智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù) 課件 -項目四 氣體和濕度的檢測

智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù)主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材項目4氣體和濕度的檢測1．了解氣敏傳感器、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。2．理解氣敏傳感器、濕敏傳感器的工作原理。3．掌握氣敏傳感器的測試和使用方法。4．掌握濕度的測量方法。知識目標(biāo)：1．能完成可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試。2．能完成濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試。能力目標(biāo)：

本項目主要包括可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試、濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試2個任務(wù)，要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)，進(jìn)一步掌握氣敏傳感器、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)、特性、工作原理，并學(xué)會它們的測試和使用方法，掌握報警電路的制作過程，以及氣敏傳感器和濕敏傳感器在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。項目描述目標(biāo)與描述知識目標(biāo)1．了解氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。2．理解氣敏傳感器的工作原理。3．掌握氣敏傳感器的典型應(yīng)用電路。能力目標(biāo)1．會氣敏傳感器的測試和使用方法。2．能完成可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試。3．會進(jìn)行氣體濃度的測試。工作任務(wù)

石油、化工生產(chǎn)及汽車等的使用而造成的大氣污染日益嚴(yán)重等。因此，需要用氣敏傳感器來檢測氣體的濃度和成分來凈化空氣，提高環(huán)境質(zhì)量。圖4-1-1所示為可燃?xì)怏w報警電路原理圖，本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)、特性、工作原理，掌握氣敏傳感器的測試和使用方法，并能完成可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試圖4-1-1可燃?xì)怏w報警電路原理圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試一、氣敏傳感器

氣敏傳感器是能感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的傳感器。它利用化學(xué)、物理效應(yīng)將氣體的種類及濃度等信息轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)電路處理后進(jìn)行檢測、監(jiān)控和報警。圖4-1-2所示為部分氣敏傳感器的實物外形圖。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-2部分氣敏傳感器的實物外形圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試一、氣敏傳感器

1．氣敏傳感器的性能要求（1）對被測氣體有較高的靈敏度。（2）對被測氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感。（3）性能穩(wěn)定。（4）動態(tài)特性好，響應(yīng)速度快。（5）使用壽命長。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試一、氣敏傳感器

2．氣敏傳感器的分類氣敏傳感器的分類如表4-1-1所示。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體式氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同被測氣體接觸，使得半導(dǎo)體性質(zhì)發(fā)生變化的原理來檢測特定氣體的成分或濃度的傳感器。按半導(dǎo)體的物理特性的不同，半導(dǎo)體式氣敏傳感器又可分為電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器和非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器兩種。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體吸附使半導(dǎo)體本身的電阻值發(fā)生變化這一特性而制作的傳感器，它由氣敏元件、加熱器、外殼等組成。其中加熱器的作用是加速被測氣體的吸附及脫出過程，燒去氣敏元件的油垢或污物，起清潔作用。控制不同的加熱溫度，能對不同被測氣體有不同的選擇作用。加熱溫度與元件輸出靈敏度有關(guān)，一般為200～400℃。

項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器氣敏元件常被稱為氣敏電阻，其主要材料為金屬氧化物半導(dǎo)體，合成時加入敏感材料和催化劑燒結(jié)而成。常用的金屬氧化物半導(dǎo)體有SnO2（氧化錫）、ZnO（氧化鋅）、Fe2O3（氧化鐵）等。SnO2氣敏元件主要用于檢測氧氣、二氧化碳、乙醇等氣體的濃度；Fe2O3氣敏元件對丙烷和異丁烷（液化石油氣的主要成分）的靈敏度較高。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器氣敏元件種類很多，按制作工藝分，可分為燒結(jié)型氣敏元件、薄膜型氣敏元件和厚膜型氣敏元件三種。（1）燒結(jié)型氣敏元件。燒結(jié)型氣敏元件是將元件的電極和加熱器均埋在金屬氧化物氣敏材料中，經(jīng)加熱成形后低溫?zé)Y(jié)而成的。目前最常用的是SnO2燒結(jié)型氣敏元件，用來測量還原性氣體。它的加熱溫度較低，一般為200～300℃。其加熱方式有直熱式和旁熱式兩種。直熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件在實際生產(chǎn)中使用較少，目前使用較多的是旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（1）燒結(jié)型氣敏元件。旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件的結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖4-1-3所示。旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件是在一根薄壁陶瓷絕緣管內(nèi)放入一根螺旋形高電阻率金屬絲作為加熱器，在陶瓷絕緣管的外壁涂覆SnO2作為基礎(chǔ)材料的漿料層，經(jīng)燒結(jié)后形成厚膜氣體敏感層，陶瓷絕緣管的兩端設(shè)置一對金電極及鉑-鐵合金絲引線。一般引線有6根，其中，兩個A和兩個B分別相連后，成為氣敏元件的引線，f-f為加熱器的引線。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（1）燒結(jié)型氣敏元件。

