Датчик угарного газа схема
Его называют невидимым убийцей. Он незаметно проникает в дыхательные пути человека и препятствует поступлению кислорода в организм. Речь идет об угарном газе. Поэтому, чтобы вовремя узнать, что концентрация угарного газа в помещении превышает допустимую норму, используют специальные датчики.
Угарный газ
Угарный газ (СО) - это ядовитый газ, у которого нет запаха и вкуса. Основной его источник – выхлопные газы, которые производят двигатели внутреннего сгорания в автомобилях. Он возникает в двигателях, когда температура в них недостаточная или поступает мало кислорода для того, чтобы окись углерода превратилась в углекислый газ. В природных условиях СО образуется, когда не полностью разлагаются органические соединения или горят биологические вещества и материалы при пожарах.
Устройство молекулы СО отличается прочностью. Вопреки тому, что степень окисления углерода (С) +2, между ним и кислородом (О) возникает тройная связь с участием дополнительной донорно-акцепторной связи. Его валентность равняется 3, что не соответствует степени его окисления. Поэтому, когда температурные условия обычные, взаимодействия СО с кислотами, щелочами или водой не происходит. Окись углерода вступает в окислительно-восстановительные реакции только при повышении температуры до высоких отметок.
Датчик угарного газа FC-22 MQ7
Основная рабочая деталь датчика – нагревательный элемент, который создает условия для возникновения химической реакции. Это дает информацию о концентрации окиси углерода. Поэтому во время работы сенсор становится горячим. Для того, чтобы новый датчик выдавал точные показатели, перед использованием нужно оставить его включенным на 48 часов, чтобы он прогрелся. В дальнейшем, после включения ему потребуется около минуты, чтобы стабилизироваться.
На показания датчика МQ 7 оказывает влияние влажность и температура окружающей среды, поэтому для получения более точных данных необходимо их скорректировать с учетом этих параметров.
Аналоговое подключение FC-22 MQ7
Подключаем датчик согласно схеме ниже. Для этого подсоединим питание 5V и GND к соответствующим ногам датчика, ногу А0 к A0.
Скетч
Цифровое подключение FC-22 MQ7
Подключаем датчик согласно схеме ниже. Для это подсоединим питание 5V и GND к соответствующим ногам датчика, ногу D0 к D0.
Всем привет! В этой статье я расскажу вам о том, как сделать простой датчик утечки газа своими руками из доступных деталей.
Наверное, теперь даже любой школьник знает, что такой опасный газ как метан не имеет запаха, и обнаружить его в воздухе без специальных приборов просто не возможно. Метан – это основной компонент природного газа. Метан, тот же газ, что течет по трубам и у вас дома, за тем небольшим изменением, что в него специально добавляют пахнущие присадки, чтобы его можно было обнаружить человеку с помощью обоняния.
Но если его можно учуять, то тогда зачем делать датчик спросите вы? Дело в том, что человек может учуять уже опасную концентрацию газа. У датчика же чувствительность выше. И если же будет небольшая утечка газа в комнате в течение нескольких часов – эта концентрация может не иметь запаха, но будет 100% опасность взрыва. Чтобы этого избежать и запеленговать начинающие небольшие концентрации газа в воздухе и используют датчики наличия газа.
Это, конечно, скорее всего тестовый проект, который показывает основной принцип работы с сенсором газа, но никто в дальнейшем, не помешает вам усовершенствовать и сделать из него серьезный проект.
Я приведу список деталей и материалов, которые необходимы для постройки нашего датчика. (Ссылка на магазин)
1. Монтажная плата.
2. Батарея 9V и разъем.
3. Кнопка включения / выключения.
4. 7805 регулятор.
5. Зуммер.
6. BC547 NPN транзистор (подойдет любой структуры n-p-n).
7. Резисторы и светодиоды.
8. 555 IC таймер.
9. Конденсаторы.
10. Сенсор газа.
11. Другие материалы, такие как паяльник, припой, флюс и провода.
Схема довольно проста. Ее сердцем является сенсор газа марки MQ-02, но вы так же можете использовать датчики MQ-05, MQ-04.
Работа проста: При превышении определенного уровня на таймере запускается мультивибратор на выходе которого подключен светодиод и зуммер со встроенным генератором. Раздается прерывистый сигнал и мигает светодиод. Устройство питается от батарейки 9 вольт, через стабилизатор снижается до 5 вольт.
Датчик угарного или утечки газа рыболовы используют не часто, потому как мобильных версий крайне мало, а в комплексных разработках он стал появляться не так давно. Рыболовы, охотники, туристы в своих выездах часто используют разные плитки, горелки и обогреватели на газу - это достаточно безопасно, если соблюдать простые правила, но случаи бывают разные и датчики угарного газа, пропана, бутана способны их уловить. Наверно каждый рыболов, сидя зимой в палатке и увлеченный поклевками хотя бы раз в жизни сталкивался с состоянием "чугунной головы" или "угорел". Это связано с продуктами горения газа, выделением угарного и других газов. Но это не большая беда, хуже когда происходит медленная утечка газа или накапливается угарный газ. Именно о последних опасностях и должен предупредить датчик утечки на базе сенсора MQ.
Описание типов и назначения датчиков
MQ-2 - Датчик для обнаружения горючего газа и дымаMQ-2. Датчик для обнаружения горючего газа и дыма. Датчик газа MQ-2 позволяет обнаруживать наличие в окружающем воздухе углеводородных газов (пропан, метан, н-бутан), дыма (взвешенные частицы, являющиеся результатом горения), водорода.
MQ-3 - Датчик обнаружения паров спирта C2H5OH. Аналоговой датчик газа MQ3 позволяет обнаруживать наличие паров спирта в воздухе или при дыхании, в парфюмерии или спиртных напитках.
MQ-4 - Датчик обнаружения природного газа и метана. Аналоговый датчик газа (MQ4) для обнаружения метана. Этот датчик предназначен для определения концентрации метана (CH4) в воздухе, паров алкоголя, сигаретного и кухонного дыма. А так как этот газ является основным компонентом бытового газа, иметь подобный датчик весьма полезно - можно собрать детектор утечки газа или что-нибудь подобное.
MQ-5 - Датчик обнаружения сжиженного (LPG), природного и коксового газа. Используется для сигнализации утечек газа в домашних условиях и на предприятиях. Слабочувствителен к парам алкоголя, сигаретному дыму, парам приготовляемой пищи.
MQ-6 - Датчик обнаружения LPG, изобутана, бутана. Аналоговый датчик газа MQ6 может быть использован в бытовых и промышленных помещениях, для обнаружения утечки следующих газов: природный газ, углеводородный газ, бутан, пропан. Он имеет высокую чувствительность и малое время отклика.
MQ-7 - Аналоговый датчик для обнаружения угарного газа (CO). Используется для обнаружения СО2 на заводе, при проведения подземных работ, в лабораторных и научных работах. Он может обнаружить CO-концентрацию газа в пределах от 20 до 2000 ppm. Чувствительность можно регулировать с помощью потенциометра.
MQ-8 - Датчик обнаружения Водород (Н2) и коксовых газов. Простой в использовании сенсор водорода (Н2) для определения наличия его в воздухе.
MQ-9 - Комбинированный аналоговый датчик газа (CO+CNG или CO+LPG) датчик газа MQ-9 позволяет обнаруживать наличие в окружающем воздухе углеводородных газов (пропан, метан, н-бутан) и угарного газа (CO). Его можно использовать для обнаружения утечек промышленного газа, возгорания, неисправностей газового оборудования.
MQ135 - Детектор газов. Помимо углекислого газа, датчик также реагирует на присутствие других газов: угарного газа, аммиака, бензола, оксидов азота и паров спирта. Применяются для постоянного контроля качества воздуха в промышленных или бытовых помещениях.
Как идея прилетела
Идея сделать компактный датчик утечки или наличия опасных газов, пришла естественно не на пустом месте. Зная, что рыбаки и туристы зимой используют разное газовое оборудование для обогрева палатки, практически в круглосуточном режиме, то вероятность накопления вредных газов весьма высока. Зная это, Кондратий ходит где-то рядом и ищет кого бы ему обнять. Дабы избежать таких объятий люди чаще просто проветривают, а кто-то даже ставит компьютерные кулеры с питанием от АКБ, ну и заодно свет для палатки делают. Но ситуации бывают разные и спать иногда хочется, вот тут и можно Кондрата проглядеть, огонь потух, а газ идет или угарный газ и прочие накопились. Вот тут и должен предупредить этот простой датчик, начав орать противным звуком, который перебьет крепкий сон после принятых 40 чужих градусов.
Условия сделки
Первым, что мне было важно – это простота изготовления, дальше уже компактность, потому как ни один рыболов или турист не потащит на руках большую хреновину и точка. Компоненты по возможности должны быть готовые, дешевые и доступные. Работать на маленьких встроенных аккумуляторах, зарядка которых, не вызовет сложностей. Что ж условия понятны, погнали!
