一氧化碳浓度分析仪。方案、说明

一氧化碳浓度分析仪。无线电电子电气工程百科全书

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一氧化碳（一氧化碳，CO）是毒性最强的燃烧产物之一。它是烟雾的一部分，在所有有机物质和含碳物质阴燃和燃烧过程中释放。它是一种剧毒气体。它既没有颜色，也没有气味，这使得它特别危险，很难被及时发现。一个人只能通过一氧化碳中毒的最初症状才能感觉到空气中存在一氧化碳，这是非常糟糕的。中毒在不知不觉中发生并迅速增长。有时，尝试挽救已经为时已晚，因为一氧化碳能够在几秒钟内“关闭”一个人的意识。

一氧化碳对人体的主要作用是与红细胞中的血红蛋白结合。通过这样做，它阻断了氧气进入细胞的路径，身体根本无法继续运作。不幸的是，人们在日常生活中必须不断地处理这种危险的毒物，不仅在大城市（在繁忙的道路上、燃气灶和热水器附近），而且在农村地区（在大型高速公路附近、浴室和房屋中）用炉子加热）。）因此，非常需要有一个指示家中空气中一氧化碳危险浓度的指示器。

Figaro Engineering 使用液体电解质 TGS5042 生产了一种廉价且可靠的这种气体电化学传感器 [1-3]。在尺寸和外观方面，它与传统的 AA 电池类似，工作温度范围为 -40 至 70 ^оCO 浓度为 0 至 10000 ppm 时的 C。与其他类似传感器相比，TGS5042 具有许多优势。它采用弱碱性电解液，满足环境安全的所有要求，运行过程中不存在电解液从本体泄漏、电极磨损和传感器化学材料消耗的情况。对其他气体敏感性低、成本低、使用寿命长、校准方便。

（点击放大）

该传感器用于所述装置，其电路如图所示。该设备检测空气中是否存在一氧化碳，并测量其浓度范围为百万分之 1-999 (ppm)。装置将测量结果显示在三位七元件LED指示器HG1上，当气体浓度超过100ppm时，由声音发射器HA1产生信号。

俄罗斯联邦规定空气中污染物的最大允许浓度为毫克每立方米 [4, 5]。根据这些文件，露天一氧化碳浓度不得超过3毫克/立方米³ （每天平均）和 5 mg/m³ （峰值），室内空气中 - 20 mg/m³ 全天，50 mg/mXNUMX³ - 一小时内，100 mg/m³ - 30 分钟内或 200 mg/m³ 15 分钟内对于一氧化碳，1 mg/m3 相当于 0,86 ppm。

传感器B1的输出电流与环境空气中一氧化碳的浓度成正比，并具有转换系数

1,2...2,4 毫安/ppm。借助属于 DA1 芯片 (MAX9001ESD) 的运算放大器，传感器电流被转换为电压，并由基于 DA2 和 DD1 芯片的数字电压表测量。当传感器转换系数为 2 nA/ppm 且 R1=500 kΩ 时，1000 ppm 的一氧化碳浓度对应于运算放大器输出端的 1 V 电压。

DA1芯片中除了运放外，还有一个1,23V的精密参考电压源和一个迟滞区宽度为2mV的电压比较器。器件中比较器的一个输入端由运算放大器的输出端提供电压，第二个输入端由使用电阻分压器 R2R3 获得的 100 mV 参考电压提供，该电压对应于一氧化碳浓度100 ppm。如果运放输出端的电压超过该值，比较器输出端的逻辑电平将变低，场效应晶体管VT2将打开，电源电压将通过它提供给发声器HA1 。发射极内置振荡器的频率由电容器 C4 设置。

芯片DA2（CA3162E）是一款数字电压表，测量范围为0-999 mV，并具有结果的动态指示。要与三位七元件LED指示灯配合使用，只需添加一个DD1编码转换器（CA3161E）和三个VT3-VT5晶体管开关即可。

为了防止传感器极化，当电源关闭时，有必要将其输出相互连接。为此，设计了一个 p 沟道场效应晶体管 VT1 (J177)，该晶体管在断电时打开，但在其栅极相对于源极施加 +5V 电压时关闭。电源必须稳定且设计用于至少 200 mA 的负载电流。

设备的调整从电压表的校准开始。首先，DA2 芯片的输入（引脚 11）暂时与 DA3 芯片的引脚 10 和 1 断开，并连接到公共线（负电源）。微调电阻R4使指示器的读数为零。然后就输出了。如图11所示，+999mV的恒压和微调电阻R5将指示器上的数字设置为999，之后DA3芯片的10、1脚与DA11芯片的2脚恢复连接。

有关 TGS5042 传感器的各个转换系数的信息可在其每个实例的主体上找到。如果它与 2 nA/ppm 不同，则电阻器 R1 的阻值必须与该系数成反比地改变。比较器输入端（引脚 11 DA1）的示例性电压对应于打开声音信号所需的阈值，由选择的电阻器 R2 和 R3 来设置。建议使用电阻R1-R3，其最大阻值与标称值的偏差至少为±1%。

文学

Kraszewski R. Figaro Engineering 推出的新系列一氧化碳传感器 TGS5042。 -《乌克兰芯片新闻》，第 4 期 (114)，2012 年 44 月，第 46 页XNUMX-XNUMX。
Romanova I. 高灵敏度气体传感器，FIGARO ENGINEERING 的新颖产品。 - “电子：NTB”，2011 年，第 1 期 (00107)，第 64-70 页。
TGS 5042 - 用于检测一氧化碳。 - 网址：figarosensor.com/products/5042pdf.pdf。
“人口稠密地区大气中污染物的最大允许浓度（MPC）”。卫生标准 GN 2.1.6.1338-03（25 年 2003 月 42 日俄罗斯联邦国家首席卫生医师批准）。 - 网址：ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/42030/XNUMX/index.php。
“工作区域空气中有害物质的最大允许浓度（MPC）”。卫生标准 GN 2.2.5.1313-03（俄罗斯联邦首席国家卫生医生于 27 年 2003 月 1 日批准）。 - URL：norm-load.ru/SNiP/Data42/42033/XNUMX/index.htm。

作者：A. Kornev

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