气体传感器静态测试系统电路设计
功能气体传感器实验方案总结
功能气体传感器实验方案总结近年来，随着科技的快速发展和人们对环境质量的关注度不断加大，气体传感器作为一种重要的检测工具得到了广泛的应用。
功能气体传感器是一类专门用于检测有特定功能的气体的传感器，如一氧化碳传感器、二氧化氮传感器等。
本文将总结一个功能气体传感器实验方案，并探讨其应用前景和优势。
在功能气体传感器实验方案中，首先需要选择合适的气体传感器。
根据实验的需求和目的，选择适合的气体传感器是实验成功的关键，也是确保准确性和可靠性的前提。
一氧化碳传感器和二氧化氮传感器是比较常见的功能气体传感器，它们能够精确地检测空气中的一氧化碳和二氧化氮浓度，具有快速响应、高灵敏度等特点。
其次，在实验中需要搭建一个合适的实验平台。
实验平台的设计应当考虑到传感器的安装、数据采集和处理等方面的需求。
为了准确地检测气体浓度，实验平台需要保持一定的环境条件，并确保传感器与气体充分接触。
同时，实验平台需要配备适当的数据采集装置，以便将传感器读取到的数据转化为可视化的结果。
这样可以方便研究人员对数据进行分析和处理。
接着，在实验过程中，需要注意一系列实验参数的调整和控制。
首先是气体浓度的控制。
根据实验的需求，可以设置不同的浓度级别来检测传感器的响应情况。
同时，可以通过改变空气流速、温度等因素，模拟不同的实际环境条件，以评估传感器的性能和稳定性。
其次，需要注意实验的时间安排。
在实验过程中，研究人员应当合理安排实验时间，确保每次实验之间有足够的间隔时间，以防止前一次实验的残留影响后续实验的结果。
最后，实验中需要对实验结果进行统计和分析。
通过对实验数据的统计和分析，可以了解气体传感器的性能表现，并提出改进的建议。
功能气体传感器具有广泛的应用前景。
首先，它们可以被广泛应用于环境监测领域。
空气污染是一个全球性问题，合理地检测和监测空气中各种有害气体的浓度对于环境治理和人民健康具有重要意义。
通过使用功能气体传感器，可以实时监测空气中的有害气体浓度，及时采取相应的措施来降低环境污染。
压力传感器静态标定实验
压力传感器的静态标定实验一、实验目的要求1、了解压力传感器静态标定的原理；2、掌握压力传感器静态标定的方法；3、确定压力传感器静态特性的参数;二、实验基本原理标定与校准的概念新研制或生产的传感器需要对其技术性能进行全面的检定,以确定其基本的静、动态特性,包括灵敏度、重复性、非线性、迟滞、精度及固有频率等;例如,对于一个压电式压力传感器,在受力后将输出电荷信号,即压力信号经传感器转换为电荷信号;但是,究竟多大压力能使传感器产生多少电荷呢换句话说,我们测出了一定大小的电荷信号,但它所表示的加在传感器上的压力是多大呢这个问题只靠传感器本身是无法确定的,必须依靠专用的标准设备来确定传感器的输入――输出转换关系,这个过程就称为标定;简单地说,利用标准器具对传感器进行标度的过程称为标定;具体到压电式压力传感器来说,我们用专用的标定设备,如活塞式压力计,产生一个大小已知的标准力,作用在传感器上,传感器将输出一个相应的电荷信号,这时,再用精度已知的标准检测设备测量这个电荷信号,得到电荷信号的大小,由此得到一组输入――输出关系,这样的一系列过程就是对压电式压力传感器的标定过程,如图1所示;图1 压电式压力传感器输入――输出关系校准在某种程度上说也是一种标定,它是指传感器在经过一段时间储存或使用后,需要对其进行复测,以检测传感器的基本性能是否发生变化,判断它是否可以继续使用;因此,校准是指传感器在使用中或存储后进行的性能复测;在校准过程中,传感器的某些指标发生了变化,应对其进行修正;标定与校准在本质上是相同的,校准实际上就是再次的标定,因此,下面都以标定为例作介绍;标定的基本方法标定的基本方法是,利用标准设备产生已知的非电量如标准力、位移、压力等,作为输入量输入到待标定的传感器,然后将得到的传感器的输出量与输入的标准量作比较,从而得到一系列的标定数据或曲线;例如,上述的压电式压力传感器,利用标准设备产生已知大小的标准压力,输入传感器后,得到相应的输出信号,这样就可以得到其标定曲线,根据标定曲线确定拟合直线,可作为测量的依据,如图2所示;有时,输入的标准量是由标准传感器检测而得到的,这时的标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较,如图2所示;输入量发生器产生的输入信号同时作用在标准传感器和待标定传感器上,根据标准传感器的输出信号可确定输入信号的大小,再测出待标定传感器的输出信号,就可得到其标定曲线;图2 压电式压力传感器的标定曲线与拟合直线图3 用标准传感器进行标定的方法三、实验设备活塞式压力计、标准压力表被标定的压力传感器、数字万用表、标准砝码、工作液体蓖麻油;四、实验方法和要求1．根据要调试的压力仪表量程及准确度等级选择相适应的压力计和压力计所使用传压介质的油液;2．将压力计放到便于操作和坚固无震的平台上,调整压力计水平调节螺丝,使水平泡的气泡位于中心位置此时压力计处于水平状态;压力计的工作环境温度为20±10℃,相对湿度80%以下,周围空气不得含有腐蚀性气体;3．初使用时,首先用汽油清洗压力计各部分,然后在手摇压力泵和测量系统的内腔注满传压介质,并将内腔的空气排除;传压介质的油液必须经过过滤,不许混有杂质和污物;4．旋转手摇泵的手轮,检查油路是否通畅,若无问题,将要调试检测的压力仪表的压力传感器安装到压力计的测试接口上;5．通过压力泵手轮将内腔的空气排放干净,避免内腔的气泡对压力测量带来的影响;同时检查测量管道是否漏油,如有,必须解决此问题后才能进行下一步操作;6．打开油杯阀门,左旋手轮,使手摇压力泵的油缸充满油液,关闭油杯阀门;7．配合DC24V稳压电源、高精度万用表既可进行压力仪表的调试及检测工作;打开针形阀,右旋手轮,产生初压,使承重底盘升起,直到定位指示筒的墨线刻度相齐为止;每个测试点检测时,必须承重底盘升到定位指示筒的墨线刻度相齐位置;操作时,必须使底盘按顺时针方向旋转,角速度保持在30-120转/分之间,借以克服磨擦阻力的影响;记录每点检测结果;零点压力的测量必须打开油杯阀门使测量管道内的压力与环境大气压相等;8．检测时根据压力仪表的压力量程范围分为5-10个测试点进行上行程及下行程检测,将检测结果填入相关的检定记录报表内,做好检定记录报表;9．测试完成后做好压力室的卫生工作,保证压力室干净整洁;10．定期做好压力计的维护保养等工作;五、实验内容1、根据实验设备设计实验电路连线图,装配、检查各种仪器、传感器及压力表;2、检查实验电路及油路;3、加载、卸载,注意数据变化,并记录;压力表加载、卸载实验记录压力传感器加载、卸载实验记录4、分析、计算、处理实验数据,作出压力传感器的静态特性图,非线性、迟滞、重复性;5、用方和根法计算系统误差;五、实验注意事项1、每次加砝码时注意一定要放稳；2、在正行程测量时,当压力由1MP增加到2MP需要更换大砝码时,一定要将工作液体的压力值降低到1MP以下后才能进行更换操作；同样在反行程测量时,压力由2MP降低到1MP需要更换小砝码时,也一定要将工作液体的压力降低到1MP以下后才能进行更换操作;3、实验数据应记录清楚、准确；4、加减压操作时,注意正反行程的含义,不能反复进行调节;。
