有害气体报警电路实训报告.doc

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有害气体报警电路实训报告

有害气体报警电路 设计报告 院(系)名称 : 信 息 工 程 学 院 专 业 班 级 : 学 号 : 学 生 姓 名 : 指 导 教 师: 2013年12月11日 摘要 有害气体报警电路有电源电路,气体检测电路,声光报警电路和气体抽排电路组成。当室内有害气体的体积数超过一定值时,气敏检测电路通过气敏传感器的控制,及时开启通风口同时发出报警信号,然后将有害气体的体积数降到某一值,避免了有害气体的引起的事故。 有害气体报警电路由降压整流与稳压电路、气敏元件、触发及报警音响电路等组成。降压整流与稳压电路由变压器、整流电路、集成稳压块等组成。 图1 2、设计说明 ①直流电源部分:为系统各部分提供稳定、可靠的直流电。 ②信号采集及处理电路:由气敏传感器及附属电路组成。传感器将空气中的有害气体浓度变化转换为其本身阻值的变化,从而利于后面的电路处理。 ③声光报警电路:在有害气体浓度超标时,电路产生相应的红色警告信号,同时驱动扬声器产生音频信号,提醒人们空气中的有害气体浓度已超出允许范围,应及时撤离现场;在空气洁净时,电路应以不同的灯光提示,表明安全。 ④排气通风装置:在有害气体浓度超标时,设计对应的电路驱动通风装置(如排气扇)工作,以迅速降低有害气体浓度。 二、理论基础 1、电路原理设计: 图2 2、直流电源 直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分组成。 本系统所需的是12V和5V的直流电,因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压(本电路需先降至15V交流电压),然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压,最后得到所需要的直流电压幅值。 桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。 滤波电路由电容元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉,使输出电压成为比较平滑的直流电压。 稳压电路的作用是采取某些措施,使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。电源稳压常采用三端集成稳压器,本设计可以采用三端集成稳压器W7812和W7805,它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点,而且使用灵活、价格低廉,只有三个引出端子,分别接输入端、输出端和公共端,基本上不需外接元件,而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路,使用方便、安全。 W7812电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分,另外加上保护电路和启动电路。 图3 3、 信号采集及处理电路 信号采集电路包括气体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。气体检测电路需要用气体传感器,将被检测对象中含的气体的浓度变为传感器的电信号输出,以利于后面的信号处理电路进行处理。 气敏传感器 按构成气敏元件的材料划分为半导体和非半导体气敏元件两大类,而半导体型又分为电阻型和非电阻型两类。电阻型半导体气敏元件是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作而成,利用其阻值的变化来检测气体的浓度。非电阻式半导体气敏元件是根据气体的吸附和反应,使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。 表1 主要物理特性 类型 气敏元件 检测气体 电 阻 型 电阻 表面控制型 SnO2、ZnO等的烧结体、薄膜、厚膜 可燃性气体 体控制型 La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化钛 酒精、可燃性气体、氧气 非 电 阻 型 二极管整 流特性 表面控制型 铂-硫化镉、铂-氧化钛(金属-半导体结型二极管) 氢气、一氧化碳、酒精 晶体管特性 铂栅、钯栅M0s场效应管 氢气、硫化氢 电阻型半导体气敏元件的工作原理: 电阻型半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时的电导率等物性的变化来检测气体。电阻型半导体气敏器件被加热到稳定状态下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附),失去其运动能量,其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定吸附处(化学吸附)。这时,如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力,则吸附分子从器件夺取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体有O2和NO2,称为氧化性气体或电子接收性气体。如果器件的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原性气体或电子供给气体。 当氧化性气体吸附到N型半导体上,还原性气体吸附到P型半导体上时,将使载流子减少,而使电阻增

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