【应用】电化学传感器EC4-500-CO,浓度检测范围0~500ppm,极限浓度1500ppm,助力一氧化碳监测
一氧化碳是一种无色、无味、剧毒的气体,它能破坏人体的供氧能力,当其人体血液中聚集并达到一定的浓度时,就会使人产生眩晕、头痛、恶心、呕吐、嗜睡、昏迷等中毒症状,严重的可造成神经损伤变成植物人或死亡。据统计,每年因煤气中毒而身亡的人数不在少数,其罪魁祸首是一氧化碳。随着无人机技术的发展,越来越多的公司使用无人机携带一氧化碳测试设备,飞行到需要测试空气质量的区域,自动为我们绘制城市的污染分布图。
图一:典型的无人机大气监测系统组成
由于无人机携带能力有限,机载大气监测设备必须具有小体积和高性能的特点。笔者在为某科技公司设计的无人机大气监测设备中,选择了SGX公司(安费诺旗下品牌)的电化学传感器EC4-500-CO,传感器封装高度只有16mm,外径20mm,克服了空间紧凑的困难,并且传感器具有高的灵敏度和分辨率,线性输出和良好的稳定性,高温高湿环境下良好耐用性。非常适合无人机高空环境,保证了数据的实时性和准确性。
图二:SGX公司EC4-500-CO电化学传感器外观
主要性能特点:
浓度检测范围:0~500ppm
极限浓度:1500ppm
灵敏度:55 - 85 nA/ppm
基线漂移(20°C):<±3.1 ppm
分辨率:1ppm
长期稳定性:<2%信号值/月
工作温湿度范围:-20~+50 °C;15 - 90% RH(无冷凝)
工作压力范围:90 - 110 kPa
图三:EC4-500-CO电化学传感器尺寸
在信号采集转换电路设计中,需要注意,EC4-500-CO的三个管脚中的Vref和Vsense之间要保持0V的偏置电压。信号采集电路设计如下。运放IC1监测传感器管脚R上的电压Vref,产生对应的电压Vcount输出至传感器管脚C,从而保证Vref和设置电压Vset相等。当气体浓度改变时,Vcount电压随之改变,以保证供给Conter电极足够的电流,用来平衡传感器S电极的输出电流。
设计中要注意,一氧化碳传感器的S电极为电流输出,并且输出电流大小和气体浓度大小成正比。其它气体例如氯气、二氧化氮等的S电极则为电流灌入。输出运放IC2将传感器电极S输出的电流信号转变为电压信号输出,信号采集灵敏度通过电阻RGAIN来调节。
图四:EC4-500-CO电化学传感器信号采集转换电路
SGX公司的电化学传感器是非常精密的器件,笔者建议,外围信号采集转换电路设计时,必须保证PCB布线的信号完整性以及采用适当的电容去耦,以杜绝可能产生的信号干扰。
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