0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

深入探讨适合电化学气体传感器应用的运算放大器

analog_devices 来源: 亚德诺半导体 作者: 亚德诺半导体 2023-12-07 18:15 次阅读

电化学气体检测元件需要恒定的偏置才能正常准确地运行,这可能会消耗大量功率。当器件处于空闲或休眠模式时,正常的电源管理系统往往会试图让这些器件都保持关断状态。然而,电化学传感器需要数十分钟甚至几个小时才能稳定下来。因此,检测元件及其偏置电路必须处于"始终接通"状态。此外,对于使用单节AA电池的消费电子应用,所需的偏置电压通常非常低。

MAX40108 是一款低功耗、高精度运算放大器(运放),工作电源电压低至0.9 V,专为仪器仪表类应用而设计。此外,该器件具有轨到轨输入和输出特性,典型电源电流消耗仅25.5 µA,并且随着时间和温度变化,其典型零漂移输入失调电压为1 µV。因此,非常适合各种低功耗应用,例如乙醇和CO气体传感器等消费电子产品

图1显示了乙醇或CO等电化学传感器的框图。系统中采用了低压运算放大器,后者直接由1.5 V AA/AAA电池供电,为电化学传感器提供偏置电流,而系统的其余部分则处于休眠模式,以节省功耗。第一个运放U1为电化学传感器的参比电极供电。第二个运放U2配置为跨导放大器,将传感器的电流输出转换为电压输出,经放大后由微控制器进行数字化处理。电压信号通过 MAX44260 (即U3)放大,它是一款1.8 V、15 MHz、低失调、低功耗、轨到轨输入/输出(I/O)运算放大器。ES代表电化学传感器。

wKgaomVymY2AUATdAACLE8_EzJ8438.jpg

图1.使用MAX40108的电化学传感器的框图

乙醇传感器评估

在乙醇传感器评估中,使用的传感器是图2所示的SPEC 3SP_Ethanol_1000封装110-202。

wKgaomVykgGAGiRhAABlFDxpQP8526.jpg

图2.乙醇传感器SPEC 3SP_Ethanol_1000封装110-202

此SPEC乙醇传感器产生与捕获的气体量成比例的电流。它是一个三电极器件:WE、RE和CE。

WE:工作电极。WE偏置电压为0.7 V,用于检测气体蒸气。

RE:参比电极。此RE在电解质中提供0.6 V偏置电压的稳定电化学电位,不接触气体蒸气。

CE:对电极(CE)。

当存在气体时,CE导电。导电水平与气体浓度成正比,这样系统就可以对气体浓度进行电测量。

在该气体传感器评估中,气体颗粒需要与 SPEC传感器 物理接触。换句话说,乙醇传感器基本上只测量传感器本身所在位置存在的气体。因此,为了准确有效地检测乙醇和CO等气体,应将传感器放置在预计气体浓度会扩散到的位置。在此实验中,将棉签浸入乙醇溶液中,并将其放在SPEC传感器的正前方。

图3显示捕获到乙醇蒸气,如蓝色曲线所示。绿色曲线是包括微控制器在内整个系统的电流消耗,典型值为90 mA。然而,当VDD= 0.9 V、T ~A ~ = 25°C时,MAX40108本身的电流消耗仅为25.5 µA,如图4所示。

wKgZomVykgGAJ-MHAAP-c6sII9s863.jpg

图3.乙醇传感器的性能

wKgaomVymbGAC1nFAADPRWGfgA0316.jpg

图4.在各种电源电压下和工作温度范围内的电流消耗

当处于空闲模式时,微控制器每10秒唤醒一次,进行乙醇蒸气监测。当存在蒸气时,微控制器开始测量蒸气浓度,如蓝色曲线所示。红线显示AA电池电压约为1.5 V,黄线为CE电压。

为了观察乙醇传感器对蒸气浓度的响应度,将棉签移至离传感器更远的位置。捕获的结果如图5所示。正如预期的那样,蒸气浓度的幅度(蓝色曲线)相应地减小了。

wKgZomVykgGABLYVAAS5bVOn-9A847.jpg

图5.蒸气远离SPEC传感器时乙醇传感器的性能

CO传感器评估

与乙醇不同,CO是一种潜在有毒气体,汽油甚至无害蜡烛燃烧不完全时都会产生一氧化碳。因此,当进行CO气体实验时,采取适当的通风措施以确保健康和安全非常重要。在CO传感器评估中,我们使用蜡烛在遮住的广口瓶中产生CO气体,并使用相同的传感器SPEC 3SP_Ethanol_1000封装110-202来捕获CO气体浓度。

图6显示捕获到CO气体,如蓝色曲线所示。绿色曲线是包括微控制器在内整个系统的电流消耗,典型值为90 mA。

wKgaomVykgGAKEOuAAalvn5ZeY4315.jpg

图6.MAX40108 CO传感器的性能

与乙醇评估一样,当处于空闲模式时,微控制器每10秒唤醒一次,进行CO气体监测。当检测到该气体时,微控制器开始测量其浓度,如蓝色曲线所示。红线显示AA电池电压约为1.5 V,黄线为CE电压。

