黛尔特公司的氢气传感器和氢气分析仪主要特点
氢气分析仪是一种用于连续自动分析混合气体中氢气含量的检测仪器，广泛应用于热电厂、化工厂、化肥厂等工业场所。它主要基于热导原理工作，利用氢气与其他气体导热系数的差异进行测量，具有测量范围宽、稳定性好、响应时间短的特点。根据应用场景不同，可分为防爆型、便携式和热导式等类型。黛尔特（北京）科技有限公司提供氢气传感器和氢气分析仪，欢迎来电咨询。
具有不同导热系数（缩写为TC）的气体混合物的导热系数取决于组分的浓度。氢气传感器和氢气分析仪通过测量热导率可以确定各种气体的比例。热导率检测器（缩写为TCD）目前主要用于测量稀有气体（He、Ar、Ne、Kr等）和同核气体（H2、N2等），这些气体是其他简单而稳健的在线分析方法无法获得的。待测气体的热导系数TC与伴随气体的TC存在显著差异，并且满足以下三个标准之一时，该原则特别适用：
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气体混合物仅包含两种组分（二元混合物），例如N2中的CO2二氧化碳或N2中的H2氢气
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气体混合物包含两种以上的组分，但只有气体混合物中两种组分的浓度不同。
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两种或多种组分的热导率相似，例如在由O2和N2组成的混合物（准二元气体混合物）中测量H2或He。
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交叉灵敏度补偿扩展了非（准）二元气体热导率测量的应用范围。
氢气传感器和氢气分析仪集成湿度测量，进行湿度修正。电容式湿度传感器湿度测量，氢气传感器和氢气分析仪采用的分析技术中待测定的气体通常含有湿度（气态水）。如果湿度不是感兴趣的测量变量，并且湿度含量相对恒定，则其湿度含量可以用校准的方法来消除。然而，如果对湿度测量本身感兴趣，或者如果变化的湿度（气态水）含量导致交叉灵敏度，则应集成电容式湿度传感器。这使得湿度补偿成为可能。
氢气传感器和氢气分析仪集集成流量测量，0 l/h至130 l/h范围内二元混合物的气体类型独立流量测量。关闭的阀门或堵塞的过滤器可能会意外中断通过氢气分析仪的被测气体流动。在这种情况下，气体测量无法可靠地监测过程。流量测量可以帮助避免这些潜在的误差，同时提供有关过程的额外信息。对于流量测量，确定气体路径中无涡流限流器的压降。压降是气体流量的度量，但取决于气体的类型。然而，由于气体的成分是通过热导率测量知道的，这种依赖性通过计算得到了平衡。这使得气体流量测量能够独立于气体类型，显示实际流过分析仪的工艺气体量。
氢气传感器和氢气分析仪采用冷凝水和灰尘防护，防止冷凝和灰尘的保护措施。被测样品气体中的冷凝物通常会立即导致氢气传感器元件的故障，从而导致装置的故障。灰尘、污垢、颗粒或碎屑也会损坏传感器元件。疏水过滤器将传感器元件与样品流分离。过滤器的孔径在μm范围内，不渗透冷凝物和灰尘。样品气体的原子和分子通过扩散进行 气体交换，几乎没有时间延迟。如果冷凝水进入带有薄膜的设备，测量会在几分钟内受损，但传感器可以非常有效地防止完全损坏。冷凝液蒸发后，氢气传感器和氢气分析仪准备再次测量，松散的污垢无法到达传感器元件。
氢气传感器和氢气分析仪集成氧气测量，可选的电化学氧气传感器。氧传感器选择性地确定气态氧的分压。氧气通过扩散开放式PTFE膜与液体微酸性电解质交换。阴极和阳极的电化学反应提供了与氧分压成比例的测量电流。由于酸性电解质，它也可用于酸性气体，如二氧化碳。在氢气存在的情况下也可以进行测量。从分压到体积百分比的转换取决于样品气体的绝 对压力。因此，氢气分析仪中集成了绝 对压力测量，即使绝 对压力变化，也能确保以体积%为单位正确确定浓度。根据样品气体的湿度和氧气含量，传感器的寿命通常为1至3年。客户可以自己更换氧气传感器。可选的氧气测量附加模块将FTC320氢气分析仪的应用范围扩展到含氧量的非二元气体混合物。可以选择性地测量0-100vol.%的氧气浓度。测量的浓度可用于交叉灵敏度补偿。附加模块气动管路连接到FTC320氢气分析仪的气体输出端。氧气传感器电压供应、操作和所有接口均通过FTC320运行。测量的氧气浓度显示在FTC320显示器上。如果需要，可以通过操作菜单或FTC320的RS232接口进行调整。由于压力依赖性的内部补偿，即使在压力波动的情况下，也可以可靠地测量氧含量。
氢气传感器和氢气分析仪集成红外测量，红外活性气体的选择性测量。热导率的测量原理仅适用于（准）二元气体混合物。分子如CO2、CH4、C2H6、CO、NO、SO2和H2O吸收红外辐射。吸收在波长域中的位置是分子的“指纹”和特征。吸收水平是所讨论气体量的度量。通过使用三个干涉滤光片测量三个不同波长的吸收的检测器，可以选择性地测量混合物中多达三种红外活性气体。因此，干涉滤光片的选择决定了要分析哪些气体。红外传感器与热导率测量的结合能够完全确定还含有同核或稀有气体的复杂气体混合物。
