利用要求严格的湿度测量解决方案改进燃料电池测试系统

作为电化学研究与开发领域值得信赖的仪表和软件开发商，Scribner, LLC 提供的解决方案不断刷新仪表控制和数据分析方面的标准。Scribner 专门制造电化学能量转换与储存领域的测试设备，要求其燃料电池测试系统在气流中产生稳定、可重复的水气量或湿气量。

挑战：在高露点环境中校准燃料电池测试系统

水气在多种电化学过程和反应中起着重要作用。例如，燃料电池将反应物（通常是氢和氧）的化学能转换为电能。燃料电池由两个电极组成（阳极和阴极），通过电绝缘但离子导电的离聚物薄膜隔开。低温燃料电池中常用的隔离膜是聚合物电解质膜 (PEM)，也称为质子交换膜。氢气被馈送到燃料电池阳极，在阳极上氧化形成质子和电子。电子被迫流过外部电路，而质子则通过 PEM 隔离膜迁移到阴极。在阴极上，氧气与电子和质子结合形成水。燃料电池产生的电能可以做有用功，例如运行电机。

离聚物膜的质子传导很大程度上取决于是否存在水。在干燥条件下，PEM 是非常差的导体，表现出高电阻，会降低燃料电池的性能。但在有水存在的情况下，该膜是良好的质子导体，表现出低电阻，可提高燃料电池的性能。在燃料电池测试中，湿度是一个重要的测试参数，因此控制氢燃料和含氧空气的水气含量非常重要。

在高露点环境中开发高质量燃料电池和膜研发仪器的公司面临着特定的校准和测量挑战。保持准确稳定的湿度水平至关重要，因为湿度变化会影响燃料电池测试数据的可重复性和准确度，仅仅一度的露点差异就可能导致相对湿度偏差 5%。校准程序必须考虑高湿度环境的特定挑战，并采用适当的技术以确保结果一致、可靠。

电化学系统内较高的水气浓度还可能导致过度冷凝、积聚和系统组件损坏，从而导致测量误差和传感器使用寿命缩短。

为了满足高露点环境中苛刻的校准要求，Scribner 转而选用维萨拉提供的湿度和温度监测解决方案，取得了良好的效果。

解决方案：良好的湿度和温度监测

Scribner 的燃料电池和膜测试系统需要产生稳定、可重复的露点，以在一系列温度和压力下精确控制加湿。在可信客户的推荐下，Scribner 自 2006 年起一直使用维萨拉 HMT337 湿度和温度变送器，后来转而使用维萨拉的新一代 HMP7 探头解决方案。

“我们相信，如果维萨拉解决方案可以令他们满意，那么它也会令我们满意，”Scribner 首席研究员 Kevin Cooper 博士说。“我们开发了一种定制露点室，通过 Swagelok 接头固定维萨拉探头，可进行温度控制，并具有供气体流入和流出的端口。该露点室可加热到比校准程序的最大预期露点高 10 摄氏度。”

Scribner 在内部使用维萨拉仪表来校准其燃料电池和膜测试系统中使用的加湿器。加湿器设计用于输送露点高达 120 摄氏度的气体，在 80 摄氏度露点下进行校准。

公司的 740 膜测试系统 (MTS) 使用 HMT337 的 OEM 版本 HMT317 进行实时就地露点监测。结合测得的过程温度，测得的露点可提供实时相对湿度 (RH)，这是 Scribner 客户的一个关键过程参数。

凭借良好的湿度和温度监测集成，即使在苛刻的高湿度环境中，Scribner 也可以实现精确和准确的燃料电池测试系统校准。

优点：可在性能至关重要的应用中实现准确、快速且可重复的测量校准

对于 Scribner 来说，采用可靠的湿度传感器和监测系统至关重要。由于湿度控制系统的定期校准和验证对于确保准确度和可重复性至关重要，因此 Scribner 将四个维萨拉仪表成对轮流使用和停用，将当前校准的两个仪表部署六个月，然后将它们送回维萨拉进行校准。

“作为一款可靠的产品，维萨拉 HMT337 满足我们在工作温度和露点范围、准确度等方面的技术规格要求。这款仪表不仅具有我们所看重的性能潜力和高露点测量能力，其外形尺寸也适合我们，”Cooper 继续说道。“我们喜欢维萨拉仪表。它一直表现良好。”

通过在受控湿度条件下运行测试、监测水气含量并分析结果的一致性和可重复性，Scribner 能够优化其加湿系统的设计和操作。Scribner 已售出 700 多个集成燃料电池测试系统，其中也包括加湿系统，因此需要使用维萨拉仪表对每个加湿器单元进行露点校准。此外，如果没有实时就地露点监测，Scribner 的 740 MTS 解决方案将不可行。维萨拉 HMT337 对该仪器的功能和性能至关重要。

HMT337、HMT317、HMM170 和新一代 HMP7 都采用维萨拉特有的加热探头测量技术，成功解决了许多高湿度测量挑战。加热探头依赖于复合湿度传感器和粘合温度传感器。借助复合传感器，Scribner 可以监测露点，并结合测试温度计算阳极和阴极耗材的相对湿度。 

加热探头具有独立的电阻加热器，安装在探头内，并通过内部测量的相对湿度控制。控制算法设计使探头温度始终高于环境温度几度，这样一来，即使测量环境处于露点温度，水也不会凝结在复合传感器上。

通过利用具有适当灵敏度、准确度和响应时间的湿度监测系统（例如维萨拉相对湿度和温度探头 HMP7），Scribner 确保客户能够自信地评估燃料电池在多种操作条件下的性能、效率、稳定性和耐用性。

精密测量：推动氢经济的可持续发展和创新

由于氢适用于广泛的应用，它注定成为即将到来的低碳经济的重要组成部分。作为全球氢燃料电池市场开发领域所用测量仪表的设备生产厂商，维萨拉自上世纪 90 年代中期的氢燃料电池早期开发阶段起就作为值得信赖的供应商，为氢燃料电池的开发提供耐用技术支持。像 Scribner 这样值得信赖的企业依靠维萨拉的技术来开发经济高效且耐用的燃料电池系统。

可持续发展是燃料电池行业的驱动力，影响着技术进步、政策决策和行业增长。燃料电池能源效率高、排放少，燃料补充迅速，为实现更可持续的能源发展前景提供了一条光明的道路，从而可实现广泛的应用。由于成本、性能和耐用性仍然是燃料电池行业的关键挑战，维萨拉的工业监测解决方案使 Scribner 等具有前瞻性思维的组织能够克服关键的技术障碍，开发更清洁、更通用的能源解决方案。