智能傳感器檢測(cè)與應(yīng)用技術(shù) 課件 -項(xiàng)目四 氣體和濕度的檢測(cè)

智能傳感器檢測(cè)與應(yīng)用技術(shù)主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國(guó)峰唐國(guó)永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國(guó)峰唐國(guó)永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)系列教材項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)1．了解氣敏傳感器、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。2．理解氣敏傳感器、濕敏傳感器的工作原理。3．掌握氣敏傳感器的測(cè)試和使用方法。4．掌握濕度的測(cè)量方法。知識(shí)目標(biāo)：1．能完成可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試。2．能完成濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試。能力目標(biāo)：

本項(xiàng)目主要包括可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試、濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試2個(gè)任務(wù)，要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步掌握氣敏傳感器、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)、特性、工作原理，并學(xué)會(huì)它們的測(cè)試和使用方法，掌握?qǐng)?bào)警電路的制作過(guò)程，以及氣敏傳感器和濕敏傳感器在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。項(xiàng)目描述目標(biāo)與描述知識(shí)目標(biāo)1．了解氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。2．理解氣敏傳感器的工作原理。3．掌握氣敏傳感器的典型應(yīng)用電路。能力目標(biāo)1．會(huì)氣敏傳感器的測(cè)試和使用方法。2．能完成可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試。3．會(huì)進(jìn)行氣體濃度的測(cè)試。工作任務(wù)

石油、化工生產(chǎn)及汽車(chē)等的使用而造成的大氣污染日益嚴(yán)重等。因此，需要用氣敏傳感器來(lái)檢測(cè)氣體的濃度和成分來(lái)凈化空氣，提高環(huán)境質(zhì)量。圖4-1-1所示為可燃?xì)怏w報(bào)警電路原理圖，本任務(wù)是通過(guò)學(xué)習(xí)，了解氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)、特性、工作原理，掌握氣敏傳感器的測(cè)試和使用方法，并能完成可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試圖4-1-1可燃?xì)怏w報(bào)警電路原理圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、氣敏傳感器

氣敏傳感器是能感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的傳感器。它利用化學(xué)、物理效應(yīng)將氣體的種類(lèi)及濃度等信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)電路處理后進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警。圖4-1-2所示為部分氣敏傳感器的實(shí)物外形圖。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-2部分氣敏傳感器的實(shí)物外形圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、氣敏傳感器

1．氣敏傳感器的性能要求（1）對(duì)被測(cè)氣體有較高的靈敏度。（2）對(duì)被測(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感。（3）性能穩(wěn)定。（4）動(dòng)態(tài)特性好，響應(yīng)速度快。（5）使用壽命長(zhǎng)。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、氣敏傳感器

2．氣敏傳感器的分類(lèi)氣敏傳感器的分類(lèi)如表4-1-1所示。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類(lèi)很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體式氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同被測(cè)氣體接觸，使得半導(dǎo)體性質(zhì)發(fā)生變化的原理來(lái)檢測(cè)特定氣體的成分或濃度的傳感器。按半導(dǎo)體的物理特性的不同，半導(dǎo)體式氣敏傳感器又可分為電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器和非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器兩種。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類(lèi)很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體吸附使半導(dǎo)體本身的電阻值發(fā)生變化這一特性而制作的傳感器，它由氣敏元件、加熱器、外殼等組成。其中加熱器的作用是加速被測(cè)氣體的吸附及脫出過(guò)程，燒去氣敏元件的油垢或污物，起清潔作用?？刂撇煌募訜釡囟龋軐?duì)不同被測(cè)氣體有不同的選擇作用。加熱溫度與元件輸出靈敏度有關(guān)，一般為200～400℃。

