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使用电化学传感器的单电源微功耗有毒气体探测器

发布时间:2020-06-30 18:18:06 阅读: 来源:建筑模板厂家

电路功能与优势

本文引用地址:图1所示电路是使用电化学传感器的单电源、低功耗、电池供电、便携式气体探测器。本示例中使用Alphasense CO-AX一氧化碳传感器。

对于检测或测量多种有毒气体浓度的仪器,电化学传感器能够提供多项优势。大多数传感器都是针对特定气体而设计,可用分辨率小于气体浓度的百万分之一(ppm),所需工作电流极小,非常适合便携式电池供电的仪器。

图1所示电路使用双通道微功耗放大器ADA4505-2 ,该器件在室温下的最大输入偏置电流为2 pA,每个放大器的功耗仅为10 μA。此外,ADR291 精密、低噪声、微功耗基准电压源的功耗仅为12 μA,可建立2.5 V共模伪地基准电压。

图1. 低功耗气体探测器电路

ADP2503 高效率、降压/升压调节器支持两节AAA电池的单电源供电,在节能模式下的功耗仅为38 μA。

图1所示电路(不包括 AD7798 ADC)的总功耗在正常条件下(未探测到气体)约为110 μA,在最差条件下(探测到2000 ppm CO)约为460 μA。AD7798工作时的功耗约为180 μA(G = 1,缓冲模式),节能模式下仅为1 μA。

由于电路功耗极低,两节AAA电池便可提供合适的电源。当连接到ADC和微控制器或者内置ADC的微控制器时,电池寿命可从6个月以上到一年以上不等。

电路描述

图2显示电化学传感器测量电路的原理示意图。电化学传感器的工作原理是允许气体通过薄膜扩散到传感器内,并与工作电极(WE)相互作用。传感器参考电极(RE)提供反馈,以便通过改变反电极(CE)上的电压保持WE引脚的恒定电位。WE引脚上的电流方向取决于发生的反应是氧化还是还原。在一氧化碳情况下发生的是氧化;因此,电流会流入工作电极,这要求反电极相对于工作电极处于负电压(通常为300 mV至400 mV)。驱动CE引脚的运算放大器相对于 VREF 应具有±1 V的输出电压范围,以便为不同类型的传感器(Alphasense应用笔记AAN-105-03,设计恒电位电路,Alphasense公司)提供充足裕量。

图2. 简化电化学传感器电路

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