Есть конспект?
Пришлите нам!

Крохотный беспроводной детектор водорода


Новости нефте-газовой переработкиКРОХОТНЫЙ БЕСПРОВОДНОЙ ДЕТЕКТОР ВОДОРОДА

Водород называют "топливом будущего". Однако, его использование ставит очень остро проблему безопасности (например, для водородных автомобильных двигателей, для заправочных станций, для ряда других аспектов, т.наз., водородной экономики), поскольку этот газ невидим, не имеет запаха и взрывоопасен при высоких концентрациях.

Группа преподавателей и аспирантов инженерного факультетаУниверситета Флориды нашли способ обойти это препятствие. Они разработали крошечный, экономичный сенсор, который обнаруживает утечки водорода и подаёт сигнал тревоги при помощи радиосвязи.

Сенсорный узел, который может включать дюжину или сотню подобных датчиков, питается от крохотного внутреннего источника питания, который в свою очередь получает энергию от малых вибраций.

Это означает, что в будущем такой детектор сможет работать в течение дня непрерывно, без батареек или технического обслуживания, если его подсоединить к автомобилю, рефрижератору, насосу, мотору или какому -либо другому механизму, который обеспечивает небольшую вибрацию.

"Требуется большое количество водородных детекторов для контроля утечки газа, но их обслуживание или регулярная смена батареек – нерациональное занятие. Разработанный нами сенсор может работать совершенно автономно", - говорит Дженшан Лин, профессор факультета электроники и вычислительной техники, руководитель проекта, финансируемого NASA.

NASA использует жидкий водород в качестве топлива в космических кораблях и ею выделено более $1млн. под проект, цель которого - разработка безопасности и улучшение надёжности всех водородных систем.

Следующим шагом в исследованиях является миниатюризация датчика, опробование его в лаборатории NASA и, затем, в "полевых условиях". Однако, перспективы потенциального использования этой разработки выходят далеко за рамки проблем NASA и касаются уже проблем использования водорода в качестве топлива, возможно, даже в обычных автомобилях.

Водород - главный источник энергии в топливных элементах, предназначенных для использования в машинах будущего, не загрязняющих окружающую среду, и президент Буш поставил целью использования их в экономике в качестве альтернативы ископаемому топливу.

В 2003 году Буш выделил $1,2 млрд. на Программу Водородное Топливо, цель которой создание коммерчески жизнеспособной технологии. Для решения этой задачи нужно преодолеть колоссальные проблемы, но, по крайней мере, наименьшая из них - нахождение энергетически выгодного способа извлечения водорода из воды, где он содержится в наибольших количествах.

Горстка автомобилей и автобусов сегодня на дорогах, работающих на топливном элементе, могла бы стать гораздо более обычным явлением, если бы эти проблемы были преодолены. Однако, чтобы это произошло, необходимы заправочные водородные станции, системы распределительных насосов и трубопроводов, прочие технические элементы гигантской водородной инфраструктуры, которая должна заменить сегодняшнюю бензиновую инфраструктуру.

А это как раз та область, где сенсорный узел играет важнейшую роль.

"Необходимо, чтобы такие сенсоры располагались на всём протяжении, во всех местах "водородной трассы" : если появится утечка газа, датчик покажет, где она находится и как быстро распространяется. В этом случае оператор может перекрыть вентили и избежать серьёзных проблем", - говорит Стив Пертон, профессор факультета материаловедения и один из участников проекта.

К разработке датчика "приложили руку" представители почти всех основных факультетов Университета – химики, физики, электронщики.

Основа сенсора – нанопалочки из окиси цинка, т.наз., "усики", через которые проходит крохотный электрический ток, причём проводимость этих "усиков" зависит от концентрации водорода в окружающей среде. Таким образом обеспечивается измерение количества водорода в воздухе.

Специалисты-электронщики вычислили, как усилить сигнал настолько, чтобы его мог измерять микроизмеритель.

Они сконструировали крохотный беспроводной передатчик, чтобы передавать информацию на центральную станцию.

Кроме того, они нашли способ подачи питания к прибору либо через обычные солнечные батареи, либо с помощью пьезоэлектрической системы, которая реагирует на энергию вибрации, производимую различным механическим или электрооборудованием.

Лабораторные испытания узла, подсоединённого и питаемого за счёт механической вибрации показали, что он определяет концентрации водорода в количестве уже 10 ppm и успешно передаёт информацию на расстояние до 20 м. Такая мизерная концентрация водорода значительно ниже значения, при котором водород становится взрывоопасным.

Статьи о различных технологиях сенсорного узла в последние годы часто появлялись в академических журналах. Но полностью укомплектованный сенсор впервые был представлен на конференции в г. Орландо в прошлом месяце.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru