酒精气体传感器 酒精气体传感器工作原理及电路图

酒精气体传感器工作原理及电路图

　　酒精气体传感器，它是交警查酒驾的得力助手，也能在其他一些禁止酒后上岗的场所用于检测。伴随着传感器科技水平的飞速发展，乙醇气体传感器的使用越来越加实用，并且检测效果都比较精准。那么酒精气体传感器原理是什么呢？一起来看看吧！

酒精气体传感器

　　1.工作原理

　　酒精气体传感器主要由感应器、压力传感器、电阻、电容等组成，它由两部分组成，如图1和图2所示。它是利用半导体材料具有良好的导电性、吸收特性及电荷散射特性来检测气体。它是一种高灵敏、可靠性好、灵敏度高的物理特性的检测仪器。

它的灵敏度一般为5μ s。与电极之间是耦合并进行电隔离的导电薄膜和气体之间存在电荷。当气体被施加到电极上时，电极间的电子空穴被吸附而释放出电子，通过两种不同通道的电流相互作用而引起电阻变化，即电势和电压。

当电阻减小到某一值时，溶液中的电荷就会从电势能的大小来衡量，而液体的电阻则以电阻的形式存在，因此便可以测量到特定气体的浓度。由上式可知，气体分子通过该电阻时获得一个阻值即为导通并接通电路所需的电流，由此可以得到信号。

在这一过程中，酒精分子通过与电子结合，使电荷导通和导出，并储存在半导体材料中，当需要测量时产生电荷而输出信号到一个比较基准电压，经放大或采样后送入差分放大器)进行放大。从而得到对应的电流信号即测量值。由于传感器的电感和电阻的选择值不正确很容易受到温度、湿度、压力、静电和外界环境等因素影响而变化。

因此传感器必须具有良好的特性才能得到准确有效的测量。但传感器一般在实验室环境下使用是有一定技术要求的，需要有专门的装置来实现该性能要求，所以其选用了一些简单可靠的电路来完成对各种气体的电阻值和电阻值的测量、计算以及输出功能。其中电阻、电容和电阻耦合元件构成了传感器的电路模块，可以分为传感器芯片和传感元件两部分组成，传感器芯片一般用来采集各种有机或无机气体分子在一定浓度下的电功率密度为5 W/cm2.OH-(C)=1.5 mA: W. L/(C· cm)(通常小于5μ A);单位: m

酒精气体传感器工作原理及电路图

　　2.传感器参数

　　目前，国内生产的此类传感器一般都采用带电压探头，有内置电路以实现对空气中氧气和乙醇的浓度测试，有内置电路以实现对二氧化碳和水浓度的检测，有的还带有电压转换模块。这种传感器主要有以下几种：

①光电管式：采用单端和双端双作用的集成电路作为探测器。在电极表面镀上一层金属膜(称为镀膜或镀层)以提高其耐腐蚀性，使传感器接触基板的表面变得光滑，并有一定程度的绝缘性能。

②半导体芯片：传感器芯片是由半导体材料制成的电路板，其结构设计可根据需要改变或更换，并能提供电压响应(RV)信号强度。

③玻璃：采用特殊工艺使其成为一种具有较高表面积和透明度的导电材料(玻璃)层材料。玻璃具有更高的导热性、耐酸碱腐蚀性、抗腐蚀性能更好、且不受氧气和紫外线的影响等特点，所以这种材料被广泛应用于空气污染监测中。

随着电子技术和光电技术的发展，特别是微电子技术和光电子技术的发展，这些高灵敏度材料的应用越来越广泛。酒精气体传感器采用这种材料制成的电极与溶液之间具有一定间隔;同时通过其内部的电效应而对传感器进行测量；这种传感器的工作原理与化学气体器类似；可通过测量大气中氧气及乙醇含量来确定气体浓度或者传感器内的某一电极是否漏气来检测气体浓度;同时也可实现对温度、湿度等环境条件(如有)的控制以及氧气含量和二氧化碳气体浓度检测的功能。

　　3.光电隔离电路

　　光电隔离电路是采用光探测原理，用来检测各种气体的，但不能直接用光来检测气体。因为气体与光电二极管的极性相反，而且光电二极管并不工作，因而光电二极管有可能被污染，使光敏元件产生很大的工作电流，不能检测到有毒气体。

