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文檔簡介

1、項目八項目八 氣體分子信號的檢測氣體分子信號的檢測 氣體分子的檢測主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測、預(yù)報和自動控制, 隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,氣敏傳感器已經(jīng)被管飯的應(yīng)用于人類生產(chǎn)生活的各方面,例如:住宅火災(zāi)報警,交通肇事中的酒精濃度探測、石油化學(xué)工業(yè)氣體泄漏等等。本項目主要對氣體分子的檢測方法、檢測裝置的安裝調(diào)試與檢修進(jìn)行闡述。任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 1.認(rèn)識氣敏電阻;了解氣敏電阻的工作原理和特性;能分析應(yīng)用電路;正確使用和調(diào)測氣敏電阻電路。 2.針對不同的檢測氣體要求,確定氣敏電阻類型。分析制定安裝位置、實

2、施效果檢測方案,選擇合適的測量電路,使起能夠迅速準(zhǔn)確的測量氣體濃度。 3.掌握現(xiàn)場安裝、連接和調(diào)試傳感器電路的方法。本任務(wù)要求利用THSRZ-II型傳感器系統(tǒng)綜合實驗裝置檢測酒精濃度。一一 、目的要求、目的要求任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 氣敏電阻應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報警,如可制成液化石油氣、天燃?xì)?、城市煤氣、煤礦瓦斯以及有毒氣體等方面的報警器。也可用于對大氣污染進(jìn)行監(jiān)測以及在醫(yī)療上用于對O2、CO2等氣體的測量。生活中則可用于空調(diào)機(jī)、烹調(diào)裝置、酒精濃度探測等方面。二二 、相關(guān)知識、相關(guān)知識 1.氣敏電阻的引腳圖 氣敏電阻一般由敏感元件、加熱器和外殼三部分組

3、成。圖8.1.1是氣敏電阻的電路符號。 氣敏電阻的引腳如圖8.1.2所示。它的引腳有六個,其中的兩個A,兩個B相連后成為氣敏電阻的輸出引線,兩個f為加熱器引線。任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 2.氣敏電阻的基本工作電路 二二 、相關(guān)知識、相關(guān)知識如圖8.1.3所示,其中的Uf為氣敏電阻的加熱電源,U+為氣敏電阻的測量電源。RAB是氣敏敏感元件電阻,用于感應(yīng)相應(yīng)的氣體,Uf為加熱電阻的供電電源,用于給敏感材料加熱,以維持傳感器的敏感元件處于一個最佳工作溫度下。RL為外接的負(fù)載電阻,用于輸出電壓信號。LABRUUUR00任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻

4、的氣體檢測與控制 3.氣敏電阻的工作原理及特性二二 、相關(guān)知識、相關(guān)知識 (1)工作原理 使用氣敏電阻傳感器(以下簡稱氣敏電阻),可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量,再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。 氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件,它利用半導(dǎo)體材料對氣體的吸附而使自身電阻率發(fā)生變化的機(jī)理進(jìn)行測量的元件。制作氣敏電阻的氧化物半導(dǎo)體材料主要有SnO2、ZnO及Fe2O3等。為了提高某種氣敏元件對某些氣體成分的選擇性和靈敏度,材料中還摻入催化劑,如鈀(Pd)、鉑(Pt)、銀(Ag)等,它們的添加物質(zhì)不同,能檢測的氣體也不同。 半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減小

5、;P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。 任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 1.氣敏電阻的選擇三、器件及測量電路選擇三、器件及測量電路選擇 (1)加熱方式 目前國產(chǎn)的氣敏元件按照加熱方式有2種。一種是直熱式,加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi);另一種是旁熱式,這種氣敏元件以陶瓷管為基底,管內(nèi)穿加熱絲,管外側(cè)有兩個測量極,測量極之間為金屬氧化物氣敏材料,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。 (2)常用氣敏電阻 氧化鋅系氣敏電阻 ZnO是屬于N型金屬氧化物半導(dǎo)體,也是一種應(yīng)用較廣泛的氣敏器件。通過摻雜而獲得不同氣體的選擇性,如摻鉑可對異丁烷、丙烷、乙烷等氣體有較高的靈敏度,而摻鈀

