可燃?xì)怏w報(bào)警器畢業(yè)論文

1、武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱: 可燃?xì)怏w報(bào)警器專 業(yè)： 電子測(cè)量技術(shù)與儀器班 級(jí): 10301班設(shè) 計(jì) 者： 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 2012年12月11日目錄第1章 畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義.1第二章 選擇題目的意義.3第三章 整體電路的設(shè)計(jì).5 3.1整體設(shè)計(jì)分析.5第四章 單元電路設(shè)計(jì).7 4.1 直流穩(wěn)壓電路.7 4.1.1 電路圖設(shè)計(jì).7 4.1.2 電路工作原理.8 4.2 信號(hào)采集及處理電路.11 4.2.1 氣敏傳感器.11 4.2.2 氣敏傳感器的參數(shù).15 4.2.3 mqk2型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)、外形.16 4.2.4 基本回路的測(cè)試.17 4.3 觸發(fā)電路.18 4.4 排風(fēng)

2、通氣裝置.21 4.5 聲光報(bào)警電路.22第五章 整機(jī)電路的設(shè)計(jì).23 5.1 整機(jī)電路的工作過(guò)程.23 5.2 任務(wù)的實(shí)現(xiàn).23第6章 結(jié)束語(yǔ).25參考文獻(xiàn).26附錄.27第1章 畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃中最后一個(gè)綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立從事藝術(shù)設(shè)計(jì)工作的初步嘗試，其基本目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)、基本技能應(yīng)對(duì)和處理問(wèn)題的能力。是學(xué)生對(duì)三年所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行系統(tǒng)化、綜合化運(yùn)用、總結(jié)和深化的過(guò)程。其意義在于：首先，撰寫(xiě)畢業(yè)論文是檢驗(yàn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)成果的重要措施，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。大學(xué)生在畢業(yè)前都必須完成畢業(yè)論文的撰寫(xiě)任務(wù)。申請(qǐng)學(xué)位必須提

3、交相應(yīng)的學(xué)位論文，經(jīng)答辯通過(guò)后，方可取得學(xué)位?？梢赃@么說(shuō)，畢業(yè)論文是結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)生活走向社會(huì)的一個(gè)中介和橋梁。畢業(yè)論文是大學(xué)生才華的第一次顯露，是向祖國(guó)和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的報(bào)到書(shū)。一篇畢業(yè)論文雖然不能全面地反映出一個(gè)人的才華，也不一定能對(duì)社會(huì)直接帶來(lái)巨大的效益，對(duì)專業(yè)產(chǎn)生開(kāi)拓性的影響。但它總是在一定程度上表明一個(gè)人的能力與才華，向社會(huì)展示自身的價(jià)值。撰寫(xiě)畢業(yè)論文在學(xué)業(yè)生涯中是一件值得留戀的事情。論文寫(xiě)作過(guò)程中所喚起的對(duì)科學(xué)研究的極大興趣，所激發(fā)的對(duì)科學(xué)事業(yè)的滿腔熱情，以及寫(xiě)作中辛勤的耕耘，導(dǎo)師的教誨和拿到學(xué)位證書(shū)時(shí)激動(dòng)人心的場(chǎng)面等，都會(huì)變成美好的回憶，深

4、藏在記億中。此外，撰寫(xiě)畢業(yè)論文是大學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間專業(yè)考核的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)計(jì)劃規(guī)定大學(xué)三年級(jí)學(xué)生要寫(xiě)學(xué)年論文，四五年級(jí)即將畢業(yè)的學(xué)生要寫(xiě)畢業(yè)論文。1981年全國(guó)實(shí)行學(xué)位制度，規(guī)定凡申請(qǐng)學(xué)位者，都要提交學(xué)位論文。目前，撰寫(xiě)畢業(yè)論文制度，不僅在全國(guó)高等院校中普遍實(shí)行，而且在電大、函大、職工大學(xué)、刊授大學(xué)等各種形式的高等業(yè)余教育中也得到了全面貫徹。實(shí)踐證明，撰寫(xiě)畢業(yè)論文是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是保證出好人才的重要措施。其次，提高大學(xué)生的寫(xiě)作水平是社會(huì)主義物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)的需要。在新的歷史時(shí)期，無(wú)論是提高全民族的科學(xué)文化水平，掌握現(xiàn)代科技知識(shí)和科學(xué)管理方法，還是培養(yǎng)社會(huì)主義新人，都要求我們的干

