CN107643358B - 一种基于催化复合放热原理的氢气传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，属于易燃易爆气体浓度测量技术领域。所述氢气传感器中，定位装置位于防护过滤装置一端开口处，二者螺纹连接；电加热装置加热端垂直向下穿过定位装置中心轴向通孔，伸入防护过滤装置中，电加热装置非加热端由螺母固定件与定位装置固连；敏感元件和参比元件位于防护过滤装置内部电加热装置左右两侧，分别与定位装置伸入于防护过滤装置内的部分固连，防护过滤装置侧壁、电加热装置、敏感元件和参比元件间留有空隙。所述氢气传感器集成电加热装置，能够根据环境温度、氢气浓度等条件变化调整加热功率，以提高在严重事故条件下氢气传感器核心元件环境温度稳定性及在高浓度氢气条件下的安全性。

Description

一种基于催化复合放热原理的氢气传感器

技术领域

本发明涉及一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，属于易燃易爆气体浓度测量技术领域。

背景技术

核电站发生失水事故时，核电站内燃料棒锆合金包壳在高温条件下与水反应生成大量氢气，导致安全壳内氢气浓度水平上升，有限的安全壳空间内氢气平均浓度可达到爆炸极限，严重威胁安全壳的结构完整性。因此，有必要设置可靠的氢气监测设备，以评估事故状态，为事故管理提供决策依据。

核电站发生失水事故时，反应堆余热被释放到安全壳内，安全壳内处于高温、高压、高水蒸气、高辐照状态；此外，堆芯产生并释放部分有毒裂变物质，安全壳喷淋系统运行等因素共同作用，造成安全壳内的环境条件相比一般工业过程的环境条件更加复杂。安全壳内严重事故后氢气浓度监测任务对于气体浓度监测设备技术水平的要求远远高于普通大气及其它一般工业环境中氢气监测需求。

现有技术中，氢气浓度监测采用原位测量技术比抽出测量技术具有更高的技术难度，但由于其无需特殊的气体处理过程或装置，不存在潜在的气体泄漏风险，因此具有更高的应用价值。将氢气传感器布置于安全壳内事故区直接获取与氢气浓度相关的模拟信号，是安全壳事故后氢气浓度监测领域技术发展的重点方向。发展在高温、高压、高水蒸气、高辐照状态下可工作，能够抵御喷淋及堆芯裂变毒物的氢气传感器是技术开发的最主要难点。目前，现有主要技术路线有基于电化学原理，包括液体电解质和固体电解质氢气传感器，基于催化复合放热原理，包括催化燃烧和常温催化氢气传感器。其中，基于催化复合放热原理通常使用高活性贵金属钯铂作为催化剂的主要活性成分，由于具有传感器结构简单，严重事故条件下工作稳定性及测量精度相对较高等特点而获得了广泛的应用。

常温催化原理氢气传感器一般使用过量催化剂以保证在严重事故及低浓度氢气状态下的可用性。采用催化燃烧原理的氢气传感器在工作过程中持续引入加热电流，高温条件下加快催化敏感元件表面的氢氧复合反应，缺点是在高浓度氢气条件下，电加热叠加环境高温具有诱发氢气爆燃事件的风险。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器集成电加热装置，能够根据环境温度、氢气浓度等条件变化调整加热功率，以提高在严重事故条件下氢气传感器核心元件环境温度稳定性及在高浓度氢气条件下的安全性。

为实现本发明的目的，提供如下技术方案。

一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器主要由防护过滤装置、定位装置、电加热装置、敏感元件和参比元件组成。

其中，防护过滤装置为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构。防护过滤装置的材质为不锈钢丝网或多孔不锈钢板。优选防护过滤装置的内层侧壁和外层侧壁之间装有球状颗粒的填料，所述填料为氧化铝、氧化硅和分子筛中的一种以上。防护过滤装置可对进入氢气传感器的气体进行过滤，去除有害粉尘及部分毒性气体，并能够提供防爆功能。

