Исследование линейности датчика паров алкоголя MQ3

В данной статье была произведен анализ результатов эксперимента по оценки точности датчика MQ-3. А точнее целью эксперимента было оценить насколько можно считать показания его линейными. Ведь это играет важную роль при дальнейшей обработки результатов измерения.

Исследование проводилось для проекта “Алкотестер своими руками“. На данный момент в этом направлении был проведен эксперимент по оценки характеристик данного датчика в период нагрева.

Условия эксперимента

Исследование проводилось на разогретом датчике, показания напряжения которого стабилизированы.
Влажность, как один из влияющих факторов постоянна, концентрация других газов тоже.
Алкоголь (45%) добавлялся в несколько ёмкостей воды объемом 3.5 мл в разной концентрации.
В первой — 0 капель (0 мл)
Во второй — 1 капля (0,025 мл)
В третьей — 2 капли (0,05 мл)
В четвертой — 3 капли (0,075 мл)
В пятой — 4 капли (0,1 мл)
Емкости подносились под датчик MQ-3 так, чтобы пары алкоголя проникали в его измерительную ячейку. К модулю датчика подключался вольтметр и считывались показания.

Ход эксперимента

Проведенный эксперимент записан на видео, которое можно посмотреть на YouTube канале.

Результаты эксперимента

Для удобства все показания вольтметра были сведены в таблицу, вычислены максимальные, минимальные и средние арифметические, среднемедианные значения, а затем показаны на графике:

На графике видна относительно линейная зависимость, причем чем больше алкоголя добавлялось в раствор, тем больше разброс показаний напряжения получался. Однако среднеарифметическое этих показаний демонстрирует довольно стабильные показания в рамках линейногой модели преобразования.
Поэтому построим регрессионную модель зависимости добавленного алкоголя и значений средней величины напряжения:

Результаты построения регрессионной модели подтвердили линейность показаний датчика с коэффициентом детерминации 0.97. Полученная формула хоть и позволяет вывести значение алкоголя (мл) в водяных парах, однако для практического применения в алкотестере скорее всего не подойдет. Так как нужен перерасчет в содержание алкоголя в крови человека.

Выводы

Результаты эксперимента дали подтверждение линейности показаний датчика MQ-3, что упрощает модель преобразования и процесс калибровки.
Также для повышения точности следует использовать базовое напряжение в отсутствии алкоголя в качестве нулевой точки и рассчитывать концентрацию уже по отношению к ней.

Если возникнут вопросы и предложения по результатам данного исследования, то буду рад обсудить в комментариях или в группе ВК.

(с) Роман Исаков