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氣體檢測(cè)傳感器簡(jiǎn)介及其信號(hào)調(diào)理器件的選擇
目前,，工業(yè)生產(chǎn)安全，環(huán)境污染等問(wèn)題倍受關(guān)注,。所發(fā)生的事故中,，有一類是由于有毒、易燃,、易爆氣體的泄漏所造成,。因此,，對(duì)于此類氣體的檢測(cè),，預(yù)警及其防范有其重要意義。越來(lái)越多的企業(yè)致力于有毒/有害氣體的監(jiān)測(cè),。本文將簡(jiǎn)要介紹氣體檢測(cè)傳感器的類型,，特點(diǎn)及ADI公司在此應(yīng)用中所提供給的出色信號(hào)調(diào)理器件。
一,、氣體傳感器的類型
傳感器是氣體檢測(cè)設(shè)備的核心元件,，按照其檢測(cè)原理可分為：金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器、電化學(xué)式傳感器,、催化燃燒式傳感器,、紅外式傳感器、PID光離子化傳感器等,。
1 金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器
金屬氧化物半導(dǎo)體式氣體傳感器是利用在一定溫度下,，被測(cè)氣體的吸附作用，改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率,，其變化率與氣體成份,，濃度相關(guān)。通過(guò)檢測(cè)電阻的變化,，檢測(cè)得待測(cè)氣體,。半導(dǎo)體式氣體傳感器的主要特點(diǎn)：靈敏度高,，響應(yīng)快，壽命長(zhǎng),，成本低,，對(duì)濕度敏感度低，但需要高溫加熱,，氣體的選擇性差,，環(huán)境因素影響大，輸出穩(wěn)定性差,，功耗高,。廣泛使用的在氣體的微漏現(xiàn)象的測(cè)量，如 甲烷(天然氣,、沼氣),、酒精、一氧化碳(城市煤氣),、硫化氫,、氨氣(包括胺類，肼類)等氣體,，但不宜用于精密測(cè)量氣體含量的場(chǎng)合,。
2 電化學(xué)式傳感器
電化學(xué)氣體傳感器是一種微燃料電池元件，利用氣體在電化學(xué)氧化/還原反應(yīng)原理,，氣體在工作電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，在化學(xué)試劑、電極間產(chǎn)生電流,，電流隨著氣體濃度變化而變化,，通過(guò)檢測(cè)電流的大小得到氣體濃度的值。這種類型傳感器包括原電池型,、恒定電位電解池型,、濃差電池型、極限電流型等,。電化學(xué)傳感器的主要特點(diǎn)是氣體的高靈敏度,、選擇性好，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,，相應(yīng)時(shí)間慢,，但壽命短，此類傳感器可以檢測(cè)許多有毒氣體和氧氣,，例如一氧化碳,、硫化氫、氨氣和氧氣等。
3 催化燃燒式傳感器
催化燃燒式氣體傳感器是是氣敏材料在通電狀態(tài)下,，可燃?xì)怏w在催化劑作用下燃燒,，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。一般是在鉑電阻的表面制備耐高溫的催化劑層,，在一定的溫度下,，可燃性氣體在其表面催化燃燒，鉑電阻溫度升高,，電阻變化,，變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)。此類型氣體傳感器的主要特點(diǎn)是精度高,，相應(yīng)快,，壽命長(zhǎng)，在可燃性氣體范圍內(nèi),，選擇性差,，且容易發(fā)生"傳感器中毒"（有機(jī)物蒸汽會(huì)使傳感器失效），有引爆氣體的危險(xiǎn),。
4 紅外式傳感器
紅外式傳感器是根據(jù)光譜吸收法,，氣體對(duì)某個(gè)中紅外區(qū)的特定波長(zhǎng)的吸收原理，檢測(cè)特征吸收峰位置的吸收強(qiáng)度,，確定某氣體的濃度及其種類,。其特點(diǎn)是，抗中毒性好,，靈敏度高,，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高,。對(duì)大多數(shù)碳?xì)浠衔锒加蟹磻?yīng),，如甲烷,，乙炔,，氨氣，二氧化碳等,，可以有效地分辨氣體的種類,，準(zhǔn)確測(cè)定氣體濃度。
5 PID光離子化氣體傳感器
PID光離子化傳感器由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成,，通過(guò)離子室內(nèi)的正負(fù)電極,，形成電場(chǎng)，在紫外燈的照射下,，離子化待測(cè)氣體,，生成正負(fù)離子，在電極間形成電流，經(jīng)放大輸出信號(hào),。PID光離子化氣體傳感器精度高,，靈敏度好，響應(yīng)快,，無(wú)中毒問(wèn)題,，安全可靠，但成本高,，定期維護(hù),。主要用于揮發(fā)性有機(jī)化物測(cè)量，如芳香烴類,、酮類,、醛類等。
二 ,、信號(hào)調(diào)理要求
1 半導(dǎo)體式：
此類通常傳感器含有4/6個(gè)引腳,，如圖1所示：H/h 為加熱級(jí)，A/a與B/b是敏感電阻的兩極,，器中A/a內(nèi)部短路,，B/b內(nèi)部短路。VH是加熱電壓,，Vc是激勵(lì)電壓,，RL為端接負(fù)載電阻。通過(guò)兩端的電壓VRL可得到傳感器的阻值,，即可得到氣體的濃度（根據(jù)傳感器廠家提供的特征曲線計(jì)算）,。
在測(cè)量VRL時(shí)，對(duì)后端的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的要求一般不高,，一般選取高輸入阻抗,，帶寬小于1Mhz的低成本的放大器。ADC：低成本,，一般采用單片機(jī)（MCU）集成的ADC 分辨率>=8 bits, 采樣率 < 1Kbps,，或直接采用比較器，作為報(bào)警功能使用,。門限值的調(diào)整與負(fù)載電阻RL相關(guān),。
AD8613是低成本，低功耗的放大器,，帶寬400Khz,，失調(diào)電壓2.2mV，可作為緩沖/放大電路使用,。
AD7170是低功耗,，分辨率12bit，數(shù)據(jù)吞吐率為125hz S/D型ADC，適合低功耗,，一般精度要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。