定位装置的外径带有外螺纹且与防护过滤装置开口端内径相配合，中间设有中心轴向通孔。定位装置可确保电加热装置的安装深度，并固定敏感元件和参比元件的安装位置，以使氢气传感器实现相对稳定的性能输出。

电加热装置为非加热端带有定位螺纹的圆柱体，外径与定位装置的中心轴向通孔内径相配合。优选所述电加热装置采用防爆电加热器，表面材料为刚玉或氮化硅陶瓷管。通过设置于电气厂房的信号处理机柜中的可编程逻辑控制器(Programmable LogicController,PLC)温控模块控制电加热装置的加热功率，实现电加热装置根据环境温度、氢气浓度等条件变化调整加热功率，以提高在严重事故条件下氢气传感器核心元件环境温度稳定性及在高浓度氢气条件下的安全性。

敏感元件为板状结构，以敏感元件基底为最下层，从下至上依次由敏感元件基底、敏感元件热敏层、敏感元件绝缘层和催化活性层组成。敏感元件可通过催化活性层催化氢气与氧气发生复合反应，释放热能并引发自身温度上升，并可以通过连接设置于电气厂房的信号处理机柜中PLC，采集敏感元件热敏层温度以监测反应温度。

参比元件为板状结构，以参比元件基底为最下层，从下至上依次由参比元件基底、参比元件热敏层、参比元件绝缘层和惰性层组成。参比元件不会触发氢氧复合反应并升温，可以通过连接设置于电气厂房的信号处理机柜中PLC，采集参比元件热敏层的温度监测环境温度，为分析氢气浓度提供参比信息。

敏感元件基底和参比元件基底的材料分别独立为氧化铝、氧化锆板、经表面氧化处理的铝板、经表面氧化处理的钛板或经表面氧化处理的不锈钢板。优选敏感元件基底和参比元件基底的厚度分别独立为0.5mm～2mm。

所述敏感元件热敏层和参比元件热敏层的材料分别独立为正温度系数的金属涂层；优选形状分别独立为交指状或条带状；优选敏感元件热敏层和参比元件热敏层的材料分别独立为铂、铜、铂铑、镍铬或铜镍；优选所述敏感元件热敏层和参比元件热敏层的厚度分别独立为50μm～100μm。

优选敏感元件绝缘层和参比元件绝缘层的材料分别独立为氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅涂层，优选敏感元件绝缘层和参比元件绝缘层的厚度分别独立为100μm～500μm。

敏感元件的催化活性层的材料为催化氢氧复合反应的金属催化剂涂层，优选催化活性层的材料为钯、铂或钯铂合金，优选催化活性层的厚度为100μm～500μm。

参比元件的惰性层的材料为对氢氧复合反应无催化活性的无机材料；优选为中奥科创新材料有限公司(深圳)的无铅低熔点(390℃～780℃)玻璃粉体。

所述敏感元件热敏层、敏感元件绝缘层和催化活性层以及参比元件热敏层、参比元件绝缘层和惰性层可分别通过丝网印刷或超声喷涂在敏感元件基底和参比元件基底分别进行加工制备。

所述氢气传感器各组件的连接关系如下：

定位装置位于防护过滤装置一端开口处，二者之间螺纹连接；电加热装置的加热端垂直向下穿过定位装置的中心轴向通孔，使加热端伸入防护过滤装置中，电加热装置的非加热端通过螺母固定件与定位装置固定连接；敏感元件和参比元件位于防护过滤装置内部的电加热装置的左右两侧，分别与定位装置伸入于防护过滤装置内的部分固定连接，防护过滤装置侧壁、电加热装置、敏感元件和参比元件之间留有空隙。

