氫氣傳感器和氫氣分析儀主要特點(diǎn)

氫氣分析儀是一種用于連續(xù)自動(dòng)分析混合氣體中氫氣含量的檢測(cè)儀器，廣泛應(yīng)用于熱電廠、化工廠、化肥廠等工業(yè)場(chǎng)所。它主要基于熱導(dǎo)原理工作，利用氫氣與其他氣體導(dǎo)熱系數(shù)的差異進(jìn)行測(cè)量，具有測(cè)量范圍寬、穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，可分為防爆型、便攜式和熱導(dǎo)式等類型。黛爾特（北京）科技有限公司提供氫氣傳感器和氫氣分析儀，歡迎來(lái)電咨詢。

具有不同導(dǎo)熱系數(shù)（縮寫為TC）的氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)取決于組分的濃度。氫氣傳感器和氫氣分析儀通過(guò)測(cè)量熱導(dǎo)率可以確定各種氣體的比例。熱導(dǎo)率檢測(cè)器（縮寫為TCD）目前主要用于測(cè)量稀有氣體（He、Ar、Ne、Kr等）和同核氣體（H2、N2等），這些氣體是其他簡(jiǎn)單而穩(wěn)健的在線分析方法無(wú)法獲得的。待測(cè)氣體的熱導(dǎo)系數(shù)TC與伴隨氣體的TC存在顯著差異，并且滿足以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一時(shí)，該原則特別適用：

• 氣體混合物僅包含兩種組分（二元混合物），例如N2中的CO2二氧化碳或N2中的H2氫氣
• 氣體混合物包含兩種以上的組分，但只有氣體混合物中兩種組分的濃度不同。
• 兩種或多種組分的熱導(dǎo)率相似，例如在由O2和N2組成的混合物（準(zhǔn)二元?dú)怏w混合物）中測(cè)量H2或He。
• 交叉靈敏度補(bǔ)償擴(kuò)展了非（準(zhǔn)）二元?dú)怏w熱導(dǎo)率測(cè)量的應(yīng)用范圍。

氫氣傳感器和氫氣分析儀集成濕度測(cè)量，進(jìn)行濕度修正。電容式濕度傳感器濕度測(cè)量，氫氣傳感器和氫氣分析儀采用的分析技術(shù)中待測(cè)定的氣體通常含有濕度（氣態(tài)水）。如果濕度不是感興趣的測(cè)量變量，并且濕度含量相對(duì)恒定，則其濕度含量可以用校準(zhǔn)的方法來(lái)消除。然而，如果對(duì)濕度測(cè)量本身感興趣，或者如果變化的濕度（氣態(tài)水）含量導(dǎo)致交叉靈敏度，則應(yīng)集成電容式濕度傳感器。這使得濕度補(bǔ)償成為可能。

氫氣傳感器和氫氣分析儀集集成流量測(cè)量，0 l/h至130 l/h范圍內(nèi)二元混合物的氣體類型獨(dú)立流量測(cè)量。關(guān)閉的閥門或堵塞的過(guò)濾器可能會(huì)意外中斷通過(guò)氫氣分析儀的被測(cè)氣體流動(dòng)。在這種情況下，氣體測(cè)量無(wú)法可靠地監(jiān)測(cè)過(guò)程。流量測(cè)量可以幫助避免這些潛在的誤差，同時(shí)提供有關(guān)過(guò)程的額外信息。對(duì)于流量測(cè)量，確定氣體路徑中無(wú)渦流限流器的壓降。壓降是氣體流量的度量，但取決于氣體的類型。然而，由于氣體的成分是通過(guò)熱導(dǎo)率測(cè)量知道的，這種依賴性通過(guò)計(jì)算得到了平衡。這使得氣體流量測(cè)量能夠獨(dú)立于氣體類型，顯示實(shí)際流過(guò)分析儀的工藝氣體量。

氫氣傳感器和氫氣分析儀采用冷凝水和灰塵防護(hù)，防止冷凝和灰塵的保護(hù)措施。被測(cè)樣品氣體中的冷凝物通常會(huì)立即導(dǎo)致氫氣傳感器元件的故障，從而導(dǎo)致裝置的故障。灰塵、污垢、顆粒或碎屑也會(huì)損壞傳感器元件。疏水過(guò)濾器將傳感器元件與樣品流分離。過(guò)濾器的孔徑在μm范圍內(nèi)，不滲透冷凝物和灰塵。樣品氣體的原子和分子通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行 氣體交換，幾乎沒有時(shí)間延遲。如果冷凝水進(jìn)入帶有薄膜的設(shè)備，測(cè)量會(huì)在幾分鐘內(nèi)受損，但傳感器可以非常有效地防止完全損壞。冷凝液蒸發(fā)后，氫氣傳感器和氫氣分析儀準(zhǔn)備再次測(cè)量，松散的污垢無(wú)法到達(dá)傳感器元件。

