项目七 环境量检测

1、任务提出：任务提出： 一般家庭厨房烹调一般家庭厨房烹调热源有煤气、天然气、热源有煤气、天然气、石油液化气等，由于这石油液化气等，由于这些可燃气体的泄漏、点些可燃气体的泄漏、点火失误等原因，造成爆火失误等原因，造成爆炸、火灾和中毒死伤事炸、火灾和中毒死伤事故的数字十分惊人。为故的数字十分惊人。为了保障生命财产安全，了保障生命财产安全，要对厨房可燃气体泄漏要对厨房可燃气体泄漏进行检测。进行检测。 任务一 厨房可燃气体泄漏检测 在现代社会的生产和生活中，人们往往会接在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制。比如化工生

2、产中气体成分的检测与控制；煤制。比如化工生产中气体成分的检测与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检测与控制等煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检测与控制等等。气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的等。气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。成分和浓度转换为电信号的传感器。 它有半导体式、接触燃烧式、固体电解质式、它有半导体式、接触燃烧式、固体电解质式、电化学式、集成式等类型。电化学式、集成式等类型。 任务一 厨房可燃气体泄漏检测 常用气敏传感器接触燃烧接触燃烧式气体传式气体传感

3、器感器电化学气电化学气敏传感器敏传感器半导体气半导体气敏传感器敏传感器检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300400的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。 一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体 直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。 半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛；半导体气敏元件有N型和P型之分。 任务一 厨房可燃

4、气体泄漏检测 （）酒精传感器 （）甲烷传感器任务一 厨房可燃气体泄漏检测 （）空气质量传感器 （d）氧气浓度传感器任务一 厨房可燃气体泄漏检测 (e)可燃气体传感器任务一 厨房可燃气体泄漏检测 气敏电阻的外形侧视图和底视引脚图f-f：加热电极；AA、BB：气敏电阻电极气敏电阻的符号任务一 厨房可燃气体泄漏检测 气敏电阻的基本工气敏电阻的基本工作电路：作电路： 如右图所示，如右图所示，其中的其中的UfUf为气敏电为气敏电阻的加热电源，阻的加热电源，U+U+为气敏电阻的为气敏电阻的测量电源。测量电源。 任务一 厨房可燃气体泄漏检测 工作原理工作原理： 气敏电阻是一种半导体敏感器件，它利用半导气敏电

5、阻是一种半导体敏感器件，它利用半导体材料对气体的吸附而使自身电阻率发生变化的机体材料对气体的吸附而使自身电阻率发生变化的机理进行测量的元件。制作气敏电阻的氧化物半导体理进行测量的元件。制作气敏电阻的氧化物半导体材料主要有材料主要有SnO2SnO2、ZnOZnO及及Fe2O3Fe2O3等。为了提高某等。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，材种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，材料中还掺入催化剂，如钯（料中还掺入催化剂，如钯（PdPd）、铂（）、铂（PtPt）、银）、银（AgAg）等，它们的添加物质不同，能检测的气体）等，它们的添加物质不同，能检测的气体也不同。也不同。任务一

6、 厨房可燃气体泄漏检测 温度特性温度特性 在室温下吸收某种气体后，其电导率变化不大，在室温下吸收某种气体后，其电导率变化不大，输出电压很小且几乎不变。若保持气体浓度不变，输输出电压很小且几乎不变。若保持气体浓度不变，输出电压随温度升高而增大，即该气敏元件的电导率变出电压随温度升高而增大，即该气敏元件的电导率变化很大，灵敏度大幅提高。因此气敏电阻工作时必须化很大，灵敏度大幅提高。因此气敏电阻工作时必须加热，它能烧去气敏元件附着的油污、尘埃等，起到加热，它能烧去气敏元件附着的油污、尘埃等，起到清洗作用，并加速被测气体的吸附、脱出过程。清洗作用，并加速被测气体的吸附、脱出过程。控制不同的加热温度，能

7、对不同的被测气体具有选择控制不同的加热温度，能对不同的被测气体具有选择作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为200400200400。任务一 厨房可燃气体泄漏检测 决策与计划决策与计划根据厨房可燃气体泄漏检测的使用要求，结合气敏根据厨房可燃气体泄漏检测的使用要求，结合气敏传感器相关知识，选用半导体电阻式气敏传感器。传感器相关知识，选用半导体电阻式气敏传感器。1 1厨房使用煤气和天然气：厨房使用煤气和天然气： 由于该类气体比空气轻，由于该类气体比空气轻，应将报警器安装在靠近天花板处，这样容易积聚上升应将报警器安装在靠近天花板处，这样容易积聚上升的气体

