使用反對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器線性化二氧化碳傳感器

盡管大多數(shù)二氧化碳傳感器采用紅外(IR)技術(shù)，但電化學(xué)傳感器因其靈敏度高、測(cè)量范圍廣且價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)成為不可小覷的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一。一般情況下，電化學(xué)傳感器通過(guò)一個(gè)偏置電流極低(<1pA)的緩沖放大器連接到微控制器。這時(shí)需要微控制器將傳感器的對(duì)數(shù)響應(yīng)線性化。該方案的一個(gè)較好例子就是SandboxElectronics公司的SEN-000007模塊，該模塊使用的是漢威電子公司生產(chǎn)的MG-811二氧化碳傳感器。參考文獻(xiàn)1中給出了電路和代碼，但沒(méi)有說(shuō)明具體精確度。

本設(shè)計(jì)實(shí)例針對(duì)該線性化問(wèn)題給出了一種純硬件的解決方案，該解決方案電路簡(jiǎn)單、成本低廉，并且便于調(diào)整、精確度高。輸出信號(hào)可以直接抵達(dá)面板表或微控制器，無(wú)需對(duì)數(shù)或反對(duì)數(shù)計(jì)算等復(fù)雜的數(shù)據(jù)操作。

MG-811傳感器可以測(cè)量400～10,000 ppm(0.04%～1%)范圍內(nèi)的二氧化碳濃度。圖1顯示了傳感器的傳遞函數(shù)。圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)源于MG-811數(shù)據(jù)手冊(cè)，線條和方程式由微軟Excel的曲線擬合工具生成。

圖2為所設(shè)計(jì)的電路，它使用了一個(gè)四運(yùn)算放大器和一對(duì)匹配晶體管。IC2A和IC2B形成一個(gè)調(diào)理電路，為傳感器提供高輸入電阻，去除來(lái)自傳感器響應(yīng)的265mV偏置，并放大產(chǎn)生的信號(hào)。其目標(biāo)是將傳感器響應(yīng)調(diào)整為VS=lnC(C為二氧化碳濃度)的形式，使反對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器(由IC2C、IC2D和匹配晶體管構(gòu)建，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)2)能夠?qū)崿F(xiàn)elnC=C的恒等式，由此得出VOUT與二氧化碳濃度間的線性關(guān)系。IC1電壓參考為2.5V，因而電路可與其他需要5V而非6V電源的氣體傳感器共同使用，例如Figaro公司的TGS4161。請(qǐng)注意，傳感器會(huì)吸收大量電流。

該電路僅需一個(gè)滿量程調(diào)節(jié)器(R11)即可完成校準(zhǔn)。精確度為±0.3%(見(jiàn)圖3)，可良好匹配3.5位面板表，并且大大優(yōu)于這種傳感器的期望精確度。