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1、工作任务5-2气敏电阻传感器 电子课件 中职 传感器技术及应用（高教版）之二之二 气敏电阻传感器气敏电阻传感器 压力、气体和湿度虽是不能直接测量的，需要借助于某种物体的物理参数随压力、气体和湿度不同而明显变化的特性进行间接测量。这些传感器就是通过测量某些物理量参数随压力、气体和湿度的变化而间接测量压力、气体和湿度的。压力、气体和湿度的测量与控制，同样需要把这些物理量转换成电量，所以也就产生了把压力、气体和湿度的物理量转换为电量，才能完成它们的检测与控制。任务描述任务描述 这几个物理量与上述其它物理量不一样，而是由它的量变完成检测与控制，传感器把它们的量变转换成电能。力电传感器、气敏传感器和湿敏
2、传感器电路是由这几个的量源、转换器件和控制电路组成的，如下图所示。任务条件任务条件 压力、气体和湿度传感器电路是以力电、气敏、湿敏传感器为核心的测量、控制及应用电路，正确选择力电、气敏、湿敏传感器是实现压力、气体和湿度测量和控制的关键。由于力电、气敏、湿敏传感器是把压力、气体和湿度量值转换为电能信息，所以除了声电和振动类传感器，驱动电路是必需的电路。执行机构是终端，它可以采用不同的执行方式模式，一般是光、电、声、机械模式。气敏电阻传感器简称气敏传感器。气敏传感器是一种能感知环境中某种气体及浓度的传感器。它利用化学、物理效应把某些气体及其浓度的信息转换成电信号，经电路处理后进行监测、监控和报警。
3、如家庭使用的抽油烟机上的煤气或液化气泄漏报警和自动排气装置、煤矿坑道一展瓦斯报警器、交警用的乙醇（酒精）检测仪等都是采用气敏传感器作为检测器件制成的。由气敏传感器MQK-2A构成的排气扇有害气体报警电路，可用于家庭有毒、有害可燃气体的自动报警。电路图如下图。1.由气敏传感器由气敏传感器MQK-2A构成的排气扇构成的排气扇 有害有害气体报警电路气体报警电路 气敏传感器MQK-2A构成的排气扇有害气体报警电路线路板如下图安装电路注意事项安装电路注意事项 （1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；注意
4、调整电位器RP1、RP2、RP3达到电路所要求的功能；（3）特别检查气敏传感器RQ的质量，它是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项安装电路注意事项 （4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路组成和功能作用 该装置由气敏传感器RQMQK-2A，一块集成电路四位比较器IC2LM324为主构成的、电路只使用了其中的三个运算放大器，三极管VT18050和继电器JK组成的继电器开关电路，三极管VT2、VT38050、语音集成
5、IC3KD9561、指示器BL、发光二极管LED1LED3等组成有害气体报警电路。电路调节RP1可使LED1正常时熄灭；调节RP2可调整声光报警的启动点；调节RP3可调整排气扇的启控点。该电路对室内有毒气体分两次浓度检测，在有害气体浓度达到0.15%（CO为0.03%）时排气扇首先自动启动；当有害气体排出，空气洁净后，排气扇自动关闭。只有在有害气体泄漏严重、排气无效，浓度达到0.2%（CO浓度大于0.03%）时，报警电路才发出声光报警。电路工作过程电路工作过程 当气敏传感器MQK-2A加热极（f-f）烧断时，IC2比较器“9”脚输入低电平，C翻转，“8”脚输出高电平，VT3导通，LED1点亮，
6、以示电路检测功能失效；VD3为温度补偿二极管；R2、VD1、VD2、C3组成开机RC延时电路。可避免开机误报警，R2的电阻值可根据延迟时间的长短选择。电路在正常状态下，有毒气体浓度低于0.15%（CO为0.03%）时，气敏传感器MQK-2A经过VD1的输出信号电平为低电平，加在IC2LM324的A、B两个比较器的“3”“5”脚电平，但低于“2”“6”脚的基准电平，“1”“7”脚输出低电平，三极管VT2、VT1截止，所以报警电路及排气扇均不能启动。在有害气体浓度达到0.15%（CO为0.03%）时，气敏传感器MQK-2A经过VD1的输出信号电平为高电平，加在IC2LM324的B比较器的“3”脚电
7、平，高于“6”脚的基准电平，“7”脚输出高电平，三极管VT1导通，继电器JK吸合，排气扇启动。但如果气敏传感器MQK-2A经过VD1的输出的高电平仍低于IC2LM324的A比较器的“2”脚的基准电平，VT2仍截止，报警电路未被启动。只有在有害气体泄漏严重、排气无效，有毒气体浓度达到0.2%（CO浓度大于0.03%）时，气敏传感器MQK-2A经过VD1的输出信号电平为更高电平，如果高于IC2LM324的A比较器的“2”脚的基准电平，“1”脚输出高电平，三极管VT2导通，扬声器BL发出报警声音，发光二极管LED3也点亮报警。由酒精传感2.由酒精传感器由酒精传感器QMN19构成的酒精构成的酒精浓度测
