WinsGttWinsGtt通用說明書工作原理WittsGnMQ系列氣體傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導體，最常用的如SnO2。金屬氧化物半導體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負電荷的半導體表面，半導體表面的電子會被轉移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導體表面形成一個正的空間電荷層，導致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動（見圖1。在敏感材料內部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導體微晶粒的結合部位 （晶界才能形成電流。由氧吸附產生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動 ，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當傳感器遇到還原性氣體時，氧負離子因與還原性氣體發生氧化還原反應而導致其表面濃度降低，勢壘隨之降低（圖2和圖3。導致傳感器的阻值減小。WinsQn在給定的工作條件下和適當的氣體濃度范圍內，傳感器的電阻值和還原性氣體濃度之間的關系可近似由下面方程表示其中:Rs:傳感器電阻A:常數[C]:氣體濃度a:R曲線的斜率傳感器特性1氧氣分壓的影響圖4所示為大氣中氧分壓（P02和MQ氣體傳感器在清潔空氣中阻值之間的典型關系。2氣敏特性根據前述方程，在某一氣體濃度范圍內（從幾十ppm至幾千ppm,在工作條件下,傳感器的電阻同氣體濃度呈對數線性關系。如圖 5所示。傳感器對多種還原氣體具有敏感性，對指定氣體的相對靈敏度，取決于敏感材料的構成及其工作溫度。圖1-晶粒間勢壘模型（潔凈空氣WinsGttWinsGttt實際上，每個傳感器的電阻值和相對靈敏度都不完全相同，圖5中描述的敏感特性為傳感器在不同氣體濃度下的阻值（Rs與待檢測氣體的一定濃度下的阻值（R0的比值與濃度的對數關系。3傳感器響應特性在工作條件下傳感器先被放入還原性氣體中，其電阻急劇下降,待其穩定后，再將其置入潔凈空氣中，傳感器的電阻經過很短的時間即恢復到它的初始值。這個過程中傳感器典型的動作如圖6所示。傳感器的響應速度和恢復速度與傳感器型號、材料種類及所測氣體的種類相關。4初始動作Winson如圖7所示，當傳感器不通電存放后，再在空氣中通電，無論是否存在還原性氣體，傳感器通電后的最初幾秒鐘，其阻值都會（Rs急劇下降,然后逐漸達到一個平穩的水平，即為傳感器的初始動作。初始動作時間的長短取決于傳感器儲存期間的氣氛條件、儲存時間長短，并因傳感器型號而異，也與通電后傳感器周圍的氛圍有關。通電后傳感器的初始動作會引起報警（參照4-6節，因此在設計電路時要予以充分考慮。5溫、濕度影響MQ傳感器的檢測原理是基于氣體在傳感器表面的化學吸附、反應與脫附。環境溫度的變化會改變化學反應速度，從而影響傳感器的敏感特性。此外，水蒸氣會吸附在傳感器表面，濕度將會引起Rs的降低。如圖8所示。精確使用MQ傳感器時應考慮溫、濕度的影響。6長期穩定性WinsGnMQ系列傳感器的長期穩定性典型數據如圖9所示。通常情況下，MQ傳感器表現出穩定的經時特性，適用于免維護應用的場合。7加熱器電壓的影響在設計傳感器的加熱器時，充分考慮了在給定的恒定加熱電壓下，氣體傳感器表現出最佳的敏感特性。靈敏度隨加熱電壓的變化如圖 10所示。對于加熱電壓對傳感器性能的影響，使用時應充分考慮。MQ氣體傳感器使用注意事項1必須避免的情況1.1暴露于有機硅蒸氣中如果傳感器的表面吸附了有機硅蒸氣，傳感器的敏感材料會被包裹住，抑制傳感器的敏感性，并且不可恢復。傳感器要避免暴露其在硅粘接劑、發膠、硅橡膠、膩子或其它含硅塑料添加劑可能存在的地方。圖4-氧氣分壓的典型影響圖5-典型的敏感特性圖6-典型的傳感器響應恢復

WinsGttWinsGtt1.2高腐蝕性的環境WinsGn10易?310易?3口傳感器暴露在高濃度的腐蝕性氣體（如H2S,SOX,CI2,HCI等中，不僅會引起加熱材料及傳感器引線的腐蝕或破壞，并會引起敏感材料性能發生不可逆的改變。1.3堿、堿金屬鹽、鹵素的污染傳感器被堿金屬尤其是鹽水噴霧污染后，及暴露在鹵素如氟中也會引起性能劣變。1.4接觸到水濺上水或浸到水中會造成敏感特性下降。1.5結冰水在敏感元件表面結冰會導致敏感材料碎裂而喪失敏感特性。1.6施加電壓過高

