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1、 TP-1.1A 是采用纳米级 SnO 2 进行合理的半导体掺杂，以微珠结构制成的非加热、低功耗、对甲烷高度灵敏的可燃气体传感器。由于其低功耗的特点，派生一些加热元件不可能达到的技术指标，经过多年可靠性实验，其性能指标超过了加热式、旁热式及催化燃烧式可燃气体传感器，是可燃气体传感器一个重要的分支。 一、综述 1 、特点 低功耗 寿命长 ( 5 年 ) 环境适应能力强（抗烟、酒精，不怕油分子吸附） 应用电路简单 对甲烷及液化石油气高度的灵敏性 高浓度可燃气体冲击时，传感器无影响2、应用 煤矿瓦斯监测、工业甲烷、天然气监测 民用燃气泄漏报警 以天然气为动力燃料的汽车安全监测 便携式气体探测仪3、
2、结构图 1 表示出 TP-1.1A 的结构，其基座由 4J29 可伐材料制成，引脚由可伐材料镀金，管帽由 10# 钢带制成。外壳的丝网由 150 目的不锈钢防火阻燃材料构成 (SUS316) ，这种结构可防止内部火花点燃 2 ： 1 的氢气 / 氧气气体产生的火花溢出外部。注： 元件帽带标识方向为负极 。4、基本测试电路图 2 表示 TP-1.1A 的测试电路。V I 是加在传感器上的电压V O 是负载电阻 R L 上的电压输出传感器的信号通过 R L 上电压的变化获得。传感器电阻变化可通过公式： R S =(V I -V O ) R L /V O 获得。 5、工作条件工作电压 6V DC负载
3、电阻 51 传感器功耗 150mW工作温度 40 70 6、机械强度 拉力： 5KG 在每个方向 振动： ( 三个互相垂直的轴线上，在 1015010Hz 的频率循环，以 9.81m/s 2 的加速度幅值、 1 倍频程 / 分的扫频速率各进行 20 次扫频循环 ) 频率： 1000C/ 分；高度： 4mm ，垂直方向一小时 冲击： 100G 的加速度，重复 5 次二、敏感特性1、TP-1.1A 对多种可燃气体的敏感特性图 3 表示 TP-1.1A 对各种气体的反应关系 Y 轴代表的是传感气电阻 R S ( 在目标气体中 ) ， R O ( 在空气中 ) 的比图 4 是表示测试电路 V O 的输
4、出在不同气体及浓度下的变化曲线。 2、温湿度的影响 恒定湿热试验： 40 , 95%RH ， 96 小时 ( 见图 5) 。 Y 轴表示 V O 的输出电压值。图 5 恒定湿热实验 低温实验： (-40 ,4 小时 )低温实验记录0# 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#空气中 (25 ,80%)1.21.21.41.81.61.51.81.70 1.2 1.2 1.5 1.7 1.6 1.57 1.7 1.6-7 1.6 1.6 -10 -15 -20 -25 -40 ( 维持 4 小时 ) 0 1.4 1.0 1.6 2.0 1.9 1.7 2.0 2.1加入 0.7%CH 43.33
5、.43.53.73.43.53.73.620 1.5 1.5 1.2 1.8 1.5 1.7 1.5 1.5通入 0.65%CH 43.63.73.63.93.53.43.83.6通入 1.2%CH 43.83.93.94.13.73.73.93.7注： 代表传感器输出出现振荡波型其中 代表50秒内振荡23次 代表 50 秒内振荡 1 次注：在干燥的条件下 ( 70%RH)V O 输出会出现正弦振荡现象，振幅在 02V 之间的正弦振荡，这种状态对气敏特性没任何影响，反而进入了更低功耗状态，降低功耗尽 40% ，其特性见图 6 。5V4.04V3.5V 3.85V2.50.04清洁空气中 注入
6、气体 甲烷浓度 0.25% 0.5% 1.00%图 6 0 环境下传感器工作状态记录测试时间 条件 0#1#2#3#4#5#6#7#0 小时空气 (25 ,80%RH) 1.51.61.61.51.51.41.71.412 小时 0 1.451.541.561.551.511.501.601.3917 小时0 ， 0.7%CH 4 3.73.63.53.73.83.63.73.517 小时0 ， 0.49%CH 4 3.33.33.23.43.53.33.33.317 小时0 ， 0.77%CH 4 3.53.473.363.593.663.483.563.4717 小时0 ， 0.15%C
