项目九 煤气泄漏检测器 - 任务一

《传感器应用》主讲教师：XXX

项目九煤气泄漏检测器PART09※气敏传感器选型与检测※实现煤气泄漏检测器09项目概述在厨房中几乎家家都在用煤气做饭，但如果发生煤气泄漏，这是很危险的。某公司发现该商机需要设计一个煤气泄漏检测器，使用气敏传感器作为检测煤气的主要传感器当发现有煤气泄漏时及时开启通风扇将气体排出在外。小林作为公司的产品研发工程师，需要将其实现。使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识气敏传感器的工作原理和检测方法01掌握Python语言中数据可视化的实现02学习目标objective掌握集成气敏传感器、继电器和风扇实现煤气泄漏检测器01技能目标objectiveTASKONE任务一气敏传感器选型与检测4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：掌握气敏传感器的工作原理，分别通过万用表和Python程序验证气敏传感器的工作过程。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一气敏传感器选型与检测01.了解超声波的特性02.了解气敏传感器的工作原理和工作过程任务目标03.掌握万用表检测气敏传感器的工作过程04.掌握Python程序检测气敏传感器的工作过程4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一气敏传感器选型与检测01.认识气敏传感器储备知识02.气敏传感器的结构与工作原理03.气敏传感器的选型01.认识气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成分，并将其转换成电信号的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的。由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等。所以气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。工作条件较恶劣。0102030405能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度能长期稳定工作重复性好响应速度快共存物质所产生的影响小对气敏传感器有下列要求02.气敏传感器的结构与工作原理2.1.气敏传感器的结构金属氧化物半导体分成——气敏传感器所用材料：金属氧化物为了提高某种气敏电阻对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成这些材料是，还会掺入催化剂，如N，PL。气敏传感器实物如图所示。塑性半导体（如fqo）F型半导体（如pbo）2.2.气敏传感器的工作原理声波器件表面的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜。当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附）［使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。图：气敏传感器模块的电路图如上图所示，为气敏传感器模块电路图，其中U1A为集成运算放大器，在这里是比较器的作用。D2的作用是电源指示灯，当有外部电源接入时，D2会点亮。U1A的正相输入③连接可调电阻W1，U1A的反相输入②接AO该路信号是采集端信号，即可燃气信号。LED灯D2和R2电阻构成串联分压电路由于LED灯D1的阴极有连接到U1A的①脚，因此①脚的输出电压为LED灯D1的阴极提供了一个负电位，从而使其导通，D1亮起；反之，气体浓度减小（信号减弱），反向输出值绝对值变小，使得阴极电位升高，二极管不导通，D1熄灭。气体浓度增大（信号增强），使得引脚②输入电压升高，当高于U1A的比较电压时，U1A的①脚就会有一个反向的输出，②的输入电压越大，反向输出的绝对值越大。03.气敏传感器的选型气敏传感器的主要电气特性输入电压（VDC）DO输出（mm）功耗电流（mA）AO输出在通常情况下，气敏传感器输入电压5V，功耗电流150mA,DO输出为TTL数字量0和1（对应电压为0.1V和5V左右），AO输出为模拟量（相对无污染时电压为0.1～0.3V，高浓度电压4V左右）。我们本次实验使用树莓派的5V电源供电，采用型号为MQ-2的气敏传感器来进行测试。传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为该气体浓度相应的输出信号。MQ-2气敏传感器气敏材料在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（Sn02）。当传感器所处环境中存在可燃气体时传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对于天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器，可以用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、烟雾等的探测。思考练习请举例说明哪哪些场景中可以应用到气敏传感器，并加以说明？4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一气敏传感器选型与检测04.检测气敏传感器任务实施05.控制继电器开关双色灯任务所需软件如下所示：VNC-Viewer环境准备任务所需硬件如下所示：树莓派4B气敏传感器打火机4.1.根据引脚说明和连线图连接设备步骤1：各设备对应接口如以下表说明树莓派T型转接板气敏传感器模块5V5VVCCGNDGNDGND--DO4.2.使用打火机和万用表实现检测气敏传感器利用先打火再吹灭打火机释放出来的可燃气体，靠近气敏传感器，观察传感器模块上LED灯的变化，同时使用数字万用表测量DO口的输出电压值的变化，操作步骤如下：如图所示在通电状态下电源指示灯处于常量状态，而DO输出指示灯处于熄灭状态，可以通过灵敏度调节使DO输出指示灯处于临界状态。图：气敏传感器模块各接口说明然后，将打火机远离传感器模块，再用万用表以同样方法测量其电压值，观察DO输出指示灯状态并记录。使用先打火后吹灭的打火机靠近气敏传感器模块，