新型紫外光探測(cè)器TOCON_F用于氫氣火焰檢測(cè)，符合EN289標(biāo)準(zhǔn)

chinaboy

目前世界各國都在積極制定并實(shí)施清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略，在這場(chǎng)能源發(fā)展的戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)中，除節(jié)能減排外，最重要的是能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整 。在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型過程中，氫能被視為 21 世紀(jì)極具發(fā)展前景的二次能源，這不僅是因?yàn)槠渚哂谐掷m(xù)再生性，更因?yàn)榕c傳統(tǒng)燃料相比，氫在燃燒時(shí)只產(chǎn)生水，不產(chǎn)生其他污染物和溫室氣體，并且具有更高的質(zhì)量能量密度，可以在同樣體積下存儲(chǔ)更多的能量，同時(shí)還可與多種綠色能源如太陽能、風(fēng)能等相互結(jié)合，表現(xiàn)出高的適應(yīng)性。因此，建設(shè)以氫能技術(shù)為中心的能源技術(shù)體系是加快全球能源轉(zhuǎn)型和早日實(shí)現(xiàn)全球“碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵。

氫氣作為一種清潔、高效、可再生的綠色能源,既能應(yīng)對(duì)能源短缺和氣候變化問題,也能廣泛應(yīng)用于能源儲(chǔ)存、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。但氫氣在制取、儲(chǔ)運(yùn)及使用過程中存在著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，氫氣易燃易爆、無色無味,一旦出現(xiàn)泄漏后擴(kuò)散開來,很容易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)事件,造成巨大的人員、財(cái)產(chǎn)損失。因此,做好氫氣泄漏和火焰監(jiān)測(cè)尤為重要。

氫氣爆炸和其他主要風(fēng)險(xiǎn)

氫氣安全挑戰(zhàn)

與其他氣體相比，氫氣不會(huì)帶來新的重大風(fēng)險(xiǎn)。 但在人工參與從生產(chǎn)到使用的涉氫場(chǎng)所的任務(wù)時(shí)就會(huì)發(fā)生問題。 盡管不同的應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)有所不同，但安全是個(gè)普遍問題。 以下是一些風(fēng)險(xiǎn)因素：

1.爆炸

與真正的**不同，純氫不會(huì)爆炸。 但是當(dāng)氫氣和空氣接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。 因?yàn)闅錃庖鸨?，需要有氧的參與。 如果發(fā)生氫氣泄漏，即使是衣服上的靜電火花也足以引發(fā)爆炸。

2.泄漏

由于分子小，粘度低，所以氫氣比密度大的氣體更容易從管道和其他結(jié)構(gòu)體中泄漏。 實(shí)際上，當(dāng)在足夠高的壓力下從管道中泄漏時(shí)，氫氣甚至可以自燃。 除了按照“HG_T22821-2025 氫氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范”規(guī)范設(shè)計(jì)管道，定期檢測(cè)接頭處和管道沿線是否存在泄漏點(diǎn)也必不可少。 使用氫氣傳感器可以增加一重安全保障。

3.滲透性

氫氣很容易滲透到材料中，在某些情況下會(huì)使材料變脆。 因此，儲(chǔ)罐通常采用不銹鋼和復(fù)合材料。

4.一氧化碳報(bào)警

一氧化碳（CO）傳感器對(duì)氫氣交叉敏感。 如果在可能接觸氫氣的地方附近使用，一氧化碳傳感器應(yīng)獲得氫氣補(bǔ)償，從而將交叉靈敏度和誤報(bào)降至很低水平。

5.氣穴

像氨和甲烷一樣，氫氣的密度低于空氣，泄漏時(shí)會(huì)在室內(nèi)天花板下方形成氣穴。 即使天花板下積累的氫氣達(dá)到了危險(xiǎn)值，地面上也感知不到氫氣的存在。 當(dāng)氫氣和甲烷混合時(shí)，氫氣會(huì)在甲烷上方形成氣穴。 因此，氫氣檢測(cè)儀通常放置在氣層上方，而甲烷檢測(cè)儀放置在氣層下方。

6.無色無味

氫氣無色無味，所以人類無法察覺。 對(duì)于甲烷，這個(gè)問題可以通過添加氣味物質(zhì)來解決，而關(guān)于該方法是否也適用于氫氣，仍在研究中。 因此，目前必須借助氫氣傳感器。

