二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用

度上，一般需要给加热器提供加热电压进行加热，但加热电压的变化将直接影响传感器的稳定性，因此加热电压必须稳定，其范围应在５．０±０．２ＶＤＣ之内。为了保证ＣＯ２的准确测量，除了保证加热电压稳定及对环境温度的变化进行温度补偿外，更主要的是要测量两电极之间变化的电势值ΔＥＭＦ，而不是绝对电势值ＥＭＦ，因为ΔＥＭＦ与ＣＯ２浓度变化之间有一个较好的线性关系。虽然ＥＭＦ绝对值随环境温度的上升而上升，ΔＥＭＦ却保持常量，而且它在－１０℃～＋５０℃温度范围内，基本不受温度的影响。

图2

    ΔＥＭＦ值可由下式求得：

ΔＥＭＦ＝ＥＭＦ１－ＥＭＦ２

其中，ＥＭＦ１为３５０ｐｐｍ的ＣＯ２中的ＥＭＦ值；ＥＭＦ２为所测量的ＣＯ２的ＥＭＦ值。

在温度为２０℃±２℃、湿度为６５±５％ＲＨ、加热电压为５．０±０．０５ＶＤＣ、预热时间为７天或大于７天的条件下，测得传感器在浓度为３５０ｐｐｍ中的ＥＭＦ值是２２０～４９０ｍＶ，而ΔＥＭＦ在３５０～３５００ｐｐｍ的ＣＯ２浓度中的值是４４～７２ｍＶ，因此?在实际测量应用电路中，要根据传感器的特点要求，除使用高输入阻抗（≥１００ＧΩ）、低偏置电流（≤１ｐＡ）的运算放大器外，还要对测得的信号进行处理。处理该信号通常有两种方案可供选择：一是使用费加罗（ＦＩＧＡＲＯ）公司的ＦＩＣ９８６４６专用处理器模块，二是选用其它型号的单片机并通过自己编程进行信号处理。

４　基本应用

利用ＴＧＳ４１６０传感器并通过高输入阻抗、低偏置电流的运放进行放大，再作一些简单的运算处理，就可以在ＣＯ２浓度为３００～５０００ｐｐｍ的范围内测得信号，该信号为０～几百毫伏的电压信号，可以供高精度Ａ／Ｄ采样使用。如果使用费加罗（ＦＩＧＡＲＯ）公司提供的ＡＭ－４ ＣＯ２传感器模块，则可直接应用于自动通风换气系统或是ＣＯ２气体监测。该模块内部带有Ａ／Ｄ转换器，并已对数据进行了采样并作了处理。它输出的电压信号与ＣＯ２浓度值呈线性关系，输出的电压信号为０～３．０Ｖ，相当于０～３０００ｐｐｍ的ＣＯ２浓度。另外，该模块还提供有中继转接控制信号。当ＣＯ２浓度高于设定值时，输出的转接控制信号为高电平５Ｖ，该信号可以使得红ＬＥＤ点亮；反之，它将转接控制信号为低电平０Ｖ以使绿ＬＥＤ点亮。但是，该模块的设定值是分档的，而不是连续可调的。共分为四档（可通过线路板上的跳线来实现），表１和表２分别给出了门限开关信号的浓度值及跳线连接方法。ＡＭ－４模块的实用电路原理图见图２所示。

表1 门限信号浓度

控制信号门限 档次 开 关 Ⅰ 800ppm 720ppm Ⅱ 1000ppm 900ppm Ⅲ 1500ppm 1350ppm Ⅳ 2000ppm 1800ppm

表2 跳线连接

连   接   方   式 档次 JP5 JP6 JP7 JP8 Ⅰ 连 连 连 断 Ⅱ 连 连 断 连 Ⅲ 连 断 连 连 Ⅳ 断 连 连 连

如果认为使用ＡＭ－４模块不方便或是认为价格太高，也可以自行设计电路，并自行编写程序进行处理。

５　结束语

ＴＧＳ４１６０型ＣＯ２传感器特别适合于连续监测ＣＯ２的场所，它不需断电，其稳定性好。但ＴＧＳ４１６０传感器不适于做便携式或手持式ＣＯ２测量仪器。因为预热时间太长，不能即时测量，同时传感器的功率也较大。此外，传感器暴露在某些气体中（如氯气）会降低灵敏度，由于沸石可以对某些干扰气体（如乙醇）加以滤除。因此，不用时可置于干燥剂中，并用专用袋进行密封。

《二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用(第2页)》