氫氣傳感器和氫氣分析儀集成氧氣測(cè)量，可選的電化學(xué)氧氣傳感器。氧傳感器選擇性地確定氣態(tài)氧的分壓。氧氣通過(guò)擴(kuò)散開放式PTFE膜與液體微酸性電解質(zhì)交換。陰極和陽(yáng)極的電化學(xué)反應(yīng)提供了與氧分壓成比例的測(cè)量電流。由于酸性電解質(zhì)，它也可用于酸性氣體，如二氧化碳。在氫氣存在的情況下也可以進(jìn)行測(cè)量。從分壓到體積百分比的轉(zhuǎn)換取決于樣品氣體的絕 對(duì)壓力。因此，氫氣分析儀中集成了絕 對(duì)壓力測(cè)量，即使絕 對(duì)壓力變化，也能確保以體積%為單位正確確定濃度。根據(jù)樣品氣體的濕度和氧氣含量，傳感器的壽命通常為1至3年。客戶可以自己更換氧氣傳感器。可選的氧氣測(cè)量附加模塊將FTC320氫氣分析儀的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到含氧量的非二元?dú)怏w混合物。可以選擇性地測(cè)量0-100vol.%的氧氣濃度。測(cè)量的濃度可用于交叉靈敏度補(bǔ)償。附加模塊氣動(dòng)管路連接到FTC320氫氣分析儀的氣體輸出端。氧氣傳感器電壓供應(yīng)、操作和所有接口均通過(guò)FTC320運(yùn)行。測(cè)量的氧氣濃度顯示在FTC320顯示器上。如果需要，可以通過(guò)操作菜單或FTC320的RS232接口進(jìn)行調(diào)整。由于壓力依賴性的內(nèi)部補(bǔ)償，即使在壓力波動(dòng)的情況下，也可以可靠地測(cè)量氧含量。

氫氣傳感器和氫氣分析儀集成紅外測(cè)量，紅外活性氣體的選擇性測(cè)量。熱導(dǎo)率的測(cè)量原理僅適用于（準(zhǔn)）二元?dú)怏w混合物。分子如CO2、CH4、C2H6、CO、NO、SO2和H2O吸收紅外輻射。吸收在波長(zhǎng)域中的位置是分子的“指紋”和特征。吸收水平是所討論氣體量的度量。通過(guò)使用三個(gè)干涉濾光片測(cè)量三個(gè)不同波長(zhǎng)的吸收的檢測(cè)器，可以選擇性地測(cè)量混合物中多達(dá)三種紅外活性氣體。因此，干涉濾光片的選擇決定了要分析哪些氣體。紅外傳感器與熱導(dǎo)率測(cè)量的結(jié)合能夠完全確定還含有同核或稀有氣體的復(fù)雜氣體混合物。

氫氣傳感器和氫氣分析儀玻璃珠填充、可燃?xì)怏w測(cè)量，外殼中的空腔被小玻璃珠緊緊地填充，以盡量減少自由體積。處理易燃?xì)怏w需要采取額外措施，即使在發(fā)生故障的情況下也能確保高度的安 全。如果要將易燃?xì)怏w引入帶外殼的氫氣分析儀，我們會(huì)用玻璃珠填充腔體。這些直徑為0.6毫米的珠子被搖動(dòng)，使外殼內(nèi)的所有腔體都被緊緊地填充。當(dāng)然，在氫氣分析儀投入運(yùn)行之前，必須檢查樣氣通道是否泄漏。在氫氣分析儀內(nèi)部氣體路徑發(fā)生泄漏的不太可能的情況下，外殼中只有很小的自由剩余氣體體積，這進(jìn)一步提高了安 全性。

TCD-5880-P2RW熱導(dǎo)氫氣傳感器敏感元件技術(shù)參數(shù)規(guī)格（22℃和1 V電源）

參數(shù)                          類型*               單位                  符號(hào)                注釋
尺寸
裸模die尺寸                2.50 x 3.33        平方毫米
裸模厚度                     0.3                mm
膜厚                            1                    μm
重量                            0.72              克                     TO-5上的XEN-TCG3880
重量                            1.05                克                         XEN-TCG3880
輸出
真空中 在0毫巴            130             V/W            具體取決于生產(chǎn)批次
溫度系數(shù)（0 Pa）        -0.0            6%/K
空氣中在100 kPa         30             V/W                       無(wú)上部散熱器
空氣中在100 kPa         6              V/W                     上部散熱器為20μm
氦氣中在100 kPa         7             V/W
在空氣中，10 MPa         -13         %                 與輸出100 kPa相比的變化，R版本
氦氣中，10 MPa             2            %             與輸出100 kPa相比的變化，R版本
時(shí)間常數(shù)
在空氣中                     9             ms
真空中                         36         ms

