电化 学气 敏传 感器
半导 体气 敏传 感器
较贵
60%
基本常识：
一般将在空气中达到一定浓度、触 及火种可引起燃烧的气体称为可燃性气 体，如甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚 、一氧化碳、氢气等均为可燃性气体。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏电阻分类
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝 （也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对 铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与 可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层 上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也 上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可 燃性气体的浓度。
R3 1.5K
蜂 鸣 器
4
FM1
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
没有一个LED被点亮
LM3914周边电路 没有配合好，或 电路某点开路
有几个LED未被点亮
电位器RP阻值偏 小，调大一下再 试
后面电路发生开 路，或三极管烧 坏
蜂鸣器未发出声响
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
直线驱动10个发光二极管LED组成的10段“线” 或“点”式条图显示器 对被测量的变化反应迅速且真实；无阻尼现 象；抗干扰能力强。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
10个发光二极管LED作为输入端电平变化的显示， 输入端电平信号可以是通过各类传感器和变换电路而 探测的各种物理量，如电压、电流、温度等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——制作
根据六步教学法的流程和制作要求，列出所 需工具表
按照设计原理图，列出应准备的元件清单
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
1.检查电源回路 通电前，用数字万用表二极管通断档测量电 源正负接入点之间的电阻，应为高阻态。 目测IC的正负电源是否接反。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
酒 精 传 感 器
其他还原性气体传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
常见气体传感器产品
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
还原性气敏电阻工作时必须加热到200300℃，其目 的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气 敏电阻表面的污物（起清洁作用）。
4 2
FM1
5V-
图 酒精浓度检测仪原理图
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——小组讨论完成
传感器MQ-3和集成芯片LM3914的供电电源在哪？是
多少？ MQ-3传感器的输出电阻随酒精浓度如何变化？输出 电压通过什么提供呢？ LM3914是点状显示还是条状显示？怎么看出来的？ LM3914输出的LED灯亮度怎么调？具体阻值增大，亮 度是减弱还是增强呢？ 说出随着酒精浓度的增大，LED灯逐次点亮的过程分 析，并说明怎么区分酒驾与醉驾? 当超限后如何报警的？
图
矿井瓦斯超限报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例6：汽车尾气分析
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例7：有毒气体传感器的使用
伊拉克战争中美国士兵就配备了一个可探测有毒气体的传感 器(工作时间仅为20多秒)
甲醛传感器CH2O/S-10: 测量范围 : 0- 10 ppm(百万分之一 ) 最大负 荷 : 50ppm 工作寿命 : 空气中3年
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
2.电压直接调节
用一组5V稳压电源使系统通电 用另一组稳压电源输出调至0.2V，电源正通过一个 1kΩ电阻接入A点，电源负于系统电源负短接。 调节电源从0.2～５V，观察LED和蜂鸣器的变化。 LED1～LED9挨个被点亮，在LED5和LED6被点亮之间 蜂鸣器将发出声音，并一直持续。
前端部分MQ3传感器和分压电路按照常 规设计即可，执行驱动声光指示的电路需要 驱动多个发光管及一个蜂鸣器，即需要将分 压电路输出的电压转换成LED线段显示，同 时在某点驱动蜂鸣器发声。拟用LED通用电 平显示驱动芯片LM3914作为执行机构。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
1.MQ3气敏电阻传感器
案例1.燃气报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例2.抽油烟机自动启动及报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例3.酒精传感器
案例4. 防止酒后开车控制器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例5：矿灯瓦斯报警器
