Alkoholsensor MQ-3: Pinout, Funktionsweise & Arduino-Integration

Trunkenheit am Steuer ist weltweit ein schweres Vergehen. Die Messung der Blutalkoholkonzentration (BAK) ist daher essenziell für Verkehrskontrollen. Dieser Artikel erklärt, wie ein Alkoholsensor (MQ-3) funktioniert, wie er angebunden wird und wie man mit einem Arduino einen funktionsfähigen Atemalkoholtester baut.

Was ist ein Alkoholsensor?

Ein Alkoholsensor ist ein elektronisches Bauelement, das die Gaskonzentration von Ethanol misst und als analoges Signal ausgibt. Der MQ-3 ist ein weit verbreiteter Sensor der MQ-Serie mit Metalloxid-Halbleiter (MOS). Er arbeitet mit 5 V DC und erfasst Alkoholkonzentrationen zwischen 25 und 500 ppm (parts per million).

Pinout des MQ-3 Sensormoduls

Pinbelegung des MQ-3 Sensors (nicht des Moduls):

• A-Pins: Versorgungsspannung (VCC)
• B-Pins: Ein Pin an Masse (GND), der andere ist der Signalausgang
• H-Pins (Heater): Ein Pin an VCC, der andere an GND – versorgt den internen Heizer

Hinweis: A- und B-Pins sind untereinander vertauschbar.

Merkmale & Spezifikationen

Besondere Eigenschaften

1. Doppelte Metallgitter-Schutzschicht schützt den Heizer vor Explosionsgefahr (Alkohol ist brennbar).
2. Das röhrenförmige Sensorelement besteht aus Aluminiumoxid-Keramik mit Zinndioxid-Beschichtung (SnO₂) – beide Materialien sind empfindlich gegenüber Alkohol.
3. Hohe Empfindlichkeit, niedriger Preis, geringer Standby-Stromverbrauch.
4. Kompatibel mit vielen Mikrocontrollern (Arduino, ESP32, STM32, …).

Funktionsprinzip

Ohne Alkohol adsorbiert der erhitzte SnO₂-Schicht Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Sauerstoffmoleküle ziehen Elektronen aus dem SnO₂, es bildet sich eine Elektronen-Armutszone (Depletionsschicht) – der Widerstand steigt stark an, Strom fließt kaum.

Trifft Alkohol (aus Atemluft) auf den Sensor, reagiert er mit dem adsorbierten Sauerstoff. Die Oberflächendichte des Sauerstoffs sinkt, die Potentialbarriere verringert sich, Elektronen strömen in das SnO₂ – der Widerstand fällt, Strom fließt. Die Ausgangsspannung steigt proportional zur Alkoholkonzentration.

Die Einheit ppm (parts per million) gibt das Verhältnis an: 500 ppm bedeuten 500 Alkoholmoleküle auf 1 Million Gasmoleküle.

Anwendungsbereiche

• Atemalkoholtester für Verkehrskontrollen
• Hintergrundüberwachung in sensiblen Bereichen
• Industrielle und häusliche Ethanol-Gasalarme

Messung über analogen Ausgang

Verdrahtung

VCC des Sensors an 5 V (Arduino), GND an GND, Analog-Ausgang (AO) an Analog-Pin A0.

Kalibrierung

Zur Erhöhung der Genauigkeit werden Rohwerte auf Prozent/ppm skaliert. Test: In den Sensor atmen (nüchtern & nach Alkoholkonsum). Alternativ Isopropanol- oder Desinfektionsmitteldampf zuführen. Da der MQ-3 heizungsbasiert arbeitet, muss er vorab aufgewärmt werden (ca. 20 s). Beispielcode zum Aufheizen:

Fertigstellung & Schwellenwerte

Das folgende Programm klassifiziert die Messwerte:

• Nüchtern: < 120
• Im legalen Bereich: 120 – 400
• Betrunken: > 400

Hinweis: Schwellenwerte können nach Kalibrierung angepasst werden.

Erkennung über digitalen Ausgang

Das Modul besitzt einen integrierten Komparator mit Potentiometer zur Schwelleinstellung.

1. Verdrahtung: VCC an 5 V, GND an GND, Digital-Ausgang (DO) an einen digitalen Pin (z. B. D2). AO bleibt unbelegt.
2. Kalibrierung: Poti drehen, bis die Status-LED bei Alkoholdampf just aufleuchtet (Schwelle). Im Uhrzeigersinn = empfindlicher.
3. Arduino-Code: Liest den digitalen Pin aus und signalisiert „Alkohol erkannt“.

Erweiterung: Quantitative Gasmessung (RS/R₀)

Der MQ-3 detektiert nicht nur Alkohol, sondern auch andere Gase (Benzin, Methan, …). Für quantitative Messung bildet man den Quotient aus Sensorwiderstand im Zielgas (R_S) und in sauberer Luft (R₀).

1. R_S/R₀ ermitteln: Messung in bekannter Gaskonzentration.
2. Arduino-Sketch: Berechnung der Konzentration aus dem Verhältnis.
3. Atemalkoholtester mit LCD: Anzeige der BAK in Promille.

Pflege & Hinweise

Zur Lebensdauerverlängerung: Vor korrosiven Gasen, Alkalidämpfen, Silikondämpfen und Frost schützen. Diese Faktoren verringern die Empfindlichkeit dauerhaft.

Fazit

Der MQ-3 ist ein kostengünstiger, vielseitiger Alkoholsensor für Arduino-Projekte. Mit korrekter Kalibrierung und Pflege liefert er zuverlässige Ergebnisse für qualitative und quantitative Anwendungen. Fragen? Gerne kontaktieren!