氢气传感器的研究进展

作为氢气检测的一种重要手段,氢气传感器显得尤为重要。介绍了目前研究最为广泛的半导体型、热电型、光纤型3种氢气传感器的研究进展,分别阐述了这3种传感器的结构、工作原理、研究现状及其优缺点,并对氢气传感器的应用前景和研究方向进行了展望。     

基于热导原理的氢气传感器设计

文中设计了一种检测氢气的传感器.基于每种气体的导热率不同,利用热导芯体TCS208F热敏电阻阻值与被测氢气浓度存在对应关系,并采用热导芯体和调理电路相结合,实现了传感器氢气浓度的测量.热导传感器输出信号值受环境温度和环境湿度的影响,被测氢气浓度在计算过程中引入了温度参数和湿度参数2个变量来补偿传感器的检测精度,提升了传...     

基于虚拟仪器的光纤氢气传感器的设计

针对传统的气体传感器检测的缺点,开发了一套基于虚拟仪器的检测氢气的光纤氢气传感器;它采用NI公司的图形化开发平台LabVIEW,将传统的电路分析和处理,以及传统仪器的功能集成于一台计算机中,用户可以修改虚拟仪器的软件模块中的参数来这到修改气体传感器检测的特性;该氢气传感器检测系统通过计算机进行各类采集有关数据的处理、数据存储和分析;同时,详细介绍了系统的硬件连接、基于LabVIEW的软件设计和检测系统的稳定性和可靠性.     

微型氢气传感器的结构设计与仿真分析

基于金属氧化物半导体气体传感器的工作机理,提出了一种微型氢气传感器结构设计。针对几个主要设计参数,利用有限元分析软件ANSYS对这种结构进行了热分析。通过分析和比较,完成了对微型氢气传感器结构的优化设计,并对优化后的传感器进行了瞬态分析。分析结果表明:所设计的传感器结构符合设计要求。     

光纤法布里珀罗氢气检测技术

实现对密闭容器内的微量氢气进行快速准确的测量,对提高产品的贮存安全性有重要意义,为此开展了一种具有实用性的新型光纤传感器研究.介绍了基于溅射钯银合金膜的非本征法布里-珀罗光纤氢气传感器系统的工作原理.通过应力传递过程的分析,建立了法布里-珀罗腔腔长变化与氢浓度关系的数学模型,并推导出传感器灵敏度计算方法.实验通过在一定浓度下研究该传感器的氢响应特性,证实了该氢气检测方法的可行性,并且其理论模型与实验结果吻合较好.     

薄膜氢气传感器的数字PID控温系统设计

针对电阻式薄膜氢气传感器对工作温度的需求,本文设计了一种基于嵌入式的数字PID控温系统。系统采用铂电阻高精度测温电路,MOS驱动电路控制加热电阻,通过单片机执行数字PID控制算法,调整PWM占空比实现氢敏芯体温度的高精度控制。试验结果表明,氢气传感器的调节时间为130 s,控温精度为±0.1℃,满足氢气传感器的应用需求,具有重要的实用价值。该系统具备电路结构简单、响应速度快、控温精度高等优点。     

电阻型氢气传感器研究进展

该文介绍了电阻型氢传感器国内外研究的最新进展,对该类传感器的工作原理和改进方法进行了详细的叙述,对半导体型和纳米线电阻型传感器的研究作了详细的介绍,并展望了电阻型氢气传感器的发展方向.     