传感器与测试技术课程设计
传感器与测试技术课程设计课程背景随着科技的不断进步，各行各业对于质量以及精度要求都越来越高，而传感器与测试技术则是近几年来在这个领域中应用最为广泛的技术之一。
本课程旨在介绍传感器及测试技术的基本原理和应用，让学生掌握常见的传感器类型以及测试方法，培养学生的工程实践能力。
教学目标•了解传感器的基本结构、特点及应用场景；•掌握传感器信号采集及处理方法；•熟悉传感器测试原理及测试系统的搭建方法；•能够进行传感器性能测试和优化；•能够利用传感器设计和实现基本测量系统。
教学内容1.传感器基本原理–传感器的定义及分类–传感器的基本结构和特点–传感器信号的采集与处理–数据采集系统的搭建方法2.常见传感器的应用–光学传感器–电化学传感器–生物传感器–气体传感器–压力传感器–温度传感器–湿度传感器–加速度传感器3.传感器测试方法–传感器性能测试和指标–传感器应力测试和寿命测试–传感器信号检测方法–传感器校准方法和流程4.基本测量系统设计–传感器信号放大及滤波电路设计–基本测量系统设计流程–数据采集软件开发教学方法本课程注重理论与实践的结合，采用以下教学方法：1.讲授课程内容和原理，并且提供相关实例；2.指导学生设计并实现实际的传感器测试系统；3.组织实验演示和实验报告，以检验学生的掌握情况；4.提供课程资料和练习题，保证学生的学习质量。
实验设计作为本课程的重点内容，实验环节将涵盖常见传感器的测试和优化，具体实验内容如下：1.传感器性能测试–利用自行设计的测试平台，测量不同类型传感器的精度、线性度、静态失调、温度漂移等各项指标；–比较不同类型传感器的性能，了解其中优缺点，并进行性能优化。
2.传感器应力测试–同样利用自行设计的实验装置，模拟不同的应力情况，如弯曲、拉伸等情况下，测量传感器的响应和寿命；–通过对比，分析不同材质传感器的使用情况及优化方法。
3.基本测量系统设计–设计并实现基本测量系统，包括传感器信号放大和滤波，采样和存储等；–从实验中了解不同的放大和滤波电路，对不同的信号进行处理的方法。
基于气体传感器阵列的静态检测系统
Ａｂ ｔａ ｔＡ ｓｔ ｅｎ ｅ ｓｏ ｏ ｉ１ ｅ ｕ ｉ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ ｄ ｆｓ ｃａ ｃ ｒ ｙ，ｉ ｈ ｅ ｌ ｉ ｈ ｌｍｍａ ｌ ｎ ｘ ｌｓｖ ｈ ｎ ｓ ｈ ｈ ｍ— ｓ ｔ ｎ ｔ ｅｒａ ｆ ｔ ｅｆ ｌｅ ａ ｂ ｅａ ｄｅ ｐ ｏ ｉｅｔ ｉｇ ，ｔ ｅｃ ｅ ｉａｓｗｈｃ ａ ｉ ｎ ｆｃ ｕ ｅ ｏ ｄ ｕ ｓ ａ ｅｎ ｅ ｅ ｏ ｂ ｅｅ ｔｄ ｔ ｎ ｕ ｅｔ ｅ ｓ ｆｔ ｆｐ ｏ ｌ ’ ｃ ｌ ｉｈ ｅ ｓｌ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｄ ｔ ｒ ｇ ｒ ｅ ｄ ｄ ｔ ｅ ｄ ｔ ｃｅ ｏ ｅ ｓ ｒ ｈ ａｅ ｙ ｏ ｅ ｐ ｅ Ｓ ｙ ｌ ｅ ｎ ｒ ｐ ｒｙａ ｄ ｍｉ ｉ ｉｅｌ ｓｅ ． Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｕ ｅ ｈ ｅｈ ｄｏ ｅ ｉ ｎ ｕ ｔ ｒｇ ｓｓ ｎ ｏ ｒａ ｉ ｓａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔ ｎ ｎｍ ｚ ｓ ｓ ｖ ｏ ｉ ａ ｅ ｓ ｓｔ ｅｍ ｔ ｏ ｆ ｍ ｃ ｄ ｃｏ ａ ｅ ｓ ｒａ ｒ ｙ ｓ ｏ ｓａ ｉ ｔ ｓｉｇ ｔ ｅｅ ｔｓ ｍｅｅ ｓｌ ｏ ａｉ ｎ ｏｓ ｎ ｕ ａ ｅ． Ｈ ａ ｄ ｒ ｎ ｈ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉｎｏ ｔｔ ｅ ｔｎ ｏｄ ｔ ｃ ｏ ａ ｉ ｖ ｌｔｌ ａ ｄ ｐ ｉｏ ｏ ｓｇ ｓ ｓ ｃ ｙ ｅ ｒ ｗａ ｅａ ｄ ｔ ｅｓ ｆｗａ ｅｄ ｓｇ ｆ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ａｅ ｇｖ ｎ Ｔｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃｃ ｒ ｅ ｆｇ ｓ ｓａ ｅｏ ｔ ｉｅ ｈ ｏ ｇ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ． Ｔｈ ｅ ｈ ｙ ｔｍ ｒ ｉｅ ． ｅ ｃ ａａ ｔｒｓｉ ｕ ｖ ｓ ｏ ａ ｅ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｅ ｐ ｒ ｍ ｎｓ ｅｒ —
对一些爆炸物及有毒气体的检测 ， 对促进社会安
全以及防毒 、 防爆等领域的发展具有重大的意义 。 本文设 计 了一种 采用气体 传感 器阵列 进行识 别某 些有毒有害气体的静态检测系统 ， 它能快速地得 到被检 测气 体 的特 征信 号 曲线 ， 然后 采 集 数据 并
SPCE061A在传感器测试系统中的应用与设计
有 自动增益控制 （ ＧＣ 功能 ； Ａ ）
・
量 出已知气体 中气体传 感器 电导 的变化 ，就 可测量 出该气 敏 传 感器 的性能 指 标 。气敏 传 感器 的测 试 电路如 图 １所 示 ，负载 电阻 Ｒ 串联 在传感器 中，串联 回路施加工作 电压 Ｖ ，Ｖ 为热丝两 端加热 电压 。在洁净空 气 中，传感器 的电 。 阻 Ｒ 较大 ，在 负载 电阻 Ｒ 上 的输 出电压较 小 ；当在待 测 。 ｌ 气体 中时 ，传感器 的 电阻 Ｒ 变得较 小 ，则负载 电阻 Ｒ 上 。
Ｓｙ ｔ ｍ ｓｅ
一 解放军陆军军官学院研 究生１ 队 卢漪
引言
近些 年来 ，气 敏传感 器研 究发展
Ｓ ｃＥ ６ Ａ概述 Ｐ ｏ
凌 阳科 技推 出的性价 比很 高的 １ ６
・
工作电压 ： Ｐ ）Ｄ ３ ＼ ３ Ｖ （ ＵＶ Ｄ：．， ． ， Ｃ ａ￣ ６
（Ｏ）Ｄ Ｈ为 ３０ ￣ ． ； Ｉ Ｖ Ｄ ／ ． ５５ Ｖ Ｖ
时基 、２个外部时钟源输入 和键 唤醒 ；
・
具备触键唤醒的功能 ；
・
的可 燃气体 浓 度进行 监控 ，当浓度 超 口，可 以轻易连接并驱动液晶显示模块
