项目1 酒精测试仪制作

4. 电路调试 （1）调试准备 ①电路焊接完成后，再次检查各元件焊接位置是否正确、有无虚焊和连焊等现象。 ②将集成电路LM3914按标志方向插入集成电路插座。 ③把稳压电源输出电压调整为5V，将印刷电路板上的电源线接至稳压电源正、负 端。 ④再次检查连接是否正确。接通+5V电源。气体传感器工作电压要达到5V以上，否 则传感器不工作。 （2）电路调试 ①将蘸有酒精的棉球靠近酒精传感器MQ-3，电路板上的二极管依次点亮。将棉球 远离酒精传感器MQ-3，二极管依次熄灭。 ②将接入电路中的电位器阻值调小，将同样的棉球接近酒精传感器MQ-3，二极管 依次点亮的速度变慢，远离时亦然。 ③将接入电路中的电位器阻值调打，将同样的棉球接近酒精传感器MQ-3，二极管 依次点亮的速度变快，远离时亦然。 （3）电路测试 将蘸有酒精的棉球放置到一定位置后，使用万用表测量下列各点电压，并填入表 1-4中。
2. 气敏电阻传感器 气敏传感器常用于化工生产中气体成分的检测与控制、煤矿瓦斯浓度检测与报 警、环境污染监测、煤气泄漏、火灾报警、燃烧检测与控制等。气敏电阻传感器能将检测 到的气体成分和浓度转换为电信号。 （1）分类 气敏传感器主要有半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感 器等，其中最常用的是半导体气敏传感器。气敏传感器主要用于检测一氧化碳气体、瓦斯 气体、煤气、氟利昂（R11、R12）、呼气中乙醇、人体口腔口臭等。
1.3.2 酒精传感器MQ-3
1. 酒精传感器MQ-3 酒精传感器MQ-3外形如图1-18所示。酒精传感器MQ-3所使用的气敏材料是在清洁 空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸气时，传感器的 电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换 为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-3半导体酒精传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾和水蒸气的干扰。 这种传感器可检测多种浓度酒精气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
1.3.4 酒精检测仪制作
1．设备及元器件 设备及元器件要求如表1-2所示。 2. 元器件识别与检测 （1）根据元器件清单，清点组件； （2）识别集成电路LM3914和气敏传感器MQ-3引脚； （3）识别发光二极管引脚； （4）使用万用表对电阻器和电位器进行检测，并记录色环电阻的阻值；
3. 焊接组装 （1）焊接前准备 ①按照工艺要求对元器件引脚进行整形处理； ②对照原理图和电路板图，查找元器件在电路板上的位置。电路版图如图1-23所示。 （2）焊接工艺要求 ①电阻器、电位器卧式贴板焊接； ②发光二极管立式贴板焊接； ③集成电路采用插座贴板焊接； ④酒精传感器MQ-3通过三根3cm的导线连接到电路板上； ⑤将二根6cm长单芯导线，两头剥约4mm挂锡，并连接到电路板的电源端；⑥焊点光 亮，不能虚焊、连焊、错焊、漏焊、铜箔脱落，同时还要注意用锡要适量。焊完之后， 将引脚剪掉，焊板上保留焊点高度0.5-1mm。 ⑦焊接时应注意LED极性连接正确。
2. 结构 MQ-3由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成。敏感 元件固定在塑料制成的腔体内，加热器为气体元件提供了必要的工作条件。 封装好的酒精传感器MQ-3有6只引脚，如图1-19所示。其中4个引脚（A-A、 B-B）用于信号输出，2个引脚（f-f）用于提供加热电流。连接电路时，f-f连接加 热电源5V。
（3）分辨率 将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率。对于数字式仪表而言，一般将该表 的最后一位所代表的数值除以该表的满量程，就可以得到该表的分辨率。 灵敏度越高，分辨力与分辨率越高，但测量范围往往越窄，稳定性也越差。 （4）线性度 传感器的输入与输出应为线性关系。这样可使显示仪表的刻度均匀，在整个测量范 围内有相同的灵敏度。线性度（也叫非线性误差）是指传感器输出与输入之间数量关 系的线性程度。用实测的输入-输出特性曲线与拟合直线之间的最大偏差 max 与满量 程输出 YFS 的百分比来表示，即
任务1 项目任务书
2.1.2 项目任务
根据给定的元器件、印刷电路板和电路图，按照电 子产品制作工艺，通过焊接、组装和调试，制作一台酒 精检测仪。
任务2 信息收集
1.2.1传感器基本知识
1.定义
传感器是将被测非电量信号转换为电量输出的器件或装置。它是实现自动 检测和自动控制的首要环节。
2. 组成
传感器一般由敏感元件、传感元件和测量转换电路三部分组成，如图1-2所示。
3. 分类
传感器种类繁多，分类方法也各不相同。 （1）根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感 器、温度传感器及气敏传感器等。 （2）根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。 （3）根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。即模 拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号。 （4）根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。有源传感器 将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源传感器不起能量 转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式传感器 等。
2. 工作过程 若检测到酒精蒸气，MQ-3引脚A-B间电阻变小，MQ-3输出电压即LM3914 的5脚电位增大。通过集成驱动器LM3914对信号进行比较放大，当LM3914输入 电压信号高于5脚电位时，输出低电平，对应LED灯点亮。LM3914根据第5脚电 位高低来确定依次点亮LED的数量，酒精含量越高则点亮LED越多。调试时通过 电位器RP调节测量的灵敏度。
a. MQ-3引脚图 b. MQ-3连接电路 图1-19 MQ-3引脚图与连接电路
1.3.3 电路原理图
