電阻式傳感器的工作原理及應用

1、電阻式傳感器的工作原理及應用氣敏傳感器氣敏傳感器是氣敏電阻利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化的效應而制成的傳感器。 按其結構可以分為 燒結型、薄膜型、厚膜型三種。工作原理氣敏電阻按其電阻變化的機理可分為表面控制型和體控制型， 前 者是通過使半導體載流子增多和減少來引起半導體電阻率變化的； 后 者則是通過使半導體體內晶格發(fā)生變化而引起電阻變化的。 常見的氣 敏電阻大都屬于表面控制型。以半導體材料SnO2為例說明表面控制型氣敏電阻的工作原理。 半 導體材料SO2屬于N型半導體，這類半導體氣敏電阻工作時通常都需 要加熱。元件在加熱開始時阻值急劇的下降，然后上升，一般經過 210

2、分鐘才達到穩(wěn)定，稱之為初始穩(wěn)定狀態(tài)。元件只有在達到初始 穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測。因為元件在“清潔大氣”中吸附的氧 氣量固定不變（空氣中的氧分壓幾乎固定不變），所以其阻值保持一 定。一旦某種濃度的被測氣體流過元件，則在元件表面產生吸附，此 時元件的阻值將隨氣體濃度變化而變化。 如果被測氣體是氧化性氣體（如O2和NOx）,則被吸附氣體分子會從氣敏元件奪取電子，使 N型 半導體元件中的載流子電子減少， 從而使電阻值增大。如果你被測氣 體是還原性氣體（如H2、CO、酒精等），則氣體分子會向氣敏元件釋 放電子，使元件中的載流子電子增多，從而使電阻值下降。氣敏電阻對不同氣體的靈敏度差別很大，如對乙醍、

3、乙醇、氫氣 等具有較高的靈敏度，而對甲烷和 CO的靈敏度則較低。在材料中摻 入某些金屬氯化物或貴金屬化合物， 可提高元件的吸附活性，并顯著 提高元件的靈敏度和擴大測試范圍。氣敏傳感器的應用1、可燃氣體排風警報器當檢測到氣體濃度達到爆炸或中毒報警器設置的臨界點時，可燃氣體排風警報器就會發(fā)出報警信號，以提醒工作人員采取安全措施， 并驅動排風、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災、中毒等事故。 從而保障安全生產。本設計主要用于檢測空氣中的可燃氣體， 常見的 如有氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、 乙快、丙快、丁快、硫化氫、磷化氫等當被測場所的空氣中存在可燃 氣體時，探測器便將感

4、知到的信息送到報警儀表； 若可燃氣體的濃度 超過安全指標，則報警器發(fā)出光聲告警提示，并自動啟動排風設備。可燃氣體排風警報器的電路原理圖如圖所示，包括減壓整流、穩(wěn)壓模塊、氣敏傳感元件和觸發(fā)、聲光報警電路。半導體氣敏元件采用 MQ-2型；由于要求燈絲加熱電壓穩(wěn)定，所以采用三端穩(wěn)壓器7805對燈絲電壓進行穩(wěn)壓，開機預熱三分鐘。圖中的 555和R2、RP2、C4 組成可控多諧振蕩器。平時，強制復位端 4腳處于低電平，555處于 停振狀態(tài)；當氣敏元件檢測到可燃氣體時， A B極間阻值減小，使4 腳電位上升到1V以上，555起振，振蕩頻率取決于R2、RP2、C4的時 間常數(shù)，即f= (R2 RPOC4。2

5、20V交流電源經9V變壓器降壓后通過由4個二級管組成的橋式 整流電路整流成直流10V電壓。發(fā)光二極管VDi為電源指示燈。當氣 敏元件M2接觸到可燃性氣體時，其 A B極間的電阻減小，從而使該 電阻與RP的分壓上升，相對應的555的4腳電位上升，當4腳的電 位上升到1V以上時555起振。通常情況下，氣敏元件的A-B極間的 阻值較大，該電阻與RPi的分壓減小，相應的使555的4腳處于低電 平，555處于停振狀態(tài)。555起振后，具輸出端3腳將輸出信號推動 蜂鳴器發(fā)出報警聲。3腳輸出信號的頻率約為kHz；調節(jié)RR,可使 頻率穩(wěn)定在kHz。2、有害氣體控制報警器目前一氧化碳、煤氣、液化石油氣等氣體與居民

