【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

时间： 2019-08-03 来源：SGX（Amphenol sensors旗下品牌）

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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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