酒精氣體傳感器，它是交警查酒駕的得力助手，也能在其他一些禁止酒后上崗的場所用于檢測。伴隨著傳感器科技水平的飛速發(fā)展，乙醇?xì)怏w傳感器的使用越來越加實(shí)用，并且檢測效果都比較精準(zhǔn)。那么酒精氣體傳感器原理是什么呢？一起來看看吧！
酒精氣體傳感器
1.工作原理
酒精氣體傳感器主要由感應(yīng)器、壓力傳感器、電阻、電容等組成，它由兩部分組成，如圖1和圖2所示。它是利用半導(dǎo)體材料具有良好的導(dǎo)電性、吸收特性及電荷散射特性來檢測氣體。它是一種高靈敏、可靠性好、靈敏度高的物理特性的檢測儀器。
它的靈敏度一般為5μ s。與電極之間是耦合并進(jìn)行電隔離的導(dǎo)電薄膜和氣體之間存在電荷。當(dāng)氣體被施加到電極上時(shí)，電極間的電子空穴被吸附而釋放出電子，通過兩種不同通道的電流相互作用而引起電阻變化，即電勢和電壓。
當(dāng)電阻減小到某一值時(shí)，溶液中的電荷就會(huì)從電勢能的大小來衡量，而液體的電阻則以電阻的形式存在，因此便可以測量到特定氣體的濃度。由上式可知，氣體分子通過該電阻時(shí)獲得一個(gè)阻值即為導(dǎo)通并接通電路所需的電流，由此可以得到信號。
在這一過程中，酒精分子通過與電子結(jié)合，使電荷導(dǎo)通和導(dǎo)出，并儲(chǔ)存在半導(dǎo)體材料中，當(dāng)需要測量時(shí)產(chǎn)生電荷而輸出信號到一個(gè)比較基準(zhǔn)電壓，經(jīng)放大或采樣后送入差分放大器)進(jìn)行放大。從而得到對應(yīng)的電流信號即測量值。由于傳感器的電感和電阻的選擇值不正確很容易受到溫度、濕度、壓力、靜電和外界環(huán)境等因素影響而變化。
因此傳感器必須具有良好的特性才能得到準(zhǔn)確有效的測量。但傳感器一般在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用是有一定技術(shù)要求的，需要有專門的裝置來實(shí)現(xiàn)該性能要求，所以其選用了一些簡單可靠的電路來完成對各種氣體的電阻值和電阻值的測量、計(jì)算以及輸出功能。其中電阻、電容和電阻耦合元件構(gòu)成了傳感器的電路模塊，可以分為傳感器芯片和傳感元件兩部分組成，傳感器芯片一般用來采集各種有機(jī)或無機(jī)氣體分子在一定濃度下的電功率密度為5 W/cm2.OH-(C)=1.5 mA: W. L/(C· cm)(通常小于5μ A);單位: m
酒精氣體傳感器工作原理及電路圖
2.傳感器參數(shù)
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的此類傳感器一般都采用帶電壓探頭，有內(nèi)置電路以實(shí)現(xiàn)對空氣中氧氣和乙醇的濃度測試，有內(nèi)置電路以實(shí)現(xiàn)對二氧化碳和水濃度的檢測，有的還帶有電壓轉(zhuǎn)換模塊。這種傳感器主要有以下幾種：
①光電管式：采用單端和雙端雙作用的集成電路作為探測器。在電極表面鍍上一層金屬膜(稱為鍍膜或鍍層)以提高其耐腐蝕性，使傳感器接觸基板的表面變得光滑，并有一定程度的絕緣性能。
②半導(dǎo)體芯片：傳感器芯片是由半導(dǎo)體材料制成的電路板，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)需要改變或更換，并能提供電壓響應(yīng)(RV)信號強(qiáng)度。
③玻璃：采用特殊工藝使其成為一種具有較高表面積和透明度的導(dǎo)電材料(玻璃)層材料。玻璃具有更高的導(dǎo)熱性、耐酸堿腐蝕性、抗腐蝕性能更好、且不受氧氣和紫外線的影響等特點(diǎn)，所以這種材料被廣泛應(yīng)用于空氣污染監(jiān)測中。
隨著電子技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展，這些高靈敏度材料的應(yīng)用越來越廣泛。酒精氣體傳感器采用這種材料制成的電極與溶液之間具有一定間隔;同時(shí)通過其內(nèi)部的電效應(yīng)而對傳感器進(jìn)行測量；這種傳感器的工作原理與化學(xué)氣體器類似；可通過測量大氣中氧氣及乙醇含量來確定氣體濃度或者傳感器內(nèi)的某一電極是否漏氣來檢測氣體濃度;同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度等環(huán)境條件(如有)的控制以及氧氣含量和二氧化碳?xì)怏w濃度檢測的功能。
3.光電隔離電路
光電隔離電路是采用光探測原理，用來檢測各種氣體的，但不能直接用光來檢測氣體。因?yàn)闅怏w與光電二極管的極性相反，而且光電二極管并不工作，因而光電二極管有可能被污染，使光敏元件產(chǎn)生很大的工作電流，不能檢測到有毒氣體。
為了使酒精傳感器能正常工作，首先要在激勵(lì)電路中加一個(gè) LDO,這是用于隔離整個(gè)系統(tǒng)中不工作的電路，將外部電阻變?yōu)槎O管所帶電阻，并且把整個(gè)系統(tǒng)中最有可能與傳感器發(fā)生短路的部分進(jìn)行隔離，從而達(dá)到防止外界光線影響傳感器輸出端信號的目的。
LDO上直接接一個(gè)低通電阻 DF,該電阻使不能向傳感器輸入信號，從而使被測氣體在一定時(shí)間內(nèi)不能被檢測到，而且也不能輸出信號。于是 LDO與脈沖隔離而產(chǎn)生正電壓。因此可以忽略外界電壓變動(dòng)對傳感器的影響。
該電阻與電源端并聯(lián)耦合產(chǎn)生一個(gè)電壓信號，經(jīng)放大后送到外部放大電路，使氣體分子產(chǎn)生電荷(LO)引起電子變化(一對電子)而改變氣體分子的排列模式(由分子產(chǎn)生不同方向的離子化狀態(tài)),其電流和電壓經(jīng)放大后傳入電路以獲得信號，然后再用來檢測氣體濃度或者控制傳感器輸出電壓。用到很多次就能出結(jié)果了。
如圖3所示，酒精傳感器就是利用了這一原理實(shí)現(xiàn)的原理。在該電路中采用了電路和二極管連接，來降低由于電信號而引起的電容放電。電路中，有三個(gè)電容為電流路提供調(diào)節(jié)電源，起到調(diào)節(jié)作用，使各點(diǎn)輸出達(dá)到理想狀態(tài);采用多路隔離設(shè)計(jì)得到了提高探測器工作精度及穩(wěn)定性，使其檢測到目標(biāo)氣體能夠被檢測到，因此電路又稱為光電隔離電路;根據(jù)檢測的氣體濃度大小把檢測單元分為兩部分：一部分，將該氣體傳感器前的空穴變?yōu)楣怆姼綦x;
廣泛應(yīng)用于科研、數(shù)據(jù)采集、氣體監(jiān)測、過程化控制、物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、網(wǎng)格化大氣環(huán)境監(jiān)測儀、微型空氣質(zhì)量監(jiān)測站、有毒氣體檢測等領(lǐng)域。
