项目二气敏电阻传感器(1)

还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、 酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO 或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活 剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器 件。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
前端部分MQ3传感器和分压电路按照常 规设计即可，执行驱动声光指示的电路需要 驱动多个发光管及一个蜂鸣器，即需要将分 压电路输出的电压转换成LED线段显示，同 时在某点驱动蜂鸣器发声。拟用LED通用电 平显示驱动芯片LM3914作为执行机构。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
1.MQ3气敏电阻传感器
图
矿井瓦斯超限报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例6：汽车尾气分析
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例7：有毒气体传感器的使用
伊拉克战争中美国士兵就配备了一个可探测有毒气体的传感 器(工作时间仅为20多秒)
甲醛传感器CH2O/S-10: 测量范围 : 0- 10 ppm(百万分之一 ) 最大负 荷 : 50ppm 工作寿命 : 空气中3年
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
酒 精 传 感 器
其他还原性气体传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
常见气体传感器产品
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
还原性气敏电阻工作时必须加热到200300℃，其目 的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气 敏电阻表面的污物（起清洁作用）。
案例1.燃气报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例2.抽油烟机自动启动及报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例3.酒精传感器
案例4. 防止酒后开车控制器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例5：矿灯瓦斯报警器
矿灯瓦斯报警器装配在酸性矿工灯上，使普通矿灯兼具照 明与瓦斯报警两种功能。当矿灯在空气中监测到甲烷气体 达到报警浓度时，矿灯每秒闪一次。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 任务分析
具体知识点如下： 1. 了解MQN型气敏电阻传感器的基本转化原理； • 2. 熟悉MQ-3型酒精传感器的结构及应用； • 3. 掌握LM3914LED通用电平显示驱动芯片的作用 原理 • 4.掌握酒精浓度检测仪电路分析
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 气敏电阻传感器
☆功用：检测环境气体成分及浓度，并对其进 行控制和显示 ☆应用领域：1）煤矿瓦斯浓度监测 2）家庭煤气泄漏报警
3）塑料大棚CO2浓度监测
4）锅炉、汽车发动机气缸氧含 量监测等等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
各类易燃、易爆、有毒、有害气体的 检测和报警都可以用相应的气敏传感 器及其相关电路来实现，如气体成分 检测仪、气体报警器、空气净化器等 已用于工厂、矿山、家庭、娱乐场所 等。 家用燃气泄漏报警器
3.酒精液体校准
按照传感器使用要求，先通电将传感器预热。 使用乙醇液体作为酒精气体的散发源，先使用50% 乙醇水溶液，再具体调节乙醇含量。 最终得到200ppm的酒精调试系统。
气敏电阻分类
半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、 稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛； 半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检 测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻 值随气体浓度的增大而增大。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
还原性气体是在化学反应中能给出电子，化学价 升高的气体。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——制作
根据六步教学法的流程和制作要求，列出所 需工具表
按照设计原理图，列出应准备的元件清单
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
1.检查电源回路 通电前，用数字万用表二极管通断档测量电 源正负接入点之间的电阻，应为高阻态。 目测IC的正负电源是否接反。
特点
•对乙醇蒸气有很高的灵敏度 和良好的选择性 * 快速的响应恢复特性 * 长期的寿命和可靠的稳定性 * 简单的驱动回路
封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４ 个用于信号取出，２个用于提供加热电流。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
2. LED通用电平显示驱动芯片LM3914 10个电压比较器 10个1kΩ精密电阻串联组成的分压器——分别 向各电压比较器提供比较基准
2）半导体型的酒精测试仪是采 用化学物氧化锡作为传感器，这种 物质在不同的温度条件下，对酒精、 汽油、香烟等气体具有不同的灵敏 度，当它在高温下遇到酒精时，电 阻值就会急剧减小。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 任务要求
• 1. 以气敏传感器为传感元件，将气体中酒精浓度转 化为电阻； • 2. 对于气体中酒精浓度的不同能够有明显区别的不 同提示； • 3. 当酒精浓度到达一定阈值时能够发出声光报警； • 4. 鼓励采用单片机为控制单元，并酌情加分； • 5. 最终上交调试成功的试验系统--酒精浓度检测仪； • 6. 要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用 说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。
同学们好！
复习
♥传感器的静态特性 ♥测量误差的分类
项目二 酒精浓度检测仪的设计 项目描述
设计一种仪器能够监测驾驶员体内酒精含量
国家规定：
车辆驾驶人员血液酒精含 量大于或等20mg/100ml， 小于80mg/100m1的，属于 酒驾；血液酒精含量大于 或等于80mg/100m1的，属 醉驾。
酒精测试仪通常又分为电化学型和半导体 型两种。 1）电化学型的酒精测试仪，以燃 料电池作为传感器。测试时，呼出的 气体进入仪器的燃烧室。如果气体中 含有酒精，酒精就会在催化剂的作用 下充分燃烧，转变成电能。这种传感 器的电极采用贵金属材质，因此这类 测试仪的价格也相当昂贵，一般都在 万元以上。
