家用瓦斯报警器系统设计

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自动测试与检测技术课程设计

姓名:

指导教师:

专业名称:

所在系部:

2011年5月

摘要

家庭使用液化气、煤气作燃料的越来越多,但是这些气体有害、易爆炸,隐患事故多,如气体泄漏时不能及时发现和处理,会给家庭及邻居带来灾难性危害。针对这种情况我们需要设计一个能够自动检测有害气体的装置,要求这种装置,在检测到煤气泄漏或其他有害气体意外排放时,能产生报警,以达到保障人民生命财产安全。

我们这次将介绍QM-N10传感器在检测天然气、煤气、液化石油气等有毒及易燃易爆气体泄漏中的具体应用。

关键字:有毒易燃气体检测,QM—N10气敏传感器

Abstract

Household use LPG, town gas, more and more, but these harmful gases, explosive, hidden accidents, such as gas leakage detection and treatment can not be timely, family and neighbors would bring disastrous harm. For this we need to design a device that automatically detects harmful gases, requiring such a device detects gas leaks or other accidental releases of harmful gases, can produce alarm, to achieve the protection of people's lives and property.

This time we will introduce QM-N10 sensor detects natural gas, coal gas, liquefied petroleum gas and other toxic and flammable and explosive gas leakage in

the specific application

Key Words:Toxic and flammable gas detection, QM-N10 gas sensor

目录

一气敏传感器的基本介绍和实用电路

1.1 气敏传感器的基本介绍

1.2几种常见气敏传感器和所构成的实用电路二电路设计方案及流程

2.1 设计要求

2.2 电路原理图

2.3 设计流程

三毒气检测电路的工作原理

3.1 QM—N10气敏传感器

3.2电路工作过程分析

四电路中的其他元件

4.1 二极管、三极管、电容、电阻、电位器

4.2驱动芯片U257BG

五电路的调试与元件报价

5.1 问题与发现

5.2 原件清单及报价

六课程设计总结

七参考文献

一气敏传感器的基本介绍和实用电路

1.1气敏传感器的基本介绍

1.1.1所谓气敏传感器,是利用半导体气敏元件同气体接触,造成半导体性质变化,借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。

早在20世纪30年代就已经发现氧化亚铜的导电率随水蒸汽的吸附而发生改变。其后又发现许多其他金属氧化物也都具有气敏效应。这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料,因此称之为半导体陶瓷,简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相比具有工艺简单、价格低廉等优点,因此已经用它制作了多种具有实用价值的敏感元件。

气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。

半导体气敏传感器的种类如表1所示。

表1 半导体气体传感器的分类

主要物理特性传感器举例工作温度典型被测气体

电阻式电

表面控制型氧化银、氧化锌室温~450℃可燃气体

体控制型

氧化钛、氧化钴、氧化镁、

氧化锡

700℃以上

酒精、氧气可燃性气

非电阻式

表面电位氧化银室温硫醇

二极管整流特性铂/硫化镉、铂/氧化钛室温~200℃

氢气、一氧化碳、酒

晶体管特性铂栅MOS场效应晶体管150℃氢气、硫化氢

1.1.2气敏电阻的工作原理

气敏电阻的材料是金属氧化物,在合成材料时,通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成,金属氧化物半导体分N型半导体,如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等;P型半导体,如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度,合成材料有时还渗入了催化剂,如钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)等。

金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中,空气中的氧和NO2这样的电子兼容性大的气体,接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷,结果使N型半导

体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少,使表面电导减小,从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧起反应,将被氧束缚的电子释放出来,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。

该类气敏元件通常工作在高温状态(200~450℃),目的是为了加速上述的氧化还原反应。

例如,用氧化锡制成的气敏元件,在常温下吸附某种气体后,其电导率变化不大,若保持这种气体浓度不变,该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加,尤其在l00~300℃范围内电导率变化很大。显然,半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。

气敏元件的基本测量电路,如图1所示,图中E H为加热电源,E c 为测量电源,电路中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化,输出电压(信号电压)由电阻R O上取出。气敏元件在低浓度下灵敏度高,在高浓度下趋于稳定值。因此,常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。

由上述分析可以看出,气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此,气敏元件结构上,有电阻丝加热器,1和2是加热电极,3和4是气敏电阻的一对电极。

氧化锡,氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图2所示。

图1气敏元件的基本测量电路图2气敏元件输出电压与温度的关系

1.2几种常见气敏传感器和所构成的实用电路

1.2.1.气敏电阻元件的种类

气敏电阻元件种类很多,按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。

1)烧结型气敏元件

将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中,经加热成型后低温烧结而成。目前最常用的是氧化锡(SnO2)烧结型气敏元件,用来测量还原性气体。它的加热温度较低,一般在200~300℃,SnO2气敏半导体对许多可燃性气体,如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇

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