WinsGn―§WinsGn―§、■>r10如果給敏感元件或加熱器施加的電壓高于規定值，即使傳感器沒有受到物理損壞或破壞，也會造成引線和/或加熱器損壞,并引起傳感器敏感特性下降。1.7電壓加錯管腳（僅限于旁熱式系列對6腳型的傳感器，如果電壓加在1、3或4、6管腳會導致引線斷線，加在2、4管腳上則取不到信號。2盡可能避免的情況WittsGtt3豈■aa一r-3豈■aa一r-交氣護—-b-STOtMEI2.1凝結水在室內使用條件下，輕微凝結水會對傳感器性能會產生輕微影響。但是，如果水凝結在敏感元件表面并保持一段時間，傳感器特性則會下降。2.2處于高濃度氣體中無論傳感器是否通電，在高濃度氣體中長期放置，都會影響傳感器特性。2.3長期貯存傳感器在不通電情況下長時間貯存，其電阻會產生可逆性漂移，這種漂移與貯存環境有關。傳感器應貯存在有清潔空氣不含硅膠的密封袋中。經長期不通電貯存的傳感器，在使用前需要長時間通電以使其達到穩定。2.4長期暴露在極端環境中無論傳感器是否通電，長時間暴露在極端條件下，如高濕、高溫、或高污染等極端條件，傳感器性能將受到嚴重影響。2.5振動頻繁、過度振動會導致敏感元件引線產生共振圖7-典型的初始動作圖8-典型的溫濕度影響圖9-典型的長期穩定性WtnsGtt而斷裂。在運輸途中及組裝線上使用氣動改錐/超聲波焊接機會產生這種振動。2.6沖擊如果傳感器受到強烈沖擊會導致其引線斷線。2.7使用對傳感器來說手工焊接是最理想的焊接方式。使用波峰焊是應滿足以下條件2.7.1助焊劑:含氯最少的松香助焊劑2.7.2速度:1-2米/分鐘2.7.3預熱溫度:100±0C2.7.4焊接溫度:250±0r2.7.51次通過波峰焊機違反以上使用條件將使傳感器特性下降。電路設計1負載電阻（RL通過負載電阻可獲得輸出信號，并可調節傳感器兩端的電壓，負載電阻可充當傳感器的保護器。為每個傳感器選擇一個合適的負載電阻可補償傳感器的離散性 ，并發揮傳感器的最佳特性。如圖11為傳感器常見的敏感特性。在同樣的電路（如圖14中,傳感器配用不同的負載電阻RL（4.7KQ,2.0KQ,1K時,氣體濃度與輸出電壓（VRL的關系如圖12所示。如圖13給出了RS/RL和VRL/VC的關系。RS/RL為1.0時,VRL/VC的斜率最大。在此條件下對報警濃度可獲得最佳信號分辨率。使用時應選擇檢測濃度下的RS/RL值為1.0時的RL作負載。也可使用可變電阻器（RL以獲得最佳結果。2信號處理傳統的信號輸出處理方法是使用比較器（圖14。當VRL超出設定值（Vref時，比較器信號激發外部裝置，比如蜂鳴器或LED燈。使用微處理器進行信號處理會更方便實用。它除了具有執行比較器的功能外，還具有其它一些有用的功能，例如溫度補償,自動校準等。3溫度補償電路如圖15所示為同一支傳感器在幾種不同環境條件下，典型的靈敏度曲線。沒有補償電路時，在+20C/65%RH、1500ppm丙烷檢測氣體設定的報警點，在環境溫度發生變化時會在600ppm至3400ppm間變化。在給定的濕度條件下如:65%RH,使用熱敏電阻可在一定程度上補償溫度影響，從而改變圖14中的Vref。例如+40r/65%RH下,Vref可從2.5V變化到3.1V,-10C/65%RH下,WinsGnVref可從2.5V變化到1.n3-5?5.SWinsGnT—護申F021.5圖10-典型的加熱電壓影響53.EWinsGii—*—5?弋中?—05冒*Q1.5八…圖11-敏感特性（Rs圖12-敏感特性（VRLWinsGtt9V。使用補償電路的結果見圖16及表1。熱敏電阻及附加電阻的選擇方法如下：3.1確定應用的預期環境溫濕度范圍。考慮平均值為 +20C/65%RH的通常條件以及-10C和+40C/40%—65%RH的極限條件。3.2獲取在上述環境條件下的待測氣體的敏感特性曲線。3.3決定熱敏電阻和附加電阻去擬合平均曲線。圖 14中補償路的推薦值如下：注:使用這種方法不能實現濕度補償。4MQ300系列加熱器突入電流傳感器的加熱器材料有它自身的溫度影響。MQ300系列傳感器在不同環境溫度下突入電流及加熱器穩態電流如圖17所示。傳感器的加熱器材料有它自身的溫度影響。MQ300系列傳感器在不同環境溫度下突入電流及加熱器穩態電流如圖17所示。此圖說明突入電流大約比穩態電流高50%。因為加熱器電阻在低溫時電阻值也低，這會導致在室溫下電流比預期高。因此使用該傳感器的裝置第一次通電時，通電的最初一段時間會產生極高的電流。