[实用新型]高稳定性的氢气传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种高稳定性的氢气传感器。

背景技术

随着社会的进步和人们生活水平的提高，汽车在人们的日常生产和生活中扮演着越来越重要的角色。传统汽车都是以石油作为动力能源，石油燃烧后以CO、CO₂、NO、NO₂、SO₂、粉尘颗粒物等作为终产物排放到大气中。随着汽车保有量的逐年增加，世界各国的能源危机和大气污染越来越严重，据统计大气污染50％都是由汽车排放的尾气引起的。虽然各国都在采用限行，收取拥堵费等一系列的措施来改善由汽车尾气引起的大气污染，但是根本解决之道还是在汽车本身，只有解决汽车排放的问题才能根治大气污染。所以世界各国都在大力推广新能源汽车，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

目前的新能源汽车主要包括燃料电池车以及电动汽车。燃料电池车是以纯氢气为能源，结合燃料电池的动力性能开发出发的新能源汽车；电动汽车是指以蓄电池为动力行驶的用电机驱动的汽车。二者的工作原理虽然不同，但是都是零排放，适合于大力推广。新能源汽车有别于传统汽车，不光体现在动力源、技术、排放物等方面，在汽车制造过程中也有一些细节需要注意，比如燃料电池车使用纯氢气作为燃料，在车内有储氢罐，这就对储氢罐以及管路的密封性提出了要求，一旦发生泄漏后果不堪设想。目前的电动汽车普遍采用锂离子电池作为动力源，锂电在过冲或短路时电池内部物质发生分解会产生氢气，同时作为电池温度管理主要手段的冷却液在充电电压达到一定等级时也会发生分解产生氢气。

氢气是一种无色、无味、无毒、易燃易爆的气体，当空气中的氢气含量达到4％时就会发生爆炸。氢气由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感官发现，具有巨大的危险性。所以在新能源汽车上需要安装氢气监测单元，以达到实时在线检测氢气泄漏或生成情况，为人车安全保驾护航。

结合汽车这个特殊的应用场景，要求所使用的氢气传感器除满足对一般安全监测领域所使用气体传感器的通用要求外，还应该具有较高的稳定性。

目前常用的氢气传感器有电化学式氢气传感器、燃料电池式氢气传感器、催化燃烧式氢气传感器及半导体式氢气传感器。在上述各种原理的氢气传感器中只有燃料电池式氢气传感器具有较高的稳定性，不受环境温湿度的影响，在使用周期内衰减可忽略，但是由于其使用的是微型燃料电池原理，响应时间非常长，其达到80％跃迁所需要的时间约10分钟，完全无法应用于安全监测领域。催化燃烧式传感器和半导体式传感器检测原理基本相同，这种类型的传感器虽然造价比较低，但是漂移和衰减非常严重，需要定期进行校准，半导体式传感器的检测性能还会受环境温湿度的影响，不适合应用于汽车行业。

电化学传感器利用定电位电解法进行气体检测，由工作电极，对电极，参比电极和电解质组成。其中工作电极是待测气体发生化学反应的地方；对电极是氧气发生反应的地方，并且和工作电极上的反应一起形成反应的闭环型；参比电极用来提供稳定的电势零点，防止检测结果受阴极极化以及氧气在对电极上的反应的影响。电解质提供质子传递通道，保证整个反应可以顺利进行，一般选择硫酸、硝酸、磷酸、苯磺酸、苯甲酸等酸性物质的水溶液充当电解液。为了提高传感器的信噪比，电化学传感器采用多孔形式的气体隔离膜充当传感器与外界环境的隔离屏障。在增加气体进入量的同时液体电解质中的水分也会很好的与外界环境进行交换。当外界环境发生变化时，传感器内部作为传质途径的电解质也会随之发生变化，如当外界环境湿度增大时传感器内部的电解质会熊环境中吸收水分导致电解液不断增多出现漏液现象，有些甚至撑破传感器外壳；当外界环境比较干燥时传感器内部的电解液中的水分会向环境中扩散导致电解液干涸从而失去传质能力；除此之外，氢气在电化学传感器中的反应产物是水，如果传感器长期工作在高浓度氢气环境下反应生成的水也会导致传感器出现水淹或衰减的现象。电解质的传质能力或者说传感器的检测性能与电解质中水分含量或者说外界环境湿度息息相关。除此之外，当检测环境中存在CO等干扰气体时容易出现催化剂中毒的现象，导致传感器的性能出现衰减。

综上所述，由于目前的氢气传感器存在着各种各样的问题，因此需要开发一种适合于新能源汽车车内氢气检测的传感器，满足要求外还具有较高的稳定性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种高稳定性的氢气传感器。