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類(lèi)很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器氣敏元件常被稱為氣敏電阻，其主要材料為金屬氧化物半導(dǎo)體，合成時(shí)加入敏感材料和催化劑燒結(jié)而成。常用的金屬氧化物半導(dǎo)體有SnO2（氧化錫）、ZnO（氧化鋅）、Fe2O3（氧化鐵）等。SnO2氣敏元件主要用于檢測(cè)氧氣、二氧化碳、乙醇等氣體的濃度；Fe2O3氣敏元件對(duì)丙烷和異丁烷（液化石油氣的主要成分）的靈敏度較高。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雖然氣敏傳感器的種類(lèi)很多，但目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器以半導(dǎo)體式氣敏傳感器為主。1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器氣敏元件種類(lèi)很多，按制作工藝分，可分為燒結(jié)型氣敏元件、薄膜型氣敏元件和厚膜型氣敏元件三種。（1）燒結(jié)型氣敏元件。燒結(jié)型氣敏元件是將元件的電極和加熱器均埋在金屬氧化物氣敏材料中，經(jīng)加熱成形后低溫?zé)Y(jié)而成的。目前最常用的是SnO2燒結(jié)型氣敏元件，用來(lái)測(cè)量還原性氣體。它的加熱溫度較低，一般為200～300℃。其加熱方式有直熱式和旁熱式兩種。直熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件在實(shí)際生產(chǎn)中使用較少，目前使用較多的是旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（1）燒結(jié)型氣敏元件。旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖4-1-3所示。旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件是在一根薄壁陶瓷絕緣管內(nèi)放入一根螺旋形高電阻率金屬絲作為加熱器，在陶瓷絕緣管的外壁涂覆SnO2作為基礎(chǔ)材料的漿料層，經(jīng)燒結(jié)后形成厚膜氣體敏感層，陶瓷絕緣管的兩端設(shè)置一對(duì)金電極及鉑-鐵合金絲引線。一般引線有6根，其中，兩個(gè)A和兩個(gè)B分別相連后，成為氣敏元件的引線，f-f為加熱器的引線。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（1）燒結(jié)型氣敏元件。

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)（a）結(jié)構(gòu)

（b）圖形符號(hào)圖4-1-3旁熱式SnO2燒結(jié)型氣敏元件的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（2）薄膜型氣敏元件。薄膜型氣敏元件制作時(shí)采用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，在處理好的石英基片上形成一薄層金屬氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出電極，其結(jié)構(gòu)如圖4-1-4所示。薄膜型氣敏元件的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)迅速、機(jī)械強(qiáng)度高、互換性好、成本低。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-4薄膜型氣敏元件的結(jié)構(gòu)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)1）電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器（3）厚膜型氣敏元件。厚膜型氣敏元件是將氣敏材料（SnO2、ZnO等）與一定比例的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，再把厚膜膠由絲網(wǎng)印刷到裝有鉑電極的氧化鋁基片上，在400～800℃的溫度下燒結(jié)1～2h而制成的。用厚膜工藝制成的氣敏元件一致性較好，機(jī)械強(qiáng)度高，適合批量生產(chǎn)。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)2）非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體與氣體接觸后，其特性（如二極管的伏安特性）發(fā)生變化來(lái)測(cè)定氣體的成分或濃度的。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

2．半導(dǎo)體式氣敏傳感器的工作原理金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性。通常氣敏元件工作在空氣中，空氣中的氧氣和二氧化氮這些電子兼容性大的氣體，接收來(lái)自半導(dǎo)體材料的電子而吸附負(fù)電荷，形成氧的負(fù)離子吸附，結(jié)果使N型半導(dǎo)體材料的表面空間電荷層區(qū)域的傳導(dǎo)電子減少，使表面電導(dǎo)減小，從而使氣敏元件處于高阻狀態(tài)。一旦氣敏元件與被測(cè)還原氣體接觸，就會(huì)與吸附的氧起反應(yīng)，將被氧束縛的電子釋放出來(lái)，敏感膜表面電導(dǎo)增加，使氣敏元件電阻值減小。該類(lèi)氣敏元件通常工作在高溫狀態(tài)（200～450℃），目的是加速上述的氧化還原反應(yīng)。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．接觸燃燒式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸燃燒式氣敏傳感器是基于強(qiáng)催化劑使氣體在其表面燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量，從而使貴金屬電極電導(dǎo)隨氣體濃度發(fā)生變化來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)的。典型的接觸燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖4-1-5所示。催化劑中埋設(shè)有鉑等金屬絲，工作時(shí)金屬圈中通電流使溫度保持在300～600℃，當(dāng)可燃?xì)怏w接觸預(yù)先加熱的傳感器表面時(shí)會(huì)燃燒，所產(chǎn)生的熱量使金屬絲溫度進(jìn)一步升高，致使電阻值增大，導(dǎo)致電橋失衡產(chǎn)生輸出。不同種類(lèi)不同濃度的可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的熱量不同，對(duì)應(yīng)不同的電量輸出。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．接觸燃燒式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸燃燒式氣敏傳感器是基于強(qiáng)催化劑使氣體在其表面燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量，從而使貴金屬電極電導(dǎo)隨氣體濃度發(fā)生變化來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)的。典型的接觸燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖4-1-5所示。催化劑中埋設(shè)有鉑等金屬絲，工作時(shí)金屬圈中通電流使溫度保持在300～600℃，當(dāng)可燃?xì)怏w接觸預(yù)先加熱的傳感器表面時(shí)會(huì)燃燒，所產(chǎn)生的熱量使金屬絲溫度進(jìn)一步升高，致使電阻值增大，導(dǎo)致電橋失衡產(chǎn)生輸出。不同種類(lèi)不同濃度的可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的熱量不同，對(duì)應(yīng)不同的電量輸出。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-5典型的接觸燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．接觸燃燒式氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸燃燒式氣敏傳感器價(jià)廉、精度高，但靈敏度較低，不適合檢測(cè)一氧化碳等有毒氣體，一般用于石油化工、造船廠、礦山及隧道等領(lǐng)域，以檢測(cè)石油類(lèi)可燃?xì)怏w的存放情況和防止危險(xiǎn)事故的發(fā)生，其基本工作電路如圖4-1-6所示。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-6接觸燃燒式氣敏傳感器的基本工作電路任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

