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传感器介绍

所以在原电路的基础上加上温湿度补偿电路

  

  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。

  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。

  方案拟采用以金属氧化物SO2为主体材料的N型半导体QM-N5作为气敏传感器。该器件以555定时器电路的复位端进行触发。

  QM-N5是检测C4H10浓度的测量系统。它有两个电极,一是工作电极Vh,二是回路电极Vc。R为电位器,调节QM-N5气体传感器AB之间电阻的大小。Vout为输出信号电压。基本测试电路如图2所示。

  元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体,其电导率急剧增加1 min后达到稳定,这时方可正常使用;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;使用温度-15~+35℃;相对湿度45%~75%RH;大气压力80~106 kPa;为避免腐蚀性气体及油污染,长期使用,需防止堵塞防爆不锈钢网。

  555定时器电路是一块介于模拟与数字电路的一种混合电路。图3为555的内部电路,可以看出,有2个比较器,1个触发器,1个倒相器,1个晶体管和若干电阻构成。两个比较器组成模拟电路,触发器为数字电路。

  555为8脚封装的器件。其中,1脚(GND)为接地脚;2脚(TL)为低电平触发端;3脚(Q)为电路的输出端;4脚(

  )为复位端,低电平有效;5脚(V-C)为电压控制端;6脚(TH)为阈值输入端;7脚(DIS)为放电端;8脚(VCC)为电源电压端,其电压范围3~18V。

  图4是矿井瓦斯超限报警电路原理。7805为三端集成稳压器。气敏传感器QM-N5和电位器RP组成瓦斯气体检测电路;555定时器电路为转换、触发电路;555定时器和扬声器组成报警电路。当矿井中无瓦斯或瓦斯浓度很低时,气敏传感器QM-N5的A-B极间导电率很小,电位器RP滑动触点的电压过小。555定时器电路的4脚有效,经反相放大后,555定时器电路的3脚输出低电平,扬声器不发声,反之,报警。

  当环境温湿度变化时,可能会产生误报或漏报,所以在原电路的基础上加上温湿度补偿电路。555定时器3脚的信号接在图5运算放大器A的反相输入端,热敏电阻接在运算放大器A的同相输入端。由于选用气敏传感器QM-N5的温度系数与热敏电阻RT的温度系数相同或接近,因此当环境温湿度升高,气敏电阻RT的阻值下降,从而实现了温湿度补偿。

  通过分析瓦斯在矿井的危害,提出了利用气敏传感器QM-N5和555定时器来澍量矿井瓦斯浓度的一套方案。主要介绍了QM-N5传感器、555定时器的组成。采用温湿度补偿电路的方法滤除一些随机干扰。该方案电路简洁,设计可靠性较高,对于矿井检测瓦斯的浓度有较好的借鉴。

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