您现在的位置: 范文先生网 >> 理工论文 >> 电子通信论文 >> 正文

二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:TGS4160是FIGARO(弗加逻)公司生产的一种固态电化学型二氧化碳(CO2)传感器,该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外,同时还具有耐高湿和耐低温等特点。因而可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体的长期监测等应用场合。文中叙述了该传感器的内部结构和工作原理,给出了一个用TGS4160设计的专用模块的基本应用电路原理图。

    关键词:TGS4160;单片机;传感器;二氧化碳

1 概述

TGS4160二氧化碳传感器是FIGARO(弗加罗)公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外,同时还具有耐高湿低温的特性可广泛用于自动通风换气系统或是CO2气体的长期监测等应用场合。但是,由于TGS4160的预热时间较长(一般为2小时),所以,该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。此外,为了方便客户使用,FI-GARO公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块AM-4。该模块采用微处理器进行控制,CO2气体浓度的输出信号电平为0.0~3.0V,相当于0~3000ppm的浓度,并有中继转接控制口,可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器的主要技术参数如下:(范文先生网www.fwsir.com收集整理)

●测量范围:0~5000ppm;

●使用寿命:2000天;

●加热器电压:5.0±0.2VDC;

●加热器电流:250mA;

●加热器功耗:1.25W;

●内部热敏电阻(补偿用):100kΩ±5%;

●使用温度:-10~+50℃

●使用湿度5~95%RH;

●产品尺寸:最大外径Φ24mm,高24mm,引脚长5.8mm。

2 内部结构

TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式CO2敏感元件。该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质。它的阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成,而阳极只是镀金材料。该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固,然后采用不锈钢网做圆柱型封装。元件的内层采用100目双层不锈钢网套在镀镍铜环上,并用高强度树脂粘合剂与基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层60目的不锈钢网。为了达到降低干扰气体影响的目的,TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料(沸石)。传感器的6个引脚通过0.1mm的箔导线与内部相连。其等效的内部结构见图1所示。图中,阳极与传感器的第3脚S(+)相连,阴极与传感器的第4脚S(-)相连,Pt加热器与传感器的第1,6脚相连,内部热敏电阻与传感器的第2,5脚相连。内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度,以便对该传感器进行温度补偿,从而使校正后的测量值更加准确。

3 工作原理

TGS4160型CO2传感器是一种电化学型气体的敏感元件,当该元件暴露在CO2气体环境中时,就会产生电化学反应。其反应式如下:

阴极反应方程:

4Li++2 CO2+O2+4e-=2Li2CO3

阳极反应方程:

4Na++O2 +4e-=2Na2O

总的化学反应方程:

Li2CO3+2Na+=Na2O+2Li++CO2

作为电化学反应的结果,根据耐斯特方程(Nernst),该过程将产生如下电势(EMF):

EMF=Ec-(RF)/(2F)ln(PCO2 )

式中:PCO2 为CO2的分压;Ec为常数;R是气体常数; T为温度值(K);F是法拉第常数。

从上式看出

[1] [2] 下一页

下页更精彩:1 2 3 4 下一页