优选敏感元件和参比元件与电加热装置之间分别独立保持距离为5mm～10mm，利于高效的吸收电加热装置释放的热量，实现快速升温。

可通过分别在敏感元件和参比元件一端设孔，用螺钉或具有类似功能紧固件与定位装置伸入于防护过滤装置内的部分固定连接。

所述氢气传感器采用墙装或地装方式布置于安全壳内水蒸发器隔间内部或顶部，通过铠装电缆将电加热装置、敏感元件的敏感元件热敏层和参比元件中的参比元件热敏层与安全壳内电气贯穿件连接，在安全壳外通过补偿电缆将电气贯穿件与信号处理机柜中的PLC连接，信号处理机柜设置于电气厂房，信号处理机柜中还设有显示器显示氢气浓度。

一种本发明所述基于催化复合放热原理的氢气传感器的监测方法，所述方法采用步骤如下

1)在非事故状态下，通过PLC控制电加热装置处于关闭状态，并采集敏感元件中敏感元件热敏层和参比元件中的参比元件热敏层的温度，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

2)在事故状态下，通过PLC采集敏感元件热敏层和参比元件热敏层的温度，当敏感元件热敏层和参比元件热敏层的温度差值小于120℃且参比元件热敏层的温度小于100℃时，通过PLC开启电加热装置将参比元件热敏层的温度加热至100℃，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

当敏感元件热敏层和参比元件热敏层的温度差值大于120℃时，通过PLC关闭电加热装置，通过公式(1)计算氢气浓度并显示。

C(H₂)＝K×(T₁-T₂) (1)

其中，C(H₂)为氢气浓度，单位为％，K为实验总结计算系数，K值为0.03，T₁为敏感元件热敏层温度，单位为℃，T₂为参比元件热敏层温度，单位为℃。

本发明所述氢气传感器基于氢/氧气催化复合放热原理，具体工作原理及过程如下：

1)在非事故状态下，通过PLC控制电加热装置处于关闭状态，并采集敏感元件中敏感元件热敏层和参比元件中的参比元件热敏层的温度，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

2)核电站发生失水事故时，所述氢气传感器的参比元件与敏感元件共同监测到安全壳内环境温度上升，氢气与空气混合气体通过防护过滤装置扩散至所述氢气传感器内，在敏感元件表面的催化活性层发生氢/氧气复合反应生成水并释放热量，如化学方程式(2)所示，敏感元件热敏层温度发生变化，在参比元件表面的惰性层，氢/氧气不发生复合反应，参比元件热敏层温度不发生变化，通过PLC监测敏感元件热敏层和参比元件热敏层的温度差值，通过公式(1)准确计算出给出氢气浓度；

当敏感元件热敏层和参比元件热敏层的温度差值小于120℃且参比元件热敏层温度小于100℃时，通过PLC开启电加热装置将参比元件热敏层的温度加热至100℃，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

当敏感元件热敏层和参比元件热敏层的温度差值大于120℃时，表明氢气浓度较高，此时氢气体积分数大于4％，通过PLC关闭电加热装置，通过公式(1)计算氢气浓度并显示。

有益效果

1.本发明提供了一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器直接安装在核电站安全壳事故区内，能够在严重事故条件下的严酷环境中正常工作，实现在线、连续、快速、稳定工作。能够在高温、高压、高水蒸气、高辐照等苛刻环境稳定工作，并能够抵御喷淋物及堆芯释放的有毒裂变产物的毒化作用；

2.本发明提供了一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器集成电加热装置，设计在低浓度氢气或无明显环境温度升高条件下加热敏感元件，提高了所述氢气传感器在严重事故条件下工作稳定性；

3.本发明提供了一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器设计电加热装置根据传感器探测氢气浓度信息进行动态启停，在高浓度氢气条件下停止加热，或降低加热功率，提高了氢气传感器在低浓度氢气条件下的准确性及在高浓度氢气环境中工作的安全性；

4.本发明提供了一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器满足压水堆核电站安全壳内严重事故条件下，高温200℃、高压0.4MPa，及常温常压条件下测试要求。

