气体检测传感器及提供信号的调理器件

2013-11-26 10:51 来源:电子信息网 作者:蒲公英


二 、信号调理要求

1 半导体式:

此类通常传感器含有4/6个引脚,如图1所示:H/h 为加热级,A/a与B/b是敏感电阻的两极,器中A/a内部短路,B/b内部短路。VH是加热电压,Vc是激励电压,RL为端接负载电阻。通过两端的电压VRL可得到传感器的阻值,即可得到气体的浓度(根据传感器厂家提供的特征曲线计算)。

在测量VRL时,对后端的放大器和数据转换器(ADC)的要求一般不高,一般选取高输入阻抗,带宽小于1Mhz的低成本的放大器。ADC:低成本,一般采用单片机(MCU)集成的ADC 分辨率>=8 bits, 采样率 < 1Kbps,或直接采用比较器,作为报警功能使用。门限值的调整与负载电阻RL相关。

AD8613是低成本,低功耗的放大器,带宽400Khz,失调电压2.2mV,可作为缓冲/放大电路使用。

AD7170是低功耗,分辨率12bit,数据吞吐率为125hz S/D型ADC,适合低功耗,一般精度要求的数据采集系统。

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2 电化学式:

电化学式传感器通常是电流方式输出,信号的灵敏度从几十nA/ppm到几百nA/ppm,其数值根据气体的种类不同而不同。另外,不同厂家的传感器也略有差异。此类传感器一般3个引脚,分别是工作电极(WE)/参考电极(RE)/对电极(CE)。 工作电极与对电极之间流动的电流与气体浓度成比例。参考电极没有电极流动,只是提供一个参考电压。对于不同气体传感器,参考电压会有所不同,设计后端电路时要仔细阅读产品手册。

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该传感器需要使用TIA(Trans Impedance Amplifier)将电流信号转成电压信号,再进行模数转换。由于信号的输出电流较小,需要选用Ib(偏置电流<10pA)较小的精密运算放大器。

ADA4505-1/2/4是超低功耗,轨到轨,零交越失真输入输出放大器。Ib为0.5pA,供电范围1.8~5V,每个放大器的功耗为10μA,非常适合此应用。

AD7988-1是16bit分辨率,100Kbps采样率的SAR型超低功耗ADC。功耗在100Kbps采样率时仅0.7mW。

AD7792/3是16/24bit分辨率,低功耗的S/D型ADC。内部集成仪表放大器及其参考源,适于低频高精度的采样系统。

3 催化燃烧式:

催化燃烧式传感器如图5所示。包括探测器端和补偿端。通过配置外围的R1/R2/VR,使电桥平衡。采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,使温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电信号,再经过信号放大电路、稳定和处理最终得到测量数。在此种应用中,需要放大器有较高的共模抑制比,低失调电压,可选用仪表放大器实现。

AD8420是低功耗90μA,宽电压供电范围2.7V~36V,高共模抑制(>100dB)的轨到轨输出的仪表放大器。

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传感器 气体检测

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