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1、 TP-1.1A 技术资料技术资料 - 1 - TP-1.1A 非加热低功耗甲烷气体传感器非加热低功耗甲烷气体传感器 产品说明书产品说明书 TP-1.1A 是采用纳米级 SnO2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、综述一、综述 1、特点、特点 低功耗低功耗 寿命长寿命长(5 年年) 环境适应能力强（抗烟、酒精，不怕油分子吸附）环境适应能力强（抗烟、酒精，不怕油分子吸附
2、） 应用电路简单应用电路简单 对甲烷及液化石油气高度的灵敏性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，传感器无影响高浓度可燃气体冲击时，传感器无影响 2、应用、应用 煤矿瓦斯监测、工业甲烷、天然气监测煤矿瓦斯监测、工业甲烷、天然气监测 民用燃气泄漏报警民用燃气泄漏报警 以天然气为动力燃料的汽车安全监测以天然气为动力燃料的汽车安全监测 便携式气体探测仪便携式气体探测仪 3、结构、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
3、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。 Negative Pole4、基本测试电路、基本测试电路 图 2 表示 TP-1.1A 的测试电路。 VI是加在传感器上的电压 VO是负载电阻 RL上的电压输出 传感器的信号通过 RL上电压的变化获得。 传感器电阻变化可通过公式： RS=(VI-VO)RL/VO获得。 VI +6V + S V0 RL GND 图 2 TP-1.1A 技术资料技术资料 - 2 - RS/RO VO(V) 5、工作条件、工作条件 工作电压 6V0.5V DC 负载电阻 51 静态功耗 210mW 工作温度 4070 6、
4、机械强度、机械强度 1) 拉力：5KG 在每个方向 2) 振动：(三个互相垂直的轴线上，在 1015010Hz 的频率循环，以 9.81m/s2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 3) 冲击：100G 的加速度，重复 5 次 二、敏感特性二、敏感特性 1、TP-1.1A 对多种可燃气体的敏感特性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 RS(在目标气体中)，RO(在空气中)的比 10 1 0.1 500 1000 3000 5000 10000 浓
5、度(ppm) 图 3 图 4 是表示测试电路 VO的输出在不同气体及浓度下的变化曲线。 5 4 3 2 1 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 浓度(ppm) 图 4 空气甲烷 丙烷 丁烷 氢气氢气甲烷丁烷 丙烷空气 TP-1.1A 技术资料技术资料 - 3 - 2、温湿度的影响、温湿度的影响 1) 恒定湿热试验：40, 95%RH，96 小时(见图 5)。Y 轴表示 VO的输出电压值。 00.511.522.5上电20分钟40分钟60分钟120分钟4小时7小时27小时47小时53小时71小时75小时95小时空气中10分钟空气中1小时空气中24小时图 5 恒
6、定湿热实验 2) 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%) 1.2 1.2 1.4 1.8 1.6 1.5 1.8 1.7 0 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%CH4 3.3 3.4 3.5 3.7 3.4 3.5 3.7 3.6 20 1.5 1.5 1.2 1.8 1.5 1.7 1.5 1.5 通入 0.65%CH4 3
7、.6 3.7 3.6 3.9 3.5 3.4 3.8 3.6 通入 1.2%CH4 3.8 3.9 3.9 4.1 3.7 3.7 3.9 3.7 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)VO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。 5V 4.04V 3.5V 3.85V 2.5 0.04 清洁空气中 注入 气体 甲烷浓度 0.25% 0.5% 1.00% 图 6 TP-1.1A 技术资料技术资
8、料 - 4 - 3) 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) 1.51.6 1.6 1.5 1.5 1.4 1.71.412 小时 0 1.451.541.561.551.51 1.50 1.601.3917 小时 0，0.7%CH4 3.73.6 3.5 3.7 3.8 3.6 3.73.517 小时 0，0.49%CH4 3.33.3 3.2 3.4 3.5 3.3 3.33.317 小时 0，0.77%CH4 3.53.473.363.593.66 3.48 3.563.4717 小时 0，0.15%
9、C3H8 4.04.0 3.8 3.9 3.9 3.9 3.93.918 小时 0，1%CH4 3.6.6 3.5 3.7 3.7 3.6 3.73.525 小时 0，0.6%CH4 3.43.5 3.4 3.5 3.5 3.6 3.63.336 小时 -5，0.55%CH4 3.43.5 3.4 3.6 3.6 3.5 3.63.444 小时 0，空气环境 1.51.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.71.460 小时 -9，0.7%CH4 3.43.4 3.353.5 3.5 3.45 3.653.3-12（传感器振荡） -12，通 0.6%CH4 3.33.4 3.3 3.4 3.
10、4 3.4 3.53.184 小时 -8，通 0.6%CH4 3.43.473.373.593.56 3.46 3.63.3-8，通 0.55 %CH4 3.43.4 3.363.543.55 3.45 3.633.29100 小时 -8，通 1.1%CH4 3.63.6 3.513.663.7 3.6 3.83.45回到 22，75%RH，通 0.6%CH4 3.53.5 3.3 3.5 3.6 3.5 3.63.454) 高温高湿实验：70， 98%RH 0# 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 1.45 1.73 1.72 1.61 1.7 1.64 1.69 1.5740 1.7
11、5 2.0 2.0 1.85 2.1 1.9 1.9 1.8 70 1.8 2.1 2.4 2.3 2.4 2.3 2.4 2.4 70 1.9 2.2 2.4 2.3 2.4 2.3 2.4 2.4 2 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 1.6 1.2 1.3 1.5 1.2 1.4 1.2 1.4 1.3 0.35%CH4 3.5 3.2 3.4 3.4 3.4 3.5 3.5 3.6 0.72%CH4 3.8 3.5 3.6 3.7 3.6 3.7 3.7 3.8 1.05%CH4 3.9
12、 3.7 3.7 3.8 3.8 3.8 3.8 3.9 1.15%CH4 3.95 3.7 3.7 3.8 3.8 3.9 3.9 3.9 5) 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 1.3 1.5 1.7 1.3 1.5 1.3 1.6 1.3 0.6%CH4 3.5 3.7 3.9 3.2 3.5 3.7 3.7 3.0 10.62%CH4 4.1 4.2 4.4 3.9 4.1 4.2 4.3 3.7 10%CH4(5 小时后) 3.9 4.1 4.1 3.6 3.9 4.1 4
13、.1 3.4 空气中 1.4 1.6 1.8 1.4 1.6 1.4 1.6 1.5 0.68%CH4 3.6 3.8 3.8 3.3 3.6 3.7 3.8 3.0 TP-1.1A 技术资料技术资料 - 5 - 6）油分子附着试验）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。 6V 另一种方法是负载电阻 RL为 25,12 小时后， VO输出4V，将 RL更换为 51，即可进入工作 状态，灵敏度如初。 （如图 7） VO RL 3、气体反应特性、气体
14、反应特性 图 8 表示传感器的输出 VO在空气及 2000ppm 的甲烷空气中 图 7 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。 VO 5 5.5 0.2%的 CH4 3 20s 30s 1.5 1 空气中 空气中 0.510 小时 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 的初始状态的初始状态 图 9 表示长时间存放的传感器在上电后的 VO输出状态。 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Q3导通，R4和 R1形成并联(加大了脱附电流)。待 OUTB 输出消失后，单片机使 Q
