气体传感器的应用及优化

随着工业及科研中使用气体做原料、燃料的增多，日常生活中煤气、液化气作为家庭燃料的普及，对气体的检测与控制显得日益重要。目前已有的气体传感器种类较多，但由于半导体气体传感器的突出优点使其应用相对较广。

气体传感器的线性一般较差，而气体检测的目的也多为报警与控制。在此以电阻式半导体气敏器件为例给出气体报警器与控制器的原理简图（见图4-8）以供参考。注意此类器件常设有加热丝（f₁、f₂）以加速被测气体的化学吸附和电离的过程，并烧去器件表面的污物（起清洁作用）。负载电阻R_L串联在传感器中，其两端加工作电压，在加热丝两端（f₁、f₂）加有加热电源。在洁净空气中，传感器的电阻较大，在负载上的输出电压较小；当在待测气体中时，传感器的电阻变小，则R_L上的输出电压较大。图4-8a为报警器，超过规定浓度时，发出声光报警；图4-8b为控制器，由R调节设定浓度，超过设定浓度时，比较器翻转，输出控制信号，由驱动电路带动继电器或其他元件。

（1）气体报警器 这种报警器可根据使用气体种类，安放在易检测到气体泄漏的地方，这样就可随时监测气体是否泄漏，一旦泄漏气体达到危险浓度，便自动发出报警信号。

图4-8 气体报警器与控制器的原理框图

a）报警器 b）控制器

图4-9是一种简易的家用气体报警器电路。气体传感器采用直热式气敏器件TGS109。当室内可燃气体增加时，由于气敏器件接触到可燃气体而其阻值降低，这样流经测试回路的电流增加，可直接驱动蜂鸣器报警。

设计报警器时，重要的是如何确定开始报警的浓度。一般情况下，对于丙烷、丁烷、甲烷等气体，都选定在爆炸下限的十分之一。

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图4-9 简单的家用气体报警器电路

（2）自动空气净化换气扇 利用SnO₂气敏器件，可以设计用于空气净化的自动换气扇。图4-10是自动换气扇的电路。当室内空气污浊时，烟雾或其他污染气体使气敏器件阻值下降，晶体管VT导通，继电器动作，接通风扇电源，可实现电扇自动启动，排放污浊气体，换进新鲜空气。当室内污浊气体浓度下降到希望的数值时，气敏器件阻值上升，VT截止，继电器断开，风扇电源切断，风扇停止工作。

（3）家用煤气安全报警器 家用煤气安全报警器的电路由两部分组成：一部分是煤气报警器，在煤气浓度达到危险界限前发生警报；另一部分是开放式负离子发生器，其作用是自动产生空气负离子，使煤气中主要有害成分一氧化碳与空气负离子中的臭氧（O₃）反应，生成对人体无害的二氧化碳。家用煤气安全报警器的电路如图4-11所示。

煤气报警电路，包括电源电路、气敏探测电路、电子开关电路和声光报警电路。开放式空气负离子发生器电路由R₁~R₁₃、C₅~C₇、VD₅~VD₇、3CTS₃及T₂等组成。这种负离子发生器，由于元器件少，结构简单，通常无需特别调试即能正常工作。减小R₁₂的阻值，可以使负离子浓度增加。

图4-10 自动换气扇的电路

图4-11 家用煤气安全报警器的电路