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1、模块三 气体成分和湿度的测量,主编,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-1 汽车尾气排放检查,环境检测除温度外，常常还需要对湿度和气体成分等环境量进行检测。例如，环境监测人员利用气敏传感器检查汽车尾气排放是否超标，如图3-1所示；交警利用酒精气体传感器检查驾驶员是否酒后驾车，如图3-2所示；气象工作人员对湿度、温度、风速等环境数据进行采集，准确分析、预报天气情况，如图3-3所示。,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-2 酒后驾车检查,图3-3 气象监测中的湿度传感器,模块三 气体成分和湿度的测量,1.懂得气敏传感器的工作原理和特性，了解气敏传感器的结构。 2.会检测、测试气敏传感器的好坏与质量
2、。 3.能根据检测对象选择合适的气敏传感器。 4.能安装、调试气敏传感器与烟雾传感器。,模块三 气体成分和湿度的测量,任务一 认识气敏传感器 1.气敏传感器及其用途 气敏传感器是一种能检测特定气体的成分、浓度并把它转换成电阻变化量，经测量电路再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。,表3-1 气敏传感器主要检测对象及其应用场合,模块三 气体成分和湿度的测量,2.气敏传感器的结构 观察实验室气敏传感器的结构。图34是几种常用气敏传感器及用气敏传感器制成的甲醇泄漏检测仪。,图3-4 气敏传感器及其制品,模块三 气体成分和湿度的测量,3.气敏传感器的工作特性和分类 气敏传感器遇到氢气
3、、一氧化碳、碳氢化合物等还原性可燃性气体时，其电阻减小；遇到氧气等氧化性气体时，其电阻增大。检测前，气敏传感器原已吸附氧，所以对可燃性气体更敏感。气敏传感器工作时必须加热，其目的是加速气体的吸附与脱出，烧去气敏元件的油垢、污物，起到清洗作用。同时，可通过温度控制来对检测气体进行选择。加热温度一般控制在200400范围内。,图3-5 直热式气敏传感器 1-2、3-4加热丝兼电,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-6 间热式气敏传感器,模块三 气体成分和湿度的测量,表3-2 部分国产气敏元件的特性,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-7 矿井瓦斯超限报警器,4.气敏传感器的应用 (1)矿井瓦斯超限
4、报警器。 1)电路组成及作用。图3-7为矿井瓦斯超限报警器，QM-N5为旁热式气敏传感器，它和R1、RP组成瓦斯气体检测电路；晶闸管VTH作为无触点电子开关。,2)工作原理。当无瓦斯或瓦斯浓度很低时，QM-N5的A、B极间电阻很大，电位器RP的滑动触点电压小于0.7V，VTH不被触发，警笛声电路无电源，不发声；当瓦斯气体超过安全标准时，A、B极间电阻迅速减小，当RP的滑动触点电压大于0.7V时，VTH被触发导通，警笛声电路得电，发出报警声。 (2)有害气体报警电路。图3-8所示为有害气体报警电路，晶体管VT采用高增益的达林顿晶体管U850。在纯净的空气中，由于气敏传感器A、B极间的内阻较大，此
5、时B点为低电位，VT不导通，KD9561无工作电流，不报警。在传感器接触到有害可燃气体后，A、B极间电阻变小，B点电位升高并向电容C2充电，当充电电位达到U850的导通电位(约1.4V)时，VT导通，驱动报警器KD9561报警。一旦有害气体浓度降低，使B电位低于1.4V，VT截止，报警解除。,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-8 有害气体报警电路,1.器材准备 MQ3型气敏传感器，025V交直流稳压电源，DT890型数字万用表,模块三 气体成分和湿度的测量,2.气敏传感器的检测 1)电阻测试法。主要用于使用维护时粗测气敏传感器的好坏，如图3-9所示。 2)电压测试法。主要用于测试气敏传感器的
6、工作特性，电路如图3-10所示。,图3-9 电阻法检测气敏传感器,图3-10 电压测试法,任务二 简易酒精测试器的安装与调试,1.器材准备 主要使用的器材见表33。,任务二 简易酒精测试器的安装与调试,表3-3 主要器材,模块三 气体成分和湿度的测量,2.电路分析 图3-11所示是一种简易酒精测试器，可测试饮酒者的醉酒程度。图中采用对酒精有较高灵敏度的MQ-3型酒精传感器，LM3914是LED显示驱动集成电路。传感器的负载为电阻R1及可调电阻R2。当无酒精蒸气时，气敏电阻的阻值很大，负载获得的电压很低，即对外输出电压很低，LED不点亮；当有酒精蒸气时，随着酒精蒸气浓度的增加，气敏电阻值减小，其
7、输出电压上升，则LM3914的LED(共10个)点亮数目也随着增加。测试时，人只要向传感器呼一口气，根据LED点亮的情况与数目可知是否喝酒，并可大致了解饮酒多少，确定被试者是否适宜驾驶车辆。,模块三 气体成分和湿度的测量,图311所示是一种简易酒精测试器，可测试饮酒者的醉酒程度。图中采用对酒精有较高灵敏度的MQ3型酒精传感器，LM3914是LED显示驱动集成电路。传感器的负载为电阻R1及可调电阻R2。当无酒精蒸气时，气敏电阻的阻值很大，负载获得的电压很低，即对外输出电压很低，LED不点亮；当有酒精蒸气时，随着酒精蒸气浓度的增加，气敏电阻值减小，其输出电压上升，则LM3914的LED（共10个）
