Nghiên cứu sơ đồ, đặc tính của cảm biến MQ 135 từ đó dùng vi điều khiển PSOC để thiết kế mạch đo

Có 2 cảm biến loại này được sử dụng nhiều nhất làm từ ô-xít kim loại:Loại 1 là cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 Tri-ô-xít Vonfam, được dùngchủ yếu phát hiện khí hydro-sunfua; Loại 2 là

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ NH 3 1

1.Tổng quan về thiết bị đo nồng độ khí NH 3 1

1.1 Đặc điểm khí NH 3 ( ammoniac) 1

1.2 Các thiết bị đo khí 2

1.2.1 Cảm biến bán dẫn đo nồng độ khí 2

1.2.2 Các loại cảm biến đo khí NH 3 trong thực tế 5

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN LINH KIỆN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO 10

2.1 Yêu cầu công nghệ thiết bị đo và giám sát khí nồng độ khí NH 3 10

2.2 Các khối chức năng 11

2.2.1 Cảm biến 11

2.2.2 Khối hiển thị kết quả và bộ định thời gian thực 19

2.2.3 Khối lưu trữ MMC 19

2.2.4 Truyền thông máy tính 20

2.2.5 Khối nguồn ổn áp 21

2.2.6 Khối xử lý trung tâm 22

Chương 3 TRIỂN KHAI THIẾT BỊ VÀ KẾT QUẢ ĐO 26

3.1 Triển khai thiết bị đo 26

3.1.1 Khối hiển thị 26

3.1.2 Khối lưu trữ MMC 26

3.1.3 Truyền thông máy tính 27

3.1.4 Khối đồng bộ thời gian (Realtime) 29

3.1.5 Khối xử lý trung tâm của thiết bị đo 29

3.1.6 Lưu đồ thuật toán 32

3.1.7 Sơ đồ mạch in 33

3.1.8 Thiết bị sau khi thi công và đóng hộp 34

3.2 Phần mềm trên PC để tải dữ liệu giám sát thông số nồng độ khí NH 3 .35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

Phụ lục 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cảm biến bán dẫn màng dầy thiếc ô-xít (SnO 2 ) 3

Hình 1.2 Cảm biến điện cực đo khí NH3 5

Hình 1.3.Máy dò khí k60 series 6

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật máy dò khí k60: 6

Hình 1.4 Cảm biến điện hóa Dragersensor EC 7

Hình 1.5 Máy dò khí rò rỉ GA-170 7

Hình 1.6 Máy đo khí cầm tay 8

Hình 1.7 Cảm biến đo và giám sát nồng độ khí 9

Hình 2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo 10

Hình 2.2 Hình ảnh của cảm biến MQ135 đo nồng độ khí NH3 12

Hình 2.3 Cấu trúc cảm biến MQ135 13

Hình 2.4 Đặc tính độ nhạy của cảm biến MQ135 đối với một số khí 15

Hình 2.5 Sự phụ thuộc của MQ135 vào nhiệt độ và độ ẩm 15

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch MQ135 16

Hình 2.7 Màn hình LCD Hitachi 19

Hình 2.8 Chíp DS1307 19

Hình 2.9 Hình ảnh của thẻ nhớ MMC 20

Hình 2.10 Chuấn USB 20

Bảng 2.2 Sơ đồ chân LM2576 22

Hình 2.11 Khối nguồn ổn áp dùng LM2576 22

Hình 2.12 Vi xử lý trung tâm PSoC 23

Hình 2.13 Sơ cấu trúc của chíp PSoC1 và sơ đồ chân của chíp CY8C29566 24 Hình 3.1 Sơ đồ nối màn hình LCD 26

Hình 3.2 Giao diện của thẻ MMC và mạch ghép nối giao tiếp thẻ MMC với PSoC 27

Hình 3.3 Khối USB 28

Hình 3.4 Khối thời gian thực 29

Hình 3.5 Khối vi xử lý trung tâm PSoC 30

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý tổng thể của thiết bị đo 31

Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán 32

Hình 3.8a Mặt trên của mạch in 33

Hình 3.8b Mặt dưới của mạch in 34

Hình 3.9 Hình ảnh của thiết bị 35

Hình 3.10 Hình ảnh giao diện phần mềm trên PC 35

Hình 3.11 Khối chọn file cơ sở dữ liệu, định dạng Excel 35

Hình 3.12 Khối hiển thị online các thông số 36

Hình 3.13 Khối kết nối với thẻ nhớ MMC của thiết bị 36

Bảng 3.1: Kết quả nồng độ khí đo được 37

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay đang có xu hướng ngày càng nghiêm trọng

ở nước ta cũng như trên toàn thế giới Trong các khí có trong tự nhiên thì NH3

là một khí quan trọng có ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường cũng như sức khỏe con người nếu như nồng độ khí này vượt quá mức cho phép

Hầu hết các thiết bị đo khí NH3 trên thị trường hiện nay đều là các thiết bị nhập ngoại có giá thành cao Vì vậy việc thiết kế 1 thiết bị nhỏ gọn, giá thành rẻ phục

vụ cho nhu cầu đo khi NH3 cầm tay là thiết thực, có giá trị cao

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan các cảm biến đo khí, cảm biến MQ 135, nguyên lí hoạt động và cấu tạo

Nghiên cứu các khối từ đó xây dựng mạch phần cứng

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sơ đồ, đặc tính của cảm biến MQ 135 từ đó dùng vi điều khiển PSOC để thiết kế mạch đo

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Thiết kế thiết bị đo có khả năng đo nồng độ khí NH3 hiển thị lên màn hình LCD, trao đổi tín hiện với máy tính, lưu trữ trên máy tính

Có thể đo khí NH3 cầm tay, đo tại các trang trại gia súc, gia cầm, xí nghiệp có khí thải

Chương 1 TỔNG QUAN THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ NH 3

1 Tổng quan về thiết bị đo nồng độ khí NH 3

1.1 Đặc điểm khí NH 3 ( ammoniac)

Trong môi trường làm việc và cuộc sống hàng ngày; con người chúng ta

có khả năng gặp phải với nhiều loại khí độc khác nhau, chúng có khả năng làmtổn hại đến sức khỏe kể cả tính mạng con người; trong đó nhiễm độc khíamoniac (NH3) ít khi được để ý và phòng tránh Nếu như không được phát hiện

và xử lí đúng lúc, kịp thời, nạn nhân sẽ bị những di chứng và ảnh hưởng nghiêmtrọng có khả thể tử vong nếu tiếp xúc với nồng độ vượt quá định mức cho phép

Các nhà khoa học cho rằng nồng độ khí amoniac có trong không khí ởmôi trường sống xung quanh được phép là 0,2 mg/m3, nếu vượt quá mực độ nàykhí NH3 có khả năng làm cho con người bị nhiễm độc, rất nguy hiểm Đặc thùkhí NH3 có khả năng tan dễ ở trong nước thường để thành dung dịch có đặc tínhkiềm mạnh được gọi là amoni hydroxit (NH4OH) có khả năng gây kích ứng,bỏng Khí này cũng có khả năng bị nén dễ dàng dưới áp suất để tạo thành dungdịch trong suốt, không màu Ở nhiệt độ cao trong khoảng 450oC tới 500oC và ởnhiệt độ thấp trong hoàn cảnh có sự hiện diện của các kim loại như sắt, niken,kẽm thì NH3 dễ bị phân hủy tạo thành khí hydro và nitơ Do vậy những thùngchứa khí NH3 có khả năng bị nổ khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Trong côngnghiệp, các nhà khoa học đã ghi nhận là khoảng 80% lượng khí NH3 được dùng

