除了热导式之外,氢冷发电机氢气纯度的检测方法还包括气相色谱法、电化学法、密度法、超声波法,以及传统的化学分析法,这些方法基于不同的气体特性,适用于不同的检测场景。以下是详细说明:
核心原理:利用混合气体中各组分(H₂、O₂、N₂、CO₂等)在色谱柱固定相中的吸附 - 脱附能力差异,使不同气体按特定顺序流出色谱柱,再通过检测器(常用热导检测器 TCD)对各组分定量分析,最终计算氢气纯度。
应用场景:
作为标准校准方法,用于标定在线热导式分析仪的精度;
对氢气中微量杂质(如 O₂、N₂含量)要求严苛的机组,可实现多组分同时检测;
分为离线实验室型和在线集成型,在线型可实时上传数据,但设备成本较高。
优势:检测精度极高(纯度测量误差 ±0.05% 以内),可区分多种杂质气体;
缺点:设备结构复杂、维护成本高,离线型检测周期较长。
核心原理:该方法不直接测氢气纯度,而是通过检测混合气体中氧气(杂质)的含量,间接换算氢气纯度。传感器内置电化学电池,氧气通过透气膜进入电池后发生氧化还原反应,产生与氧浓度成正比的电流信号,通过计算氧含量反推氢气纯度(氢气纯度 = 100% - 氧含量 - 其他杂质含量)。
应用场景:适用于氢气纯度高于 95% 的场景,重点监测是否因密封泄漏导致空气渗入。
优势:体积小、响应快、灵敏度高(可检测 ppm 级微量氧),适合在线连续监测;
缺点:只能测氧含量,无法识别 N₂、CO₂等其他杂质,需配合其他方法使用。
核心原理:氢气的密度远低于空气、CO₂等气体(标准状态下 H₂密度为 0.0899kg/m³,空气为 1.293kg/m³)。通过测量混合气体的密度,结合纯氢气和纯杂质气体的密度值,利用公式计算氢气纯度:ρmix=ρH2×φ+ρimp×(1−φ)其中φ为氢气纯度,ρmix为混合气体密度。
实现方式:常用振荡管密度计,混合气体进入振荡管后,振荡频率会随气体密度变化,通过频率信号换算密度和纯度。
优势:不受气体成分干扰,稳定性好;
缺点:精度受温度、压力影响大,需严格恒温恒压校准,响应速度较慢。
核心原理:超声波在气体中的传播速度与气体的分子量、温度、压力相关。在恒定温度和压力下,氢气中超声波传播速度远高于其他气体,通过测量超声波在气体中的传播时间或速度,可计算混合气体中氢气的纯度。
应用场景:适用于对取样管路有严格要求的场合(如避免管路泄漏污染),可实现非接触式在线监测。
优势:无耗材、无磨损,维护成本低,响应速度快;
缺点:易受温度、压力波动影响,需配套温压补偿模块,精度略低于热导式和气相色谱法。
该方法属于离线检测,现已逐步被仪器法取代,仅用于无在线仪表的应急场景,主要分为两种:
燃烧法:取定量混合气体,在密闭容器中充分燃烧(氢气燃烧生成水),反应后测量气体体积减少量,根据化学反应式计算氢气纯度;
吸收法:利用特定试剂依次吸收混合气体中的杂质(如用氢氧化钾溶液吸收 CO₂,用焦性没食子酸溶液吸收 O₂),通过测量吸收前后的气体体积差,计算各杂质含量,最终得到氢气纯度。
优势:设备简单、成本低;
缺点:操作繁琐、耗时久、精度低,存在安全隐患(燃烧法需明火)。