氢气传感器和氢气分析仪玻璃珠填充、可燃气体测量，外壳中的空腔被小玻璃珠紧紧地填充，以尽量减少自由体积。处理易燃气体需要采取额外措施，即使在发生故障的情况下也能确保高度的安 全。如果要将易燃气体引入带外壳的氢气分析仪，我们会用玻璃珠填充腔体。这些直径为0.6毫米的珠子被摇动，使外壳内的所有腔体都被紧紧地填充。当然，在氢气分析仪投入运行之前，必须检查样气通道是否泄漏。在氢气分析仪内部气体路径发生泄漏的不太可能的情况下，外壳中只有很小的自由剩余气体体积，这进一步提高了安 全性。
热导原理（TCD）氢气传感器的工作原理：热导检测基于气体热导率差异这一物理特性。所有气体都具有导热能力，其热导率是一个固有物理参数。在标准条件下，氢气的热导率（0.186 W/(m·K)）远高于空气（0.026 W/(m·K)）以及常见气体（如甲烷、氮气、氧气等），大约是空气的7倍。热导传感器核心是一个热敏元件（通常为铂或钨丝制成的热电阻），将其置于待测气体环境中并构成惠斯通电桥的一臂。工作时，对元件通电加热至恒定温度。当周围气体成分变化时，气体的导热能力随之改变，导致元件向周围散热的速率变化。散热快，元件温度下降，电阻值减小；散热慢，元件温度上升，电阻值增大。通过精密电路测量电阻（即电桥不平衡电压）的变化，即可反演出气体热导率的变化，从而检测出氢气的浓度。其输出信号直接响应的是混合气体热导率的相对变化，对于氢气这种高热导率气体，灵敏度非常高。
黛尔特（北京）科技有限公司的TCD-5880热导氢气传感器敏感元件
TCD-5880-P2RW热导氢气传感器敏感元件技术参数规格（22℃和1 V电源）
参数 类型* 单位 符号 注释
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
输出
真空中 在0毫巴 130 V/W 具体取决于生产批次
温度系数（0 Pa） -0.0 6%/K
空气中在100 kPa 30 V/W 无上部散热器
空气中在100 kPa 6 V/W 上部散热器为20μm
氦气中在100 kPa 7 V/W
在空气中，10 MPa -13 % 与输出100 kPa相比的变化，R版本
氦气中，10 MPa 2 % 与输出100 kPa相比的变化，R版本
时间常数
在空气中 9 ms
真空中 36 ms
稳定性
短期 10 ppm 1天，温度良好+相对湿度稳定
长期 1200 ppm 1年，温度和相对湿度校正
热电堆
阻抗 55 千欧 Rtp
有效灵敏度 1.3 mV/K Stp 指加热器的温度
固有灵敏度 2.4 mV/K 平均塞贝克系数0.2 mV/K，12根线
温度系数 0.05 K
加热器
阻抗 0.6 千欧 Rheat
温度系数 0.1 K 加热器电阻的
热电阻
薄膜 100 kK/W 真空输出除以热电堆灵敏度
温度系数 -0.11 K 真空中
膜+气体 23 kK/W 空气中
温度系数 -0.08 K 空气中
Max.加热电压 Uheat
在空气中 2.5 V
真空中 1 V
传感器环境温度 不保证终身无保障
Min.限度 -250 ℃ 输出信号可能没有显著变化
-250至-273 ℃ 输出信号减少
Max.限度 240 ℃ 在类似设备上测试，时间短
加热器Max.温度 250 ℃ 长期无漂移，绝 对 Max.额定值
Pt100 B级 ± 0.3 0℃ 0℃时误差
TCD-5880-P2RW热导气体传感器推荐使用电路
1、用户需要做加热恒温装置，把敏感元件放入恒温结构中，推荐恒温装置的温度在60℃左右。
2、推荐电路
2.1、恒流源供电
敏感元件的推荐电路如下图，在加热供电电路中串入2k欧姆电阻，此取样电阻精度越高越好，温度系数越小越好，同时提供恒流源供电，建议恒流1.2~1.3mA，供电电流稍大，输出信号稍大，芯片温度越高。在空气中输出在22mV左右；而在100%Vol.氢气或氦气中输出信号为4~5mV左右；测试六氟化硫是建议恒电流在1.4 mA左右,100%SF6气体中输出约45mV左右。。
2.2、恒压源供电
敏感元件的推荐电路如上图，在加热供电电路中串入2k欧姆电阻，此取样电阻精度越高越好，温度系数越小越好，同时提供4V恒压源供电电压（加热电阻功耗在1mW左右），供电电压越大，输出信号越大。
3、用电压采集设备测量信号输出电压，电压采集设备输入阻抗不小于1G欧姆。
4、TCD-5880在空气或氮气中，1.3mA加热电流时，输出信号约22mV，在被测气体组份（100%氢气或氦气）中可以输出4~5mV；1.4mA加热电流时，在100%SF6气体中输出约45mV左右。
2.3、恒功率供电，
提供功率越大，输出信号越大，但膜片的温度越高，会降低传感器寿命。建议采用0.9~1mW恒功率。
TCD-5880-P2RW热导气体传感器输出信号与气体浓度的内在关系
1、通入一定浓度的被测气体，气体体积浓度记作C，(ppm或%Vol.)
2、测量信号输出电压，记作V，（mV）。加热器上的功耗记作W, （mW）
3、气体浓度计算：C (ppm或%Vol.)与V，（mV）进行拟合或插值方法
4、更加精 确的气体浓度计算：C (ppm或%Vol.)与V，（mV）和W, （mW）进行拟合