一种基于电子隧穿机制的柔性氢气传感器

氢气传感器在涉氢安全领域扮演着重要角色,随着可穿戴设备大量应用,柔性氢气传感器的发展日益受到重视。纳米粒子薄膜以其离散的纳米颗粒状结构和独特的电学响应性质成为了理想的柔性氢气敏感材料。通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底上沉积钯(Pd)纳米粒子薄膜构筑了一种柔性氢气传感器。通过上百次反复弯折,该传感器体现了较好的机械性能和电学稳定性,气敏性能在弯折循环前后无衰减。通过系统研究应变状态下的氢气响应性质,发现拉应变使Pd纳米粒子薄膜的氢气响应度增大,而压应变效应则相反。其原因主要归结为应变导致的纳米颗粒间距变化,拉应变产生的较大的纳米颗粒间距会使得传感器电流基线降低,且足够大的纳米粒子间距更能容纳Pd纳米粒子吸氢导致的晶格膨胀,反之亦然。此外,拉应变使Pd纳米粒子薄膜对氢气的响应时间显著缩短,而压应变产生的效果则相反。该氢气传感器探测范围达到0~10%,响应时间可达数秒量级,探测下限为25×10^-6。在低氢气浓度范围内,响应度ΔI/I0与P1/2H2呈现线性关系,对4%浓度氢气的响应度可达600%,灵敏度可达3.28% Pa-1/2。这些结果表明,该传感器具备优异的传感性能,在柔性气体传感器领域具有极大应用潜力。     

恒电位驱动型氢气浓度监测仪研制

针对核电厂正常运行工况、事故工况以及事故后安全壳内氢气浓度监测需求，研制了恒电位驱动型氢气浓度监测仪。该监测仪基于电化学原理，可实现氢气浓度在线监测，并将监测结果实时传输至核电厂仪控系统。对仪器的测量原理、测控方法、软硬件设计进行了阐述，并依据核电厂测量要求对仪器进行了性能试验，计算得到仪器的测量范围为0～20%、最大误差为-1.95%FS、重复性误差为1.23%、响应时间(T₉₀)为70 s。试验结果表明，该仪器具有误差小、重现性高、稳定性好等优点，可实现二次仪表与氢浓度传感器的远距离分离，适用于核电厂复杂工况环境下的氢气浓度在线监测。     

级联长周期光纤光栅氢气传感器

为了监测某些特殊研究领域内狭小密闭空间里的氢气气氛,以防止氢气泄漏对产品和人员产生危害,研究了一种表面镀钯银合金（Pd-Ag）膜的级联长周期光纤光栅氢气传感器。本文简要介绍了检测原理,通过初步实验获得不同氢气浓度下的透射光谱,分析了对应的干涉条纹对比度变化规律,实验结果表明设计的传感器对氢气浓度具有明显的响应特性可以用于监测氢气。     

表面SiO2改性高选择性MOS氢气传感器

以十甲基环五硅氧烷(D5)为硅源,采用化学气相沉积法(CVD)在SnO2气体传感器表面沉积SiO2膜作为改性层,研究了CVD处理过程中温度和处理时间对传感器的选择性和灵敏性影响.通过对乙醇、丙酮、苯和氢气的气敏性能测试,得出在500℃下CVD处理8 h后的SnO2传感器对氢气具有最好的选择性和灵敏性.同时讨论了SiO2改性层提高SnO2传感器选择性和灵敏性的机理.     

基于稀疏分解残差的氢气传感器故障探测与辨识方法

针对传感器故障探测和诊断,提出了一种基于稀疏分解残差的氢气传感器故障探测和辨识方法.基于信号稀疏分解理论,对采集的传感器正常信号数据集,利用K奇异值分解(K-SVD)学习算法得到一超完备字典D;在字典上对非正常(故障)信号进行分解,根据稀疏分解的残差大小和范围完成对传感器故障的探测及辨识.实验结果表明:对氢气传感器的故障探测率和总辨识率分别达到98.75%和97.25%,可以有效地解决氢气传感器的故障探测和辨识.     

基于光纤束反射驱动的氢气浓度监测系统设计

空气中泄露的氢气浓度达到4%就变得易燃易爆,常规的氢气传感器主要是使用电化学传感器,潜在的电磁干扰与电火花会极易将空气中的氢气引爆,氢气检测的安全性与实时性难以保证;提出基于反射式光纤束氢气传感器的氢气浓度实时检测方法,建立反射式光纤束传感器氢气检测的数学模型,对传感器输出的微弱电流设计了低噪声、抗干扰的调理电路,基于ARMS3C2410设计了系统的硬件支撑电路完成各种扩展功能;在传感器输出信号中使用粒子群优化方法对输出进行精度补偿;实验证明,系统能在40s内对超浓度的氢气进行报警,交叉气体的检测准确度高达98%,具有很强的实用性。     