8、试仪浓度测试仪器QMN19构成的酒精浓度测试仪，可用于测试酒精浓度并由液晶显示屏显示出来。电路图如图所示。酒精传感器QMN19构成的酒精浓度测试仪线路板如下图。安装电路注意事项安装电路注意事项 （1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；注意调整电位器RP2，使基准电压为2.560V；（3）特别检查酒精传感器的质量，它是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项安装电路注意事项 （4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测
9、试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。按图电路，焊接和安装元器件和QMN19酒精传感器，接上电源，用棉花球沾不同浓度的酒精放在酒精传感器上，测试电路中的uout 输出电压，和液晶屏显示的数据进行比较并记录在表中。电路组成和功能作用电路组成和功能作用 该电路主要是由酒精传感器QMN19测试电路、微处理器电路、液晶显示电路、基准电压电路、电压变换电路和蜂呜器报警电路组成。电路在测试酒精浓度时，除了由液晶显示器能够显示酒精浓度外，超过设定的酒精浓度时，电路会自动发出报警声音。电路工作过程电路工作过程 电路接通12V电源后，按下S1键，解除对测试键S2的封锁，再按
10、下S2键，可以对酒精传感器QMN19吹气，液晶显示器LCD1显示酒精的含量，此时再按一下S2键，液晶屏上显示的酒精含量数值不变，在显示20s后消失。之后可以重新对酒精进行测试。由酒精传感器QMN19检测到酒精的浓度信号后，经R2、VD1、VD2、C3组成开机RC延时后送入IC2LM324进行放大，并由“1”脚输出，RP1是用来调节输出的精度的。“1”脚的信号送入微处理器IC3STC5616AD的“18”脚，在微处理器内部进行计数处理。微处理器内部已经编入程序，并且以“19”脚输入的2.560V为基准，信号经比较处理后由“21”“27”脚输出送到液晶显示屏LCD1RT1602显示。微处理器“20
11、”脚同时输出低电平，液晶显示屏才能点亮。信号经比较处理后由“21”“27”脚输出送到液晶显示屏LCD1RT1602显示。微处理器“20”脚同时输出低电平，液晶显示屏才能点亮。电路由IC4TL431组成二次稳压电路，输出稳定的2.560V电压作为酒精测试的基准电压。由IC47660反转电压变换器提供给IC2工作的5V电源。在微处理器上设置了某一酒精浓度超标，在进行测试时，如果酒精浓度达到了这一设置浓度时，由IC3的“1”脚输出低电平，使三极管VT2导通，蜂呜器B1发出报警音，电路就可以作为酒精测试浓度超标报警使用。由氧传感器KE-50构成的缺氧报警器。它可以灵敏地检测长时间空气不流通的深井、古井
12、或煤矿坑道缺氧情况，适用于需要对氧气进行检测的场合，防患于未然。电路图如下图。3.由氧传感器由氧传感器KE50构成的缺氧报构成的缺氧报警器电路警器电路氧传感器KE-50构成的缺氧报警电路线路板如下图。安装电路注意事项安装电路注意事项 （1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；注意调整电位器RP1；（3）特别检查氧传感器的质量，它是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项安装电路注意事项 （4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工
13、作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路组成和功能作用 由上图所示电路由双运算放大集成电路IC1LM358，三端稳压器IC2LM7805，氧传感器RQKE-50，继电器JK电路和蜂呜器B1、发光二极管LED1报警电路组成。氧传感器KE-50在正常空气中的氧气浓度为21%时，其输出电压为40mV；当浓度降低至10%时，也就是说空气中的含氧量降低到正常值的一半时，传感器输出电压为20 mV。电路工作过程电路工作过程 氧传感器KE-50检测出氧气含量，输出2050 mV的电信号，经过电阻R11、R12进入到双运算放大集成电路IC1