5、部具有較高的寫(xiě)作能力。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，作為領(lǐng)導(dǎo)人員和機(jī)關(guān)的辦事人員，要寫(xiě)指示、通知、總結(jié)、調(diào)查報(bào)告等應(yīng)用文；要寫(xiě)說(shuō)明書(shū)、廣告、解說(shuō)詞等說(shuō)明文；還要寫(xiě)科學(xué)論文、經(jīng)濟(jì)評(píng)論等議論文。在當(dāng)今信息社會(huì)中，信息對(duì)于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮著愈來(lái)愈大的作用。寫(xiě)作是以語(yǔ)言文字為信號(hào)，是傳達(dá)信息的方式。信息的來(lái)源、信息的收集、信息的儲(chǔ)存、整理、傳播等等都離不開(kāi)寫(xiě)作。所以撰寫(xiě)畢業(yè)論文主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立分析，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，畢業(yè)論文應(yīng)反映出作者能夠準(zhǔn)確地掌握所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，基本學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)研究的方法，對(duì)所研究的題目有一定的心得體會(huì)。第2

6、章 選擇題目的意義隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都有所增加。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳、氫等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。它們易流動(dòng)、易燃燒，在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過(guò)程中，如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的現(xiàn)象。當(dāng)與空氣混合后的混合物達(dá)到一定的濃度時(shí)，就是一種爆炸性混合物，遇火就會(huì)發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，會(huì)燃起大火，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。國(guó)內(nèi)外均有不少這方面的報(bào)道，其教訓(xùn)是非常深刻的。為了防患于未然，只有采用先進(jìn)、可靠的

7、安全監(jiān)測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，將事故消滅在釀成事故之前，才能確保安全生產(chǎn)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益才能有保證。 可燃性氣體報(bào)警器屬于中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄中第46項(xiàng)，它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具。建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(gbj16-87)第10.3.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類廠房和場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的報(bào)警器，許多產(chǎn)品使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品老化嚴(yán)重，技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警器的性能也不穩(wěn)定。有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p壞使報(bào)警器不能工作;有些是因使用不當(dāng)而造成故障，因此不能進(jìn)行準(zhǔn)

8、確，安全的報(bào)警。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行新的可燃性氣體探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)(gb 15322-2003)可燃?xì)怏w探測(cè)器。在2004年10月國(guó)家頒布可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程jjg693-2004 )。一部分不合規(guī)定的可燃性氣體報(bào)警器將停止使用。因此，研制一種新型，性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并且合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警器勢(shì)在必行。第3章 整體電路的設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)分析根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和要實(shí)現(xiàn)的功能，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含直流穩(wěn)壓電源電路、信號(hào)采集處理電路、觸發(fā)電路、排氣通風(fēng)裝置和聲光報(bào)警電路。其各部分關(guān)系如下圖3.1所示： 圖3.1 總體電路框圖1、 氣敏傳感器的原理及特性 氣敏傳感器是一種將某種

9、氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，是氣敏體積分?jǐn)?shù)將相應(yīng)的轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。氣敏傳感器具有穩(wěn)定性，靈敏性，選擇性，抗腐蝕性。2、直流電源部分 為系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定、可靠的直流電，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。3、信號(hào)采集及處理電路信號(hào)采集電路包括氣體檢測(cè)電路及對(duì)傳感器輸出信號(hào)的處理電路。氣體檢測(cè)電路需要用氣敏傳感器，將被檢測(cè)對(duì)象中含的氣體的濃度變?yōu)閭鞲衅鞯碾娦盘?hào)輸出，以利于后面的信號(hào)處理電路進(jìn)行處理。該電路由氣敏傳感器及附屬電路組成。傳感器將空氣中的有害氣體濃度變化轉(zhuǎn)換為其本身阻值的變化，從而利于后面的電路處理。4、 觸發(fā)電路該電路主要由比較器及其處理電路組成。用來(lái)對(duì)排

