瓦斯报警器课程设计

重庆三峡学院 《传感器与检测技术》课程设计报告题目瓦斯报警器院系: 机械工程学院专业: 机械设计制造及其自动化年级: 2009级机械2班学生姓名: 贠鹏学生学号: 200907024212指导教师: 吴光杰职称教授完成课程设计（论文）时间2011 年12 月目录摘要................................................ 错误！未定义书签。

关键词 (1)1 引言.............................................. 错误！未定义书签。

1.1半导体气敏传感器 (1)1.1.1半导体气敏原件的特性参数 (1)1.1.2烧结型SnO2气敏元件 (2)2 气敏传感器原理 (2)3瓦斯报警器 (2)3.1瓦斯的成分 (2)3.2瓦斯报警器的电路及原理说明 (2)3.2.1元器件的选择与制作 (3)3.2.2 MQ-25气敏传感器性能参数介绍 (4)3.3瓦斯报警器的实物制作 (4)3.3.1瓦斯报警器零部件的购买 (5)3.3.2瓦斯报警器的焊接 (5)4.结论 (6)半导体气敏传感器检测技术重庆三峡学院机械工程学院机械设计制造及其自动化09级摘要半导体气敏传感器在煤矿瓦斯，家用煤气检测环境中的重要作用关键词气敏传感器瓦斯报警器1、引言气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。

它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。

它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

1.1半导体气敏传感器气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。

当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。

目前流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。

1.1.1半导体气敏元件的特性参数（1）气敏元件的电阻值将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为Ｒａ。

一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围。

测定固有电阻值Ｒａ时, 要求必须在洁净空气环境中进行。

由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。

因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。

（2）气敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。

它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。

表示方法有三种（a）电阻比灵敏度K （b）气体分离度RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值：RＣ2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。

通常，C1＞C2。

（c）输出电压比灵敏度KV Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出（3）气敏元件的分辨率表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。

气敏元件分辨率S表示为Va—气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；Vg—气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压Vgi—气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压（4）气敏元件的响应时间表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。

一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。

（5）气敏元件的加热电阻和加热功率气敏元件一般工作在200℃以上高温。

为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示。

直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。

气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用ＰＨ表示。

一般在(0.5～2.0)W范围。

（6）气敏元件的恢复时间表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63％时所需时间。

1.1.2烧结型SnO2气敏元件SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。

烧结型应用最广泛性。

其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。

主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。

根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。

（1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件) 由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。

因其热容量小、稳定性差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。

2）旁热式SnO2气敏元件旁热式气敏器件结构及符号2 气敏传感器原理声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。

气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。

通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化。

3瓦斯报警器3.1瓦斯的成分瓦斯的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体。

具体可分为液化石油气与天然气、煤气三大类液化石油气，由原油炼制或天然气处理过程中产生的混合气体，主要成分是丙烷与丁烷天然气，由古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生的气态碳氢化合物，主要成份为甲烷，并含有少量之乙烷、丙烷、丁烷等碳氢化合物及少量之不燃性气体煤气（指生活中人们对其称呼），也俗称为“瓦斯”。

指的是煤炭不完全燃烧所产生的气体，主要成分是一氧化碳3.2瓦斯报警器的电路及原理说明煤气泄漏报警电原理图元件焊接图原理说明：MQ-25是半导体气敏传感器，+10V电源经三端稳压集成电路7805给MQ-25提供+5V加热电源，在无被检测气体时MQ-25的A-B间电阻很大，W1电位器上几乎无电压，当有被检测气体时MQ-25的A-B间电阻迅速减小，W1电位器电压上升，触发集成电路555振荡，其（6）角输出信号驱动蜂鸣器或扬声器发声。

调节W1可以改变检测灵敏度，调节W2可以改变扬声器发声的音调（当使用蜂鸣器时W2无效）3.2.1元器件的选择与制作编号名称型号数量IC 振荡器IC555 1C2 电容0.33uF 1C3 电容0.1uF 1C4 C5 电容0.01uF 2R1 定值电阻2K（需调整） 1R2 定值电阻36K（需调整） 1W1 滑动变阻 2.2K(需调整) 1W2 滑动变阻150K（需调整） 17850 三端稳压集成电路 1MQ 气敏传感器MQ-25 1LED 发光二极管红色、绿色各一个 2YSQ 蜂鸣器 13.2.2 QM-25气敏传感器性能参数介绍①特点：广泛的探测范围；高灵敏度；快速响应恢复；优异的稳定性；寿命长；简单的驱动电路②适用气体:液化气、甲烷、煤气③探测范围:300～10000ppm④灵敏度:R in air/R in typical gas≥5⑤响应时间:≤10s恢复时间:≤30s加热电阻:31Ω±3Ω加热电流:≤180mA加热电压:5.0V±0.2V加热功率: ≤900mW测量电压：≤24V⑥工作条件：环境温度：-20℃～+55℃；湿度：≤95%RH；环境含氧量：21%；⑦贮存条件：温度: -20℃～+70℃；湿度:≤70%RH3.3瓦斯报警器的实物制作3.3.1瓦斯报警器零部件的购买在商店进行零部件的购买：根据要求需购买3.1.1的全部零部件，例如：气敏传感器、定值电阻、滑动变阻、LED发光二极管、蜂鸣器、万用电路板等。

由于资源有限，学校周围很难买全，只能买一部分在到学校的实验室借一部分。

3.3.2瓦斯报警器电路焊接在实验室，进行电路焊接。

按照已有的电路图和零件，在万用电路板上根据电路图进行焊接。

电路板选择万能电路板，这样方便焊接，由于电阻买不到原理中那么大的阻值，所以用小阻值代替，也可以多串接几个。

传感器方面，我们选择了高灵敏度的气敏传感器，家用瓦斯报警器，由于家里的瓦斯现在大多数是天然气，其中主要气体是甲烷，而家里的空间流通性比较强，所以选择高灵敏度的传感器。

其次是发光二极管，因为厨房可能噪音比较大，保险起见除了蜂鸣器，在报警的同时可以让二极管发光，这样更稳妥，我们选择了LED发光二极管，省电方便价格便宜。

最后电路焊接，学校的创新实验室提供器具，值得注意的是安全，电焊存在安全隐患，容易烫伤，因格外小心。

4、结论通过本次《传感器检测与技术》的课程设计“瓦斯报警器”，更进一步的了解了气敏传感器的性能，瓦斯的基本成分以及危害，也了解了瓦斯报警器在家庭与生活中的重要作用。

虽然我们做出来的实物有一定的缺陷，但是这是团队的力量。

通过本次课程设计的过程，我们都了解到了团队合作的重要性，以及制作这些东西的乐趣。

本次设计考虑携带方便，而且实用的报警器，成品可以很方便的在家庭中进行使用，设计成本廉价。

所做出的实物可以放心安全的在家庭中使用，也使家庭可以安心的使用煤气等。

在设计过程中遇到很大的困难，因为以前从来没做过设计，电路方面也不是很熟悉，在图书馆借阅了资料以及借助网上的资料在逐渐熟悉了制作原理和步骤，原件也需要自己购买，学校周围很难买到，跑到学校外的市场才买到一部分。

电路图也结合了课本的知识以及资料介绍才逐渐成型，虽然有很大的知识欠缺，但通过努力查阅和吸收，很快克服了，我认为这是我们设计过程中学到的最为宝贵的经验，通过发散把学习的理论知识串联，学以致用，体现到制作过程中，最后形成实物。

不管结果好坏，通过团队的努力，在制作的过程中克服困难解决问题，这才是最重要和最难能可贵的，这也将是今后学习和生活的宝贵财富！。