1. 电路原理图 酒精检测仪电路原理图如图1-18所示。电路采用5V电源供电。气敏传感器MQ-3 检测酒精蒸气的浓度，通过电阻分压电路将酒精浓度由电阻量转化为电压量，再通过 LM3914按照电压大小驱动相应的发光管。
Байду номын сангаас
任务2 信息收集
应变片电阻改变 膜片形变（应变）
压 力 作 用
（1）敏感元件 敏感元件能够直接感知（响应）被测量，并按一定规律转换成与被测量有确定关 系的其他量。 （2）传感元件 传感元件又称变换器，能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量。 （3）测量转换电路 测量转换电路能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控 制的电信号。这些电路的类型根据传感器类型而定，通常采用电桥、放大电路、变阻 器电路、A/D与D/A转换、调制和振荡器等电路。
a) 气敏烧结体 b) 气敏电阻外形 c) 基本测量电路 图1-7 MQ型气敏电阻结构及测量电路 1-引脚；2-塑料底座；3-烧结体；4-不锈钢网罩；5-加热电极；6-工作电极；7-加热电源；8-测量电源 ①、②-加热电极两端；③、④-工作电极两端
（3）灵敏度 气敏电阻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，其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性，如图1-8所示。这种特性较适用 于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警，被广泛用于煤炭、石油、化工、家居 等各种领域。
图1-8 气敏传感器灵敏度
3. 应用实例
一氧化碳传感器
甲烷传感器
有毒气体报警仪
酒精检测仪
煤气报警器
使用传感器检测尾气
任务3 项目实施
1.3.1框图
酒精检测仪框图如图1-17所示。酒精检测仪由酒精气体传感器、信号处理 电路、执行机构和LED显示器等部分组成。酒精气体传感器使用MQ-3还原性气体传 感器，分压电路将电阻的变化量转换成电压的变化量。集成芯片LM3914作为执行 机构来驱动LED。LED显示器由10个发光二极管构成，酒精浓度越大，点亮的二极 管越多。
任务4 项目考核
Ef max 100% YFS
图1-4 线性度示意图
（5）迟滞 迟滞是指传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入-输 出特性曲线的不一致程度，同常用 E 表示
t
Et =
ΔH max ×100 % YFS
（6）测量范围与量程 测量范围是指正常工作条件下，传感器测量的总范围，以测量范围的下限值和上限 值表示。如某温度传感器的测量范围是-100～350℃。 量程是测量范围上限值与下限值的代数差。如上述温度传感器的量程是450℃。 （7）稳定性 稳定性包括时间稳定度和环境影响量。 一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定度。例如，某仪表输出电压 值在5h内的最大变化量为1.5mV，则表示为1.5 mV/5h。 （8）可靠性 可靠性是反映传感器和检测系统在规定的条件下和时间内，是否耐用的一种综合性 的质量指标。 （9）电磁兼容性（EMC） EMC是指电子设备在规定的电磁干扰环境中能正常工作，而且也不干扰其他设备 的能力。
1.2.2 气敏电阻传感器
1. 电阻式传感器 电阻式传感器能将被测非电量（如位移、应变、浓度、温度、湿度等）的 变化转换成导电材料的电阻变化。导电材料的电阻不仅与材料的类型、几何尺寸 有关，还与温度、湿度和变形等因素有关，电阻式传感器就是利用导电材料的电 阻对非电物理量具有较强的敏感性而制成的。 常见的电阻式传感器有应变式电阻传感器、热敏电阻传感器、气敏电阻传 感器、光敏电阻传感器、湿敏电阻传感器等。
（4）故障排除 电路焊接正确时，若不接触酒精气体，LED灯都不亮，也不出现冒烟等异常现 象；将含有一定浓度的酒精气体物品靠近气敏传感器MQ-3 ，发光二极管LED1灯点 亮，随着酒精浓度不断增加，LED灯依次点亮。 常见故障及排除方法： ①接触酒精后电路不工作，主要原因可能是集成驱动芯片LM3914安反或者MQ-3 接错。 ②接触酒精后，点亮的发光二极管个数随距离变化不明显，主要原因是电路不 够灵敏，应适当调节电位器。
4. 特性 传感器的特性如下： （1）灵敏度 灵敏度是指传感器在稳定状态下，输出变化量Δy与输入变化量Δx的比值，表示为
K=
Δy Δx
1-1
灵敏度是输入-输出特性曲线的斜率，对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非 线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变化。从输出曲线上看，曲线愈陡，灵敏 度越高。一般希望灵敏度K在整个测量范围内保持为常数。 （2）分辨力 分辨力是指传感器能够检测出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力 时，传感器对输入量的变化无任何反应。对于模拟式仪表，分辨力即面板刻度盘上的 最小分度；对于数字式仪表，若没有其他附加说明，一般认为该表的最后一位所表示 的数值就是它的分辨力。
a. MQ-K2型可燃气、烟雾传感器 b. MQ-K3型酒精传感器 c. MQ-K7型一氧化碳气体传感器 d. MQ-K10型抗干扰甲烷传感器 图1-6 各种气敏传感器
（2）结构与原理 MQ型气敏半导体器件是由塑料底座、电极引线、不锈钢网罩、气敏烧结体以 及包裹在烧结体中的两组铂丝组成。一组铂丝为工作电极，另一组（下图中的左边铂 丝）为加热电极兼工作电极。 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）。
电子与信息技术专业 传感器技术
项目一 酒精测试仪制作
岳阳县职业中等专业学校
任务1 项目任务书
1.1.1 项目描述
2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50%～60%的交 通事故与酒后驾驶有关。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事 故达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关。为 防止机动车驾驶员酒后驾车造成事故，避免人员伤亡和财产的重大 损失，对驾车人员呼气中酒精含量的检测非常重要，酒精浓度检测 仪得到了广泛应用。