《传感器-测控电路》课程设计--烟雾报警器的设计

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1、湖南科技大学2007年《传感器－测控电路》课程设计学校：湖南科技大学学院：机电工程学院专业：测控技术与仪器班级：2004级（3）班名称：烟雾报警器指导教师：余以道、杨书仪设计者：代军学号：0403030308设计周期：两星期设计时间：2007年6月25日至7月2日设计学分：2分设计基本要求：1、熟悉相应的传感器及测控电路；2、在指导教师的指导下，独立完成相关的设计工作；3、学会使用AutoCAD及Protel软件，设计相应的传感器与测控电路；《传感器－测控电路》课程设计目录1．设计题目及要求2．基本原理简述3．总体设计方案的确定4．传感器结构设计及计算5．测控电路设计及计算6．精度误差分

2、析7．说明书编写8．参考文献9．附录烟雾报警器的设计(湖南省湘潭市湖南科技大学代军411201)摘要：随着国家GDP经济的高速发展、国家能源形式的需要以及人民对安全与环境保护的日益重视，烟雾报警器也日益受到厂矿、企业、高校、家庭的青睐，同时由于简易烟雾传感器物美价廉、灵敏度较高、适应性强、工作稳定性好，因此烟雾传感器必将越来越普及。关键词：稳压电源气体传感器集成电路驱动电路Abstract:WiththedevelopmentoftheeconomyofChina,theneedofnationalresources,theinstrumentsareplayinganimportant

3、partinthepeople’sdailylife.Becauseofitslowpriceandhighquality,moreandmoreinstrumentsarewidelybeingused.1.课程设计要求1.1.利用气体传感器设计一个烟雾报警器，要求有检测、报警输出。1.2在一定的空间范围内,如果出现超过设定浓度的烟雾时,烟雾报警器便发出报警信号，报警信号灯显示出现非正常烟雾，同时，自动启动烟雾排风机,开始排出烟雾。2.基本原理简述2.1半导体气敏传感器的性质利用半导体材料吸附气体后引起其性质变化特性而制成的器件称为气体传感器。半导体气体传感器的敏感部分是金属氧化物半导

4、体微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被检测气体时，半导体微结晶粒子烧结体接触界面的导电电子比例将发生变化，继而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度改变而变化。如图（1）所示，本课程设计采用的是UL-206气敏元件N型半导体传感器，气敏元件的阻值随着气体浓度的增加而下降。气敏传感器工作时必须经过加热这个程序，其目的是加速被测气体的吸附、脱出过程的作用；烧去气敏元件的油垢或污物，能起到清洗作用；控制不同的加热温度，能对不同的被测气体由不同的选择性作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，如图（2）所示，一般为200摄氏度－400摄氏度。在气敏元件被加热到稳定状态时，被测气体接触元件的表面而被吸附，此

5、时气敏元件的电导率（电阻）会按一定规律发生变化。N型半导体气敏元件（SnO2、ZnO等）上吸附还原性气体时，如氢气、一氧化碳、碳氢化合物（如CH4、C3H8等）、酒精等，气敏元件的电阻将会减小；若吸附氧化性气体，如氧气、氮氧化合物等，气敏元件的电阻将会增加。若为P型半导体气敏元件，情况则恰好相，吸附氧化性气体其电阻减小，吸附还原性气体其电阻增加。当气敏传感器通电后，气敏元件的电阻会急剧下降（在洁净的空气中，无待测气体），过一段时间后又逐步上升到一稳定值，这一段时间一般为2－10分钟，称这一段时间为“初始稳定状态”。达到初始稳定状态的时间及输出稳定的电阻值，除与元件本身有关，还与元件所处的

6、环境条件（温度与湿度）有关。气敏元件达到初始稳定状态以后，才能用于气体检测及烟雾报警。检测开始到电阻值稳定的时间（响应时间）与气敏元件的材料及结构有关，一般为10－30秒。测试完毕，气敏传感器置于普通大气环境之中，其阻值恢复到待测状态时阻值的时间约为1－3分钟左右。由于半导体气敏传感器是以被测气体和半导体表面或基体之间的可逆反应为基础，所以可以反复使用。电阻元件加热稳定状态（千欧）氧化性气体初始稳定状态响应还原性气体时间在干净的大气中在待测气体中时间（分）图（1）N型半导体气敏元件检测气体时的阻值变化曲线2.2电路原理当烟雾气体的浓度超过设定的浓度时，UL-206气敏元件N型半导体传感器

7、的阻值下降，IC1第2脚由原来的高电平变为低电平，第4脚输出转为高电平，使继电器K开始工作，使得继电器常开触点K－1闭合，从而使报警器发出报警信号，报警指示灯发光，并带动换气扇自动排风。3.总体设计方案如图（3）所示，在一定的空间范围内,如果出现超过设定浓度的烟雾时,UL-206气敏元件N型半导体气敏传感器的阻值下降，烟雾报警器便发出报警信号，报警信号灯显示出现非正常烟雾，同时，自动启动烟雾排风机,开始排出烟雾。4．传感器结构设计及