使用反對數(shù)轉(zhuǎn)換器線性化二氧化碳傳感器

2015年03月27日 10:52$artinfo.Reprint點擊量：1137

　　盡管大多數(shù)二氧化碳傳感器采用紅外(IR)技術(shù)，但電化學傳感器因其靈敏度高、測量范圍廣且價格低廉等優(yōu)勢成為不可小覷的競爭對手之一。一般情況下，電化學傳感器通過一個偏置電流極低(<1pA)的緩沖放大器連接到微控制器。這時需要微控制器將傳感器的對數(shù)響應線性化。該方案的一個較好例子就是SandboxElectroNIcs公司的SEN-000007模塊，該模塊使用的是MG-811二氧化碳傳感器。參考文獻1中給出了電路和代碼，但沒有說明具體度。
　　
　　本設計實例針對該線性化問題給出了一種純硬件的解決方案，該解決方案電路簡單、成本低廉，并且便于調(diào)整、度高。輸出信號可以直接抵達面板表或微控制器，無需對數(shù)或反對數(shù)計算等復雜的數(shù)據(jù)操作。
　　
　　MG-811傳感器可以測量400～10，000ppm(0.04%～1%)范圍內(nèi)的二氧化碳濃度。圖1顯示了傳感器的傳遞函數(shù)。圖中數(shù)據(jù)點來源于MG-811數(shù)據(jù)手冊，線條和方程式由微軟Excel的曲線擬合工具生成。

　　圖1：傳感器具有對數(shù)響應特性，偏置為265mV.

　　
　　圖2為所設計的電路，它使用了一個四運算放大器和一對匹配晶體管。IC2A和IC2B形成一個調(diào)理電路，為傳感器提供高輸入電阻，去除來自傳感器響應的265mV偏置，并放大產(chǎn)生的信號。其目標是將傳感器響應調(diào)整為VS=lnC(C為二氧化碳濃度)的形式，使反對數(shù)轉(zhuǎn)換器(由IC2C、IC2D和匹配晶體管構(gòu)建，詳見參考文獻2)能夠?qū)崿F(xiàn)elnC=C的恒等式，由此得出VOUT與二氧化碳濃度間的線性關(guān)系。IC1電壓參考為2.5V，因而電路可與其他需要5V而非6V電源的氣體傳感器共同使用，例如Figaro公司的TGS4161.請注意，傳感器會吸收大量電流。

　　圖2：一個四運算放大器和一對匹配晶體管即可簡單明了地完成線性化操作。R7是一種標準的補償電阻器，如由PRC公司提供。
　　

　　該電路僅需一個滿量程調(diào)節(jié)器(R11)即可完成校準。度為±0.3%(見圖3)，可良好匹配3.5位面板表，并且大大優(yōu)于這種傳感器的期望度。

　　圖3：度足以支持3.5位面板表

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