燃料电池汽车用氢气浓度传感器技术现状及发展趋势

对燃料电池汽车用氢气传感器的技术要求进行分析,并对各类车载氢气传感器的工作原理和特点进行研究,对比了现阶段主流氢气浓度传感器的性能和参数,对氢气浓度传感器的发展现状进行了综述和分析,并结合行业发展需求对氢气浓度传感器的技术发展趋势进行了展望。

准确检测液相中氢气浓度的倾斜光纤光栅传感器

为了实现液相中氢气体积分数的准确检测,该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先,在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜,用于响应氢气体积分数变化信息;然后,采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜,用于阻止水分子进入钯膜内部,导致钯膜从光纤表面脱落,进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响,并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明,传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息,当钯膜厚度为120 nm时,灵敏度达到-15.29 pm/%,最大相对误差为8.67%。

恒电位驱动型氢气浓度监测仪研制

针对核电厂正常运行工况、事故工况以及事故后安全壳内氢气浓度监测需求,研制了恒电位驱动型氢气浓度监测仪。该监测仪基于电化学原理,可实现氢气浓度在线监测,并将监测结果实时传输至核电厂仪控系统。对仪器的测量原理、测控方法、软硬件设计进行了阐述,并依据核电厂测量要求对仪器进行了性能试验,计算得到仪器的测量范围为0~20%、最大误差为-1.95%FS、重复性误差为1.23%、响应时间(T90)为70 s。试验结果表明,该仪器具有误差小、重现性高、稳定性好等优点,可实现二次仪表与氢浓度传感器的远距离分离,适用于核电厂复杂工况环境下的氢气浓度在线监测。

核电厂氢气浓度监测系统设计

针对核电厂安全壳内氢气浓度泄漏的监测需求,基于钯合金氢敏薄膜原理设计了核电厂氢气浓度监测系统。根据钯合金氢气传感器随环境温度、环境压力的变化特性,开发了氢气传感器温度、压力补偿算法;结合安全壳模拟容器内的应用场景,进行了测量系统的总体设计,并对设备性能进行了测试分析。研究结果表明,在0%~20%的浓度范围内,低温120℃及高温150℃条件下,氢气浓度监测系统的最大示值误差分别为0.5%FS及-0.78%FS,均低于±2.5%FS,响应时间均为17 s,小于40 s;高温150℃时测试结果显示,系统检测精度优于0.02%;标准浓度为3%及10%的稳定性测试中,最大示值误差为-1.3%FS,具有良好的长期稳定性。该氢气浓度监测系统性能技术指标满足设计要求,可为核电厂安全壳氢气泄漏监测提供有效的解决方案。

定冷水箱氢气浓度异常分析与应对策略

某电厂#2机定冷水箱内氢气浓度超标,严重影响机组的安全稳定运行。通过采取对定冷水箱连续充氮、更换发电机氢-水压差低开关等措施,将定冷水箱内氢气浓度控制在了安全范围内。文章通过对#2机定冷水箱氢气浓度异常现象的出现、采取的措施和相关运行参数的变化情况进行分析总结,为今后定冷水系统的运行监督提供经验借鉴。

断层氢气浓度观测技术试验研究

为了探索地下流体地震监测新技术、新方法,在中条山山前断裂带上开展了断层氢气浓度观测技术试验研究。通过对观测点位置、集气装置以及采样深度等观测条件的试验研究,给出了使用痕量氢在线自动分析仪进行断层氢气浓度观测的技术方法。针对在野外环境下该类仪器的稳定性、适宜条件进行了对比试验,对同一条断层上不同测点的氢气浓度动态特征进行了观测对比分析。试验结果表明,在断裂带上进行氢气浓度连续观测,技术上是可行的,本文提出的观测技术方法对观测点勘选、观测深度选择以及对观测数据的客观分析等均有参考意义。