使 用 凌 阳 音 频 编 码 Ｓ Ｍ一 ＡＣ
过 指标 时 ，传感器 就会 输 出警告信 号 （ＣＤ ，实现字符和图形 的显示。 Ｌ ）
感 器 的指标 从而 判断该 传感器 是否 为 环 境 （＇ ｐＩ ） ｐ ｓ ｎ ＤＥ 。此 开发 环 境 支持标
・
合 格产 品 ，传 感器 的性能 指标 一般包 准 Ｃ语 言 ，可 以实现 Ｃ语 言与凌 阳汇
・
括 静态指 标和 动态 指标 ，静态 指标 的 编语 言的互相调用 ，并且提供 了语音录
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析09电本120091004106 成绩：摘要：利用理论分析与参阅相关技术手册，了解电阻式半导体气敏传感器的结构，基本原理，推导气敏传感器的特性参数：电阻值，灵敏度，漂移等。
能够在充分研究理论知识之后，学会简单的应用，设计电路，利用温度补偿降低其对传感器稳定性的影响。
关键词：电阻半导体气敏传感器基本原理特性参数温度补偿The basic performance analysis of Resistance-typesemiconductor gas sensorAbstractAccording to the theoretical analysis, refer to the relevant technical manual to understand the structure of Resistance-type semiconductor gas sensor and it's basic principles. Derive the characteristic parameters of gas sensors,like sensitivity, linearity, drift, selection characteristics.Making full use of the theoretical knowledge , learn simple applications to design a circuit for using the temperature compensation to reduce its impact on the stability of the sensor.Keywords:Resistance-type semiconductorbasic principles characteristic parameters the temperature compensation引言气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。
基于STM32可燃气体报警控制器的设计
基于STM32可燃气体报警控制器的设计发布时间：2021-07-12T16:36:56.583Z 来源：《科学与技术》2021年3月第8期作者：张清驰[导读] 无论是在化工厂还是在我们家庭厨房内都存在着可燃气体，例如在化工厂会有可燃气体甲烷和有毒气体乙醇的存在。
通过了解其危害性，张清驰山东协和学院工学院济南 250107摘要无论是在化工厂还是在我们家庭厨房内都存在着可燃气体，例如在化工厂会有可燃气体甲烷和有毒气体乙醇的存在。
通过了解其危害性，针对此了解并且结合自己所学的专业知识和导师的指导，研发制作了一种专门预防和控制可燃气体的报警控制器，它不仅仅是重要的燃气预防措施也是安全使用燃气的最后底线。
可燃气体报警控制器的研发并不复杂然而实用性强、产品廉价、操作简单深受消费者的喜爱。
可燃气体报警控制器的工作原理是通过探头中的传感器收集附近气体然后通过电路将模拟量转换成数字信号最终传送给可燃气体报警控制器的总电路，当可燃气体浓度值超过可燃气体报警控制器或者控制电路中设定范围，控制器就会通过执行模块或者执行电路发出报警信号报警灯报警或者执行关闭燃气阀门等动作。
关键词：传感器控制器报警信号数字量模拟量探测器1.课题研究背景和意义本次研究是利用STM32单片机控制技术，来实现可燃气体甲烷的精准气体报警器，此报警器对甲烷实施精准的检测，当甲烷浓度超过设置浓度时单片机控制电路进行报警，外部链接风机进行控制以防止事故的发生。
由于STM32单片机的性价比很高，运用STM32单片机进行监控可燃气体报警探测器的核心是传感器，由于本设计采用半导体材质敏感度高、稳定性强、抗干扰能力强、寿命长等优势，达到了国内顶尖水平，所以本产品常用于化工厂、消防站、军队、医院、学校、石油、煤矿以及家庭等重要场所。
为了方便消费者了解信息做好预防准备，采用了液晶显示模块，而液晶显示模块分为还分为动态显示和静态显示动静结合两种模式。
综上所述，可燃气体报警控制器的研发主要利用了直变交转换单元、显示单元、问题处理模块单元、控制单元以及气体检测单元，共同组成可燃气体报警控制器。
如何设计一个简单的气体传感器电路
如何设计一个简单的气体传感器电路设计一个简单的气体传感器电路是一项重要且有挑战性的工程任务。
通过传感器检测特定气体的存在并将其转换为电信号，可以实现对气体浓度的测量和监测。
下面将介绍如何设计一个简单而高效的气体传感器电路。
一、器件选择在设计气体传感器电路之前，首先需要选择合适的传感器器件。
常用的气体传感器包括电化学传感器、半导体传感器、红外传感器和PID传感器等。
这些传感器根据不同的工作原理和灵敏度范围适用于不同的气体检测。
二、传感器接口电路设计传感器与接口电路是实现气体浓度测量的关键部分。
一般来说，传感器的电极需要与一个电路相连，以便将传感器产生的信号转换为可测量的电压或电流信号。
1. 放大电路设计由于传感器输出信号的幅值往往比较小，因此需要设计一个放大电路来提高信号的幅值并减小噪声干扰。
常见的放大电路包括运算放大器放大电路和差分放大电路等。
根据传感器输出信号的类型和幅值范围，选择合适的放大电路方案。
2. 滤波电路设计传感器的输出信号可能会受到其他噪声的干扰，因此需要设计一个滤波电路来去除这些噪声。
滤波电路通常包括低通滤波器和带通滤波器，可以根据实际需求选择适当的滤波器类型和截止频率。
3. 校准电路设计为了提高传感器的准确性和可靠性，通常需要设计一个校准电路来校正传感器的输出。
校准电路可以根据已知浓度的气体样品进行校准，将传感器输出与实际浓度之间的差异最小化。
三、电源电路设计除了传感器接口电路外，还需要设计一个适当的电源电路来为整个气体传感器电路提供电源。
电源电路应具备稳定、可靠的输出电压或电流，并能满足传感器和接口电路的供电需求。
1. 电源稳压为了保证传感器及其接口电路的正常运行，电源电路需要提供稳定的电压或电流输出。
可以采用线性稳压器或开关稳压器等电源管理器件来实现电源稳压。
