C。接触燃烧式气体传感器
分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作原理是:气敏材料在通电状态下,
可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧,产生的热量使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化,测量电阻变化从而测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体,对不燃性气体不敏感。例如,在Pt丝上涂敷活性催化剂Rh和Pd等制成的传感器,具有广谱特性,即可以检测各种可燃气体。接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定,并能对爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测,应用于石油化工、造船、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和报警。
D. 高分子气体传感器
高分子气敏材料在遇到特定气体时,其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、
材料重量等物理性能发生变化。主要有酞菁聚合物、LB膜、苯菁基乙炔、聚乙烯醇-磷酸、聚异丁烯、氨基十一烷基硅烷等。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合,在毒性气体和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。根据所用材料的气敏特性,这类传感器可分为:通过测量气敏材料的电阻来测量气体浓度的高分子电阻式气体传感器;根据气敏材料吸收气体时形成浓差电池,测量电动势来确定气体浓度的浓差电池式气体传感器;根据高分子气敏材料吸收气体后声波在材料表面传播速度或频率发生变化的原理制成的声表面波气体传感器;以及根据高分子气敏材料吸收气体后重量变化而制成的石英振子式气体传感器等。高分子气体传感器具有对特定气体分子灵敏度高,选择性好,且结构简单,能在常温下使用,可以补充其它气体传感器的不足。
2.气体传感器的发展方向
首先是开发新的气敏材料。主要措施是在传统的半导体气敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中掺杂
一些元素,其次是研制和开发复合型和混合型半导体气敏材料和高分子气敏材料,使这些材
料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。
另外,开发新的气体传感器,应用新材料、新工艺和新技术,对气体传感器的机理做进一步研究,使传感器更加微型化和多功能化,并具有性能稳定、使用方便、价格低廉等特点。 同时,进一步采用计算机技术实现气体传感器的智能化。研制开发新型仿生气体传感器-----仿生电子鼻是未来气体传感器发展的主要方向。
本论文以MQ-2
电阻式烟雾传感器和模拟电子技术为核心, 设计出一种技术水平较
好的烟雾报警器。其中选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测,具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点,而且价格低廉,使用寿命长。是一种结构简单、性能 稳定、使用方便、智能化的烟雾报警器。近年来,在医疗、空气净化、家用燃气和热水等方面,得到了广泛应用。
2章 危险气体监测系统总体设计
2.1 设计思路分析
本课题所研究的报警系统是家庭煤气泄漏为背景,对危险气体一氧化碳,甲烷,丁烷
的泄漏报警系统展开研究,决定将报警系统分为三大部分:检测部分、中央处理器部分以及信号传送部分。检测部分是由固定安装的MQ-2传感器,它负现场数据,并将采集得到的数据变成模拟的电信号;中央处理器部分负责将采集检测部分得来的模拟电信号数字化,既A/D转换,信号传递部分负责将从处理器得来的经过编码的数据发送出去。泄漏气体报警系统的工作过程,就是泄漏气体达到一定浓度时(通常浓度值应非常低),经气体检测装置将气体泄漏信号变成电信号,再进行A/D转换、数据分析,最后将经中央处理器处理过的信号发送给信号接受者。通过对国内外的危险气体报警系统方法的分析,结合有可能产生危险气体泄
漏地点的实际情况,本设计硬软配置相比而言性价比好、集成度高、方便等优点,因此本课题决定采用固定式的单片机智能化检测系统。通过对国内外的危险气体报警系统方法的分析,结合有可能产生危险气体泄漏地点的实际情况,报警是由电路、电源和显示报警装置组成的,并且安装在现场完成报警。
2.2 设计元器件选购分析思路
为了使设计贴近现实,本实验设计了可自锁的天然气检测系统,用灯泡作为煤气罐的开关气阀,当检测气体浓度达到设置的上限时,就自动报警,并关闭天然气开关。
气体传感器采用MQ-2烟雾传感器,它的特点是对可燃性气体有很高的敏感度,适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷气体的探测,并且家用燃气是有甲烷,丁烷以及少量的丙烷够成,对于本次设计更有利,如果本装置放在家庭厨房中,不仅可以检测天然气是否泄漏,也能可作为火灾报警器。于是本设计的气体传感器决定用MQ-2传感器。
A/D转换器:通过对几种AD数模转换器的学习和了解,本人用选用了ADTLC549。
MQ-2 传感器A/D转换器 Lcd 1602显示器 AT89C51 蜂鸣报警器 按键控制加减 天然气气阀开关
(图1 报警系统构成图)
TLC549具有控制口线少,时序简单,转换速度快,功耗低,价格便宜等特点,适用于低功耗袖珍仪器上的单路A/D采样,考虑到本设计对功耗,价格方面的考虑用A/D TLC549数模转换器更为合适。
为了使本设计看起来更加直观和达到预期的实验目的,显示器选用lcd1602液晶显示器,它可以显示字符,看起来更实用美观,在本设计中它实现了显示设置危险气体上限的值和当前气体浓度的参数。使设计看起来更加实用和精致。选用本器件是由于在以前的学习中有更多的了解便于顺利完成设计,同时也充实了实验内容。
报警系统是常用的蜂鸣器,按键控制系统实现气体上限设置即可,所以用一加一减按钮实现,简易方便。
2.3 系统流程分析思路
初始化 数据采样 转换成数据信号 否 单片机系统处理接收信号 是报警并关闭天然气开关 (图2危险气体报警系统程序流程图)
首先,气体通过MQ-2气体传感器,传感器判断是否含有液化气、丁烷、丙烷、甲烷气体等危险气体,如果有则把气体参数传给AD转换器,转换器负责把传进来的模拟信号转化成数据信号传给单片机系统,系统分析参数与设定参数比较。如果大于设置参数蜂鸣器报警,并且天然气气阀自动关闭。
3章 危险气体监测系统硬件电路设计
本课题选用主要器件:MQ-2传感器,A/D TLC 549转换器, AT89C51, Lcd 1602显
示器,报警器,两个按键,二极管,导线,电阻,电容,主板等。
设计流程:(一)数据采样部分:传感器,转换器; (二)数据处理:AT89C51单片机系统;
(三)报警设定:按键1(加),按键2(减), 报警器;
(四)显示设置:液晶LCD1602显示器
图3系统设计电路图