10、氣扇以及聲光報(bào)警電路進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)氣體的濃度影響到氣敏元件的輸出時(shí)，會(huì)將比較器觸發(fā)，從而引起報(bào)警電路報(bào)警。5、排氣通風(fēng)裝置在有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的電路驅(qū)動(dòng)通風(fēng)裝置（如排氣扇）工作，以迅速降低有害氣體濃度。6、聲光報(bào)警電路在有害氣體濃度超標(biāo)而排風(fēng)扇又不足以排干凈時(shí)，電路產(chǎn)生相應(yīng)的紅色警告信號(hào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生音頻信號(hào)，提醒人們空氣中的有害氣體濃度已超出允許范圍，應(yīng)及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)。第四章 單元電路設(shè)計(jì)根據(jù)總體設(shè)計(jì)的方案，分別對(duì)其各個(gè)模塊進(jìn)行分析說(shuō)明。4.1 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源輸入交流220v，能輸出穩(wěn)定的、可調(diào)的直流電壓。廣泛用于實(shí)驗(yàn)、電子產(chǎn)品供電。單向小功率直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓

11、器、整流、濾波、和穩(wěn)壓電路4部分組成，其工作過(guò)程一般為：首先由電壓變壓器將220v的交流電壓變換為所需要的直流電壓值；其次利用二極管整流為單向脈動(dòng)的直流電壓；再通過(guò)電容或電感等儲(chǔ)能元件組成的濾波電路減小其脈動(dòng)成分，從而得到比較平滑的直流電壓；由于經(jīng)過(guò)整流、濾波后得到的直流電壓易收電網(wǎng)電壓及負(fù)載變化的影響，必須加穩(wěn)定電路，可利用負(fù)反饋等措施維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。1、 主要技術(shù)指標(biāo)（1） 輸出電壓可調(diào)：uo=39v；（2） 最大輸出電流：iomax=800ma；（3） 輸出電壓變化量：uo=800ma;（4） 穩(wěn)壓系數(shù)：su0.003。4.1.1 電路圖設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)圖如圖4.1.1所

12、示。 圖4.1.1 穩(wěn)壓電路原理圖上圖所示主要是由lm317為主構(gòu)成的。因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、實(shí)驗(yàn)方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓電源。4.1.2 電路工作原理市電流交流220v經(jīng)變壓器t降低為u2，再經(jīng)vd1vd4橋式整流為脈動(dòng)直流電壓，再經(jīng)c1、c2濾波平滑，再由集成穩(wěn)壓塊lm317穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電壓，輸出所需要的電壓值。調(diào)節(jié)rp1可改變其輸出電壓值。根據(jù)任務(wù)要求選擇元器件。1、穩(wěn)壓集成塊的選擇lm317其特性參數(shù)：輸出電壓可調(diào)范圍：1.237v；輸出負(fù)載電流

13、：1.5a；輸入與輸出工作電壓u=uiuo：340v；能滿足設(shè)計(jì)要求，故選用lm317組成穩(wěn)壓電路。2、選擇電源變壓器（1）確定副邊電壓u2根據(jù)性能指標(biāo)要求：uomin=3v，uomax=9v。又因?yàn)閡iuomax（uiuo）min uiuomin（uiuo）max其中：（ uiuomin）min=3v，（uiuo）max=40v所以 12vui43v次范圍中可任選：ui=14v=uo1根據(jù) uo1=（1.11.2）u2可得變壓的副邊電壓：（2）確定變壓器復(fù)變電流i2因?yàn)閕o1=io又副邊電流i2=（1.52）io1 取io=iomax=800ma則i2=1.50.8a=1.2a(3) 選擇變

14、壓器的功率變壓器的輸出功率：poi2u2=14.4w3、 選擇整流電路中的二極管因?yàn)樽儔浩鞯母边呺妷簎2=12v，所以橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：17v。橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：。查手冊(cè)選整流二極管1n4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓ubr=50v17v。最大整流電流if=1a0.4a4、 濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的大小可用公式求得。（1） 求ui根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)計(jì)要求uo15mv，su0.003uo=+3v+9vui=14v帶入上式，則可求得ui。（2）濾波電容c設(shè)定io=iomax=0.8a，t取交流電源半周期即t=0.01s，則可

