电化学式传感器通常是电流方式输出,信号的灵敏度从几十nA/ppm到几百nA/ppm,其数值根据气体的种类不同而不同。另外,不同厂家的传感器也略有差异。此类传感器一般3个引脚,分别是工作电极(WE)/参考电极(RE)/对电极(CE)。 工作电极与对电极之间流动的电流与气体浓度成比例。参考电极没有电极流动,只是提供一个参考电压。对于不同气体传感器,参考电压会有所不同,设计后端电路时要仔细阅读产品手册。
ADA4505-1/2/4是超低功耗,轨到轨,零交越失真输入输出放大器。Ib为0.5pA,供电范围1.8~5V,每个放大器的功耗为10μA,非常适合此应用。
AD7988-1是16bit分辨率,100Kbps采样率的SAR型超低功耗ADC。功耗在100Kbps采样率时仅0.7mW。
AD7792/3是16/24bit分辨率,低功耗的S/D型ADC。内部集成仪表放大器及其参考源,适于低频高精度的采样系统。
3 催化燃烧式:
催化燃烧式传感器如图5所示。包括探测器端和补偿端。通过配置外围的R1/R2/VR,使电桥平衡。采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,使温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电信号,再经过信号放大电路、稳定和处理*终得到测量数。在此种应用中,需要放大器有较高的共模抑制比,低失调电压,可选用仪表放大器实现。
AD8420是低功耗90μA,宽电压供电范围2.7V~36V,高共模抑制(100dB)的轨到轨输出的仪表放大器。
热势电是红外传感器中重要的一种,其传感器及其典型接口电路如图7和图8所示,框中部分是传感器,内部集成有JFET和CMOS运放两种形式。对外部均需要精密运算放大器对输出的信号进行调理。温度的变化对于此类传感器影响较大,一般有温度校正的环节。
PID光电离式传感器的电路部分不仅包括信号的检测电路,还包括紫外光的电源驱动,风扇控制电路等控制。严格的说,它是一个气体探测器,而非传感器。以下仅讨论起信号的检测部分。光离化后,产生的离子流通常在0.1nA的等级,需要微弱信号检测技术。需超低偏流的TIA放大器,处理噪声极为重要,如图9所示。信号放大之后需要高精度,低噪声的模数转换器ADC。当然,也有一些传感器将这些都处理好,提供给用户的直接是mV级灵敏度的电压信号。再此基础上,用户就可以通过简单的放大电路进行处理。
AD7190是分辨率24bit,超高精度S/D型ADC,在4.7Hz吞吐率,增益128时,噪声水平仅为8.5nV/sqrt Hz.广泛的用于超高精度数据采样系统。
对于气体传感器后端的信号处理,ADI提供了非常有竞争力的信号调理产品,如上所述的运算放大器、仪表放大器、数据转换器等。表1给出了针对不同类型的气体传感器对信号调理器件的主要参数需求,及其推荐器件。
表1: 信号调理要求VS气体传感器类型
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