6、的生活生產聯(lián)系 越來越密切。作為能源和原材料，雖然他們再給人類帶來財富，但是 其不安全的使用也會給人類帶來巨大的危害。其主要危害方式為：當擴散到空氣中的以上氣體達到一定濃度時， 若人們吸入這些氣體會對 身體造成危害，嚴重的甚至死亡；同時，一定濃度的氣體一個發(fā)生爆 炸，從而嚴重威脅人們的生產生活。針對氣體的這些危害，這里選擇 了有害氣體控制報警器來進行介紹，它適應于各種有害氣體的檢測。 當室內有害氣體的體積分數(shù)達到一定數(shù)值時，該控制報警器能及時開 啟排風扇，同時發(fā)出聲音報警信號，可以避免有害氣體引起的災害。該有害氣體控制報警器由電源電路、 氣體檢測電路、電子開關電 路和聲光報警電路組成，其原理如

7、圖所示。R、R2, R4R均選用1/4碳膜電阻器，R3選用1/2碳膜電阻器。 Ci、C2和C4均選用耐壓值為25V的鋁電解電容器，C3選用滌綸電容 器。VDiVD4、VD7均選用1N4007型硅整流二極管，VD5和VD6均選用 1N4148型硅開關二極管，VSi選用1W 12V的1N4742型穩(wěn)壓二極管， VS2選用1/2W 的1N231或1N 5992B型穩(wěn)壓二極管。VL選用 5mm的 發(fā)光二極管，V1VT和VT4選用S9013或3DG慳硅NPN1晶體管，7% 選用S9012或3CG2I型硅NPNS1晶體管VT3,和VT5均選用S8050或 C8050型硅NPN©晶體管。IC選用K

8、D9561型音效集成電路。K選用 12V的HH53P直流繼電器。BL選用8、電動勢揚聲器。氣敏傳感器 選用QW NG1型氣敏元件。氣體檢測電路由氣體傳感器和外圍元器件組成。當氣體傳感器的表面吸附有被測氣體時，其電阻率會發(fā)生變化，因此它是一種氣電轉 化元件。在如圖所示電路中，氣體傳感器在不接觸有害氣體時，其 A 一B兩極間的電阻值很大vtvT3均截止，繼電器K不吸合，控制器不 工作。當室內有害氣體達到一定濃度時，氣體傳感器A-B兩極間的阻值將變小，使VT1 VT3均導通繼電器K吸合，具常開觸點K1、K2、K3 均閉合，使排風扇電動機 M和聲光報警電路通電工作，揚聲器 BL中 發(fā)出響亮的警聲信號，

9、發(fā)光二極管V L隨著警聲而閃亮。同時排風扇 不斷地把室內有害氣體排放到室外。當室內有害氣體體積分數(shù)降到某 一預定值時，繼電器會自動切斷排風扇和聲光報警電路的工作電源， 使其停止工作，從而達到自動控制室內有害氣體的目的。 有害氣體的 比重不同，因此檢測不同氣體時，控制報警器的安裝位置是不同的。若用于檢測煤氣，應將該控制報警器安裝在廚房的高處； 若用于檢測 液化石油氣，則應將該控制報警器安裝在廚房的低處。3、防止酒后開車控制器如圖所示為防止酒后開車控制器的電路原理圖。圖中QWJ1為酒敏元件。若司機沒喝酒，在駕駛室內合上開關S,此時氣敏器件的阻值很高，Ua為高電平，Ui為低電平，U3為高電 平繼電器K2線圈失電，其觸點K2 2閉合，發(fā)光二極VD1管通，發(fā)綠光， 能點火啟動發(fā)動機；若司機酗酒，氣敏器件的阻值急劇下降，5使為 低電平，Ui為高電平，U3為低電平，繼電器K2線圈通電，觸點K2 2閉 合，發(fā)光二極VD2管通，發(fā)紅光，以示警告，同時常閉觸點 K21斷