关于家用气体如何检测的研究和设计(编辑修改稿)

关于家用气体如何检测的研究和设计(编辑修改稿)内容摘要：

应。 8 （ 2） 对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度。 （ 3） 对检测信号响应速度快，重复性好。 （ 4） 长期工作稳定性好。 （ 5） 使用寿命长。 （ 6） 制造成本低，使用与维护方便。 常见气体传感器可检测气体种类 由于气体的种类繁多，一种类型的气体传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测一种或者两种特定性质的气体。 例如氧化物半导体气敏传感器主要检测各种还原性烟雾，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。 固体电解质气体传感器主要用于检测无机气体，如 O CO H Cl SO2等。 简要例举出已经研究、开发的各类气体传感器及其可检测的气体种类 表 1 各种气体传感器可检测的气体种类 传感器的种类 ＣＯ CO2 H2s NH3 HCN HCl CO Cl2 Cl2 NOx SO2 O2 CH4 C2H2 H2 H2O 半导体气体传感器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 固体电解质传感器 ○ ○ ○ ○ ○ 催化燃烧式传感器 ◎ ○ ○ ○ 9 电化学传感器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 高分子电解质气体传感器 ◎ ○ ○ ○ ○ 3 气体传感器的选用 气体传感器是本系统检测的起点也是系统的核心和重点，选择合适的传感器成为决定系统成功的关键。 传感器 通过 A/D 转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。 传感器作为煤气泄露测试装置报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。 由此可见，传感器的 选型是非常重要的。 下列是各个气体检测所需的传感器 MQ138 甲醛传感器 MQ138是一种二氧化锡半导体型甲醛气体传感器，对甲醛具有高的灵敏度和快速的响应性，适于便携式甲醛探测器和汽车燃火系统等。 半导体气体敏感部分是一个微型珠状小球，内嵌加热丝和金属电极，这种敏感元件安装在有防爆功能的双层 100目不锈钢网的金属壳内 [18]。 元件的测试电路。 通过固定或可调外接负载电阻上电压的变化获得元件电阻的变化。 为了使元件发挥其好的功能和特定的性能，加热电压、回路电压和负载电阻须限制在下页图表所示的标准工 作条件内。 传感器通电后通常需要数分钟的预热方可进入稳定工作状态，也可在正常检测前给传感器施加 510 秒钟 177。 的高电压，使传感器尽快稳定并进入工作状态。 MQ138的灵敏度特性曲线图。 灵敏度特性图反映了元件电阻和气体浓度之间的关系。 元件的电阻与气体的浓度呈对数关系，随气体浓度的增加而减小。 如图。 10 图 2 灵敏度特性曲线 MQ7 一氧化碳传感器 MQ7气体传感器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。 采用高低温循环检测方式低温检测一氧化碳，传感器的电导率随 空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温清洗低温时吸附的杂散气体。 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。 MQ7 气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器 [19]。 外形结构如图 所示。 图 3 一氧化碳传感器外形结构 传感器的基本测试电路需要施加 2 个电压：加热器电压 VH 和测试电压 VC。 其中 VH 用于为传感器提供特定的工作温度。 VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻 RL 上的电压 VRL。 这种传感器具有轻微的极性， VC 需要直流电源。 在满足传感器电性能要求的前提下， VC 和 VH 可以共用同一个电源电路。 为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的 RL 值。 基本测试回路如 图所示。 11 图 4 基本测试回路 灵敏度特性曲线，图中 纵坐标为传感器的电阻比 (RS/RO)，横坐标为气体浓度。 RS 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值 RO 表示传感器在 1000ppm 氢气中的电阻值。 如图 所示。 图 5 灵敏度特性曲线 MQ4 半导体气体传感器 MQ4 气体传感器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（ Sn02）。 当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃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。 MQ4 气体传感器对甲烷的灵敏度高，对丙烷、丁烷也有较好的灵敏度。 这种传感器可检测多种可燃性气体，特别是天然气，是一款适合多种应用的低成本传感器 [20]。 外形结构如图 所示。 12 图 6 半导体气体传感器外 形结构 传感器的基本测试电路是需要施加 2 个电压：加热器电压（ VH）和测试电压（ VC）。 其中 VH 用于为传感器提供特定的工作温度。 VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（ RL） 上的电压（ VRL）。 这种传感器具有轻微的极性， VC 需用直流电源。 在满足传感器电性能要求的前提下， VC 和 VH 可以共用同一个电源电路。 为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的 RL 值。 如图 所示。 图 7 基本测试电路 灵敏度特性曲线，图中纵坐标为传感器的电阻比 (RS/RO)，横坐标为气体浓度。 RS 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值 RO 表示传感器在 1000ppm 甲烷中的电阻值。 如图 所示。 13 图 8 灵敏度特性曲线 本 节 介绍半导体气体传感器工作原理。 为了对甲醛、甲烷、一氧化碳检测，分别采用了 MQ13 MQ MQ4 三种传感器，本部分详细介绍了传感器的工作原理，及测量信号与浓度值得对应关系。 一边在后来的实验中生产中运用对应的传感器。 （二）、数模转换器 现在市场的模数转换器的种类各种各样，基本有一下几种：积分型（如TLC7135），逐次比较型（如 TLC0831） ,并行比较型 /串并行比较型（如 TLC5。