7.看不見的火焰

氫氣燃燒時(shí)的火焰非常蒼白，在白天看不見。 因?yàn)樗尫诺募t外線輻射極少，所以人類無法感知到熱量存在。 但是，氫氣火焰會(huì)釋放大量紫外線輻射。 因此，需要使用特殊的紫外線探測(cè)器才能確定是否存在氫氣火焰。

氫氣安全： 氫氣火焰檢測(cè)

為實(shí)現(xiàn)能源使用的脫碳目標(biāo)，采用可再生能源制取氫氣替代石油氣是一種極具前景的方案。

這需要對(duì)加熱器進(jìn)行相應(yīng)改造。其中一項(xiàng)重大變化是修改符合EN298標(biāo)準(zhǔn)的火焰檢測(cè)功能。目前，用于檢測(cè)石油氣火焰的是電離傳感器——一種堅(jiān)固、可靠且廉價(jià)的方法。然而，當(dāng)石油氣中添加氫氣或氣體完全由氫氣組成時(shí)，這些電離傳感器將無法繼續(xù)使用。原因在于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的變化，導(dǎo)致這些傳統(tǒng)傳感器無法檢測(cè)電離效應(yīng)。這一挑戰(zhàn)可以通過使用光電子紫外光傳感器來克服。這些傳感器能夠可靠地檢測(cè)各種火焰，同時(shí)“捕捉”其在紫外光范圍內(nèi)的特征發(fā)射光譜。由于紫外傳感器成本高于電離檢測(cè)器，目前紫外傳感器僅應(yīng)用于高價(jià)工業(yè)燃燒器，而非家用燃燒器。然而，根據(jù)當(dāng)前的知識(shí)水平，除了光電子紫外傳感器外，無其他方法能夠可靠檢測(cè)氫火焰。

自2006年以來，ISweek工采網(wǎng)代理的德國SGLUX生產(chǎn)符合EN298標(biāo)準(zhǔn)的TOCON ABC1和ABC2，用于家用燃燒器中石油氣火焰的檢測(cè)。新型TOCON_F系列專為氫火焰檢測(cè)而設(shè)計(jì)。

新型紫外光探測(cè)器TOCON_F與標(biāo)準(zhǔn)ABC1和ABC2型號(hào)的TOCONs不同之處在于死區(qū)時(shí)間的縮短。標(biāo)準(zhǔn)TOCONs在飽和時(shí)會(huì)產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間，該時(shí)間可延長(zhǎng)至數(shù)百毫秒。

搭載對(duì)數(shù)放大器的TOCON_F將死區(qū)時(shí)間縮短至不足70毫秒。因此，火焰（意外）熄滅后的響應(yīng)時(shí)間得以大幅縮短。即使標(biāo)準(zhǔn)TOCONs ABC1和ABC2足夠快速（符合EN298標(biāo)準(zhǔn)）用于火焰檢測(cè)模塊（EN298要求響應(yīng)時(shí)間低于1000毫秒），未來EN298標(biāo)準(zhǔn)的要求可能會(huì)變得更加嚴(yán)格。這一假設(shè)的依據(jù)是氫火焰的蔓延速度和點(diǎn)火范圍顯著高于石油氣火焰。因此，采用TOCON_F的紫外傳感器模塊能夠?qū)崿F(xiàn)比當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)要求更短的響應(yīng)時(shí)間。這使得這些火焰感測(cè)模塊在標(biāo)準(zhǔn)可能修訂的情況下具備未來適應(yīng)性。

全球首次在TOCON_F中采用硅碳化物基結(jié)二極管——相比傳統(tǒng)硅二極管（300mV），線性測(cè)量范圍提升至2100mV，該新方法理想地結(jié)合了線性電路（線性測(cè)量范圍）與對(duì)數(shù)電路（短關(guān)閉死區(qū)時(shí)間）的優(yōu)勢(shì)。

歸一化光譜響應(yīng)

氫氣泄漏檢測(cè)

在氫氣濃度檢測(cè)領(lǐng)域，有多種類型的氫氣傳感器。催化燃燒型、半導(dǎo)體型、熱導(dǎo)型和電化學(xué)型等不同類型的氫氣濃度傳感器，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。如：催化燃燒型氫氣傳感器TGS6812，半導(dǎo)體型氫氣傳感器TGS2616，熱導(dǎo)型氫氣傳感器MTCS2601，電化學(xué)型氫氣傳感器H2-BF等

不同原理氫氣傳感器優(yōu)缺點(diǎn):