基于ANSYS的声表面波氢气传感器压电分析

设计了声表面波氢气传感器的结构,利用ANSYS软件建立了声表面波传感器的有限元模型,并对SAW氢气传感器进行了仿真,最后用数据处理软件Origin分析了敏感薄膜的材料参数对传感器输出的影响.传感器通人1 000× 10-6的氢气后,钯膜的厚度、密度、弹性模量等发生了相应改变,进而导致输出电压、频率等发生改变.分析表明:...     

基于单片机的氢气传感器电路研究

针对半导体型氢气传感器的实用化问题,设计了一种基于单片机的氢气传感器电路,该电路由传感探头、信号调理电路、控制单元、人机交互模块、报警电路等构成。通过Tina-TkeilKeil软件进行仿真与调试证明,该电路结构简单、对氢气浓度探测范围大、测精度高,、报警灵敏、显示直观,易于实现传感器的小型化与集成化。     

一种抗氢气干扰的CO传感器

设计了一种抗氢气干扰的CO气体传感器,该传感器以半导体SnO2为敏感基材,采用三电极直热式结构、脉冲方波供电方式。研究了传感器的工作电压、采样时间对传感器灵敏度与抗干扰特性的影响。结果表明:0.3V工作电压、20s的采样时间,传感器灵敏度为10左右,抗氢气干扰系数达100以上。     

钛酸钡系PTCR与氢气相互作用的研究

研究钛酸钡系ＰＴＣＲ与氢气的相互作用，实现了烧成后陶瓷ＰＴＣＲ样品的氢处理可控制降阻。通过测试降阻后样品电性能的变化以及阻值长期稳定性，确认了氢处理降阻的可行性。研究了ＰＴＣＲ与氢气相互作用过程，并从晶界势垒变化角度，探讨了ＰＴＣＲ与氢气相互作用实现降阻的机理。     

基于声谐振驱动的氢气流量检测系统设计与实现

氢气在空气中的爆炸极限浓度较低,当前电化学传感器氢气检测中容易受到电磁干扰引起爆炸,安全系数低;设计并实现了一种基于声谐振频率驱动的氢气流量检测系统设计方法,通过检测不同浓度的氢气通过传感器后引起的传感器谐振频率的变化反应氢气的浓度变化,系统基于S3C2410模块设计,设计了外围的信号调理电路,对芯片进行了Linux系统移植,安全性和准确性都有很大提高;最后进行仿真实验,实验工具包括传感器与探头,芯片搭建的硬件电路,USB数据采集卡;型号分别为1%,2.54%,3.05%,4.1%的经过国家标准检验的氢气,型号为0.513%的一氧化碳,型号为100%的二氧化碳与氧气;实验结果表明,系统能在10s内对超浓度的氢气流量监控报警,误差在小于0.015,不同的交叉气体下系统的氢气流量检测准确度高达98%,具有很强的实用性。     

肖特基二极管氢气传感器的试验研究

报道了一种肖特基二极管氢气传感器。氢气在肖特基二极管的钯金属膜上发生化学吸附后,解离为氢原子,并扩散到钯金属膜内部,引起肖特基二极管的势垒下降,导致电流/电压曲线漂移,从而实现氢气的检测。本试验采用溅射方法制备钯膜,对其敏感特性进行测试,实验结果表明:对氢气响应特性好,测量范围为(0～10 000)×10~(-6)。     

电化学传感器测试富氢水中氢气体积分数的研究

提出利用复合电极测试富氢水中氢气体积分数的方法。试验表明:对于以2个铂丝分别作为工作电极和辅助电极,Ag/AgCl为参比电极的三电极体系,外部通以恒电位,工作电极维持在恒定的电位,可以实现敏感电极曲线。传感器对(0. 1～0. 8)×10-6体积分数的富氢水具有良好的传感性能,电化学传感器电流与氢气体积分数呈正比例线性关系,其响应时间低于5 s。