氢燃料电池车氢气浓度检测——热导式气体传感器

这几年氢能源汽车兴起，氢燃料电池汽车的优点在于它们没有污染。此外，只需要三分钟就可以补充燃料，这几乎与使用传统汽油燃料的汽车相同，这也是主要制造商纷纷开发氢燃料电池汽车的动机。

2022年北京冬奥会，氢燃料电池汽车成为绿色冬奥中一道靓丽的风景线，在核心赛区，延庆和张家口投入了700余辆氢燃料大巴车，用于日常的交通运输。

氢能作为零排放能源，被视作21世纪最具发展潜力的清洁能源，产业链主要包括了三个环节——上游制氢、中游储氢和运氢、下游用氢，目前主要应用在化工、燃料电池、半导体及LED制造等多个行业。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出，氢能将成为中国能源体系的重要组成部分，预计到2050年，氢能在中国能源体系中的占比约为10%。

作为一种化学性质活泼的气体，氢气燃烧性能好，点燃快，如果氢气中存在较多的杂质，则会造成燃烧效率低、污染设备等一系列问题。同时氢气作为可燃性气体，当它与空气混合比例在4~74%之间时，会发生燃烧和爆炸。因此，在氢气生产、储运、使用的全过程中，对氢气浓度进行监测非常重要。

目前有许多方法都可以用来检测氢气浓度，常见的有氢气电极检测技术、气相色谱技术等。目前慧闻科技新研发的一种传感器可以用于氢燃料电池车上的氢气浓度检测，即热导式氢气气体传感器。

目前燃料电池汽车是氢能应用的重要途径，作为燃料的氢气，其纯度和所含杂质的种类及含量对氢燃料电池的放电性能和寿命具有重要影响。此传感器安装在小型的 SMD 封装内，便于集成安装于检测模块中。

而混合气体的热导率与被测气体组分的体积分数之间存在线性关系，因为氢气的热导率明显大于空气、氧气、氦气等常规气体。所以，混合气氛中如果含有一定量的氢气，则会导致其热导率明显增大，因此可采用热导检测原理对混合气氛中的氢气含量进行检测。

热导型氢气传感器依靠氢气热导率大的性质来进行检测。热导率是每种气体的特有属性，在所有已知气体中，正常条件（273K、101325Pa附近）下氢气的热导率是最大的。因此使用空气作为参比气体，可以根据热导率的变化来确定氢气浓度。

通过测量待测气体的热导率并将其与参比气体进行比较，可以确定二元混合物中氢气的浓度。两个完全相同的热敏电阻用于将热导率信号转化为电信号。一个电阻与待测气体接触，另一个与参比气体接触。热敏电阻的温度（电阻）取决于周围气体的热导率，而热导率与混合气体中的氢气浓度成正比。

由于不存在化学反应，热导型氢气传感器相对而言非常稳定，使用寿命较长，且特别适合于检测高浓度氢气。热导型传感器同时受环境温度、湿度、压力影响，但影响结果为线性规律，可增加温度、湿度、压力测量，进行补偿。

因此，该热导式气体传感器对安装位置不敏感,可以使用在串扰气体环境中。

慧闻科技研发的热导式氢气传感器实现从设计到生产的全链条自主可控，填补氢能安全监测领域国产化空白。该传感器较传统催化燃烧式、半导体式氢气传感器，具有更快响应速度、更长使用寿命及更宽测量范围，支持氢气泄漏快速报警、氢气浓度实时监测，应用于氢燃料电池汽车、制氢加氢站等场景。

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