để tạo ra phân bón Song song với đó chúng còn được dùng để làm lạnh khí, tinhkhiết nước; làm ra nhựa, thuốc nổ, vải, thuốc nhuộm màu và các loại hóa chấtkhác Bên cạnh đó, khí NH3 còn được phát hiện bên trong các loại dung dịchdùng trong mục đích tẩy rửa làm sạch

Để đo đạc và kiểm tra nồng độ khí amoniac này, hiện tại trên thị trường

có rất nhiều loại cảm biến với những nguyên lý đo khí khác nhau Tuy nhiêncảm biến đo khí theo nguyên lý bán dẫn là được sử dụng rộng rãi hơn cả, bời độchính xác cao, giá thành rẻ và tính năng hiệu quả sử dụng có nhiều ưu điểm hơn

1.2 Các thiết bị đo khí

1.2.1 Cảm biến bán dẫn đo nồng độ khí

Dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện khi màng bán dẫn hấp thụ khí độc ở nhiệt độ

150 – 500 độ C Ở điều kiện ko khí sạch thì màng bán dẫn dẫn điện kém nhưngtrong điều kiện có khi độc và nhiệt độ làm việc chuẩn thì tính dẫn điện của màngbán dẫn tang Chất lương của loại cảm biến này phụ thuộc vào sản xuất

Loại cảm biến này có tính chọn lựa thấp, độ nhạy, khả năng đáp ứng, độchính xác bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường như là nhiệt độ, độ ẩm,

áp suất Khi bị sai số cần hiệu chỉnh lại Thiết bị có thể hỏng hoàn toàn nếu làmviệc liên tục ở nhiệt độ cao

Có 2 cảm biến loại này được sử dụng nhiều nhất (làm từ ô-xít kim loại):Loại 1 là cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 (Tri-ô-xít Vonfam), được dùngchủ yếu phát hiện khí hydro-sunfua;

Loại 2 là màng dày làm từ ô-xít thiếc (SnO2), loại này không có tính chọn lọc vàthường được dùng để phát hiện sự thay đổi lớn lượng khí độc và khí cháy

a Loại màng dày (SnO2)

Loại này thường được cấu tạo bằng cách nung kết ô-xít thiếc lên một điệncực bằng gốm

Điện cực này có thể là một mặt phẳng với sợi nung ở một mặt còn lại hoặc ở dạng ống với sợi nung xuyên qua ống (xem hình 1.1).

Hình 1.1 Cảm biến bán dẫn màng dầy thiếc ô-xít (SnO 2 )

Loại này có cơ chế phát hiện khí độc rất phức tạp Nó có sự kết hợp các cácphản ứng trên bề mặt cảm biến gồm cả sự hấp thụ khí Khi không được cấpnguồn, khí độc bám vào bề mặt dễ dàng và hậu quả là cảm biến phải mất nhiềuthời gian để ổn định lại trạng thái ban đầu, điều này có thể xảy ra ngay cả khicảm biến bị mất cấp nguồn hay nhiệt độ làm việc thấp trong thời gian rất ngắn.Khi cảm”biến phát hiện có khí ga, điện trở của lớp ô-xít thiếc giảm xuống tỉ lệvới nồng độ khí Tỉ lệ thay đổi của điện trở không tuyến tính với nồng độ khí, do

đó nó cần phải được tuyến tính hoá Cảm biến loại này dễ bị ảnh hưởng bởi độ

ẩm và ô-xy Với một lượng nhỏ độ ẩm hoặc ô-xy cũng có thể gây mất ổn địnhcho cảm biến, thậm chí dừng làm việc cho đến khi các điều kiện làm việc bìnhthường được phục hồi”trở lại

b Loại màng mỏng (VO3)

Loại nàyđược cấu tạo bằng một vật liệu nền không dẫn điện gắn với haihoặc nhiều điện cực dẫn điện Vật liệu ô-xít kim loại được gắn vào giữa các điệncực Các bộ phận này được nung nóng ở nhiệt độ làm việc thích hợp

