Тестер алкоголя в выдыхаемом воздухе, также известный как алкотестер, представляет собой электронное устройство, часто используемое правоохранительными органами для оценки уровня потребления алкоголя водителями. Анализ на алкоголь в крови — самый простой способ определить, находится ли подозреваемый в состоянии алкогольного опьянения.
В наши дни легко и самостоятельно измерить уровень содержания алкоголя в крови с помощью небольших и доступных алкотестеров-брелоков. Просто подуйте в его мундштук и получите результаты за считанные секунды. А конструкция большинства анализаторов дыхания основана на полупроводниковых датчиках алкоголя серии MQ303.
Полупроводниковый датчик MQ303A
Давайте проведем краткий обзор распространенного и дешевого полупроводникового датчика алкоголя MQ303A, широко используемого в портативных детекторах.
Чувствительным материалом датчика спиртового газа MQ303A является полупроводниковый материал, который имеет более низкую проводимость в чистом воздухе. При наличии целевого спиртового газа проводимость датчика увеличивается (его сопротивление падает) вместе с ростом концентрации C2H5OH.
Таким образом, изменение концентрации спирта вызывает изменение сопротивления чувствительного материала, что и приводит к изменению напряжения на сопротивлении нагрузки.
Ключевыми особенностями датчика являются высокая чувствительность, быстрый отклик и возобновление работы, длительный срок службы, низкое энергопотребление, низкая стоимость и небольшой размер.
Технические данные
Поскольку сопротивление датчика MQ303A уменьшается при увеличении концентрации газа, можно преобразовать изменение проводимости в соответствующий выходной сигнал через элементарную схему, подобную показанной выше.
Вот некоторые важные моменты, на которые следует обратить внимание перед использованием датчика.
- Чувствительный элемент датчика MQ303A представляет собой микрошарик, внутри которого находятся нагреватель и металлический электрод, сам элемент установлен во взрывобезопасном двойном металлическом корпусе толщиной 100 меш.
- Не подвергайте датчик воздействию пара органического кремния, высококоррозионного газа, высокой влажности, высокой температуры и так далее, поскольку длительное воздействие неблагоприятной окружающей среды приведет к ухудшению характеристик, независимо от того, под напряжением датчик или нет.
- Приложенное к датчику напряжение не должно быть выше заданного значения, в противном случае это приведет к повреждению или перегреву. Чувствительность датчика также может быть повреждена.
- Время предварительного нагрева (перед первым использованием) у датчика MQ303A составляет более 48 часов.
- Как правило, датчик переходит в нормальные рабочие условия после нескольких минут предварительного нагрева, но если подключить нагреватель датчика к высокому напряжению 2,2 ± 0,2 В на 5 секунд перед нормальным тестированием, датчик быстро стабилизируется и перейдет в нормальные рабочие условия.
Теперь рассмотрим создание модуля алкотестера с использованием датчика MQ303A. На самом деле это непросто из-за жестких требований к источнику питания датчика:
- Напряжение контура датчика MQ303A 6 В
- Напряжение нагревателя датчика MQ303A 0,9 В ± 0,1 В (переменного/постоянного)
- Сопротивление нагревателя и ток нагревателя датчика MQ303A 4,5 Ом ± 0,5 Ом и 120 ± 20 мА (140 мВт)
- Напряжение быстрого нагрева 2,2 ± 0,20 В (5–10 с)
- Сопротивление датчика 4–400 кОм (на воздухе)
- Потребление датчика 10 мВт
- Регулируемое сопротивление нагрузки RL >10 кОм
При тестировании были получены хорошие результаты с принципиальной схемы, показанной ниже.
В момент включения выходное значение немного возрастает, а затем начинает медленно падать.
Датчику требуется от 5 до 15 секунд для стабилизации и готовности к работе. После того, как датчик подвергается воздействию алкоголя, выходные показания резко увеличиваются, а когда алкоголь удаляется, они медленно уменьшаются.
Обратите внимание, что после воздействия может потребоваться некоторое время, чтобы выходное значение полностью уменьшилось (но любое новое воздействие приводит к мгновенному увеличению выходного значения).
Первые тесты были проведены с жидкостью для полоскания рта, которая содержит немного алкоголя.
Добавим визуальный индикатор в качестве первого шага в создании портативного анализатора дыхания. Ниже принципиальная схема на основе обычной микросхемы операционного усилителя — LM324N, поскольку он содержит 4 ОУ с дифференциальными входами в одном корпусе. Это позволит добавить в будущем больше функций, таких как индикатор уровня заряда батареи, звуковой сигнал для оповещения об алкоголе, таймер работы устройства и таймер предварительного нагрева датчика.
Главное, что осталось выполнить на данном этапе, — это калибровка датчика, но пока не удалось найти подходящего для домашних условий метода.