秦山二期核电厂严重事故下安全壳内氢气浓度分布及风险初步分析

采用模块化严重事故计算工具,对秦山二期核电厂大破口失水事故(LB-LOCA)、小破口失水事故(LB-LOCA)和全厂断电(SBO)诱发的严重事故序列以及安全壳内的氢气浓度分布进行了计算分析。在此基础之上,参考美国联邦法规10CFR关于氢气控制和风险分析的标准,对安全壳的氢气燃烧风险进行了初步研究。分析结果表明:大破口严重事故导致的安全壳内的平均氢气浓度接近10%,具有一定的整体性氢气燃烧风险,小破口失水和全厂断电严重事故可能不会导致此类风险,但仍然存在局部氢气燃烧的可能。

氢气浓度对掺氮超纳米金刚石薄膜的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法,以甲烷和氮气为气源,通过改变反应气体中氢气的浓度,在硅衬底上沉积出掺杂氮的超纳米金刚石膜。并利用扫描电子显微镜,拉曼光谱仪,X射线衍射仪,霍尔效应测试仪分别对掺杂氮的超纳米金刚石膜的表面形貌,组成结构及导电性能进行了进行表征,重点研究了氢气浓度对薄膜特性的影响。结果表明:随着氢气浓度的增加,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大;薄膜的质量提高,且由G峰漂移引起的压应力逐渐减小;薄膜导电性变差。

氢气浓度在线测量技术的研究

氢气浓度在线实时监测在工业现场一直是比较困难的 ,本文介绍了一种基于单片机的氢气浓度在线实时监测系统 ,该系统解决了氢冷发电机组的氢气浓度在线实时监测的问题 ,提高了生产效率 ,并且还能够同时测量氢泄漏、氢温度。

核电厂事故后安全壳内氢气浓度测量方法分析

对我国核电厂事故后安全壳内氢气浓度测量方面的技术水平和发展现状进行了全面调研,分析了事故后安全壳内氢气浓度测量的要求及关键技术难点,提出了3种相关的测量方案,并比较了方案的优缺点。经过比较分析,基于一种探头型分析装置的直接测量方案能够较为准确地实时反映核电厂安全壳内氢气浓度,其发展趋势是应用于未来的大型先进压水堆核电厂中。

基于超声波振动传递的全量程氢气浓度检测方法

利用超声波振动传递相位差检测技术可在恶劣环境下实现高准确性、低成本氢气浓度检测。当氢气浓度变化较大时被测相位差会出现跨越多周期现象,传统超声波相位检测技术只能检测出单周期2π内相位变化,针对此问题提出一种运用多频超声波相位差检测技术实现氢气浓度检测的方法,加载多频信号获得低频包络信号相位差,结合高频信号单周期相位差求得跨周期总相位差,解决了超声波相位差大于2π后出现相位差跨周期无法检测的问题,实现了基于超声波振动传递的从低浓度到高浓度直至全量程氢气浓度检测。所述方法实现了低功耗,高精度气体浓度检测,经试验证明,该方法实现了氢气在4%浓度以下测量相对误差小于2.1%,90%浓度测量相对误差小于8%。

高灵敏度氢气传感器的开发应用——用AVR单片机开发氢气浓度检测仪

CWRU氢气传感器是一种具有选择性好灵敏度高的传感器。它能工作于100℃以下,可在惰性气体(无须氧气存在)的环境下工作,但其温度稳定性需要加热控制电路来解决。本人用AVR单片机和该传感器相结合。很好地解决了温度稳定性的问题。开发出了性能优良的氢气浓度检测仪。

基于LABVIEW设计电动汽车氢气浓度测控系统

首先完成了氢气浓度测控系统硬件的研制,然后又研究开发了该系统的软件,最后通过整车试验与单组电池试验验证了本套氢气浓度测控系统性能可靠、工作稳定,达到了设计要求。

阿克苏断层氢气浓度动态特征及其映震效能

首先对阿克苏断层氢气浓度观测资料的周期成分进行了时频分析,然后分别利用线性回归和互相关方法分析了气温、气压与氢气浓度年周期成分的关系,并利用Molchan图表法对阿克苏断层氢气的映震效能进行了定量检验。结果显示:①阿克苏断层氢气浓度具有清晰的年周期和半日周期成分;②阿克苏断层氢气浓度的年周期动态变化与气温具有显著的正相关性,与气压的相关性一般,表明其年周期变化主要受气温影响;③阿克苏断层氢气浓度异常对观测点周边中强以上地震的反应较灵敏,映震效果较好。

