1、任务四酒精测试仪的设计,一、任务描述 利用气敏传感器制作酒精测试仪，要求当被检测气体含有酒精时，测试仪能报警，并显示酒精含量的高低。 二、任务目标 (1)掌握气敏传感器的特点和工作原理。 (2)掌握气敏传感器的测量电路。 (3)能够选用气敏传感器进行电路的设计。,下一页,返回,任务四酒精测试仪的设计,三、知识链接 1.气敏传感器的种类和测量原理 利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器称为气敏传感器，其外形如图2-44所示。气敏传感器主要用于工业中天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒有害气体的监测、预报与自动控制，气敏传感器能够
2、检测气体的种类及主要检测场所，如表2-5所示。气敏传感器品种繁多，主要介绍金属氧化物半导体气敏元件和氧化错气敏元件。,上一页,下一页,返回,任务四酒精测试仪的设计,1)金属氧化物半导体气敏元件 气敏元件大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(如电导率)发生变化。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。 金属氧化物半导体分为N型半导体(如氧化锡、氧化铁、氧化锌等)和P型半导体(如氧化钻、氧化铅、氧化铜等)。 金属氧化物半导体气敏元件通常土作在空气中，根据被测气体氧化还原特性的不同，产生不同的电效应。当N型半导体遇到还原性气体(即可燃性气
3、体，在化学反应中能给出电子，化学价升高的气体，如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等)时，发生还 原反应，电子从气体分子向半导体移动，半导体载流子浓度增加，导电性能增强，电阻减小。,上一页,下一页,返回,任务四酒精测试仪的设计,当P型半导体材料遇到氧化性气体(如氧气、三氧化硫等)会发生氧化反应，半导体中载流子浓度减小，导电性能减弱，因而电阻增大。 对于混合材料，无论吸附氧化性还是还原性气体，都使载流子浓度减少，电阻增大。MQN型气敏电阻是应用较多的一种金属氧化物半导体气敏元件，它的结构如图2-45所示，包括塑料底座、电极引线、不锈钢网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的两组铂丝。
4、其中一组铂丝为工作电极，另一组铂丝(图2-45中的左边铂丝)为加热电极兼工作电极。气敏电阻工作时必须加热到200300 ，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程，并烧去气敏电阻表面的污物(起清洁作用)。,上一页,下一页,返回,湿敏电阻和气敏电阻MQN均要加热，请比较异同,任务四酒精测试仪的设计,MQN型气敏电阻的灵敏度较高，在被测气体浓度较低时电阻变化较大，而当被测气体浓度较高时，电阻变化趋缓，这种特性适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。控制烧结体的化学成分及加热温度可以改变它对不同气体的选择性。例如，制成煤气报警器，可以对居室或地下天然气管道进行检漏，还可以制成酒精测试仪，防止酒后
5、驾车。MQN型气敏电阻对不同气体的灵敏度特性如图2-46所示。 2)二氧化钦氧气传感器 目前测量氧气浓度的传感器(图2-47)主要有二氧化钻和二氧化钦。半导体材料二氧化钦(TiO2)属于N型半导体，对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钦品格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。,上一页,下一页,返回,任务四酒精测试仪的设计,用于汽车或燃烧炉排放气体中的氧浓度传感器结构及测量转换电路如图2-48所示。其中，图2-48(a)所示为传感器的结构，二氧化钦气敏电阻与补偿热敏电阻同处于陶瓷绝缘体的末端。当氧气含量减小时， TiO2的阻值减小，U
6、0增大。在图2-48(b)中，与TiO2气敏电阻串联 的热敏电阻Rt起温度补偿作用。当环境温度升高时， TiO2气敏电阻的阻值会逐渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根据分压比定律， U0不受温度影响，减小了测量误差。 2.气敏传感器的应用 气敏传感器己经广泛应用到石油、化工、电力、家居等各种领域，主要应用类型分检测、报警、监控等。,上一页,下一页,返回,任务四酒精测试仪的设计,1)矿灯瓦斯报警器电路、 瓦斯报警器电路如图2-49所示。电路由QM-NS型气敏传感器与R1, RP及矿灯蓄电池为电源(4V)组成探头电路，二极管VD2AP13和三极管VT1组成电子开关， VT2 、 VT3 、 C1
7、 、 C2 和R2 、R3组成互补自激多谐振荡器，并与继电器K、头灯ZD组成闪光报警电路。矿井中瓦斯浓度超标时，气敏传感器QM-N5阻值迅速减小，使得三极管VT1导通，自激多谐振荡器开始工作，继电器K不停地通断，致使头灯ZD间断点亮、熄灭，发出闪光报警信号，电位器场为报警灵敏度调节。 为了避免传感器在每次使用前都要预热十多分钟，并且避免在传感器预热期间会造成误报警，所以传感器电路不接于矿灯开关回路内。矿上每天下班后将矿灯蓄电池交给电房充电，充电时传感器处于预热状态。当上人们下井前到充电房领取后可不再进行预热。,上一页,下一页,返回,任务四酒精测试仪的设计,2)火灾烟雾报警器电路 火灾烟雾报警器
8、电路结构如图2-50所示，其中109写一为烧结型SnO2气敏器件，它对烟雾也很敏感，因此用它制成的火灾烟雾报警器可用于在火灾酿成之前或之初进行报警。电路有双重报警装置，当烟雾或可燃性气体达到预定报警浓度时，气敏器件的电阻减小到使VD3触发导通，蜂鸣器鸣响报警。另外，在火灾发生初期，因环境温度异常升高，将使热传感器动作，使蜂鸣器鸣响报警。,上一页,下一页,返回,图2-44气敏元件外形,返回,表2-5气敏传感器检测气体的种类及主要检测场所,返回,图2-45 MQN型气敏电阻结构及测量电路,返回,图2-46 MQN型气敏电阻灵敏度,返回,图2-47氧浓度传感器外形,返回,图2-48氧化钛式氧传感器的结构与测量转换电路,返回,1-外壳(接地); 2-安装螺栓;3-搭铁线;4-保护管;5-补偿电阻; 6-陶瓷片;7-Ti02气敏电阻;8-进气口;9-引脚,图2-49矿灯瓦斯报警器电路,返回,图2-50火灾烟雾报警器电路,返回,图2-51酒精测试仪电路,返回,
