燃料电池发动机测试系统专用压力传感器

氢能源概述                                                     

  氢能源是再生能源，它的副产物是水，而且氢的来源非常广泛。目前，氢能源是公认的清洁能源，它作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。近些年以来，中国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制订了氢能源发展规划，而且日前中国已在氢能源领域取得多方面的进展，氢燃料电池更是当今最被看好的新能源之一。

  氢能产业链分为上游制氢、中游储氢、运氢、加氢和下游的燃料电池及应用领域三大环节。氢能源的应用有两种方式：一是直接燃烧(氢内燃机)，二是采用燃料电池技术，燃料电池技术相比于氢内燃机效率更高，故更具发展潜力。而应用领域十分广泛包含汽车整车、叉车、轨道、轮船等交通领域以及储能等，氢能源产业链才符合人类环保要求，更关键的是目前在中国的氢能源商业化才刚刚开始，今年是氢能源的应用元年。

  氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。燃料电池也因其起到的高效能、低污染、能源安全等特点近些年以来得到了各政府、各大公司及各研究机构的普遍重视，并在许多领域展现了广阔的应用前途。燃料电池是发电装置，是氢能源下游应用的一种，燃料电池的应用也及其广泛，能够用于汽车、航天、楼宇供电系统、消费类电子产品等。

  

  然而，一种新的能源系统要得到推广和应用，其安全性是应该首先被关注的。氢气易挥发、易燃、易爆及氢脆等特性，使得氢气在使用过程中存在一定的安全隐患。为了防止电路中产生电火花点燃氢气而产生燃烧或爆炸事故，氢气燃料电池需要复杂的功率控制和电池管理系统来保持正常的运行。

燃料电池汽车的氢气安全监控系统主要包括电气元件、压力传感器、管路、阀体均采用相应的防爆、防静电、阻燃、防水、防盐雾材料，并在监控系统中设定相应的防护值，一旦发生异常状况，则通过氢系统控制器将各种监控信息传递给各种安全设施，及时断开或关闭，使燃料电池汽车处于安全状态。

压力传感器在氢能源用途中需要解决的问题         

相比于其他气体，氢气具有独特的化学特征。氢气是非常易燃的，氢气分子又是极其微小的，因此要求特殊密封来消除泄漏。在氢气灌装过程中，氢气罐经常冷却至-40℃及以下，从而降低了系统的延性。另一个问题是氢气可以对大多数商业可用钢致脆，所以需要选择基于适用于氢气的奥氏体钢组合。

什么情况下会出现H2渗透
如果在一项应用中存在纯粹的氢气，渗透问题是不言而喻的。但是，如果它不是以纯粹的氢气的方式出现，也会出现渗透。氢原子会随时从分子上脱离出来成为离子。它从分子上脱离出来的方式有以下几种。
1．在高温时蒸汽会引起金属隔膜腐蚀，产生氢离子。
2．电化作用会引起游离。海水的电解作用和弱电解反应这种类似的反应中，以及镀锌管道，都会引起腐蚀，产生氢离子。

3．在高温或者高压下，会出现变化。如果氢气是纯的，氢分子的互相碰撞会破坏结合键。氢气是最简单、最小的原子。水、酸、碱以及无数有机化合物都含有氢。虽说氢并不是腐蚀性的物质，但是在选用压力变送器/压力开关时考虑不周到，氢气会造成一些问题。氢原子会穿过压力变送器的金属隔膜，引起测量误差。

压力传感器/压力变送器的隔膜厚度一般只有0.025mm至0.050mm。通常氢气是由两个氢原子组成的分子H2的形式出现。氢分子不会穿过金属隔膜。但是，如果氢分子分裂成氢离子，也就是两个H 原子，它就会穿过金属隔膜，因为H 离子比隔膜金属材料中两个分子之间的空隙还要小。氢离子H 穿过隔膜后，会形成H2分子，留在压力变送器里面。

H2会逐渐地溶解到压力传感器/压力变送器中的液态硅酮里面，时间一长，硅酮中的氢气会饱和，因而形成气泡。气泡会引起零点出现移动，影响测量结果，因而降低压力传感器/压力变送器的性能。随着氢气数量的增加，隔膜会向外扩张，引起裂纹，导致硅酮流失，于是压力传感器/压力变送器会失效。

凯拓嘉业提供的压力传感器在氢燃料电池系统中的应用

凯拓嘉业智能科技有限公司领先推出储氢罐系统及氢燃料系统之压力传感器解决方案，助力行业发展。 

凯拓嘉业公司为氢系统的安全设施提供的的压力传感器主要用途：

  