附图说明

图1为实施例中所述氢气传感器的剖面图。

图2为实施例中敏感元件的结构示意图。

图3为实施例中参比元件的结构示意图。

图4为实施例中所述氢气传感器与外围设备的连接示意图。

图5为实施例1的氢气传感器对氢气空气混合气体的响应曲线图。

其中，1—防护过滤装置，2—定位装置，3—电加热装置，4—敏感元件，401—敏感元件基底，402—敏感元件热敏层，403—敏感元件绝缘层，404—催化活性层，5—参比元件，501—参比元件基底，502—参比元件热敏层，503—参比元件绝缘层，504—惰性层，6—氢气传感器，7—安全壳，8—铠装电缆，9—电气贯穿件，10—电气厂房，11—补偿电缆，12—信号处理机柜，13—显示器，14—PLC

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，所述氢气传感器6主要由防护过滤装置1、定位装置2、电加热装置3、敏感元件4和参比元件5组成，如图1所示。

其中，防护过滤装置1为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构。防护过滤装置1的材质为不锈钢丝网，内层侧壁和外层侧壁之间装有球状颗粒的吸附活性分子筛材料。

定位装置2的外径带有外螺纹且与防护过滤装置1开口端内径相配合，中间设有中心轴向通孔。

电加热装置3为非加热端带有定位螺纹的圆柱体，外径与定位装置2的中心轴向通孔内径相配合。所述电加热装置3采用THERMOCOAX公司的防爆电加热器，表面材料为刚玉陶瓷管。

敏感元件4为板状结构，以敏感元件基底401为最下层，从下至上依次由敏感元件基底401、敏感元件热敏层402、敏感元件绝缘层403和催化活性层404组成，如图2所示。

参比元件5为板状结构，以参比元件基底501为最下层，从下至上依次由参比元件基底501、参比元件热敏层502、参比元件绝缘层503和惰性层504组成，如图3所示。

敏感元件基底401和参比元件基底501的材料为氧化铝，敏感元件基底401和参比元件基底501的厚度分别为2mm。

敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502为交指状铂条，厚度为100μm。

敏感元件绝缘层403和参比元件绝缘层503的材料为氧化铝涂层，厚度为500μm。

敏感元件4的催化活性层404采用氧化铝与贵金属钯铂粉体材料混合覆盖烧结制成，其中贵金属钯质量分数为10％，贵金属铂质量分数为10％，厚度为500μm。

参比元5的惰性层504材料为中奥科创新材料有限公司(深圳)的无铅低熔点(390℃～780℃)玻璃粉体，厚度为500μm。

所述敏感元件热敏层402、敏感元件绝缘层403和催化活性层404在敏感元件基底401上，以及参比元件热敏层502、参比元件绝缘层503和惰性层504在参比元件基底501上分别通过超声喷涂进行加工制备。

所述氢气传感器6各组件的连接关系如下：

定位装置2位于防护过滤装置1一端开口处，二者之间螺纹连接；电加热装置3加热端垂直向下穿过定位装置2的中心轴向通孔，使加热端伸入防护过滤装置1中，电加热装置3的非加热端通过螺母固定件与定位装置2固定连接；敏感元件4和参比元件5位于防护过滤装置1内部电加热装置3的左右两侧，分别与定位装置2伸入于防护过滤装置1内的部分固定连接，防护过滤装置1侧壁、电加热装置3、敏感元件4和参比元件5之间留有空隙。

敏感元件4和参比元件5与电加热装置3之间保持距离为10mm。

在敏感元件4和参比元件5一端设孔，用螺钉与定位装置2伸入于防护过滤装置1内的部分固定连接。

所述氢气传感器6采用墙装或地装方式布置于安全壳7内水蒸发器隔间内部或顶部，通过铠装电缆8将电加热装置3、敏感元件4中敏感元件热敏层402和参比元件5中的参比元件热敏层502与安全壳7内电气贯穿件8连接，在安全壳7外通过补偿电缆11连接电气贯穿件8与信号处理机柜12中的PLC 14(洛克威尔自动化有限公司)连接，信号处理机柜12设置于电气厂房10，，信号处理机柜12中还设有显示器13显示氢气浓度，如图4所示。

