Hydrogensensor - Hydrogen sensor

Greg Glatzmaier, ved National Renewable Energy Laboratory , bestemmer den høye temperaturen termisk og mekanisk stabilitet av tetningsmidler som brukes i en laboratorieprototype av den integrerte hydrogensensor separator modul.

En hydrogensensor er en gassdetektor som oppdager tilstedeværelsen av hydrogen . De inneholder mikro-fabrikerte kontaktpunkt hydrogen sensorer og blir brukt til å lokalisere hydrogenlekkasjer. De betraktes som rimelige, kompakte, holdbare og enkle å vedlikeholde sammenlignet med vanlige gassdeteksjonsinstrumenter.

Nøkkelsaker

Det er fem viktige problemer med hydrogendetektorer:

  • Pålitelighet : Funksjonaliteten skal være lett å verifisere.
  • Ytelse : Påvisning 0,5% hydrogen i luft eller bedre
  • Svartid <1 sekund.
  • Levetid : I det minste tiden mellom planlagt vedlikehold.
  • Kostnad : Mål er $ 5 per sensor og $ 30 per kontroller.

Tilleggskrav

  • Måleområde dekning på 0,1–10,0% konsentrasjon
  • Drift i temperaturer på -30 ° C til 80 ° C
  • Nøyaktighet innen 5% av full skala
  • Funksjon i et gassmiljø i luften innenfor et relativ fuktighetsområde på 10–98%
  • Motstand mot hydrokarbon og annen interferens.
  • Levetid større enn 10 år

Typer mikrosensorer

Det finnes forskjellige typer hydrogenmikrosensorer, som bruker forskjellige mekanismer for å oppdage gassen. Palladium brukes i mange av disse, fordi det selektivt absorberer hydrogengass og danner forbindelsen palladiumhydrid . Palladium-baserte sensorer har en sterk temperaturavhengighet som gjør responstiden for stor ved svært lave temperaturer. Palladium-sensorer må beskyttes mot karbonmonoksid , svoveldioksid og hydrogensulfid .

Optiske fiberhydrogensensorer

Flere typer av optisk fiber overflate-plasmonresonans (SPR) sensor blir brukt for den punkt-kontakt deteksjon av hydrogen:

  • Fiber Bragg-gitter belagt med et palladiumlag - Oppdager hydrogen ved metallhindring.
  • Micromirror - Med et palladiumtynt lag i den spaltede enden, som oppdager endringer i det reflekterte lyset.
  • Konisk fiber belagt med palladium - Hydrogen endrer brytningsindeksen til palladium , og følgelig mengden av tap i den evanescerende bølgen .

Andre typer

  • Elektrokjemisk hydrogensensor - lave (ppm) nivåer av hydrogengass kan registreres ved hjelp av elektrokjemiske sensorer som omfatter en rekke elektroder pakket for å være omgitt av en ledende elektrolytt og gassinngang styrt med en diffusjonsbegrenset kapillær.
  • MEMS hydrogensensor - Kombinasjonen av nanoteknologi og mikroelektromekaniske systemer (MEMS) -teknologi tillater produksjon av en hydrogenmikrosensor som fungerer riktig ved romtemperatur. Én type MEMS-basert hydrogensensor er belagt med en film bestående av nanostrukturert indiumoksid (In 2 O 3 ) og tinnoksid (SnO 2 ). En typisk konfigurasjon for mekaniske Pd-baserte hydrogensensorer er bruken av en frittstående cantilever som er belagt med Pd. I nærvær av H- 2 , utvider Pd sjiktet og derved induserer en spenning som fører til at utliggeren å bøye. Pd-belagt Nanomechanical sonatorer er også rapportert i litteraturen, avhengig av den stressinduserte mekaniske resonansfrekvensforskyvning som forårsakes av nærvær av H- 2- gass. I dette tilfellet ble responshastigheten forbedret ved bruk av et veldig tynt lag av Pd (20 nm). Moderat oppvarming ble presentert som en løsning på responsresponsen observert under fuktige forhold.
  • Tynnfilmsensor - En palladium tynnfilmsensor er basert på en motsatt egenskap som avhenger av nanoskala strukturer i den tynne filmen. I den tynne filmen svulmer nanosiserte palladiumpartikler når hydridet dannes, og i ferd med å utvide seg, danner noen av dem nye elektriske forbindelser med sine naboer. Motstanden avtar på grunn av det økte antallet ledende veier.
  • Tykkfilmsensorer - enheter som vanligvis har to hovedkomponenter: 1) et tykt (hundrevis av mikron) lag av noe halvledermateriale (SnO 2 , In 2 O 3 ), kalt "matriks" og et øvre lag av katalytisk aktive tilsetningsstoffer som edle metaller (Pd, Pt) og metalloksider (Co x O y ) som akselererer hydrogenoksidasjonsreaksjonen på overflaten, noe som gjør sensorresponsen mye raskere. Rollen til "matrise" er å overføre signalet til målesystemet. Tykkfilmsensorer er mer stabile enn tynnfilmsensorer når det gjelder signaldrift, men viser generelt lavere sensorrespons på grunn av diffusjonsbegrensninger i et tykt lag. Tykkfilmsensorteknologi blir erstattet av tynnfilmtilnærminger på grunn av det økende behovet for sensorintegrasjon i moderne elektroniske systemer. Tykkfilmsensorer krever økte temperaturer for driften, og ser derfor ut til å være dårlig kompatible med digitale elektronikksystemer.
  • Kjemokromiske hydrogensensorer - Reversible og irreversible kjemokrome hydrogensensorer inkluderer en smart pigmentmaling som visuelt identifiserer hydrogenlekkasjer ved en endring i farge. Sensoren er også tilgjengelig som tape. Andre metoder er utviklet for å analysere biologisk hydrogenproduksjon.
  • Diodebasert Schottky sensor - En Schottky diode -basert hydrogengass-sensor anvender en palladium-legering port . Hydrogen kan absorberes selektivt i porten, og senker Schottky-energisperren . A Pd / INGAP metall-halvleder (MS) Schottky-diode kan detektere en konsentrasjon på 15 deler per million (ppm) H 2 i luft. Det brukes silisiumkarbid halvleder eller silisiumsubstrater .
  • Metallisk La - Mg2 - Ni, som er elektrisk ledende , absorberer hydrogen nær omgivelsesforhold, og danner det ikke-metalliske hydridet LaMg2NiH7 en isolator .

Sensorer er vanligvis kalibrert på fabrikken og er gyldige i enhetens levetid .

Forbedring

Siloksan forbedrer følsomheten og reaksjonstiden til hydrogensensorer. Deteksjon av hydrogennivåer så lave som 25 ppm kan oppnås; langt under hydrogens nedre eksplosjonsgrense på rundt 40.000 ppm.

Se også

Referanser

Eksterne linker