QM-N5型气敏元件
QM-N5烟雾气体报警器课程设计
武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课程名称传感与检测技术课程设计总评成绩学生姓名、学号林明森10212510103学生专业班级测控1101班指导教师姓名李莉课程设计起止日期2013.01.17~2013.01.25课程设计任务书学生姓名：林明森专业班级：测控1101指导教师：李莉工作单位：信息工程系题目: （注意该位置加上自己所选题目，宋体，四号字不加粗）初始条件：1.运用所学的传感器原理相关知识和相关电子技术知识；2.自行进行系统电路设计；3.PC机及相关应用软件；要求完成的主要任务:1.根据被测的非电量选择传感器；。
2.根据传感器选择测量电路。
3.对传感器及其测量电路进行仿真测试。
4.撰写课程设计说明书。
时间安排：第1天下达课程设计任务书和日程安排，根据任务书查找资料；第2～4天完成方案论证，传感器系统的设计，参考有关文献，完成仿真测试；第5天结果分析整理、撰写课程设计报告，验收和答辩。
指导教师签名： 2013 年 01 月 21 日一、课程设计项目名称基于QM-N5气敏传感器报警二、项目设计目的及技术要求1.完成气敏传感器报警的设计和调试。
2.了解传感器的基本知识，掌握传感器的使用方3.掌握555基时电路的应用。
4.遇到有害气体报警。
三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB 图 )一、方案的论证一种是以AT89C51单片机为基础来实现这个方案，当外部的温度和烟雾和有害气体被传感器捕抓到的时候，传感器讲此非电信号转换成电信号，然后在送到555定时器芯片，当4脚给出一个高电平的时候，扬声器或者LED 发出报警信号或者光信号。
来达到警示的目的。
但是要编写汇编程序，而且硬件设施的要求多很多。
一种是以传感器为基础连接传感器和AD623和NE555定时器来实现这个方案，当外部的温度和烟雾和有害气体被传感器捕抓到的时候，传感器讲此非电信号转换成电信号，然后在送到555定时器芯片，当4脚给出一个高电平的时候，扬声器或者LED 发出报警信号或者光信号。
气体传感器讲解
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13.1.3 SnO2的基本性质
1.SnO2 物理性质: SnO2是一种白色粉末，密度 为3，熔点为1127℃，在更主温 度下才能分解，沸点高于1900℃ 的金属气化物。SnO2不溶于水， 能溶于热强酸和碱。 2.SnO2晶体结构: 是金红石型结构，具有正方晶 系对称，其晶胞为体心正交平行 六面体，体心和顶角由锡离子占 据。其晶胞结构如图10-16所示 ，晶格常数为a=0.475nm， c=0.319nm。
图10-21a中与元件加热器组成加热回路，直流稳压电源供给测试回路电压UH ，0-20V直流稳压电源与气敏元件及负载电阻组成测试回路，负载电阻RL兼作取 样电阻。从测量回路可得到
式中Ic——回路电流；
URL——负载电阻上的
压降
U RL
Ic RL
U Rs
c RL 或R
R（10-28） L
s
Uc RL U RL
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13.1.10
SnO2气敏元件的工作原理A
烧结型SnO2气敏元件是表面电阻控制型 气敏元件。制作元件的气敏材料多孔质 SnO2烧结体。在晶体中如果氧不足，将出 现两种情况：一是产生氧空位，另一种是 产生锡间隙原子。但无论哪种情况，在禁 带靠近导带的地方形成施主能级。这些施 主能级上的电子，很容易激发到导带而参 与导电。
实验证明，SnO2中的添加物质，对其气敏效应有明显影响。 表10-2列出了具有不同添加物质的SnO2气敏元件的气敏效应。 （3）烧结温度和加热温度对ห้องสมุดไป่ตู้敏效应的影响
实验证明，制作元件的烧结温度和元件工作时的加热温度，对 其气敏性能有明显影响。因此，利用元件这一特性可进行选择检 测。
气敏传感器QM
气敏传感器QM
本文介绍了一种基于QM-N5气敏传感器检测矿井瓦斯浓度测量的方法。
气敏传感器QM-N5是以金属氧化物SO2为主体材料的N型半导体气敏元件，它灵敏度高、响应速度快、输出信号大、稳定可靠;在(5±
0.5)V交直流电源下工作，使用方便，所需外围元器件少;可用于检测甲烷、酒精、氢气、硫化氢等多种气体。
1 设计方案
设计方案如图1所示。
它包括传感器及外围电路、555定时器电路、显示报警电路等3部分。
传感器及外围电路封装于小型屏蔽容器内，固定于矿井墙壁上。
QM-N5气敏传感器采集矿井中气体的浓度，并输出相应的电压信号;经555定时器电路转变成数字信号，经温湿度补偿电路的判断与处理，如果是外界环境温湿度的变化引起阻值变化，继续扫描外界环境气体的浓度，并将气体浓度的值显示于LED。
当超过安全范围时给出报警，提醒矿井中的工作人员迅速撤离，并即时通风换气。
常见气体传感器及其应用资料
1．QM—N5型气敏传感器及应用 QM—N5是一种应用广泛的国产气敏传感器，它由绝 缘陶瓷管、加热器、电极及氧化锡烧结体等构成。 工作时，电热丝通电加热，当无被测气体流入时， 由于空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸 附量也是恒定的，气敏元件的阻值大致保持不变。 当有被测气体流入，元件表面将产生吸附作用，元 件的阻值将随气体浓度而变化，然后由测量回路按 照浓度和阻值的变化关系即可推算出气体的浓度。
图5-3 QM—N5外形和符号
长江工程职业技术学院自动化教研室
（1）一氧化碳报警器
图5-4 CO检测换气报警自动控制电路
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（2）集成可燃性气体检测器
图5-6 可燃性气体检测器电路
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工作原理如下： ➢9V直流电源经电阻RP1限流，为QM—N5的丝极hh提供了110mA左右的电流；将A-A与B-B测量极预热； ➢在清洁的空气中，两测量极间的电阻较大，B-B端 对地电位较低，气敏元件无信号输出 ，1IC为SL322 型发光显示电平指示驱动电路，其①脚为第一组的 输入端， 无信号输入时③~⑦、⑫~⑯脚均为低电 位，因此，2IC、3IC均不工作,无报警信号；
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任务实施： 图5-13电路中，A1、A2和A3构成比较器，调节RP1可设定排 气扇启动点，调节RP2可设定报警点，调节RP3可使LED1平 时熄灭，当MQK—2气敏传感器的加热丝烧断时，A3翻转 输出高电平，VT3导通，LED1发光，表示MQK—2气敏传感 器失效。VD3为温度补偿二极管。R2、VD1、VD2、C3组成 开机延时电路，可避免初期特性造成的开机误报警，R2阻 值可根据延时时间长短选择，报警电路采用KD9561发出警 车声。
燃气泄露检测装置设计说明书
燃气泄露检测装置设计说明书学院：机电工程学院专业年级：07级电子科学与技术学号:071203027学生姓名：陈义指导老师: 王琳基成绩评定：燃气泄露检测装置设计说明书1 燃气泄露检测及报警装置的工作原理:1.1 检测电路工作原理:QM －N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N 型半导体气敏元件。
它利用化学、物理效应将有害气体（例如一氧化碳、煤气、液化石油气等)及其浓度的信息转换成电信号，经电路处理后进行监测、监控与报警。
利用QM －N5构成的有害气体控制报警器典型电路如下图，当室内有害气体的浓度超过一定值时，该电路能自动发出声光报警信号，并及时通过数码管显示不同的泄漏程度，可避免因有害气体而引起的灾难和事故。
它常用于有害气体泄漏报警、自动排气装置、有害气体检测等领域. 图1为。
其工作原理为：当所敏传感器QM —N5接触到燃气等有害气体时,其自身的电阻变小,从而引起U111的COM 端口电压的变化,从而引起报警电路的下一步操作。
QM-N5特性曲线，检测回路的电压X U R U R R⨯=⨯检测, X R U ↓⇒↑检测 、 R U ↓⇒↓检测 1.2 报警电路工作原理：图2为其工作原理为:当检测到气体发生泄漏时，即U111的com端口电压的变化,从而通过比较器比较电压来驱动电磁继电器给予单片机信号，从而使单片机给LED信号显示0、1、2、3来表示检测的酒精量多少。
设计要求：继电器都没闭合0-—--—---为不泄露继电器1个闭合1-——————-为微泄露继电器2个闭合2—---—--—为小泄露继电器都闭合3--———---为大泄露2相关电路的元器件选择计算：2.1检测电路的元器件选择计算：根据图1电气原理图，对相关元器件选择计算如下：5V×（1.8/(1.8+2.0)）=2.37V；T≈1。
1RC=1.1*2＊106＊100＊10-6=220s=3分40秒2.2报警电路的元器件选择计算：根据图2电气原理图，对相关元器件选择计算如下：单片机复位和晶振电路的电阻和电容是查资料所得.3有关的软件的编程：软件编程环境是Keil，仿真环境是Protues.有关程序是如下：//定义管脚sbit k3=P1^0；sbit k2=P1^1;sbit k1=P1^2；//算法if(k1==0&&k2==0＆&k3==0）P0=0x3f；P2=0；if（k1==0＆＆k2==0＆&k3==1)P0=0x06;P2=0；if（k1==0&＆k2==1＆＆k3==1）P0=0x5b;P2=0;if(k1==1&&k2==1＆＆k3==1)P0=0x4f;P2=0;4PCB板的设计:（（采用什么软件进行设计），设计的过程(建库及画图）最后结果图）采用AltiumDesigner6。
