基于MQ—3的酒精测试器的设计研究

李雯

摘要：工业、科研、农业等许多领域都需要测量环境中某些气体的成分浓度。使用气敏电阻传感器，可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换为电流、电压信号。本文以气敏电阻传感器MQ-3为敏感元件，设计制作一种结构简单的酒精测试器，使学生更直观的理解MQN型气敏电阻传感器的工作特点，具有一定的工程参考价值。

关键词：气敏电阻传感器；MQ-3；酒精测试器

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）20-0181-01

随着我国科学技术的迅速发展，对检测技术的水平和要求也越来越高，在信息社会的一切活动领域中，从日常生活、生产活动到科学实验，时时处处都离不开检测。现代化的检测手段在很大程度上决定了生产、科学技术的发展水平，而科学技术的发展又为检测技术提供了新的理论基础和制造工艺，同时对检测技术提出了更高的要求。笔者以MO-3气敏电阻为敏感元件，应用发光二极管驱动器LM3914驱动10级发光二极管，设计制作一种结构简单的酒精测试器，使学生更直观的理解MQN型气敏电阻传感器的工作特点，具有一定的工程参考价值。

1 酒精测试技术的原理

1.1 MQ-3气敏电阻传感器

MQ系列气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物粉料添加少量的铂催化剂、激活剂及其他添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。最常见的如SnO2金属氧化物半导体在空中被加热到一定温度时，氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面。半导体表面的电子会转移到吸附氧上，氧原子就变成了氧负离子，同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层，导致表面势垒升高，从而阻碍电子流动。

在工作条件下当传感器遇到还原性气体，氧负离子与还原性气体发生氧化还原反应而导致其表面浓度降低，势垒随之降低，导致传感器的阻值减小。

1.2 LM3914

LM3914是10位发光二极管驱动器，它可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动10位发光二极管来进行点显示或柱显示。7脚和8脚之间接参考电压源，5脚为信号输入端，9脚为点/柱模式选择。

LM3914内部由输入缓冲器、10级电压比较器、显示模式选择等组成。其中10级电压比较器是由4脚和6脚之间连接的10个精密的分压电阻和比较器组成。当LM3914的7脚和8脚之间维持一个1.25V的基准电压时，每级分压器上的基准电压为0.125V，逐级比较电压分别为0.125V、0.25V、0.375V、0.5V至1.25V。当模拟信号从5脚加入，经输入缓冲器放大后，送至10级电压比较器的反相输入端，与各电压比较器正相输入端上的基准电压进行比较。若5脚输入电压低于0.125V时，10级比较器均输出高电平，10级发光二级管均不亮；若5脚输入电压高于0.125V时，1脚为低电平，点亮一个发光二极管；若5脚输入电压高于0.25V时，1脚和18脚均输出低电平，点亮两个发光二极管。以此类推，当输入信号电压高于1.25V时，1脚、10脚～18脚均输出低电平，即可点亮十个发光二极管。芯片内部主要结构图如图1所示：

图1 电路原理图

2 酒精测试器的电路设计及测试原理

电路采用直流电源供电，经三端稳压器W7805输出稳定的5V电压作为气敏传感器MQ-3和发光二极管LM3914的共同电源，同时也作为10个共阳极接法的发光二极管的电源。电路如图2所示：

图2 发光二极管驱动器LM3914

气敏电阻传感器的A极、B极与电位器RP构成分压电路，当被测气体酒精浓度升高时，气敏传感器的阻值降低，分压随

之减小，电位器RP上的分压升高，LM3914的5脚输入电压随之升高，通过比较放大，驱动发光二极管依次发光。10个发光二极管对输入电压作10级显示，酒精浓度越高，LM3914的5脚输入电压越高，发光二极管点亮个数越多。

测试时，先将电源闭合，使气敏电阻MQ-3的两个加热极H通电加热3到5分钟，目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物。开始测量时将酒精棉球逐渐靠近MQ-3的测试口，测试口附近空气中的酒精浓度逐渐升高，发光二极管的点亮个数逐渐增加。若酒精棉球在靠近的过程中，发光二极管点亮较慢，说明测试器的灵敏度较低，可通过调节电位器RP提高灵敏度；若发光二极管的亮度比较弱，可适当改变LM3914的7脚接入电阻R1的大小来进行调节。

图3 酒精测试器

3 结论

气敏传感器在被测气体浓度较低时有较大的电阻变化，而当被测气体浓度较大时，其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性。这种特性较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。目前，气敏电阻传感器已广泛用于石油、化工、电力、家居等各个领域。

参考文献：

[1] 梁森，王侃夫，黄杭美.自动检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社，2013.

[2] 严钟豪，谭祖根.非电量电测技术[M].北京：机械工业出版社，2002.