Выбор комплектующих
Раньше я уже натыкался на ардуиновские датчики газа серии MQ и знал, что работают они в двух режимах цифровой и аналоговый. Поэтому загуглил, верней заютубил эту тему, чтобы точно понять, как они работают и подходят ли мне. Оказалось, что в цифровом режиме при срабатывании на цифровой пин подается напряжение питания самого датчика, получается такое газовое реле с возможностью регулировки чувствительности. Отлично! Сразу было понятно, что эта хреновина должна громко и мерзко пищать и для этого ничего лучше активного зуммера на 5 вольт не придумано. Такой зуммер не требует ни генераторов разных, ни силовой обвязки, простота наше все! Осталось определиться с питанием, а поскольку датчик работает в диапазоне от 3 вольт до 5 вольт. То решение пришло мгновенно, литиевый АКБ 18650 совместно с платой зарядки лития на микрухе ТР 4056 с защитой от переразряда справятся на ура! Первый выковыриваем из старой батареи ноутбука, а плату заказываем с Алиэкспресс вместе с датчиком, зуммером, кнопкой и коробкой. Кстати о коробке в первом варианте я использовал популярную коробочку размером 100х60х25 мм в нее отлично влезают 3 батарейки 18650 и остается место для остальных элементов с запасом. Кнопка кстати маленькая всего 8х12 мм, такие используют в маленьких фонариках.
Сборка датчика газа
При компоновке отталкивался от двух вещей, размер аккумуляторов и удобство перевозки, так как предполагаются торчащие части и нужно их не сломать. По этой причине вывел датчик, кнопку включения и крутилку чувствительности на узкую торцевую часть корпуса. Все в одном месте, не запутаешься. Под датчик проковырял отверстие подручными способами, потому как забыл куда положил ступенчатые сверла. Почему-то не хотелось приклеивать на термоклей, ведь есть крепежные отверстия. По углам корпуса были небольшие стойки для крепления, я их изначально откусил за ненадобностью, но не успел выбросить. Взяв пару этих стоек прикрутил их к плате датчика и намазав суперклеем вставил датчик на место и прижал, как стойки прихватились к корпусу открутил плату и залил их еще порцией клея не забыв засыпать содой. Между платой датчика и корпусом оставался приличный зазор, в который отлично поместилась кнопка включения, а рядом засверлился для установки потенциометра. Оставалось сделать отверстие для разъема платы зарядки, который решил вывести вбок. По схеме плюс и минус батареи идут на плату, с платы минус идет на датчик, а плюс на кнопку и после на датчик. Плату зарядки и батарейную сборку закрепил на двухсторонний скотч. В принципе на этом сборка закончилась.
Принцип работы датчика газа
При подаче напряжения на плату с сенсором происходит его нагрев и активация химических соединений на чувствительной части, при попадании частиц газов изменяется сопротивление сенсора и напряжение на выходе увеличивается. При достижении порогового значения обвязка на плате замыкает цепь и питание подается на выход платы, на котором его ждет наш зуммер. В общем все просто и примитивно. Главное надо настроить чувствительность после включения на границу срабатывания.
Детектор угарного газа — электронное устройство, способное обнаруживать присутствие CO внутри зданий с последующей передачей сигнала на генератор тревоги. Угарный газ характеризуется ядовитым веществом без запаха, обычно появляющийся как продукт горения дровяных и газовых печей, водонагревателей, кухонных плит, прочего оборудования. Неисправность подобного рода систем, плюс отсутствие вентиляции способны приводить к тяжёлым последствиям. Автомобили, портативные генераторы и работающее на газе садовое оборудование также выделяет угарный газ и способны вызвать проблемы при эксплуатации внутри хозяйственных помещений.
Последствия отравления угарным газом
При вдыхании человеком окиси углерода, отмечается подавление способности крови переносить кислород в органы тела. Фактор кислородной недостаточности вызывает разные повреждения в зависимости от уровня воздействия. Низкий уровень воздействия может вызывать гриппоподобные симптомы, включая:
- одышку,
- лёгкие головные боли,
- усталость,
- тошноту.
Более высокий уровень воздействия угарного газа вызывает:
- головокружение,
- частичную или полную потерю сознания,
- сильные головные боли,
- тошноту и рвоту.
Длительное воздействие угарного газа высокого уровня приводит к смерти. По данным международных медицинских организаций, более 2500 человек гибнет, и ещё 100 000 человек получают серьёзные травмы от угарного газа в десятилетний период.
