Wasserstoffsensoren

New Cosmos Electric Co. Ltd. präsentiert Wasserstoffsensoren

Das "Fuel Cell Electrical Vehicle" (FCEV) konformer FCS-H20-Wasserstoffsensor (H2) bietet maximale Sicherheitsleistung, lange Sensorlebensdauer, schnelle Reaktionszeit und hohe Haltbarkeit.

Schnell ansprechender, langlebiger H2-Sensor FCS-H20

Der FCS-H20 ist ein katalytischer Sensor, der eine lange Lebensdauer sowie eine schnelle Start- und Reaktionszeit bietet. Außerdem zeichnet er sich durch einen geringen Stromverbrauch, eine kleine Größe, ein geringes Gewicht und niedrige Kosten aus.

Der FCS-H20 hält seinen Messbereich von 0 bis 4 % vol. wartungsfrei für mehr als 15 Jahre konstant, selbst unter Extrembedingungen, wie sie im Automotivebereich herrschen.

Widerstandsfähig gegen Siloxanvergiftung

Eine hohe Beständigkeit gegen Siloxanvergiftungen ist in den Anwendungen der Automobilbranche besonders wichtig, da Siloxan-Dampf die Empfindlichkeit des Sensors beeinträchtigen kann. Durch eine hohe Dispersion von Pd/Pt-Nanopartikeln auf Aluminiumoxid (Al2O3) und die Zugabe eines zusätzlichen Sinterhilfsmittels werden starke Sintereigenschaften erreicht und die für das Sensorelement erforderliche Funktionsfähigkeit gesichert.

Im Einsatz beim neuen Toyota MIRAI

Der FCS-H20 ist auch an Bord des neuesten wasserstoffbetriebenen Fahrzeugs von TOYOTA, dem MIRAI und erfüllt neben den strengen Leistungs- und Qualitätsstandards von TOYOTA, auch die GTR-13 (Global Technical Regulation No. 13 on Safety of Hydrogen and Fuel Cell Vehicles), den Sicherheitsstandard für FCEV-Sensoren. Der FCS-H20 kann von Automotive-Kunden unter der Produktbezeichnung CSD-02/04 erworben werden.

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Merkmale und Detektionsprinzip von katalytischen Sensoren                                                                        

Katalytische Sensoren wandeln die bei der Verbrennung von brennbarem Gas (katalytische Verbrennung) an einem Edelmetallkatalysator entstehende Wärme in ein elektrisches Signal um. Wie in der rechtsstehenden Abbildung dargestellt, besteht der Sensor aus einem Detektorelement und einem Temperaturkompensator. Die beiden Elemente bilden eine Wheatstonsche Brückenschaltung und werden durch Anlegen einer definierten Spannung und Erwärmung der Pt-Drahtspule auf 300 bis 500 °C durch Selbsterhitzung betrieben. Das Detektorelement besteht aus Aluminiumoxid, welches mit einem Edelmetallkatalysator (Pt oder Pd) beschichtet ist, der auf eine 20-30 μm große Pt-Drahtspule in Kugelform aufgebracht und gesintert wird.

Der Temperaturkompensator besteht aus Aluminiumoxid ohne Edelmetallkatalysator, das ebenfalls kugelförmig auf eine Pt-Drahtspule aufgesintert ist. Durch diese Struktur kann die Temperatur aufgrund der Gasverbrennung bei Vorhandensein von brennbarem Gas nur im Sensorelement ansteigen (höherer Widerstand), und der Widerstand beider Elemente ändert sich in ähnlicher Weise, um die Umgebungstemperatur auszugleichen.

Die auf die Gasverbrennung zurückzuführende Temperaturänderung des Elements kann mit hoher Genauigkeit gemessen werden, selbst wenn sich die Temperatur in einem weiten Bereich von -40 bis 100 °C ändert. Die durch die Gasverbrennung am Detektorelement erzeugte Wärmemenge ΔH ist proportional zur Gaskonzentration C und der Verbrennungswärme Q, wie in Gleichung (1) dargestellt, und ihr Wert wird durch den Verbrennungswirkungsgrad (katalytische Kapazität) K des Detektorelements bestimmt.