1、用于判断气瓶中剩余氢气量，保证车辆的正常行驶。当压力低于某值时可以提示驾驶员加注氢气。

2、供氢时管路压力监控

当车载氢系统供氢时，氢系统控制器检测低压压力超过或低于设定值时，立即关断电磁阀，并将管路超压或管路低压的报警信息发送给整车管理系统请求结束正常工作，同时声光报警提示司机采取必要措施。

部分行业具体应用：

1. 储氢罐系统（压力）储氢罐相当于油箱的作用，是存储高压氢气，35Mpa~70Mpa。需要在瓶口集成压力传感器检测压力。

2. 氢燃料系统（压力）反应装置相当于内燃机，将氢瓶的氢气输送来，与空气中氧气反应生成能量和水。系统进氢口需要检测压力。

3. 氢燃料系统（电磁阀）反应装置进氢口需要用电磁阀控制氢气通断。反应后排水口需要用电磁阀控制开闭。

氢能源无人机应用：

1. 储氢罐系统（压力）

储氢罐相当于锂电池作用，是存储高压氢气，35Mpa。需要在瓶口集成压力传感器检测压力。

2. 氢燃料系统（电磁阀）

反应装置进氢口需要用电磁阀控制氢气通断。反应后排水口需要用电磁阀控制开闭。

燃料电池汽车的压力传感器均选用防爆型，而不用触点式传感器，因为触点式传感器在氢气含量达到设定值时通过触点的动作输出信号，容易产生触点火花而引发事故。

凯拓嘉业公司为氢能源应用提供的压力传感器、空压机解决方案     

西安凯拓嘉业智能科技有限公司  传感器事业部始终致力于为客户提供原装进口瑞士huba富巴压力传感器、huba压力开关、huba变送器，瑞士温度、湿度传感器的高质量销售和技术服务,在过去的数年里，已在上千个工业项目中得到应用，凯拓嘉业提供个性化的压力、差压、液位，温度、流量、智能仪表，系统、OEM 、涡街流量计等高质量产品的解决方案，产品广泛应用于空压机、空气悬浮鼓风机、氢能源动力系统、燃料电池测试平台、制氮机、空调制冷，锅炉、自动化控制、液压机，工程机械，真空泵、航空、航天、船舶、石油、化工、新能源、煤矿开采、汽车、阀门、制药、等行业，深受用户赞誉。

凯拓嘉业提供的瑞士原装进口的压力传感器利用瑞士公司独立开发的厚膜技术、特殊等级的316L不锈钢材料制作压力接口的和传感元件，能有效防止产品不受氢气致脆的影响。因而适用于制冷业包括氢气、氨水在内的所有气体和液体制冷剂。

传感元件是利用薄膜(氮氧化钛)技术生产，压力传感器芯片被焊接到压力接头上，形成了一体式的设计结构，系统不需要再进行内部密封。结合采用独特的集成电路设计，在其温度范围下具有优越的电磁兼容性和极高的精度。广泛应用于制冷，液压和气动控制等各种工业自动化技术中。

所有凯拓嘉业公司提供适用于氢气的压力传感器认证按以下标准：         

CSA HGV 3.1-2013-压缩氢气动力汽车的燃料系统组件

氢动力汽车的型式认可委员会实施条例

ISO 9001国际质量管理标准体系
ISO / TS 16949国际汽车工业标准
ISO / IEC 17025
ISO 14001
ISO 18001

520系列和528系列具有船级社证书：
    – GL认证
520系列和528系列具有防爆证书
    – SEV 10 ATEX 0145认证
Ex II ½ G Ex ia IIC T4 Ga/Gb
Ex II ½ D Ex ia IIC T125°C Da/Db

 

520系列和528系例防爆证书使用场合             

合适所有区域(气体区域0, 1和2; 粉末区域20,21和22), 可用于持续爆炸介质
合适于所有隔离区域(隔离区域0在油罐内, 隔离区域1在油罐外
适用于高等级的爆炸介质(IIC表示包括轻气在内的气体介质, IIIC表示包括易导电的粉尘)
温度等级T4包括了几乎99%的可燃介质,但CS2和白磷除外
设备保护等级EPL: 即使发生非常见故障, 也不会有危险