Bề mặt lớp ô-xít kim loại bình thường sẽ hấp thụ ô-xy và tạo ra mộttrường điện từ đẩy các electron ra khỏi bề mặt Khi có khí H2S, nó sẽ đẩy ô-xy(bằng cách chiếm chỗ hoặc phản ứng), từ đó giải phóng các electron để dẫn

điện, tức nó thay đổi độ dẫn điện của chất bán dẫn Độ dẫn điện của chất bándẫn ô-xít kim loại chính là nguồntín hiệu.

c Các yếu tố ảnh hưởng tới cảm biến bán dẫn

Có 6 yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc tính cảm biến mà người sử dụng cầnbiết để lựa chọn và đánh giá cảm biến bán dẫn chính xác :

(1) ô-xít kim loại

Vật liệu bán dẫn là một trong những nhân tố chính ảnh hưởng đến toàn bộ đặctính của cảm biến bán dẫn Thông thường các nhà sản xuất bổ sung thêm các vậtliệu phụ để gia tăng đặc tính của chất bán dẫn, mục đích là để ổn định nhiệt độcủa ô-xít kim loại ở nhiệt độ làm việcntốt nhất

(2) nhiệt độ làm việc

Nhiệt độ làm việc của cảm biến bán dẫn ảnh hưởng rất nhiều đến đường đặc tính

và độ nhạy của tín hiệu Chính vì thế mà các nhà sản xuất luôn mong muốn nhiệt

độ làm việc của cảm biến luôn không đổi không phụ thuộc vào nhiệt độ môitrường xung quanh, từ đó đường đặc tính tín hiệu mới được tuyến tính hoá với

độ chính xác cao

(3) đặc tính hấp thụ khí

Đặc tính hấp thụ khí ga của ô-xít bán dẫn là yếu tố cần thiết để cảm biến loạinày đo được nồng độ khí.Với lượng nhỏ nó có thể bị hấp thụ bởi các vật liệuxung quanh, do đó vật liệu chế tạo cảm biến cần phải được lựa chọn kỹ càng.Khả năng hấp thụ khí độc của nước là rất mạnh, nước ngưng tụ bám vào các lỗcủa bộ phận chống lửa sẽ làm mất tác dụng của cảm biến Biện pháp hữu hiệunhất hiện giờ là cung cấp một nguồn năng lượng đủ cho cảm biến làm việc đểhạn chế ảnh hưởng của độ ẩm và ngăn chặn nước ngưng tụ và bộ phận chốnglửa của cảm biến

(4) độ”ẩm

(5) nhiệt độ môi trường

(6) quá trình hoạt động của cảm biến

Nhiều cảm biến loại này có thể hoạt động không ổn định nếu khôngđược cấp nguồn ở môi trường có độ ẩm cao chỉ trong khoảng thời gian rất ngắn.Các nhà sản xuất thường khuyến cáo nên hâm nóng cảm biến từ 15 phút đến 48giờ trước khi cảm biến hoạt động chính thức hoặc hiệu chỉnh”cảm biến.

1.2.2 Các loại cảm biến đo khí NH3 trong thực tế

Hình 1.2 Cảm biến điện cực đo khí NH 3

Điện cực đo khí amoniac NH3 được dùng cho hệ thống phân tích chất lượng không

khí xung quanh - ETC 3000

xung quanh dùng để đo các chất làm ô nhiễm không khí ở dạng nồng độ phần tỷ (ppb) Hệ thống này được dựa trên công nghệ mới về cảm biến màng rắn từ đó cung cấp độ nhạy và độ chính xác cao.Kỹ thuật của cảm biến dựa vào các tế bào điện hóa thông thường Thiết bị có khả năng đo: O3, CO và NO2 Và các cảm biến khác C6H6, CH4, SO2, H2S, NH3 Ngoài ra thiết bị còn có thể tích hợp để đo các chỉ tiêu bụi tổng: TSP, PM10, PM2.5, PM1.0, tiếng ồn, và các thông số thời tiết như: tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, áp suất, bức xạ