8、点亮数目也随着增加。测试时，人只要向传感器呼一口气，根据LED点亮的情况与数目可知是否喝酒，并可大致了解饮酒多少，确定被试者是否适宜驾驶车辆,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-11 简易酒精测试器,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-12 LM3914基本电路,3.安装与调试 1)在万能电路板上安装、焊接LM3914集成电路插座，将外围电阻元件与LED连接并焊接。 2)安装、焊接7805集成稳压电路及滤波电容。 3)按照本项目任务一中的电阻测试法将MQ-3气敏传感器的4只信号输出脚短接成两个脚，按图3-11连接在集成稳压电路与LM3914驱动电路之间。 4)在稳压电路的输入端加上67V的直流
9、电压，用万用表电压档测试LM3914集成电路插座的5脚电压，将装有酒精的小瓶瓶口靠近传感器，观察此电压的变化。 5)断开电源，插上LM3914集成电路，再将酒精瓶口靠近传感器，观察LED点亮的情况。反复将酒精瓶口靠近、远离传感器，观察LED的变化。,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-13 烟雾传感器的外形,1.烟雾传感器工作原理 烟雾是比气体分子大得多的微粒悬浮在空气中形成的，和一般的气体成分分析不同，必须利用微粒的特点检测。烟雾传感器是以烟雾的有无决定输出信号，不能定量测量，一般用于火灾报警器，其外形如图3-13所示。 烟雾传感器按原理可分为散射式和离子式两种类型。,模块三 气体成分和湿度
10、的测量,2.气敏类传感器的采样特点 气敏类（包括烟雾）传感器的采样方式有两种，其特点如下。,图3-14 散射式烟雾传感器,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-15 离子式烟雾传感器,2)传感器内装有一台小型泵，强制吸收由工艺装置泄漏出来的可燃性气体进入传感器进行检测。传感器的吸入口有一个喇叭形的气体捕获罩，并设有气体分离器，对气体进行过滤。此方法的特点是设备多、体积大、结构复杂，但不易受到风向和风速的影响，采集率高、应用范围广，如图3-16所示。,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-16 泵吸引式传感器的采样方式,1.懂得湿敏传感器的工作原理和特性。 2.会检测、测试湿敏传感器。 3.能根据检
11、测对象选择合适的湿敏传感器。 4.能安装、调试湿敏传感器。 【任务引入】,项目二 湿 度 检 测,模块三 气体成分和湿度的测量,1.器材准备 GYHR101型湿敏电阻、HS101/ HC02型湿敏电容、温度湿度仪、万用表。2.观察湿敏电阻和湿敏电容 图318所示是常见的湿敏电容和湿敏电阻，图319所示是湿敏电容模块和数显式温度湿度显示器,图3-18 湿敏电阻和湿敏电容的外形,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-19 湿敏电容模块和数显式温度湿度显示器,3.湿敏元件的检测 1)湿敏电阻的构成与特性。湿敏电阻是在绝缘基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜并引出两根电极制成的，图3-20所示是湿敏元件的结
12、构示意图。 2)湿敏电阻的检测方法。用万用表的电阻档测试湿敏电阻的阻值，观察它在干燥处的电阻值，然后将其移至热水杯的上方，观察电阻值的变化。 3)湿敏电容。湿敏电容一般是用高分子薄膜作电介质材料制成的电容。常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。图3-23所示是高分子薄膜湿敏电容的电容湿度特性曲线，在同一温度下，其关系近似一直线。,4)湿敏电容的检测方法。用数字式万用表的电容档或电容表测试湿敏电容的电容值，选择合适的电容测量档位，与测试湿敏电阻的方法一样，观察其电容值的变化。注意，测试前应使湿敏电容干燥，否则无法观察到其电容量的变化。,图3-20 湿敏元件的结构示意图,模块三 气
13、体成分和湿度的测量,图3-21 MgC-Ti系湿度传感器的电阻湿度特性曲线,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-22 聚苯乙烯磺酸锂系湿度传感器的电阻湿度特性曲线,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-23 高分子薄膜湿敏电容的电容湿度特性曲线,模块三 气体成分和湿度的测量,4.湿敏电阻传感器的应用 应用湿敏电阻传感器可制成自动喷灌控制器。图324所示为自动喷灌控制器电路，它由电源电路、湿度检测电路和控制电路组成。其中，电源电路由电源变压器T、整流桥、隔离二极管VD2、稳压二极管VS和滤波电容C1、C2等组成。交流220V电压经T降压、整流后，在C2两端产生6V的直流电压。该电压一路供给微型水泵的直流电动机（或直流电磁阀），另一路经VD2降压、VS稳压和C1滤波后，产生56V电压，供给VT1VT3和继电器K。,模块三 气体成分和湿度的测量,图3-24 自动喷灌控制器电路,模块三 气体成分和湿度的测量,1.湿敏传感器 湿敏传感器是指对环境湿度具有响应或能将环境湿度转换为电信号的器件。它由湿敏元件和转换电路组成。湿敏传感器依据所使用的材料可分为电解质型、陶瓷型、高分子型和单晶半导体型。 2.湿度 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。,