項目4氣體和濕度的檢測（a）結(jié)構(gòu)

（b）圖形符號圖4-1-3旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件的結(jié)構(gòu)和圖形符號任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（2）薄膜型氣敏元件。薄膜型氣敏元件制作時采用蒸發(fā)或濺射的方法，在處理好的石英基片上形成一薄層金屬氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出電極，其結(jié)構(gòu)如圖4-1-4所示。薄膜型氣敏元件的優(yōu)點是靈敏度高、響應(yīng)迅速、機械強度高、互換性好、成本低。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-4薄膜型氣敏元件的結(jié)構(gòu)任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（3）厚膜型氣敏元件。厚膜型氣敏元件是將氣敏材料（SnO2、ZnO等）與一定比例的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，再把厚膜膠由絲網(wǎng)印刷到裝有鉑電極的氧化鋁基片上，在400～800℃的溫度下燒結(jié)1～2h而制成的。用厚膜工藝制成的氣敏元件一致性較好，機械強度高，適合批量生產(chǎn)。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)2）非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體與氣體接觸后，其特性（如二極管的伏安特性）發(fā)生變化來測定氣體的成分或濃度的。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

2．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的工作原理金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性。通常氣敏元件工作在空氣中，空氣中的氧氣和二氧化氮這些電子兼容性大的氣體，接收來自半導(dǎo)體材料的電子而吸附負(fù)電荷，形成氧的負(fù)離子吸附，結(jié)果使N型半導(dǎo)體材料的表面空間電荷層區(qū)域的傳導(dǎo)電子減少，使表面電導(dǎo)減小，從而使氣敏元件處于高阻狀態(tài)。一旦氣敏元件與被測還原氣體接觸，就會與吸附的氧起反應(yīng)，將被氧束縛的電子釋放出來，敏感膜表面電導(dǎo)增加，使氣敏元件電阻值減小。該類氣敏元件通常工作在高溫狀態(tài)（200～450℃），目的是加速上述的氧化還原反應(yīng)。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．接觸燃燒式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸燃燒式氣敏傳感器是基于強催化劑使氣體在其表面燃燒時產(chǎn)生熱量，從而使貴金屬電極電導(dǎo)隨氣體濃度發(fā)生變化來對氣體進(jìn)行檢測的。典型的接觸燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖4-1-5所示。催化劑中埋設(shè)有鉑等金屬絲，工作時金屬圈中通電流使溫度保持在300～600℃，當(dāng)可燃?xì)怏w接觸預(yù)先加熱的傳感器表面時會燃燒，所產(chǎn)生的熱量使金屬絲溫度進(jìn)一步升高，致使電阻值增大，導(dǎo)致電橋失衡產(chǎn)生輸出。不同種類不同濃度的可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的熱量不同，對應(yīng)不同的電量輸出。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．接觸燃燒式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸燃燒式氣敏傳感器是基于強催化劑使氣體在其表面燃燒時產(chǎn)生熱量，從而使貴金屬電極電導(dǎo)隨氣體濃度發(fā)生變化來對氣體進(jìn)行檢測的。典型的接觸燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖4-1-5所示。催化劑中埋設(shè)有鉑等金屬絲，工作時金屬圈中通電流使溫度保持在300～600℃，當(dāng)可燃?xì)怏w接觸預(yù)先加熱的傳感器表面時會燃燒，所產(chǎn)生的熱量使金屬絲溫度進(jìn)一步升高，致使電阻值增大，導(dǎo)致電橋失衡產(chǎn)生輸出。不同種類不同濃度的可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的熱量不同，對應(yīng)不同的電量輸出。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-5典型的接觸燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．接觸燃燒式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸燃燒式氣敏傳感器價廉、精度高，但靈敏度較低，不適合檢測一氧化碳等有毒氣體，一般用于石油化工、造船廠、礦山及隧道等領(lǐng)域，以檢測石油類可燃?xì)怏w的存放情況和防止危險事故的發(fā)生，其基本工作電路如圖4-1-6所示。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-6接觸燃燒式氣敏傳感器的基本工作電路任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