Cảm biến công nghệ màng rắn là cảm biến dựa trên hiện tượng dẫn điện xảy ra trên bề mặt chất bán dẫn nano oxid kim loại (có đường kính khoảng 30-50nm) tại khoảng nhiệt độ 200-400 C

* Ưu điểm:

- Hệ thống này đã tích hợp sẵn bộ datalogger (flash memory) để lưu trữ dữ liệu và một modem GSM

- Chi phí để bảo dưỡng thấp, dễ dàng bảo trì và thay thế

- Khả năng tiêu thụ điện thấp, vì có thể sử dụng hoặc bình acqui hoặc pin năng lượng mặt trời

- Tuổi thọ cảm biến cao khoảng trung bình 5-10 năm

- Trọng lượng nhỏ thuận tiện cho sử dụng

- Hoạt động đơn giản dễ dàng sử dụng

- Tuổi thọ lâu

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật máy dò khí k60:

Hình 1.4 Cảm biến điện hóa Dragersensor EC

- Có 4 cảm biến cho mỗi môđun điều khiển

- Giao diện than thiện với người dùng, dễ dàng cài đặt và vận hành

- Có thể dùng cho khí Cl2, SO2, NH3, H2S, O3, ClO2, H2, O2, NO, NO2, HCl

- Bao gồm 6 rơle báo động

- Màn hình LCD hiển thị 2 dòng, mỗi dòng 16 ký tự

- Còi báo động 90dB và đèn LED cảnh báo nguy hiểm

- Pin dự bị tùy chọn, nguồn 12 giờ

Hình 1.6 Máy đo khí cầm tay

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN LINH KIỆN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO 2.1 Yêu cầu công nghệ thiết bị đo và giám sát khí nồng độ khí NH 3

Theo yêu cầu thực tế và đặc điểm của nồng độ khí NH3, thì thiết bị đocần phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Dải đo: 1-100ppm NH3,

- Thiết bị phải có kích thước nhỏ gọn, hiện thị trực tiếp nồng độ khítrên LCD, ngoài ra có thể kết nối trực tiếp với máy tính để hiển thị vàlưu trữ kết quả đo trên máy tính phục vụ cho công việc nghiên cứu

- Lưu trữ , truyền và trao đổi số liệu với bộ nhớ của thiết bị và máytính,

- Thiết bị có thể chạy nguồn điện lưới hoặc pin

Với các yêu cầu trên ta đưa ra mô hình xây dựng thiết bị đo như hình 2.1:

Chuẩn hóa tín hiệu Cảm biến Vi xử lý trung tâm PSoC

Màn hình LCD

Máy tính

Hình 2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo

Cảm”biến khí MQ135 cảm nhận thông tin đo từ môi trường đo, biến đạilượng khí NH3 thành đại lượng điện, tín hiệu sau cảm biến được đưa vào chuẩnhóa tín hiệu (CHTH), các bộ CHTH làm nhiệm vụ tạo ra tín hiệu chuẩn (thường

là điện áp từ 0 đến 5V, hoặc dòng điện từ 4÷20mA), Tuy nhiên khi ta sử dụngcảm biến MQ135 thì tín hiệu đầu ra của cảm biến đã được chuẩn hóa dưới dạngtín hiệu điện áp từ 0÷5V, đưa tín hiệu vào bộ vi xử lý trung tâm là PSOC BộADC tích hợp sẵn trong vi xử lý trung tâm sẽ biến thành các tín hiệu số Sau đótính toán xử lý tín hiệu và cho kết quả đo dưới dạng nồng độ khí cần đo NH3(ppm) Kết quả đo này được đưa hiển thị trực tiếp trên LCD, truyền lên PC, hayghi vàobộ”nhớ ngoài (SD)

