《傳感器技術及其應用》第08單元 氣敏傳感器應用-空氣質量傳感實驗

第8單元

氣敏傳感器應用--空氣質量傳感實驗任務二實驗原理任務一實驗目的任務三實驗步驟單元任務預覽一、實驗目的了解氣敏傳感器的的種類和工作原理了解MQ系列傳感器的工作特點及原理了解氣體傳感模塊的原理并掌握其測量方法任務二實驗原理任務一實驗目的任務三實驗步驟原理說明氣敏傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測出來，并把它轉換為電信號的器件。它具有結構簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠，靈敏度高等諸多優(yōu)點。按照氣體傳感器的結構特性，一般可以分為以下幾種：半導體型氣敏傳感器；電化學型氣敏傳感器；固體電解質氣敏傳感器；接觸燃燒式氣敏傳感器；光化學型氣敏傳感器；高分子氣敏傳感器；紅外吸收式氣敏傳感器等。1.半導體型氣體傳感器作用原理：與氣體相互作用時產生表面吸附或反應，引起以載流子運動為特征的電導率或伏安特性或表面電位變化。借此來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度，并將其變換成電信號輸出。半導體氣體傳感器的分類:（1）電阻型氣敏器件1）燒結型2）薄膜型3）厚膜型（2）非電阻型氣敏器件1）二極管氣敏傳感器2）MOS二極管氣敏器件3）Pd-MOSFET氣敏器件（3）半導體氣敏元件的特性參數(shù)1）氣敏元件的電阻值2）氣敏元件的靈敏度（a）電阻比靈敏度式中一一氣敏元件在潔凈空氣中的電阻值；一一氣敏元件在規(guī)定濃度的被測氣體中的電阻值。（b）氣體分離度式中一一氣敏元件在濃度為的被測氣體中的阻值；一一氣敏元件在濃度為的被測氣體中的阻值；通常（c）輸出電壓比靈敏度式中一一氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的電壓輸出；

一一氣敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中工作時，負載電阻上的電壓輸出

3）氣敏元件的分辨率氣敏元件分辨率S表示為：式中一一氣敏元件在種氣體濃度為規(guī)定值中工作時，負載電阻上的電壓；4）氣敏元件的響應時間5）氣敏元件的恢復時間6）初期穩(wěn)定時間7）氣敏元件的加熱電阻和加熱功率2.紅外吸收式氣敏傳感器（1）測量原理通常，一束紅外光的強度在通過一個氣體容器時將會減少，而光強度損失是一定體積內活動氣體分子數(shù)量的函數(shù)，它將用來表示氣體濃度的函數(shù)。（2）優(yōu)點分析1）選擇性好2）不易受有害氣體的影響而中毒、老化3）響應速度快、穩(wěn)定性好4）防爆性好5）信噪比高，使用壽命長、測量精度高6）應用范圍廣部分氣體的特征紅外吸收波長表:當一定頻率強度為I0的入射紅外光穿過氣體時，氣體吸收自己特征頻率紅外光的能量后，從而使出射光能量減弱為I，即：

式中一一氣體吸收系數(shù)；一一待測氣體濃度；一一光程長度。（2）優(yōu)點分析1）選擇性好2）不易受有害氣體的影響而中毒、老化3）響應速度快、穩(wěn)定性好4）防爆性好5）信噪比高，使用壽命長、測量精度高6）應用范圍廣3.氣體傳感器的測量電路該傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）?；緶y試電路圖如下：基本測試電路:4.NEWLab空氣質量傳感模塊認識（1）空氣質量傳感模塊的電路板認識1）氣體傳感模塊電路板認識①MQ-2氣體傳感器；②靈敏度調節(jié)電位器；③靈敏度電壓測試接口J10，測試有害氣體濃度閥值電壓，即比較器1負端（3腳）電壓；④比較器電路；⑤數(shù)字量輸出接口J7，測試比較器1輸出電平電壓；⑥模擬量輸出接口J6，測試氣體傳感器感應電壓，即比較器1正端電壓；⑦接地GND接口J2。氣體傳感器模塊工作電路圖如下：（2）空氣質量傳感模塊場景模擬界面認識任務二實驗原理任務一實驗目的任務三實驗步驟實驗步驟1.啟動空氣傳感模塊 空氣質量傳感模塊工作時需要有三個模塊，分別是氣體傳感器模塊、繼電器模塊、風扇模塊（1）將NEWLab實驗硬件平臺通電并與電腦連接。（2）將氣體傳感器模塊、、繼電器模塊分別放置在NEWLab實驗平臺一個實驗模塊插槽上，風扇模塊放置好，并將三個模塊連接好（3）將模式選擇調整到自動模式，按下電源開關，啟動實驗平臺，使空氣質量傳感模塊開始工作。（4）啟動NEWLab實驗上位機軟件平臺，選擇溫度傳感實驗。（5）選擇硬件連接說明，上位機軟件平臺檢測硬件通過，見圖8-12所示。如果點擊連線提示燈亮，則連線指示燈開始閃爍，表示連線成功。（6）選擇場景模擬實驗，上位機軟件測試硬件平臺的空氣質量傳感模塊正常工作，并進入工作界面2.實驗測