2. 电源滤波为了去除电源中的噪声和干扰，可以在电源电路中添加滤波电容和电感等元件来实现电源滤波。
这可以降低传感器接口电路对电源噪声的敏感度，提高整个电路的稳定性和性能。
恒温NDIR二氧化碳气体传感器研究
第５１卷 第２期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．２ ２０２１年２月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＦｅｂｒｕａｒｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０２ ０１８９ ０７·红外技术及应用·恒温ＮＤＩＲ二氧化碳气体传感器研究裴 昱１，张加宏１，２，李 敏１，顾 芳１（１ 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京２１００４４；２ 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏南京２１００４４）摘 要：环境温度变化会影响ＣＯ２对红外光的吸收效率，为提高非色散红外（ＮＤＩＲ）ＣＯ２气体传感器的测量精度，设计了一种基于增量式ＰＩＤ算法的恒温ＣＯ２气体传感器系统。
首先利用ＡＮＳＹＳＦＬＵＥＮＴ软件对恒温控制下的采样气室内部热分布进行模拟仿真，验证了恒温控制的可行性，然后设计了基于ＰＩ加热片的恒温控制系统。
实验结果表明，在０～２０００ｐｐｍ气体浓度范围内，本文提出的ＣＯ２气体传感器在恒温４０℃时的测量误差小于±６０ｐｐｍ，该结果对于研制高性能气体传感器有一定参考价值。
关键词：非色散红外；增量式ＰＩＤ算法；ＦＬＵＥＮＴ仿真；恒温ＣＯ２气体传感器中图分类号：ＴＰ２１９；ＴＮ２１９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０２．０１０ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＮＤＩＲｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｇａｓｓｅｎｓｏｒＰＥＩＹｕ１，ＺＨＡＮＧＪｉａ ｈｏｎｇ１，２，ＬＩＭｉｎ１，ＧＵＦａｎｇ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｓｕＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＯ２ｆｏｒｉｎｆｒａｒｅｄｌｉｇｈｔ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｎｏｎ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｉｎｆｒａｒｅｄ（ＮＤＩＲ）ＣＯ２ｇａｓｓｅｎｓｏｒ，ａｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣＯ２ｇａｓｓｅｎｓｏｒｓｙｓ ｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ＡＮＳＹＳＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｔｈｅｒ ｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｎ，ａｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＩｈｅａｔｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅＣＯ２ｇａｓｓｅｎｓｏｒｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｔａｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ４０℃ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ±６０ｐｐｍｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ０～２０００ｐｐｍｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｒｅｓｕｌｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｇａｓｓｅｎｓｏｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｉｎｆｒａｒｅｄ；ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ＦＬＵＥＮＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣＯ２ｇａｓｓｅｎｓｏｒ基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ ４１６０５１２０）；江苏高校优势学科Ⅲ期建设工程资助项目（Ｎｏ ＰＡＰＤ）资助。
气体传感的实验报告
一、实验目的1. 了解气体传感器的原理和结构；2. 掌握气体传感器的操作方法；3. 熟悉气体传感器的性能测试方法；4. 分析气体传感器在实际应用中的优缺点。
二、实验原理气体传感器是一种将气体浓度转化为电信号的装置，广泛应用于工业生产、环境保护、医疗保健等领域。
本实验所使用的气体传感器为MQ-2可燃气体传感器，其工作原理基于金属氧化物半导体材料在气体浓度变化时的电阻变化。
三、实验仪器与材料1. 仪器：MQ-2可燃气体传感器、数据采集器、电脑、电源、实验箱、标准气体（甲烷、丙烷等）；2. 材料：导线、电阻、电容、电容器、电位器、电路板等。
四、实验步骤1. 搭建电路：根据实验要求，搭建MQ-2可燃气体传感器的电路，包括电源、信号放大、滤波、输出等部分；2. 连接传感器：将MQ-2可燃气体传感器按照电路图连接到数据采集器上；3. 设置参数：在数据采集器中设置采样频率、阈值等参数；4. 进行实验：打开电源，将传感器置于不同浓度的标准气体中，记录传感器输出信号；5. 分析数据：根据实验数据，分析传感器在不同浓度气体中的响应特性。
