Los
sensores de gas de la serie MQ son sensores electroquímicos que funcionan por
medio de la variación de la resistencia eléctrica de un elemento detector en
una forma proporcional a la cantidad del gas que se desea detectar en el aire. Bajo
este principio de funcionamiento, se hace fluir una corriente eléctrica a
través del conjunto, se mide luego la tensión en una resistencia de carga (RL) conectada
en serie con la resistencia del elemento detector, y por medio de un divisor de
tensión simple, se calcula el valor de la resistencia del elemento detector.
Una vez calculada la resistencia del elemento detector, a cada valor de tal
resistencia se le relaciona una cantidad del gas de interés en el aire a partir
de una calibración específica.
Para
el funcionamiento del elemento detector, el conjunto usa un elemento calefactor
interno de alrededor de 700 mW, por lo cual el consumo de potencia del módulo
resulta ser relativamente alto. Con el fin de obtener una medición óptima, el
fabricante recomienda un calentamiento del sensor por alrededor de 12 a 24
horas, esto dependiendo del modelo, sin embargo en condiciones normales se
espera que la medida empiece a estabilizarse luego de 20 a 60 segundos de funcionamiento.
Advertencia:
El fabricante no recomienda que el sensor sea usado en aplicaciones donde la
vida humana dependa del mismo.
El
sensor puede ser usado de dos formas distintas, dependiendo la salida que se
use, sea la analógica o la digital. La primera forma en que podemos usar el
sensor es por medio de la salida digital, la cual nos proveerá una señal de
indicación de que se ha sobrepasado un umbral prefijado por medio del
potenciómetro incluido en el módulo, en otras palabras nos dará una indicación
de si se ha detectado o no la presencia del gas (de acuerdo a la cantidad
especificada); esto puede ser útil, por ejemplo, para una alarma de gas.
El
segundo uso que le podemos dar al sensor es el de indicarnos la cantidad (en
partes por millón, por ejemplo) de un gas específico en el ambiente. Para este
fin se debe usar la salida analógica del módulo y se hace necesario un proceso
de calibración, el cual debe realizarse de una forma tan minuciosa como exacta se
requiera la medida. El propósito final de tal proceso de calibración es la
obtención del valor de Ro, el cual es el valor de la resistencia del elemento
sensor en unas condiciones especificadas por el fabricante para cada módulo.
Para
obtener el valor de tal resistencia, es vital primero conocer el valor de la resistencia
RL y la tensión en los terminales. El valor de RL para cada módulo puede ser
verificado directamente en la placa si se tiene algún conocimiento de
electrónica o también puede ser consulado en internet para cada módulo
específico, sin embargo para todos los módulos es generalmente de 1K Ohm.
Por
otro lado, el valor del voltaje es los terminales es precisamente el mismo
valor que podemos medir en la salida analógica del módulo; por lo tanto, sólo
debemos leer con nuestro microcontrolador (Arduino, por ejemplo) el valor de
tal salida desde el ADC de uno de nuestro puertos analógicos y calcular tal
tensión. Finalmente, con el valor de RL y el valor calculado de la tensión en
el puerto analógico del módulo, podemos calcular la resistencia del elemento
detector con la siguiente ecuación (suponiendo 5V en el módulo):
Una
vez que somos capaces de obtener el valor de la resistencia del sensor, debemos
obtener el valor de Ro, el cual es el valor de R en las condiciones dadas por
el datasheet del fabricante.
Ahora,
existen varias formas de obtener Ro, una de ellas es realizar la medición en
laboratorio en las condiciones que el fabricante manda, esto sin embargo no es
muy fácil de lograr. Otra forma, un poco más útil, nos lleva por varios pasos:
Primero
debemos obtener una aproximación en una escala decimal de la curva de
sensibilidad del sensor (la cual se encuentra en el datasheet en una escala
logarítmica), a continuación mostramos la curva de sensibilidades del sensor
MQ2 como un ejemplo:
Escogemos
entonces el gas que nos interese, supongamos LPG. Hacemos entonces una tabla en
Excel con los valores aproximados, como la siguiente:
Paso
seguido realizamos la gráfica y le solicitamos a Excel una línea de tendencia y
que además nos dé la ecuación, resultando una gráfica como la siguiente:
Observamos
entonces que el sensor tiene, de hecho, un punto de saturación, el cual está
más o menos cuando la concentración en ppm supera los 8000. En tal caso podemos
observar que el valor de Rs/Ro se acerca a 0,25 y la variación es cada vez más
pequeña, casi despreciable; por lo cual, asumir un Rs/Ro de 0,25 no producirá
un gran error. Posteriormente sólo debemos colocar el sensor en un ambiente con
una alta concentración del gas escogido y, por medio de la ecuación dada
anteriormente, calcular la resistencia del elemento.
