第四章 气体传感器(课件）-高二《传感器电路制作与调试项目教程》同步教学（电子工业版）

传感器电路制作与调试项目教程 第3版 第四章 气体传感器 www.515ppt.com 1 接触燃烧式 热传导式 半导体式 电化学式 通用型 应用电路分析 www.515ppt.com 2 什么是气体传感器 气体传感器：是一种将检测到的气体成分与浓度转换为电信号的传感器。 www.515ppt.com 4 接触燃烧式 www.515ppt.com 5 接触燃烧式 接触燃烧型气体传感器是利用与被测气体（可燃性气体）发生化学反应时产生的热量与气体浓度的关系进行检测的传感器。这种传感器一般应用于石油化工、造船厂、矿山及隧道等场所，用来检测可燃性气体的浓度及防止危险事故的发生。 接触燃烧型气体传感器的敏感元件是用高纯度的铂丝绕制成的线圈。 基本原理 接触燃烧式 传感器工作时，铂丝先起加热作用，可燃性气体一旦与预先加热的传感器表面相接触，就会发生燃烧现象，这时传感器的温度上升，铂丝线圈的电阻值增大。 基本原理 接触燃烧式 工作电路一般接成电桥型。上图中F1是检测元件，F2是补偿元件，其作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。工作时，要求在F1和F2上保持100～200mA的电流通过，以供可燃性气体在检测元件F1上发生接触燃烧所需要的热量。当检测元件F1与可燃性气体接触时，由于剧烈的氧化作用（燃烧），释放出热量，使得检测元件的温度上升，电阻值相应增大，桥式电路不再平衡，在A、B间产生电位差。 基本原理 热传导式 www.515ppt.com 9 热传导式 热传导式气体传感器主要用来检测混合气体中的氢气、二氧化碳、二氧化硫等气体的含量或上述气体中杂质的含量。在流动的空气中放入一些比气体温度高的物体，气体会从物体中吸取热量。气体的热传导率（材料直接传导热量的能力称为热传导率，或称热导率）越大，吸收的热量也越多。 热传导式气体传感器经常被用来检测海上运输石油的船只，以确保运输的安全。 基本原理 热传导式 假如导热系数以空气为基准，则氢气相对空气的导热系数为7.15，氧气为1.013，二氧化碳为0.605。由此可以看出氢气是热的良导体，而二氧化碳是热的不良导体。 右图为两种不同型号的热传导式二氧化碳传感器。 基本原理 MD-62 NAK-21A 电化学式 www.515ppt.com 12 电化学式 电化学式气体传感器，主要利用两个电极间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。 一、基本原理 电化学式 电化学传感器有两电极和三电极结构，主要区别在于有无参比电极。两电极CO传感器没有参比电极，结构简单，易于设计和制造，成本较低适用于低浓度CO的检测和报警；三电极CO传感器引入参比电极，使传感器具有较大的量程和良好的精度，但参比电极的引入增加了制造工序和材料成本 二、基本结构 电化学式 三、种类及特点 半导体式 www.515ppt.com 16 半导体式 半导体气体传感器是利用由于气体吸附而使半导体本身的电阻值发生变化这一特性制作的传感器，常用的半导体有氧化锡、氧化锌和氧化铁。半导体气体传感器具有结构简单、使用方便、工作寿命长等特点，多用于气体的粗略鉴别和定性分析。 一、基本原理 半导体式 二、种类及特点 通用型 www.515ppt.com 19 通用型 通用型气体传感器的工作原理是：周围的环境气氛中如果存在还原性气体成分，测气探头的电阻值就会下降，这样就可以检测出各种还原性气体。典型的通用型气体传感器有MQ系列 一、基本原理 通用型 二、典型电路 通用型 三、型号及特点 应用电路分析 www.515ppt.com 23 应用电路分析 一、酒精检测仪电路 应用电路分析 一、酒精检测仪电路 分析：电路中采用酒精气体传感器MQ-3作为敏感元件，若检测到酒精气味，则气体传感器MQ-3引脚A-B间电阻变小，电位器RP的滑动端电位升高。通过集成驱动器IC对信号进行比较放大，从而驱动发光二极管显示。气体传感器的输出电压信号送至集成驱动器IC的输入端5脚，通过比较放大，当电压信号的电位高于输入端5脚的电位时，输出高电平，对应的LED发光，指示当前酒精的浓度级别。 应用电路分析 二、瓦斯报警器电路 应用电路分析 二、瓦斯报警器电路 分析：电路中，由气敏元件MQ-5和电位器RP组成气体检测电路，时基电路555和其外围元件组成多谐振荡器。当无瓦斯气体时，气敏元件A、B间的电导率很小，电位器RP滑动触点的输出电压小于0.7V，555集成电路的4脚被强行复位，振荡器处于不工作状态，扬声器不发出响声。当周围空气中有瓦斯气体时，A、B间的电导率迅速增加，555集成电路4脚变为高电平，振荡器电路起振，扬声器发出报警声。 思考题 在电路中，电位