• 产品名称:多赢彩票一种低功耗有毒气体探测器的设计
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  • 发布时间: 2019-06-22
产品详细

  采用5 V单电源供电时,遵循公式1可知,跨导放大器U2-B的输出限度为2.5 V。即使将AD5271配置为12.5 kΩ,就能够应用传感器最差灵便度境况下的限度,并能供给大约10%的超量程才气。

  图2给出了该便携式气体探测器的电道。双通道微功耗放大器 ADA4505-2正在恒电位修设(U2-A)和跨导修设(U2-B)下运用。该放大器的功耗和输入偏置电流特地低,看待恒电位个别和跨导个别都是很好的选取。每个放大器的功耗仅10 μA,所以电池寿命特地长。

  针对差异气体或来自差异修设商的传感用具有差异的电流输出限度。即使U4运用可编程变阻器AD5271,而不是固定电阻,就能够针对差异的气体传感器采用雷同的布局和质料。其余,如许的产物还扶助调度传感器,由于微限定器能够针对差异的气体传感器,将AD5271配置为相宜的电阻值。AD5271的温度系数为5 ppm/°C,优于大大都分立电阻;其电源电流为1 μA,对体例功耗的影响极小。

  本文刻画一种运用电化学传感器的便携式一氧化碳(CO)探测器。一氧化碳的IDLH浓度远高于大大都其它有毒气体,收拾起来相对更安宁。但一氧化碳已经属于致命性气体,测试本文所述电道时应极其小心并采用相宜的透风门径。

  跨导放大器的输入噪声应乘以此增益。ADA4505-2的0.1 Hz至10 Hz输入电压噪声为2.95 μVp-p,所以输出端的噪声为:

  流入WE端的电流会导致U2-A的输出端形成相看待WE端的负电压。看待一氧化碳传感器,此电压一般为数百毫伏,但看待其它类型的传感器,此电压可以高达1 V。为采用单电源供电,微功耗基准电压源 ADR291(U1)将统统电道提拔到地以上2.5 V。多赢彩票ADR291的功耗仅12 μA;它还能供给基准电压,以使模数转换器可对此电道的输出实行数字化收拾。

  图1所示为Alphasense公司的CO-AX传感器。外2是CO-AX传感器技巧规格摘要。

  Q1为P沟道JFET。电道启动时,栅极电压为VCC,晶体管断开。体例合断时,栅极电压降至0 V,JFET开启,使RE端和WE端仍旧雷同的电位。当电道再次启动时,这能够大大改良传感器的开启修筑时刻。

  该电道由两节AAA电池供电。运用二极管供给反向电压维护会奢侈贵重的电能,所以本电道运用P沟道MOSFET (Q2)。该MOSFET通过窒碍反向电压来维护电道,施加正电压时导通。MOSFET的导通电阻小于100 mΩ,所以它惹起的压降远小于二极管。除AAA电池以外,降压-升压调剂器ADP2503还许可运用最高5.5 V的外部电源。正在省电形式下就业时,ADP2503的功耗仅38 μA。由L2、C12和C13组成的滤波器可清除模仿电源轨形成的任何开合噪声。衔接外部电源时,该仪外不是通过一个电道来断开电池,而是应用一个插孔以板滞方法断开电池,从而避免电能奢侈。

  看待这种行使中的便携式仪外,杀青最长的电池寿命是最首要的方针,所以,必需将功耗降到最低,这一点至合首要。正在典范的低功耗体例中,衡量电道上电后施行一次衡量,然后合断进入长时刻待机状况。然而,正在这种行使中,因为电化学传感器的时刻常数很长,衡量电道必需永远仍旧上电状况。运气的是,由于呼应迟缓,是以咱们能够运用微功耗放大器、高值电阻和低频滤波器,从而将约翰逊噪声和1/f噪声降至最低。其余,单电源供电可避免双极性电源的功率奢侈局面。

  电阻R4使跨导放大器的噪声增益仍旧正在合理程度。R4的值需量度两个要素:噪声增益的幅度和露出于高浓度气体时传感器的修筑时刻差错。看待本电道,R4 = 33 Ω,由此可谋划噪声增益等于380,如公式4所示。

  传感器的最大呼应为90 nA/ppm,如外2所示,其最大输入限度为2,000 ppm。所以,最大输出电流为180 μA,最大输出电压由跨导电阻决心,如公式2所示。

  正在三电极电化学传感器中,方针气体扩散到传感器,通过一层薄膜后效用于就业电极(WE)。恒电位电道检测参考电极(RE)的电压,并向辅助电极(CE)供给电流,使RE端与WE端之间的电压仍旧恒定。RE端没有电流流进或流出,所以流出CE端的电流流进WE端,该电流与方针气体浓度成正比。流过WE端的电流可以是正值,也可以是负值,详细取决于传感器中产生的是还原反响仍旧氧化反响。看待一氧化碳,产生氧化时,CE端电流为负值(电流流入恒电位运算放大器的输出端)。电阻R4一般特地小,所以WE端的电压约等于VREF.

  运用AAA电池时,寻常境况(未检测到气体)下的总功耗约为100 μA,最差境况(检测到2,000 ppm CO)下的总功耗约为428 μA。即使该仪外与一个微限定器相连,正在不实行衡量时可进入低功耗待机形式,则电池寿命可达1年以上。

  运用65 nA/ppm的典范传感器呼应,能够通过下式将输出电压转换为一氧化碳的ppm:

  采用差分输入ADC时,只需将2.5 V基准电压输出端衔接到ADC的AIN-端,从而清除公式3中的2.5 V项。

  正在美邦,邦度职业安宁与壮健琢磨所(NIOSH)和美邦政府工业卫生学家集会(ACGIH)已章程了很众有毒工业气体的短时刻和长时刻接触限值。“阈限值—时刻加权均匀值”(TLV-TWA)是指大大都工人能够正在寻常8小时就业日内几次接触而不会受到无益影响的时刻加权均匀浓度。“阈限值—短时刻接触限值”(TLV-STEL)是指大大都工人能够短时刻接触而不会受到刺激或侵犯的浓度。“立地威迫人命或壮健的浓度”(IDLHC)是一种限定性浓度,它会对人命立地或迟缓形成威迫,导致弗成逆转的壮健损害,或者影响工人独立遁生的才气。外1列出了几种常睹气体的限值。

  该输出噪声相当于1.3 ppm p-p以上的气体浓度,这种低频噪声难以滤除。幸而传感器呼应特地慢,所以由R5和C6组成的低通滤波器能够具有0.16 Hz的截止频率。此滤波器的时刻常数为1秒,与传感器的30秒响合时间比拟可渺视不计。

  看待检测或衡量有毒气体浓度的仪器,电化学传感器可能供给众项上风。大大都传感器都是针对特定气体而策画,可用离别率小于气体浓度的百万分之一(1 PPM),所需就业电流极小,特地适合便携式电池供电的仪器。电化学传感器的一个首要性情是呼应迟缓:初度上电后,传感器可以需求数分钟时刻才具修筑至最终输出值;露出于中央量程的气体浓度时,传感器可以需求25到40秒时刻才具抵达最终输出值的90%。

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