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1、1电子电气工程系电气技术教研室主讲 曾益保2345678课题8 气体与烟雾的测量8.1 任务一 烟雾报警器8.1.1 学习目标 1、了解烟雾报警器的功能和作用。 2、掌握烟雾报警器的工作原理。 3、了解烟雾报警器的分类。 4、掌握烟雾报警器的选型方法。 5、掌握烟雾报警器的安装调试方法。8.1.2 学习任务 1、了解烟雾报警器的功能作用，掌握其工作原理。 2、能够进行烟雾报警器的选型、安装和调试。91. 概述烟雾报警器的功能在于：为了将火扑灭在未成灾害前，在火灾初燃生烟阶段，能自动发出火灾报警信号。8.1.3 知识准备（深圳市永昌达电子提供 ）102.烟雾报警器的工作原理烟雾报警器从使用的传感
2、器来分，有离子烟雾 报警器、光电烟雾报警器等。 11利用电离室离子流的变化基本正比于进入电离室的烟雾浓 度来探测烟雾浓度。离子式烟雾报警器是由两个内含镅241（Am241）放射源 的串联室、场效应管及开关电路组成的。内电离室即补偿室， 是密封的，烟不易进入；外电离室即检测室，是开孔的，烟能 够顺利进入。在串联两个电离室的两端直接接入24V直流电 源，正常状态下处于电场的平衡状态。当火灾发生时，烟雾进入检测电离室，Am241产生的射 线被阻挡，使其电离能力降低，因而电离电流减少，检测电离 室空气的等效阻抗增加，而补偿电离室因无烟进入，电离室的 阻抗保持不变，因此，引起施加在两个电离室两端分压比的
3、变 化，在检测电离室两端的电压增加量达到一定值时，开关电路 动作、发出报警信号。 （1）离子烟雾报警器的工作原理12利用烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。 根据烟雾粒子对光线的吸收和散射作用，光电烟雾报警器又分为散光型和遮光型两种。（2）光电烟雾报警器的工作原理13与遮光型光电烟雾报警器相同。红外光束烟雾报警器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，
4、电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。 （3）红外光束烟雾报警器的工作原理14（1）根据探测烟范围的不同：点型和线型两种（2）按使用环境的不同：陆用型、船用型、防爆型 等。4.烟雾报警器的主要特点（1）适用于火灾前期、早期的报警。（2）种类较多，应合理选择。（3）不适用的场所：正常情况下有烟的场所，经常有粉尘及水蒸气等场所，液体微粒出现的场所，火灾发生迅速、生烟极少及爆炸性场合。3.烟雾报警器的分类158.1.4 任务实施1.烟雾报警器的选型2.烟雾报警器灵敏度的选择3.烟雾报警器的安装4.注意事项5.烟雾报
5、警器的调试16课题8 气体与烟雾的测量8.2 任务二 煤气、液化气报警器8.2.1 学习目标1、了解煤气、液化气报警器的功能和作用。2、掌握煤气、液化气报警器的工作原理。3、了解煤气、液化气报警器的分类。4、掌握煤气、液化气报警器的选型方法。5、掌握煤气、液化气报警器的安装调试方法。8.2.2 学习任务1、了解煤气、液化气报警器的功能作用，掌握其工作原理。2、能够进行煤气、液化气报警器的选型、安装和调试。178.2.3 知识准备1. 概述近代科学的进步与发展给我们带来的是生活的便利和安逸，燃气已然成为我们每个家庭用户的必 备品，但当这些便利的背后给我们带来的是安全的 隐患，紧随而来的便是悲剧的
6、发生。现代生产、生活中排放的气体日益增多，有许多是易燃、易爆的气体，如氢气、一氧化碳、氟利 昂、煤矿瓦斯、天然气、液化石油气等，有些是对 人体有害的气体。为了确保安全，需要对各种有害 、 可燃性气体进行检测、监控。182. 煤气、液化气报警器的工作原理气敏传感器就是能感知环境中某气体及其浓度的一种器件，它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况的有关信息，从而进行检测、监控、报警。（1）催化型煤气、液化气报警器的工作原理利用难熔的金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。19（2）半导体型煤气、液化气报警器的工作原理SnO2半导体气
7、敏元件的特点：气敏元件阻值随检测气体浓度变化具有指数变化关 系，非常适用于微量低浓度气体的检测。 SnO2材料的物理、化学稳定性较好，耐腐蚀性强 ，寿命长。 SnO2气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、 脱附时间短，可连续、长时间使用。元件结构简单、成本低、可靠性高、机械性能好。对气体检测不需要复杂的处理设备，待检测气体可 通过元件电阻的变化直接转变为电信号，元件电阻率 变化大，信号处理可不用高倍数放大电路就可实现。20SnO2的基本性质SnO2是一种白色粉末，密度为6.167.02gcm3， 熔点为1127，在更高温度下才能分解，沸点高于 1900的金属氧化物。SnO2不溶于水，能溶于热强
