בייצור תעשייתי, מימן נמצא בשימוש נרחב כמקור אנרגיה נקי וחומר גלם תעשייתי חיוני. עם זאת, למימן יש אנרגיית הצתה נמוכה ביותר וטווח נפץ רחב; אם תתרחש דליפה ותצטבר בחלל מצומצם או-חצי מצומצם, היא עלולה לעורר בקלות שריפות או אפילו פיצוצים, מהווים איום רציני על בטיחות וציוד העובדים. בסביבות שבהן דליפות מימן עשויות להתרחש-כגון תחנות לייצור מימן, חדרי סוללות וסדנאות לייצור מוליכים למחצה-ניטור בזמן ומדויק הוא אמצעי בטיחות חיוני.
איתור דליפת מימן בסוללה משתמש בעיקר בשני סוגים של גלאים: חיישנים אלקטרוכימיים וחיישני בעירה קטליטית. הבחירה הספציפית תלויה בתרחיש היישום, דיוק הזיהוי הנדרש ומפרטי הבטיחות.
I. סוגים ומאפיינים חיישנים מיינסטרים
(1). חיישנים אלקטרוכימיים
זוהי כרגע הבחירה המרכזית עבור מערכות ניטור קבועות בחדרי סוללות (במיוחד עבור סוללות עופרת-חומצה וניקל-קדמיום).
עקרון עבודה: מימן עובר תגובה אלקטרוכימית (הפחתת חמצון-) על פני האלקטרודה הפועלת, ויוצר מיקרו-זרם; גודל הזרם הזה עומד ביחס ישר לריכוז המימן.
רגישות וסלקטיביות גבוהה: סלקטיבית מאוד למימן, מונעת למעשה הפרעות מגזים אחרים; תוכנן במיוחד לאיתור דליפת מימן.
מתאים לניטור ריכוז-נמוך: רגיש במיוחד לדליפות עקבות (רמת דפים לדקה), המאפשר אזהרה מוקדמת. לדוגמה, חיישני כרייה- יכולים להפעיל אזעקות ופעולות בטיחות מקושרות כאשר ריכוז המימן מגיע ל-0.5%.
בטוח באופן מהותי: מתאים לשימוש בסביבות עם דרישות קפדניות של הגנת פיצוץ-.
תרחישי יישום: בשימוש נרחב במיקומים קבועים הדורשים ניטור-לטווח ארוך, רציף ומדויק של ריכוזי מימן נמוכים, כגון חדרי סוללות ותאי טעינה תת-קרקעיים במכרות.
(2). חיישני בעירה קטליטית
משמש בדרך כלל לזיהוי דליקות של מימן ולניטור ריכוזים בטווח הגבול התחתון של חומרי נפץ (LEL).
עקרון עבודה: מימן נשרף על פני השטח של אלמנט קטליטי, וגורם לשינויים בטמפרטורה ובהתנגדות החשמלית של האלמנט; הריכוז נקבע על ידי מדידת שינוי זה בהתנגדות.
מהירות תגובה מהירה: מגיב במהירות לשינויים בריכוז הגז הדליק.
ליניאריות אות טובה: מציעה ליניאריות אות מעולה בטווח ריכוז ה-LEL. תרחיש יישום: משמש בעיקר לניטור האם ריכוזי המימן הגיעו לרמות המהווים סכנת פיצוץ; נפרס בדרך כלל באזורים-מאווררים היטב שבהם תגובה מהירה היא קריטית.
2. טכנולוגיות חיישנים אחרות ותרחישי יישומים
חיישני מוליכים למחצה: פועלים לפי העיקרון שההתנגדות החשמלית של חומרים מוליכים למחצה מתכת- משתנה במגע עם מימן. חיישנים אלה חסכוניים-ורגישים למימן אך רגישים להפרעות מגזים אחרים מפחיתים או תנודות סביבתיות. הם דורשים יציבות גבוהה יחסית והם משמשים בדרך כלל ביישומים שבהם דיוק קיצוני אינו הדרישה העיקרית.
חיישני מוליכות תרמית: מבוסס על ההבדל המשמעותי במוליכות התרמית בין מימן לגזים אחרים (בדרך כלל אוויר). כאשר ריכוז המימן משתנה, קצב פיזור החום מאלמנט החישה של החיישן משתנה, מה שמאפשר למדוד את הריכוז. חיישנים אלה מציעים חיי שירות ארוכים, יציבות טובה ועמידות בפני הרעלת חיישנים; עם זאת, הם משמשים בדרך כלל למדידת ריכוזי מימן גבוהים (רמות אחוזים) וחסרים רגישות מספקת לאיתור דליפות- ברמה נמוכה.
חיישני ספיגת אינפרא אדום: זיהוי מימן על סמך מאפייני ספיגת האור האינפרא אדום הספציפיים שלו. הם מציעים יתרונות כגון פעולה לא-צרכנית, תוחלת חיים ארוכה, יציבות גבוהה ועמידות חזקה להפרעות; עם זאת, הטכנולוגיה המסורתית מתמודדת עם אתגרים לגבי אותות קליטת מימן חלשים ועלויות גבוהות. טכנולוגיה זו מייצגת כיוון מבטיח ליישומי ניטור עתידיים-יציבים ויציבים-לטווח ארוך.
3. המלצות בחירה ושילוב מערכת
עבור ניטור אזור קבוע ורציף בחדרי סוללות-כאשר המטרה העיקרית היא התרעה מוקדמת על דליפות דקות-חיישנים אלקטרוכימיים צריכים להיות הבחירה המועדפת. צגי שטח מימן שתוכננו במיוחד עבור חדרי סוללות בשוק משתמשים בעיקר בטכנולוגיה זו.
אם המטרה העיקרית היא בטיחות פיצוץ-ניטור ספציפי אם הריכוזים מתקרבים לגבול הנפץ התחתון (LEL) של 4%-ניתן לבחור חיישני בעירה קטליטית.
שילוב מערכת: מערכת זיהוי מימן מקצועית כוללת לא רק גלאים אלא גם בקרים ומודולי אזעקה. זה צריך להיות מסוגל להתממשק עם ציוד בטיחות כגון מאווררי פליטה ושסתומי סולנואיד כדי ליצור מערכת הגנה אקטיבית מקיפה. ניתן לשלב גלאים עם מערכות בקרה קיימות באמצעות יציאות אנלוגיות (4-20 mA) או אוטובוסים דיגיטליים (למשל, RS485).
עבור מקומות קבועים הדורשים אזהרה מוקדמת וניטור רציף של דליפות מימן מסוללות,גלאי גז מימן לחדר סוללהמומלץ להתבסס על עקרונות אלקטרוכימיים. עבור יישומים המעדיפים תגובה מהירה לסיכוני פיצוץ, ניתן לשקול חיישני בעירה קטליטית. בעת בחירת דגם, יש צורך לשקול באופן מקיף את טווח המדידה, הרגישות, הסתגלות הסביבתית, חיי השירות והעלות.