狂妄少女邵阳学院毕业设计（论文）
桥失去平衡，输出一个电信号，这一电信号与可燃性气体的浓度成线性关系，可以很容易地求出对应的气体浓度值，电路中白元件起环境温度补偿作用。这种元件成本低廉，性能稳定，寿命长，便于推广使用，但是它要消耗一定的被检气体。日本三菱株式会社生产的在线监测仪就是用这种传感器检测可燃气体的，北京电科院研制的变压器油中溶解氢气在线监测仪也用了这种传感器。
(4)电化学式气敏传感器
电化学式气敏传感器可以分为原电池式、定电位电解式、电量式、离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的浓度，市场上销售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器，今年来，又开发恶劣检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。定电位式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的浓度，和原电池式不同的是，它需要由外界施加特定的电压，它除了能检测CO、NO、NO2、
O2、SO2等气体以外，还能检测血液中氧浓度。电量式气体传感器是通过被测气体
与电解质反应产生的电流来检测气体的浓度。离子电极式气体传感器出现的较早，通过测量离子极化电流来检测气体的浓度。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高，选择性好。
(5)光学式气体传感器
光学式气体传感器主要是以红外线吸收式气体分析仪为主，由于不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。目前的最新动向是研制开发流体切换式、流程直接测定式和傅立叶变换式在线红外分析仪。该传感器具有高抗振能力和抗污染能力，与计算机相结合，能连续测试分析气体，具有自动校正、自动运行的功能。光学式气体传感器还包括化学发光式、光纤荧光式和光纤波导式传感器，其主要优点是灵敏度高，可靠性好。
(6)高分子气敏传感器
近年来，国外在高分子气敏材料的研究和开发上有了很大的进展。高分子气敏材料由于具有易于操作性，工艺简单，常温选择性好，价格低廉，易于与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性气体和食品保鲜度等方面检测具有重要作用。
(7)导热式传感器
导热式传感器的检测电路与接触燃烧式基本相同，将测量元件（铂或其它金属电阻线圈）和补偿元件(以惰性气体密封)接在桥式检测电路中，基本工作原理是，将铂电阻通电流加热使之保持一定的温度，当待测气体流过传感器时，由于向待测气体传送热量会造成温度降低，不同种类，不同浓度气体的热导系统不同，引起的温度变化
10
邵阳学院毕业设计（论文）
也不同；温度变化引起电阻值的变化，使原来平衡的电桥失去平衡，输出一个电信号，这一信号与被测气体的浓度有很好的线性关系。热导系数是气体的固有物理特性，所以该传感器不会消耗被测气体，而且不容易被氧化物腐蚀而使气敏性能变差，具有良好的稳定性。测量范围大，可以测高达100％的浓度。这种传感器的气敏条件是待测气体与环境气体（空气）的热导系数有很大的差别，一些和空气热导系数相近的气体（CO、N2、O2等）就无法测量。常规色谱仪中所用的热导池监测器（TCD）的气敏原理与这种传感器类似。 2.3.2各种气敏传感器的性能比较
表2.1和表2.2列出了上述各种气敏传感器的性能比较，是选择传感器的重要依据。
表2.1 各种气敏传感器可检测气体的种类
传感器种类 半导体 接触燃烧 电化学 导热 H2 能 能 能 能 CO 能 不太好 能 能 CO2 能 不能 能 能 CH4 能 能 不能 能 C2H4,C2H2,C2H6 能 能 不能 能 表2.2 各种气敏传感器性能比较
灵敏度 测量精度 选择性 响应速度 长期稳定性 维修性 经济性 半导体 非常好 好 好 非常好 好 非常好 非常好 接触燃烧式 好 非常好 不太好 好 好 好 非常好 电化学式 非常好 好 好 不太好 差 差 好 导热式 差 好 差 好 好 好 好 本课题选用的是MQ3型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期
11
邵阳学院毕业设计（论文）
的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3型气敏传感器由微型A12 O3 陶瓷管和SNO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化 传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号URL 输出面获得的 二者之间的关系表述为：RS／RL=(UC—URL)／URL，其中UC为回路电压为10V。负载电阻RL可调为0.5-200K。加热电压UH为5V。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。MQ3型气敏传感器的结构和外形如图2.3所示，标准回路如图2.4所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图2.5所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟[6]。