8、酸和碱。SnO2对多种气体具有气敏特性。用烧结法或制膜 法制备的多孔型SnO2半导体材料，其电导率随接触的气体种类不同而变化，一般吸附还原性气体时电导率 升高，吸附氧化性气体时电导率降低。在SnO2烧结体中添加Pt（铂）或Pd（钯）等贵重金属作增感剂，会使其灵敏度有所提高。21所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子， 化学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体 ，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天 然气、氢气等。测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO 或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活 剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件 。 SnO2气敏元
9、件的结构主要有三种类型：烧结型、薄膜型和厚膜型。其中烧结型气敏元件是目前工艺最成熟、应用最 广泛的元件。22烧结型SnO2气敏元件是以多孔质陶瓷SnO2为基材，添加不同物质，采用传统制陶方法进行烧结，烧 结时埋入测量电极和加热丝，最后将电极和加热丝引 线焊在管座上制成元件。主要用于检测还原性气体、 可燃性气体和液体蒸汽。23SnO2气敏元件的工作原理烧结型SnO2气敏元件是表面电阻控制型气敏元件 。气敏部分是N型SnO2材料晶粒形成的多孔质烧结体，其晶粒接触面存在电子势垒，元件电阻主要取决于 势垒高度和接触部形状。正常情况下，氧吸附在半导体表面，并获得电子，从而使表面带负电，进而增大电子势垒，
10、使元件阻 值上升。当SnO2气敏元件接触还原性气体，如H2、CO等时，被测气体同吸附氧发生反应，这就减少了吸附氧 浓度，减低了势垒高度，从而降低了器件阻值。24基本测量电路电路包括两部分：气敏元件的加热回路和测试回路。URL=ICRL=UeRL（RS+RL） 或RS=UeRLURLRL因此，URL与气敏元件电 阻RS具有对应关系。253. 煤气、液化气报警器的主要特点4. 煤气、液化气报警器的分类（1）催化型报警器响应快，线性好，重复性好，干 扰小，精度高，稳定性好。（2）半导体型报警器灵敏度高、响应时间快。按检测原理分：催化型、电化学型、半导体型、 红外线吸收型等。按防爆要求分：防爆型和非防
11、爆型。按使用环境条件分：室内使用型和室外使用型。按使用方式分：便携式和固定式。261、气敏传感器的应用气敏传感器可以检测易燃、易爆、有毒、有害的各种气体，具有高灵敏度、响应时间和恢复时间短、 使用寿命长和成本低等优点。因此可用于工厂、矿山、家庭、宾馆、娱乐场所等地方的监测，以防火灾、爆炸等事故的发生，确保 这些环境的清新、安全。8.2.4 任务实施27可燃性气体传感器家庭用煤气报警器28NH3传感器甲烷传感器其他气体传感器29可用于汽车尾气测 量氧浓度传感器30有毒气体传感器的使用31一氧化碳传感器CO检测换气报警自动控制CO检测换气报警自动控制电路如下。32M：换气扇 VS：交流可控硅 整流
12、滤波稳压电源5VCO浓度较高时,电阻RS减小。AA点电压升高,C2通过R2(1M)缓慢充电。33整流滤波稳压电源5VACO浓度较低时,电阻RS增大。A点电压降低,C2通过R3(1M)快速放电,延时后VT1截止、NE555 （施密特）输出低电平、LED灭、VS关断、换气扇停。 延时（还有“躲过”加热时间的作用）后VT1饱和、NE555输出高 电平、LED亮、VS导通、换气扇转动。342、煤气、液化气报警器的选型本着先进性与适用性相结合的原则。生产企业的要求。危险等级和现场的需要。在温差较大的环境和精确度要求较高的场所，不 宜选择半导体型报警器。3、煤气、液化气报警器的安装4、注意事项5、煤气、液
13、化气报警器的调试35课题8 气体与烟雾的测量8.3 任务三 酒精气味检测报警器8.3.1 学习目标1、了解酒精气味检测报警器的功能和作用。2、掌握酒精气味检测报警器的工作原理。3、了解酒精气味检测报警器的分类。4、掌握酒精气味检测报警器的选型方法。5、掌握酒精气味检测报警器的安装调试方法。8.3.2 学习任务1、了解酒精气味检测报警器的功能作用，掌握其工作原理。2、能够进行酒精气味检测报警器的选型、安装和调试。368.3.3 知识准备1. 概述酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。 学名是乙醇，分子式C2H5OH，蒸气与空气混合能引起爆炸，爆炸极限
14、浓度3.518.0。 在工业领域，检测酒厂酒精含量是否达标；在交通方面，检测酒后驾车违章情况。372. 工作原理半导体型酒精气味检测报警器采用氧化锡半导体作为传感器，当气体浓度增加时，其电阻值就降低。受温度影响较大。燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池作为气敏元件。可以直接把可燃气体转变成电能。其电极上产生的电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。又称为电化学型。38酒精测试仪酒精 传感器呼气管393. 分类燃料电池型（电化学）酒精测试仪；半导体酒精测试仪；红外线酒精测试仪；气体色谱分析型酒精测试仪；比色型酒精测试仪。408.3.4 任务实施酒精检测报警控制电路，如图8.14所示。41本 章 结 束