五、实验结果与分析1. 传感器输出信号与气体浓度的关系：通过实验，发现传感器输出信号与气体浓度呈线性关系，当气体浓度增大时，传感器输出信号也随之增大；2. 传感器的灵敏度：通过实验，得出传感器的灵敏度范围为0.1-1.0V/PPM，即传感器输出信号变化1V对应气体浓度变化1PPM；3. 传感器的响应时间：通过实验，得出传感器的响应时间为5秒，即传感器从接触气体到达到稳定输出信号的时间；4. 传感器的稳定性：通过实验，得出传感器的稳定性较好，在连续检测过程中，输出信号变化小于±5%。
六、实验结论1. 气体传感器可以将气体浓度转化为电信号，具有响应速度快、灵敏度高等优点；2. 传感器在实际应用中具有广泛的前景，如工业生产、环境保护、医疗保健等领域；3. 本实验所使用的MQ-2可燃气体传感器在实验过程中表现出较好的性能，但仍有待进一步优化和改进。
气体传感器静态测试系统电路设计
文献标 志 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ４０ ６ （ ０ ０ ０ —１ ４０ １ ０ —３ ６ ２ １ ） ４０ ２ —５
第 ２ ２卷 第 ４期 ２ｌ ０ ０年 １ ２月
甘 肃 科 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＧａ ｓ ｃｅ ｃ ｓ ｏ ｒ ａ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ｏ
Ｖｏ１ ２ Ｎｏ ４ ．２ ．
Ｄ ｅ ． ０ｌ ｃ２ ０
气 体 传 感 器 静 态 测 试 系 统 电 路 设 计
马 宏伟 ， 陈小 通 ， 昌 禹， 红 霞 ， 工农 ， 祁 张 李 韩根 亮
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｉｃ ｉ ｅ ｉ ｎ ｐ ｉ ｉ ｌ ｎｄ ａ ｍ ｅ ｓ ｉ ｇ ｍｅ ｈｏ ｆｇ ｓ ｓ ｎｓ ｒ ｓ ａ ｉ ｅ ｔｎｇ ｓ ｔ ｍ ｒ ｎｖ ｓ ｓｒ ｃ ： ｃｒ ｕ ｔｄ ｓｇ ｒｎｃｐ ｅａ ａ ｕｒｎ ｔ ｄ ｏ ａ ｅ ｏ ｔ ｔｃ ｔ ｓ ｉ ｙｓ ｅ ａ ｅ ｉ ｅ — ｔｇ ｅ ．Ｕｓｎｇ ｔ ｅ ｔ ｓ ｉ ｈｅ ｒ ｆｔ ｅ ｄｉ ｉ ｉ ｇ ｖ ｔ ｇ ａ ｃ ｎｇ ｓ ｒｅ ｅ ｉ ｔ ｎｃ ｎｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｈ ｉａｔ ｄ ｉ ｈ ｅ ｔｎｇ ｔ ｏ ｙ ｏ ｈ ｖ ｄ ｎ ｏｌａ ｅ ｏｆｍ ｔ ｈｉ ｅ ｉｓ ｒ ｓｓ ａ ｅ ａ ｈｅｃ ｎｔｏｌｔ ｃ ｎｏ ｏｇ ｆｔ ｃ ｏ ｒ ｃ ｓ ｏ ｒ ｅ ｓ， ｖ ｅ ｉ ｎｅ ｈｅａ ｏ ａ ｉ ｗｉｃ ｎ ｉｃ ｉ ｆｔ ｔ ｈｉ ｅ ｌ ｙ ｏ ｈｅ ｍｉｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｐ ｏｃ ｓ ｗｅｈａ ｅ ｄ ｓｇ ｄ ｔ ｕｔ ｍ ｔｃ ｓ ｔ ｈｉ ｇ ｃｒ ｕ ｔｏ ｈｅ ｍａ ｃ ｎｇ ｒ —
利用气体传感器设计气体测量实验方案
利用图表、曲线等形式将处理后的数据呈 现出来，便于观察和分析实验结果。
04
实验结果与分析
气体浓度测量数据展示
传感器响应曲线
通过气体传感器对目标气体进行连续测量，得到传感器响应曲线。该曲线可以 反映气体浓度随时间的变化情况。
气体浓度测量值
根据传感器响应曲线，可以计算出气体浓度的测量值。通过与标准气体浓度进 行比较，可以评估传感器的准确性。
03
实验方法与步骤
搭建气体测量系统
选择合适的气体传感器
根据实验需求，选择对目标气体敏感、响应快、稳定性好的气体 传感器。
设计气路系统
确保气体能够均匀、稳定地流过传感器，避免产生涡流或死角，同 时方便更换气体样本。
搭建数据采集系统
将气体传感器与数据采集卡或微处理器连接，实现数据的实时采集 、转换和存储。
02
实验设备与材料
气体传感器选型及参数
传感器类型
根据实验需求选择适合的气体 传感器，如电化学传感器、催 化燃烧传感器、红外传感器等
。
量程
根据实验所需测量的气体浓度 范围选择合适的传感器量程。
精度
选择具有高精度的传感器，以 确保实验结果的准确性。
响应时间
选择响应时间短的传感器，以 便及时反映气体浓度的变化。
微型化和便携化
随着微纳加工技术的发展，气体传感器将越来越微型化和便携化 ，为现场实时监测和应急响应提供便利。
THANKS
感谢观看
06
实验总结与展望
本次实验成果总结
气体传感器性能验证
成功验证了所选用气体传感器的灵敏度、响应时间和恢复时间等关 键性能指标，为后续实验提供了可靠的数据支持。
气体浓度测量实验
通过搭建实验系统，实现了对多种气体浓度的准确测量，并验证了 测量结果的稳定性和重复性。
mq气体传感器课程设计
mq气体传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解MQ气体传感器的原理，掌握其结构与功能。
2. 学生能掌握MQ气体传感器在检测不同气体时的应用方法。
3. 学生了解传感器在物联网和智能控制系统中的作用。
技能目标：1. 学生能正确操作MQ气体传感器，进行简单的气体检测实验。
2. 学生具备通过传感器收集数据、分析数据，解决问题的能力。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的气体检测系统。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对传感器技术的兴趣，提高科学探究的积极性。
2. 学生认识到传感器技术在生活中的广泛应用，增强学以致用的意识。
3. 学生在实验过程中，培养团队合作精神，提高沟通与协作能力。
课程性质：本课程为初中物理传感器知识的应用课程，旨在通过实践操作，使学生掌握气体传感器的原理和应用。
学生特点：初中生具备一定的物理知识基础，对传感器技术有一定了解，好奇心强，喜欢动手操作。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生动手实践，培养实际应用能力。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. MQ气体传感器原理介绍：传感器工作原理，气体检测原理，传感器响应特性。
2. MQ气体传感器结构与功能：传感器组成部分，不同类型MQ传感器的特点，传感器功能及应用场景。
3. 气体检测实验操作：实验器材准备，操作步骤，安全注意事项。
4. 数据收集与分析：数据采集方法，数据处理与分析技巧，实验结果判断。
5. 气体检测系统设计：设计原则，系统组成，传感器选型，电路搭建，编程与调试。
6. 传感器在物联网和智能控制系统的应用：实际案例分析，发展趋势，行业应用。
教学内容安排与进度：第1课时：MQ气体传感器原理介绍，气体检测原理。
第2课时：MQ气体传感器结构与功能，传感器类型特点。
