Разделы

В сети

Пользователей: 75
Из них просматривают:
Аналоги: 18. Даташиты: 13. Инструкции: 11. Карта сайта: 1. Новости: 15. Остальное: 4. Теги: 1. Торрент: 1. Форум: 10. Чат: 1.
Участников: 3
Гостей: 72

Google , wolf170571 , Яндекс , далее...
Рекорд 2375 человек онлайн установлен 26.12.2015.

Партнёры


Партнёры

Новые объявления

Для дома и быта

Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа

Написал MACTEP в 03.11.2012 20:10:00 (13026 прочтений)

TGS4161Для приборов контроля содержания углекислого газа в помещениях несколько крупных зарубежных фирм, в частности японские фирмы, выпускают датчики. Справочные листки этих датчиков размещены в сети Интернет, но сами датчики достать в Украине, России и Беларуси практически невозможно. Исключение составляют датчики фирмы FIGARO. Один из них и был приобретен для экспериментов.



TGS4161
Рис. 1. Габаритный чертеж TGS4161

Внешний вид датчика TGS 4161 показан на фото в начале статьи, габаритные размеры - на рис.1. Принцип работы датчика основан на изменении ЭДС встроенного в него микроминиатюрного гальванического источника напряжения при колебаниях содержания углекислого газа в окружающей среде. Для повышения эффективности работы датчика, внутри корпуса установлен также электрический подогреватель Если учесть, что все компоненты датчика размещены на стеклянной пластинке размерами 1,5x1,5 мм, то можно догадаться, почему стоимость датчика при его заказе весьма высока и достигает $50.

 

 
Пока одна из киевских фирм выполняла заказ на поставку датчика из-за границы, можно было начать макетировать схему контроля. При этом было обращено внимание на тот факт, что при таких микроскопических размерах источника ЭДС датчика его можно нагружать только на очень высокоомный вход операционного усилителя (ОУ). Конечно, для этой цели непригодны широко распространенные бытовые ОУ, например, типа LM358N и аналогичные. Их входное сопротивление не превышает 200 кОм. Более рационально использовать ОУ с полевыми транзисторами во входных каскадах. Весьма недорогим и распространенным таким ОУ является CA3140EZ. Его входное сопротивление доходит до нескольких ГОм (гигаом).

 

 

Второй задачей при построении бытового измерителя С02 с датчиком TGS4161 является линеаризация его выходной характеристики. Кстати, эта проблема характерна и для датчиков других фирм. Действительно, в тексте справочного листка датчика лишь одним кратким предложением отмечено, что его выходная характеристика логарифмическая. Пользоваться такой шкалой бытового прибора (измерителя концентрации С02 в помещении) обывателю крайне неудобно. Значит, надо линеаризовать передаточную характеристику прибора.

 

Именно на эти вышеуказанные особенности проектируемого бытового измерителя концентрации СО2 и было обращено внимание при его построении.

 

Рис.2

 
До получения заказанного датчика С02 вместо него для макетирования схемы использовался его имитатор, схема которого показана на рис.2, а внешний вид - на фото 1 Напряжение (3 В) малогабаритной часовой батареи CR2023 понижается делителем имитатора примерно до 0,30...0,36 В. Конкретная величина выходного напряжения имитатора зависит от положения червячного микрометрического винта подстроечного резистора R3 и сопротивлении резисторов R1, R4, R5, R6.

 

Фото имитатора датчика

 

Резистор R7 является выходным токоограничивающим.

 

схема

 Рис. 3. Принципиальная схема датчика газа CO2

 
Принципиальная схема усилителя ЭДС датчика газа СО2 показана на рис.3. Напряжение датчика подается на неинвертирующий вход ОУ DA1. Резисторы цепи обратной связи R1 и R2 задают небольшой коэффициент усиления каскада на ОУ. К выходу этого усилителя, как показано на рис.3, подключают цифровой мультиметр, например, DT-830B, подготовленный для измерения напряжений на пределе 200 мВ.

 
Первоначально при нулевом значении сопротивления между движком R3 и нижним по схеме рис.2 выводом этого резистора выставляют подстроечными резисторами имитатора его выходное напряжение 300 мВ. Далее выставляют величину подстроенного резистора R2 в схеме рис.3 порядка 9,1 кОм. Регулировкой положения движка подстроенного резистора R5 добиваются минимальных, практически нулевых, показаний мультиметра DT-830B, подключенного к контактам колодки XS2. Это оказывается возможным при включении (по схеме) измерительного милливольтметра между выходом ОУ DA1 и движком подстроечного резистора R5. Далее выставляют выходное напряжение имитатора порядка 350 мВ. Это должно имитировать подачу на вход устройства сигнала датчика газа при давлении СО2 2000 ppm.

 
Диод VD1 совместно с резистором R3 линеаризуют выходную характеристику всей схемы измерителя С02 на ОУ DA1. В качестве VD3 использован диод Шотки с относительно небольшим пороговым напряжением (порядка 0,3 В). При больших напряжениях (примерно с 0,4 В) диод Шотки резко переходит в насыщение Это явление и использовано для линеаризации показаний прибора для измерения процентного содержания углекислого газа в воздухе. Дело в том, что согласно справочному листку фирмы FIGARO для датчика TGS4161, линейные приращения выходного напряжения датчика происходят при изменениях давления СО2 по логарифмическому закону (рис.6). Фактически, датчик имеет отклик при изменении парциального давления С02 от 350 до 10000 ppm. По санитарным нормам допускается 10% содержание СО2 в воздухе жилых помещений. поэтому для бытовых целей достаточно ограничить диапазон парциального давления этого газа в воздухе 1000 ppm Даже с двукратным превышением С02 в контролируемом воздухе диапазон изменений этого газа описанным прибором составляет 350...2000 ppm.

