《传感器技术及其应用》第08单元 气敏传感器应用-空气质量传感实验

第8单元

气敏传感器应用--空气质量传感实验任务二实验原理任务一实验目的任务三实验步骤单元任务预览一、实验目的了解气敏传感器的的种类和工作原理了解MQ系列传感器的工作特点及原理了解气体传感模块的原理并掌握其测量方法任务二实验原理任务一实验目的任务三实验步骤原理说明气敏传感器是一种把气体中的特定成分检测出来，并把它转换为电信号的器件。它具有结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，灵敏度高等诸多优点。按照气体传感器的结构特性，一般可以分为以下几种：半导体型气敏传感器；电化学型气敏传感器；固体电解质气敏传感器；接触燃烧式气敏传感器；光化学型气敏传感器；高分子气敏传感器；红外吸收式气敏传感器等。1.半导体型气体传感器作用原理：与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度，并将其变换成电信号输出。半导体气体传感器的分类:（1）电阻型气敏器件1）烧结型2）薄膜型3）厚膜型（2）非电阻型气敏器件1）二极管气敏传感器2）MOS二极管气敏器件3）Pd-MOSFET气敏器件（3）半导体气敏元件的特性参数1）气敏元件的电阻值2）气敏元件的灵敏度（a）电阻比灵敏度式中一一气敏元件在洁净空气中的电阻值；一一气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值。（b）气体分离度式中一一气敏元件在浓度为的被测气体中的阻值；一一气敏元件在浓度为的被测气体中的阻值；通常（c）输出电压比灵敏度式中一一气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；

一一气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压输出

3）气敏元件的分辨率气敏元件分辨率S表示为：式中一一气敏元件在种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻上的电压；4）气敏元件的响应时间5）气敏元件的恢复时间6）初期稳定时间7）气敏元件的加热电阻和加热功率2.红外吸收式气敏传感器（1）测量原理通常，一束红外光的强度在通过一个气体容器时将会减少，而光强度损失是一定体积内活动气体分子数量的函数，它将用来表示气体浓度的函数。（2）优点分析1）选择性好2）不易受有害气体的影响而中毒、老化3）响应速度快、稳定性好4）防爆性好5）信噪比高，使用寿命长、测量精度高6）应用范围广部分气体的特征红外吸收波长表:当一定频率强度为I0的入射红外光穿过气体时，气体吸收自己特征频率红外光的能量后，从而使出射光能量减弱为I，即：

式中一一气体吸收系数；一一待测气体浓度；一一光程长度。（2）优点分析1）选择性好2）不易受有害气体的影响而中毒、老化3）响应速度快、稳定性好4）防爆性好5）信噪比高，使用寿命长、测量精度高6）应用范围广3.气体传感器的测量电路该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH）和测试电压（VC）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。基本测试电路图如下：基本测试电路:4.NEWLab空气质量传感模块认识（1）空气质量传感模块的电路板认识1）气体传感模块电路板认识①MQ-2气体传感器；②灵敏度调节电位器；③灵敏度电压测试接口J10，测试有害气体浓度阀值电压，即比较器1负端（3脚）电压；④比较器电路；⑤数字量输出接口J7，测试比较器1输出电平电压；⑥模拟量输出接口J6，测试气体传感器感应电压，即比较器1正端电压；⑦接地GND接口J2。气体传感器模块工作电路图如下：（2）空气质量传感模块场景模拟界面认识任务二实验原理任务一实验目的任务三实验步骤实验步骤1.启动空气传感模块 空气质量传感模块工作时需要有三个模块，分别是气体传感器模块、继电器模块、风扇模块（1）将NEWLab实验硬件平台通电并与电脑连接。（2）将气体传感器模块、、继电器模块分别放置在NEWLab实验平台一个实验模块插槽上，风扇模块放置好，并将三个模块连接好（3）将模式选择调整到自动模式，按下电源开关，启动实验平台，使空气质量传感模块开始工作。（4）启动NEWLab实验上位机软件平台，选择温度传感实验。（5）选择硬件连接说明，上位机软件平台检测硬件通过，见图8-12所示。如果点击连线提示灯亮，则连线指示灯开始闪烁，表示连线成功。（6）选择场景模拟实验，上位机软件测试硬件平台的空气质量传感模块正常工作，并进入工作界面2.实验测