第3课时：气体检测实验操作，数据收集与分析。
第4课时：气体检测系统设计，电路搭建与编程。
第5课时：传感器在物联网和智能控制系统的应用，案例分析。
电化学传感器工作指南及电路图
电化学传感器工作指南及电路图引言本公司有毒气体检测传感器的开发始于1981年，以一氧化碳传感器的研制为开端。
之后对各式各样新传感器都进行了开发。
直至最进开发的臭氧和氧化乙烯传感器，形成了系列的传感器产品，并以其可靠、稳定和耐用等特点斐声海内外。
此类传感器系一微型燃料电池，设计成为免维护型并且能长时间稳定工作的产品。
所采用的技术立足于己于人本公司早期氧传感器的工作基础，系直接响应气体的体积浓度变化，而不是响应其压力的变化。
该类传感器设计的最大特点是采用了气体的扩散势垒，该势垒能限制气体流向敏感电极的流星。
敏感电极能与到达电极的电化学活性仍有余裕。
这一高的电化学活性保证了传感器的长寿命和很好的温度稳定性。
两电极系统基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。
其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。
当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。
该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。
为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。
但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。
由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。
如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。
至此传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。
三电极系统对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极，参考电极，和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。
在这样一种装置中，敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。
在参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。
对电极则仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。
因此三电极传感器所能检测浓度范围要比两电极大得多。
大部分有毒气体传感器（3/4/7系列）均属三电极系统。
气体传感器检测系统的设计与实现
气体传感器检测系统的设计与实现近年来，大气污染成为了人们越来越关注的话题。
空气中的有害气体对人体健康和环境造成了极大的威胁，如何控制和检测空气中的有害气体成为了重要的研究方向之一。
气体传感器是一种重要的检测手段，可以对空气中的有害气体进行快速、准确的检测。
因此，本文将介绍气体传感器检测系统的设计与实现。
一、气体传感器的工作原理气体传感器是一种将气体浓度转换为电信号输出的设备。
其工作原理是当检测到目标气体的浓度变化时，传感器内部的传感材料会发生物理或化学反应，从而导致传感器电性能的变化，产生电信号输出。
根据传感器的工作原理，可将其分为敏化型和非敏化型两种类型。
1.敏化型气体传感器敏化型气体传感器使用一些特殊的氧化物、半导体等材料作为传感元件，将其敏化于特定的气体中。
当待检气体与传感元件接触时，发生一系列的化学反应，导致传感器电性能的变化，从而输出电信号。
2.非敏化型气体传感器非敏化型气体传感器使用一些基于特殊物理原理的传感元件，如热电、光电、压电等元件。
当待测气体接触到传感元件时，由于其与待测气体的物理性质不同，从而产生信号输出。
二、气体传感器检测系统由传感器、信号处理模块、显示模块、通信接口等部分组成。
其中，传感器是系统的核心部分，用于检测待测气体。
信号处理模块负责对传感器信号进行处理、放大、滤波等操作，并将结果输出到显示模块中。
显示模块则可以将检测结果显示出来，同时提供了用户交互的界面。
通信接口则用于将检测结果传送到网络中进行数据分析以及后续的处理。
在实现气体传感器检测系统时，需要考虑以下几个方面的问题：1.传感器的选择根据具体的需求，选择合适的传感器种类，如敏化型传感器或非敏化型传感器；具体选用的传感器要求具备高的检测精度、可靠性以及稳定性。
2.信号处理在接收到传感器的信号后，需要对信号进行放大、滤波、转换等操作。
这样可以得到更加稳定的结果，并且可以选择合适的算法进行数据处理，提高检测精度。
TGS2602传感器调理电路采集气路设计及气体分析过程
图3 PID 传感器的调理电路
采样控制电路和二通阀的控制电路
恶臭气体检测的初步数学模型，我们选择 NE-NH3传感器的信号响应值来表示对氨类的恶臭气体检测，选择 NE-H2S 传感器的信号响应值来表示对硫化氢类的恶臭气体检测，选择 TGS2602 传感器的信号响应值来表示对挥发性有机物类的恶臭气体检测。下当恶臭气体检测装置测量某一气体时，对传感器阵列信号先进行预处理，并进行提取出相应的特征参数，然后根据各传感器的曲线方程，通过分析运算，得出被测气体浓度、成分、恶臭等级等信息。对 NE-NH3 传感器的响应信号分析，即可得出被测气体中氨气浓度值，硫化氢类和发性有机物类亦是如此。由于氨气、硫化氢和挥发性有机物都有各自对应的恶臭强度，在恶臭气体检测系统测量时，我们以挥发性有机物的恶臭强度为标准，以此识别出被测气体的恶臭等级。对于信号预处理，我们即可以手动选取稳态区域，也可以自动选取。手动选取与本文前面提到的方法一致，自动选取则采用比值方求取稳态均值作为预处理数据进行分析。 由于要完全实现自动选取，任务量较大，目前恶臭检测系统仍处于探索阶段，所以，我们采用简化的自动选取法。恶臭检测系统中信号分析的具体做法是：
（4）根据本章第一节中介绍的恶臭强度与恶臭浓度的关系式，将（3）中得出的VOC 气体浓度值作为输入，通过运算，得出最终被测气体所属恶臭等级。
（2）求被测气体中氨气和硫化氢的含量
将（1）中得到电化学式传感器的恶臭采样阶段的均值 Mean2，作为信号分析模型的输入。信号分析模型是相关传感器的曲线方程，通过 LabVIEW 中的公式节点编写程序，得到氨气、硫化氢的浓度值。
