。关键技术包括：

用于氢气检测的催化珠（Pellistor）传感器（LEL Monitoring）

原理：催化珠传感器，也称为 pellistors，广泛用于检测可燃气体，包括氢气，主要通过测量气体浓度占其 LEL 的百分比。它们通过促进目标气体在嵌入小陶瓷珠内的加热催化剂上的燃烧（氧化）来发挥作用。这种燃烧释放热量，从而改变珠内铂线线圈的电阻。这种电阻变化被测量并与气体浓度相关联。

优点：这是一项成熟而强大的技术，通常每点成本相对较低。它非常适合通用 LEL 监测，通常用于固定氢气检测器，如 Sensidyne 案例研究中的氢气专用 LEL 传感器所示。

缺点：催化珠传感器需要低氧气水平（通常为 >10-12%）才能正常运行。它们可能容易中毒或受到某些化学物质（例如有机硅、硫化合物、含铅蒸气）的抑制，这会降低其灵敏度或使其失活。长时间暴露在非常高的气体浓度（远高于 LEL）中也会导致传感器烧毁。

用于氢气检测的电化学传感器（ppm 和 %Vol 监测）

原理：电化学传感器（氢气）技术旨在检测特定气体，通常浓度较低（百万分之一，ppm）或体积百分比（%Vol）水平较低。这些传感器的功能类似于微型燃料电池或电池。目标氢气通过可渗透膜扩散到电极，在电极中发生特定的化学反应（氧化或还原）。该反应产生与氢气浓度成正比的小电流。

优点：电化学传感器可以提供高灵敏度，使其能够检测非常低的 ppm 水平的氢气，这对于早期检测氢气泄漏至关重要。它们还可以设计为对氢气具有良好的特异性，从而更大限度地减少其他气体的干扰。它们通常的低功耗使其适用于电池供电的便携式氢气检测器。

缺点： 这些传感器的使用寿命有限（通常为 1-3 年），其性能可能会受到环境温度和湿度显着变化的影响。对其他气体（例如一氧化碳、硫化氢）的交叉敏感性可能是一个问题，具体取决于传感器的具体设计和电解质。

用于氢气检测的热导率 （TC） 传感器 （%Vol 监测）

原理：与空气或其他参比气体相比，热导率传感器（氢气）技术利用了氢气极高的导热性。传感器通常包含加热元件（例如热敏电阻或热线）。热量从该元件散失到周围的气体气氛中;这种热损失的速率取决于气体混合物的热导率。通过将样品气体中的热损失与参比室（通常含有空气）中的热损失进行比较，传感器可以测量氢气的浓度，这会显着改变样品的整体热导率。

优点：TC 传感器通常具有很长的使用寿命，并且不会被检测过程消耗。它们可以在催化珠传感器会失效的惰性或缺氧环境中有效运行。它们非常适合测量高浓度的氢气（通常高于 LEL 范围，通常为 0-100% 的体积）。

缺点：热导率传感器在低浓度下通常灵敏度较低，因此不适合空气中的 LEL 检测或痕量泄漏检测。它们的主要缺点是缺乏特异性;它们会对任何导热系数与参考气体不同的气体做出反应，如果存在其他气体，可能会导致错误读数。

用于氢气检测的金属氧化物半导体 （MOS） 传感器

原理：MOS 传感器（氢气）技术利用金属氧化物半导体材料（通常是二氧化锡或氧化钨）的加热层。当氢气吸附到这种加热半导体的表面时，会导致材料的电导率发生变化。电导率的这种变化被测量并与氢气的浓度相关。

优点：MOS 传感器可以提供较长的使用寿命，并且可以设计为检测低 ppm 水平的氢气，从而为泄漏检测提供良好的灵敏度。

缺点： MOS 传感器的一个常见挑战是对其他可燃气体或还原性气体的潜在交叉敏感性，这可能导致误报或读数不准确。它们的性能也会受到环境湿度变化的影响，并且通常需要预热期才能达到稳定的工作条件。

新兴氢气检测技术（简述）

H2 气体检测领域在不断发展。一些新兴或专业技术包括：

光学/红外传感器：虽然氢气的直接红外吸收很弱，但正在探索专门的光学技术或用于氢相互作用副产物的红外传感器。

钯基传感器：钯具有吸收大量氢气的独特能力，导致其物理或电气特性发生可测量的变化。

光纤传感器：这些涉及涂有与氢相互作用的材料的光纤，导致可以检测到的透光或反射发生变化。

MEMS（微机电系统）：这些微型集成设备结合了机械和电气元件，在紧凑的固定传感器中提供快速、低功耗和高度稳定的气体检测。