为了使酒精传感器能正常工作，首先要在激励电路中加一个 LDO,这是用于隔离整个系统中不工作的电路，将外部电阻变为二极管所带电阻，并且把整个系统中最有可能与传感器发生短路的部分进行隔离，从而达到防止外界光线影响传感器输出端信号的目的。

LDO上直接接一个低通电阻 DF,该电阻使不能向传感器输入信号，从而使被测气体在一定时间内不能被检测到，而且也不能输出信号。于是 LDO与脉冲隔离而产生正电压。因此可以忽略外界电压变动对传感器的影响。

该电阻与电源端并联耦合产生一个电压信号，经放大后送到外部放大电路，使气体分子产生电荷(LO)引起电子变化(一对电子)而改变气体分子的排列模式(由分子产生不同方向的离子化状态),其电流和电压经放大后传入电路以获得信号，然后再用来检测气体浓度或者控制传感器输出电压。用到很多次就能出结果了。

如图3所示，酒精传感器就是利用了这一原理实现的原理。在该电路中采用了电路和二极管连接，来降低由于电信号而引起的电容放电。电路中，有三个电容为电流路提供调节电源，起到调节作用，使各点输出达到理想状态;采用多路隔离设计得到了提高探测器工作精度及稳定性，使其检测到目标气体能够被检测到，因此电路又称为光电隔离电路;根据检测的气体浓度大小把检测单元分为两部分：一部分，将该气体传感器前的空穴变为光电隔离;

广泛应用于科研、数据采集、气体监测、过程化控制、物联网、无人机、工业机器人、网格化大气环境监测仪、微型空气质量监测站、有毒气体检测等领域。酒精气体传感器工作原理及电路图-聚英电子官网

两种常用的呼气酒精检测传感器

从理论上来说，要判断一个人是否酒后驾驶，最准确的方法应该是检查驾驶人员血液中的酒精含量，但这种方法在实际执法过程中不太容易实现。

不过，由于人饮酒后酒精通过消化系统被人体吸收，经过血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量，也可以判断其是否饮酒。

根据国标GB19522-2010，车辆驾驶人员呼气酒精含量按1:2200的比例关系换算成血液酒精含量，即呼气酒精含量值乘以2200等于血液酒精含量值。

基于此，目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少。当前普遍使用的酒精测试仪分为燃料电池型（电化学型）和半导体型两大类。

燃料电池型（电化学型）

燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型， 因此又称为电化学型。

燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极， 酒精和氧气在工作电极和对电极上发生相应的氧化还原反并释放电荷形成电流，产生的电流大小与酒精浓度成正比并遵循法拉第定律。通过测试电流的大小即可判定酒精浓度的高低。

半导体型

半导体型采用所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，当酒精传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，气体传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

半导体型具有外形小巧、低成本、长寿命等特点，燃料电池型具有功耗低、精度和灵敏度高等特点。

二者应用上的区别

半导体型酒精测试仪的最大优点是价格低廉，只有燃料电池型的几分之一，但精度却没有燃料电池型的好，所以通常用在要求不高的场合，如自我检测，或一般性定性检测。

而作为执法或者处罚依据的人体酒精含量检测，应该使用能够满足相关标准的燃料电池型酒精检测仪器，以提高准确性和执法效率。

随着使用场景和应用需求的不断变化，各类消费型电子产品上也会用到酒精检测传感器，这就对传感器提出了更高的微型化、集成化的需求。利用MEMS工艺制作的酒精传感器，具有尺寸小、功耗低、灵敏度高、响应恢复快、驱动电路简单、稳定性好、寿命长等特点，在手机/电脑等消费类子产品中应用检测所处场所的乙醇蒸汽、机动车驾驶人员及其他风险作业人员的酒后监督等方面也有着广泛应用。

MEMS酒精气体传感器GM-302B

相关问答

[最佳回答](1)由图甲可知,气敏电阻随酒精气体浓度的增大而减小;(2)由图乙可知,电流从电源正极开始依次经过R2、R1、电流表回到电源负极,即R1、R2串联;(3)酒精...

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