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收稿日期:2010-09-27基金项目:甘肃省科技厅自然基金项目(0803RJ ZA099)气体传感器静态测试系统电路设计马宏伟,陈小通,祁昌禹,张红霞,李工农,韩根亮(甘肃省科学院传感技术研究所,甘肃,兰州730000)摘 要: 研究了一种气体传感器静态测试系统的电路设计原理和测量方法.采用匹配电阻串联分压的测试原理和微处理器程序控制技术,设计了匹配电阻自动切换电路和高精度工作电源、加热电源电路.提高了系统测试精度和测试范围.系统测试电路简单可靠;电源电压连续可调,可适应不同种类气体传感器的测试需求.关键词: 气体传感器;匹配电阻;电阻分压法;多路测试中图分类号: TP206+.1 文献标志码: A 文章编号:1004-0366(2010)04-0124-05The Circuit Design of Static Testing System of Gas SensorM A H ong -w ei,CH EN Xiao -to ng ,QI Chang -yu,ZH ANG H ong -x ia,LI Gong -nong,H AN Gen -liang(T he R esearch I ns titute of Sens or T echnolog y ,Gansu A cademy of Sciences ,L anz hou 730000,China)Abstract: A circuit desig n principle and a measur ing method of g as sensor static testing sy stem are inv es -tig ated.U sing the testing theory of the dividing voltage of matching ser ies resistance and the co ntro l tech -nolo gy of the micro pro cessor process,w e have desig ned the auto matic sw itching circuit of the matching re -sistor and its hig h -precision w orking pow er and heating supply.It improv es the precision and increases the test coverage of the testing system.The testing circuit is sim ple and reliable,and the v oltag e can be co ntin -uously adjusted so as to be adapted to different needs of gas sensor s.Key words: g as senso r;matching resistor;the m ethod of resistor dividing voltage;multiple testing 近年来,随着人们对环境问题的关注,气体检测越来越受到人们的重视,气体传感器被广泛应用于防灾报警、环境监测、化学化工、生物医疗等众多领域[1].气体传感器的不断发展和广泛应用迫切需要能够准确检测和标定气体传感器的测试系统.气体传感器静态测试系统是根据气体传感器行业需求而研制的专用测试设备.系统设计了多通道传感器测试电路,可实现对多个传感器的实时同步测量,各通道电路相互独立,互不影响,有效地提高了测试效率.测试过程中,由于气体传感器阻值变化范围较大,单个的定值匹配电阻无法满足实际需要,特设计了匹配电阻自动切换装置[2].测试时,该装置可以根据传感器阻值的变化而改变匹配电阻,使匹配电阻与传感器电阻值尽量接近,从而有效地提高了系统的测试精度,扩大了系统的测试范围.独特设计的工作电源和加热电源稳定可靠,输出电压连续可调,可根据不同的传感器进行各种设置和调节,方便、灵活.另外,系统设有测试室温湿度检测电路,可以对测试室内的温度和湿度进行测量和显示.系统特别适合科研单位和高校对敏感材料和气体传感器的研究使用,也可用于企业对其生产的气体传感器进行质量标定和抽样检验.1 系统电路设计原理1.1 气敏机理当金属氧化物半导体类气体传感器处于还原性气体氛围中时,传感器上的敏感材料表面吸附的氧会跟还原性气体发生氧化还原反应,被氧俘获的电第22卷 第4期2010年12月甘肃科学学报Journal of Gan su SciencesVol.22 No.4Dec.2010子被释放并返回到材料表面内,导致材料传导电子数增加,从而使材料的电阻变低.通过测量传感器敏感材料阻值的变化就可以测量环境中还原性气体的浓度.由于被测气体与敏感材料的作用是一种氧化还原反应,所以温度对测量结果有很大影响[3,4].因此,系统中特别设计了温度可连续调节的加热电路.1.2 气体传感器的测试原理气体传感器的测试方法目前主要有恒压法、恒流法和电阻分压法.恒压法就是在气体传感器两端直接加上恒定电压,通过测量气体传感器上的电流来确定它的电阻值;恒流法就是给气体传感器直接加恒流源,通过测量气体传感器两端的电压来确定它的电阻值.这2种方法的主要缺点是由于气体传感器的阻值变化范围非常大,一般会有4、5个数量级的变换,从而使测量电流或电压变化范围很大,对测量造成困难[5].电阻分压法就是给传感器串联一个匹配电阻,让匹配电阻的阻值与传感器的阻值尽可能接近,在传感器和匹配电阻两端加上恒定电压,通过测量匹配电阻两端的电压,间接得到传感器阻值的方法[6].这种方法简单易用,也是目前国内外采用最多的方法,因此,确定系统采用电阻分压法,其原理如图1所示.图1电阻分压法电路原理图2 系统电路结构其中R s为气体传感器,R L为匹配电阻,V i1为工作电压,V i2为传感器加热电压,V o为输出信号电压.由图1可知,在系统工作时,测得输出信号电压V o,就可以得到传感器敏感材料阻值R s=(V i1-V o)R L/V o.2 系统电路设计2.1 系统电路结构系统测试电路由总线、传感器测试电路、匹配电阻自动切换电路、数据采集电路、电源电路等部分构125第22卷 马宏伟等:气体传感器静态测试系统电路设计成,其电路结构如图2所示.系统电路包含2条总线:数据总线和控制总线,系统通过数据总线和控制总线实现数据存取和电路控制,数据总线采用多路并行传输方式,实现对测试数据的快速采集.系统以通用计算机为平台,通过控制总线实现对气体传感器工作状态、系统工作电源、系统加热电源、传感器匹配电阻切换、传感器数据采集等电路各部分的控制[7,8].