Cảm biến áp suất bị ảnh hưởng bởi sự thấm Hydro như thế nào ?

Ngày nay, bạn có thể tìm thấy hydro trong một loạt các ứng dụng và quy trình công nghiệp ở khắp mọi nơi. Hydro là một trong những nguồn năng lượng thay thế phát triển nhanh nhất được sử dụng ngày nay. Một số công dụng của nó bao gồm:

Lọc dầu – hydrocracking
Pin nhiên liệu
Trạm tiếp nhiên liệu hydro
Sản xuất kính
Sản xuất chất bán dẫn
Ứng dụng hàng không vũ trụ
Sản xuất phân bón và amoniac
Hàn, ủ và nhiệt luyện kim loại
Dược phẩm
Nhà máy điện
Hydro hóa các axit béo không no trong dầu thực vật

Nhiều ứng dụng hydro này có các quá trình có thể gây ra sự khuếch tán ion hydro. Điều này có thể dẫn đến sự thẩm thấu hydro và giòn vật liệu , có thể dẫn đến việc cảm biến áp suất của bạn bị hỏng sớm.

Đồng hồ đo áp suất, công tắc và cảm biến đều có thể được sử dụng trong các ứng dụng hydro. Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào các thiết bị cảm biến áp suất,

Để đảm bảo bạn có bộ chuyển đổi áp suất tốt nhất cho ứng dụng hydro, có một số điều bạn cần xem xét như vật liệu ướt của màng ngăn (phần tiếp xúc với Hydro) và phạm vi áp suất của ứng dụng. Khi áp suất của một ứng dụng tăng lên, nó làm tăng thêm ứng suất lên màng ngăn có thể giúp tăng tốc độ ảnh hưởng của hiện tượng giòn hydro.

Hãy cùng xem xét sự thẩm thấu và hiện tượng giòn và những ảnh hưởng mà chúng có thể gây ra đối với đầu dò áp suất của bạn.

Xem Nhanh Nội Dung

Sự thẩm thấu Hydro (Thấm hydro)
Sự giòn vật liệu bởi Hydro (Hydrogen Embrittlement)
Điều gì gây ra hiện tượng giòn?
XEM SẢN PHẨM
- 40

Sự thẩm thấu Hydro (Thấm hydro)

Sự thấm hydro đề cập đến sự xâm nhập của các ion hydro qua cấu trúc mạng của một vật liệu cụ thể. Điều này có thể gây ra mối lo ngại trong các bộ chuyển đổi áp suất dựa vào màng ngăn kim loại mỏng để truyền áp suất trực tiếp đến máy đo biến dạng (strain gauge) hoặc thông qua cảm biến cách ly chất lỏng gắn vào máy đo biến dạng.

Trong cả hai trường hợp, màng ngăn trở thành liên kết yếu trong hệ thống. Theo thời gian, sự thẩm thấu sẽ gây ra hiện tượng trôi tín hiệu hoặc lỗi hoàn toàn nếu không chọn đúng vật liệu ướt (vật liệu tiếp xúc với lưu chất) cho ứng dụng.

Nếu các đầu dò kết hợp cảm biến cách ly với chất lỏng, thì sự thấm hydro có thể là một vấn đề. Cảm biến cách ly chất lỏng dựa vào màng ngăn cách ly bằng kim loại mỏng để giữ hydro không thấm vào chất lỏng cách ly.

Nếu hiện tượng thấm hydro xảy ra trong loại cảm biến này, các ion hydro thấm qua vật liệu màng ngăn có thể biến đổi trong chất lỏng cách ly thành các phân tử hydro. Các phân tử sau đó sẽ thu thập và tạo thành bong bóng hydro. Những bong bóng này sẽ gây ra sự thay đổi đầu ra 0 của đầu dò và có thể dẫn đến sai lệch đầu ra theo thời gian.

Một cách để giảm sự thẩm thấu hydro là sử dụng vật liệu có cấu trúc mạng tinh thể chặt chẽ như thép không gỉ 316L hoặc các biến thể của thép không gỉ 316. Một giải pháp khác là mạ thêm một lớp vàng rất mỏng cho màng ngăn (diaphram). Lớp vàng có cấu trúc mạng tinh thể rất chặt chẽ làm tăng khả năng chống thấm hydro của màng ngăn

Ngoài cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu, quá trình thấm hydro cũng bị ảnh hưởng bởi áp suất của một ứng dụng. Áp suất của ứng dụng càng cao thì lực tác dụng lên màng ngăn càng lớn.

Lực này kéo căng cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu, cho phép nhiều ion hydro thấm vào vật liệu hơn. Do đó, bạn nên sử dụng vật liệu không chỉ có cấu trúc mạng tinh thể chặt chẽ mà còn phù hợp với phạm vi áp suất của ứng dụng.

Sự giòn vật liệu bởi Hydro (Hydrogen Embrittlement)

Hiện tượng uốn là một hiện tượng làm mất độ dẻo và do đó gây ra tính giòn của vật liệu. Các vật liệu nhạy cảm cao bao gồm thép có độ bền cao, hợp kim titan và nhôm, và đồng cứng điện phân.

Sự giòn hydro còn được gọi là sự nứt vỡ do hydro gây ra hoặc sự tấn công của hydro. Các cơ chế này có thể ở thể nước hoặc thể khí và liên quan đến sự xâm nhập của hydro vào kim loại, làm giảm độ dẻo và khả năng chịu tải của nó.

Điều gì gây ra hiện tượng giòn?

Vì hydro là một nguyên tử nhỏ nên nó có thể xâm nhập vào kim loại thông qua các lỗ hổng siêu nhỏ trên bề mặt. Khi ở bên trong, các nguyên tử hydro sẽ tái kết hợp với những nguyên tử khác để tạo thành phân tử hydro (H2).

Các phân tử này sẽ liên kết với các phân tử H2 khác dẫn đến khối lượng hydro lớn hơn tạo ra áp suất trong lỗ hổng. Khi đó ứng suất gây ra nứt vỡ và hư hỏng giòn nghiêm trọng.

Khi các phân tử hydro tan ra, chúng tạo ra các ion hydro, là một số trong những ion nhỏ nhất trên thế giới. Chúng có thể đi qua cấu trúc mạng của nhiều kim loại và đi vào kim loại, sau đó chuyển hóa thành các phân tử hydro.

Các phân tử hydro được hấp thụ tạo ra áp suất và ứng suất từ bên trong vật liệu. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ dẻo và độ bền của vật liệu, cuối cùng dẫn đến nứt vật liệu.

Tôi hy vọng bài viết này đã giúp làm sáng tỏ mối nguy hiểm của hiện tượng thấm và hiện tượng thấm hydro. Nếu bạn muốn đảm bảo các ứng dụng hydro an toàn, hãy sử dụng đầu dò áp suất bằng thép không gỉ 316L. Và cho phạm vi áp suất từ 5.000 psi trở lên, dùng vật liệu màng A286 và tránh các cảm biến chứa đầy dầu, có thể tạo bong bóng và trôi cảm biến.