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1、长江工程职业技术学院自动化教研室三、常见气体传感器及其应用 1QMN5型气敏传感器及应用 QMN5是一种应用广泛的国产气敏传感器，它由绝缘陶瓷管、加热器、电极及氧化锡烧结体等构成。工作时，电热丝通电加热，当无被测气体流入时，由于空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也是恒定的，气敏元件的阻值大致保持不变。当有被测气体流入，元件表面将产生吸附作用，元件的阻值将随气体浓度而变化，然后由测量回路按照浓度和阻值的变化关系即可推算出气体的浓度。长江工程职业技术学院自动化教研室QMN5型气敏传感器的极间电压为10V，加热电压为50.5V，负载电阻为2k，适用环境温度为-2040。适用于检测煤气、液化
2、石油气、煤油、汽油、乙炔、乙醇、酒精、氢气、硫化氢、一氧化碳、烷类气体、烯类气体、氨类气体及烟雾等。图5-3列出QMN5外形和符号。其中A、B为信号电极（电极），H为加热丝极（丝极）。 图5-3 QMN5外形和符号 长江工程职业技术学院自动化教研室（1）一氧化碳报警器图5-4 CO检测换气报警自动控制电路 长江工程职业技术学院自动化教研室（2）集成可燃性气体检测器图5-6 可燃性气体检测器电路长江工程职业技术学院自动化教研室工作原理如下： 9V直流电源经电阻RP1限流，为QMN5的丝极h-h提供了110mA左右的电流；将A-A与B-B测量极预热；在清洁的空气中，两测量极间的电阻较大，B-B端对
3、地电位较低，气敏元件无信号输出 ，1IC为SL322型发光显示电平指示驱动电路，其脚为第一组的输入端， 无信号输入时、脚均为低电位，因此，2IC、3IC均不工作,无报警信号； 可燃性气体检测器电路长江工程职业技术学院自动化教研室当气敏元件的检测到一定浓度的可燃气体时 ，B-B端对地电位上升 ，使1IC 的脚的电压也上升，当电压升高到0.2V时 ，1IC的脚立即由低电位变为高电位，这时2IC、3IC相继工作。 2IC、3IC均为5G1555组成的自激多谐振荡器，不过2IC工作在超低频，而3IC工作在音频范围内。适当调整R1或R2，使2IC工作频率为1Hz，这时作指示灯用的发光二极管LED将闪烁发
4、光，电压蜂鸣器YD便发出“嘀、嘀”的报警声。 可燃性气体检测器电路长江工程职业技术学院自动化教研室（3）矿灯瓦斯报警器图5-8 矿灯瓦斯报警器电路 长江工程职业技术学院自动化教研室工作原理如下：而当瓦斯浓度较低时，由于电位器RP的输出电压较低，VT1截止，所以VT2、VT3也截止，矿灯不闪烁报警；当矿内瓦斯浓度超过设定浓度时，电位器RP的输出信号通过二极管VD加到三极管VT1的基极，使VT1导通，从而使VT2、VT3得到供电而开始工作，由VT2、VT3、R2、R3、C1和C2组成的是一个互补式自激多谐振荡器 驱动继电器开关K不断地断开和闭合，使矿灯形成闪光，说明瓦斯浓度已超过了设定值。 长江工
5、程职业技术学院自动化教研室调试过程：该报警器的调试方法为：通电15min后，先将电位器RP调到输出为零的一端，再将矿灯瓦斯报警器置于设定浓度的瓦斯气样中，缓慢调节电位器RP，使报警器刚好产生报警即可。长江工程职业技术学院自动化教研室2TGS系列气敏传感器及应用TGS系列气敏传感器是日本费加罗公司生产的半导体气敏传感器。当吸附还原性气体（例如液化气、天然气、氢气、一氧化碳、有机溶剂及蒸汽等）时，电导率上升。当恢复到清洁空气中时，电导率恢复。TGS传感器就是将这种电导率变化，以输出电压的方式取出，从而检测出气体的浓度。图5-9 几款TGS气敏传感器实物及结构图 长江工程职业技术学院自动化教研室（1
