烟雾传感器的资料.docx
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烟雾传感器的资料
烟雾传感器的资料
第一部分:
烟雾传感器的知识
烟感探测器工作原理
烟雾探测器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾探测器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。
在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。
一旦有烟雾窜逃外电离室。
干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。
离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。
在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。
一旦有烟雾窜逃外电离室。
干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去;烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟感器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。
在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。
一旦有烟雾窜逃外电离室。
干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。
第二部分:
一份研究报告
半导体烟雾传感器调研报告
肖国敏
（西南交通大学材料学院，成都611756）
摘要:
本文在对生产生活中各类火灾、爆炸事故分析的基础上，提出出来用传感器检测烟雾以减少火灾爆炸的发生和损失的必要性。
对烟雾传感器进行应用情况和需求分析知:
目前市场烟雾传感器种类繁多，但都存在着各种缺陷，不能满足
-2型半导体可生产生活各个方面的广泛需求。
本文提出两三种解决方案，以MQ燃气体敏感元件烟雾传感器为例，介绍了其检测原理和应用。
0引言
随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。
为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。
保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。
为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。
因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。
烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具有报警功能的仪器。
该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。
烟雾报警器属于《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项，它归类于物理化学计量器具。
《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）第10.3.2条明确规定:
“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置”。
2003年12月，国家执行新的烟雾探测器标准（GB15322-2003）《可燃烟雾探测器》，2004年10月国家颁布《可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004》，对新型、性能稳定、准确监测可燃性气体的，并合乎国家相关规定的半导体烟雾报警器进行调研具有极其重要得意义。
1烟雾报警器的国内外现状
国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。
据有关统计，美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率为27%~30%。
随着传感器生产工艺水平逐步提高，传
感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。
1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。
我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。
但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。
近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。
1
2烟雾传感器检测技术
2.1烟雾传感器构成
烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括:
烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。
号转烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信化为模拟的电信号。
模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。
单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值（也就是报警限），如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。
为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。
方便调节报警限，可以加入按键。
为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。
以上是根据报警器应具备的功能，提出此类传感器的总体原理和方案。
图2.1可燃性气体检测报警器结构框图
1作者简介:
肖国敏（1990-）,男，湖北天门人，西南交大材料学院08级本科生，学号:
20085029，E-mail:
sharmee@，指导老师:
彭朝勇，调研时间:
2011年3月。
烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是至关重要的。
本次调研的重点是烟雾传感器中的传感检测技术，故接下来主要介绍本次调研的重点:
几类烟雾传感器中的传感器类。
2.2烟雾传感器的选型
烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量（即浓度）转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。
传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。
由此可见，传感器的选型是非常重要的。
2.2.1烟雾传感器介绍
（1）烟雾传感器的分类
烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类:
利用物理化学性质的烟雾传感器:
如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾（a）
传感器等。
（b）利用物理性质的烟雾传感器:
如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。
（c）利用电化学性质的烟雾传感器:
如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。
（2）烟雾传感器应满足的基本条件一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的;可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。
但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件:
能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应;（a）
（b）对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度;
对检测信号响应速度快，重复性好;（c）
（d）长期工作稳定性好;
（e）使用寿命长;
（f）制造成本低，使用与维护方便。
2.2.2烟雾传感器的选定
烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。
使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。
阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。
中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。
当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。
半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。
半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性（抗干扰性）和稳定性（使用寿命）。
经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更
加突出:
灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。
因此，在烟雾传感器传感检测技术中，采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。
3半导体烟雾传感器
3.1半导体烟雾传感器介绍
半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。
按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。
半导体气敏元件也有N型和P型之分。
N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小;P型阻值随烟雾浓度的增大而增大。
半导体气敏传感器的分类如表2.2所示。
表半导体气敏传感器的分类所利用的特性工作温度表面电阻控制器300~450?
C
类型所利用的特性工作温度代表性被检测气
体
电表面电阻控制300,可燃性气体
电阻阻器450?
C
型体电阻控制器300,乙醇、可燃性气
450?
C体
700?
C以
上
非电二极管整流特性室温,H2、CO、乙醇阻型200?
C
晶体管特性150?
CH2、H2S
因此本文以MQ-2型烟雾传感器（属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体）为例说明烟雾传感检测技术在生产生活中应用的调研结论。
3.2MQ-2型烟雾传感器的工作原理
当处于200~300?
C温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。
当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。
利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。
遇到可燃烟雾（如CH4等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面;氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。
而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体-又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。
这就是MQ-2型燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。
MQ-2型传感器的结构图如图3.2.1所示，其外观如3.2.2所示。
图3.2.1MQ-2型传感器的结构图图3.2.2MQ-2型传感器的外观
3.3MQ-2型传感器的特性及主要技术指标
（1）MQ-2型传感器的一般特点
（a）MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。
（b）MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。
初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。
（c）MQ-2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精和烟雾等。
（d）电路设计电压范围宽，24V以下均可;加热电压5?
0.2V。
（2）MQ-2型传感器的特性参数
回路电压:
（Vc）5~24V（a）
（b）取样电阻:
（RL）0.1~20K
加热电压:
（VH）5?
0.2V（c）
（d）加热功率:
（P）约750mW
（e）灵敏度:
以甲烷为例R0（air）/RS（0.1%CH4）,5
（f）响应时间:
Tres,10秒
（g）恢复时间:
Trec,30秒
4烟雾传感器应用
燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。
（1）民用火灾烟雾报警器
民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。
有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外
（2）工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器
工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。
工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。
检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。
若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓度，以便
及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。
控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。
探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。
当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。
此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。
5调研心得和总结
随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。
传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。
通过本次对烟雾传感器在生产生活中应用的调研，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性，对烟雾传感器检测技术及应用有了深刻了解。
并在调研中学会了分析问题，解决问题，收集资料，整理数据的能力。
总之，本次调研报告受益匪浅。
参考资料
1.全新实用电路集粹北京:
机械工业出版社，2006
李群芳等编著北京:
电子工业出版社，20052.单片微型计算机与接口技术
3.单片机外围电路设计沙占友等编著北京:
电子工业出版社，20034.国家统计局数据库
5.《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项6.《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）第10.3.2条
7.《可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004》
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