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氦气供应危机下的检测技术:什么原理传感器可以检测氦气浓度?

一、因地缘冲突,“黄金气体”氦气遭遇供应危机

He

2026年,全球氦气供应市场经历了一场前所未有的震荡。2月底,霍尔木兹海峡因地缘冲突封锁,切断了卡塔尔自波斯湾出口氦气的海运路线。卡塔尔拉斯拉凡氦气基地因地缘冲突受损停产,占全球约三成产能的供应瞬间下线,修复周期长达三到五年。4月,俄罗斯宣布将氦气出口管制延长至2027年底,对非联盟国家配额砍至原有的四成。

两大核心气源地——卡塔尔和俄罗斯——恰好是中国最主要的氦气进口来源,2025年分别占中国进口总量的约54.6%和44%,合计接近98%的进口份额。双重打击之下,国内氦气供应缺口达六成以上,40L瓶装氦气价格升至530元/方以上。

中国作为全球第二大氦气消费国,2025年对外依存度高达84%,进口高度集中。2025年中国氦气总供应量为5818吨,其中进口4913吨,国产仅905吨。氦气这种支撑最尖端科技的全球战略物资,本质上是天然气开采的副产品。没有专门的氦气矿,氦气只能从含氦天然气田中提取,气田开采则氦气同出,气田停产则氦气断供。

晶圆厂、医疗、光纤制造、航天、超导科研与高端焊接——这些氦气的核心用户正在同时承受压力。半导体制造占全球氦气需求的21%,EUV光刻冷却、晶圆热管理、蚀刻控温、封装气密性检漏都离不开它。医院核磁共振设备依靠液氦维持超导磁体低温,约占国内氦气下游需求的29%。作为不可替代的战略资源,氦气也被誉为“黄金气体”

在这样的背景下,氦气的精准检测——从生产端的浓度监控到使用端的泄漏排查——变得比以往任何时候都更加重要。每一立方米氦气的浪费都意味着真金白银的损失,而每一次泄漏都可能意味着整条产线的停摆。

二、可以用什么原理传感器检测氦气?

氦气(He)是自然界中最稳定的惰性气体之一,属于单原子分子,化学性质极不活泼。这一特性决定了常用的气体检测方法——电化学(EC)、非分散红外(NDIR)、催化燃烧、金属氧化物半导体(MOS)等原理传感器——都很难有效检测氦气的浓度。

电化学传感器依赖气体与电极之间的化学反应产生电信号,而氦气几乎不参与任何化学反应。红外传感器利用气体分子对特定波长红外光的吸收特性,但氦气作为单原子分子没有红外吸收峰。催化燃烧传感器需要气体可燃,氦气完全不可燃。金属氧化物半导体传感器同样依赖气体与材料表面的化学吸附,对惰性的氦气几乎无响应。

氦气虽然化学惰性,但有一个非常突出的物理特性:导热性极强。在0℃、101.325kPa标准条件下,氦气的热导系数为0.1426W/(m·K),在所有常见气体中仅次于氢气(约0.1805W/(m·K)),远高于空气(0.0257W/(m·K))、氮气(约0.0259W/(m·K))和氩气(约0.0163W/(m·K))。氦气热导系数非常大,为氦气的检测提供了物理基础——热导式气体传感器。

热导式氦气传感器工作原理

热导式氦气传感器的核心是利用惠斯通电桥(Wheatstone Bridge),把的加热器和温度检测器组合在一起,形成一个热导环路。当氦气气体通过热导环路时,它会带走一定的热量,导致环路的温度发生变化。通过测量环路温度的变化,可以确定被测气体中氦气的浓度含量。

三、热导式气体传感器推荐

XEN-5320-ALU

荷兰Xensor 高速响应热导式气体传感器XEN-5320-ALU:XEN-5320是一款智慧型气体传感器,可广泛应用于需要分析二元气体混合的行业。该传感器采用经验证的热传导传感器XEN-TCG3880,基于测量周围气体热传导率的原理。系统启动时间0.3s,传感器探头外露,响应速度超快,T90响应时间<1s。测量范围 100ppm-100%,准确度1%FS,长期零点漂移量0.2%/年,温度范围-40~+85°℃,湿度范围:0~95% RH,无结露。广泛应用于医疗、R&D和工业环境中,氢气H2、氦气He、二氧化碳CO2、氮气N2及甲烷CH4气体混合的监控和泄露检测。

荷兰Xensor 热导式气体传感器XEN-3880-RW-3:XEN-3880-RW-3导热系数计测量周围的热导率气体,原理是气体的不同它们的导热性好,可以用来测量气体浓度在二元混合物或准二元混合物,其中成分气体具有不同的导热系数,也可以是用于测量真空系统中的压力。传感器芯片由一个硅框架和一个合成膜,中间是一个加热器,用热电堆测量它的温度和芯片之间的热导率测量环境和膜的中心。在薄膜和顶部有一个硅盖(屋顶)带有过滤器的焊接帽(W)抑制流量敏感度。XEN-3880-RW工作温度:-250°℃~150℃,湿度:0~ 95% RH,无冷凝。广泛应用于 氢,氦和天然气测量;用氢测试氢系统;包装和真空系统的真空测量

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