15、求得c。電路中的濾波電容承受的做工電壓為17v，所以所選電容的耐壓值應(yīng)大于17v。注意：因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@指分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入瓷介質(zhì)小容量電容用來(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。4.2 信號(hào)采集及處理電路信號(hào)采集電路包括氣體檢測(cè)電路及對(duì)傳感器輸出信號(hào)的處理電路。氣體檢測(cè)電路需要用氣體傳感器，將被檢測(cè)對(duì)象中含的氣體的濃度變?yōu)閭鞲衅鞯碾娦盘?hào)輸出，以利于后面的信號(hào)處理電路進(jìn)行處理。4.2.1 氣敏傳感器按構(gòu)成氣敏元件的材料劃分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體氣敏元件兩大類，而半導(dǎo)體型又分為電阻型和非電阻型兩類。電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是用氧化錫、氧化鋅等金屬氧

16、化物材料制作而成，利用其阻值的變化來(lái)檢測(cè)氣體的濃度。非電阻式半導(dǎo)體氣敏元件是根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些有關(guān)特性變化對(duì)氣體進(jìn)行直接或間接檢測(cè)。 電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體（主要是金屬氧化物）表面接觸時(shí)的電導(dǎo)率等物性的變化來(lái)檢測(cè)氣體。電阻型半導(dǎo)體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下，當(dāng)氣體接觸器件表面而被吸附時(shí)，吸附分子首先在表面自由地?cái)U(kuò)散（物理吸附），失去其運(yùn)動(dòng)能量，其間的一部分分子蒸發(fā)，殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定吸附處（化學(xué)吸附）。這時(shí)，如果器件的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子從器件奪取電子而變成負(fù)離子吸附。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體有o2和no2，稱為氧化性氣體或電子接收

17、性氣體。如果器件的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而成為正離子吸附。具有這種正離子吸附傾向的氣體有h2、co、碳?xì)浠衔锖途祁惖?，稱為還原性氣體或電子供給氣體。當(dāng)氧化性氣體吸附到n型半導(dǎo)體上，還原性氣體吸附到p型半導(dǎo)體上時(shí)，將使載流子減少，而使電阻增大；相反當(dāng)還原性氣體吸附到n型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到p型半導(dǎo)體上時(shí)，將使載流子增多，使電阻下降?？諝庵械难醭煞执篌w上是恒定的，因而氧氣的吸附也是恒定的，氣敏器件的阻值大致保持不變。如果被測(cè)氣體流入這氣氛中，器件表面將產(chǎn)生吸附作用，器件的阻值將隨氣體濃度而變化，從濃度與阻值的變化關(guān)系，即可得知被測(cè)氣體的濃度。氣體傳感器是一種

18、將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置！氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類，盡管這種歸類不一定科學(xué)。它包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器等。工作原理以及應(yīng)用：聲表面波器件之波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測(cè)氣體相互作用（化學(xué)作用或生物作用，或者是物理吸

19、附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過(guò)測(cè)量聲表面波頻率的變化就可以準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化。 氣敏傳感器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂（r11、r12）的檢測(cè)、呼氣中乙醇的檢測(cè)等等。 它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。 特性及發(fā)展方向：

20、穩(wěn)定性： 穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒(méi)有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。 靈敏度： 靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制(tlv-thresh-old limit value)或最低爆炸限(lel-low

21、er explosive limit)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。選擇性： 選擇性也被稱為交叉靈敏度?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來(lái)確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。 抗腐蝕性： 抗腐蝕性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)1020倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。 氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過(guò)材料的選擇來(lái)確定

22、。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_(kāi)發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。 近年來(lái)，由于在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來(lái)越高，因此對(duì)氣體傳感器的研究和開(kāi)發(fā)也越來(lái)越重要。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。深入研究和掌握有機(jī)、無(wú)機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。對(duì)于本文所使用的傳感器是mqk-2型氣敏傳感器，mqk-2氣體傳感器所使用的氣敏

23、材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(sno2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 mqk-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 特點(diǎn)：1、在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 ；2、對(duì)液化氣、丙烷、氫氣 的靈敏度較高 ；3、長(zhǎng)壽命、低成本 ；4、簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可。4.2.2 氣敏傳感器的參數(shù)a.標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 vc 回路電壓24vdc

