使用電化學(xué)傳感器的單電源、微功耗有毒氣體探測器

電路功能與優(yōu)勢

圖1所示電路是使用電化學(xué)傳感器的單電源、低功耗、電池供電、便攜式氣體探測器。本示例中使用Alphasense CO-AX一氧化碳傳感器。

對于檢測或測量多種有毒氣體濃度的儀器，電化學(xué)傳感器能夠提供多項(xiàng)優(yōu)勢。大多數(shù)傳感器都是針對特定氣體而設(shè)計(jì)，可用分辨率小于氣體濃度的百萬分之一(ppm)，所需工作電流極小，非常適合便攜式電池供電的儀器。

圖1所示電路使用雙通道微功耗放大器ADA4505-2 ，該器件在室溫下的最大輸入偏置電流為2 pA，每個放大器的功耗僅為10 μA。此外，ADR291 精密、低噪聲、微功耗基準(zhǔn)電壓源的功耗僅為12 μA，可建立2.5 V共模偽地基準(zhǔn)電壓。

圖1. 低功耗氣體探測器電路

ADP2503 高效率、降壓/升壓調(diào)節(jié)器支持兩節(jié)AAA電池的單電源供電，在節(jié)能模式下的功耗僅為38 μA。

圖1所示電路（不包括 AD7798 ADC）的總功耗在正常條件下（未探測到氣體）約為110 μA，在最差條件下（探測到2000 ppm CO）約為460 μA。AD7798工作時(shí)的功耗約為180 μA（G = 1，緩沖模式），節(jié)能模式下僅為1 μA。

由于電路功耗極低，兩節(jié)AAA電池便可提供合適的電源。當(dāng)連接到ADC和微控制器或者內(nèi)置ADC的微控制器時(shí)，電池壽命可從6個月以上到一年以上不等。

電路描述

圖2顯示電化學(xué)傳感器測量電路的原理示意圖。電化學(xué)傳感器的工作原理是允許氣體通過薄膜擴(kuò)散到傳感器內(nèi)，并與工作電極(WE)相互作用。傳感器參考電極(RE)提供反饋，以便通過改變反電極(CE)上的電壓保持WE引腳的恒定電位。WE引腳上的電流方向取決于發(fā)生的反應(yīng)是氧化還是還原。在一氧化碳情況下發(fā)生的是氧化；因此，電流會流入工作電極，這要求反電極相對于工作電極處于負(fù)電壓（通常為300 mV至400 mV）。驅(qū)動CE引腳的運(yùn)算放大器相對于 VREF 應(yīng)具有±1 V的輸出電壓范圍，以便為不同類型的傳感器（Alphasense應(yīng)用筆記AAN-105-03，設(shè)計(jì)恒電位電路，Alphasense公司）提供充足裕量。

圖2. 簡化電化學(xué)傳感器電路