氣體檢測原理

1、第六章氣體檢測26.1 氣體檢測的基本概述26.2常見氣體檢測及其傳感器應用56.2.1 可燃性氣體檢測56.2.2 CO氣體檢測86.2.3 CO2氣體檢測86.2.4 瓦斯氣體檢測116.2.5 PM2.5檢測15第六章氣體檢測目前，我國的經(jīng)濟社會發(fā)展即將面對為數(shù)有限的大自然能源資源和急待需要保護的自然環(huán)境這一矛盾，自然資源和生態(tài)環(huán)境問題成為持續(xù)發(fā)展所必須關注的重中之重，我們需要摒棄高能耗、高污染的增長方式。所以工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)更要重視對環(huán)境的保護。舉例來說，甲醛、工業(yè)灰飛、CO、SO2等有毒有害氣體是工業(yè)企業(yè)、煤礦等工礦企業(yè)重要的危害源之一，是危害人們身體健康、導致企業(yè)事故的眾多因素之一

2、，很多工礦企業(yè)甚至家庭都裝備了不同種類的有毒氣體檢測監(jiān)控系統(tǒng)。隨著國家對企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，對有毒害氣體進行檢測的小裝置和凈化器和應運而生。企業(yè)使用的檢測裝置要求能夠滿足一般的氣體濃度實時顯示要求、并具備蜂鳴、指示燈報警以及信號傳送要求。6.1 氣體檢測的基本概述隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應用范圍都得到了增加。這些氣體在生產(chǎn)、運輸、使用過程中一旦發(fā)生泄漏，將會引發(fā)中毒、火災甚至爆炸事故，嚴重危害人民的生命和財產(chǎn)安全。由于氣體本身存在的擴散性，發(fā)生泄漏之后，在外部風力和內部濃度梯度的作用下，氣體會沿著地表面擴散，在事故現(xiàn)場形成燃燒爆炸或毒害危

3、險區(qū)，擴大危害區(qū)域。例如，1995年7月，四川省成都市化工總廠液氯車間發(fā)生氯氣泄漏，當場造成3人死亡，6人受傷，僅約一小時左右，市區(qū)范圍數(shù)十平方公里范圍內都能聞到刺激性的氯氣味。因此，這類事故具有突發(fā)性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點。一旦發(fā)生氣體泄漏事故，必須盡快采取相應措施進行處置，才能將事故損失降低到最低水平。及時可靠地探測空氣中某些氣體的含量，及時采取有效措施進行補救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發(fā)的事故，是避免造成重大財產(chǎn)和人員傷亡的必要條件。這就對氣體的檢測和監(jiān)測設備提出了較高的要求。作為一種重要的氣體探測器，氣體傳感器近年來得到了很大的發(fā)展。氣體傳感器的發(fā)展使得其應用

4、越來越廣泛。危險化學品要加強安全管理，完善安全措施、控制事故隱患。但是，不可能達到絕對安全，仍然會出現(xiàn)萬有一失的情況。因此，事故隱患的檢測報警，在危險化學品場所有害氣體或液體（蒸汽）檢測報警，是非常必要的。對避免和控制事故具有重要意義。有害氣體檢測報警儀是專用的安全衛(wèi)生檢測儀，用來檢測化學品作業(yè)場所或設備內部空氣中的可燃或有毒氣體的含量并超限報警。危險化學品場所有害氣體檢測，主要有以下幾種情況：(1）泄漏檢測：設備管道有害氣體或液體（蒸汽）現(xiàn)場所泄漏檢測報警，設備管道運行檢漏。(2）檢修檢測：設備檢修置換后檢測殘留有害氣體或液體（蒸汽），特別是動火前檢測更為重要。(3）應急檢測：生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)異