8、。的气体。2 2厨房使用液化石油气：厨房使用液化石油气： 由于该类气体的主要成分由于该类气体的主要成分为丙烷，比空气重，容易沉积到地面上，因此报警器为丙烷，比空气重，容易沉积到地面上，因此报警器要安装在接近地面处。要安装在接近地面处。任务一 厨房可燃气体泄漏检测 A使用煤气和天然气B使用液化石油气任务一 厨房可燃气体泄漏检测 厨房气体报警器的性能指标：厨房气体报警器的性能指标：1精度：可燃气体的体积百分率达到精度：可燃气体的体积百分率达到0.10.10.30.3时，时，能可靠报警。能可靠报警。2 2工作温度：工作温度：10104040。注意事项注意事项一、气敏电阻使用时一定要加热：一、气敏电阻

9、使用时一定要加热： 一般由变压器二次绕组交流输出或直流电压提供一般由变压器二次绕组交流输出或直流电压提供低电压加热。加热温度对气敏电阻的特性影响很大，低电压加热。加热温度对气敏电阻的特性影响很大，因此加热器的加热电压必须恒定。因此加热器的加热电压必须恒定。 任务一 厨房可燃气体泄漏检测 二、温度补偿：二、温度补偿： 半导体气敏电阻在半导体气敏电阻在气体中的电阻值与温度气体中的电阻值与温度和湿度有关。当温度和和湿度有关。当温度和湿度较低时，电阻值较湿度较低时，电阻值较大；温度和湿度较高时，大；温度和湿度较高时，电阻值较小。因此，即电阻值较小。因此，即使气体浓度相同，电阻使气体浓度相同，电阻值也会

10、不同，需要进行值也会不同，需要进行温度补偿。常用的温度温度补偿。常用的温度补偿电路如右图所示。补偿电路如右图所示。 任务一 厨房可燃气体泄漏检测 常温型半导体气敏传感器任务一 厨房可燃气体泄漏检测 生活中实际安装报警器任务一 厨房可燃气体泄漏检测 任务提出：任务提出： 在工农业生产和人们的日常生活中，对湿在工农业生产和人们的日常生活中，对湿度都有严格的要求。例如在集成电路制造车度都有严格的要求。例如在集成电路制造车间，由于湿度与静电电荷有直接的关系，要间，由于湿度与静电电荷有直接的关系，要求低湿度环境；粮仓必须保持干燥的环境，求低湿度环境；粮仓必须保持干燥的环境，否则粮食容易霉变。因此湿度的检

11、测和控制否则粮食容易霉变。因此湿度的检测和控制是非常重要的。是非常重要的。 任务二 粮仓湿度检测检测 湿度传感器是基于某些材料能产生与湿度传感器是基于某些材料能产生与湿度有关的物理效应或化学反应，将湿度湿度有关的物理效应或化学反应，将湿度的变化转换成某个电量的变化的器件。按的变化转换成某个电量的变化的器件。按输出电量可以分为电阻型、电容型和频率输出电量可以分为电阻型、电容型和频率型等；按敏感材料的性质可分为电解质型、型等；按敏感材料的性质可分为电解质型、陶瓷型、有机高分子型、半导体型等。陶瓷型、有机高分子型、半导体型等。任务二 粮仓湿度检测检测 相关概念相关概念1湿度：是指大气中水蒸气的含量，

12、常用绝对湿湿度：是指大气中水蒸气的含量，常用绝对湿度、相对湿度和露点等表示。度、相对湿度和露点等表示。2 2绝对湿度：指单位体积空气中含有水蒸气的重绝对湿度：指单位体积空气中含有水蒸气的重量，单位为量，单位为g/m3g/m3。3 3相对湿度：被测气体中蒸气压和该气体在相同相对湿度：被测气体中蒸气压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压比值的百分比，无量纲。相对温度下饱和水蒸气压比值的百分比，无量纲。相对湿度表示大气的潮湿程度，被广泛使用。湿度表示大气的潮湿程度，被广泛使用。4 4露点：指具有某湿度值的气体在压力保持一定露点：指具有某湿度值的气体在压力保持一定的条件下进行冷却，这时包含在气体中的水蒸气

