六安职业技术学院课程。
设计。基于qm—n10气敏传感器在有毒气体检测中的应用。
姓名： 张亚张瑞章末兵
郑兰兰陈慧付曼
指导教师李棚
专业名称： 应用电子技术
所在系部： 信息工程系
2011年5月。
摘要：家庭使用液化气、煤气作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易**，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来灾难性危害。针对这种情况我们需要设计一个能够自动检测有害气体的装置，要求这种装置，在检测到煤气泄漏或其他有害气体意外排放时，能产生报警，以达到保障人民生命财产安全。
我们这次将介绍qm-n10传感器在检测天然气、煤气、液化石油气等有毒及易燃易爆气体泄漏中的具体应用。
关键字：有毒易燃气体检测，qm—n10气敏传感器。
目录。摘要3
一气敏传感器的基本介绍和实用电路。
1.1 气敏传感器的基本介绍5
1.2 几种常见气敏传感器和所构成的实用电路8
二电路设计方案及流程。
2.1 设计要求及电路原理图9
2.2 设计流程9
三毒气检测电路的工作原理。
3.1 qm—n10气敏传感器12
3.2电路工作过程分析13
四电路中的其他元件14
五电路的调试与元件**15
六课程设计总结16
七参考文献16
一气敏传感器的基本介绍和实用电路。
1.1气敏传感器的基本介绍。
1.1.1所谓气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。
早在20世纪30年代就已经发现氧化亚铜的导电率随水蒸汽的吸附而发生改变。其后又发现许多其他金属氧化物也都具有气敏效应。这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之为半导体陶瓷，简称半导瓷。
由于半导瓷与半导体单晶相比具有工艺简单、**低廉等优点，因此已经用它制作了多种具有实用价值的敏感元件。
气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。
半导体气敏传感器的种类如表1所示。
表1 半导体气体传感器的分类。
1.1.2气敏电阻的工作原理。
气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成，金属氧化物半导体分n型半导体，如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等；p型半导体，如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还渗入了催化剂，如钯(pd)、铂(pt)、银(ag)等。
金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中，空气中的氧和no2这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结果使n型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。
该类气敏元件通常工作在高温状态(200～450℃)，目的是为了加速上述的氧化还原反应。
例如，用氧化锡制成的气敏元件，在常温下吸附某种气体后，其电导率变化不大，若保持这种气体浓度不变，该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加，尤其在l00~300℃范围内电导率变化很大。显然，半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。
气敏元件的基本测量电路，如图1所示，图中eh为加热电源，ec为测量电源，电路中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化，输出电压(信号电压)由电阻ro上取出。气敏元件在低浓度下灵敏度高，在高浓度下趋于稳定值。因此，常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。
由上述分析可以看出，气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此，气敏元件结构上，有电阻丝加热器，1和2是加热电极，3和4是气敏电阻的一对电极。
氧化锡，氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图2所示。
图1气敏元件的基本测量电路图2气敏元件输出电压与温度的关系
1.2几种常见气敏传感器和所构成的实用电路。
1.2.1．气敏电阻元件的种类。
气敏电阻元件种类很多，按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。
1）烧结型气敏元件
将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中，经加热成型后低温烧结而成。目前最常用的是氧化锡(sno2)烧结型气敏元件，用来测量还原性气体。它的加热温度较低，一般在200~300℃，sno2气敏半导体对许多可燃性气体，如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。
图3是mqn型气敏电阻的结构及测量转换电路简图。
abc 图3 mqn型气敏电阻结构及测量电路。
a 气敏烧结体 b气敏电阻 c 基本测量电路。
1－引脚 2－塑料底座 3－烧结体 4－不锈钢网罩 5－加热电极
6－工作电极 7－加热回路电源 8－测量回路电源。
2）薄膜型气敏元件
采用真空镀膜或溅射方法，在石英或陶瓷基片上制成金属氧化物薄膜(厚度0.1μm以下)，构成薄膜型气敏元件。
氧化锌(zno2)薄膜型气敏元件以石英玻璃或陶瓷作为绝缘基片，通过真空镀膜在基片上蒸镀锌金属，用铂或钯膜作引出电极，最后将基片上的锌氧化。氧化锌敏感材料是n型半导体，当添加铂作催化剂时，对丁烷、丙烷、乙烷等烷烃气体有较高的灵敏度，而对h2、co等气体灵敏度很低。若用钯作催化剂时，对h2、co有较高的灵敏度，而对烷烃类气体灵敏度低。
因此，这种元件有良好的选择性，工作温度在400~500℃的较高温度。
3）厚膜型气敏元件
将气敏材料(如sno2、zno)与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝(a12o3)基片上，在400~800℃的温度下烧结1～2小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。
以上三种气敏器件都附有加热器，在实际应用时，加热器能使附着在测控部分上的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高器件的灵敏度和响应速度。
1.2.4．家用有毒气体探测报警器。
一氧化碳、液化气、甲烷、丙烷都是有毒可燃气体，当空气中达到一定浓度时，将危及人的健康与安全。图5所示电路为家用有毒气体探测报警电路，本电路线路虽然简单，但具有很高的灵敏度，对探测上述有毒气体是非常有效的。
图5 有毒气体探测报警电路。
该探测报警电路用qm-n10气敏传感器作为探测头。当空气不含有毒气体时，a、k两点间的电阻很大，流过rp的电流很小，k点为低电位，达林顿管u850不导通；当空气中含有还原性气体时(如上述有毒气体)，a、k两点间的电阻迅速下降，通过rp的电流增大，k点电位升高，向c2充电直至达到u850导通电位(约1．4v)时，u850导通，驱动发声集成片kd9561发声。
当空气中有毒气体浓度下降至使a、k两点间恢复高阻时，k点电位低于1.4v，u850截止，报警解除。
二电路设计方案及流程。
简述：经过小组成员的**和实际所学的理论知识，我们组决定设计一款由气敏传感器qm—n10构成的可燃性气体检测及报警电路，如下是电路的设计方案和流程。
2.1设计要求及电路原理图：
1. 该装置能够自动检测有害气体，具有灵敏度高、抗干扰能力强等特点，要求在检测到煤气泄漏或其他有害气体意外排放时，电路能产生报警。
2．元件**合理、项目可实施条件好、产品实用性强。
3. 电路原理图：
2.2 设计流程：
设计流程方框图。
1）电源电路部分。
电源由电池、dw、c1等组成，电池选用12v叠成电池，经开关sa提供12v电压，同时dw提供6v电压，为检测与放大电路提供电源。如图所示为电源电路部分
2）自动检测部分。
这是该电路的主体部分，检测元件为低功耗、高灵敏度的qm-n10型气敏传感器 。如图所示为自动检测部分电路和该类传感器的电路图和实物图。
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