7、3 H 8 4.04.03.83.93.93.93.93.918 小时0 ， 1%CH 4 3.6.63.53.73.73.63.73.525 小时0 ， 0.6%CH 4 3.43.53.43.53.53.63.63.336 小时-5 ， 0.55%CH 4 3.43.53.43.63.63.53.63.444 小时0 ，空气环境 1.51.61.61.61.61.61.71.460 小时-9 ， 0.7%CH 4 3.43.43.353.53.53.453.653.3-12 （传感器振荡） -12 ，通 0.6%CH 4 3.33.43.33.43.43.43.53.184 小时-8 ，通
8、 0.6%CH 4 3.43.473.373.593.563.463.63.3-8 ，通 0.55 %CH 4 3.43.43.363.543.553.453.633.29100 小时-8 ，通 1.1%CH 4 3.63.63.513.663.73.63.83.45回到 22 ， 75%RH ， 通 0.6%CH 4 3.53.53.33.53.63.53.63.45 高温高湿实验： 70 ， 98%RH0# 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#1.451.731.721.611.71.641.691.5740 1.75 2.0 2.0 1.85 2.1 1.9 1.9 1.870 1.
9、8 2.1 2.4 2.3 2.4 2.3 2.4 2.470 1.9 2.2 2.4 2.3 2.4 2.3 2.4 2.42 小时后 1.9 2.1 2.4 2.2 2.3 2.3 2.4 2.3空气 1.5 1.6 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.61.21.31.51.21.41.21.41.30.35%CH4 3.5 3.2 3.4 3.4 3.4 3.5 3.5 3.60.72%CH4 3.8 3.5 3.6 3.7 3.6 3.7 3.7 3.81.05%CH 4 3.9 3.7 3.7 3.8 3.8 3.8 3.8 3.91.15%CH4 3.95 3.7 3.7
10、 3.8 3.8 3.9 3.9 3.9 高浓度甲烷实验：将 07# 传感器置于 10% 的甲烷环境中 2 小时，放气前后的数据状态。0# 1# 2# 3# 4# 5#6#7#空气 1 1. 1. 1. 1. 1. 1 1.3 5 7 3 5 3 .6 .30.6%CH 4 3.5 3.7 3.9 3.2 3.5 3.7 3.7 3.010.62%CH 4 4.1 4.2 4.4 3.9 4.1 4.2 4.3 3.710%CH 4 (5 小时后 )3.94.14.13.63.94.14.13.4空气中 1.4 1.6 1.8 1.4 1.6 1.4 1.6 1.50.68%CH 4 3.6
11、3.8 3.8 3.3 3.6 3.7 3.8 3.06）油分子附着试验方法：将传感器外壳打开，将食用油珠涂到传感珠外表，采用两种方式通电脱附。一种是安装于报警器上按一下复位键，绿灯闪烁，大约 24 小时后，传感器进入工作状态，灵敏度如初。另一种方法是负载电阻 R L 为 25 ,12 小时后 V O 输出 4V ，将 R L 更换为 51 ，即可进入工作 状态，灵敏度如初。 （如图 7 ）3、气体反应特性图 8 表示传感器的输出 V O 在空气及 2000ppm 的甲烷空气中的变化情况，从图上可以看出，传感器的反应速度和恢复速度特别快。图 8 TP-1.1A 的反应特性 图 9 长期储存后 TP-1.1A 通电后的特性 4、TP-1.1A 的初始状态大概通电后 0.510 小时后才能恢复到正常工作状态，给报警器设计增添了麻烦，但是若采用应用原理图中虚线部分的设计， 3 分钟内就能脱附。软件设计模式为：上电后检测 LM393 的第 7 脚 OUTB 是否有输出，若有输出则单片机输出 CLR 信号，使 Q 3 导通， R 4 和 R 1 形成并联 ( 加大了脱附电流 ) 。待 OUTB 输出消失后，单片机使 Q 3 关断，进入正常工作状态，若上电后 OUTB 没有输出，直接进入正常工作状态。 （注：此种模式可有效清除传感器表面油污，使传感器长期在设定的报警点内工作）
