智能甲烷传感器.doc

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1、智能甲烷传感器J电气08013081127014邹益斌一．甲烷的敏感元件气敏电阻的工作原理气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成，金属氧化物半导体分N型半导体，如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等；P型半导体，如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还渗入了催化剂，如钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)等。金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中，空气中的氧和NO2这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结

2、果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。该类气敏元件通常工作在高温状态(200～450℃)，目的是为了加速上述的氧化还原反应。例如，用氧化锡制成的气敏元件，在常温下吸附某种气体后，其电导率变化不大，若保持这种气体浓度不变，该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加，尤其在l00~300℃范围内电导率变化很大。显然，半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。气敏元件的基本测量电路，如图1所

3、示，图中EH为加热电源，Ec为测量电源，电路中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化，输出电压(信号电压)由电阻RO上取出。气敏元件在低浓度下灵敏度高，在高浓度下趋于稳定值。因此，常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。由上述分析可以看出，气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此，气敏元件结构上，有电阻丝加热器，1和2是加热电极，3和4是气敏电阻的一对电极。氧化锡，氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图2所示。一．用该敏感原件组成的测量电路图1气敏元件的基本测量电路图2气敏元件输出电压与温度的关系三．对信号进行调整信号放大部分由晶体管9014构成的放大

4、电路，用来放大检测到的信号。如图所示为信号放大部分电路四．A/D转换五．CPU的选择驱动芯片U257BG,下图所示的就是U257BG的内部管脚图六．显示电路显示电路选用LED条形驱动器集成块U257B，额定工作电压为8V到25V,输入电压最大5V，输入电流0.5MA，功耗690MW。下图为显示电路的电路结构图。七．报警电路该探测报警电路用QM-N10气敏传感器作为探测头。当空气不含有毒气体时，A、K两点间的电阻很大，流过RP的电流很小，K点为低电位，达林顿管U850不导通；当空气中含有还原性气体时(如上述有毒气体)，A、K两点间的电阻迅速下降，通过RP的电流

5、增大，K点电位升高，向C2充电直至达到U850导通电位(约1．4V)时，U850导通，驱动发声集成片KD9561发声。当空气中有毒气体浓度下降至使A、K两点间恢复高阻时，K点电位低于1.4V，U850截止，报警解除。八．总体系统图