5、常情況或者處理事故時，為了安全和衛(wèi)生要對有害氣體或液體（蒸汽）進行檢測。(4）進入檢測：工作人員進入有害物質隔離操作間，進入危險場所的下水溝、電纜溝或設備內操作時，要檢測有害氣體或液體蒸汽。(5）巡回檢測：安全衛(wèi)生檢查時，要檢測有害氣體或液體蒸汽。隨著人類社會的進步、生產(chǎn)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，隨之帶來了環(huán)境空氣污染問題。工廠排放的廢氣、煙道氧、汽車排放廢氣、內燃機等排放氣體對空氣環(huán)境造成的污染日益嚴重。一氧化碳雖然不會使酸雨現(xiàn)象嚴重，但是對人們的身體健康有影響。一氧化碳是一種無色、無味的氣體，它與血液中的血紅素結合的能力是氧的240倍，它與血紅素形成穩(wěn)定的絡合物，使血紅蛋白喪失了輸送

6、氧氣的能力，從而導致組織低氧癥，甚至死亡。一氧化碳濃度的高低是評價空氣質量好壞的重要指標之一，也是工廠、煤礦井下是否發(fā)生自燃火災的重要標志之一。為了保證人們身體健康和環(huán)境潔凈，世界各國都紛紛致力于防止空氣污染的產(chǎn)生。國家工業(yè)衛(wèi)生標準規(guī)定，生產(chǎn)現(xiàn)場一氧化碳濃度不允許超過50ppm。我國環(huán)境保護大氣污染監(jiān)測和工廠礦井中都要求有連續(xù)、自動化的現(xiàn)場檢測儀。6.2常見氣體檢測及其傳感器應用6.2.1 可燃性氣體檢測1.可燃性氣體檢測的原理可燃氣體探測器是對單一或多種可燃氣體濃度響應的探測器?？扇細怏w探測器有催化型、紅外光學型兩種類型。催化型可燃氣體探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃氣體濃

7、度。當可燃氣體進入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應（無焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化。紅外光學型是利用紅外傳感器通過紅外線光源的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳氫類可燃氣體。烷烴類可燃氣體探測器結實耐用，操作簡便的智能型可燃氣體探測器，被設計用以檢測可燃性烷烴類氣體濃度在爆炸下限0-100%的變化。這種探測器使用一種獲得專利的“小型即插型可更換”紅外線光學傳感器。紅外線傳感器的特點是長時間的工作穩(wěn)定性及最少的階段性維護。紅外線氣體傳感器在某些測量環(huán)境下是對于傳統(tǒng)的催化燃燒式傳感器紅外線可燃氣體探測器屬于無干擾智能型產(chǎn)品，具有良好的安全性能，操作靈活簡便。這種探測器的

8、一個主要的特點是它的自動校準功能，可以通過帶背光的液晶顯示屏上的提示一步步地引導操作者進行校準。紅外線氣體探測器提供三種不同的輸出方式：模擬信號4-20mA直流電；RS-485通訊接口及3個繼電器（兩個報警，一個故障自檢）?？蓪忂M行現(xiàn)場調試和編程。這些不同的輸出方式為系統(tǒng)建立提供了最大的靈活性。則只提供420MA直流電的輸出?？刂齐娐芬晕⑻幚硇酒瑸榛A，封裝成一個即插型模塊并被連在標準的連接模板上。傳感器及信號發(fā)生器被安裝在一個防爆機殼內，機殼上有玻璃罩。帶有背光的數(shù)字顯示屏既可顯示傳感器讀數(shù)也可在編程時顯示菜單功能。圖6-2 可燃性氣體檢測電路該可燃氣體報警器電路由氣敏傳感器、多諧振蕩器

9、和音頻輸出電路組成，如圖所示。多諧振蕩器由與非門集成電路IC內部的兩個與非門 (Dl和D2)和外圍阻容元件組成。音頻輸出電路由電阻器R5、音頻放大管V和揚聲器BL組成。當室內的可燃氣體濃度在允許范圍內(低于限定值)時，氣敏傳感器a、b端之間阻值較大，b端(IC的l腳)輸出電壓較低，多諧振蕩器不工作，揚聲器BL中無聲音。當煤氣或天然氣泄漏，使室內的可燃氣體體積分數(shù)超過限定值時，氣敏傳感器b端的輸出電壓高于IC內Dl的轉換電壓時，多諧振蕩器工作，從IC的4腳輸出振蕩信號。該信號經(jīng)V放大后，推動揚聲器BL發(fā)出報警聲。調節(jié)R2的電阻值，使氣敏傳感器c、d之間的電壓為4.5V。元器件選擇Rl選用1/2W