球形密闭容器内氢气浓度对混合气体燃爆特性的影响

为了研究不同体积分数的氢气-空气混合气体的燃爆压力及压力上升速率,采用20 L球形容器进行实验研究,并利用Fluent软件基于Navier-Stokes方程组以及k-ε湍流模型进行数值模拟研究。通过数值模拟研究氢气燃爆过程中的压力变化、温度分布及火焰传播过程,得到的模拟结果和实验结果基本吻合。结果表明,随着氢气体积分数的增加,最大燃爆压力呈现先增大后减小的趋势,在氢气体积分数为30%时达到最大,为0.761 5 MPa;升压速率最快,为0.299 2 MPa。数值模拟获得了燃爆过程不同时刻的可燃气体组分质量浓度分布、压力场、温度场和气流速度矢量,为实际应用中防爆、抑爆提供了理论依据。

沉积温度和氢气浓度对CVD法合成Ti_(3)SiC_(2)涂层的影响

以TiCl_(4)-CH_(3)SiCl_(3)-H_(2)-Ar作为前驱体体系,石墨片为基底,采用化学气相沉积法(CVD)制备了Ti_(3)SiC_(2)涂层,研究了沉积温度和氢气浓度α的变化对涂层沉积速率的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)对涂层形貌及组成进行了分析。研究结果表明:在1273~1373 K,涂层沉积速率随温度上升而增加;在1373~1423 K,涂层沉积速率随温度上升而减小。当α为40%~50%时,涂层沉积速率随α增加而减小;α为50%~70%时,涂层沉积速率随α增加而增加。当温度为1373 K,α为50%时,涂层以Ti_(3)SiC_(2)相为主,呈板状结构。基于微观形貌及组成分析的结果,提出了TiCl_(4)-CH_(3)SiCl_(3)-H_(2)-Ar作为前驱体体系制备Ti_(3)SiC_(2)涂层的主要反应路径。

变压器油中氢气浓度检测

推导了变压器油中溶解气体的分离数学模型，建立了一种用光纤Ｍ－Ｚ干涉仪对低浓度氢气进行检测的实验系统．通过对气室引入声波调制手段，消除了环境因素对干涉仪的干扰。

燃料电池汽车尾排氢气浓度的影响度研究

随着能源环境问题日益严峻,燃料电池汽车凭借其高效率、零排放的优势,成为汽车行业未来重要发展方向。由于氢气其本身的特性,使得燃料电池汽车存在着一定的安全隐患,需要对其尾排的氢气浓度测试评价。在实际操作过程中,受测试环境、工作条件等因素限制而无法满足标准测试要求,导致结果不准确。本文考虑进气端与排气口的不同距离以及进气端几何中心线与排气口几何中心线的偏置距离,研究不同测试位置对燃料电池汽车尾排测试结果的影响度,为检测结果的修正提供理论基础。

抽取式安全壳氢气浓度分析设备的研究

安全壳氢气浓度分析对核电站的安全有着非常重要的作用。针对核电站事故后的安全壳大气设计工况,研究设计了一种抽取式的氢气浓度分析设备。它使用具备防爆性能和承受高辐射能力的材料及零部件,以及核电1E级控制器,采用干法取样技术及样气回流技术,对样气进行处理、分析,并将分析后的尾气回流至安全壳内。独创性地设计了一种湿度补偿模型,对分析得到的结果进行湿度补偿,很好地修正了干法取样带来的大幅度误差,保障了分析精度。本研究成果已在核电站长期在线运行验证,取得了良好效果。

发电机定子冷却水箱氢气浓度显示超标问题的探讨

对部分水氢氢发电机定子冷却水箱氢气浓度显示超标的问题进行了研究,发现单独安装在水箱顶部或排气管道高点的测氢探头所显示的氢气浓度不能有效地反映运行中发电机定子线棒的渗漏情况。结合实际案例及目前技术和管理水平,提出了具参考意义的优化建议。