520系列和528系例防爆证书使用场合      

仅限于信号输出为4 – 20毫安
 输入电压: max. 30V, 100mA, 750mW
电气连接方式: DIN接头和M12 X 1
介质温度: -30°C - 120°C
环境温度: -25°C - 85°C
不适用于要氧化清洗(去油脂油污清洗)的规格
不合适矿井下使用

凯拓嘉业智能科技有限公司为氢能源燃料电池应用行业提供的空压机、压力传感器主要有以下用途：

一、氢能动力系统及其子系统测试平台包含：

1、发动机系统测试平台

燃料电池发动机测试系统主要由气源供给系统、循环冷却系统、辅助动力电源系统、电量测试系统、数据检测及控制系统、外接电子负载和其电压、电流及功率测量、报警系统、用于用户界面显示的 PC 及软件控制数据采集模块等组成。

2、氢气系统测试平台

氢气系统测试平台是针对氢空PEM燃料电池的空气系统设计的一款测试平台。整个平台需包含完整的燃料电池氢气系统结构，在实际使用中可将其中部分零件替换为被测零件进行测试，并且配有数据采集和交互模块，由于涉氢因素，还需要配备氢气泄漏报警和远程监控模块。

3、空气系统测试平台

空气系统测试平台是针对氢空PEM燃料电池的空气系统设计的一款测试平台，可以对整个系统和其内部关键零部件进行测试，测试的零部件包括：空压机、加湿器、传感器、背压阀等。

二、氢燃料电池电堆系统控制及测试平台方案

三、燃料电池其他相关行业测试平台

520系列压力传感器应用了瑞士富巴开发的厚膜技术。压力传感器芯片被焊接到压力接头上。因而适用于制冷业包括氨水在内的所有气体和液体制冷剂。520系列压力传感器结合采用独特的集成电路设计，在其温度范围下具有优越的电磁兼容性和极高的精度。紧凑型压力变送器是基于Huba控股测力元素结合厚膜测量技术发展起来的。这类变送器满足高冲击保护需求并适用于各种类型的制冷剂包括氨。

520系列压力传感器采用公司自己研发的厚膜不锈钢芯片，适用于所有类型的工业控制介质，包括各种制冷剂以及阿莫尼亚（氨制冷剂）。不锈钢压力传感器芯片与外壳完全焊接连接。该系列压力传感器还有防爆规格，广泛应用于制冷，液压和气动控制等各种工业自动化技术中。

范围：相对压力: 0-60 bar 绝对压力:1-16bar 

供应电源：7~33VDC or 10-30VDC (Ex)、

8~33VDC、12~33VDC or 

24VDC± 15%、5VDC± 10% 

接线方式：2wire 、3wire 

电源消耗：< 20mA 、< 7mA 

保护等级：IP65/IP67 

主要应用领域：油压机, 真空设备, 及产业设备气体, 液体, 油体等介质均可 

备注：支持特调

HUBA520压力变送器产品概要

量      程:	0 ~ 60 MPa；
长期稳定	±0.25％FS；符合IEC EN60770-1标准
响应时间：	< 5ms

HUBA520压力传感器产品特点

l 结构紧凑坚固；

l 温度漂移小；

l 无机械老化现象；

l 无机械蠕变现象

HUBA520压力变送器技术参数

压力范围： （Bar）	0~2.5	0~4	0~6	0~10	0~16		0~25	0~40	0~60
	0~100	0~160	0~250	0~400	0~600		特殊量程可定制
过载压力：	0~6Bar = 5倍满量程			6Bar以上 = 3倍满量程，极限1500Bar
破裂压力：	0~6Bar = 10倍满量程			6Bar以上 = 6倍满量程，极限2500Bar
压力连接：	内螺纹G1/4；内螺纹7/16 -20 UNF；外螺纹 G ¼FPM O型密封圈； 外螺纹G ½ 前密封；外螺纹G1/4；外螺纹7/16 -20 UNF； 外螺纹¼ -18 NPT； 外螺纹R ¼；外螺纹G ½ 后密封
输出/供电：	0-5V/11-33VDC（3线） 1-6V/18-33VDC（3线） 0-10V/18-33VDC（3线）					0-10V /AC24V±15% 4-20mA/11-33VDC（2线） 比例式：10%～90% /5V±5%
电气连接：	A：直接出线1.5米 （防护等级IP67），  B：M12*1连接器（金属、塑料，防护等级IP67） C：快速接头（防护等级IP67）,          D：MINI霍斯曼接头（防护等级IP65）
温    度：	介质温度：-40°C ~150°C
	环境温度：-40°C ~85°C
	储存温度：-40°C ~85°C
材    料：	壳体材料303不锈钢；接触介质材料303不锈钢；
负载频率：	< 50Hz
重      量：	内螺纹80g，外螺纹92g；
外形尺寸：	Ø22.8×102mm含M12连接头；Ø22.8×74mm含快速接头；其它尺寸详见选型手册
认证及标准	电磁兼容性符合CE标准；UL认证符合873标准； 冲击试验标准冲击IEC 60068-2-27 持续振动试验标准60068-2-27； 振动试验标准60068-2-6；