10、碳膜電阻器;R2選用小型密封式可變電阻器;R3-R6均選用1/4W碳膜電阻器。Cl選用高頻瓷介電容器;C2選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。VS選用1/2W、6.8V穩(wěn)壓二極管。V選用S9013或C805O硅NPN型晶體管。IC選用CD401l或MC4011四與非門集成電路。傳感器可選用國產(chǎn)QM-N2氣敏傳感器件。圖6-3 可燃性氣體內部電路圖中，R1是傳感器要求的負載電阻，阻值為120 ，Vcc為5 V電源電壓;A、B為LM358雙運放，A為跟隨器，起緩沖隔離作用，以便將R1上的電壓VR1基本上全部施加到比較器B的同相輸入端。RW為報警靈敏度調整電位器。穩(wěn)態(tài)時，調整RW使得加到比較器反相輸入

11、端的電壓V-略高于穩(wěn)態(tài)時R1上的電壓VR1這個電壓越高，報警靈敏度就越低。加電并使傳感器達到穩(wěn)態(tài)后，MQ-KC為較穩(wěn)定的固定阻值，當Vcc不變時，VR1基本為一固定值，保持不變。當有可燃性氣體泄露時，傳感器接觸到可燃氣，使其電導率上升，電阻下降，使VR1上升，當VR1高于V-時，比較器輸出一個大于7V的電壓，從而使蜂鳴器HA發(fā)出滴、滴的報警聲。若用該電壓控制一個繼電器，即可實現(xiàn)控制功能。為了提高抗干擾能力，可分別在R1和B的V-端并聯(lián)一只濾波電容。2.可燃性氣體檢測的實例根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，設計出系統(tǒng)硬件電路，硬件電路框圖如圖1所不，主要由主控制器電路、傳感器電路、串口通信電路、LCD液屏，顯

12、T電路和聲光報警電路等組成。各部分電路的簡要功能如下：主控制器電路：系統(tǒng)的控制核心，通過編寫程序，實現(xiàn)系統(tǒng)各個部分的智能控制。甲烷傳感器電路:用于采集礦井內的甲烷濃度，并將采集數(shù)據(jù)傳送給單片機處理。串口通信電路：用于實現(xiàn)檢測裝置與計算機的數(shù)據(jù)通信，可以將每日記錄的甲烷濃度數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，便于記錄、分析和管理。按鍵電路：用于實現(xiàn)木裝置的人機交互，通過按鍵可設置報警上限以及間斷采集時間間隔等信息。報警電路：發(fā)出聲光報警，提醒井下工作人員，撤離工作現(xiàn)場。LCD液晶顯示電路：用于實現(xiàn)甲烷濃度信息的實時顯不，并可顯不每日的甲烷濃度變化曲線，便于進行人機交互。電源電路:為系統(tǒng)提供能量來源。圖6-4 硬件

13、電路框圖6.2.2 CO氣體檢測1. CO氣體檢測的原理系統(tǒng)是由氣體濃度檢測及變換電路、開關控制電路、模/數(shù)轉換電路、數(shù)字顯示電路和報警電路組成。傳感器。濃度檢測電路的核心器件是氣體傳感器，利用傳感器的轉換功能，將氣體的濃度轉換成可以直接測量的電壓信號。變換電路。它包括線性化補償電路、放大電路、電壓電流轉換電路。從傳感器中輸出的電壓信號線性不好而且信號很小，需要對它進行線性化處理和放大處理。因為要進行遠距離傳輸，所以將電壓轉化成電流信號傳輸，在送入下一個電路之前再變換成電壓信號。開關控制電路。它包括一個多路模擬開關、多諧振蕩器、計數(shù)器等。多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖控制多路模擬開關對16路氣體濃度進