 

 
На рис.4 показана топография печатной платы макета, на рис.5 - расположение радиокомпонентов на плате, а на фото 2 - внешний вид макета.

 

 

В заключение этой статьи хотелось бы поделиться с читателями своими сомнениями в правильности фирменной информации FIGARO в части рисунка активногоэлемента датчика TGS4161 (рис.7). Согласно этому рисунку электроды активного элемента датчика (Sensing electrode и Counter electrode) разделены между собой не только слоем электролита (Solid electrolyte), но и слоем стекла (Glass). Стекло - практически идеальный диэлектрик, через него «не проходят» электрические заряды (ток). Как же он «не мешает» работе гальванического элемента датчика С02? Может быть, стекло на заводе-изготовителе датчиков TGS4161 было легировано специальными примесями, которые и придали ему возможность проводить электрические заряды. Об этом остается только догадываться. Фактически, конструкция датчика С02 - объективная реальность. Датчик TGS4161 работоспособен и используется во многих странах мира, поэтому вопрос его «детальной» конструкции - риторический и в него, пожалуй, не стоит углубляться. Лучше обратить внимание читателей, что фирма FIGARO разработала и серийно выпускает аналогичный датчик С02 - TGS4160. В его корпусе дополнительно установлен терморезистор, что позволяет производить контроль температуры в «структуре» датчика. Поддержание температуры на постоянном уровне независимо от колебаний внешней температуры в помещении делает работу датчика С02 более стабильной. Правда, стоит такой датчик на 10 дол. больше.

 

График

Рис. 6

 

Рис. 7

Рис. 7

 

 Е.Л. Яковлев, г. Ужгород  Журнал Радиоаматор, №10 2012г

 

 

 
Комментарии принадлежат их авторам. Мы не несем ответственности за их содержание.
Отправитель Нити
T112-10
Отправлено: 04.11.2012 0:34  Обновлено: 04.11.2012 0:34
Технический Директор
Дата регистрации: 17.07.2010
Откуда: Спиртогонск
Сообщений: 2053
 Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа
Если это по сути, гальванический элемент, значит, его срок службы ограничен и параметры нестабильны?
А самодельные элементы не реагируют на СО2?
Kosmonavt
Отправлено: 04.11.2012 3:39  Обновлено: 04.11.2012 3:39
Главный Инженер
Дата регистрации: 08.02.2009
Откуда: Днестровск
Сообщений: 1034
 Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа
Скорее всего так и есть, но этот срок может быть очень продолжительным. Статья тоже заинтересовала, жаль пока нет возможности приобрести сам датчик. Перевёл английские названия по его структуре:
Открыть изображение в новом окне
alexfloka
Отправлено: 04.11.2012 9:56  Обновлено: 04.11.2012 9:56
Модератор
Дата регистрации: 25.02.2009
Откуда: ПМР Рыбница
Сообщений: 1914
 Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа
Kosmonavt
Отправлено: 04.11.2012 15:25  Обновлено: 04.11.2012 15:25
Главный Инженер
Дата регистрации: 08.02.2009
Откуда: Днестровск
Сообщений: 1034
 Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа
Да он просто золотой получается! Одна штука в одном месте стоит 42$, а в другом аж 77$!!! Блоху и то дешевле подковать было. Что тут скажешь... Спекулянты они и в Африке спекулянты.
По изготовлению самодельного датчика, то в домашних условиях это осуществить мало вероятно, хотя если подумать, то что-то можно придумать, зная какими свойствами обладает углекислый газ при воздействии на вещество. Одно из его многочисленных свойств - соприкосновение с щелочами и образовании карбонатов. Зная начальную электрическую проводимость твёрдой или сухой щёлочи (у которой сопротивление велико из-за отсутствия переносчика зарядов) и её конечную проводимость после образования карбонатов (с другим сопротивлением), можно измерить эту разницу. Нагревая твёрдую щёлочь можно ускорить реакцию с углекислым газом.
LazyEd
Отправлено: 05.11.2012 8:05  Обновлено: 05.11.2012 8:05
Студент
Дата регистрации: 02.07.2012
Откуда: 26RUS
Сообщений: 7
 Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа
Не вижу области применения САМОДЕЛЬНОГО прибора с диапазоном измерения концентрации СО2 0,035...1,0% (350...10000 ppm).
Kosmonavt
Отправлено: 05.11.2012 14:55  Обновлено: 05.11.2012 14:55
Главный Инженер
Дата регистрации: 08.02.2009
Откуда: Днестровск
Сообщений: 1034
 Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа
Не могу возразить по поводу диапазона концентрации, но если, скажем, такой прибор оповещал о превышении нормы содержания углекислого газа в помещениях с большим числом работников, а так же управлял притоком свежего воздуха, то этот прибор оказался бы очень полезным. Ведь как часто бывает: работают люди в одной комнате, одним становится душно, другие себя чувствуют комфортно. Первые начинают открывать окна, вторые мёрзнут и просят закрыть, то есть начинается спор. А так прибор бы показывал действительную картину состава воздуха. Тогда первым, что задыхаются следовало бы провериться у кардиолога.

Разное

Посыпав место пайки песком или натерев крошащимся камнем, можно паять обычными методами даже алюминий.

Интересно

Если, нет специального оборудования, типа паяльной станции и фенов, для отпайки микрочипа можно воспользоваться тонким фторопластовым проводом.

Похожие новости