一种本实施例所述基于催化复合放热原理的氢气传感器6的监测方法，所述方法采用步骤如下

1)在非事故状态下，通过PLC 14控制电加热装置3处于关闭状态，并采集敏感元件4中敏感元件热敏层402和参比元件5中的参比元件热敏层502的温度，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

2)在事故状态下，通过PLC 14采集敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502的温度，当敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502的温度差值小于120℃且参比元件热敏层502温度小于100℃时，通过PLC 14开启电加热装置3将参比元件热敏层502的温度加热至100℃，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

当敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502的温度差值大于120℃时，通过PLC14关闭电加热装置3，通过公式1计算氢气浓度并显示。

C(H₂)＝K×(T₁-T₂) (1)

其中，C(H₂)为氢气浓度，单位为％，K为实验总结计算系数，K值为0.03，T₁为敏感元件热敏层402温度，单位为℃，T₂为参比元件热敏层502温度，单位为℃。

对本实施例所述氢气传感器6做出测试实验如下：

采用美国SIERRA公司气体质量流量计Smart Trak 100配制不同浓度氢气空气混合气；敏感元件4与参比元件5的温度通过杭州美控自动化技术有限公司无纸记录仪RX6008DC显示或上传至计算机记录。通常，改变氢气浓度或加热操作时，传感器要在所建立条件下稳定1h以获得最终稳定信号；应用Origin8.0软件处理数据并绘图。

在常温常压下测试传所述氢气感器针对氢空气混合气响应，结果如图5所示，在氢气体积分数低于4％时，氢气传感器6启动加热功能，将敏感元件4及参比元件5加热到100℃，此时随着待测混合气中氢气浓度变化，传感器敏感元件温度出现线性响应，此时K为常数0.03；当氢气体积分数高于4％时，关闭电加热功能，参比元件5温度稳定在室温25℃，敏感元件随着氢气浓度变化出现线性响应，此时K为常数0.03。

实施例2

一种基于催化复合放热原理的氢气传感器6，所述氢气传感器6主要由防护过滤装置1、定位装置2、电加热装置3、敏感元件4和参比元件5组成，如图1所示。

其中，防护过滤装置1为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构。防护过滤装置1的材质为多孔不锈钢板，内层侧壁和外层侧壁之间装有球状颗粒的吸附活性氧化铝材料。

定位装置2的外径带有外螺纹且与防护过滤装置1开口端内径相配合，中间设有中心轴向通孔。

电加热装置3为非加热端带有定位螺纹的圆柱体，外径与定位装置2的中心轴向通孔内径相配合。所述电加热装置3采用THERMOCOAX公司的防爆电加热器，表面材料为刚玉陶瓷管。

敏感元件4为板状结构，以敏感元件基底401为最下层，从下至上依次由敏感元件基底401、敏感元件热敏层402、敏感元件绝缘层403和催化活性层404组成，如图2所示。

参比元件5为板状结构，以参比元件基底501为最下层，从下至上依次由参比元件基底501、参比元件热敏层502、参比元件绝缘层503和惰性层504组成，如图3所示。

敏感元件基底401和参比元件基底501的材料为氧化铝，敏感元件基底401和参比元件基底501的厚度分别为0.5mm。

敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502为交指状铂条，厚度为50μm。

敏感元件绝缘层403和参比元件绝缘层503的材料为氧化铝涂层，厚度为100μm。

敏感元件4的催化活性层404采用氧化铝与贵金属钯铂粉体材料混合覆盖烧结制成，其中贵金属钯质量分数为5％，贵金属铂质量分数为5％，厚度为100μm。

参比元5的惰性层504的材料为中奥科创新材料有限公司(深圳)的无铅低熔点(390℃～780℃)玻璃粉体，厚度为100μm。

所述敏感元件热敏层402、敏感元件绝缘层403和催化活性层404在敏感元件基底401上，参比元件热敏层502、参比元件绝缘层503和惰性层504在参比元件基底501上分别通过丝网印刷进行加工制备。

