電阻式傳感器的工作原理及應(yīng)用

1、精選文檔 電阻式傳感器的工作原理及應(yīng)用 氣敏傳感器 氣敏傳感器是氣敏電阻利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化的效應(yīng)而制成的傳感器。按其結(jié)構(gòu)可以分為燒結(jié)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(jī)理可分為表面控制型和體控制型，前者是通過使半導(dǎo)體載流子增多和減少來引起半導(dǎo)體電阻率變化的；后者則是通過使半導(dǎo)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(dǎo)體材料為例說明表面控制型氣敏電阻的工作原理。半導(dǎo)體材料屬于N型半導(dǎo)體，這類半導(dǎo)體氣敏電阻工作時(shí)通常都需要加熱。元件在加熱開始時(shí)阻值急劇的下降，然后上升，一般經(jīng)過210分鐘才達(dá)到穩(wěn)定，稱之為初

2、始穩(wěn)定狀態(tài)。元件只有在達(dá)到初始穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測(cè)。因?yàn)樵凇扒鍧嵈髿狻敝形降难鯕饬抗潭ú蛔儯諝庵械难醴謮簬缀豕潭ú蛔儯?，所以其阻值保持一定。一旦某種濃度的被測(cè)氣體流過元件，則在元件表面產(chǎn)生吸附，此時(shí)元件的阻值將隨氣體濃度變化而變化。如果被測(cè)氣體是氧化性氣體（如和），則被吸附氣體分子會(huì)從氣敏元件奪取電子，使N型半導(dǎo)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(cè)氣體是還原性氣體（如、酒精等），則氣體分子會(huì)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(duì)不同氣體的靈敏度差別很大，如對(duì)乙醚、乙醇、氫氣等具有較高的靈敏度，而對(duì)甲烷和的靈敏度則較低。在材料中

3、摻入某些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(kuò)大測(cè)試范圍。氣敏傳感器的應(yīng)用1、 可燃?xì)怏w排風(fēng)警報(bào)器當(dāng)檢測(cè)到氣體濃度達(dá)到爆炸或中毒報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，可燃?xì)怏w排風(fēng)警報(bào)器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工作人員采取安全措施，并驅(qū)動(dòng)排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒等事故。從而保障安全生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)主要用于檢測(cè)空氣中的可燃?xì)怏w，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(dāng)被測(cè)場(chǎng)所的空氣中存在可燃?xì)怏w時(shí)，探測(cè)器便將感知到的信息送到報(bào)警儀表；若可燃?xì)怏w的濃度超過安全指標(biāo)，則報(bào)警器發(fā)出光聲告警提示，并自動(dòng)啟

4、動(dòng)排風(fēng)設(shè)備。可燃?xì)怏w排風(fēng)警報(bào)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(bào)警電路。半導(dǎo)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(duì)燈絲電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，開機(jī)預(yù)熱三分鐘。圖中的555和、組成可控多諧振蕩器。平時(shí)，強(qiáng)制復(fù)位端4腳處于低電平，555處于停振狀態(tài)；當(dāng)氣敏元件檢測(cè)到可燃?xì)怏w時(shí)，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(shí)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(gè)二級(jí)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(dāng)氣敏元件接觸到可燃性氣體時(shí)，其AB極間的

5、電阻減小，從而使該電阻與的分壓上升，相對(duì)應(yīng)的555的4腳電位上升，當(dāng)4腳的電位上升到1V以上時(shí)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(yīng)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(hào)推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。3腳輸出信號(hào)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(bào)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?cè)俳o人類帶來財(cái)富，但是其不安全的使用也會(huì)給人類帶來巨大的危害。其主要危害方式為：當(dāng)擴(kuò)散到空氣中的以上氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，若人們吸入這些氣體會(huì)

6、對(duì)身體造成危害，嚴(yán)重的甚至死亡；同時(shí)，一定濃度的氣體一個(gè)發(fā)生爆炸，從而嚴(yán)重威脅人們的生產(chǎn)生活。針對(duì)氣體的這些危害，這里選擇了有害氣體控制報(bào)警器來進(jìn)行介紹，它適應(yīng)于各種有害氣體的檢測(cè)。當(dāng)室內(nèi)有害氣體的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，該控制報(bào)警器能及時(shí)開啟排風(fēng)扇，同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)，可以避免有害氣體引起的災(zāi)害。該有害氣體控制報(bào)警器由電源電路、氣體檢測(cè)電路、電子開關(guān)電路和聲光報(bào)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(guān)二極管，選用1W、12V的1N474

7、2型穩(wěn)壓二極管，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(dòng)勢(shì)揚(yáng)聲器。氣敏傳感器選用QMNG1型氣敏元件。氣體檢測(cè)電路由氣體傳感器和外圍元器件組成。當(dāng)氣體傳感器的表面吸附有被測(cè)氣體時(shí)，其電阻率會(huì)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(shí)，其AB兩極間的電阻值很大均截止，繼電器K不

8、吸合，控制器不工作。當(dāng)室內(nèi)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，氣體傳感器AB兩極間的阻值將變小，使均導(dǎo)通繼電器K吸合，其常開觸點(diǎn)、均閉合，使排風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)M和聲光報(bào)警電路通電工作，揚(yáng)聲器BL中發(fā)出響亮的警聲信號(hào)，發(fā)光二極管隨著警聲而閃亮。同時(shí)排風(fēng)扇不斷地把室內(nèi)有害氣體排放到室外。當(dāng)室內(nèi)有害氣體體積分?jǐn)?shù)降到某一預(yù)定值時(shí)，繼電器會(huì)自動(dòng)切斷排風(fēng)扇和聲光報(bào)警電路的工作電源，使其停止工作，從而達(dá)到自動(dòng)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(cè)不同氣體時(shí)，控制報(bào)警器的安裝位置是不同的。若用于檢測(cè)煤氣，應(yīng)將該控制報(bào)警器安裝在廚房的高處；若用于檢測(cè)液化石油氣，則應(yīng)將該控制報(bào)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(jī)沒喝酒，在駕駛室內(nèi)合上開關(guān)S，此時(shí)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(diǎn)閉合，發(fā)光二極管通，發(fā)綠光，能點(diǎn)火啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；若司機(jī)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(diǎn)閉合，發(fā)光二極管通，發(fā)紅光，以示警告，同時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開，無法