全球氦气供应紧张背景下，检测技术如何应对？
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全球氦气供应紧张背景下，检测技术如何应对？
2026年初，全球氦气市场遭遇了前所未有的冲击。2月，霍尔木兹海峡因地区冲突导致航运中断，卡塔尔拉斯拉凡氦气基地被迫停产，占全球产能约三成的供应骤然中断，预计恢复周期长达三至五年。4月，俄罗斯宣布将氦气出口限制延长至2027年底，并将非联盟国家的出口配额削减至原水平的四成。
卡塔尔和俄罗斯是中国主要的氦气进口来源，2025年分别占中国进口总量的54.6%和44%，合计接近98%。受双重影响，国内氦气供应缺口超过六成，40升瓶装氦气价格攀升至每立方米530元以上。
中国作为全球第二大氦气消费国，2025年氦气总供应量为5818吨，其中进口量达4913吨，国产仅905吨。氦气作为天然气开采的副产品，其供应高度依赖天然气田的稳定运行。一旦气田停产，氦气供应即告中断。
在半导体制造、医疗、光纤制造、航天、超导科研及高端焊接等领域，氦气的使用不可或缺。半导体制造占全球氦气需求的21%，涉及EUV光刻冷却、晶圆热管理、蚀刻控温及封装气密性检测。医疗领域中，核磁共振设备依赖液氦维持超导磁体低温，占国内氦气需求的29%。氦气因其不可替代性，被誉为“黄金气体”。
在当前形势下，氦气的精准检测——无论是生产端的浓度监控，还是使用端的泄漏排查——都变得尤为重要。每一立方米氦气的浪费都意味着巨大的经济损失，而任何泄漏都可能导致产线停摆。
哪些传感器可用于检测氦气？
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，化学性质极为惰性。这一特性使得常见的气体检测方法，如电化学（EC）、非分散红外（NDIR）、催化燃烧、金属氧化物半导体（MOS）等原理的传感器，难以有效检测氦气浓度。
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，而氦气完全不可燃。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，对惰性气体如氦气几乎无响应。
尽管氦气化学性质稳定，但其物理特性极为突出，尤其是其极强的导热性。在标准条件下（0℃、101.325kPa），氦气的热导系数为0.1426W/(m·K)，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)）。这一特性为热导式气体传感器提供了检测氦气的物理基础。
热导式氦气传感器的工作原理
热导式氦气传感器的核心是惠斯通电桥（Wheatstone Bridge），通过将加热器与温度检测器组合形成热导环路。当氦气流经该环路时，会带走部分热量，导致温度变化。通过测量温度变化，即可推算出氦气的浓度。
推荐的热导式气体传感器
荷兰Xensor高速响应热导式气体传感器XEN-5320-ALU：XEN-5320是一款智能型气体传感器，适用于需要分析二元气体混合物的工业场景。该传感器基于XEN-TCG3880热传导传感器，通过测量气体热导率实现检测。其启动时间为0.3秒，响应速度极快，T90响应时间小于1秒。测量范围为100ppm至100%，精度为1%FS，长期零点漂移量为0.2%/年。工作温度范围为-40~+85℃，湿度范围为0～95% RH（无结露）。广泛应用于医疗、科研及工业领域，适用于氢气、氦气、二氧化碳、氮气及甲烷等气体混合物的监控与泄漏检测。
荷兰Xensor热导式气体传感器XEN-3880-RW-3：XEN-3880-RW-3通过测量气体的导热系数来分析其浓度，适用于二元或准二元混合气体的检测，也可用于真空系统中的压力测量。传感器芯片由硅框架和合成膜构成，中间设有加热器，通过热电堆测量温度差。顶部设有硅盖和过滤器，以减少流量对测量的影响。工作温度范围为-250℃~150℃，湿度范围为0～95% RH（无冷凝）。适用于氢气、氦气及天然气的测量，以及氢系统测试、包装和真空系统的压力检测。
审核编辑：黄宇
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