Chức năng chính của thiết bị

- Cảm biến (Sensor): cần sử dụng cảm biến đo khí NH3

- Về màn hình LCD: Cần hiển thị thời gian (giờ, ngày, tháng, năm) và giá trị

đo NH3 nên có thể sử dụng các màn hình đơn giản với 2x16 ký tự

- Về khối lưu trữ: Để lưu trữ số liệu đo và thời gian gian đo với tần số

1lần/phút ta cần dung lượng cho 1 lần ghi khoảng ~20 byte nên để lưu trữ 1 năm số liệu ta cần khoảng 10MB Dung lượng này lớn hơn các bộ nhớ EEPROM thông dụng nên ta có thể sử dụng các thẻ nhớ SD Các thẻ này có khả năng lưu trữ được

dữ liệu lớn (có thể dễ dàng tới 4GB), tốc độ truy cập cao… dùng để lưu trữ dữ liệu

đo trong thời gian dài

- Về máy tính: máy tính để đọc, lưu trữ, giám sát dữ liệu đo thông qua giao

diện nên có thể sử dụng các máy tính cá nhân thông dụng

- Khối đồng bộ thời gian: Chuyên dùng để đồng bộ các kết quả đo với hệ

thống, với các thiết bị khác với thời gian thực nên ta có thể sử dụng các IC thời

gian thực chuyên dụng

- Vi xử lý trung tâm: Cũng do yêu cầu về tính nhỏ gọn, đa chức năng, kết nối

được với các ngoại vi đã nêu trên nên ta lựa chọn khối xử lý trung tâm là PSoC Dòng vi xử lý này có khả năng sử dụng các khối Analog và Digital với cấu hình lập trình mềm linh hoạt trong tài nguyên của PSoC sẽ giúp giảm bớt gánh nặng phần cứng phía bên ngoài vi xử lý PSoC có thư viện hỗ trợ hầu hết các khối chức năng quan trọng như ADC, giao tiếp SPI, giao tiếp UART, LCD

- Khối nguồn cung cấp: từ 9-30VDC, 1A

2.2 Các khối chức năng

2.2.1 Cảm biến

Do MQ135 là loại cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý của cảm biến bán dẫn, có tính năng dễ sử dụng, giá thành rẻ, nên em đã chọn cảm biến này

1 Cấu tạo cảm biến MQ135

Hình 2.2 Hình ảnh của cảm biến MQ135 đo nồng độ khí NH 3

MQ135“là cảm biến khí do hãng Hanwei Sensor Đài Loan sản xuất,được

sử dụng để kiểm soát chất lượng không khí trong các tòa nhà, văn phòng, là loạicảm biến dựa trên nguyên lý độ dẫn điện (cảm biến bán dẫn) Vật liệu của cảmbiến là thiếc oxit (SnO2) có độ dẫn điện thấp trong không khí sạch Khi khí cầnphát hiện là các khí dễ cháy tồn tại, độ dẫn điện của cảm biến tăng cùng vớinồng độ khí Với mạch điện chuyển đổi đơn giản thực hiện việc chuyển đổi sựthay đổi độ dẫn điện của cảm biến tương ứng với nồng độ khí Cảm biến khíMQ135 có độ chính xác cao để phát hiện các khí”NH3, Nox, rượu, Benzen,khói, CO2

- Đặc tính của cảm biến:

+ Khoảng đo rộng, phát hiện nhanh

+ Độ nhạy cao với NH3, Nox, benzen, khói và CO2

+ Tuổi thọ cao và chi phí thấp

+ Mạch điều khiển đơn giản

- Ứng dụng:

+ Phát hiện khí gas rò rỉ trong gia đình

+ Phát hiện các khí dễ cháy trong công nghiệp

+ Các máy phát hiện khí cầm tay

Hình 2.3 Cấu trúc cảm biến MQ135

1 Lớp nhạy khí vật liệu SnO2

2 Điện cực vật liệu Au

3 Dây điện cực vật liệu Pt

4 Cuộn gia nhiệt vật liệu hợp kim Ni-Cr

5 Ống gốm phủ Al2O3

6 Chống nổ bằng lưới thép 100 không gỉ (SUS316)

7 Vòng kẹp bằng đồng mạ niken

8 Đế bằng nhựa bakelite

9 Chân nối bằng đồng mạ niken

Cấu trúc của cảm biến MQ135 được trình bày trên hình 2.2, cảm biến được tạobởi một lớp rất mỏng Al2O3 nhôm ô xít phủ trên ống gốm, lớp thiếc oxit nhạykhí (SnO2), điện cực đo lường và bộ gia nhiệt được cố định vào một lớp vỏ làmbằng thép không gỉ và nhựa Bộ gia nhiệt cung cấp điều kiện làm việc cần thiếtcho cảm biến Cảm biến MQ-135 có 6 chân, trong đó 4 chân được dùng để lấytín hiệu, 2 chân còn lại sử dụng chobộ sấy

2 Thông số kỹ thuật và đặc tính của MQ 135

- Thông số làm việc tiêu chuẩn:

+ Điện áp mạch V C = 5V0.1 (AC hoặc DC) + Điện áp bộ gia nhiệt V H = 5V0.1 (AC hoặc DC) + Điện trở tải R L = 20K

+ Điện trở bộ gia nhiệt RH = 33 (điều kiện nhiệt độ phòng)

+ Công suất bộ gia nhiệt PH ≤ 800mW

- Điều kiện môi trường:

+ Nhiệt độ sử dụng Tao từ -10 C đến 45 C

+ Nhiệt độ lưu trữ Tas từ -20 C đến 70 C

+ Độ ẩm môi trường nhỏ hơn 95%Rh

+ Nồng độ oxy là 21% (điều kiện chuẩn) Nồng độ oxy có thể ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến

- Đặc tính độ nhạy của cảm biến:

Hình 2.4 Đặc tính độ nhạy của cảm biến MQ135 đối với một số khí

Hình 2.5 cho thấy sự phụ thuộc của MQ-135 vào nhiệt độ và độ ẩm Trụctung thể hiện tỷ số (Rs/R0) của cảm biến, trục hoành thể hiện nhiệt độ môitrường Rs là điện trở của cảm biến ở 100 ppm khí NH3 dưới nhiệt độ và độ ẩmkhác nhau R0 là điện trở của cảm biến trong không khí ở nồng độ 100ppm NH3,nhiệt độ 20C, độ ẩm 33%RH

Hình 2.5 Sự phụ thuộc của MQ135 vào nhiệt độ và độ ẩm

3 Mạch ứng dụng của MQ135

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch MQ135

Hình mạch nguyên lý cơ bản của cảm biến.”Cảm biến cần phải được cấp

2 điện áp, điện áp bộ sấy (VH) và điện áp cung cấp (VC) VH sử dụng để cung cấpnhiệt độ làm việc của cảm biến, trong khi VC sử dụng để tạo điện áp (Vout) trênđiện trở tải (RL) khi nối tiếp với cảm biến VC và VH có thể sử dụng cùng mộtmạch nguồn để đảm bảo hiệu suất của cảm biến Để sử dụng cảm biến với hiệusuất tốt nhất, giá trị RL cần lựa chọn phù hợp nên chọn là 20K (dải điều chỉnh

từ 10K đến 47K)

Công suất của cảm biến: Ps=(VC)2 x Rs/(Rs+RL)2

Vì đặc tính của nhà sản xuất thiết bị cho Rs/Ro = f (ppm) dưới dạng log, vìvậy ta phải tính toán và vẽ lại đường đặc tính dưới dạng đường cong Vout = f(ppm), khi không xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ và độ ẩm, từhình 2.4, 2.5”ta có:

Bằng phương pháp: Từ đường đặc tính Rs/R0 =f(ppm) của cảm biến trên hình gióng trục ta có tọa độ tương ứng như sau: