電阻式傳感器的工作原理及應用

1、 電阻式傳感器的工作原理及應用 氣敏傳感器 氣敏傳感器是氣敏電阻利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化的效應而制成的傳感器。按其結構可以分為燒結型、薄膜型、厚膜型三種。工作原理氣敏電阻按其電阻變化的機理可分為表面控制型和體控制型，前者是通過使半導體載流子增多和減少來引起半導體電阻率變化的；后者則是通過使半導體體內(nèi)晶格發(fā)生變化而引起電阻變化的。常見的氣敏電阻大都屬于表面控制型。以半導體材料為例說明表面控制型氣敏電阻的工作原理。半導體材料屬于N型半導體，這類半導體氣敏電阻工作時通常都需要加熱。元件在加熱開始時阻值急劇的下降，然后上升，一般經(jīng)過210分鐘才達到穩(wěn)定，稱之為初始穩(wěn)定狀

2、態(tài)。元件只有在達到初始穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測。因為元件在“清潔大氣”中吸附的氧氣量固定不變（空氣中的氧分壓幾乎固定不變），所以其阻值保持一定。一旦某種濃度的被測氣體流過元件，則在元件表面產(chǎn)生吸附，此時元件的阻值將隨氣體濃度變化而變化。如果被測氣體是氧化性氣體（如和），則被吸附氣體分子會從氣敏元件奪取電子，使N型半導體元件中的載流子電子減少，從而使電阻值增大。如果你被測氣體是還原性氣體（如、酒精等），則氣體分子會向氣敏元件釋放電子，使元件中的載流子電子增多，從而使電阻值下降。氣敏電阻對不同氣體的靈敏度差別很大，如對乙醚、乙醇、氫氣等具有較高的靈敏度，而對甲烷和的靈敏度則較低。在材料中摻入某些

3、金屬氯化物或貴金屬化合物，可提高元件的吸附活性，并顯著提高元件的靈敏度和擴大測試范圍。氣敏傳感器的應用1、 可燃氣體排風警報器當檢測到氣體濃度達到爆炸或中毒報警器設置的臨界點時，可燃氣體排風警報器就會發(fā)出報警信號，以提醒工作人員采取安全措施，并驅(qū)動排風、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災、中毒等事故。從而保障安全生產(chǎn)。本設計主要用于檢測空氣中的可燃氣體，常見的如有氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、硫化氫、磷化氫等當被測場所的空氣中存在可燃氣體時，探測器便將感知到的信息送到報警儀表；若可燃氣體的濃度超過安全指標，則報警器發(fā)出光聲告警提示，并自動啟動排風設

4、備。可燃氣體排風警報器的電路原理圖如圖所示，包括減壓整流、穩(wěn)壓模塊、氣敏傳感元件和觸發(fā)、聲光報警電路。半導體氣敏元件采用MQ2型；由于要求燈絲加熱電壓穩(wěn)定，所以采用三端穩(wěn)壓器7805對燈絲電壓進行穩(wěn)壓，開機預熱三分鐘。圖中的555和、組成可控多諧振蕩器。平時，強制復位端4腳處于低電平，555處于停振狀態(tài)；當氣敏元件檢測到可燃氣體時，AB極間阻值減小，使4腳電位上升到1V以上，555起振，振蕩頻率取決于、的時間常數(shù)，即f=1.44/。220V交流電源經(jīng)9V變壓器降壓后通過由4個二級管組成的橋式整流電路整流成直流10V電壓。發(fā)光二極管為電源指示燈。當氣敏元件接觸到可燃性氣體時，其AB極間的電阻減小

