CN219456014U - 一种氢气变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢气变送器，属于氢气传感检测技术领域，包括外壳、隔热护套、变送器电路板和氢气传感模块，所述隔热护套安装在壳体内，所述变送器电路板和氢气传感模块安装在隔热护套内，变送器电路板和氢气传感模块之间电连接。本实用新型的优点：1、配置有不锈钢颗粒烧结的过滤器和传感器护套，显著消除了流速对氢气传感器周围温度场的影响；2、信号调理电路板四周配置有绝热护套，显著降变送器内外的热交换，变送器内部能够更快的建立温度平衡，降低了外界环境温度波动对变送器的影响。

Description

一种氢气变送器

技术领域

本实用新型属于氢气传感检测技术领域，具体涉及一种氢气变送器。

背景技术

氢能被公认为最具发展潜力的清洁能源，具有能量密度大、转化效率高、储量丰富和应用范围广泛等特点，已成为全球能源转型的核心。但氢气分子小、渗透性强，在生产、储存、运输和使用的过程中易发生泄漏，且由于氢气无色无味，不能被人鼻所察觉，且着火能量仅约为0.02mJ，空气中含量在4％～75％(v/v)范围内，遇明火即发生爆炸，故在氢气的使用中必须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。

高灵敏、高可靠氢气传感器是实现氢气泄露快速检测与在线动态监测、保障氢能安全产业链安全的核心基础器件，基于钯合金薄膜的氢气传感技术，实现了氢气的专一选择性响应，因此有望在氢能安全领域发挥更加重要的作用，基于钯合金薄膜的氢气传感器，其典型结构如专利CN1947007B所示，其原理为氢气分子在钯合金薄膜表面解离成氢原子后，经溶解、扩散改变了钯合金薄膜的电阻或介电性质，从而实现氢气的检测。

因该传感器的响应过程涉及到氢原子的溶解与扩散，因此钯合金薄膜型氢气传感器检测速度，不仅与待测气氛中氢气含量相关，还与钯合金薄膜温度直接相关，基于钯合金原理的氢气传感器，其钯合金薄膜电阻值受温度和氢气含量的双重影响，因此如何解耦合并消除温度的影响，是实现高精度检测氢气的前提，但由于钯合金薄膜具有非常大的电阻温度系数，为了消除因工作介质温度波动而引入的测量误差，通常需设定钯合金薄膜型氢气传感器在恒定的工作温度下工作(如80℃)，因此如何实现氢气传感器的稳定可靠控温则是关键。

实用新型内容

本发明的目的在于提供一种氢气变送器，以解决现有钯合金薄膜氢气变送器受环境温度影响检测精度的问题，以满足长期稳定的氢气准确检测需求。

一种氢气变送器，包括外壳、隔热护套、变送器电路板和氢气传感模块，所述隔热护套安装在外壳内，所述变送器电路板和氢气传感模块安装在隔热护套内，变送器电路板和氢气传感模块之间电连接。

优先的，所述外壳包括过滤器、底座、圆柱壳体和底盖，所述底座外部依次设置有三段外螺纹，分别为前段外螺纹、中段外螺纹和后段外螺纹，所述过滤器与底座的前段外螺纹连接，所述圆柱壳体与底座的后段外螺纹连接，所述底盖安装在圆柱壳体上，所述隔热护套安装在圆柱壳体内，底座、圆柱壳体和底盖共同配合用于实现变送器电路板的密封。

优先的，所述隔热护套包括传感器护套、电路板护套和底部护套，所述传感器护套为上下结构，具体分为上护套和下护套，氢气传感模块夹持在上护套和下护套之间，传感器护套位于底座内，所述电路板护套装配在底座和圆柱壳体的内部，所述变送器电路板安装在电路板护套内，底部护套装配在圆柱壳体内，传感器护套、电路板护套和底部护套共同配合用于实现氢气传感模块和变送器电路板的保护。