QM-N5型气敏元件
QM-N5型气敏元件QM-N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N 型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。
特点：1、 用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等）2、 灵敏度高3、 响应速度快4、 输出信号大5、 寿命长，工作稳定可靠2当元件接触还原性气体时,其电导率随气体浓度的增加而迅速升高.☐ 特点用于可燃性气体的检测(CH 4,C 4H 10,H 2等)灵敏度高响应速度快输出信号大寿命长,工作稳定可靠☐ 技术指标加热电压(V H ) AC 或DC 5±0.5V回路电压(V C ) 最大DC 24V负载电阻(R L ) 2K Ω清洁空气中电阻(Ra) ≤4000K Ω灵敏度(S=Ra/R dg ) ≥4(在1000ppmC 4H 10中)响应时间(tres) ≤10S恢复时间(trec) ≤30S检测范围 50-10000ppm☐ 基本测试电路☐使用方法及注意事项✧元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加1分钟后达到稳定,这时方可正常使用,这段变化在设计电路时可采用延时处理解决.✧加热电压的改变会直接影响元件的性能,所以在规定的电压范围内使用为佳.✧元件在接触标定气体1000ppm C4H10后10秒以内负载电阻两端的电压可达到(Vdg - Va)差值的80%(即响应时间);脱离标定气体1000ppm C4H1030秒钟以内负载电阻两端的电压下降到(Vdg- Va)差值的80%(即恢复时间).✧符号说明检测气体中电阻- Rdg 检测气体中电压- VdgRdg 与Vdg的关系: Rdg=RL(VC/Vdg-1)✧负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度.✧使用条件:温度-15~35℃;相对湿度45~75%RH;大气压力80~106KPa✧环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响,当元件在精密仪器上使用时,应进行温湿度补偿,最简便的方法是采用热敏电阻补偿之.✧避免腐蚀性气体及油污染,长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网.✧元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用.✧使用元件前请详细参看本说明.。
家用瓦斯警报系统的电路设计
摘要在物质文明飞速发展的今天，传感器技术作为一门新兴学科已经得到了大规模的开发和应用。
现在随着科学技术的进步以及电子计算机、机器人、自动控制技术和单片机嵌入系统的迅速发展，迫切需要形形色色的传感器。
显而易见，传感器在现代科学技术领域中占有极其重要的地位。
了解、掌握和应用传感器已成为电子专业技术人员的必需技能。
本文以瓦斯报警器为例，详细阐述了气体传感器的工作原理的传感器的未来发展趋，并与实际电路相结合，对其具体工作过程进行了分析探讨，对以气敏元件为基础构成势与应用也有所探讨。
家用瓦斯报警器主要应用于室内等有爆炸性气体环境对甲烷浓度进行检测，从而避免瓦斯爆炸，保证家庭安全。
与之相关的气体传感器设备如：酒精报警器、自动去湿装置、自动空气净化换气扇等也逐渐出现在人们的视线中，可见传感器技术在人们日常生活中所起的作用越来越大。
通过阅读本文，读者可以了解到气体传感器的工作原理、理论基础和实际应用。
关键词气体传感器，瓦斯，半导体气敏元件AbstractToday flown to develop soon in the material civilization, spread the feeling machine technique conduct and actions, a newly arisen academics has already got a large-scale development and the application.Imbed the quick development of the system along with science technical progress or computer,robot,automatic control technique and single slice machine now, urgent demand the myriad shapes spread a feeling machine.Spread the feeling machine to occupy a very important position in the modern sciece