所述氢气传感器6各组件的连接关系如下：

定位装置2位于防护过滤装置1一端开口处，二者之间螺纹连接；电加热装置3加热端垂直向下穿过定位装置2的中心轴向通孔，使加热端伸入防护过滤装置1中，电加热装置3的非加热端通过螺母固定件与定位装置2固定连接；敏感元件4和参比元件5位于防护过滤装置1内部电加热装置3的左右两侧，分别与定位装置2伸入于防护过滤装置1内的部分固定连接，防护过滤装置1侧壁、电加热装置3、敏感元件4和参比元件5之间留有空隙。

敏感元件4和参比元件5与电加热装置3之间保持距离为5mm。

在敏感元件4和参比元件5一端设孔，用螺钉与定位装置2伸入于防护过滤装置1内的部分固定连接。

所述氢气传感器6采用墙装或地装方式布置于安全壳7内水蒸发器隔间内部或顶部，通过铠装电缆8将电加热装置3、敏感元件4中敏感元件热敏层402和参比元件5中的参比元件热敏层502与安全壳7内电气贯穿件8连接，在安全壳7外通过补偿电缆11连接电气贯穿件8与信号处理机柜12中的PLC 14(洛克威尔自动化有限公司)连接，信号处理机柜12设置于电气厂房10，，信号处理机，12中还设有显示器13显示氢气浓度如图4所示。

一种本实施例所述基于催化复合放热原理的氢气传感器6的监测方法，所述方法采用步骤如下

1)在非事故状态下，通过PLC 14控制电加热装置3处于关闭状态，并采集敏感元件4中敏感元件热敏层402和参比元件5中的参比元件热敏层502的温度，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

2)在事故状态下，通过PLC 14采集敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502的温度，当敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502的温度差值小于120℃且参比元件热敏层502温度小于100℃时，通过PLC 14开启电加热装置3将参比元件热敏层502的温度加热至100℃，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

当敏感元件热敏层402和参比元件热敏层502的温度差值大于120℃时，通过PLC14关闭电加热装置3，通过公式1计算氢气浓度并显示。

C(H2)＝K×(T₁-T₂) (1)

其中，C(H₂)为氢气浓度，单位为％，K为实验总结计算系数，K值为0.03，T₁为敏感元件热敏层402温度，单位为℃，T₂为参比元件热敏层502温度，单位为℃。

测试方法和及结果与实施例1类似。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：所述氢气传感器(6)主要由防护过滤装置(1)、定位装置(2)、电加热装置(3)、敏感元件(4)和参比元件(5)组成；

防护过滤装置(1)为一端开口的圆筒结构，开口端带有内螺纹，侧壁为由内层侧壁和外层侧壁构成的中间有空隙的双层结构；材质为不锈钢丝网或多孔不锈钢板；

定位装置(2)的外径带有外螺纹且与防护过滤装置(1)开口端内径相配合，中间设有中心轴向通孔；

电加热装置(3)为非加热端带有定位螺纹的圆柱体，外径与定位装置(2)的中心轴向通孔内径相配合；

敏感元件(4)为板状结构，以敏感元件基底(401)为最下层，从下至上依次由敏感元件基底(401)、敏感元件热敏层(402)、敏感元件绝缘层(403)和催化活性层(404)组成；

参比元件(5)为板状结构，以参比元件基底(501)为最下层，从下至上依次由参比元件基底(501)、参比元件热敏层(502)、参比元件绝缘层(503)和惰性层(504)组成；

敏感元件基底(401)和参比元件基底(501)的材料分别独立为氧化铝、氧化锆板、经表面氧化处理的铝板、经表面氧化处理的钛板或经表面氧化处理的不锈钢板；

敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的材料分别独立为正温度系数的金属涂层；

敏感元件(4)的催化活性层(404)的材料为催化氢氧复合反应的金属催化剂涂层；

参比元件(5)的惰性层(504)的材料为对氢氧复合反应无催化活性的无机材料；

敏感元件热敏层(402)、敏感元件绝缘层(403)和催化活性层(404)在敏感元件基底(401)上，参比元件热敏层(502)、参比元件绝缘层(503)和惰性层(504)在参比元件基底(501)上，分别通过丝网印刷或超声喷涂上进行加工制备；

所述氢气传感器(6)各组件的连接关系如下：

定位装置(2)位于防护过滤装置(1)一端开口处，二者之间螺纹连接；电加热装置(3)加热端垂直向下穿过定位装置(2)的中心轴向通孔，加热端伸入防护过滤装置(1)中，电加热装置(3)的非加热端通过螺母固定件与定位装置(2)固定连接；敏感元件(4)和参比元件(5)位于防护过滤装置(1)内部电加热装置(3)的左右两侧，分别与定位装置(2)伸入于防护过滤装置(1)内的部分固定连接，防护过滤装置(1)侧壁、电加热装置(3)、敏感元件(4)和参比元件(5)之间留有空隙。

2.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：防护过滤装置(1)的内层侧壁和外层侧壁之间装有球状颗粒的填料，所述填料为氧化铝、氧化硅和分子筛中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：电加热装置(3)采用防爆电加热器，表面材料为刚玉或氮化硅陶瓷管。

4.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：敏感元件基底(401)和参比元件基底(501)的厚度分别独立为0.5mm～2mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的形状分别独立为交指状或条带状；材料分别独立为铂、铜、铂铑、镍铬或铜镍；厚度分别独立为50μm～100μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：敏感元件绝缘层(403)和参比元件绝缘层(503)的材料分别独立为氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅涂层；厚度分别独立为100μm～500μm。

7.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：敏感元件(4)的催化活性层(404)材料为钯、铂或钯铂合金；厚度为100μm～500μm；参比元件(5)的惰性层(504)的材料为深圳中奥科创新材料有限公司的无铅390℃～780℃熔点玻璃粉体。

8.根据权利要求1所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：敏感元件(4)和参比元件(5)与电加热装置(3)之间距离分别独立为5mm～10mm。

9.根据权利要求2所述的一种基于催化复合放热原理的氢气传感器，其特征在于：电加热装置(3)采用防爆电加热器，表面材料为刚玉或氮化硅陶瓷管；

敏感元件基底(401)和参比元件基底(501)的厚度分别独立为0.5mm～2mm；

敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的形状分别独立为交指状或条带状；材料分别独立为铂、铜、铂铑、镍铬或铜镍；厚度分别独立为50μm～100μm；

敏感元件绝缘层(403)和参比元件绝缘层(503)的材料分别独立为氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅涂层；厚度分别独立为100μm～500μm；

敏感元件(4)的催化活性层(404)材料为钯、铂或钯铂合金；厚度为100μm～500μm；参比元件(5)的惰性层(504)的材料为深圳中奥科创新材料有限公司的无铅390℃～780℃熔点玻璃粉体；

敏感元件(4)和参比元件(5)与电加热装置(3)之间距离分别独立为5mm～10mm。

10.一种如权利要求1～9中任一项所述的基于催化复合放热原理的氢气传感器的监测方法，其特征在于：步骤如下

1)在非事故状态下，通过PLC(14)控制电加热装置(3)处于关闭状态，并采集敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的温度，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

2)在事故状态下，通过PLC(14)采集敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的温度，当敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的温度差值小于120℃且参比元件热敏层(502)温度小于100℃时，通过PLC(14)开启电加热装置(3)将参比元件热敏层(502)的温度加热至100℃，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

当敏感元件热敏层(402)和参比元件热敏层(502)的温度差值大于120℃时，通过PLC(14)关闭电加热装置(3)，通过公式(1)计算氢气浓度并显示；

C(H₂)＝K×(T₁-T₂) (1)；

C(H₂)为氢气浓度，K为实验总结计算系数，取值为0.03，T₁为敏感元件热敏层(402)温度，T₂为参比元件热敏层(502)温度。

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