优先的，所述变送器电路板包括信号调理电路板和航插，所述调理电路板位于电路板护套内，航插安装在底部护套上，航插与调理电路板电连接。

优先的，所述氢气传感模块包括氢气传感器和柔性印刷电路线，所述氢气传感器焊接在柔性印刷电路线上，柔性印刷电路线与调理电路板电连接。

优先的，所述过滤器为不锈钢颗粒烧结过滤器，其过滤精度为0.2um～10um。

优先的，所述隔热护套的材质为PEEK。

优先的，所述氢气传感器为基于MEMS工艺的氢气传感器。

本实用新型的优点：(1)氢气变送器配置有不锈钢颗粒烧结的过滤器和传感器护套，显著消除了流速对氢气传感器周围温度场的影响；(2)氢气变送器的信号调理电路板四周配置有绝热护套，显著降变送器内外的热交换，变送器内部能够更快的建立温度平衡，降低了外界环境温度波动对变送器的影响；(3)壳体气密及底座外螺纹设计，可直接接驳至有气密要求的管路或工装上。

附图说明

图1氢气变送器结构示意图；

图2氢气变送器各元器件的装配爆炸视图；

图3是氢气变送器结构剖面示图；

图4是氢气变送器内部结构剖面示意图；

图5是变送器电路板和氢气传感模块结构示意图。

图中：1外壳，11过滤器，12底座，13圆柱壳体，14底盖，2隔热护套，21传感器护套，211上护套，212下护套，22电路板护套，23底部护套，3变送器电路板，31信号调理电路板，32航插，4氢气传感模块，4氢气传感模块，41氢气传感器，42柔性印刷电路线.

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-4所示，一种氢气变送器，包括外壳1、隔热护套2、变送器电路板3和氢气传感模块4，所述隔热护套2安装在外壳1内，所述变送器电路板3和氢气传感模块4安装在隔热护套2内，变送器电路板3和氢气传感模块4之间电连接，隔热护套2用于保护变送器电路板3和氢气传感模块4，氢气传感模块4将采集的氢气信号传输至变送器电路板3进行处理，处理后的数据供上位机使用。

外壳1由不锈钢分段加工而成，具体包括过滤器11、底座12、圆柱壳体13和底盖14，过滤器11为不锈钢颗粒烧结过滤器，一方面用于过滤工作介质(环境)中固体颗粒物，另一方面消除气体流速对氢气传感模块4温度场的影响，不锈钢颗粒烧结过滤器其过滤精度可根据应用场景选择0.2um～10um的过滤器，优选0.5um。

底座12外部依次设置有三段外螺纹，分别为前段外螺纹、中段外螺纹和后段外螺纹，所述过滤器11与底座12的前段外螺纹连接，所述圆柱壳体13与底座12的后段外螺纹连接，其中中间段螺纹用于实现与工作场所管路或固定工装的气密连接，所述底盖14安装在圆柱壳体13上，所述隔热护套2安装在圆柱壳体13内，底座12、圆柱壳体13和底盖14共同配合用于实现变送器电路板3的密封，减少外部环境对传感器的影响。

隔热护套2包括传感器护套21、电路板护套22和底部护套23，所述传感器护套21为上下结构，具体分为上护套211和下护套212，氢气传感模块4夹持在上护套211和下护套212之间，传感器护套21位于底座12内，所述电路板护套22装配在底座12和圆柱壳体13组合体的内部，所述变送器电路板3安装在电路板护套22内，底部护套23装配在圆柱壳体13内，上述护套采用材质为PEEK(聚醚醚酮)，传感器护套21、电路板护套22和底部护套23共同配合用于实现氢气传感模块4和变送器电路板3的隔热保护，用于减少外部环境温度对传感器造成影响。

变送器电路板3包括信号调理电路板31和航插32，调理电路板31位于电路板护套22内，航插32安装在底部护套23上，航插32与调理电路板31电连接，信号调理电路板31用于氢气传感模块4的信号采集与调理，其尾部信号线与航插32连接，通过航插32将信号传输至上位机。

氢气传感模块4包括氢气传感器41和柔性印刷电路线42(FPC线)，所述氢气传感器41焊接在柔性印刷电路线42上，柔性印刷电路线42尾端设置有焊盘，可直接焊接或插针焊接的方式与调理电路板31间实现电气连接。氢气传感器41为基于MEMS工艺的氢气传感器，例如钯合金薄膜氢气传感器、金属氧化物型氢气传感器等，其封装工艺为陶封并满足贴片工艺。

该氢气变送器的装配过程如下：

(1)氢气传感模块4与信号调理电路板31焊接后，经过电路板护套22内部的限位卡槽后从底部穿出；

(2)使用上护套211和下护套212夹持氢气传感器41后，将整个传感器护套21从底座12的底部穿出，漏出传感器护套21表面的透气孔为止；

(3)将过滤器11安装至底座12的前段外螺纹上；

(4)将圆柱壳体13套住电路板护套22，并安装至底座12的后段外螺纹上；

(5)将航插32固定在底部护套23上，并将尾部线缆连接至信号调理电路板31上，将底部护套23装入在圆柱壳体13内；

(6)将底盖14安装在圆柱壳体13的另一端，并将航插32上的线缆引出底盖14外，到此完成氢气变送器的装配。

综上所述，本氢气变送器具有以下优点：

(1)氢气变送器配置有不锈钢颗粒烧结过滤器和传感器护套，显著消除了流速对氢气传感器周围温度场的影响；

(2)氢气变送器的信号调理电路板四周配置有隔热护套，显著降变送器内外的热交换，变送器内部能够更快的建立温度平衡，降低了外界环境温度波动对变送器的影响；

(3)壳体气密及底座外螺纹设计，可直接接驳至有气密要求的管路或工装上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氢气变送器，其特征在于，包括外壳(1)、隔热护套(2)、变送器电路板(3)和氢气传感模块(4)，所述隔热护套(2)安装在外壳(1)内，所述变送器电路板(3)和氢气传感模块(4)安装在隔热护套(2)内，变送器电路板(3)和氢气传感模块(4)之间电连接；所述外壳(1)包括过滤器(11)、底座(12)、圆柱壳体(13)和底盖(14)，所述底座(12)外部依次设置有三段外螺纹，分别为前段外螺纹、中段外螺纹和后段外螺纹，所述过滤器(11)与底座(12)的前段外螺纹连接，所述圆柱壳体(13)与底座(12)的后段外螺纹连接，所述底盖(14)安装在圆柱壳体(13)上，所述隔热护套(2)安装在圆柱壳体(13)内，底座(12)、圆柱壳体(13)和底盖(14)共同配合用于实现变送器电路板(3)的密封。

2.如权利要求1所述的一种氢气变送器，其特征在于，所述隔热护套(2)包括传感器护套(21)、电路板护套(22)和底部护套(23)，所述传感器护套(21)为上下结构，具体分为上护套(211)和下护套(212)，氢气传感模块(4)夹持在上护套(211)和下护套(212)之间，传感器护套(21)位于底座(12)内，所述电路板护套(22)装配在底座(12)和圆柱壳体(13)的内部，所述变送器电路板(3)安装在电路板护套(22)内，底部护套(23)装配在圆柱壳体(13)内，传感器护套(21)、电路板护套(22)和底部护套(23)共同配合用于实现氢气传感模块(4)和变送器电路板(3)的隔热保护。

3.如权利要求2所述的一种氢气变送器，其特征在于，所述变送器电路板(3)包括信号调理电路板(31)和航插(32)，所述调理电路板(31)位于电路板护套(22)内，航插(32)安装在底部护套(23)上，航插(32)与调理电路板(31)电连接。

4.如权利要求3所述的一种氢气变送器，其特征在于，所述氢气传感模块(4)包括氢气传感器(41)和柔性印刷电路线(42)，所述氢气传感器(41)焊接在柔性印刷电路线(42)上，柔性印刷电路线(42)与调理电路板(31)电连接。

5.如权利要求1所述的一种氢气变送器，其特征在于，所述过滤器(11)为不锈钢颗粒烧结过滤器，其过滤精度为0.2um～10um。

6.如权利要求1所述的一种氢气变送器，其特征在于，所述隔热护套(2)的材质为PEEK。

7.如权利要求4所述的一种氢气变送器，其特征在于，所述氢气传感器(41)为基于MEMS工艺的氢气传感器。