Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2014
Несмотря на то, что для определения концентрации углекислого газа чаще всего используются инфракрасные датчики, электромеханические аналоги составляют им серьезную конкуренцию благодаря высокой чувствительности, широкому диапазону измерений и дешевизне. Электромеханические датчики подключаются к микроконтроллеру, как правило, через буферный усилитель со сверхмалым входным током (менее 1 пА). Усилитель необходим для линеаризации логарифмического отклика датчика. Хорошим примером такого решения может служить модуль SEN-000007 компании Sandbox Electronics, в котором используется датчик CO2 MG-811, выпускаемый компанией Hanwei Electronics. К сожалению, в [1] приведены подробные схемы датчика и программные коды, но ни слова не сказано о его точности.
В статье представлено чисто аппаратное решение проблемы линеаризации, основанное на недорогой схеме, легко подстраиваемой и обеспечивающей хорошую точность. Выходной сигнал можно напрямую подключать к щитовому прибору или микроконтроллеру, причем сигнал не требует никакой сложной обработки, связанной с вычислениями логарифмов или антилогарифмов.
 |
|
| Рисунок 1. | Датчик имеет логарифмическую характеристику со смещением 265 мВ. |
Датчик MG-811 измеряет концентрацию CO2 в диапазоне от 400 до 10,000 ppm (от 0.04% до 1%). На Рисунке 1 изображена передаточная характеристика датчика. Точки на графике взяты из технического описания MG-811 [1]. Аппроксимирующая кривая и уравнение подобраны с помощью Microsoft Excel.
 |
|
| Рисунок 2. | Счетверенный операционный усилитель и согласованная пара транзисторов позволяют просто и с минимальными затратами линеаризовать характеристику датчика. R7 – это стандартный компенсирующий резистор, такой например, как приборы серий AT35 или ST35, выпускаемые компанией PRC. |
Схема представлена на Рисунке 2. В ней использованы счетверенный операционный усилитель и согласованная пара транзисторов. Цепь нормализации на микросхемах IC2A и IC2B обеспечивает высокое входное сопротивление для датчика, вычитает из сигнала датчика постоянное смещение 265 мВ и усиливает результирующий сигнал. Конченой целью является преобразование отклика датчика, изначально имеющего логарифмический характер VS = lnC (C – концентрация CO2), к виду, обеспечивающему линейную связь выходного сигнала VOUT c концентрацией CO2. Для этого на микросхемах IC2C, IC2D и паре согласованных транзисторов Q1, Q2 [2] сделан антилогарифмический преобразователь, реализующий функцию elnC = C. Микросхема LM385-2.5 источника опорного напряжения 2.5 В позволяет использовать в схеме другие газовые датчики, например, TGS4161 компании Figaro [3], для которого требуется источник питания не 6 В, а 5 В. Не забывайте, что датчик потребляет весьма существенный ток.
 |
|
| Рисунок 3. | Такой точности достаточно для 3.5-разрядного цифрового измерительного прибора. |
Для настройки схемы не требуется ничего, кроме калибровки полной шкалы с помощью подстроечного резистора R11. Точность ±0.3% (см. Рисунок 3) соответствует параметрам 3.5-разрядного цифрового измерительного прибора. Это намного лучше того, что можно было бы ожидать от датчика такого типа.
Ссылки