14、的“2”脚进行放大，放大后的信号由“1”脚输出加入到“5”脚。由IC1内部的第二个运算放大器和外围元件R3、R4、R5、RP1组成比较器，调整RP1后的基准电压输入到IC1的“6”脚，“5”脚的输入电压与“6”脚的基准电压进行比较。空气含氧正常时，氧传感器KE-50输出了信号较高，IC1的“1”脚电压较高，即比较器的“5”脚输入的电压较高，并比“6”脚的基准电压高，“7”脚输出低电平，三极管VT1截止，蜂呜器B1和发光二极管LED1没有发出警示。在缺氧时，氧传感器KE-50输出了信号较小，使IC1的“1”脚电压较低，即比较器的“5”脚输入的电压较低，当这比较电压比“6”脚的基准电压低时，“7”
15、脚输出高电平并使三极管VT1导通，继电器JK吸合，蜂呜器B1发出声音、发光二极管LED1点亮，此时表示缺氧状态。气敏传感器电路符号与标称气敏传感器电路符号与标称 气敏传感器种类很多，一般按不同的气体，有不同的气敏传感器，但无论何种用的传感器，其外形及引脚大多是一样的。气敏传感器外形及电路符号如下图。其在电路中用文字符号RQ表示。气敏传感器的实物图如下图。（a）外形（b）电路符号 气敏传感器外形及电路符号气敏传感器实物图气敏传感器分类气敏传感器分类 气敏传感器是气敏电阻传感器的简称，又称为气敏元件。它是由某些非化学配比的金属氧化物半导体材料制成的。在没有接触到测试的气体时，有很高的的电阻值，达到
16、几十千欧姆。当接触到测试的气体时，电阻值下降，下降的程度随环境中的测试气体成分和浓度不同而不同。所以根据这种变化可以检测气体的成分和浓度。气敏传感器对可燃气体进行检测、检漏、监控时具有灵敏度高、稳定性好、响应和恢复时间短、电阻变化大的优点。气敏传感器分为N型、P型和结型3种。常见的是N型和P型两种。N型气敏传感器采用氧化铟、氧化锌、氧化锡等材料制成。当检测到甲烷、一氧化碳、天燃气、煤气、液化石油气、乙炔、氢气等气体时，其电阻值减小。P型气敏传感器采用氧化镍、三氧化铬等材料制成的，当检测到可燃气体时，其电阻值将增大，而在检测到氧气、氮气及二氧化碳时，其电阻值将减小。气敏传感器结构与原理气敏传感器
17、结构与原理 常见气敏传感器是采用烧结形成的管芯制造的，一般可分有直热式和旁热式两种。直热式气敏传感器结构旁热式气敏传感器结构 旁热式气敏传感器是一个表面烧结有SnO2（二氧化锡）厚膜气体敏感层的薄壁陶瓷管，敏感层两端设有一对金属电极，分别用头发丝粗细的铂铱合金丝引出后焊接在管座引脚上，在薄壁陶瓷管内装有一根绕成螺旋形的镍铬合金电阻丝作为加热器，电阻值为3040。当传感器工作时，电阻丝通电发热，将薄壁陶瓷管上和SnO2敏感层加热至200400C，这时氧化锡敏器件电阻值较小，并能够提高传感器的响应速度。由于薄陶瓷管热容量大，从而减少了环境温度变化及气流流动的影响。旁热式SnO2气敏传感器用于检测氢
18、气、一氧化碳、甲烷、异丁烷、乙醇等可燃性气体。气敏传感器主要检测对象及应用场合如表所示气敏传感器基本参数气敏传感器基本参数 一般常见气敏电阻式传感器的参数有选择性、灵敏度、分辩率、响应时间、恢复时间等。选择性是指气敏传感器对不同气体产生的反应。一些专用的气敏传感器只对某一种气体有良好的反应，对其它气体均不能产生反应。如氢敏管传感器只对氢气具有良好的选择性。铂丝气-电传感器对瓦斯气体十分敏感。而离子感烟传感器对烟雾、热和火焰反应敏感。灵敏度是指气敏传感器对气体浓度反应的不同程度。在轻微浓度气体的情况下（不会产生危害）气敏传感器不会作出反应；只有当气体浓度达到一定程度的时候，气敏传感器才会产生反应
19、。分辩率是指气敏传感器对气体浓度产生输出的量值，它是气敏传感器在一定条件下进行测量的数值。响应时间：当气敏传感器在接触到气体浓度达到阀值时到作出反应输出信号的时间。恢复时间：当气敏传感器在接触到气体浓度退出阀值时到不再作出反应输出信号的时间。气敏传感器检测气敏传感器检测 用万用表检查其发热丝f-f和电极A-B间的电阻值，可以判断气敏传感器的质量。在传感器的加热器f-f上接稳定的直流或交流电源供电，电压为Ui=5V。另外在敏感层A、B脚之间加入电压为Uc=10V直流或交流电压。用万用表连接信号输出端的电压VR，把连接好的电路置于检测环境之下，此时可以检测气敏电阻式传感器表面电阻的变化。气敏电阻式传感器表面电阻的检测电路 1.气敏传感器有什么特点和作用？2.如何判别各种气敏传感器质量？有条件情况下，可做书中给出电路的气敏电阻式传感器表面电阻的检测，如何计算出传感器表面电阻？并如何检测传感器表面电阻的变化？3.你已经做过气电传感器相关电路的产品吗？功能效果如何？试简述一下电路的工作过程和传感器性能作用。