结论

为使消费电子和工业应用能够准确测量乙醇和CO气体,需要一种工作电源电压低至0.9 V的低功耗、高精度运算放大器。MAX40108器件专为有效捕获和测量乙醇和CO等常见气体而设计,电流消耗低至25.5 µA,尺寸仅为1.22 mm × 0.92 mm,采用8引脚WLP封装。该放大器具有关断模式,可进一步节省功耗,对于可穿戴设备、便携式医疗系统和工业物联网(IIoT)(例如压力、流量、液位、温度和接近测量),这一特性优势至关重要。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 运算放大器
    +关注

    关注

    215

    文章

    4931

    浏览量

    172857
  • 气体传感器
    +关注

    关注

    14

    文章

    542

    浏览量

    37685
  • 亚德诺
    +关注

    关注

    6

    文章

    4680

    浏览量

    15951
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    电化学气体传感器信号放大调试经验

    和气罩,流量计建议调试0.5L/min~1L/min,待信号电压输出VOUT的电压稳定后,将这个电压标注为满量程。 建议:如果想要传感器的数据更线性,建议多标定一个点,正常市场上的气体传感器是标定零点和满量程点,你可以增加标定量
    发表于 11-16 11:26

    电化学传感器ppt

    电化学传感器化学传感器:       可用以提供被检测体系(液相或气相)中化学部分实时信息
    发表于 07-02 13:12

    电化学传感器

    请各位 帮忙看一下这个电路顺便给解释一下或者推荐几本有关电化学传感器的书
    发表于 04-17 14:35

    应用电化学传感器的设计

    电路  电化学传感器需要控制电路来进行工作。这个控制电路 被称之为恒电势电路。图2 所示为一个简化的恒电势电路, 由两个放大器和一个场效应晶体管所组成。在实现这个电路 时,有一些小的变化,但功能和结果是一样的。  点此下载全文PDF资料: :
    发表于 11-15 14:45

    基于电化学传感器的Arduino兼容电化学气体检测电路CN0357

    电化学传感器为检测或测量许多有毒气体浓度的仪器提供了多种优势。该电路使用ADA4528-2,双自动零点放大器。使用AD5270-20可编程变阻器而不是固定的跨阻抗电阻,可以在不改变
    发表于 03-12 10:39

    电化学传感器的发展怎么样?

    电化学传感器用来测定目标分子或物质的电学和电化学性质,从而进行定性和定量的分析和测量。电化学传感器的发展具有悠久的历史,它的基本理论和威廉希尔官方网站 发展与电分析化学密切相关,最早的
    发表于 03-25 06:17

    电化学传感器的基本原理

    电化学传感器的基本原理三电极传感器
    发表于 12-24 06:51

    电化学传感器OFweek Mall优缺点_电化学传感器怎么用

    电化学传感器通过与待测气体反应并产生与气体浓度成比例的电信号来操作。与任何其他威廉希尔官方网站 类似,当使用电化学传感器来检测气体时,每个威廉希尔官方网站 都有优点和缺
    发表于 07-20 15:57 720次阅读

    电化学气体传感器的分类

    电化学气体传感器的分类
    发表于 07-12 15:33 3680次阅读

    电化学传感器的优缺点_电化学传感器的应用

    电化学传感器是将需要检测的电化学并且将检测色物体由化学量转换成电学量的一种传感器电化学的种类也是很多的,比如
    的头像 发表于 09-29 09:26 2.3w次阅读

    电化学传感器分类_电化学传感器结构组成

    本文首先介绍了电化学传感器分类,其次介绍了电化学传感器的特点,最后介绍了电化学传感器结构组成。
    的头像 发表于 09-29 09:37 1.1w次阅读

    电化学传感器的组成以及电化学传感器的原理

    随着科技的发展,气体传感器的应用也日趋广泛,在物联网等泛在应用的推动下,气体传感器的发展方向开始向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展。其中电化学
    发表于 10-28 16:23 6791次阅读

    使用1V运算放大器彻底改变您的电化学传感器系统

    电化学传感器通常用于医疗保健的可穿戴设备,例如血糖传感器。它还广泛用于便携式设备中,以检测各种气体,包括乙醇、氧气、CO 和 CO2。大多数由1.5V单节电池供电的电化学传感器应用使用
    的头像 发表于 12-15 13:57 2359次阅读
    使用1V<b class='flag-5'>运算放大器</b>彻底改变您的<b class='flag-5'>电化学传感器</b>系统

    电化学气体传感器的结构和工作原理

    电化学气体传感器,主要利用两个电极间的化学电位差,一个在气体中测量气体浓度,另一个是固定的参比
    的头像 发表于 02-14 15:24 2797次阅读

    传感器检测有毒有害气体用到什么原理

    探讨其在实际应用中的优势和挑战。 传感器检测有毒有害气体的原理 传感器检测有毒有害气体的原理多种多样,主要包括
    的头像 发表于 11-27 11:48 174次阅读