(1)⊿H∝ K・C・Q

TGS6812-D00 von Figaro – für den Nachweis von Wasserstoff, Methan und Flüssiggas

Der katalytische Gassensor TGS6812-D00 kann den Wasserstoffkonzentration bis zu 100%LEL detektieren. Dieser Sensor zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit, gute Haltbarkeit und Stabilität, schnelle Reaktion und eine lineare Kennlinie aus. Der TGS6812-D00 kann nicht nur Wasserstoff, sondern auch brennbare Gase wie Methan und LP-Gas detektieren und ist somit eine hervorragende Lösung für die Überwachung von Gasleckagen aus stationären Brennstoffzellensystemen, die brennbare Gase in Wasserstoff umwandeln.

Der Sensor verfügt über ein spezielles Filtermaterial in der Sensorkappe, wodurch seine Querempfindlichkeit gegenüber organischen Dämpfen gering ist. Darüber hinaus ist der TGS6812-D00 auch gegen Silikonverbindungen in rauen Umgebungen beständig.

Weitere Anwendungen von katalytischen Wasserstoffsensoren

Katalytische Sensoren werden z. B. auch in Wasserstofftankstellen installiert. Der Sensor ist dabei in einem explosionsgeschützten Detektorgehäuse untergebracht, wie in Abbildung 9(a) dargestellt. Der Aufbau der Detektoreinheit ist ein wichtiger Faktor für die zuverlässige Erkennung von Wasserstoff, der ein geringes atomares Gewicht hat und leicht diffundiert.  Auf Grundlage der Erkenntnisse experimentell  durchgeführter Wasserstoffdiffusionsexperimente und CFD-Simulationen, wurde der KD-12-Diffusionsgasdetektorkopf mit Display so konzipiert, dass der Sensor Wasserstoff stets zuverlässig detektiert. Darüber hinaus werden tragbare Gasdetektoren mit Konzentrationsanzeige auch bei der täglichen Wartung und Inspektion von Wasserstoffstationen eingesetzt, um Wasserstofflecks an verschiedenen Ventilen und Rohrverbindungen zu überprüfen (Abbildung 9(b)). Darüber hinaus hat sich der Markt für Wasserstoffsensoren zur Verwendung in Heizanlagen mit Brennstoffzelle, zur Erzeugung von Wäreme und Strom, in letzter Zeit vergrößert.

Weitere Wasserstoffsensoren

TGS 2616-C01 von Figaro – zum Nachweis von Wasserstoff

Das Sensorelement besteht aus einer Metalloxid-Halbleiterschicht, die auf einem Aluminiumoxid-Substrat eines Sensorchips, zusammen mit einer integrierten Heizung aufgebracht, und in einem Standard-TO-5-Gehäuse untergebracht ist. Bei Vorhandensein eines nachweisbaren Gases erhöht sich die Leitfähigkeit des Sensors abhängig von der Gaskonzentration in der Luft. Eine einfache elektrische Schaltung kann die Änderung der Leitfähigkeit in ein elektrisches Ausgangssignal umwandeln, das der Gaskonzentration proportional entspricht.

Der TGS2616-C01 verfügt über ein neu entwickeltes Sensorelement, welches den Einfluss von Störgasen, wie z.B. Acetylen, reduziert. Dieses führt wiederum zu einer hochselektiven Reaktion auf Wasserstoff.

Empfindlichkeitsmerkmale

Die Abbildung auf der rechten Seite zeigt typische Empfindlichkeitskennlinien die unter Standard-Testbedingungen gemessen wurden. Die Y-Achse zeigt das Widerstandsverhältnis des Sensors Rs/Ro, wobei Rs und Ro wie folgt definiert sind:

New Cosmos Electric Co. Ltd. bietet eine komplette Reihe von Gassensoren für die Erkennung von Wasserstoff bei niedrigen bis hohen Konzentrationen an:

New Cosmos hat Gasdetektoren und Gaswarnanlagen mit verschiedenen Wasserstoffsensoren auf den Markt gebracht und für unterschiedlichste Anwendungen optimiert.

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