穩(wěn)定性
短期                         10         ppm                                 1天，溫度良好+相對(duì)濕度穩(wěn)定
長(zhǎng)期                         1200      ppm                                 1年，溫度和相對(duì)濕度校正
熱電堆 

阻抗                         55                     千歐                         Rtp
有效靈敏度                 1.3                 mV/K                     Stp                     指加熱器的溫度
固有靈敏度                 2.4                 mV/K                 平均塞貝克系數(shù)0.2 mV/K，12根線
溫度系數(shù)                     0.05                 K
加熱器
阻抗                             0.6          千歐                 Rheat
溫度系數(shù)                     0.1             K                     加熱器電阻的
熱電阻
薄膜                         100             kK/W             真空輸出除以熱電堆靈敏度
溫度系數(shù)                    -0.11             K                 真空中
膜+氣體                     23             kK/W                 空氣中
溫度系數(shù)                 -0.08                 K         空氣中
Max.加熱電壓                                      Uheat
在空氣中                 2.5                 V
真空中                     1                     V
傳感器環(huán)境溫度                                                         不保證終身無(wú)保障
Min.限度                     -250                     ℃                 輸出信號(hào)可能沒有顯著變化
                                -250至-273             ℃                     輸出信號(hào)減少
Max.限度                     240                     ℃                     在類似設(shè)備上測(cè)試，時(shí)間短
加熱器Max.溫度             250                 ℃                 長(zhǎng)期無(wú)漂移，絕 對(duì) Max.額定值
Pt100                 B級(jí)         ± 0.3         0℃                             0℃時(shí)誤差

TCD-5880-P2RW熱導(dǎo)氣體傳感器推薦使用電路
1、用戶需要做加熱恒溫裝置，把敏感元件放入恒溫結(jié)構(gòu)中，推薦恒溫裝置的溫度在60℃左右。
2、推薦電路
2.1、恒流源供電
敏感元件的推薦電路如下圖，在加熱供電電路中串入2k歐姆電阻，此取樣電阻精度越高越好，溫度系數(shù)越小越好，同時(shí)提供恒流源供電，建議恒流1.2~1.3mA，供電電流稍大，輸出信號(hào)稍大，芯片溫度越高。在空氣中輸出在22mV左右；而在100%Vol.氫氣或氦氣中輸出信號(hào)為4~5mV左右；測(cè)試六氟化硫是建議恒電流在1.4 mA左右,100%SF6氣體中輸出約45mV左右。。 
2.2、恒壓源供電
敏感元件的推薦電路如上圖，在加熱供電電路中串入2k歐姆電阻，此取樣電阻精度越高越好，溫度系數(shù)越小越好，同時(shí)提供4V恒壓源供電電壓（加熱電阻功耗在1mW左右），供電電壓越大，輸出信號(hào)越大。 
3、用電壓采集設(shè)備測(cè)量信號(hào)輸出電壓，電壓采集設(shè)備輸入阻抗不小于1G歐姆。
4、TCD-5880在空氣或氮?dú)庵校?.3mA加熱電流時(shí)，輸出信號(hào)約22mV，在被測(cè)氣體組份（100%氫氣或氦氣）中可以輸出4~5mV；1.4mA加熱電流時(shí)，在100%SF6氣體中輸出約45mV左右。
2.3、恒功率供電，
提供功率越大，輸出信號(hào)越大，但膜片的溫度越高，會(huì)降低傳感器壽命。建議采用0.9~1mW恒功率。
TCD-5880-P2RW熱導(dǎo)氣體傳感器輸出信號(hào)與氣體濃度的內(nèi)在關(guān)系
1、通入一定濃度的被測(cè)氣體，氣體體積濃度記作C，(ppm或%Vol.)
2、測(cè)量信號(hào)輸出電壓，記作V，（mV）。加熱器上的功耗記作W, （mW）
3、氣體濃度計(jì)算：C (ppm或%Vol.)與V，（mV）進(jìn)行擬合或插值方法
4、更加精 確的氣體濃度計(jì)算：C (ppm或%Vol.)與V，（mV）和W, （mW）進(jìn)行擬合