恆電位儀電路

參考https://blog.csdn.net/y511374875/article/details/79090837

一個典型的恆壓電路由三部分組成:
1.  如果需要,帶有偏置電壓的控制電路
2.  電流測量電路
3.  短路場效應晶體管,當電源斷開時,工作電極與參考電極連接

 

電化學氣體傳感器爲什麼要加偏置電壓?

爲了保證傳感器正常工作,並準確工作,和工作在線性區,有的傳感器,是有源器件,這樣的傳感器就需要工作電壓,有的傳感器是無源器件,但是卻是非線性器件,這樣的傳感器就必須加偏置電壓,使其工作在接近線性的區域。

關於電源去耦https://blog.csdn.net/y511374875/article/details/53286282

採樣的一些注意事項https://blog.csdn.net/y511374875/article/details/79090925

AAN 105-03知識點總結

IC2提供工作電極需要的電流

IC2的輸入偏置電流要求小於5nA

開關閉合時,Q1高阻態,IC2提供使參考電極和工作電極相同電勢的電流

有毒氣體傳感器的電容特別大,小偏移容易引起大震盪,所以要有低的失調電壓,小於1mv甚至小於100uv最好

如果箔是參考電極,CO是氧化氣體,對電極的電壓是-300~-400mV(相對地),如果是氫離子而不是氧原子,這個電壓可達-1.05V。如果減少氣體(如NO2或CL2),將會迫使對電極去氧化水,以至於對電極的電壓爲+600~+800mV(相對於參考電極),也取決於參考電極的類型。因此,必須要求IC2提供足夠的電壓擺動去驅動對電極到合適的電勢,充分提供傳感器需要的電流。如果做不到,在被測物濃度特別高的情況下,將會出現特別嚴重的非線性情況。最好允許IC2有上下1.1V的擺動(加上所有的偏置電壓)。這意味着CO或H2S傳感器的對電極通常應該是-350mV(對地),因此IC2需要一個負的電壓供給。如果使用的是單端低壓電源供給,要注意放大器的需求電流要有一個合適的上下浮動。

表一是各種傳感器產生的最大穩態電流,沒有一款傳感器能產生超過210uA的電流,但對於一個通用的電路至少要有500uA,這個數值在經過檢測的組合電路/傳感器中可以被適當的減少。

當在一種電活性氣體中打開傳感器或連接的是一個新傳感器時,傳感器可能會產生幾個mA的浪涌電流,可能導致IC1被鉗住,這取決於當前IC1的驅動能力;在如此高的電流瞬態中,如果IC1的反相輸入有一個大的反饋電阻,那麼它不可能維持虛擬地。在電路連接前一定要先連接傳感器。

一般來說,Alphasense公司的傳感器工作在零偏模式下,然而一些傳感器(如NO),需要偏置電壓(正負150或300mv)。另外,傳感器對某些氣體的交叉靈敏度可以通過增加偏置電壓來提高(對於單向量測量,交叉靈敏度就是干擾)。

注意事項:如果偏差不正確,性能也會下降。如果給一個不需要偏置電壓的傳感器偏置電壓,會損壞這個傳感器

如果你希望注入偏置電壓,那麼也要確保你的偏置電壓是穩定的;幾mV的改變可能影響氣體的靈敏度,幾mV的快速變化可能對傳感器輸出產生長達數小時的瞬態效應。偏置電路圖如下圖。

上圖中,對地的10K電阻可以移除,去減少對Vbias的分流。

當儀器關閉時應該保持偏置,這可以通過使用一個隨時都開着的按鈕電池完成,在這種情況下,IC2的輸入偏移量不是關鍵的。
臨界的,但其隨溫度等的漂移必須要小。

電流測量電路:IC1是一個跨阻抗型的單級運放(電流轉電阻),傳感器電流通過R4反射,產生相對於虛擬地的輸出電壓。

C3減少高頻噪聲。有時最好使用兩個運算放大器來提供所需的輸出;第一階段應該使用低值的R4,讓電路阻止傳感器
在瞬態條件下的電流,然後是第二個電壓增益階段,以提供所需的輸出
。IC1的輸入偏置電壓會增加傳感器的偏置電壓(如工作電極將從0V偏移)所以輸入偏移量應該保持在低水平。生成的電流可以是正的也可以是負的:在工作電極上氧化的傳感器(如CO)產生電流進入IC2,同時減少工作電極(如cl2或NO 2)使電流下降。所以對於第二種情況,確保IC2有足夠的電流下沉能力。

測量電路使用(負載電阻(Rload )和內部傳感器的組合電阻)和(內部傳感器電容)建立RC電路;Rload的選擇是在最快響應時間(低電阻Rload)和最佳噪聲(高電阻Rload)之間的折中(低電阻Rload):這種RC電路同時影響rms噪聲和響應時間:響應時間隨負載電阻的增加呈線性增加,噪聲隨負載電阻的增加迅速減小。由於其低阻抗特性在電路中,最好使用低噪聲電流的運放(通常以犧牲噪聲電壓爲代價)以獲得最佳的整體噪音性能。

當傳感器電流流過Rload時,傳感器的偏置電位會發生微小變化。這就增加了傳感器的穩定時間,因爲傳感器需要很短的時間去重新穩定當氣體被應用時,但是這個瞬態通常不會被看見除非在高濃度的氣體混合物和高R負載電阻。

參考下面的表1來計算測量電路所需的增益。如果你的探測器/儀器不使用全量程的傳感器,只需將靈敏度乘以你的幅度,確定傳感器的最大電流。因爲敏感性是典型值,允許超過全比例典型值的20%輸出到A/D轉換器。

在無偏壓傳感器上添加短場效應晶體管是一種很常見的做法,以便當電源移除時參考電極和工作電極短接(有幾十歐姆的剩餘電阻),只要使用電源,短路場效應晶體管正常開路,這種“零偏差”狀態確保當您接通電路後切換時,傳感器立即準備好。

如果你通過IC2提供偏置電壓,那麼當你關閉電路時,傳感器會爲零偏置,因此,當你重新施加一個偏置電壓,它將需要一個重要的時間(可能數小時)讓傳感器重新建立平衡。建議,對於偏置電路,偏置電壓始終要保持在開啓狀態,不使用短路場效應晶體管。這將不影響傳感器的使用壽命。

理想的情況下,測量和控制電位器中的放大器直接安裝在電位器的正下方。傳感器保持最短的引線,因爲是低阻抗和低傳感器電流。

注意,有毒氣體傳感器敏感變量,通常±15%。所以你必須調整靈敏度在用於調整傳感器靈敏度變化的軟件。

對靈敏度的溫度依賴性進行校正也是正常的;零電流不是通常溫度校正,除非測量要求低,低精度濃度。
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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