氢气气体分析仪原理图

由于不同类型的分析仪原理差异很大，我将为您提供两种最核心的原理示意图和解释：一种是用于测量高浓度氢气的热导原理，另一种是用于测量低浓度氢气的电化学原理。

1. 热导式氢气分析仪原理图（用于高浓度测量）

这是工业流程中最主流的原理，用于测量0%到100%的氢气浓度。

示意图说明：

1. 核心部件 - 热导池：仪器内部有至少两个相同的腔室（池），每个池内都装有精密的、材质相同的热敏元件（通常是铂丝电阻），它们构成了惠斯通电桥的相邻桥臂。

◦ 参比池（Reference Cell）：内部通入参比气（如纯净的氮气或空气），并被密封起来，提供一个稳定的参考环境。

◦ 测量池（Sample Cell）：内部持续通入被测气体（含有氢气）。

2. 工作流程：

◦ 铂丝通入恒定电流后被加热到一定温度。

◦ 由于氢气的热导率远高于参比气（如氮气），当被测气体流经测量池时，氢气含量越高，热量被带走得越快，导致测量池内铂丝的温度下降得越多。

◦ 铂丝的温度变化会引起其电阻值的变化。

3. 检测原理 - 惠斯通电桥：

◦ 参比池和测量池的铂丝电阻（Rref和Rs）构成电桥的两个臂。

◦ 当被测气体中不含氢气或浓度与参比气相同时，两个池的散热情况一致，电阻相等，电桥处于平衡状态，输出信号（Vout）为零。

◦ 当氢气浓度升高时，测量池的铂丝电阻（Rs）会减小（因为铂丝的温度降低了），导致电桥失衡，输出一个与氢气浓度成正比的电压信号（Vout）。

◦ 这个信号经过放大和校准后，即可直接显示为氢气的浓度值。

优点：结构简单、性能稳定、不易老化、测量范围宽、成本相对较低。

2. 电化学式氢气分析仪原理图（用于低浓度/安全监测）

这种原理主要用于便携式检测仪和固定式报警器，测量ppm级别的氢气浓度。

示意图说明：

1. 核心部件 - 电解池：

◦ 透气膜：允许氢气扩散进入，但能阻挡灰尘和液体。

◦ 工作电极（阳极）：涂有特殊催化剂，氢气在此被氧化。

◦ 对电极（阴极）：氧气在此被还原。

◦ 电解液：负责在内部传导离子。

2. 工作流程（化学反应）：

◦ 氢气分子（H₂）通过透气膜扩散到工作电极表面。

◦ 在工作电极（阳极）发生氧化反应：H₂ → 2H⁺ + 2e⁻

▪ 这个反应释放出电子（e⁻），产生电流。

◦ 氢离子（H⁺）通过电解液迁移到对电极。

◦ 在对电极（阴极），与环境中的氧气发生还原反应：1/2O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O

3. 检测原理：

◦ 上述反应会产生一个与参与反应的氢气分子数量成正比的电流（I）。

◦ 这个微弱的电流信号被电路检测和放大，由于氢气分子数量与其浓度成正比，因此测得的电流大小就直接反映了氢气的浓度。

优点：对低浓度氢气非常敏感、功耗低、便携性好。

总结与选择

希望这些原理图和解释能帮助您直观地理解氢气分析仪是如何工作的！如果您对某种特定原理有更深入的兴趣，我们可以继续探讨。

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