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燃料電池相關(guān)傳感器介紹文章之-壓力傳感器

發(fā)布時(shí)間：

2023-07-19

燃料電池是一種將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能的清潔能源技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、能源存儲(chǔ)和便攜設(shè)備等領(lǐng)域。而在燃料電池系統(tǒng)中，傳感器起著至關(guān)重要的作用，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、濃度、濕度和電流等關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制。

通過(guò)這些傳感器的精確測(cè)量，燃料電池系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率、更長(zhǎng)的壽命和更穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，傳感器的數(shù)據(jù)還可以用于故障診斷、系統(tǒng)優(yōu)化和性能改進(jìn)。

燃料電池傳感器安裝示意圖

*傳感器的具體安裝位置可能會(huì)因燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造商而有所不同

氫氣路 主要是高壓氫氣瓶瓶閥上的高壓傳感器和經(jīng)過(guò)減壓閥后的氫氣中壓傳感器，以及最后進(jìn)入電堆時(shí)的氫氣低壓傳感器，確保穩(wěn)定的供氫壓力，滿足燃料電池系統(tǒng)的需求，防止進(jìn)氣壓力過(guò)高/過(guò)低對(duì)燃料電池系統(tǒng)造成損壞，初次反應(yīng)完的氫氣經(jīng)過(guò)汽水分離器后通過(guò)氫氣循環(huán)泵/引射器再次進(jìn)行循環(huán)。

空氣路 主要是監(jiān)測(cè)空壓機(jī)后的進(jìn)氣壓力、溫度、流量、濕度等，確保有充足適合的氧氣參與反應(yīng)，同時(shí)需要保持燃料電池膜的水分含量，提供理想的反應(yīng)環(huán)境。出口監(jiān)測(cè)排氣壓力和溫度，配合背壓閥按照系統(tǒng)設(shè)定定時(shí)排氣。

水路 主要是監(jiān)測(cè)進(jìn)水和出水溫度和壓力參數(shù)，確保對(duì)燃料電池堆的良好冷卻和熱管理，同時(shí)需要監(jiān)測(cè)冷卻液的電導(dǎo)率含量，以便能及時(shí)地更換冷卻液。

本文將從氫氣壓力傳感器開(kāi)始介紹

*壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。

*按不同的測(cè)試壓力類(lèi)型可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。

按原理可分為以下幾種類(lèi)型：

諧振式傳感器：這種傳感器使用一個(gè)可振動(dòng)的諧振元件，當(dāng)受到壓力作用時(shí)，諧振頻率發(fā)生變化，從而測(cè)量壓力。

應(yīng)變式傳感器：這種傳感器使用基于金屬?gòu)澢蚶斓脑韥?lái)測(cè)量壓力。當(dāng)受到壓力作用時(shí)，金屬元件發(fā)生形變，從而改變電阻、電容或電感等特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)量。

電容式傳感器：這種傳感器基于電容的原理來(lái)測(cè)量壓力。傳感器的結(jié)構(gòu)中包含兩個(gè)電極或電容板，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，電容值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)獲得壓力值。

電磁式傳感器：這種傳感器利用壓電材料的特性，當(dāng)受到壓力作用時(shí)，壓電材料產(chǎn)生電荷或電壓信號(hào)，通過(guò)測(cè)量電荷或電壓的變化來(lái)獲得壓力值。

壓阻式傳感器：這種傳感器是通過(guò)測(cè)量電阻值的變化來(lái)獲得壓力值。當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，導(dǎo)電材料的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電阻的變化來(lái)獲得壓力值。

以森薩塔壓力傳感器為例：

森薩塔高壓傳感器310PP11-06為壓阻式原理傳感器，為森薩塔研發(fā)的MSG微熔應(yīng)變片技術(shù)，采用4個(gè)壓敏電阻通過(guò)玻璃微熔密封的金屬基板背面，組成惠斯通電橋，當(dāng)受壓時(shí)，壓敏電阻因阻值變化導(dǎo)致電壓變化，通過(guò)芯片放大處理后傳輸出隨壓力變化的電壓信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）。

高壓傳感器310PP11-06結(jié)構(gòu)圖

森薩塔中低壓及水路溫壓一體傳感器為電容式原理，采用了APT陶瓷電容技術(shù)，陶瓷電容敏感元件對(duì)幾乎所有壓力介質(zhì)均有極佳兼容性，具有無(wú)疲勞、無(wú)塑性變形、無(wú)遲滯、耐高溫、溫漂小等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量壓力范圍可以做到0.2barA~80barA，陶瓷電容式壓力傳感器技術(shù)因其優(yōu)異的介質(zhì)兼容性與穩(wěn)定性是氫氣壓力傳感器最好的解決方案之一。