6、）火灾烟雾报警器利用TGS109气敏器件对烟雾的敏感，设计出火灾烟雾报警器。在火灾初期，总要产生可燃性气体和烟雾，因此可以利用SnO2气敏器材作烟雾报警器，在火灾酿成之前进行预报。火灾报警器具有双重报警机构：当火灾发生时，温度升高，达到一定温度时热传感器动作，蜂鸣器鸣响报警；当烟雾或可燃气体达到预定报警浓度时，气敏器件发生作用时报警电路动作，蜂鸣器也鸣响报警。长江工程职业技术学院自动化教研室（2）实用酒精测试仪图5-10为酒精测试仪电路。该测试仪只要被试者向传感器吹一口气，便可显示出醉酒的程度，确定被试者是否还适宜驾驶车辆。气体传感器选用二氧化锡器敏元件。此类仪器目前已在国内一些大城市投入使用
7、，并成为交警的必备标准装备。图5-10 酒精测试仪电路 长江工程职业技术学院自动化教研室当气体传感器探测不到酒精时，加在A5脚的电平为低电平；当气体传感器探测到酒精时，其内阻变低，从而使A5脚电平变高。图5-10中A为显示驱动器，它共有十个输出端，每个输出端可以驱动一个发光二极管，显示驱动器A根据第脚电平高低来确定依次点亮发光二极管的级数，酒精含量越高则点亮二极管的级数越大。上五个发光二极管为红色，表示超过安全水平。下五个发光二极管为绿色，表示安全水平（酒精含量不超过0.5%）。工作原理如下：长江工程职业技术学院自动化教研室自动控制排气扇和声光报警电路的设计具有自动控制排气扇和声光报警功能的报
8、警电路，设计时可根据情况分别对待，有害气体浓度达到0.15%时，排气扇首先自动开启，使有害气体排出，且发光二极管LED2发光。空气洁净后，排气扇自动关闭。只有当有害气体泄漏严重，排气无效，浓度达到0.2%时，报警电路才发出声光报警。任务要求：长江工程职业技术学院自动化教研室任务实施：图5-13电路中，A1、A2和A3构成比较器，调节RP1可设定排气扇启动点，调节RP2可设定报警点，调节RP3可使LED1平时熄灭，当MQK2气敏传感器的加热丝烧断时，A3翻转输出高电平，VT3导通，LED1发光，表示MQK2气敏传感器失效。VD3为温度补偿二极管。R2、VD1、VD2、C3组成开机延时电路，可避免
9、初期特性造成的开机误报警，R2阻值可根据延时时间长短选择，报警电路采用KD9561发出警车声。电电 路路 图图长江工程职业技术学院自动化教研室任务实现：该电路有四个明显的特点，使用时应注意。 通电数秒钟等MQK2型气敏传感器加热线圈稳定后，再进行测试工作。 使用时严密观察发光二极管LED1的状态，因为MQK2正常工作时，R1两端的电压，即运放A3的反相输入端的电位高于同相输入端的电位，LED1熄灭，一旦MQK2的加热线圈被烧断，即运放A3的反相输入端的电位低于同相输入端的电位，LED1发光。所以，LED1是监测MQK2加热线圈的指示灯。电电 路路 图图长江工程职业技术学院自动化教研室 该电路设
10、计是有害气体浓度达到0.15%时，排气扇首先自动开启，当有害气体排出，空气洁净后，排气扇自动关闭。只有当有害气体泄漏严重，排气无效，浓度达到0.2%时，报警电路才发出声光报警。所以RP1、RP2两个电位器电阻数值工厂出厂前已调好，不要随便改动。 电风扇启动与关闭是由继电器J通电和断电而控制的，有关继电器的工作原理请参考其他有关书籍。长江工程职业技术学院自动化教研室阶段小结 本模块讲述了气体传感器的概念，并对多种气体的检测方法进行了比较分析。介绍了半导体气敏传感器的结构、符号及工作原理分析了QMN5型气体传感器的工作原理，同时结合实例，画出了CO检测换气报警自动控制电路和可燃性气体检测器电路图。为学生学完后自己动手组装可燃性气体报警电路打下了良好的基础。