24、 vh加熱電壓5.0v0.2vacordc rl負(fù)載電阻可調(diào) rh加熱電阻313室溫 ph加熱功耗900mwb. 環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 tao使用溫度-1050 tas儲(chǔ)存溫度-2070 r相對(duì)濕度小于95% r o2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最小值大于c. 靈敏度特性 符號(hào)參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 rs敏感體表面電阻2k-20k(2000ppmc3h8 )適用范圍：300-10000ppm 丙烷、丁烷、氫氣(r3000ppm/r1000ppmc3h8)濃度斜率0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 202 vc:5.0v0.1v相對(duì)濕度： 65%5% vh: 5.0v

25、0.1v預(yù)熱時(shí)間不少于48小時(shí)敏感體功耗（ps）值可用下式計(jì)算：ps=vc2rs/(rs+rl)2 傳感器電阻（rs），可用下式計(jì)算：rs=(vc/vrl-1)rl4.2.3 mqk-2型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)、外形mqk-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖4.3.3所示(結(jié)構(gòu) a 或 b), 由微型al2o3陶瓷管、sno2 敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號(hào)取出，個(gè)用于提供加熱電流。 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（au）3測(cè)量電極引線鉑（pt）4加熱器鎳鉻合金（ni-cr）5陶瓷

26、管 三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（sub316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（ni-cu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（ni-cu）圖4.2.3 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形4.2.4 基本測(cè)試回路mqk-2型氣敏傳感器的基本測(cè)試回路如圖4.3.4：vcvhgndrlvrl圖4.2.4 基本測(cè)試回路上圖是傳感器的基本測(cè)試電路。該傳感器需要施加2 個(gè)電壓：加熱器電壓（vh）和測(cè)試電壓（vc）。其中vh用于為傳感器提供特定的工作溫度。vc 則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（rl）上的電壓（vrl）。這種傳感器具有輕微的極性，vc 需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，vc 和vh 可以共用同一個(gè)

27、電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)膔l值。為防止在電路開(kāi)始的時(shí)候上電造成開(kāi)機(jī)誤報(bào)警，可在b端加上一個(gè)開(kāi)機(jī)延時(shí)電路，詳情見(jiàn)附錄圖的整機(jī)電路圖。4.3 觸發(fā)電路觸發(fā)電路的主要組成由電壓比較電路組成。電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小(也有兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，如圖4.3所示。圖1(a)是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端(“+”端)及反相輸入端(“-”端)，有一個(gè)輸出端vout(輸出電平信號(hào))。另外有電源v+及地(這是個(gè)單電源比較器)，同相端輸入電壓va，反相端輸入vb。va和vb的變化如圖1(b)所示。在時(shí)間0t1時(shí)，vavb；在t1t2時(shí)，

28、vbva；在t2t3時(shí)，vavb。在這種情況下，vout的輸出如圖1(c)所示：vavb時(shí)，vout輸出高電平(飽和輸出)；vbva時(shí)，vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)電壓大。如果把va輸入到反相端，vb輸入到同相端，va及vb的電壓變化仍然如圖1(b)所示，則vout輸出如圖1(d)所示。與圖1(c)比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與va、vb的輸入端有關(guān)。如果把va輸入到反相端，vb輸入到同相端，va及vb的電壓變化仍然如圖1(b)所示，則vout輸出如圖1(d)所示。與圖1(c)比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與va、vb的輸入端有關(guān)。圖2(a)是雙電源(正

29、負(fù)電源)供電的比較器。如果它的va、vb輸入電壓如圖1(b)那樣，它的輸出特性如圖2(b)所示。vbva時(shí)，vout輸出飽和負(fù)電壓。4.3 觸發(fā)電路如果輸入電壓 va 與某一個(gè)固定不變的電壓 vb 相比較，如下 圖3(a)所示 。此vb稱為參考電壓、基準(zhǔn)電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0v(地電平)，如圖3(b)所示，它一般用作過(guò)零檢測(cè)。4.4 排風(fēng)通氣裝置 排風(fēng)電路如圖4.4所示： 圖4.4 排風(fēng)扇電路圖當(dāng)空氣中有害氣體超標(biāo)時(shí)，由高電平送入三極管，從而驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，常開(kāi)觸點(diǎn)接通，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作，同時(shí)，降低空氣中有害氣體的濃度，以確保室內(nèi)人員的生命安全，同時(shí)led2燈發(fā)光報(bào)警（可歸到光報(bào)警部分