氣敏傳感器最早用于可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器，以保證生命安全，后逐漸應(yīng)用于有毒氣體的檢測(cè)、容器或管道的檢漏、環(huán)境監(jiān)測(cè)、鍋爐的燃燒檢測(cè)與控制等方面。近年來(lái)，氣敏傳感器走進(jìn)了人們的日常生活，如家庭中煤氣或液化石油氣泄漏報(bào)警和自動(dòng)排氣裝置、汽車(chē)尾氣檢測(cè)儀器、交警用的酒精測(cè)試儀、賓館等公共場(chǎng)合安裝的煙氣報(bào)警裝置等都使用的是氣敏傳感器。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

表4-1-2列出了氣敏傳感器的主要應(yīng)用實(shí)例。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

1．酒精測(cè)試儀對(duì)酒精敏感的傳感器廣泛地應(yīng)用于檢測(cè)汽車(chē)司機(jī)呼出氣體內(nèi)的酒精濃度，也有時(shí)用于酒廠生產(chǎn)線。酒精測(cè)試儀的電路圖如圖4-1-7所示，此電路釆用TGS-812型氣敏傳感器，這種傳感器對(duì)酒精有較高的靈敏度，所以，人們用它來(lái)制作酒精測(cè)試儀。除此之外，TGS-812型氣敏傳感器對(duì)一氧化碳也敏感，也常被用于探測(cè)汽車(chē)尾氣。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

1．酒精測(cè)試儀

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-7酒精測(cè)試儀的電路圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

1．酒精測(cè)試儀該電路還采用了一個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)集成電路LM3914，它共有10個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端連接1個(gè)發(fā)光二極管。在10個(gè)發(fā)光二極管中，～為綠色發(fā)光二極管，指示酒精濃度處于安全水平，VD6～VD10為紅色發(fā)光二極管，指示酒精濃度超過(guò)安全水平。TGS-812型氣敏傳感器加熱時(shí)的工作電壓為5V，加熱電流約為125mA。它的負(fù)載電阻為R1和RP，其輸出直接接LM3914。當(dāng)氣敏傳感器探測(cè)不到酒精氣體時(shí)，傳感器呈高阻狀態(tài)，R1和RP的輸出電壓很低，加在LM3914⑤腳的電平為低電平，10個(gè)發(fā)光二極管都不點(diǎn)亮；當(dāng)氣敏傳感器探測(cè)到酒精氣體時(shí)，其內(nèi)阻迅速降低，從而使R1和RP的輸出電壓升高，加在LM3914⑤腳的電平變?yōu)楦唠娖健怏w中酒精含量越高，⑤腳的電位就越高，則點(diǎn)亮發(fā)光二極管的數(shù)目就越多（先綠色后紅色），由此來(lái)判斷被測(cè)試者飲酒的程度。

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

2．有毒氣體報(bào)警器當(dāng)空氣中的一氧化碳、液化石油氣、甲烷、丙烷等有毒氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，將會(huì)危及人的健康與安全，圖4-1-8所示為有毒氣體探測(cè)報(bào)警電路。該電路線路簡(jiǎn)單，靈敏度較高，能對(duì)上述有毒氣體進(jìn)行檢測(cè)并發(fā)出警報(bào)。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-8有毒氣體探測(cè)報(bào)警電路任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、氣敏傳感器的應(yīng)用

2．有毒氣體報(bào)警器工作原理：當(dāng)空氣中不含有毒氣體時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電阻很大，流過(guò)RP的電流很小，B點(diǎn)為低電位，達(dá)林頓管U850不導(dǎo)通；空氣中含有上述有毒氣體時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電阻迅速減小，通過(guò)RP的電流增大，B點(diǎn)電位升高，向C2充電直至達(dá)到U850導(dǎo)通電位（約1.4V）時(shí)，U850導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)發(fā)聲集成片KD9561發(fā)聲。當(dāng)空氣中有毒氣體濃度下降，使A、B兩點(diǎn)間恢復(fù)高阻時(shí)，B點(diǎn)電位低于1.4V，達(dá)林頓管U850截止，報(bào)警解除。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

1．可燃?xì)怏w報(bào)警電路該任務(wù)的可燃?xì)怏w報(bào)警器采用了QM系列氣敏傳感器，它是采用金屬氧化物半導(dǎo)體作為敏感材料的N型半導(dǎo)體氣敏傳感器，具有靈敏度髙、響應(yīng)速度快、輸出信號(hào)大、使用壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，很適合作氣體報(bào)警器和氣體檢測(cè)傳感器，廣泛應(yīng)用于消防、保安及環(huán)保等領(lǐng)域。部分QM系列氣敏傳感器的用途及特點(diǎn)如表4-1-3所示。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

1．可燃?xì)怏w報(bào)警電路

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

1．可燃?xì)怏w報(bào)警電路NE555時(shí)基集成電路是一種多用途的數(shù)/?；旌霞呻娐?，利用它能極方便地構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等裝置。NE555時(shí)基集成電路使用靈活、方便，所以它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，故本實(shí)驗(yàn)選擇NE555時(shí)基集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器作為脈沖信號(hào)源。多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖，由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

1．可燃?xì)怏w報(bào)警電路NE555時(shí)基集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1-9所示，它包括兩個(gè)比較器、一個(gè)R-S觸發(fā)器、一個(gè)放電晶體管（開(kāi)關(guān)）及由三個(gè)5kΩ電阻組成的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器。電源電壓VCC通過(guò)NE555時(shí)基集成電路內(nèi)部三個(gè)5kΩ電阻分壓，使電路內(nèi)部?jī)蓚€(gè)電壓比較器構(gòu)成一個(gè)電平觸發(fā)器，其上觸發(fā)電平為VCC，下觸發(fā)電平為VCC。⑤腳控制端外接一個(gè)電壓VCC，可以使上、下觸發(fā)電平發(fā)生變化。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-9NE555時(shí)基集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

1．可燃?xì)怏w報(bào)警電路NE555時(shí)基集成電路的外部引腳排列圖如圖4-1-10所示。其為塑封雙列直插式封裝，正面印有555字樣，集成電路的左下角為①腳，引腳號(hào)按逆時(shí)針?lè)较蚺帕小ｍ?xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-1-10NE555時(shí)基集成電路的外部引腳排列圖任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

1．可燃?xì)怏w報(bào)警電路各引腳的作用：①腳是公共接地端，為負(fù)極；②腳為低觸發(fā)端TR，低于VCC時(shí)即導(dǎo)通；③腳是輸出端Vo，電流可達(dá)2000mA；④腳是強(qiáng)制復(fù)位端MR，不用時(shí)可與電源正極相連或懸空；⑤腳用來(lái)調(diào)節(jié)比較器的基準(zhǔn)電壓，簡(jiǎn)稱控制端Vc，不用時(shí)可懸空或通過(guò)0.01μF的電容接地；⑥腳為高觸發(fā)端TH，也稱閾值端，高于VCC時(shí)即截止；⑦腳是放電端DIS；⑧腳是電源正極VCC。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

2．工作原理可燃?xì)怏w報(bào)警電路原理圖如圖4-1-1所示。其中，氣敏傳感器QM-N5和電位器RP組成氣體檢測(cè)電路，時(shí)基集成電路NE555及外圍元器件組成多諧振蕩器。當(dāng)無(wú)可燃?xì)怏w或可燃?xì)怏w的濃度較低時(shí)，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率很小，A、B兩點(diǎn)間的電阻值很大，使NE555時(shí)基集成電路的④腳為低電平，NE555時(shí)基集成電路處于強(qiáng)行復(fù)位狀態(tài)，振蕩器不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)有可燃?xì)怏w且其濃度升高并超出允許范圍時(shí)，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率增大，A、B兩點(diǎn)間的電阻值迅速減小，B點(diǎn)電位上升，使NE555時(shí)基集成電路的④腳變?yōu)楦唠娖?，振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警，提醒人們采取措施，以防事故的發(fā)生。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)1可燃?xì)怏w報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器2．工作原理可燃?xì)怏w報(bào)警電路原理圖如圖4-1-1所示。其中，氣敏傳感器QM-N5和電位器RP組成氣體檢測(cè)電路，時(shí)基集成電路NE555及外圍元器件組成多諧振蕩器。當(dāng)無(wú)可燃?xì)怏w或可燃?xì)怏w的濃度較低時(shí)，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率很小，A、B兩點(diǎn)間的電阻值很大，使NE555時(shí)基集成電路的④腳為低電平，NE555時(shí)基集成電路處于強(qiáng)行復(fù)位狀態(tài)，振蕩器不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)有可燃?xì)怏w且其濃度升高并超出允許范圍時(shí)，氣敏傳感器QM-N5的電導(dǎo)率增大，A、B兩點(diǎn)間的電阻值迅速減小，B點(diǎn)電位上升，使NE555時(shí)基集成電路的④腳變?yōu)楦唠娖剑袷幤鞴ぷ?，揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警，提醒人們采取措施，以防事故的發(fā)生。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)知識(shí)目標(biāo)1．了解濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。2．理解濕敏傳感器的工作原理。3．掌握濕敏傳感器的典型應(yīng)用電路。能力目標(biāo)1．會(huì)濕敏傳感器的測(cè)試和使用方法。2．能完成濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試。工作任務(wù)

濕度的檢測(cè)和控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療及日常生活中的地位越來(lái)越重要，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。圖4-2-1所示為濕度檢測(cè)報(bào)警電路原理圖，本任務(wù)是通過(guò)學(xué)習(xí)，了解濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)、特性及工作原理，掌握濕敏傳感器的測(cè)試和使用方法，并能完成濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試四、可燃?xì)怏w報(bào)警器

2．工作原理

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-2-1濕度檢測(cè)報(bào)警電路原理圖任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

用于檢測(cè)環(huán)境濕度的傳感器稱為濕敏傳感器，它是將被測(cè)環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，主要由濕敏元件和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。圖4-2-2所示為部分濕敏傳感器的實(shí)物外形。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-2-2部分濕敏傳感器的實(shí)物外形任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

1．濕敏傳感器的分類(lèi)（1）按工作原理的不同，濕敏傳感器可分為電阻式濕敏傳感器、電容式濕敏傳感器和頻率式濕敏傳感器等。（2）按探測(cè)功能的不同，濕敏傳感器可分為絕對(duì)濕度濕敏傳感器、相對(duì)濕度濕敏傳感器和結(jié)露傳感器等。絕對(duì)濕度是指在一定溫度和氣壓下，單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，即空氣中水蒸氣的密度，用AH表示。相對(duì)濕度是指被測(cè)氣體中水蒸氣氣壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣氣壓的百分比，一般用%RH表示。露點(diǎn)是指水蒸氣在冷卻過(guò)程中最初發(fā)生結(jié)露時(shí)的溫度。（3）按使用材料的不同，濕敏傳感器可分為電解質(zhì)式濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子式濕敏傳感器等。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

2．濕敏傳感器的特性1）精度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性一般濕敏傳感器的精度為±2%～±5%RH，要達(dá)到±2%～±3%RH的精度是較困難的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污、有害氣體的影響，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生老化現(xiàn)象，影響其精度。因此，濕敏傳感器長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性是非常重要的。2）溫度系數(shù)濕敏傳感器除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度也十分敏感。而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)也有差別，因此需加溫度補(bǔ)償電路，或采用計(jì)算機(jī)軟件補(bǔ)償。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試一、濕敏傳感器

2．濕敏傳感器的特性3）供電電源濕敏傳感器在測(cè)量濕度時(shí)，所加的測(cè)試電壓必須是交流電壓（如正弦波、方波或三角波），不能用直流電壓或含有直流分量的交流電壓。因?yàn)橹绷麟妷簳?huì)引起濕敏元件體內(nèi)水分子的電解，致使電導(dǎo)率隨時(shí)間的增加而下降，影響測(cè)量精度。4）互換性濕敏傳感器的一致性較差，同一種型號(hào)的傳感器不能互換，這給電路調(diào)試及維修增加了困難。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。1．氯化鋰濕敏傳感器氯化鋰濕敏傳感器屬于電阻式濕敏傳感器，它是利用感濕材料的電阻值隨濕度變化的基本原理來(lái)進(jìn)行工作的。氯化鋰濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-2-3所示。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-2-3氯化鋰濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。1．氯化鋰濕敏傳感器氯化鋰濕敏傳感器采用真空鍍膜工藝在玻璃片上鍍一層梳狀金電極，然后涂一層氯化鋰和聚乙烯醇等配制的感濕膠膜。聚乙烯醇是一種黏合性很強(qiáng)的多孔性物質(zhì)，它與氯化鋰結(jié)合后，水分子很容易在其薄膜中被吸附及釋放，從而使?jié)衩粼淖杩拱l(fā)生變化。最后在濕敏元件表面涂一層多孔性的保護(hù)膜以提高其抗污染氣體的能力。氯化鋰濕敏傳感器具有穩(wěn)定性好、精度高、響應(yīng)快、長(zhǎng)期工作滯后小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是尺寸較大，結(jié)露時(shí)容易失效，比較適用于空調(diào)系統(tǒng)。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。2．陶瓷式濕敏傳感器陶瓷式濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-2-4所示。該傳感器的材料通常是用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體在1300℃高溫下燒結(jié)而成的多孔陶瓷。這些材料有ZnO-LiO2-V2O3系、Si-Na2O5系、TO2-MgO-Cr2O3系和Fe2O3等，前兩種材料的電阻率隨濕度增加而下降，故稱為負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷，最后一種材料的電阻率隨濕度的增加而升高，故稱為正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷。陶瓷式濕敏傳感器的熱穩(wěn)定性及抗污能力很強(qiáng)，并具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、響應(yīng)快、精度高、測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但不宜在易燃、易爆的環(huán)境中使用。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前常用的濕敏傳感器主要有氯化鋰濕敏傳感器、陶瓷式濕敏傳感器、高分子電容式濕敏傳感器等。2．陶瓷式濕敏傳感器

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-2-4陶瓷式濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．高分子電容式濕敏傳感器高分子電容式濕敏傳感器基本上是一個(gè)電容器，其結(jié)構(gòu)及特性如圖4-2-5所示。它是利用電容器兩極間的介質(zhì)隨濕度變化而變化的特性制成的。

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)（a）結(jié)構(gòu) （b）特性圖4-2-5高分子電容式濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及特性任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試二、濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3．高分子電容式濕敏傳感器

高分子電容式濕敏傳感器是在陶瓷基片玻璃底襯上制作一個(gè)電極，在電極上薄薄地涂一層高分子薄膜（約1μm），在另一個(gè)電極涂一層可透氣的金屬薄膜。當(dāng)相對(duì)濕度變化時(shí)，水分子通過(guò)兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放，隨著水分子被吸附或釋放，高分子薄膜的介電常數(shù)將發(fā)生相應(yīng)的變化，所以只要測(cè)定電容值就可測(cè)得相對(duì)濕度。高分子電容式濕敏傳感器具有響應(yīng)速度快、產(chǎn)品互換性好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、易于實(shí)現(xiàn)小型化集成化等優(yōu)點(diǎn)，但其精度要比電阻式濕敏傳感器低一些，也不宜用于含有機(jī)溶劑氣體的環(huán)境中，且不能耐80℃以上的高溫。高分子電容式濕敏傳感器廣泛用于食品、紡織、氣象、倉(cāng)庫(kù)等領(lǐng)域的濕度檢測(cè)。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、濕敏傳感器的應(yīng)用

1．土壤濕度的檢測(cè)土壤中是否缺水，單憑觀察土壤表面是否濕潤(rùn)是不科學(xué)的。有了濕度檢測(cè)器，如果土壤中缺水，就能很直觀地顯示出來(lái)。圖4-2-6所示為土壤濕度檢測(cè)實(shí)物連接圖。

項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-2-6土壤濕度檢測(cè)實(shí)物連接圖任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、濕敏傳感器的應(yīng)用

1．土壤濕度的檢測(cè)圖4-2-7所示為土壤濕度簡(jiǎn)易測(cè)試電路，其中濕敏傳感器由埋在土壤中的兩個(gè)電極組成。項(xiàng)目4氣體和濕度的檢測(cè)圖4-2-7土壤濕度簡(jiǎn)易測(cè)試電路任務(wù)2

濕度檢測(cè)報(bào)警電路的安裝與調(diào)試三、濕敏傳感器的應(yīng)用

1．土壤濕度的檢測(cè)

若土壤濕潤(rùn)，則土壤的電阻率很小，兩電極間