核心电路采用塑封双列直插的18脚LED点条显示驱 动集成电路LM3914
LM 3914 电路 构成 及引 脚功 能图 1.25V
ＬＥＤ灯如何点亮？
解释： 为了驱动ＬＥＤ１发光，集成电路ＬＭ３９ １４的１脚输出应为低电平，因此要求电压 比较器异相（－）端的输入电压>=0.125V； 同理，要使ＬＥＤ2发光，异相（－）端的 输入电压>=0.125×2=0.25V等等
电化 学气 敏传 感器
半导 体气 敏传 感器
Fra Baidu bibliotek
较贵
60%
基本常识：
一般将在空气中达到一定浓度、触 及火种可引起燃烧的气体称为可燃性气 体，如甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚 、一氧化碳、氢气等均为可燃性气体。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏电阻分类
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝 （也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对 铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与 可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层 上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也 上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可 燃性气体的浓度。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路及工作原理
• 本设计采用5V电源供电，前端是MQ3型酒精 气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒 精浓度由电阻量转化为电压量，在通过驱 动芯片LM3914按照电压大小驱动输出相应 的发光管，当到达一定阈值时蜂鸣器被触 发，发出报警声。调试时通过电位器RP调 节测量的灵敏度。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 整体方案设计
根据自动检测系统的组成结构，该酒精浓度检测 仪应该包含酒精气体传感器、信号处理电路和执 行指示机构等部分。
酒精蒸 气浓度 MQ 3 电阻 分压 电路 电压 执行 机构 声 光 指 示
被测 者
图 酒精浓度检测仪的结构
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
气敏电阻使用时应尽量避免置 于油雾、灰尘环境中，以免老化 特点： 灵敏度很高，在被测气体浓度较低时有较大 的电阻变化，而当被测气体浓度较大时，其 电阻率变化逐渐趋缓，有较大的非线性。这 种特性较适用于气体的微量检测、浓度检测 或者超限报警。控制烧结体的化学成分及加 热温度，可以改变它对不同气体的选择性。
工作原理：N型半导体的表面在高温下遇到离解能力 较小(易失去电子)的还原性气体时，气体分子中的电 子将向气敏电阻表面转移，使气敏电阻中的自由电子 浓度增加，电阻率降低，电阻减小。这样就把气体浓 度信号转换成电信号。
气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图这 些曲线，有何特 点？可以得出哪 些启示？请说明 非线性特性对浓 度超限报警是否 有利，为什么？
6 7 5V + 3 9 10 11 12 13 14
R2 300Ω
R5 2.7K
红 色 LED6-9
T2 9013
2
1
4
A
8 5
T1 9013
R6 100Ω
3
6
R1 1.8K
R4 3.9K
RQ1 MQ-3
5
IC1 LM3914
15 16 17 18 1
绿 色 LED1-5
R3 1.5K
蜂 鸣 器
Rp 20K
4 2
FM1
5V-
图 酒精浓度检测仪原理图
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——小组讨论完成
传感器MQ-3和集成芯片LM3914的供电电源在哪？是
多少？ MQ-3传感器的输出电阻随酒精浓度如何变化？输出 电压通过什么提供呢？ LM3914是点状显示还是条状显示？怎么看出来的？ LM3914输出的LED灯亮度怎么调？具体阻值增大，亮 度是减弱还是增强呢？ 说出随着酒精浓度的增大，LED灯逐次点亮的过程分 析，并说明怎么区分酒驾与醉驾? 当超限后如何报警的？
6 5V + 7
3
R5 2.7K
1kΩ + A 8 5
9 10 11 12 13 14
红 色 LED6-9
R2 300Ω
T2 9013
T1 9013 R6
R1 1.8K 0.2~5V Rp 20K 0V-
R4 3.9 K
IC1 LM3914
15 16 17 18 1 2
100Ω
绿 色 LED1-5
直线驱动10个发光二极管LED组成的10段“线” 或“点”式条图显示器 对被测量的变化反应迅速且真实；无阻尼现 象；抗干扰能力强。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
10个发光二极管LED作为输入端电平变化的显示， 输入端电平信号可以是通过各类传感器和变换电路而 探测的各种物理量，如电压、电流、温度等
一氧化碳传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
2.气敏电阻工作原理
气体浓度不同
气敏电阻阻值变化
气敏电阻工作原理动画演示
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏电阻分类
气敏电阻
接触 燃烧 式传 感器 对气体的选 择性不好
图 热导式气敏传感器 a）结构 b）测量电路
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏电阻分类
电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、 有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气 体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离 子作用于离子电极产生的电动势。
CO2 H2 O H HCO

3
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
R3 1.5K
蜂 鸣 器
4
FM1
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
没有一个LED被点亮
LM3914周边电路 没有配合好，或 电路某点开路
有几个LED未被点亮
电位器RP阻值偏 小，调大一下再 试
后面电路发生开 路，或三极管烧 坏
蜂鸣器未发出声响
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
2.电压直接调节
用一组5V稳压电源使系统通电 用另一组稳压电源输出调至0.2V，电源正通过一个 1kΩ电阻接入A点，电源负于系统电源负短接。 调节电源从0.2～５V，观察LED和蜂鸣器的变化。 LED1～LED9挨个被点亮，在LED5和LED6被点亮之间 蜂鸣器将发出声音，并一直持续。