6、則對氫、一氧化碳、甲烷,煙霧等有較高的靈敏度。 氧化鐵系氣敏電阻 當(dāng)還原性氣體與多孔的接觸時,氣敏電阻的晶粒表面受到還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠潆娮柚笛杆俳档?。這種敏感元件用于檢測烷類氣體特別靈敏。 任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 1.氣敏電阻的選擇三、器件及測量電路選擇三、器件及測量電路選擇 (3)氣敏電阻器的型號命名方式 氣敏電阻器的型號命名方式如表表8.1.1。任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 1.氣敏電阻的選擇三、器件及測量電路選擇三、器件及測量電路選擇 MQ-N5型氣敏元件 工作原理 QM-N5型氣敏元件是以金屬氧化物SnO2為主體材

7、料的N型半導(dǎo)體氣敏元件,當(dāng)元件接觸還原性氣體時,其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 特點 用于可燃性氣體的檢測(CH4、C4H10、H2等);靈敏度高;響應(yīng)速度快;輸出信號大;壽命長,工作穩(wěn)定可靠。 QM-J3型半導(dǎo)體氣敏元件 工作原理 QM-J3型半導(dǎo)體氣敏元件是以金屬氧化物ZnSnO3為主體材料的N型半導(dǎo)體氣敏元件,當(dāng)元件接觸還原性氣體時,其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 特點 用于乙醇、酒精等有機(jī)液體蒸氣的檢測;對汽油蒸汽有抗干擾能力;靈敏度高;響應(yīng)速度快;壽命長,工作穩(wěn)定可靠。根據(jù)本任務(wù)要求測量酒精濃度,故應(yīng)選擇J型氣敏元件,這里我們選擇QM-J3型半導(dǎo)體氣敏元件,并采用旁熱式。

8、任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 2.測量電路的選擇三、器件及測量電路選擇三、器件及測量電路選擇根據(jù)氣敏電阻的基本工作電路,現(xiàn)采用圖8.1.5測量電路測量酒精濃度任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 1.安裝與調(diào)試四、安裝調(diào)試及檢修四、安裝調(diào)試及檢修 (1)將氣敏傳感器夾持在差動變壓器實驗?zāi)0迳蟼鞲衅鞴潭ㄖЪ苌稀?(2)按圖8.1.5接線,將氣敏傳感器,接線端紅色接5V加熱電壓,黑色接地;電壓輸出選擇10V,黃色線接+10V電壓、藍(lán)色線接Rw1上端。 (3)將15V直流穩(wěn)壓電源接入差動變壓器實驗?zāi)K中。差動變壓器實驗?zāi)K的輸出Uo接主控臺

9、直流電壓表。打開主控臺總電源,預(yù)熱5分鐘。 (4)用浸透酒精的小棉球,靠近傳感器,并吹2次氣,使酒精揮發(fā)進(jìn)入傳感器金屬網(wǎng)內(nèi),觀察電壓表讀數(shù)變化。 2.檢修 (1)檢查熱敏電阻元件是否完好,其引腳是否連接正確 (2)檢查測量電路是否連接正確 (3)檢查該系統(tǒng)能否正確測量酒精濃度任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制 1.氣敏電阻傳感器測酒精濃度的系統(tǒng)評價五、系統(tǒng)評價和評分標(biāo)準(zhǔn)五、系統(tǒng)評價和評分標(biāo)準(zhǔn) 好的氣體檢測系統(tǒng)應(yīng)具備如下特點: (1)滿足被測氣體濃度的范圍要求和靈敏度要求。 (2)滿足生產(chǎn)工藝的精度要求。 (3)輸出信號易于轉(zhuǎn)換或可直接通入顯示儀表或調(diào)節(jié)器,實現(xiàn)測量或控制。 (4)結(jié)構(gòu)簡單價格便宜。 2.評分標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)一任務(wù)一 氣敏電阻的氣體檢測與控制氣敏電阻的氣體檢測與控制練習(xí)與思考練習(xí)與思考1簡述氣敏電阻的組成、工作原理及特性。簡述氣敏電阻的組成、工作原理及特性。2為什么氣敏電阻需要加熱使用?為什么氣敏

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