根据实际测试的需要,系统中设计了多个测试通道,各通道相互独立,互不影响.实现了对多个传感器的同时同步测量,达到传感器批量测试和不同传感器相互间性能比较的目的.当传感器工作时,系统根据传感器电阻值的变化情况,通过控制总线发送指令给匹配电阻自动切换电路模块,自动切换电路模块根据指令对匹配电阻进行选择,通过控制相应继电器动作来达到匹配电阻的自动切换,使匹配电阻和传感器电阻接近.系统通过高性能数据采集卡PCI -6220实现对测试数据的实时采集,数据经调理电路处理后,通过数据总线被送至计算机做相应处理,主要包括:数据处理、数据存储、数据分析和数据显示等[9].系统设计了高精度稳压电源,为气体传感器提供加热电压和工作电压,其工作性能稳定可靠,电压值连续可调,可随时对其输出进行控制和调制,使用灵活方便[10].2.2 系统匹配电阻自动切换电路由于气体传感器的阻值变化范围非常大,因此系统采用匹配电阻切换电路.匹配电阻多采用固定阻值或人工插拔的方式,固定阻值匹配使传感器测试范围受到很大限制.人工插拔匹配电阻的方式测试过程繁琐,操作复杂.系统设计了专门的匹配电阻切换电路[2],实现了匹配电阻的自动匹配,提升了系统测试精度和测试效率,减少了测试工序,使测试和控制操作变的简单便利.测试系统设计了多组匹配电阻切换电路,每组通过CD4051控制8个微型继电器(J 1、J 2、J 3, ,J 8,型号:DSZY -S -DC5V),实现对电阻(R 1、R 2、R 3, ,R 9)的选取和组合.匹配电阻分别由阻值为100 、2k 、5k 、10k 、20k 、50k 、100k 、500k 、1M 的9个高精度电阻串联组合而成,通过继电器的通断实现100 ~2M 阻值范围的电阻匹配.具体工作电路如图3所示.图3 匹配电阻自动切换电路2.3 工作电源、加热电源根据气体传感器的工作特点,系统中特别设计了传感器工作电源和加热电源.电源选用军用级高性能基准电压元件,电源稳压精度高、稳压特性好、126甘肃科学学报 2010年 第4期抗干扰能力强,其电压分辨率为10mV ,精度达到0.5%;电源控制采用最新电路控制技术与微处理器程序控制技术相结合的控制方法[10],电源控制可靠,工作性能稳定;电源工作应用先预稳压后精确调整的方法,有效地减小了直流输出纹波,电源噪音低、输出纯净;电源中设计了过流过压保护、短路保护、过温保护等保护电路,工作安全可靠,不易损坏.其具体设计原理如图4所示.图4 工作电源、加热电源电路系统工作电源在0~20V 范围内连续可调,电压范围大,能满足绝大多数气体传感器的工作需要,可根据不同传感器的工作要求进行准确调节.一般传感器在不同的工作电压下会表现出不同的敏感特性,且不同的传感器其最佳工作电压也不同,因此系统可以用来寻找传感器最佳工作电压和对不同传感器工作电压差异进行比较.系统加热电源通过加热丝为传感器提供0~500 的任意环境温度,通过调节电压大小能实时改变传感器工作环境温度,可用来比较传感器在不同温度环境下的性能差异.2.4 温湿度采集显示电路温度和湿度对气体传感器的气敏性能影响很大,不同的温湿度环境下,气体传感器的性能有很大的差异.因此,在测试时随时了解环境的温湿度是十分必要的.系统设计了温湿度测量采集电路,能够对传感器测试环境的温度和湿度进行采集和测量,并通过数据总线传送到温湿度显示仪表显示.测温范围为-20 ~70 ,测湿范围为20%~99%,测温精度为 0.1 ,测湿精度为 5%(25 ),分辨率为0.1 /1%.3 结语以上的电路均是在反复实验的基础上,根据传感器静态测试的特点设计,具体设计了多通道数据采集电路、匹配电阻自动切换电路、可调稳压电源电路和温湿度测试电路,能根据用户实际需求,对匹配电阻、加热电压、工作电压等进行自动设置和调整.高精度的电阻匹配,高稳定的电源设计,保证了系统具有较高的测试精度和稳定性.系统对气体传感器各参数的测量精度达到了0.1%以上,具有较高的实用价值.特点如下:(1)系统中设计了多通道测试电路,各通道同步工作,相互独立,可实现对多个传感器在相同测试环境中的同步测试和性能对比.有效地提高了测试效率和测试灵活性. 传感器测试装置 获国家实用新型专利授权[11].(2)设计了多阻值匹配电阻自动切换电路[2],能够根据被测传感器的阻值自动调整匹配电阻阻值,减少测量误差,提高测试精度.改善了单一匹配电阻匹配范围小的局限.(3)工作电源和加热电源选用高性能基准电压127第22卷 马宏伟等:气体传感器静态测试系统电路设计元件,采用先进的电源设计技术和完善的电源保护电路,能对传感器的工作电压和加热电压进行精确控制和稳定调整,纹波小,效率高,有效地保证了测试系统的高品质.(4)设计了温湿度测量采集电路,能够实时测量和显示传感器测试环境的温度和湿度情况.参考文献:[1] 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用[M ].北京:国防工业出版社,1999:140-168.[2] 韩根亮,郑礴,李工农,等.高精密匹配电阻自动切换控制装置[P].中国:200820222369.7,2009.[3] 王广健,尚德库,胡琳娜,等.敏感功能材料的气敏机理及二氧化锡在传感器中的应用研究[J ].功能材料,2003,34(4):375-378.[4] 常剑,蒋登高,詹自力,等.半导体金属氧化物气敏材料敏感机理概述[J].传感器世界,2003,9(8):14-18.[5] 祁昌禹,刘国汉,韩根亮,等.基于LabVIEW 气敏传感器测试系统的设计与实现[J].甘肃科学学报,2009,21(4):42-45.[6] 张正勇,张耀华,焦正,等.半导体氧化物气体传感器测试新原理与方法[J].传感技术学报,2000,13(2):106-110.[7] 马明建.数据采集与处理技术[M ].第2版,西安:西安交通大学出版社,2005.[8] 苏润,陈峰,刘锦淮.气敏传感器信号采集的研究[J ].半导体技术,2003,28(11):52-55.[9] 陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M ].北京:高等教育出版社,2002.[10] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M ].北京:人民邮电出版社,2004.[11] 刘国汉,韩根亮,李工农,等.传感器测试装置[P ].中国:200820222367.8,2009.作者简介:马宏伟(1979-)男,甘肃省武山人,2004年毕业于兰州大学信息科学与工程学院,现为甘肃省科学院传感技术研究所、助理工程师,主要从事电子电路设计,测量与控制方面的研究和开发工作.128甘肃科学学报 2010年 第4期。