《传感器技术及应用》项目四气体成分及湿度的测量.ppt
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1、项目四 气体成分及湿度的测量,任务一 使用气敏传感器检测气体,任务导入,用数字万用表检测气敏传感器QM-3,采用如图所示简单电路就可以了解气敏传感器的特性,电路使用QM-3型气敏传感器,用数字万用表显示测量数据,可以检查器件的好坏。当电源开关S断开时,传感器没有驱动电流(加热电流),A、B之间电阻大于20M。当接通开关S时,器件内的微加热丝f-f得电发热。此时若将内盛酒精的小瓶瓶口靠近传感器,可以看到电阻显示值立即由20M以上降到0.51M。移开小瓶等待2040s之后,A、B间电阻又恢复至大于20M的状态。以上反应可以重复实验,但需注意要使空气恢复到洁净状态。,任务一 使用气敏传感器检测气体,
2、一、了解气敏传感器,气敏传感器是一种能将气体中的特定成分(浓度)检测出来,并将其转换成电信号的器件。气敏传感器一般用于环境监测和工业过程检测,前者包括有毒有害气体检测、容器管道检测等;后者包括锅炉及汽车的燃料燃烧监控、化工等自动控制检测。气敏传感器主要有半导体式和接触燃烧式两种。半导体式气敏传感器多由金属氧化物半导体材料制成,如SnO2系列、ZnO系列等。传感器制作时添加物不同,能检测的气体也不同。半导体式气敏传感器适用于检测低浓度的可燃和有毒气体,如CO、H2S、CH4、C4H10等。接触燃烧式气敏传感器主要用于可燃气体的检测。,任务一 使用气敏传感器检测气体,一、了解气敏传感器,(1)半导
3、体气敏传感器,半导体气敏传感器如图所示,是利用半导体气敏元件同气体接触,造成半导体性质变化,来检测气体的成分或浓度的气体传感器。半导体气敏传感器大体可分为电阻式和非电阻式两大类。,任务一 使用气敏传感器检测气体,一、了解气敏传感器,半导体气敏传感器的分类及特性,(1)半导体气敏传感器,任务一 使用气敏传感器检测气体,一、了解气敏传感器,(2)接触燃烧式气敏传感器,接触燃烧式气敏传感器如图所示,是将铂等金属线圈埋设在氧化催化剂中构成,使用时对金属线圈通以电流,使之保持在300600的高温状态,同时将元件接入电桥电路中的一个桥臂,调节桥路使其平衡。一旦有可燃性气体与传感器表面接触,燃烧热量进一步使
4、金属丝升温,造成器件阻值增大,从而破坏了电桥的平衡。其输出的不平衡电流或电压与可燃性气体浓度成比例,检测出这种电流和电压即可测得可燃气体的浓度。,任务一 使用气敏传感器检测气体,一、了解气敏传感器,可燃气体的基本特性,任务一 使用气敏传感器检测气体,二、常用电阻式半导体气敏传感器结构,电阻式半导体气敏传感器可分为表面电阻型和体电阻型两大系列,它有三种结构类型:烧结型、薄膜型及厚膜型。烧结型传感器分为内热式和旁热式两种,如图所示。它一般用于还原性气体、可燃性气体和液化气体的检测。,任务一 使用气敏传感器检测气体,二、常用电阻式半导体气敏传感器结构,薄膜型气敏传感器是在绝缘衬底(如石英晶片)上,蒸
5、发或溅射上一块氧化物半导体薄膜(厚度为数微米),其结构如图所示。该结构的气敏传感器特点是:机械强度高、成本低,但是器件的性能与工艺和薄膜的物理化学状态有关,器件之间的一致性差。,任务一 使用气敏传感器检测气体,二、常用电阻式半导体气敏传感器结构,厚膜型气敏传感器是将半导体氧化粉末、添加剂、粘合剂和载体混合,配成浆料,然后用丝网印刷的方法将浆料印到基片上,形成厚度为数微米到数十微米的厚膜,经400800温度烧结一小时而成,如图所示。,任务一 使用气敏传感器检测气体,三、气敏传感器的应用,1.矿井瓦斯超限报警器,当无瓦斯或瓦斯浓度很低时,QM-N5的A、B极间电阻很大,电位器RP的滑动触点电压小于
6、0.7V,VTH不被触发,警笛声电路无电源,不发声;当瓦斯气体超过安全标准时,A、B极间电阻迅速减小,当RP的滑动触点电压大于0.7V时,VTH被触发导通,警笛声电路得电,发出报警声,任务一 使用气敏传感器检测气体,三、气敏传感器的应用,2.有害气体报警电路,在传感器接触到有害可燃气体后,A、B极间电阻变小,B点电位升高并向电容C2充电,当充电电位达到U850的导通电位(约1.4V)时,VT导通,驱动报警器KD9561报警。一旦有害气体浓度降低,使B电位低于1.4V,VT截止,报警解除。,任务一 使用气敏传感器检测气体,三、气敏传感器的应用,3.防止酒后开车控制器,若司机没喝酒,在驾驶室内合上
7、开关S,此时气敏器件的阻值很高,Ua为高电平,U1为低电平,U3为高电平,继电器K2线圈失电,其常闭触点K2-2闭合,发光二极管VD1导通,发绿光,能点火启动发动机。,任务一 使用气敏传感器检测气体,实践操作,简易酒精测试器的制作,当无酒精蒸气时,气敏电阻的阻值很大,负载获得的电压很低,即对外输出电压很低,LED不点亮;当有酒精蒸气时,随着酒精蒸气浓度的增加,气敏电阻值减小,其输出电压上升,则LM3914的LED(共10个)点亮数目也随着增加。测试时,人只要向传感器呼一口气,根据LED点亮的情况与数目可知是否喝酒,并可大致了解饮酒多少,确定被试者是否适宜驾驶车辆。,任务一 使用气敏传感器检测气
8、体,实践操作,简易酒精测试器的制作,LM3914基本电路如图所示,5脚为LM3914集成电路的信号输入端,1、1018脚为驱动输出端,接10只LED。当5脚输入一个01.2V的电压时,通过比较器即可点亮010只发光二极管。,任务一 使用气敏传感器检测气体,实践操作,简易酒精测试器的制作,主要实验器材,任务一 使用气敏传感器检测气体,实践操作,简易酒精测试器的制作,1)在万能电路板上安装、焊接LM3914集成电路插座,将外围电阻元件与LED连接并焊接。2)安装、焊接7805集成稳压电路及滤波电容。3)按照本项目任务一中的电阻测试法将MQ-3气敏传感器的4只信号输出脚短接成两个脚,按图连接在集成稳
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