矿灯瓦斯报警器装配在酸性矿工灯上，使普通矿灯兼具照 明与瓦斯报警两种功能。当矿灯在空气中监测到甲烷气体 达到报警浓度时，矿灯每秒闪一次。
6 7 5V + 3 9 10 11 12 13 14
R2 300Ω
R5 2.7K
红 色 LED6-9
T2 9013
2
1
4
A
8 5
T1 9013
R6 100Ω
3
6
R1 1.8K
R4 3.9K
RQ1 MQ-3
5
IC1 LM3914
15 16 17 18 1
绿 色 LED1-5
R3 1.5K
蜂 鸣 器
Rp 20K
还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、 酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO 或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活 剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器 件。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 任务分析
具体知识点如下： 1. 了解MQN型气敏电阻传感器的基本转化原理； • 2. 熟悉MQ-3型酒精传感器的结构及应用； • 3. 掌握LM3914LED通用电平显示驱动芯片的作用 原理 • 4.掌握酒精浓度检测仪电路分析
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 气敏电阻传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 整体方案设计
根据自动检测系统的组成结构，该酒精浓度检测 仪应该包含酒精气体传感器、信号处理电路和执 行指示机构等部分。
酒精蒸 气浓度 MQ 3 电阻 分压 电路 电压 执行 机构 声 光 指 示
被测 者
图 酒精浓度检测仪的结构
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
☆功用：检测环境气体成分及浓度，并对其进 行控制和显示 ☆应用领域：1）煤矿瓦斯浓度监测 2）家庭煤气泄漏报警
3）塑料大棚CO2浓度监测
4）锅炉、汽车发动机气缸氧含 量监测等等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
各类易燃、易爆、有毒、有害气体的 检测和报警都可以用相应的气敏传感 器及其相关电路来实现，如气体成分 检测仪、气体报警器、空气净化器等 已用于工厂、矿山、家庭、娱乐场所 等。 家用燃气泄漏报警器
工作原理：N型半导体的表面在高温下遇到离解能力 较小(易失去电子)的还原性气体时，气体分子中的电 子将向气敏电阻表面转移，使气敏电阻中的自由电子 浓度增加，电阻率降低，电阻减小。这样就把气体浓 度信号转换成电信号。
气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图这 些曲线，有何特 点？可以得出哪 些启示？请说明 非线性特性对浓 度超限报警是否 有利，为什么？
2）半导体型的酒精测试仪是采 用化学物氧化锡作为传感器，这种 物质在不同的温度条件下，对酒精、 汽油、香烟等气体具有不同的灵敏 度，当它在高温下遇到酒精时，电 阻值就会急剧减小。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 任务要求
• 1. 以气敏传感器为传感元件，将气体中酒精浓度转 化为电阻； • 2. 对于气体中酒精浓度的不同能够有明显区别的不 同提示； • 3. 当酒精浓度到达一定阈值时能够发出声光报警； • 4. 鼓励采用单片机为控制单元，并酌情加分； • 5. 最终上交调试成功的试验系统--酒精浓度检测仪； • 6. 要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用 说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。
核心电路采用塑封双列直插的18脚LED点条显示驱 动集成电路LM3914
LM 3914 电路 构成 及引 脚功 能图 1.25V
ＬＥＤ灯如何点亮？
解释： 为了驱动ＬＥＤ１发光，集成电路ＬＭ３９ １４的１脚输出应为低电平，因此要求电压 比较器异相（－）端的输入电压>=0.125V； 同理，要使ＬＥＤ2发光，异相（－）端的 输入电压>=0.125×2=0.25V等等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路及工作原理
• 本设计采用5V电源供电，前端是MQ3型酒精 气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒 精浓度由电阻量转化为电压量，在通过驱 动芯片LM3914按照电压大小驱动输出相应 的发光管，当到达一定阈值时蜂鸣器被触 发，发出报警声。调试时通过电位器RP调 节测量的灵敏度。
特点
•对乙醇蒸气有很高的灵敏度 和良好的选择性 * 快速的响应恢复特性 * 长期的寿命和可靠的稳定性 * 简单的驱动回路
封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４ 个用于信号取出，２个用于提供加热电流。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
2. LED通用电平显示驱动芯片LM3914 10个电压比较器 10个1kΩ精密电阻串联组成的分压器——分别 向各电压比较器提供比较基准
一氧化碳传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计