14、行巡回檢測，并顯示當前檢測的路數(shù)。模/數(shù)轉換電路。負責將模擬電壓信號轉換成數(shù)字頻率信號。數(shù)字顯示電路。通過計數(shù)、譯碼最終顯示出檢測氣體的濃度值。多路模擬開關控制電路模/數(shù)轉換電路數(shù)字顯示電路報警電路變換電路傳感器傳感器變換電路傳感器變換電路報警電路。當某一路氣體濃度超限時，電壓比較器輸出觸動報警電路報警。圖6-5 CO氣體檢測原理框圖該方案的特點在于它由純硬件電路實現(xiàn)，無需引入微處理器系統(tǒng)，大大降低了制作成本，易于實現(xiàn)。同時，也具有較高的響應速度。適合于對智能化程度要求不高的濃度檢測與控制場合。濃度檢測及信號處理電路:線性化電路放大電路轉換電路傳感器圖6-6 檢測及信號處理電與原理框圖氣體濃度

15、信號檢測及處理電路原理框圖如圖7-5所示。濃度檢測及信號處理電路由氣體傳感器、線性補償電路、放大器、電壓/電流轉換器及電流/電壓轉換器組成。該電路的工作原理是：利用直流穩(wěn)壓電源為整個電路系統(tǒng)供電，氣體傳感器將濃度信號轉換成能進行測量的電壓信號，但是這個電壓信號的線性度不好而且電壓值很小，需經(jīng)過線性化補償和放大器放大處理。因為需要遠距離傳輸信號，所以使用電壓/電流轉換器將電壓信號轉換成易傳輸?shù)碾娏餍盘栠M行傳輸，在下一步處理前再用電流/電壓轉換器將它轉換成原來的電壓信號。2. CO氣體檢測的實例 CO氣體檢測儀的系統(tǒng)構成如圖1所示，包括微控制器PIC16F946、CO氣體傳感器電路、鍵盤控制電路、

16、聲光報警電路、溫度測量電路、液屏，顯示、A/ D轉換基準電壓系統(tǒng)的工作過程：開機后進行全功能自檢，然后讀取單片機內部的EPROM中設置的零點值、斜率值及設定的報警值；對CO傳感器過來的信號進行采樣，并對采樣數(shù)據(jù)進行濾波處理；對處理后的數(shù)據(jù)進行運算、轉換、判斷是否超過報警值，根據(jù)判斷結果作出相應的處理，并且顯示氣體的濃度值。圖6-7 CO氣體檢測電路電化學CO氣體傳感器輸出的信號為微弱的電流信號，儀器選用的傳感器的參數(shù)：正常測量范圍為01000 ppm，最大可以過載到2000 ppm，輸出電流為100 nA/ ppm信號調理電路需要把微弱的電流信號轉換為電壓信號，并進行放大，在氣體傳感器輸出范圍

17、內，電路輸出電壓信號隨氣體濃度做線性變化。采用低電壓低功耗CMOS運放TLV2324完成調理功能。A/ D轉換電路主要由ADS7822組成，其連接圖如圖3所示。ADS7822是BB公司的12位高速2. 7 V微功耗串行A/D轉換器，采樣速率最高可達75 kHz，在75 kHz時功耗為0. 54mW, 7. 5 kHz時為0.06 m W，待機時電流最大為3微安。ADS7822與PIC16F946僅有三根線相連，分別為圖3中的AD_CS、AD_OUT和AD_CLK。報警電路主要包括聲、光、震動報警電路，分別由發(fā)光二極管、低電壓蜂鳴器和震動泵構成，由PIC單片機的三個端口控制。此部分工作時，整機的

18、工作電流將增加為未報警狀態(tài)時的電流的數(shù)倍，消耗的功率比較大，因此采用了分時供電的方法，通過單片機控制此部分電源的通斷，即濃度達到報警值時才給其供電；另外用單片機輸出的周期信號控制振蕩器的起停，用振蕩器輸出信號控制蜂鳴器和發(fā)光二極管，振蕩器采用T L V 2324構成的多諧振蕩器。采用這兩種方法可以降低此部分電路的功耗。此部分與單片機相連接如圖2中的BUZZER、LED、PULSATUR信號。6.2.3 CO2氣體檢測1. CO2氣體檢測的原理二氧化碳是綠色植物進行光合作用的原料之一，作物干重的95%來自光合作用。因此，使用二氧化碳傳感器控制濃度也就成為影響作物產(chǎn)量的重要因素。塑料大棚栽培使作物

