目前,在工業控制領域,利用氫氣傳感器來監控氫氣濃度的歷史由來已久。作為一種清潔能源,氫氣傳感器還被廣泛用于汽車行業,特別是氫燃料電池汽車中,在該領域,曾經發生的多起加氫站爆炸事故,也引起了人們對于氫能源汽車在安全監測方面的關注。
氫氣傳感器是一種可通過轉換氫氣濃度測得可用電信號的轉換裝置,這一應用的關鍵在于,氫氣的監測必須以不發生爆炸作為前提和保證。畢竟,低于可燃范圍的氫濃度測量,對生產過程的監管和安全非常重要。
氫能源相關科技應用,資料圖
在工業控制領域,利用氫氣傳感器來監控氫氣濃度,如化石燃料或火箭燃料的處理、氨和甲醇的合成過程等。在核反應堆、發電行業和通訊行業,氫泄漏預警監測,也必不可少。這些應用的關鍵同樣在于,必須將氫氣濃度控制在設定的最低可燃濃度值以下。
這是因為,相對于早期的傳感器,氫氣傳感器有很多優點,包括低成本、便攜性、響應速度快、集成度高等等。氫氣傳感器的檢測方法主要基于電氣特征(如電阻、導電性、電壓等)、溫度、傳感器活性元素的光學和機械性質中的變化。而氫氣傳感器,正是一種可將這些變化,轉變為可被接收的電信號的理想轉換裝置。
三達特電化學氫氣傳感器,資料圖
例如,典型的電化學氫氣傳感器的檢測原理,便是當被測氫氣通過擴散柵欄進入傳感器,并在感應電極表面處發生氧化反應,與此同時,負電極發生還原反應,從而產生內部電流。將傳感器與外部電路接通,因電流大小與被測氫氣濃度有關,因此,可通過電流大小來測量氣體的濃度。
除上述工業領域的應用外,作為一種清潔能源,氫氣低密度、高燃燒溫度、無毒性、可燃范圍廣,目前還被廣泛用于汽車行業,特別是氫燃料電池汽車中。由于氫氣無色無味,人體無法察覺,因此,在使用過程中,利用氫氣傳感器對空氣中的氫氣濃度進行監測,十分必要。而且,還必須要求氫氣傳感器具備響應速度快、精度高的優點。
在汽車領域,一種新能源的推廣和應用,其安全性應該是首先被關注的。對此,目前,氫燃料電池汽車的氫氣傳感器均選用防爆型,而不用觸點式傳感器。這是因為,觸點式傳感器在氫氣含量達到設定值時,通過觸點的動作輸出信號,易產生觸點火花而引發爆炸事故。
未來,隨著氫能源汽車的推廣與應用,像上述這類爆炸事故,應嘗試從技術層面予以杜絕。比如,目前,在一些車載氫氣安全監控系統中,除了氫氣傳感器外,還加入更多的傳感器監測手段。如加裝氫系統壓力傳感器,可用于判斷氣瓶中剩余氫氣量,保證車輛正常行駛。當壓力低于某值時,提示駕駛員加注氫氣;加裝溫度傳感器,可在氣體溫度突然急劇上升時,及時感應到氣瓶周圍可能有火警發生等。