Технологии обнаружения угарного газа
Технологии обнаружения угарного газа первоначально разрабатывались исключительно для промышленного применения. Так, химической промышленностью используется ряд электронных датчиков угарного газа для аналитических применений.
Ранние промышленные датчики угарного газа включали двухкамерное устройство, которым окислялась окись углерода и сравнивалась температура окисления от испытательной камеры до контрольной камеры.
Схема промышленного сенсора CO (O2): 1 – источник инфракрасного излучения; 2 – вход анализируемого вещества; 3 – выход анализируемого вещества; 4 – прерыватель; 5 – измерительная ячейка; 6 – передняя расширительная камера; 7 – задняя расширительная камера; 8 – датчик массового расхода; 9 – детектор; 10 — мотор
Такой тип окисления требует специального катализатора на основе оксида платины, а также источника тепла для сжигания окиси углерода. Подобного рода системы неприемлемы для домашнего использования по причине сложности эксплуатации, существенных финансовых затрат и отсутствия функции чувствительности.
Тем не менее, последние десяток лет детекторы угарного газа бытового применения стали доступны для производства, благодаря усовершенствованным передовым технологиям обнаружения угарного газа.
Другие ключевые факторы также способствовали росту популярности производства бытовых детекторов угарного газа. Одним таких факторов является рост использования других бытовых приборов безопасности, подобных дымовой сигнализации.
Вариант современного прибора бытового назначения – компактное, удобное для установки исполнение, плюс достаточно высокая эффективность определения
Теперь относительно недорогие детекторы угарного газа доступно приобрести в свободной продаже по цене 1800-2500 рублей. Фактически, для большей части городов требуется установка детектора (дымового) угарного газа внутри каждого отдельно взятого отеля, жилого дома, квартиры.
Конструктивное исполнение датчиков угарного газа
Такой тип детектора не подаёт сигнал тревоги, поэтому требует регулярных проверок для определения, подвергалась ли точка воздействию окиси углерода. Конструкции подобного типа недороги (250-1000 руб.) и характеризуются как системы, не способные обеспечить достаточной защиты и неприменимые для использования в качестве основного детектора.
Другой тип био-миметический гелевый датчик угарного газа представляет уже более сложную технологию, предназначенную для имитации реакции организма на окись углерода путём постоянного поглощения газа. Однако, поскольку работа этого типа датчика основана на поглощении окиси углерода, прибор не способен правильно обнулять значения, что приводит к ложным тревогам.
Упрощённая схематика сенсора, выполненного по принципу био-миметического гелевого прибора: 1 – источник инфракрасного излучения; 2 – гемоглобин подобный гель; 3 – инфракрасный сенсор генератора тревожного сигнала
Кроме того, био-миметический гелевый датчик угарного газа имеет функцию сброса действия вплоть до 48 часов после очередного воздействия.
Соответственно, в течение этого времени дома, оборудованные такими приборами, фактически остаются незащищёнными. Поэтому металлооксидные датчики угарного газа видятся более точными и удачно подходящим типом датчиков для бытового сектора.
Металлооксидные детекторы на дымовые газы
Этот тип детектора построен на твердотельных контурах диоксида олова. Благодаря таким контурам, быстро очищается и постоянно контролируется воздушная масса, проверяемая на присутствие CO.
Детекторы, построенные по металлооксидной технологии, способны отображать концентрацию угарного газа в виде цифровых показаний. При достижении определенного уровня угарного газа, устройство извещения издаёт звуковой сигнал.
Однако, учитывая все функциональные преимущества, следует принять во внимание и недостаток. Металлооксидные детекторы угарного газа ограничены в плане возможностей самодиагностики для определения эффективности или рабочего состояния.
Кроме того, этот тип детекторов показывает высокий уровень чувствительными к газам, отличным от окиси углерода, которые также могут появляться в составе домашней атмосферы. Например, к ложному срабатыванию детектора может привести использование обычного пропеллента (аэрозольного баллона) с лаком для волос.
Упрощённая схематика сенсора металлооксидного типа: 1 – рабочие электроды; 2 – чувствительный к угарному газу материал; 3 – подогреваемая мембрана; 4 – микроэлектромеханическая основа
Точность измерений металлооксидных датчиков с мембраной может измениться практически на 40%, спустя полгода применения. Отсюда более привлекательным выглядит следующий тип детектора угарного газа на основе технологии электрохимического зондирования с мгновенным обнаружением и реагированием.
Детектор угарного газа — технология электрохимического зондирования
Технология электрохимического зондирования рассматривается наиболее эффективным методом обнаружения. Эта технология используется в качестве отраслевого стандарта для профессионального измерительного оборудования.