19、長期處于相對密閉的場所中，棚內二氧化碳濃度一天內變化很大，日出前達到最大值10001200pp，日出后2.53小時降為100ppm左右，僅為大氣濃度的30%左右，而且一直維持到午后2小時才開始回升，到下午4時左右恢復到大氣水平。蔬菜需二氧化碳濃度一般10001500ppm。因此，塑料大棚內二氧化碳虧缺相當嚴重，成為影響塑料大棚蔬菜產(chǎn)量的重要因素。在塑料大棚中安裝二氧化碳傳感器可以保證在二氧化碳濃度不足的情況下及時報警，從而使用氣肥。保證蔬菜、食用菌、鮮花、中藥等提早上市、高質高產(chǎn)。紅外二氧化碳傳感器：該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CO2進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依

20、賴性，廣泛應用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合。催化二氧化碳傳感器：是將現(xiàn)場檢測到的二氧化碳濃度轉換成標準4-20mA 電流信號輸出、廣泛應用于石油、化工、冶金、煉化、燃氣輸配、生化醫(yī)藥及水處理等行業(yè)。熱傳導二氧化碳傳感器：據(jù)混合氣體的總導熱系數(shù)隨待分析氣體含量的不同而改變的原理制成，由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻變小，遇非可燃性氣體時檢測元件電阻變大（空氣背景），橋路輸出電壓變量，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補償元件起參比及溫度補償作用，主要應用場所在民用、工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機溶劑蒸汽的濃

21、度檢測。2. CO2氣體檢測的實例紅外吸收型CO2氣體傳感器是基于氣體的吸收光譜隨物質的不同而存在差異的原理制成的。不同氣體分子化學結構不同，對不同波長的紅外輻射的吸收程度就不同，因此，不同波長的紅外輻射依次照射到樣品物質時，某些波長的輻射能被樣品物質選擇吸收而變弱，產(chǎn)生紅外吸收光譜，故當知道某種物質的紅外吸收光譜時，便能從中獲得該物質在紅外區(qū)的吸收峰。同一種物質不同體積分數(shù)時，在同一吸收峰位置有不同的吸收強度，吸收強度與體積分數(shù)成指數(shù)關系。因此，通過檢測氣體對光的波長和強度的影響，便可以確定氣體的體積分數(shù)。根據(jù)比爾朗伯定律，輸出光強度I.輸入光強度I0、和氣體體積分數(shù)C之間的關系為通過檢測相

22、關數(shù)據(jù)就可以得知氣體的體積分數(shù)C。紅外CO2傳感器探頭結構是由紅外光源、測量氣室、可調干涉濾光鏡、光探測器、光調制電路、放大系統(tǒng)等組成。紅外光源采用鎳鉻絲，其通電加熱后可發(fā)出3 10微安的紅外線，其中，包含了4. 26 微安處CO2氣體的強吸收峰在氣室中，C0,吸收光源發(fā)出特定波長的光，經(jīng)探測器檢測則可顯示出CO2對紅外線的吸收情況干涉濾光鏡是可調的，調節(jié)它可改變其通過的光波波段，從而改變探測器探測到信號的強弱。紅外探測器為薄膜電容，吸收了紅外能量后，氣體溫度升高，導致室內壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變CO2氣體的體積分數(shù)愈大，電容值改變也就愈大。6.2.4 瓦斯氣體檢測1

23、.瓦斯氣體檢測的原理礦井瓦斯爆炸是一種熱鏈式反應（也叫鏈鎖反應）。它的主要成分為CH4。當爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學活性，成為反應連續(xù)進行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學反應速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應。所以，瓦斯爆炸就其本質來說，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應。瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷

24、道和器材設施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5%16%當瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯?jié)舛葹?.5%時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應)；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。所以對瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測尤為重要。氣體傳感器MQ-5使用范圍：適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤

25、氣的監(jiān)測裝置，優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力。特點：對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度；對乙醇，煙霧幾乎不響應；在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度，對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高快速的響應恢復特性；長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；簡單的測試電路。MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。 MQ-5傳感器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度高，對甲烷和丙烷可較好的兼顧。這種傳感器可檢測多種可燃氣體，是一款適合多

