Pramoninėje gamyboje vandenilis plačiai naudojamas kaip švarios energijos šaltinis ir gyvybiškai svarbi pramoninė žaliava. Tačiau vandenilis turi labai mažą užsidegimo energiją ir platų sprogimo diapazoną; Jei nuotėkis įvyktų ir susikauptų uždaroje ar pusiau uždaroje erdvėje, jis gali lengvai sukelti gaisrą ar net sprogimą, sukeldamas rimtą pavojų darbuotojų saugai ir įrangai. Aplinkose, kuriose gali atsirasti vandenilio nuotėkio,-pvz., vandenilio gamybos stotyse, baterijų patalpose ir puslaidininkių gamybos dirbtuvėse-laikas ir tikslus stebėjimas yra itin svarbi saugos priemonė.
Akumuliatoriaus vandenilio nuotėkio aptikimui pirmiausia naudojami dviejų tipų detektoriai: elektrocheminiai jutikliai ir katalizinio degimo jutikliai. Konkretus pasirinkimas priklauso nuo taikymo scenarijaus, reikalaujamo aptikimo tikslumo ir saugos specifikacijų.
I. Pagrindiniai jutiklių tipai ir charakteristikos
(1). Elektrocheminiai jutikliai
Šiuo metu tai yra pagrindinis pasirinkimas stacionarioms stebėjimo sistemoms akumuliatorių skyriuose (ypač švino{0}}rūgšties ir nikelio{1}}kadmio akumuliatoriams).
Veikimo principas: vandenilis patiria elektrocheminę reakciją (oksidaciją-redukciją) darbinio elektrodo paviršiuje ir sukuria mikro-srovę; šios srovės dydis yra tiesiogiai proporcingas vandenilio koncentracijai.
Didelis jautrumas ir selektyvumas: labai selektyvus vandeniliui, efektyviai išvengiant kitų dujų trukdžių; specialiai sukurtas vandenilio nuotėkio aptikimui.
Tinka mažos{0}}koncentracijos stebėjimui: itin jautrus pėdsakų nuotėkiams (ppm lygis), todėl galima iš anksto įspėti. Pavyzdžiui, kasybos-laipsnio jutikliai gali suaktyvinti pavojaus signalus ir susijusius saugos veiksmus, kai vandenilio koncentracija pasiekia 0,5 %.
Iš esmės saugus: tinka naudoti aplinkoje, kuriai taikomi griežti apsaugos nuo sprogimo{0}} reikalavimai.
Taikymo scenarijai: plačiai naudojamas fiksuotose vietose, kuriose reikia ilgalaikio{0}}nepertraukiamo ir tikslaus žemos vandenilio koncentracijos stebėjimo, pvz., akumuliatorių patalpose ir kasyklose esančiose požeminėse įkrovimo kamerose.
(2). Kataliziniai degimo jutikliai
Dažniausiai naudojamas vandenilio degumui aptikti ir koncentracijai žemutinės sprogstamosios ribos (LEL) diapazone stebėti.
Veikimo principas: Vandenilis dega katalizinio elemento paviršiuje, todėl keičiasi elemento temperatūra ir elektrinė varža; koncentracija nustatoma išmatavus šį pasipriešinimo pokytį.
Greitas reagavimo greitis: greitai reaguoja į degiųjų dujų koncentracijos pokyčius.
Geras signalo tiesiškumas: užtikrina puikų signalo tiesiškumą LEL koncentracijos diapazone. Taikymo scenarijus: pirmiausia naudojamas stebėti, ar vandenilio koncentracija pasiekė sprogimo pavojų keliantį lygį; dažniausiai diegiamos gerai-vėdinamose vietose, kur labai svarbu greitai reaguoti.
2. Kitos jutiklių technologijos ir taikymo scenarijai
Puslaidininkiniai jutikliai: veikia pagal principą, kad metalo -oksido puslaidininkinių medžiagų elektrinė varža pasikeičia, kai jos liečiasi su vandeniliu. Šie jutikliai yra ekonomiški-nebrangūs ir jautrūs vandeniliui, tačiau yra jautrūs kitų redukuojančių dujų ar aplinkos svyravimų trikdžiams. Jie reikalauja gana didelio stabilumo ir paprastai naudojami tais atvejais, kai ypatingas tikslumas nėra pagrindinis reikalavimas.
Šilumos laidumo jutikliai: pagrįsti dideliu vandenilio ir kitų dujų (dažniausiai oro) šilumos laidumo skirtumu. Keičiantis vandenilio koncentracijai, kinta šilumos išsklaidymo iš jutiklio jutimo elemento greitis, todėl galima išmatuoti koncentraciją. Šie jutikliai užtikrina ilgą tarnavimo laiką, gerą stabilumą ir atsparumą jutiklių apsinuodijimui; tačiau paprastai jie naudojami didelėms vandenilio koncentracijoms (procentiniams lygiams) matuoti ir nėra pakankamai jautrios žemo -lygio nuotėkiams aptikti.
Infraraudonųjų spindulių sugerties jutikliai: aptikkite vandenilį pagal specifines infraraudonųjų spindulių šviesos sugerties charakteristikas. Jie pasižymi tokiais pranašumais kaip ne tačiau tradicinės technologijos susiduria su sunkumais dėl silpnų vandenilio sugerties signalų ir didelių sąnaudų. Ši technologija yra daug žadanti kryptis būsimoms aukščiausios klasės-, ilgalaikėms-stabilioms stebėjimo programoms.
3. Pasirinkimo rekomendacijos ir sistemos integravimas
Stacionariai nuolat stebint zoną baterijų patalpose,{0}}kur pagrindinis tikslas yra ankstyvas įspėjimas apie nedidelius nuotėkius-, pirmenybė turėtų būti teikiama elektrocheminiams jutikliams. Rinkoje esantys vandenilio zonos monitoriai, specialiai sukurti akumuliatorių patalpoms, daugiausia naudoja šią technologiją.
Jei pagrindinis tikslas yra sprogimo sauga,{0}}konkrečiai stebėti, ar koncentracija artėja prie apatinės sprogstamumo ribos (LEL) 4 %{2}}, galima pasirinkti katalizinio degimo jutiklius.
Sistemos integravimas: Profesionalią vandenilio aptikimo sistemą sudaro ne tik detektoriai, bet ir valdikliai bei signalizacijos moduliai. Jis turėtų būti suderinamas su saugos įranga, tokia kaip išmetimo ventiliatoriai ir solenoidiniai vožtuvai, kad sudarytų visapusę aktyviosios gynybos sistemą. Detektorius galima integruoti su esamomis valdymo sistemomis per analoginius išėjimus (4–20 mA) arba skaitmenines magistrales (pvz., RS485).
Stacionarioms vietoms, kuriose reikia išankstinio įspėjimo ir nuolatinio vandenilio nuotėkio iš baterijų stebėjimo,vandenilio dujų detektorius baterijų skyriuiremtis elektrocheminiais principais. Tais atvejais, kai pirmenybė teikiama greitam reagavimui į sprogimo pavojų, gali būti svarstomi katalizinio degimo jutikliai. Renkantis modelį, būtina visapusiškai atsižvelgti į matavimo diapazoną, jautrumą, prisitaikymą prie aplinkos, tarnavimo laiką ir kainą.