13、饱的条件下进行冷却，这时包含在气体中的水蒸气饱和凝缩进而结成露，此时的温度称为露点。和凝缩进而结成露，此时的温度称为露点。任务二 粮仓湿度检测检测 常用湿敏电阻外形图任务二 粮仓湿度检测检测 常用湿敏电容任务二 粮仓湿度检测检测 一、高分子电阻湿敏传一、高分子电阻湿敏传感器：感器：1、结构示意图：如右图所结构示意图：如右图所示。示。2 2、组成：由感湿层、电极、组成：由感湿层、电极和具有一定机械强度的绝和具有一定机械强度的绝缘基片等组成。缘基片等组成。3 3工作原理：高分子电解工作原理：高分子电解质感湿材料吸收水分后引质感湿材料吸收水分后引起两电极间电阻的变化，起两电极间电阻的变化，将相对湿度

14、的变化转换成将相对湿度的变化转换成电阻阻值的变化。电阻阻值的变化。电阻湿敏传感器结构示意图1-感湿层 2-电极 3-基片任务二 粮仓湿度检测检测 二、高分子电容湿敏传感器：二、高分子电容湿敏传感器：电容式湿敏传感器是利用湿敏元件的电容值随电容式湿敏传感器是利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量的传感器。这类湿敏湿度变化的原理进行湿度测量的传感器。这类湿敏元件实际上是一种吸湿性电介质材料的介电常数随元件实际上是一种吸湿性电介质材料的介电常数随湿度而变化的薄片状电容器。吸湿件电介质材料湿度而变化的薄片状电容器。吸湿件电介质材料( (感湿材料感湿材料) )主要有高分子聚合物主要有高分子聚合

15、物( (例如乙酸例如乙酸丁酸丁酸纤维求和乙酸纤维求和乙酸丙酸纤维素丙酸纤维素) )和金属氧化物和金属氧化物( (例如多例如多孔氧化铝孔氧化铝) )等。等。任务二 粮仓湿度检测检测 工作原理工作原理：当环境相对湿当环境相对湿度增大时，环境气氛中的度增大时，环境气氛中的水分子沿着电极的毛细微水分子沿着电极的毛细微孔进入感湿膜面被吸附，孔进入感湿膜面被吸附，使两块电极之间的介质相使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水对介电常数大为增加（水的相对介电常数为的相对介电常数为8080），），所以电容量增大。而感湿所以电容量增大。而感湿膜只有一层呈微孔结构的膜只有一层呈微孔结构的薄膜，因此吸湿和脱湿容

16、薄膜，因此吸湿和脱湿容易。因此这类传感器的响易。因此这类传感器的响应速度快。应速度快。电容湿敏传感器结构示意图 任务二 粮仓湿度检测检测 半导体陶瓷湿敏传感器结构示意图a）吸湿单元；b）卸去外壳后的结构；c）外形图；d）局部结构图1-引线；2-多孔性电极；3-多孔陶瓷；4-底座；5-镍铬加热丝；6-外壳；7-引脚；8-气孔半导体陶瓷湿敏传感器半导体陶瓷湿敏传感器任务二 粮仓湿度检测检测 组成：由多孔感湿陶瓷薄片的两面加上两个电极，组成：由多孔感湿陶瓷薄片的两面加上两个电极，再焊出引线；外面围绕镍镉加热丝，并由引脚引出；再焊出引线；外面围绕镍镉加热丝，并由引脚引出；把它们固定在绝缘陶瓷底座上组成

17、的。把它们固定在绝缘陶瓷底座上组成的。工作原理：当环境湿度发生改变时，多孔感湿陶瓷工作原理：当环境湿度发生改变时，多孔感湿陶瓷吸湿，电阻值随之变化。为了防止电阻极化，测量吸湿，电阻值随之变化。为了防止电阻极化，测量时必须是交流。另外，在高温、高湿环境下，要定时必须是交流。另外，在高温、高湿环境下，要定期加热清洗，使传感器恢复性能。期加热清洗，使传感器恢复性能。任务二 粮仓湿度检测检测 湿敏传感器的使用湿敏传感器的使用一、电源选择：一、电源选择：湿敏电阻必须工作在交流回路中。若用直流供电，会引起多孔陶瓷表面结构改变，湿敏特性变劣；若交流电源频率过高，由于元件的附加容抗而影响测湿灵敏度和准确性。因

18、此应以不产生正、负离子积聚为原则，使电源频率尽可能低。对于离子导电型湿敏元件，电源频率一般以1kHz为宜。对于电子导电型湿敏元件，电源频率应低于50Hz。二、线性化处理：二、线性化处理：一般湿敏元件的特性均为非线性，为准确地获得湿度值，要加入线性化电路，使输出信号正比于湿度的变化。任务二 粮仓湿度检测检测 湿敏传感器的使用湿敏传感器的使用三、测量湿度范围：三、测量湿度范围：电阻式湿敏元件在湿度超过95RH时，湿敏膜因湿润溶解，厚度会发生变化，若反复结露与潮解，特性将变坏而不能复原。电容式湿敏元件在80RH以上高湿及100RH以上结露或潮解状态下，也难以检测。另外，不能将湿敏电容直接浸入水中或长

19、期用于结露状态，也不能用手摸或用嘴吹其表面。四、温度补偿：四、温度补偿：通常氧化物半导体陶瓷湿敏电阻温度系数为0.10.3，在测湿精度要求高的情况下必须进行温度补偿。任务二 粮仓湿度检测检测 决策决策粮食含水量不同，电导率也不同。检测粮食含水量是将两根金属探头插入粮食中，当粮食含水量越高时，电导率越大，两根金属探头间的阻值就越小；反之，阻值就越大。通过检测两根金属探头间阻值的变化，就能测出粮食含水量的大小。 由于粮仓环境洁净，水分检测连续，结合湿敏传感器相关知识，这里选用高分子电容湿敏传感器作为粮仓湿度检测传感器。任务二 粮仓湿度检测检测 电容湿度传感器应用电路任务二 粮仓湿度检测检测 上图中

20、IC1及外围元件组成多谐振荡器，产生触发IC2的脉冲。IC2和电容式湿度传感器及外围元件组成可调宽的脉冲发生器，其脉冲宽度取决于湿度传感器的电容大小。调宽脉冲从IC2的9脚输出经R5、C2滤波后成为直流信号输出，它正比于空气的相对湿度。任务二 粮仓湿度检测检测 粮食含水量检测电路任务二 粮仓湿度检测检测 1. 1.检测电路：检测电路： 图中图中A A、B B为两根金属探头，插入粮食中，为两根金属探头，插入粮食中，来检测两探头间粮食的阻值来检测两探头间粮食的阻值RABRAB。由于阻值很大，。由于阻值很大，因此间距要小，一般设置为因此间距要小，一般设置为2 2毫米。毫米。2.2.高压电源：高压电源

21、： 由于由于RABRAB通常在几十兆欧几百兆欧之间，通常在几十兆欧几百兆欧之间，因此供电电源要用高压才能流过电流。图中由因此供电电源要用高压才能流过电流。图中由时基电路时基电路75557555组成无稳自激振荡器，产生矩形组成无稳自激振荡器，产生矩形脉冲，经升压变压器脉冲，经升压变压器TrTr提高振幅提高振幅2020倍，然后通倍，然后通过整流电路输出约过整流电路输出约150V150V电压。电压。任务二 粮仓湿度检测检测 3.3.后续电路：后续电路：150V150V电压加在电压加在RABRAB上，产生以内的电流，经运放输上，产生以内的电流，经运放输出小于出小于2V2V的电压，由的电压，由71067

22、106模数转换器转换为数字模数转换器转换为数字量后在显示器上显示。量后在显示器上显示。4.4.校正：校正：（1 1）零点校正：将）零点校正：将A A、B B开路，即两金属棒完全分开路，即两金属棒完全分开，此时开，此时RABRAB无穷大，调节无穷大，调节RP1RP1使显示值为零；使显示值为零；（2 2）满度校正：将）满度校正：将A A、B B短路，即两金属棒连接在短路，即两金属棒连接在一起，相当于粮食完全浸泡在水中，此时一起，相当于粮食完全浸泡在水中，此时RABRAB阻值阻值为零，调整为零，调整RP2RP2使显示值为使显示值为100100，即粮食含水量，即粮食含水量为为100100。任务二 粮仓

23、湿度检测检测 注意事项注意事项1、一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选择一般在常温洁净环境，连续使用的场合，应选择高分子湿度传感器。这类传感器精度高，稳定性好。高分子湿度传感器。这类传感器精度高，稳定性好。2 2、在高温恶劣环境，应选用加热清洗的陶瓷湿度、在高温恶劣环境，应选用加热清洗的陶瓷湿度传感器。这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去传感器。这类传感器耐高温，通过定期清洗能除去吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物，使吸附在敏感体表面的灰尘、气体、油雾等杂物，使性能恢复。性能恢复。任务二 粮仓湿度检测检测 任务提出：任务提出： 在人们日常工作和生活环境中，充满着各种频率在人们日常工作

24、和生活环境中，充满着各种频率的声音。有些频率的声音直接或间接地影响着人们的的声音。有些频率的声音直接或间接地影响着人们的身心健康和生活品质，影响着机器设备的工作性能和身心健康和生活品质，影响着机器设备的工作性能和工作寿命，这些声音都称为噪声。噪声已成为当今世工作寿命，这些声音都称为噪声。噪声已成为当今世界的主要公害之一，防治和控制噪声已是广大工程技界的主要公害之一，防治和控制噪声已是广大工程技术人员的重要任务。因此，测量声音的大小，为控制术人员的重要任务。因此，测量声音的大小，为控制噪声提供依据显得十分重要。噪声提供依据显得十分重要。 任务三 噪声检测声敏传感器是一种将声能转换为电能或将电声敏

25、传感器是一种将声能转换为电能或将电能转换为声能的器件。它主要是利用电磁感应、能转换为声能的器件。它主要是利用电磁感应、静电感应或压电效应等原理来完成声电转换的。静电感应或压电效应等原理来完成声电转换的。主要有话筒、扬声器、压电陶瓷片、蜂鸣器等。主要有话筒、扬声器、压电陶瓷片、蜂鸣器等。 任务三 噪声检测一、声波的知识一、声波的知识 1 1声波的概念声波的概念 当声音在空气中传播时，空气质点在原位置沿传播方向当声音在空气中传播时，空气质点在原位置沿传播方向作来回振动，空气密度发生变化，相应位置的压强也随之作来回振动，空气密度发生变化，相应位置的压强也随之变化，并向邻近质点传递此变化，从而形成压力

26、传播过程，变化，并向邻近质点传递此变化，从而形成压力传播过程，这就是声波。这就是声波。2 2声波的特性声波的特性（1 1）声波的频率、周期）声波的频率、周期T T、波长和波速的关系符合式、波长和波速的关系符合式（2 2）声波在空气中传播时，遇到障碍物会产生反射、）声波在空气中传播时，遇到障碍物会产生反射、折射、衍射和干涉等现象。折射、衍射和干涉等现象。 cTfc任务三 噪声检测二、声敏传感器的分类二、声敏传感器的分类将声音信号转换为相应电信号的声敏传感器又称为传将声音信号转换为相应电信号的声敏传感器又称为传声器。传声器的种类很多，一般分类如下：声器。传声器的种类很多，一般分类如下：1 1按结构

27、形式分类：有动圈式、晶体式、电容式、压按结构形式分类：有动圈式、晶体式、电容式、压电式、炭精式、铝带式等。电式、炭精式、铝带式等。2 2按工作原理分类：有静电式和电动式两类。静电式按工作原理分类：有静电式和电动式两类。静电式是以电场变化为原理的传声器，如电容式传声器；电是以电场变化为原理的传声器，如电容式传声器；电动式是利用电磁感应原理在磁场中运动的导体上获得动式是利用电磁感应原理在磁场中运动的导体上获得输出电压的传声器，如动圈式传声器。输出电压的传声器，如动圈式传声器。任务三 噪声检测二、声敏传感器的分类二、声敏传感器的分类将声音信号转换为相应电信号的声敏传感器又称为传将声音信号转换为相应电

28、信号的声敏传感器又称为传声器。传声器的种类很多，一般分类如下：声器。传声器的种类很多，一般分类如下：1 1按结构形式分类：有动圈式、晶体式、电容式、压按结构形式分类：有动圈式、晶体式、电容式、压电式、炭精式、铝带式等。电式、炭精式、铝带式等。2 2按工作原理分类：有静电式和电动式两类。静电式按工作原理分类：有静电式和电动式两类。静电式是以电场变化为原理的传声器，如电容式传声器；电是以电场变化为原理的传声器，如电容式传声器；电动式是利用电磁感应原理在磁场中运动的导体上获得动式是利用电磁感应原理在磁场中运动的导体上获得输出电压的传声器，如动圈式传声器。输出电压的传声器，如动圈式传声器。任务三 噪声检测三、常用传声器的介绍三、常用传声器的介绍1 1动圈式传声器：由声波冲击薄膜而引起动动圈式传声器：由声波冲击薄膜而引起动圈在永久磁场中作轴向振动，从而产生与振动圈在永久磁场中作轴向振动，从而产生与振动速度成正比的电压。它的频率响应通常在速度成正比的电压。它的频率响应通常在2005000Hz2005000Hz之间，可以输出之间，可以输出0.33mV0.33mV的音的音频电压，应用比较广泛。频电压，应用比较广泛。任务三 噪声检测三、常用传声器的介