26、種應用的低成本傳感器。圖6-8 MQ-5的結構圖2. 瓦斯氣體檢測的實例整個瓦斯氣體檢測儀的系統(tǒng)結構如圖6-9所示。系統(tǒng)工作原理:首先通過瓦斯氣體傳感器采集現(xiàn)場的一氧化碳數(shù)據(jù)信息，傳感器選用的是中國船舶重工集團第七一八研究所的LXK-3催化元件進行瓦斯?jié)舛鹊臋z測，該系列元件是一種廣普性的氣敏元件，適應于天然氣、液化氣和城市煤氣等多種氣體的檢測。LXK-3傳感器的輸出電壓范圍為-50+50 mV，由于ADuC834單片機主通道AD輸入范圍在120 mV-256 V,所以傳感器的輸出可直接送入單片機內部。圖6-9 瓦斯氣體檢測電路圖6-10為聲報警電路。當單片機輸出高電平時三極管Q，導通，此時場效

27、應管A 940導通，電子蜂鳴器開始鳴響;當單片機輸出低電平時Q，截止，此時場效應管A 940關閉，電子蜂鳴器停止鳴響。為了獲得良好的光報警效果，圖6-10中的L，采用了直徑為10 mm的高亮二極管，因此專門為其設計了相應的驅動電路。當單片機輸出高電平時L1發(fā)光，當單片機輸出低電平時L1熄滅。圖6-10 瓦斯氣體報警電路振動報警是為了儀器隨身攜帶而專門設計的報警形式。其原理圖如圖6-11所示，與光報警電路的工作原理類似，當單片機輸出高電平時帶有偏心輪的電機啟動，開始振動，當單片機輸出低電平時，電機斷電，停止振動。D12起保護作用，防止電機產(chǎn)生的自感電動勢擊穿三極管，另外，串連電阻R22起限流作用

28、，可防止電機振動過于劇烈。圖6-11 振動報警電路6.2.5 PM2.5檢測1. PM2.5體檢測的原理因PM2.5屬于大氣顆粒，并不為實際的氣體，我國目前對大氣顆粒物的測定主要采用重量法。(1）重量法其原理是分別通過一定切割特征的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中的PM2.5和PM10被截留在已知質量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質量差和采樣體積，計算出PM2.5和PM10的濃度。(2）微量振蕩天平法基于重量法的微量振蕩天平法，在質量傳感器內使用一個振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和其質量。當采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質量變

29、化導致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質量，再根據(jù)流量、現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物標志的質量濃度。(3）Beta射線法/射線法Beta射線儀則是利用Beta射線衰減的原理，環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管，經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，Beta射線的能量衰減，通過對衰減量的測定便可計算出顆粒物的濃度。實際生活中除常見以上幾種方法外，還有許多其它的濕度檢測裝置，隨著電力電子科技的進一步發(fā)展，將電子電路和氣體檢測結合產(chǎn)生了許多的更加便捷、簡易、方便的檢測裝置。2. PM2.5檢測的實例光電傳感器主要由光源、光收集部分、光電檢測三部

30、分組成。針對本傳感器設計的口的是供測量顆粒物濃度，對細小顆粒物的檢測要求比較高，靈敏穩(wěn)定地把光信號轉換為電流信號是十分重要的。因此，本文采用工作電壓4.55V，波長650 nm，功率10mW的半導體激光器作為光源。與普通光源相比，激光源具有高亮度、靈敏度高、穩(wěn)定性好特點，作為光源是十分理想的。當光敏區(qū)有顆粒物通過時，光強就會發(fā)生改變，同時接收管會根據(jù)光量的變化而產(chǎn)生相應的電流信號。本文使用透鏡1和透鏡2把光源發(fā)出的光照射到光敏感區(qū)，避免了光的浪費，透鏡3把光收集起來發(fā)送到雪崩光電二極管，就得到與顆粒物有關的電信號。為了避免光敏感區(qū)以外的雜光進入光敏感區(qū)，整個傳感器用黑色鋁管密封起來，使收集到的光脈沖信號穩(wěn)定可靠，傳感器的性能得到提高，增大了輸出信噪比，提高了傳感器靈敏度。光電檢測部分用雪崩二級管進行接收光信號，把光信號轉換為電信號，調理電路進行I/V轉換，電壓放大和電壓跟隨，并對電源部分進行合