从重型卡车到公共汽车、汽车，再到飞机和轮船，氢能发电在交通运输领域之所以越来越受欢迎，是因为零排放、加氢快、续航时间长和效率高等许多优势。与传统化石燃料内燃机 (ICE) 排放的温室气体相比，氢燃料电池只排放水蒸气。尽管成本和基础设施仍是普及氢能应用的障碍，但技术进步正在进一步提高效率，而日益高涨的去碳化动力会持续吸引人们的兴趣和投资，用清洁的氢能替代化石燃料。
随着氢动力交通工具被广泛采用，对这些系统中的氢泄漏检测有着巨大的需求。氢动力系统经常会出现泄漏，主要是因为氢分子极小、扩散性强，可以穿过材料和密封件逸出。此外，氢还会导致氢脆。在这个过程中，氢会逐渐渗入并削弱钢等材料，从而增加泄漏机会。氢气也极易燃烧，是一种无色、无臭、无味的气体，可迅速造成危险。无论何时何地发生泄漏，都必须能立即检测到。
虽然有诸如电化学传感器和催化珠传感器等许多检测氢气泄漏方法，但最有效、最准确的方法是热导检测 (TCD) 传感器。这种传感器的工作原理是精准测量氢气通过传感器时的热特性，并将其与空气的热特性进行比较。
HLD 传感器的显著特点
TCD 传感器（尤其是氢气泄漏检测器 (HLD) 传感器）之所以能够成为极具吸引力的气体泄漏检测产品，主要因为其在冲击和振动等不同条件下的稳定性能、小于 2 秒的快速响应时间、高精度和高灵敏度。Honeywell Sensing & Productivity Solutions 的 HLD-111-111-001 传感器（图 1）采用先进的补偿算法，可检测低氢气泄漏并提供准确的解决方案，且 10 年内无需人工干预。
图 1：Honeywell 的 HLD-111-111-001 传感器采用热导检测技术，能够准确可靠地监测氢气泄漏。(图片来源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions）
此外，基于 TCD 的 HLD 传感器的性能不会像其他传感器技术那样受到化学物质污染的干扰。化学传感器在长时间工作后会出现性能降低，催化剂传感器易受到硫等化合物的危害，而 HLD 传感器则不同，它不使用活性材料，因此使用寿命更长，可靠性更高。
TCD 传感器的启动时间也小于 1 秒，工作温度范围为 -40°C 至 +85°C（-40°F 至 +185°F）。
TCD 传感器用作氢气泄漏检测器的主要优点
使用热导检测传感器监测氢气泄漏有诸多好处。除了能确保高精度外，这种传感器还具有较长的使用寿命。HLD 传感器无需人工干预和校准即可运行长达 10 年，从而减少了维护成本和停机时间。与其他气体传感器不同，基于热导技术的 HLD 传感器无需氧气即可进行高效稳定的检测。HLD 传感器可以在惰性或缺氧环境下工作，而催化珠等其他传感器则会在这种环境下失效。
HLD 传感器还具有非常快的响应速度，这对诸如汽车或燃料电池系统等应用的安全尤其重要。凭借高灵敏度和高精确度，这些传感器能够检测出极小的氢气泄漏，避免造成安全风险。通过快速检测泄漏，可迅速采取纠正措施，防止危险加重。此外，这些传感器性能可靠、经久耐用，适用于恶劣工业条件，并满足氢气安全标准和行业法规。
最后，得益于自身结构简单，这些传感器成本较低，制造时可采用大批量可重复的固态检测元件，因此是广泛应用的高性价比选择。
典型应用
TCD 传感器的典型应用包括燃料电池电动汽车 (FCEV)、加氢站、氢气发生器、化学加工、诸如金属提炼和半导体制造等工业应用、氢气储存、配送以及海洋应用。
与其他电动汽车一样，FCEV 使用氢燃料电池产生的电力为电动机提供动力。因此，燃料系统中的氢泄漏会造成安全隐患并降低车辆效率。通过持续监控 FCEV 的氢气罐、管道和燃料电池组，HLD 传感器可以检测到泄漏，从而防止危险情况的发生并保持氢燃料的效率（图 2）。
图 2：部署在燃料电池电动汽车中的基于 TCD 的 HLD 传感器，可防止发生泄漏等危险情况，并保持氢燃料效率。(图片来源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions）
同样，氢动力电动汽车依赖于高压储罐和加气站，泄漏会带来巨大的安全隐患。通过持续监控加氢基础设施的泄漏情况，TCD 可确保电动汽车制造商降低点火风险。同时，在加氢机和储氢系统中安装这种传感器还能提高运行效率和安全性，从而最大限度地减少停机时间，增强消费者对加氢基础设施的信心。
同样，氢气发生器也是工业、医疗和能源应用中现场制氢的必备设备。为了确保这些设备周围用户的安全，在关键位置安装 HLD 传感器，以检测最小泄漏量，防止氢气积聚、火灾或爆炸等危险（图 3）。
图 3：氢气发生器使用 HLD 传感器确保用户安全。(图片来源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions）
化学加工、金属提炼、半导体制造和仓储物流等其他行业也在利用氢能的优势。例如，氢燃料电池叉车由于具有快速加氢能力和零排放的特点，正越来越多地用于仓储领域。通过在关键位置安装 HLD 传感器以及实时监控叉车和加氢站周围的泄漏情况，以确保工作场所的安全（图 4）。通过使用 HLD 传感器，仓库操作员可以确保氢动力叉车的安全运行，同时保持运行效率，避免代价高昂的停机时间。
图 4：HLD 传感器确保氢动力叉车的安全运行。(图片来源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions)
提供灵敏、稳定、可靠的解决方案
Honeywell Sensing & Productivity Solutions 的 HLD 系列传感器采用热导率检测技术，灵敏、稳定、可靠，适用于汽车、运输、工业安全和住宅电力等多个行业的众多应用。该系列传感器采用专有算法对温度、压力和湿度等因素进行补偿，确保在各种工作条件下都能获得准确的读数。因此，该系列可以检测到低至百万分之 50 (ppm) 的泄漏，精度为 ±10% ，并在两秒内完成检测。凭借独特的性能，HLD 传感器还能防止因诸如一氧化碳或碳氢化合物等其他环境气体的存在而导致的错误读数。
HLD 传感器可以根据具体的应用需求进行定制，例如轻量级应用和具有辅助输出。解决方案可以根据精确的规格进行定制，以缩短上市时间、降低系统总成本并提高可靠性。HLD 传感器提供两种版本选择：一种采用坚固的聚碳酸酯外壳，兼具防护性与易用性，阻燃等级达 UL94V0、防护等级为 IP67；另一种为无外壳版本（仅 PCB 板），适用于定制化集成应用。
结语
由于氢气具有减少温室气体排放和降低对化石燃料依赖的潜力，因此作为实现可持续能源目标的一种前景广阔的清洁能源替代品，氢气正受到许多行业的青睐。Honeywell Sensing & Productivity Solutions 通过其高精度、高可靠性 HLD 传感器系列为这一转型提供支持，以减轻氢燃料电池的安全问题，并建立客户对氢燃料电池的信心。
文章来源：digikey
原文链接：https://www.digikey.cn/zh/articles/why-thermal-conductivity-sensors-are-good-hydrogen-leak-detectors