图2.3 气敏传感器的结构图与符号图 图2.4传感器工作电路原理图
图2.5传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系
2.3.3半导体气敏传感器的结构和检测原理
气敏传感器结构如图2.3所示，它是由塑料底座、电极引线、气敏元件、加热器、
12
邵阳学院毕业设计（论文）
双层不锈钢网（防爆用）组成，一般情况下，它的引线是6个，其中两个A及两个
B各自相连后成为气敏元件的引线，H两端为加热器引线，其符号图2.3所示，H
接加热电压5V，A或者B接回路电压5V，它们之间为气敏电阻；特性曲线如图
2.3，图中给出了不同气体不同浓度时RS/R0值的变化规律。其中R0为元件在洁净
空气中的电阻值，RS为元件在不同气体，不同浓度下的电阻值。
2.4 AD转换电路的设计
ADCO809芯片为八通道模数转换器，可以将八个通道输入的模拟电压转换为8
位二进制数，该芯片采用28引脚双列直插式封装。ADC0809芯片引脚如图5-2所示。IN-0~IN-7为模拟量输入通道。ADD-C、ADD-B、ADD-A为地址线，用于对模拟通道进行选择，在与单片机的连接关系中，由最低位的3个地址线P0.2、P0.1、
P0.0来提供[7]。
CLOCK为时钟信号，ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提
供，在电路连接中，由单片机输出的信号ALE经过D触发器74LS74构成的分频器，送给ADC0809时钟输入端CLOCK。
U5IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCOUTPUT ENABLECLOCKVCCVREF(+)VREF(-)ADC0809ADD AADD BADD CALE2 -1MSB2 -22 -32 -42 -52 -62 -72 -8LSBGND252423222120191881514171326START为转换启动信号。START上跳沿 2728时，所有内部寄存器清0;START下跳沿时，开 12始进行A/D转换。在A/D转换期间，START 345应保持低电平。
67冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。 91011MSB2-L~LSB2-8为数据输出线，三态缓
EOC为转换结束状态信号。当EOC=0时， 正在进行转换;当EOC=1时，转换结束。该 1216状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为 中断请求信号使用。
OUTPUT ENABLE为输出允许信号，用 图2.6 ADC0809引脚图
于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。当OUTPUT ENABLE=0时，输出数据线呈高电阻;当OUTPUT ENABLE=1时，输出转换得到的数据。
八路模拟信号通道选择C、B、A分别接到P0.2、P0.1、P0.0，再经过74LS373锁存器的输出;P2.0一方面同写控制信号WR一起，经或非门后送给转换启动信号
START和地址锁存信号ALE，另一方面同读控制信号RD一 起，经或非门后送给
转换结果输出允许信号OUTPUT ENABLE，因此启动A/D转换需完成写操作，
13
邵阳学院毕业设计（论文）
转化结束取转换结果时需完成读操作。 其结构电路图如图2.7
R9R2R3R4R5R6R7R8D7D6D5D4D3D2D1D0
10k10k10k10k10k10k10k10k=U6DSNCLKQU7DCLKQSCRD12QDTFFWR4U4:A3Q74LS00C133pDTFFU4:B56SC1U1X1C233p9RST19XTAL1CRYSTAL18XTAL2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39D038D137D236D335D434D533D632D72122232425262728101112131415161774LS00U2D03D14D27D38D413D514D617D718111D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74LS373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619U326272812345252423221216IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALEVREF(+)VREF(-)ADC0808INT1CLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT81067212019188151417SCINT1EASNEAC310uFECS1RS293031PSENALEEASC1R14.7kG1RSTRW12345678OE9P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51NET=SNU5WRRDNOT图2.7 数据采集硬件连接
14
