MQ-3酒精传感器的介绍

2.3.1酒精传感器的介绍

酒精传感器MQ-3 的基本原理可简述为将探测到的酒精浓度转换成有用电信号的器件，并根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息[11]。MQ-3 型气敏传感器由陶瓷管和二氧化硅敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。

气敏传感器的外观和相应的结构形式如图 2.4 所示，它是由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层，测量引脚电极和温度加热器组成[12]。敏感元件固定在塑料或不绣钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有六个管脚输出，其中四个用于信号的取出，二个用于提供加热的电流。

图2.4 酒精传感器的外观和相应的结构形式

图中①、②、③分别表示MQ-3 乙醇传感器的引脚排列图、引脚功能图、使用接线图。其中H-H 表示加热极（5V），A-A、B-B 传感器表示敏感元件的两个极，图③中框图中“V”为传感器的工作电压，同时也是加热的电压。

在工作时，气敏传感器的加热电压选取交流或直流5V 均可。当其被受热后，加温室环境中的可燃气体浓度迅速增大，传感器的内阻阻值将会迅速降低，利用该特性并结合电路分析中的分压原理，分析便得知Vout 的值将逐渐增大，当超过预设定的阈值时，可产生相应的操作[13]。经过处理后检测信号由电阻值转变成电压值，就可用于后续电路进行A/D 转换和处理。

传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面的电阻值变化。传感器表面电阻Rs 的变化，是通过与其串联的负载电阻R L

上的有效电压信号U RL输出获得的。二者之间的关系表述为：

R S/R L= (V－U RL )/U RL……………………………(2-1)

其中，V 为回路电压，电压为10V，负载电阻R L可调为0.5—200KΩ。负载电阻R L

可调，加热电压一般为5V。

传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系慎密，为了使测量的酒精浓度最高误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热 5 分钟。预热后半导体颗粒表面的吸附可导致材料载流子浓度发生相应变化，从而改变电导率，使传感器输出电压信号发生改变

来相应反映浓度变化[14]。

半导体方式的MQ-3 酒精传感器具有灵敏度高、电路简单、使用方便、所需费用低、稳定性好以及寿命长等优点，可以把气体信号转换为电压信号输出，因此得到广泛应用。MQ-3 酒精传感器可用于机动车驾驶员呼气中酒精浓度的检测，以及其它严禁酒后操作的现场环境探测，也可用于其它场所的乙醇蒸气勘测工作等。MQ-3 酒精传感器的实物中包含有6 只针状管脚，其中4 个管脚（两个A 和两个B）用于信号读取，两个H 脚用于提供加热电流。

2.2.3MQ-3 灵敏度

市面上用的最广的酒精传感器是MQ-3 乙醇传感器。

MQ-3 乙醇气体传感器的突出技术特点为：

★对乙醇蒸汽具有较高的灵敏度和优秀的选择性；

★响应时间短并且恢复时间短的特性；

★长期的使用寿命和可靠检测的稳定性；

★驱动电路简单；MQ-3 型气敏传感器技术指标如下：

★使用气体：酒精（乙醇）；

★探测范围：10-1000*10-6 ；

★灵敏度：air/Rin typical gas5；

★特征气体：100*10-6；

★敏感体电阻：400-4000kΩ（空气中）；

★响应时间：10s（70% Response)；

★恢复时间：30s（70% Response)；

★加热电阻：31Ω±3Ω；

★加热电流：180mA；

★加热电压：5V±0.2V；

★加热功率：900mW；

★工作条件：环境温度：-10~65 摄氏度湿度：95%RH；

★贮存条件：温度-20~70 摄氏度，湿度：70%RH；

图2.5 为MQ-3 灵敏度曲线，具有气敏特性的电阻，其输出的电阻阻值会随着乙醇气体浓度的变化而相应变化。

图2.5 MQ-3传感器灵敏度曲线

MQ-3 输出电压与酒精浓度关系通过实际测量，MQ-3 模拟端的输出信号与酒精浓度特性曲线近似为线性的关系[15]，如图2.6 所示。

图2.6 输出电压与酒精浓度的关系

[11]吴金宏,张连中,刘丽娜.光电开关及应用.国外电子元器件[M] ,2001,5:14~18.

[12]卜云峰.检测技术[M].北京:机械工业出版社,2005,1:13-15.

[13]常健生主编.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,2008.4:36～64.

[14]谢望.光电传感器技术的新发展及应用[M].仪器仪表,2005,12:1~2.

[15]A.S.K Kasalkin. Electrical Engineering [M]. Mir Publishers use Moscow,2004:109~137.