低功耗有毒气体探测器的工作原理及CO-AX传感器技术规格

　　在美国，国家职业安全与健康研究所（NIOSH）和美国政府工业卫生学家会议（ACGIH）已规定了许多有毒工业气体的短时间和长时间接触限值。“阈限值—时间加权平均值”（TLV-TWA）是指大多数工人可以在正常8小时工作日内反复接触而不会受到有害影响的时间加权平均浓度。“阈限值—短时间接触限值”（TLV-STEL）是指大多数工人可以短时间接触而不会受到刺激或伤害的浓度。“立即威胁生命或健康的浓度”（IDLHC）是一种限制性浓度，它会对生命立即或缓慢产生威胁，导致不可逆转的健康损害，或者影响工人独立逃生的能力。表1列出了几种常见气体的限值。

　　对于检测或测量有毒气体浓度的仪器，电化学传感器能够提供多项优势。大多数传感器都是针对特定气体而设计，可用分辨率小于气体浓度的百万分之一（1 PPM），所需工作电流极小，非常适合便携式电池供电的仪器。电化学传感器的一个重要特性是响应缓慢：首次上电后，传感器可能需要数分钟时间才能建立至最终输出值；暴露于中间量程的气体浓度时，传感器可能需要25到40秒时间才能达到最终输出值的90%。

　　本文描述一种使用电化学传感器的便携式一氧化碳（CO）探测器。一氧化碳的IDLH浓度远高于大多数其它有毒气体，处理起来相对更安全。但一氧化碳仍然属于致命性气体，测试本文所述电路时应极其小心并采取适当的通风措施。

　　图1. CO-AX一氧化碳传感器

　　图1所示为 Alphasense公司的CO-AX传感器。表2是CO-AX传感器技术规格摘要。

　　表2. CO-AX传感器技术规格

　　对于这种应用中的便携式仪表，实现最长的电池寿命是最重要的目标，因此，必须将功耗降到最低，这一点至关重要。在典型的低功耗系统中，测量电路上电后执行一次测量，然后关断进入长时间待机状态。然而，在这种应用中，由于电化学传感器的时间常数很长，测量电路必须始终保持上电状态。幸运的是，因为响应缓慢，所以我们可以使用微功耗放大器、高值电阻和低频滤波器，从而将约翰逊噪声和1/f噪声降至最低。此外，单电源供电可避免双极性电源的功率浪费现象。

　　图2给出了该便携式气体探测器的电路。双通道微功耗放大器 ADA4505-2在恒电位配置（U2-A）和跨导配置（U2-B）下使用。该放大器的功耗和输入偏置电流非常低，对于恒电位部分和跨导部分都是很好的选择。每个放大器的功耗仅10 μA，因此电池寿命非常长。