Упрощённая схематика сенсора электрохимического зондирования: 1 – верхняя пластина; 2 – капиллярно-диффузионный барьер; 3 – сенсор рабочего электрода; 4 – свинцовый анод; 5 – токоприёмники; 6 – контактные ножки; 7 – корпус детектора; 8 — изолятор
Такой датчик CO мгновенно обнаруживает присутствие вещества, благодаря технологическому принципу (IDR — Instant Detection and Response) быстрого реагирования.
К тому же детекторы, построенные по технологии электрохимического зондирования, не реагируют на другие газы кроме угарного газа, плюс обеспечивают точность измерений в пределах +/- 3%.
Детектор угарного газа и фактор источника питания
Не менее важным конструктивным фактором датчиков является тип источника питания. Доступны для применения разные конструкции, как детекторы с питанием от батареи, так и от сети переменного тока.
Детекторы CO с батарейным питанием относительно легко устанавливаются и транспортируются, способны работать при отсутствии централизованной подачи электроэнергии. Установка таких дымовых детекторов видится актуальной для систем аварийного отопления.
Тем не менее, батареи питания требуют замены не реже одного раза в два года. С другой стороны, подключаемые к питанию от сети переменного тока газовые детекторы, не требуют замены аккумуляторных батарей.
Между тем в дополнение к моделям индивидуальным по аккумуляторному и сетевому питанию, доступны в продаже и модели универсального питания. Этот стиль конструкции позволяет получать более эффективный результат детекторов угарного газа, когда сигнал тревоги отправляется вне зависимости от сбоев системы питания.
Исполнение детекторов угарного газа
Детекторы CO традиционно собраны на базе следующих компонентов:
- датчик угарного газа,
- микропроцессор,
- визуальный элемент – дисплей,
- цепь сигнализации,
- печатная плата для электронных компонентов.
Производство на детектор угарного газа включает три основных этапа:
- Изготовление отдельных электронных компонентов и монтаж на печатной плате.
- Изготовление корпуса прибора.
- Сборка компонентов, тестирование производительности.
Детектор угарного газа — контроль качества
Ключевой особенностью контроля качества в процессе производства детекторов угарного газа видится калибровка приборов. Сенсорам более высокого качества придаётся газовый мониторинг, постоянно оценивающий локальную концентрацию CO по сравнению с внутренним стандартом.
Этот процесс калибровки позволяет датчикам различать нормальный фоновый уровень и опасно высокую концентрацию. При нормальных условиях приемлемый фоновый уровень CO может достигать 25-35 миллионных долей (PPM).
Калибровка современных беспроводных детекторов угарного газа выполняется легко при помощи входящих в комплект компонентов и специального программного обеспечения
Вредное воздействие проявляется, если концентрация достигнет диапазона 75-100 миллионных долей. Стандарты, установленные для сенсоров CO, требуют:
- Подачи сигнала тревоги в течение 90 минут после воздействия CO на уровне 100 PPM;
- Подачи сигнала тревоги в течение 35 минут при воздействии 200 PPM CO на миллион;
- Подачи сигнала в течение 15 минут при воздействии 400 PPM CO на миллион.
Приборы ранних выпусков традиционно калибровались вручную. Для этого прибор помещали в среду с предварительно известной концентрацией угарного газа, после чего выполнялись измерения результатов.
Однако такой процесс отличался дороговизной и занимал массу времени, поэтому применялся только к промышленному оборудованию. Развитие технологий и появление бытовых определителей CO требовало более эффективных методов калибровки.
В результате высококачественные современные детекторы оснащаются внутренними функциями калибровки. Такие функции автоматически (или нажатием одной кнопки) включают диагностические тесты с низким уровнем выбросов газов для подтверждения точности и рабочего состояния датчика.
Если схемой детектора угарного газа обнаруживаются какие-либо проблемы, электроника генерирует специальный звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о неисправности датчика. Кроме того, каждый современный бытовой детектор CO снабжён тестовой кнопкой, позволяющей оценить цепь аварийной сигнализации вручную.
Перспективы развития технологий детекторов дыма
Будущее детекторов CO рисуется фактом постоянного развития технологий, совершенством электроники, чувствительной по отношению к газам. Выше отмеченная технология IDR является одним из примеров передовых прорывов.
Перспективные модели детекторов угарного газа видятся оснащёнными расширенными функциями. Повышенная управляемость, обеспеченная компьютеризированными интерфейсами, обещает более удобные и функциональные системы.
При помощи информации: MadeHow
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Читайте также: