Zaloguj się
Wszystkie
1 lipca 2025
19
Czujniki z serii MQ
Czujniki gazu z serii MQ są przeznaczone głównie do wykrywania gazów palnych. Zasada działania sensorów opiera się na wykrywaniu zmian przewodności elektrycznej, gdy określone gazy wchodzą w kontakt z elementem pomiarowym czujnika. Materiał elementu pomiarowego charakteryzuje się długoterminową stabilnością dzięki właściwościom samokompensującym, które chronią go przed różnymi czynnikami środowiskowymi, w tym przed zmianami temperatury, wahaniami ciśnienia powietrza i chemicznym wpływem zanieczyszczeń.
Czujniki są oferowane przez różnych producentów chińskich, takich jak Henan Hanwei Electronics czy Winsen [2]. Poniżej zamieszczono listę kilku czujników gazu z serii MQ:
- MQ-2 – metan, butan, LPG, dym, wodór,
- MQ-3 – alkohol, etanol, dym,
- MQ-4 – metan, gaz CNG,
- MQ-5 – gaz ziemny, LPG,
- MQ-6 – LPG, gaz butanowy,
- MQ-7 – tlenek węgla (wymaga kluczowania grzałki),
- MQ-8 – wodór,
- MQ-9 – tlenek węgla, gazy łatwopalne (wymaga kluczowania grzałki),
- MQ131 – ozon,
- MQ135 – CO, amoniak, benzen, alkohol, dym,
- MQ136 – siarkowodór,
- MQ137 – amoniak, CO,
- MQ138 – benzen, toluen, alkohol, aceton, propan, formaldehyd, wodór.
Czujniki z serii MQ są umieszczone w okrągłej obudowie, z ustandaryzowanym ułożeniem wyprowadzeń (6 pinów) i mają niewielkie wymiary – wysokość to około 13 mm, średnica – ok. 20 mm [2]. Obudowa ma wbudowaną metalową siatkę, na którą może być nałożona tworzywowa osłona w różnych kolorach.
Prawie wszystkie wymienione powyżej czujniki z serii MQ wymagają napięcia zasilania 5±0,1 V. Przy typowej rezystancji grzejnika ok. 30 Ω wymagają zatem ok. 150 mA prądu, czyli ok. 0,8 W. Trochę inaczej wygląda sytuacja w przypadku czujników MQ-7 i MQ-9 – te potrzebują dodatkowo kluczowania zasilania grzejnika pomiędzy 5 V oraz 1,5 V, z odpowiednim cyklem pomiarowym. W artykule „Zastosowanie czujnika MQ-7 do pomiaru tlenku węgla (CO)” [1] został dokładnie opisany czujnik MQ-7 oraz moduł pomiarowy modMQ-7, wraz z konieczną jego modyfikacją.
Czujnik MQ-2
MQ-2 jest jednym z powszechnie używanych czujników gazu należących do serii MQ. Jest to sensor typu Metal Oxide Semiconductor (MOS), znany również jako chemorezystor, ponieważ wykrywanie opiera się na zmianie rezystancji materiału chemoczułego, gdy gaz wchodzi z nim w kontakt. Stężenia gazu można wykrywać za pomocą prostego dzielnika napięcia.
Czujnik gazu MQ-2 wymaga zasilania 5±0,1 V DC i zużywa około 800 miliwatów energii. Wykrywa kilka rodzajów gazów, w tym LPG (gaz płynny), dym, alkohol, propan, wodór, metan i tlenek węgla.
Typowe zakresy pomiarowe:
- od 200 ppm do 5000 ppm (LPG, propan),
- od 300 ppm do 5000 ppm (butan),
- od 100 ppm do 2000 ppm (etanol C2H5OH),
- od 5000 ppm do 20000 ppm (metan),
- od 300 ppm do 5000 ppm (wodór H2),
Rezystancja elementu pomiarowego (Rs) wynosi 3...30 kΩ przy stężeniu butanu równym 1000 ppm.
Ważne jest, aby pamiętać, że chociaż czujnik MQ-2 może wykrywać wiele różnych gazów, to nie jest w stanie wskazać dokładnie, który z nich ma określone stężenie lub jaki jest skład mieszaniny.
MQ-2 wymaga użycia wewnętrznej grzałki do wykrywania gazów. Ponieważ ma do czynienia z gazami palnymi, bardzo ważne jest bezpieczeństwo – dlatego sensor ma dwie warstwy bardzo cienkiej siatki ze stali nierdzewnej, owinięte wokół niego i znane jako „sieć antywybuchowa” (fotografia tytułowa). Siatka ta zapobiega spowodowaniu przez grzałkę pożaru lub wybuchu, jeśli pracuje ona w obecności gazów łatwopalnych. Oprócz zapewnienia bezpieczeństwa, siatka działa również jako filtr ochronny, blokujący przedostawanie się kurzu i cząstek stałych i pozwalając jedynie na penetrowanie wnętrza czujnika przez gazy. Siatka jest mocno utrzymywana na miejscu przez miedziany pierścień, który zaciska się wokół niej i łączy się z resztą korpusu czujnika.
Po ostrożnym usunięciu zewnętrznej siatki można zobaczyć wnętrze czujnika. W jego sercu znajduje się element czujnikowy przymocowany do sześciu metalowych nóżek, które wystają z okrągłej, plastikowej podstawy. Nóżki są ułożone w gwiazdę. Spośród sześciu pinów dwie (oznaczone jako H) służą do podgrzewania elementu pomiarowego i są połączone z cewką wykonaną ze stopu niklowo-chromowego. Ta specjalna mieszanka metali dobrze przewodzi prąd i może wytrzymać bardzo wysokie temperatury bez topienia się lub pękania.
Pozostałe cztery wyprowadzenia (oznaczone A i B) odpowiadają za przenoszenie sygnałów elektrycznych z elementu pomiarowego do zewnętrznej elektroniki. Łączą się one z elementem pomiarowym za pomocą przewodów platynowych. Platyna jest stosowana ze względu na jej doskonałą przewodność elektryczną.
Sam element pomiarowy wygląda jak mała rurka. Wykonany jest z ceramiki tlenku glinu (Al2O3), z cienką warstwą dwutlenku cyny (SnO2). Kluczowym materiałem jest tutaj dwutlenek cyny, ponieważ reaguje chemicznie z gazami łatwopalnymi, powodując zmiany rezystancji, które czujnik może zmierzyć. Ceramiczna obudowa również spełnia ważną funkcję. Zapewnia równomierne rozprowadzanie ciepła z grzejnika i utrzymuje czujnik w odpowiedniej temperaturze roboczej.
Jak działa czujnik MQ-2?
Po włączeniu czujnik gazu MQ-2, zaczyna podgrzewać wewnętrzną warstwę półprzewodnika – dwutlenku cyny (SnO2) – do wysokiej temperatury. W tych warunkach cząsteczki tlenu z powietrza adsorbują do powierzchni dwutlenku cyny. Te zaadsorbowane cząsteczki tlenu odciągają wolne elektrony od dwutlenku cyny, co tworzy „obszar zubożenia elektronów” w pobliżu powierzchni. To zaś sprawia, że dwutlenek cyny ma wysoką oporność.
Gdy gazy palne dostają się do czujnika, reagują z cząsteczkami tlenu, na powierzchni dwutlenku cyny. Taka reakcja chemiczna uwalnia elektrony, które były dotąd utrzymywane przez tlen. Gdy elektrony wracają do dwutlenku cyny, obszar zubożenia elektronów staje się mniejszy, a to redukuje opór, umożliwiając przepływ większego prądu przez czujnik.
Czujnik MQ-2 działa poprzez wykrywanie tych zmian w oporności elektrycznej. Im więcej jest gazu palnego, tym więcej cząsteczek tlenu reaguje, a oporność maleje. Umożliwia to nie tylko wykrywanie zarówno obecności, ale i pomiar stężenia gazu w powietrzu.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