Advertencia:
Este procedimiento puede ser muy peligroso si el gas es combustible, se debe aclarar
que usamos este gas sólo como un ejemplo, no realices esta clase de pruebas si
no tomas todas las medidas de seguridad necesarias.
Luego,
una vez obtenemos la resistencia del elemento, sólo debemos obtener Ro a partir
del cociente de la resistencia medida con la Rs/Ro que observemos en estado de
saturación, para nuestro caso:
Para
finalizar, con el fin de obtener la medida en partes por millón (ppm) del
sensor en cualquier momento, sólo debemos utilizar la ecuación que obtuvimos de
Excel en el paso previo de la gráfica y el valor de Ro que calculamos así:
De
esta forma obtendremos una medida bastante buena del gas de interés, aclaramos
que para cada gas de interés se debe calcular un Ro diferente, así mismo para
cada sensor. Este procedimiento puede llevarse a cabo con cualquier gas
(tomando las medidas de seguridad pertinentes), ya sea para el sensor de
alcohol, acercándolo a un recipiente lleno del mismo o para el sensor de
monóxido de carbono, llevándolo al escape de un auto por ejemplo.
Debe
mencionarse que cada sensor es “sensible” a múltiples gases, no a uno solo; por
lo tanto debe seleccionarse el sensor correcto de acuerdo al gas que se
requiera medir o simplemente, detectar. La medida del sensor también es
sensible en mayor o menor manera, dependiendo del modelo, de las condiciones
ambientales de humedad y temperatura.
A
continuación señalamos la sensibilidad de cada sensor a cada gas de acuerdo a
la curva dada por el datasheet del fabricante:
Sensor MQ2
Tal
como podemos observar, este sensor muy sensible a gases combustibles LPG, H2 y gas propano. También es sensible, en
una menor medida, a CH4, CO (por lo cual puede detectar humo) y alcohol. El Ro
de este sensor corresponde a al valor de la resistencia en presencia de 1000 ppm de hidrógeno.
Sensor MQ3
Observamos
que este sensor tiene una alta sensibilidad a Alcohol y es sensible en una
menor medida a Benceno. El Ro de este sensor corresponde la valor de su
resistencia interna en presencia de 200ppm de alcohol en el aire.
Sensor MQ4
Este
sensor es muy sensible a LPG y CH4 y lo es también en una menor medida a H2 y
humo. El Ro de este sensor corresponde la valor de su resistencia interna en
presencia de 1000 ppm de H4 en el aire.
Sensor MQ5
Este
sensor presenta una muy alta sensibilidad a LPG y a CH4, siendo muy sensible también a H2. El Ro de este
sensor corresponde la valor de su resistencia interna en presencia de 1000 ppm
de H2 en el aire.
Sensor MQ7
Este
sensor presenta una muy alta sensibilidad a H2 y a monóxido de carbono, siendo
poco sensible a otros gases. El Ro de este sensor corresponde la valor de su
resistencia interna en presencia de 100ppm de CO en el aire.
Sensor MQ135
Este
sensor es sensible en una medida más o menos igual a gases como el dióxido de
carbono, NH3, NH4 y amoniaco, por lo cual es muy usado para medir la calidad
del aire. El Ro de este sensor corresponde la valor de su resistencia interna
en presencia de 100ppm de NH3 en el aire.
Ejemplos
de código Arduino
- Ejemplo para calcular Ro suponiendo un RL de 1K Ohm:
Código:
void
setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
// Pin para conectar el Sensor
}
void loop() {
Serial.print("Ro = ");
Serial.println(5000/(5*analogRead(A0)/1024)-1000));
}
Una
vez subido el código, puerto serial del Arduino desplegará entonces el valor
medido de Ro con el fin de calibrar.
- Ejemplo para obtener el valor en ppm, una vez se haya obtenido Ro:
Código:
void
setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
// Pin para conectar el Sensor
}
void
loop() {
int Ro =
500; // poner aquí el Ro calculado
int a =
581; //valor obtenido a partir de la gráfica
int 2 =
2.015; //valor obtenido a partir de la gráfica sin signo
int R_med = 5000/(5*analogRead(A0)/1024)-1000);
Serial.print("PPM = ");
Serial.println(a*(R_med/Ro)^-b);
}
El puerto serial desplegará entonces el valor en PPM medido por el sensor.
FIN DEL POST
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