On the Influence of Humidity on a Thermal Conductivity Sensor for the Detection of Hydrogen

热导率 湿度 混合(物理) 相对湿度 热力学 电导率 热的 热导率测量 材料科学 混合比 化学 物理化学 物理 有机化学 量子力学
作者
S. Emperhoff,Matthias Eberl,Tim Dwertmann,Jürgen Wöllenstein
出处
期刊:Sensors [MDPI AG]
卷期号:24 (9): 2697-2697
标识
DOI:10.3390/s24092697
摘要

Thermal conductivity sensors face an omnipresent cross-influence through varying humidity levels in real-life applications. We present the results of investigations on the influence of humidity on a hydrogen thermal conductivity sensor and approaches for predicting the behavior of thermal conductivity towards humidity. A literature search and comparison of different mixing equations for binary gas mixtures were carried out. The theoretical results were compared with experimental results from three different thermal conductivity sensors with mixtures of water vapor in nitrogen. The mixing equations show a large discrepancy between each other. Some of the models predict a continuously decreasing thermal conductivity and some predict an increasing thermal conductivity for increasing levels of humidity. Our measurements indicate an increase in thermal conductivity followed by a decrease after reaching a peak value. It is shown that the measured behavior is reproducible with different sensors. Depending on the sensor, this corresponds to an error up to 2 vol.% in the measured hydrogen value. The measured behavior is consistent with only one of the three models. Compared to this model, our own sensor shows a maximum deviation of 1.4%. Mixing equations for gas mixtures must be chosen carefully, taking into consideration whether mixing partners include polar or non-polar molecules. Some simplified mixing equations cannot be used to calculate the thermal conductivity of water vapor in air or nitrogen.

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