氣敏傳感器最早用于可燃?xì)怏w泄漏報警器，以保證生命安全，后逐漸應(yīng)用于有毒氣體的檢測、容器或管道的檢漏、環(huán)境監(jiān)測、鍋爐的燃燒檢測與控制等方面。近年來，氣敏傳感器走進(jìn)了人們的日常生活，如家庭中煤氣或液化石油氣泄漏報警和自動排氣裝置、汽車尾氣檢測儀器、交警用的酒精測試儀、賓館等公共場合安裝的煙氣報警裝置等都使用的是氣敏傳感器。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

表4-1-2列出了氣敏傳感器的主要應(yīng)用實例。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

1．酒精測試儀對酒精敏感的傳感器廣泛地應(yīng)用于檢測汽車司機呼出氣體內(nèi)的酒精濃度，也有時用于酒廠生產(chǎn)線。酒精測試儀的電路圖如圖4-1-7所示，此電路釆用TGS-812型氣敏傳感器，這種傳感器對酒精有較高的靈敏度，所以，人們用它來制作酒精測試儀。除此之外，TGS-812型氣敏傳感器對一氧化碳也敏感，也常被用于探測汽車尾氣。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

1．酒精測試儀

項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-7酒精測試儀的電路圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

1．酒精測試儀該電路還采用了一個顯示驅(qū)動集成電路LM3914，它共有10個輸出端，每個輸出端連接1個發(fā)光二極管。在10個發(fā)光二極管中，～為綠色發(fā)光二極管，指示酒精濃度處于安全水平，VD6～VD10為紅色發(fā)光二極管，指示酒精濃度超過安全水平。TGS-812型氣敏傳感器加熱時的工作電壓為5V，加熱電流約為125mA。它的負(fù)載電阻為R1和RP，其輸出直接接LM3914。當(dāng)氣敏傳感器探測不到酒精氣體時，傳感器呈高阻狀態(tài)，R1和RP的輸出電壓很低，加在LM3914⑤腳的電平為低電平，10個發(fā)光二極管都不點亮；當(dāng)氣敏傳感器探測到酒精氣體時，其內(nèi)阻迅速降低，從而使R1和RP的輸出電壓升高，加在LM3914⑤腳的電平變?yōu)楦唠娖健怏w中酒精含量越高，⑤腳的電位就越高，則點亮發(fā)光二極管的數(shù)目就越多（先綠色后紅色），由此來判斷被測試者飲酒的程度。

項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

2．有毒氣體報警器當(dāng)空氣中的一氧化碳、液化石油氣、甲烷、丙烷等有毒氣體達(dá)到一定濃度時，將會危及人的健康與安全，圖4-1-8所示為有毒氣體探測報警電路。該電路線路簡單，靈敏度較高，能對上述有毒氣體進(jìn)行檢測并發(fā)出警報。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-8有毒氣體探測報警電路任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

