大话传感器14-可燃气体探测器,远离一氧化碳的危险

在冬季里,看到煤气中毒的报道是最令人惋惜的事情,随着烧煤取暖的减少,煤气中毒的事件已经显著下降,然而,很多时候它还是一个隐形的杀手,会悄无声息的到来,让人感觉不寒而栗。本文中,创客行将带大家看看煤气成分是什么,到底它们有什么毒害,我们有怎么样的传感器可以探测到它们的存在。

煤气中毒

管道煤气图1 管道煤气

我们平常谈到煤气的时候,一般指的是管道煤气或罐装煤气。以上海为例,这个城市曾经在燃气管道里输送的是人工煤气,到2015年已经全部被天然气所取代。人工煤气的成分根据对煤的加工工艺不同而有所区别,但是不变的是,里面含有10%-45%的一氧化碳成分,它既是一种可燃气体,又是煤气中毒的罪魁祸首,因为一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧高200~300倍,它会造成血红蛋白携氧能力下降,从而造成人体缺氧而窒息。在烧煤的时代里,假如通风情况不佳,煤在不充分燃烧的情况下,也会产生一氧化碳。

管道天然气的主要成分是甲烷,罐装煤气更准确的名词是液化石油气,其成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯,它们基本上是无毒无色无味气体,然而同样存在使用风险:

  1. 它们如果大量泄漏,会造成燃气爆炸风险。
  2. 在浓度较高情况下,它们会造成氧气含量降低,使人缺氧。
  3. 在燃烧过程中,特别是缺氧条件下,这一情况很可能是燃烧灶具或热水器不及时清理,导致气道阻塞,从而形成不完全燃烧的情况(常常伴随黄色火焰,和碳黑积聚。看见黄焰和碳黑应该及时清理),该过程会产生一氧化碳。在冬季密闭门窗的情况下,它是很危险的。

因此,每年冬天,在使用管道天然气的城市里,同样会发生一氧化碳中毒事故。

可燃气体传感器

燃气传感器图2 燃气传感器(MQ2和MQ9)

图2展示的是燃气传感器MQ2和MQ9,它们是两种低成本的燃气传感器,其中MQ9可以探测一氧化碳,甲烷和液化气等可燃气体,是功能比较全面的传感器,在文档【1】文档【2】中可以获得这个产品的说明书和技术参数。

MQ9技术指标和测试电路图3 MQ9技术指标和测试电路

图3摘取了说明书上的技术指标和测试电路,我们可以从中知道,它是基于在可燃气体环境中,二氧化锡(SnO2)电导率发生变化这一电化学性质,来设计的传感器,从图3可知,该传感器分为测量引脚和加热引脚,其中使用1.5V电压加热用于一氧化碳测试,而5V加热用于甲烷和液化气。

MQ9模块分析

MQ9模块板背面图4 MQ9模块板背面

图4是MQ9模块的背面,这是我们从供货商那里拿到的传感器模块,假如把它安装到设计电路上,是不能正常测试一氧化碳浓度的,为什么呢?

假如你做过创客行的传感器套件实验,那么对图4的电压比较板应该很熟悉吧,假如你没有相关实验知识,请参阅文档【3】,这个传感器模块使用的双排八引脚芯片正是常用的电压比较集成电路LM393,它跟一般基于电阻的比较电路没什么区别,MQ9和一个分压电阻串联,中间分出的测试电压和电位器引出的参考电压进行比较,当测试电压大于参考电压就会触发报警,这个看似没有问题,而且此电路板也被广泛应用于其它传感器。

问题恰恰在于,MQ9的加热电压是使用1.5V或5V两个值给里面的电阻丝供电,这样才能按照它产品说明书的描述,获得比较准确的一氧化碳或其它可燃气体浓度,如果使用本电路板,电阻丝会跟一个5.1R的电阻串联,电阻丝的阻值在产品说明上是31R,假如输入电压是5V,那么电阻丝实际工作电压4.3V,显得高不成,低不就,因此该设计是不准确的,获得的数据只能笼统的提示可燃气体是不是超标,假如想要更精确结果,还不如把传感器探头拆除下来,自行搭建电路来输入准确的加热电压,这个话题留待我们后续的设计再行动。

可燃气体报警器

基于图4中的模块,不需要使用单片机,把它直接连接有源蜂鸣器,就可以构造成一个可燃气体报警器,其实验电路如图5所示,由于电路很简单,就不另行给出电路图了,只需要MQ9的Vcc引脚连电源正极,GND连电源负极,Do引脚连接有源蜂鸣器正极(图5中的红线),再将蜂鸣器负极连到电源负极即可。

可燃气体报警器实验电路图5 可燃气体报警器实验电路

 总结

可燃气体,它自身含有的或使用过程中产生的一氧化碳是人类的隐形杀手,这种无色无味的气体是我们家居中需要警惕的危险,本文给大家分析了一种常用低成本的可燃气体探测器,并使用它来搭建了可燃气体报警器,我们也分析了这个模块的不足之处,将在后续实验中进一步优化它,希望大家能在日常生活中远离一氧化碳的危险。更多精彩内容,请查看全站目录

 

 

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参考文档

  1. mq9使用说明书.pdf
  2. mq9技术参数.pdf
  3. 用LM393来给传感器设阈值
  4. 全站目录

 

 

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