测量范围：-1 ... 9 bar / 0 ... 2.5 - 600 bar

产品特点

1、结构紧凑，坚固耐用

2、焊接无密封件，无弹性密封件

3、客户用SWIFT接头可快速安装电缆，节省时间

4、大量连接方式可选择。

典型应用

广泛应用于制冷，液压和气动控制等各种工业自动化场景

产品性能参数

相对压力	-1 ... 9 bar / 0 ... 2.5 - 600 bar
过载压力	5×满量程（< 6 bar） 3×满量程（> 6 bar），最大1500bar
破裂压力	10×满量程（< 6 bar） 6×满量程（> 6 bar），最大2500bar
防护等级	IP67（Swift连接器）
防爆保护	本安可选(Ex II 1/2 G Ex ia IIC T4 Ga/Gb)
外壳材质	不锈钢1.4404（AISI 316L）
温度范围	介质：-40℃～＋135℃ 环境：-30℃～＋85℃ 存储：-50℃～＋100℃
电    压	8.0～33VDC，输出4-20mA
密封材质	FPM
重    量	~90克
精    度	精度线性，迟滞，和重复性的总和<±0.3% FS
动态响应	可适合静态和动态的测量 响应时间<2ms，通常为1ms

常用型号：

主要应用领域

油压机, 真空设备, 及产业设备气体, 液体, 油体等介质均可

HUBA压力传感器 常用产品型号：200系列、210系列、212系列、400系列、501系列、503系列、505系列、506系列、511系列、515系列、520系列、522系列、525系列、526系列、527系列、528系列、540系列、548系列、550系列、558系列、401系列、402系列、403系列、652系列、663系列、679系列、692系列、298系列、699系列、680系列。

  结构紧凑的528系列压力传感器基于瑞士富巴开发的陶瓷传感器芯片。经过20多年的持续开发和使用，其性能和稳定性得到充分证明。528系列的传感器使用适用于各种领域的自动控制。

介质:液体和气体

量程:-1 ... 0 – 60 bar

输出信号:0 ... 5 V, 1 ... 6 V, 0 ... 10 V, 4 ... 20 mA,

ratiom. 10 ... 90%

精度:<满量程的0.3％

电气连接:SWIFT接头, Metri Pack, M12×1插头,

DIN EN 175301-803-A或-C接头, 辫子

压力连接:外螺纹或内螺纹

坚固的设计, 结构紧凑, 性能可靠

温度对精度影响小

众多得到连接方式供选

使用快速插头能节省安

特点：

小体积、高性价比、高稳定性、高灵敏度

0～-0.1MPa至0～250MPa

应变片传感器  扩散硅传感器   陶瓷压阻传感器可选

不锈钢结构

多种量程选择、用户调试方便

具有零点/满量程可调的选购件

压力类型：表压、绝压、真空

准确度：1.0级、0.5级、0.25级、0.1级

可选用小型一体化液晶显示及带开关量输出的表头

可采用激光打标,确保产品之可溯源性

 

应用：

液压及气动控制系统

液位测量与控制

石化、环保、空气压缩

电站运行巡检、机车制动系统

热电机组

轻工、机械、冶金

楼宇自控、恒压供水

其它自动控制和检测系统

工业过程检测与控制

实验室压力校验

       选型表：

常用型号：

 

随着替代能源的开发，包括氢燃料电池应用，由凯拓嘉业为氢能源应用行业提供的薄膜压力传感器产品将满足最苛刻要求的应用。凯拓嘉业提供的压力传感器是介质隔离的，覆盖宽范围的压力，并利用结实耐用的316L不锈钢压力接口。凯拓嘉业是一家领先的为要求最苛刻的运输应用开发压力传感器解决方案的合作伙伴。凯拓嘉业公司所销售的HUBA520压力传感器器为瑞士进口产品，公司备有常规型号，供货周期为即时发货。如客户选购产品为特殊型号以及 定制压力范围 产品，供货周期为4-6周，特殊情况6-8周。