2．有毒氣體報警器工作原理：當(dāng)空氣中不含有毒氣體時，A、B兩點間的電阻很大，流過RP的電流很小，B點為低電位，達(dá)林頓管U850不導(dǎo)通；空氣中含有上述有毒氣體時，A、B兩點間的電阻迅速減小，通過RP的電流增大，B點電位升高，向C2充電直至達(dá)到U850導(dǎo)通電位（約1.4V）時，U850導(dǎo)通，驅(qū)動發(fā)聲集成片KD9561發(fā)聲。當(dāng)空氣中有毒氣體濃度下降，使A、B兩點間恢復(fù)高阻時，B點電位低于1.4V，達(dá)林頓管U850截止，報警解除。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

1．可燃?xì)怏w報警電路該任務(wù)的可燃?xì)怏w報警器采用了QM系列氣敏傳感器，它是采用金屬氧化物半導(dǎo)體作為敏感材料的N型半導(dǎo)體氣敏傳感器，具有靈敏度髙、響應(yīng)速度快、輸出信號大、使用壽命長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，很適合作氣體報警器和氣體檢測傳感器，廣泛應(yīng)用于消防、保安及環(huán)保等領(lǐng)域。部分QM系列氣敏傳感器的用途及特點如表4-1-3所示。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

1．可燃?xì)怏w報警電路

項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

1．可燃?xì)怏w報警電路NE555時基集成電路是一種多用途的數(shù)/?；旌霞呻娐罚盟軜O方便地構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等裝置。NE555時基集成電路使用靈活、方便，所以它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，故本實驗選擇NE555時基集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器作為脈沖信號源。多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

1．可燃?xì)怏w報警電路NE555時基集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1-9所示，它包括兩個比較器、一個R-S觸發(fā)器、一個放電晶體管（開關(guān)）及由三個5kΩ電阻組成的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器。電源電壓VCC通過NE555時基集成電路內(nèi)部三個5kΩ電阻分壓，使電路內(nèi)部兩個電壓比較器構(gòu)成一個電平觸發(fā)器，其上觸發(fā)電平為VCC，下觸發(fā)電平為VCC。⑤腳控制端外接一個電壓VCC，可以使上、下觸發(fā)電平發(fā)生變化。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-9NE555時基集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

1．可燃?xì)怏w報警電路NE555時基集成電路的外部引腳排列圖如圖4-1-10所示。其為塑封雙列直插式封裝，正面印有555字樣，集成電路的左下角為①腳，引腳號按逆時針方向排列。項目4氣體和濕度的檢測圖4-1-10NE555時基集成電路的外部引腳排列圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

1．可燃?xì)怏w報警電路各引腳的作用：①腳是公共接地端，為負(fù)極；②腳為低觸發(fā)端TR，低于VCC時即導(dǎo)通；③腳是輸出端Vo，電流可達(dá)2000mA；④腳是強制復(fù)位端MR，不用時可與電源正極相連或懸空；⑤腳用來調(diào)節(jié)比較器的基準(zhǔn)電壓，簡稱控制端Vc，不用時可懸空或通過0.01μF的電容接地；⑥腳為高觸發(fā)端TH，也稱閾值端，高于VCC時即截止；⑦腳是放電端DIS；⑧腳是電源正極VCC。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

2．工作原理可燃?xì)怏w報警電路原理圖如圖4-1-1所示。其中，氣敏傳感器QM-N5和電位器RP組成氣體檢測電路，時基集成電路NE555及外圍元器件組成多諧振蕩器。當(dāng)無可燃?xì)怏w或可燃?xì)怏w的濃度較低時，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率很小，A、B兩點間的電阻值很大，使NE555時基集成電路的④腳為低電平，NE555時基集成電路處于強行復(fù)位狀態(tài)，振蕩器不工作，揚聲器不發(fā)聲。當(dāng)有可燃?xì)怏w且其濃度升高并超出允許范圍時，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率增大，A、B兩點間的電阻值迅速減小，B點電位上升，使NE555時基集成電路的④腳變?yōu)楦唠娖?，振蕩器工作，揚聲器發(fā)聲報警，提醒人們采取措施，以防事故的發(fā)生。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)1可燃?xì)怏w報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器2．工作原理可燃?xì)怏w報警電路原理圖如圖4-1-1所示。其中，氣敏傳感器QM-N5和電位器RP組成氣體檢測電路，時基集成電路NE555及外圍元器件組成多諧振蕩器。當(dāng)無可燃?xì)怏w或可燃?xì)怏w的濃度較低時，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率很小，A、B兩點間的電阻值很大，使NE555時基集成電路的④腳為低電平，NE555時基集成電路處于強行復(fù)位狀態(tài)，振蕩器不工作，揚聲器不發(fā)聲。當(dāng)有可燃?xì)怏w且其濃度升高并超出允許范圍時，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率增大，A、B兩點間的電阻值迅速減小，B點電位上升，使NE555時基集成電路的④腳變?yōu)楦唠娖?，振蕩器工作，揚聲器發(fā)聲報警，提醒人們采取措施，以防事故的發(fā)生。項目4氣體和濕度的檢測知識目標(biāo)1．了解濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。2．理解濕敏傳感器的工作原理。3．掌握濕敏傳感器的典型應(yīng)用電路。能力目標(biāo)1．會濕敏傳感器的測試和使用方法。2．能完成濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試。工作任務(wù)

濕度的檢測和控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療及日常生活中的地位越來越重要，應(yīng)用也越來越廣泛。圖4-2-1所示為濕度檢測報警電路原理圖，本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)、特性及工作原理，掌握濕敏傳感器的測試和使用方法，并能完成濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報警器

2．工作原理

項目4氣體和濕度的檢測圖4-2-1濕度檢測報警電路原理圖任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

用于檢測環(huán)境濕度的傳感器稱為濕敏傳感器，它是將被測環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，主要由濕敏元件和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。圖4-2-2所示為部分濕敏傳感器的實物外形。項目4氣體和濕度的檢測圖4-2-2部分濕敏傳感器的實物外形任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

1．濕敏傳感器的分類（1）按工作原理的不同，濕敏傳感器可分為電阻式濕敏傳感器、電容式濕敏傳感器和頻率式濕敏傳感器等。（2）按探測功能的不同，濕敏傳感器可分為絕對濕度濕敏傳感器、相對濕度濕敏傳感器和結(jié)露傳感器等。絕對濕度是指在一定溫度和氣壓下，單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，即空氣中水蒸氣的密度，用AH表示。相對濕度是指被測氣體中水蒸氣氣壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣氣壓的百分比，一般用%RH表示。露點是指水蒸氣在冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露時的溫度。（3）按使用材料的不同，濕敏傳感器可分為電解質(zhì)式濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子式濕敏傳感器等。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

2．濕敏傳感器的特性1）精度與長期穩(wěn)定性一般濕敏傳感器的精度為±2%～±5%RH，要達(dá)到±2%～±3%RH的精度是較困難的。在實際使用中，由于塵土、油污、有害氣體的影響，長時間使用會產(chǎn)生老化現(xiàn)象，影響其精度。因此，濕敏傳感器長期工作的穩(wěn)定性是非常重要的。2）溫度系數(shù)濕敏傳感器除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度也十分敏感。而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數(shù)也有差別，因此需加溫度補償電路，或采用計算機軟件補償。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

2．濕敏傳感器的特性3）供電電源濕敏傳感器在測量濕度時，所加的測試電壓必須是交流電壓（如正弦波、方波或三角波），不能用直流電壓或含有直流分量的交流電壓。因為直流電壓會引起濕敏元件體內(nèi)水分子的電解，致使電導(dǎo)率隨時間的增加而下降，影響測量精度。4）互換性濕敏傳感器的一致性較差，同一種型號的傳感器不能互換，這給電路調(diào)試及維修增加了困難。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。1．氯化鋰濕敏傳感器氯化鋰濕敏傳感器屬于電阻式濕敏傳感器，它是利用感濕材料的電阻值隨濕度變化的基本原理來進(jìn)行工作的。氯化鋰濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-2-3所示。項目4氣體和濕度的檢測圖4-2-3氯化鋰濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。1．氯化鋰濕敏傳感器氯化鋰濕敏傳感器采用真空鍍膜工藝在玻璃片上鍍一層梳狀金電極，然后涂一層氯化鋰和聚乙烯醇等配制的感濕膠膜。聚乙烯醇是一種黏合性很強的多孔性物質(zhì)，它與氯化鋰結(jié)合后，水分子很容易在其薄膜中被吸附及釋放，從而使?jié)衩粼淖杩拱l(fā)生變化。最后在濕敏元件表面涂一層多孔性的保護(hù)膜以提高其抗污染氣體的能力。氯化鋰濕敏傳感器具有穩(wěn)定性好、精度高、響應(yīng)快、長期工作滯后小等優(yōu)點，缺點是尺寸較大，結(jié)露時容易失效，比較適用于空調(diào)系統(tǒng)。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。2．陶瓷式濕敏傳感器陶瓷式濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-2-4所示。該傳感器的材料通常是用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體在1300℃高溫下燒結(jié)而成的多孔陶瓷。這些材料有ZnO-LiO2-V2O3系、Si-Na2O5系、TO2-MgO-Cr2O3系和Fe2O3等，前兩種材料的電阻率隨濕度增加而下降，故稱為負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷，最后一種材料的電阻率隨濕度的增加而升高，故稱為正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷。陶瓷式濕敏傳感器的熱穩(wěn)定性及抗污能力很強，并具有工藝簡單、成本低、響應(yīng)快、精度高、測量范圍寬等優(yōu)點，但不宜在易燃、易爆的環(huán)境中使用。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。2．陶瓷式濕敏傳感器

項目4氣體和濕度的檢測圖4-2-4陶瓷式濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．高分子電容式濕敏傳感器高分子電容式濕敏傳感器基本上是一個電容器，其結(jié)構(gòu)及特性如圖4-2-5所示。它是利用電容器兩極間的介質(zhì)隨濕度變化而變化的特性制成的。

項目4氣體和濕度的檢測（a）結(jié)構(gòu) （b）特性圖4-2-5高分子電容式濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．高分子電容式濕敏傳感器

高分子電容式濕敏傳感器是在陶瓷基片玻璃底襯上制作一個電極，在電極上薄薄地涂一層高分子薄膜（約1μm），在另一個電極涂一層可透氣的金屬薄膜。當(dāng)相對濕度變化時，水分子通過兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放，隨著水分子被吸附或釋放，高分子薄膜的介電常數(shù)將發(fā)生相應(yīng)的變化，所以只要測定電容值就可測得相對濕度。高分子電容式濕敏傳感器具有響應(yīng)速度快、產(chǎn)品互換性好、測量范圍寬、靈敏度高、易于實現(xiàn)小型化集成化等優(yōu)點，但其精度要比電阻式濕敏傳感器低一些，也不宜用于含有機溶劑氣體的環(huán)境中，且不能耐80℃以上的高溫。高分子電容式濕敏傳感器廣泛用于食品、紡織、氣象、倉庫等領(lǐng)域的濕度檢測。項目4氣體和濕度的檢測任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試三、濕敏傳感器的應(yīng)用

1．土壤濕度的檢測土壤中是否缺水，單憑觀察土壤表面是否濕潤是不科學(xué)的。有了濕度檢測器，如果土壤中缺水，就能很直觀地顯示出來。圖4-2-6所示為土壤濕度檢測實物連接圖。

項目4氣體和濕度的檢測圖4-2-6土壤濕度檢測實物連接圖任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試三、濕敏傳感器的應(yīng)用

1．土壤濕度的檢測圖4-2-7所示為土壤濕度簡易測試電路，其中濕敏傳感器由埋在土壤中的兩個電極組成。項目4氣體和濕度的檢測圖4-2-7土壤濕度簡易測試電路任務(wù)2

濕度檢測報警電路的安裝與調(diào)試三、濕敏傳感器的應(yīng)用

1．土壤濕度的檢測

若土壤濕潤，則土壤的電阻率很小，兩電極間