technique obviously,understand,control to spread the essential technical ability that the feeling machine has become a professional technical personnel of electronics with application.This text with the gas report to the police a machine for example, elaborated air to spread the future development that the work principle of the feeling machine spreads the feeling machine to tend in detail, and combine together with actual electric circuit, as to it's the concrete work process carried on an analytical study, having a study towards taking the spirit component as foundation to constitute power and apply also.The home use gas alarm apparatus mainly apply in the room and so on have the fire damp environment to carry on the examination to the methane density, thus avoids the gas explosion, the guarantee family security.With it correlation gas sensor equipment for example: The ethyl alcohol alarm apparatus, go to the wet installment, the automatic air purification ventilating fan automatically and so on also gradually appear in people's line of sight, the obvious sensor technology the role which plays in the people daily life is more and more big.Through reading this article, the reader may understand the gas sensor the principle of work, the rationale and the practical application.Key word: gas sensor, gas, semiconductor gas sensorses目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章课题背景1.1 课题背景 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 课题研究的目的及意义 (2)1.2 瓦斯的概念和性质 (2)1.3 瓦斯报警器的发展及动态 (3)1.3.1气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展 31.3.2 国内现状与差距 (4)第2章气体传感器原理 (5)2.1 传感器简述 (5)2.2 气敏电阻传感器特性及工作原理 (5)2.3 半导体气敏传感器的机理 (7)2.3.1 半导体气敏元件原理 (7)2.3.2 半导体气敏传感器类型及结构 (8)2.4 气体传感器应用 (11)第3章瓦斯检测技术介绍 (13)3.1 集成电路IS0212P介绍 (13)3.2 电位器 (14)3.3 扬声器 (15)3.3.1 扬声器的分类 (15)3.3.2 压电式传感器 (16)3.4 瓦斯切断装置 (18)第4章瓦斯报警器工作原 (19)4.1 QM-N型半导体气敏元件 (21)4.2 QM-N5型气敏元件 (21)4.3 Q－N10型气敏元件 (23)结论........................... .. (25)致谢........................... .. (26)参考文献 (27)第1章课题背景1.1课题背景1.1.1课题背景近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。
QM-N5 型半导体气敏元件 说明书