5、，從而使該電阻與的分壓上升，相對應的555的4腳電位上升，當4腳的電位上升到1V以上時555起振。通常情況下，氣敏元件的AB極間的阻值較大，該電阻與的分壓減小，相應的使555的4腳處于低電平，555處于停振狀態(tài)。555起振后，其輸出端3腳將輸出信號推動蜂鳴器發(fā)出報警聲。3腳輸出信號的頻率約為0.60.8；調(diào)節(jié)，可使頻率穩(wěn)定在1.5。2、 有害氣體控制報警器目前一氧化碳、煤氣、液化石油氣等氣體與居民的生活生產(chǎn)聯(lián)系越來越密切。作為能源和原材料，雖然他們再給人類帶來財富，但是其不安全的使用也會給人類帶來巨大的危害。其主要危害方式為：當擴散到空氣中的以上氣體達到一定濃度時，若人們吸入這些氣體會對身體造

6、成危害，嚴重的甚至死亡；同時，一定濃度的氣體一個發(fā)生爆炸，從而嚴重威脅人們的生產(chǎn)生活。針對氣體的這些危害，這里選擇了有害氣體控制報警器來進行介紹，它適應于各種有害氣體的檢測。當室內(nèi)有害氣體的體積分數(shù)達到一定數(shù)值時，該控制報警器能及時開啟排風扇，同時發(fā)出聲音報警信號，可以避免有害氣體引起的災害。該有害氣體控制報警器由電源電路、氣體檢測電路、電子開關電路和聲光報警電路組成，其原理如圖所示。、均選用1/4碳膜電阻器，選用1/2碳膜電阻器。、和均選用耐壓值為25V的鋁電解電容器，選用滌綸電容器。、均選用1N4007型硅整流二極管，和均選用1N4148型硅開關二極管，選用1W、12V的1N4742型穩(wěn)壓

7、二極管，選用1/2W、4.5V的1N231或1N 5992B型穩(wěn)壓二極管。VL選用的發(fā)光二極管，和選用S9013或3DG6型硅NPN型晶體管，選用S9012或3CG2l型硅NPN型晶體管，和均選用S8050或C8050型硅NPN型晶體管。IC選用KD9561型音效集成電路。K選用12V的HH53P直流繼電器。BL選用、0.5W電動勢揚聲器。氣敏傳感器選用QMNG1型氣敏元件。氣體檢測電路由氣體傳感器和外圍元器件組成。當氣體傳感器的表面吸附有被測氣體時，其電阻率會發(fā)生變化，因此它是一種氣電轉(zhuǎn)化元件。在如圖所示電路中，氣體傳感器在不接觸有害氣體時，其AB兩極間的電阻值很大均截止，繼電器K不吸合，控

8、制器不工作。當室內(nèi)有害氣體達到一定濃度時，氣體傳感器AB兩極間的阻值將變小，使均導通繼電器K吸合，其常開觸點、均閉合，使排風扇電動機M和聲光報警電路通電工作，揚聲器BL中發(fā)出響亮的警聲信號，發(fā)光二極管隨著警聲而閃亮。同時排風扇不斷地把室內(nèi)有害氣體排放到室外。當室內(nèi)有害氣體體積分數(shù)降到某一預定值時，繼電器會自動切斷排風扇和聲光報警電路的工作電源，使其停止工作，從而達到自動控制室內(nèi)有害氣體的目的。有害氣體的比重不同，因此檢測不同氣體時，控制報警器的安裝位置是不同的。若用于檢測煤氣，應將該控制報警器安裝在廚房的高處；若用于檢測液化石油氣，則應將該控制報警器安裝在廚房的低處。3、 防止酒后開車控制器如圖所示為防止酒后開車控制器的電路原理圖。圖中QMJ1為酒敏元件。若司機沒喝酒，在駕駛室內(nèi)合上開關S，此時氣敏器件的阻值很高，為高電平，為低電平，為高電平繼電器線圈失電，其觸點閉合，發(fā)光二極管通，發(fā)綠光，能點火啟動發(fā)動機；若司機酗酒，氣敏器件的阻值急劇下降，使為低電平，為高電平，為低電平，繼電器線圈通電，觸點閉合，發(fā)光二極管通，發(fā)紅光，以示警告，同時常閉觸點斷開，無法