30、）。當(dāng)空氣中有害氣體不超標(biāo)時(shí)，繼電器不動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)接通，排氣通風(fēng)裝置不工作。圖中，繼電器兩端并聯(lián)的二極管叫消耗二極管。繼電器斷開(kāi)(相當(dāng)于電感斷開(kāi))時(shí),產(chǎn)生一個(gè)感生電動(dòng)勢(shì).并聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)的二極管會(huì)在這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的作用作用作用作用下沿著電感與二極管與二極管與二極管與二極管形成的回路繼續(xù)向電感(線圈)供電。因此會(huì)引時(shí)延。(斷電時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)往往比電源提供的電壓還要高)，并一個(gè)二極管的意義在于保護(hù)繼電器的線圈不被斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的高電壓所損壞。(絕緣擊穿,線間短路)。一般來(lái)說(shuō)繼電器都有一定的滯后。通常在毫秒級(jí)或十毫秒級(jí),加上二極管后雖然有時(shí)延,但通常也是可以忽略不計(jì)的。 4.5 聲光報(bào)警電路該報(bào)警電路

31、包括光報(bào)警電路、聲音報(bào)警電路兩個(gè)報(bào)警電路，下面簡(jiǎn)單介紹這兩個(gè)報(bào)警電路的組成部分。如圖4.5所示：圖4.5 聲光報(bào)警電路當(dāng)有害氣體濃度過(guò)高，而且排氣扇不能夠及時(shí)排掉時(shí)，觸發(fā)電頻會(huì)觸發(fā)三極管9013，此時(shí)，三極管導(dǎo)通，觸發(fā)led3發(fā)光，同時(shí)kd9561發(fā)出警車(chē)聲報(bào)警。第五章 整機(jī)電路圖的設(shè)計(jì)5.1 整機(jī)電路的工作過(guò)程如附錄圖中，市電流交流220v經(jīng)變壓器t降低為u2，再經(jīng)vd1vd4橋式整流為脈動(dòng)直流電壓，再經(jīng)c1、c2濾波平滑，再由集成穩(wěn)壓塊lm317穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電壓，輸出所需要的電壓值。調(diào)節(jié)rp1可改變其輸出電壓值。本文的輸出電壓值為+9v。本文加入了led1的驅(qū)動(dòng)，此結(jié)構(gòu)是為顯示氣敏傳感器的加

32、熱絲是否燒斷而設(shè)計(jì)。圖中，u1a、u1b、u1c構(gòu)成比較器，調(diào)節(jié)rp3可設(shè)定報(bào)警點(diǎn)，調(diào)節(jié)rp4可使得led1平時(shí)燈熄滅，當(dāng)mqk2氣敏傳感器的加熱絲燒斷時(shí)，u1a翻轉(zhuǎn)輸出高電平，vt3導(dǎo)通。led1發(fā)光，表示mqk2氣敏傳感器失效。vd3為溫度補(bǔ)償二極管。r2、vd5、vd6、c3組成開(kāi)機(jī)延時(shí)電路。r2阻值可根據(jù)延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短選擇，報(bào)警電路采用kd9561發(fā)出警車(chē)聲。5.2 任務(wù)的實(shí)現(xiàn)具有自動(dòng)控制排氣扇和聲光報(bào)警功能的報(bào)警電路時(shí)一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、功能比較齊全的實(shí)用檢測(cè)電路，該電路有四個(gè)明顯的特點(diǎn)，使用時(shí)應(yīng)注意。1、 通電數(shù)秒鐘，等mqk2型氣敏傳感器加熱線圈穩(wěn)定后，再進(jìn)行測(cè)試工作。2、 實(shí)用時(shí)嚴(yán)密觀察二極管led1的狀態(tài)，因?yàn)閙qk2正常工作時(shí)，r1兩端的電壓，即運(yùn)放u1a的反向輸入端的電位高于同相輸入端電位，led1熄滅，一旦mqk2的加熱線圈被燒斷，