气体传感器的特点：QM-N5型半导体气敏元件特点：用于可燃性气体的检测（ CH 4, C 4 H 10, H 3 等）灵敏度高、响应速度快、输出信号大、寿命长、工作稳定可靠。
MQR1003型可燃性气敏器件特点：具有灵敏度高，稳定性好，响应和恢复时间短，外型尺寸小的优点，它可用于可燃性气体和可燃性液体蒸汽及烟雾等的检测、检漏。
QM-J3型气敏元件特点：灵敏度高、响应速度好、寿命长、工作稳定可靠用于乙醇，酒精等有机液体蒸汽的检测、对汽油蒸汽且有抗干扰能力。
TP-1.1A 非加热甲烷气体传感器特点：低功耗、环境适应能力强（不怕油份子吸附）、对甲烷及液化石油气高度灵敏。
应用：煤矿瓦斯监测、工业甲烷、天然气监测等TP-2 一氧化碳气敏传感器特点：具微珠式结构，电导振荡响应，极好的选择性和良好的环境适应能力，应用电路简单，本质安全等特点。
应用：家用、车用一氧化碳探测器等。
TP-3 酒敏传感器特点：具微珠式结构，应用电路简单，灵敏感应空气中的酒精浓度的特点。
应用：应用于便携式酒精探测仪。
检测段В?50~10000ppm 酒精TP-4 空气污染传感器特点：具微珠式结构，应用电路简单，可探测空气中存在的低浓度氢气、一氧化碳、烟雾等气体。
应用：应用于空气清洁器、换气装置、空气质量监测等。
检测范围： 5~10000ppm 氢气报警器的特点:GD/JP/JZ/JF 系列燃气泄露报警器特点：用于检测范围广泛的易燃性气体，采用先进的 TP-1.1 常温型半导体气敏传感器； LED 指示工作状态、报警状态、故障状态；可提供开关量输出、脉冲输出等模式供选择；抗干扰能力强，适应环境能力强。
适用于有危险源的固定或易染性气体的监测，如家居厨房、燃气锅炉等GD-CF08W/GD-CF08W1 型家用一氧化碳报警器特点：用于检测单一一氧化碳气体，采用先进的 TP-2 常温型半导体气敏传感器； LED 指示工作状态、报警状态、故障状态；良好的气体选择性，适应能力强。
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QM-N5型气敏元件
QM-N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N 型半导体气敏元
件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。
特点：
1、 用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等）
2、 灵敏度高
3、 响应速度快
4、 输出信号大
5、 寿命长，工作稳定可靠
2当元件接触还原性气体时,其电导率随气体浓度的增加而迅速升高. ☐ 特点
用于可燃性气体的检测(CH 4,C 4H 10,H 2等) 灵敏度高 响应速度快 输出信号大
寿命长,工作稳定可靠 ☐ 技术指标
加热电压(V H ) AC 或DC 5±0.5V 回路电压(V C ) 最大DC 24V 负载电阻(R L ) 2K Ω
清洁空气中电阻(Ra) ≤4000K Ω
灵敏度(S=Ra/R dg ) ≥4(在1000ppmC 4H 10中) 响应时间(tres) ≤10S 恢复时间(trec) ≤30S
检测范围 50-10000ppm ☐ 基本测试电路
☐使用方法及注意事项
✧元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加1分钟
后达到稳定,这时方可正常使用,这段变化在设计电路时可采用延时处理
解决.
✧加热电压的改变会直接影响元件的性能,所以在规定的电压范围内使用
为佳.
✧元件在接触标定气体1000ppm C4H10后10秒以内负载电阻两端的电压可
达到(V
dg - Va)差值的80%(即响应时间);脱离标定气体1000ppm C
4
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10
30
秒钟以内负载电阻两端的电压下降到(V
dg
- Va)差值的80%(即恢复时间).
✧符号说明
检测气体中电阻- R
dg 检测气体中电压- V
dg
R
dg 与V
dg
的关系: R
d
g=R
L
(V
C
/V
dg
-1)
✧负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度.
✧使用条件:温度-15~35℃;相对湿度45~75%RH;大气压力80~106KPa
✧环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响,当元件在精密仪器上使
用时,应进行温湿度补偿,最简便的方法是采用热敏电阻补偿之.
✧避免腐蚀性气体及油污染,长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网.
✧元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用.
✧使用元件前请详细参看本说明.。