Перейти к содержанию

Металлооксидный датчик газа (MOX)

Серия MQ, SGP41 и множество датчиков «качества воздуха» устроены одинаково: нагретая плёнка оксида металла, сопротивление которой зависит от того, сколько кислорода на её поверхности. Такой датчик чувствителен и быстр, но не знает, какой именно газ он почувствовал.

Обновлено Редакция GAW

Металлооксидный датчик газа (metal oxide, MOX) — датчик, чувствительный элемент которого — нагретый слой оксида металла, меняющий сопротивление в зависимости от состава газа над ним. По описанию Sensirion, сопротивление определяется количеством кислорода на поверхности оксида: окисляющие газы вроде NOx его повышают, восстанавливающие — летучие органические соединения, водород, горючие газы — понижают, потому что сгорают на поверхности и забирают кислород. Влажность действует как восстанавливающий газ, поэтому её компенсируют.

Как устроен и включается

У датчиков серии MQ Winsen чувствительный материал — диоксид олова SnO₂, проводимость которого в чистом воздухе мала и растёт с концентрацией горючего газа. Внутри — нагреватель: у MQ-2 на 5 В, сопротивлением 30 Ом и мощностью до 950 мВт. Чувствительный слой включают последовательно с нагрузочным резистором RL — получается делитель напряжения, и по напряжению на RL вычисляют сопротивление слоя: Rs = (Vc/VRL − 1)·RL. Перед работой Winsen требует прогрева не менее 48 часов.

Параметр MQ-2 (Winsen)Значение
Диапазон300–10 000 ppm горючих газов
Нагреватель5,0 ± 0,1 В, 30 ± 3 Ом, ≤ 950 мВт
ЧувствительностьRs(воздух) / Rs(2000 ppm пропана) ≥ 5
Предварительный прогревне менее 48 ч

Ограничения

  • Неизбирательность. MOX реагирует на многие газы и не отличает их. Sensirion приводит пример: откалиброванный выход 1000 ppb может означать и 500 ppb этанола, и 2000 ppb толуола.
  • Дрейф и базовая линия. Сигнал со временем уходит, а в реальных условиях нельзя гарантировать, что датчик видит ту концентрацию, на которой калибровался.
  • Влажность и температура влияют на сопротивление наравне с газом.

Зато MOX чувствителен и быстр и хорошо замечает кратковременные изменения относительно недавней истории. Поэтому современные датчики, такие как Sensirion SGP41, выдают не концентрацию, а относительный индекс VOC. Абсолютную концентрацию CO₂ избирательно измеряет NDIR-датчик. Подключение MQ-2, MQ-135 и SGP41 — в статье о датчиках газа.

Частые вопросы

Почему MOX-датчик нужно прогревать?

Потому что реакции газов на поверхности оксида идут только при высокой температуре, которую создаёт встроенный нагреватель, а свойства слоя устанавливаются не сразу. Winsen для MQ-2 требует предварительного прогрева не менее 48 часов перед калибровкой и измерениями. Нагреватель при этом потребляет до 950 мВт — это стоит учесть при питании от батареи.

Что такое Rs и R0 у датчиков MQ?

Rs — сопротивление чувствительного слоя в текущем воздухе, его вычисляют по напряжению на нагрузочном резисторе: Rs = (Vc/VRL − 1)·RL. R0 — сопротивление в опорных условиях, например в чистом воздухе или при заданной концентрации. Концентрацию оценивают по отношению Rs/R0 и графику чувствительности из даташита; у MQ-2 Rs в воздухе как минимум в 5 раз больше, чем при 2000 ppm пропана.

Может ли MOX-датчик показать концентрацию конкретного газа?

Только в лабораторных условиях, где известны газ и базовая линия. Sensirion подчёркивает, что в реальном воздухе MOX реагирует на многие газы сразу и не различает их: откалиброванный выход 1000 ppb может означать 500 ppb этанола или 2000 ppb толуола. Поэтому такие датчики выдают относительные индексы, а для избирательного измерения CO₂ используют NDIR.

Источники

  1. Sensirion. A MOX sensor reacts to most changes in gas composition (Info Note) — MOX — нагретая поверхность оксида металла, сопротивление которой зависит от кислорода на поверхности; окисляющие газы (NOx) повышают сопротивление, восстанавливающие (VOC) — понижают; влажность действует как восстанавливающий газ, нужна компенсация (у SGP4x — встроенная); датчик полуколичественный и широкополосный: реагирует на многие газы и не различает их — калиброванный выход 1000 ppb может означать 500 ppb этанола или 2000 ppb толуола; сигнал дрейфует, базовая линия в поле неизвестна; хорошо видит кратковременные изменения относительно истории, например за последние 24 часа
  2. Zhengzhou Winsen Electronics. Flammable Gas Sensor (Model: MQ-2) Manual, Version 1.6, valid from 2021-07-01 — чувствительный материал SnO₂ с низкой проводимостью в чистом воздухе, проводимость растёт с концентрацией горючего газа; диапазон 300–10 000 ppm горючих газов; напряжение нагревателя 5,0 ± 0,1 В, сопротивление нагревателя 30 ± 3 Ом, потребление не более 950 мВт; чувствительность Rs(воздух)/Rs(2000 ppm C₃H₈) ≥ 5; наклон R3000/R1000 ≤ 0,6; предварительный прогрев не менее 48 часов; Rs = (Vc/VRL − 1)·RL

Нашли ошибку?

Смотрите также