因此在電路設計時要同時考慮突入電流時的保護。5傳感器加熱器斷路檢測回路傳感器加熱器的斷路可通過與其串聯的電阻檢測出來。加在此串聯電阻器上的電壓可用于此目的。6防止初始動作誤報警正如2-4部分所描述的那樣，無論是否有被測氣體出現，通電后最初的幾秒內Rs急劇下降，引起VRL超過Vref撚后依照周圍氣氛趨向穩定（初始動作。使用圖18所示的回路可以避免最初預熱過程傳感器初始動作可能引起的誤報警。此回路應與傳感器回路圖14中的VRL連接。7蜂鳴器延遲回路使用類似于圖18所示的延遲回路可以防止短暫存在的氣體（如烹調中產生的乙醇蒸氣干擾引發的誤報警。檢測器設計（見圖19示例流程圖WinsGtt剛二。8KUH3=J0KU0^300Th；R<25TC）=8kQRl=lkQR3-O.SkQ的=0芥UKI=IK0IP"KX衛匚）=那[]BM20DR2=10ktlR4=5.8kC電路Winson旳二y邯0bSzjioroKI=IKOW呎衛￡）電陽0=^300Th：R昭丸）TkQBM200RHkQ R2二代kQR3=0.8kQ R4=5.9kCJ圖13-Rs/RL和VRL/Vc的關系WinsQn旳二丁ar旳二丁ar0KI=IPO1P=諷5遼卜那0 B=^30aTh；R<25T：）=8kQ BM300RWkQ R2H0kQR3=0.8kQ R4=5.BkC圖14-常用的溫度補償電路圖15-無補償電路的效果1.1使用熱敏電阻補償溫度影響時，熱敏電阻將補 償傳感器周圍發生的溫度變化。傳感器和熱敏電阻要處于不受電路產生熱量影響的位置才可以獲得 理想的補償效果。1.2要確保傳感器加熱器的工作條件如電壓，電流，加熱周期和檢測時間符合規定。1.3流過傳感器的電流較大，在設計電路結構（如線條寬度，跨距和布局）時要充分考慮這一因素。1.4負載電阻值應接近報警點時傳感器的電阻值。使用可調電阻時，應考慮它的可調范圍。1.5電路功能應包括引線或加熱器斷路或傳感器元件失效的故障/安全保護模式。2檢測器外殼2.1外殼設計時傳感器周圍應有一個隔離空間。隔離間通過對流促進傳感器快速響應，并使檢測器中 其它元件產生的熱量對傳感器的影響最小化。檢測器外殼應至少在兩面設置數量和寬度足夠的切口，以保證氣體在傳感器周圍順暢流動。2.2外殼的設計時要最大限度地保證散熱。3樣機評審測驗開始批量生產前必須對樣機進行評審。檢測器生產1生產設備1.1傳感器和檢測器的預熱（預通電）設備 ，無論施加的電壓是否波動，要持續施加額定周期下的額定電壓。在預通電過程中，傳感器/檢測器要模擬實際使用情況垂直固定。1.2氣體測試箱避免使用熟化后可能放出氣體的絕緣或密封材料，如硅樹脂密封膠和溶劑型的粘合劑。氣體測試箱的溫、濕度應是可調的。要確保測試箱的容積使每個傳感器擁有1升或更多的空間。檢測器探測到的應是靜止的混合氣，避免氣體直接流向傳感器，引起傳感器錯誤地高靈敏。在調試過程中檢測器要象實際使用時那樣保持垂直固定。 1.3工廠環境環境應保持清潔并不得含有有機蒸氣，如酒精、丙酮、可燃性氣體等。特別要注意保持傳感器/檢測器預通電設備周圍的環境中沒有對其產生影響的氣體，如含硅蒸氣。在使用三氯乙烯，氟里昂或地板密封劑等揮發性清洗劑時，所有的產 品要從該區域移走并妥善安置，直到該區域徹底通風后才可以返回。2制造工藝（制造工藝流程圖示例如圖-20）2.1傳感器的貯存和處置傳感器要在通常密封袋中貯存。 2.2傳感器預通電6鄭州煒盛電子科技有限公司圖16-補償電路的效果圖17-環境溫度對MQ300加熱電流的影響圖18-防止初始動作引發報警電路傳感器預熱（預通電）的時間最短為2天，但強烈建議通電7天或更長時間以獲得最佳效果。通電時要遵循標準電路條件并保持清潔的氣氛條件。 2.3傳感器裝配到PCB上之前，助焊劑必須充分烘干。2.4傳感器裝配時強烈建議手工焊接。推薦使用無鉛焊錫、不含氯的樹脂助焊劑。 2.5PCB預通電的時間最短為2標準電路小時，但強烈推薦通電1天或更長時間以獲得最佳效果。通電時要遵循條件并保持清潔的氣氛條件。2.6調試（參考圖14電路）確保使用適當的檢測氣標準電路體濃度來調試所有的產品。保持調試箱內氣氛的溫濕度條件穩定。必須清 除調試箱中任何痕量的煙，粘接劑，雜質氣體，溶劑。例1）使用可變負載電阻器調試檢測器時，先將檢測器放入氣體測試箱。測試箱內配制報警濃度的被測氣體。調整使檢測氣體中的VRL至與Vref相當。例2）使用虛設負載電阻器（RL*）調試檢測器時，先將檢測器放入氣體測試箱。測試箱內配制報警濃 度的氣體。測量RL*兩端的電壓以獲得報警濃度時的Rs。用相當于上述測