1引言
電化學(xué)氣體傳感器由膜電極和電解液 灌封而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子,通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是:分辨率高、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測、體積小、耗電小、線性和重復(fù)性較好。
電化學(xué)傳感器非常適合低濃度有毒有害氣體的檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。由于電化學(xué)傳感器的優(yōu)勢非常明顯,這就使得電化學(xué)傳感器的市場前景非常廣闊。而在研究電化學(xué)傳感器時由于其本身輸出信號非常微弱,所以在檢測時需要很高、很**的檢測工具和很專業(yè)的檢測人員。基于以上考慮我公司研發(fā)了這款電化學(xué)傳感器測試系統(tǒng)WS-24H。它具有下端信號處理準(zhǔn)確、中端數(shù)據(jù)采集迅速、上端數(shù)據(jù)顯示清晰,操作簡單等優(yōu)點。
2電化學(xué)氣體傳感器測試系統(tǒng)的設(shè)計
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)分四部分:(1)系統(tǒng)電源、(2)信號處理放大、(3)數(shù)據(jù)采集、(4)軟件處理及輸出顯示。
2.2 系統(tǒng)電源
系統(tǒng)電源分兩部分供電計算機部分采用220AC供電,電路板和采集卡部分采用直流電源5V供電。
2.3信號處理放大
電化學(xué)氣體傳感器本身就是一個電流信號發(fā)生器。I-V轉(zhuǎn)換電路是設(shè)計的重點,由于其本身產(chǎn)生的電流非常微弱,這樣采用傳統(tǒng)的電阻采樣法、積分法、電流反饋法,都存在各種各樣的缺點,像電阻采樣法中采樣電阻對傳感器響應(yīng)時間有影響,所以采樣電阻不能很大這就造成對微弱信號采樣不準(zhǔn)的現(xiàn)象,而后兩種方法容易引入噪聲造成放大后的信號不準(zhǔn)確,所以電路設(shè)計時I-V轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計是一個難點。電路中一款適合的運放有時可以解決很多問題,以前的應(yīng)用電路中運放本身就有很高的偏置電流,這根本無法滿足傳感器分辨率的要求。*后所以經(jīng)過大量的實驗我們終于設(shè)計出一款采樣準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速、低噪聲輸入、*大量程可調(diào)的電路。
2.4數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集部分采用國外進口的采集卡。數(shù)據(jù)采集設(shè)備在單個設(shè)備中集成了模擬輸入、模擬輸出、計數(shù)器/定時器和數(shù)字I/O。通過在自校準(zhǔn)中補償非線性誤差,確保了對所有信號范圍內(nèi)模擬測量的**性??勺远x儀用放大器提高了ADC的穩(wěn)定時間,在高采樣率下同樣保證高精度。系統(tǒng)定時控制器配合鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)可實現(xiàn)多設(shè)備間**同步。設(shè)備使用新型的高速數(shù)字隔離器,消除接地回路以及抑止高共模電壓,提供更好的**性和**性。
此外,數(shù)據(jù)采集卡支持USB、PCI和PCI Express總線,采樣率*高達(dá)1.25 MS/s,分辨率*高達(dá)18位,通用性強,不需特定的通信協(xié)議。
2.5軟件處理及輸出顯示
在研究過程由于需要大量的實驗數(shù)據(jù)支持,需要長期、細(xì)心的觀察數(shù)據(jù)。這就導(dǎo)致人員重復(fù)的工作過程中,產(chǎn)生效率低,易出錯等現(xiàn)象。因此如果能用計算機取代員工大量的重復(fù)勞動,不僅可以提高研究效率,而且能夠大大的減少研究人員的勞動強度,為研究工作帶來很大方便?;谘芯啃屎捅憬菘紤],我們在軟件上實現(xiàn)了一下功能:
可實時顯示數(shù)據(jù)且可顯示實時波形曲線,使傳感器的特性形象化便于觀察;
(1) 可設(shè)置并保存檔位,免于下次操作的再設(shè)置;
(2) 可自動處理、保持?jǐn)?shù)據(jù),便于后來的數(shù)據(jù)分析與研究;
(3) 曲線的縱橫坐標(biāo)可設(shè)置,可進行習(xí)慣性設(shè)置;
(4) 可同時采集24只(或者64只)傳感器信號全部顯示且可調(diào)出一條或多條記錄的曲線進行疊加比對,便于傳感器之間的對比研究;
(5) 采集數(shù)據(jù)可保存并可導(dǎo)出;
3結(jié)論
電化學(xué)傳感器由于其突出的性能優(yōu)勢,在市場上的占有率越來越高?,F(xiàn)在在低濃度有毒有害氣體檢測上已經(jīng)展現(xiàn)出了其獨有的特點,所以就對對電化學(xué)傳感器的大范圍使用帶來了機遇。而電化學(xué)傳感器本身輸出信號微弱給電化學(xué)傳感器的研發(fā)帶來了困難。而我公司開發(fā)的這款WS-24H測試系統(tǒng)解決了以上問題。本測試系統(tǒng)經(jīng)過測試以后具有精度高,響應(yīng)快,數(shù)據(jù)準(zhǔn)等優(yōu)點。并且引入了計算機進行自動保存、處理、分析數(shù)據(jù),更可聯(lián)網(wǎng)進行遠(yuǎn)距離操作,不接觸氣體就能獲得大量的可靠數(shù)據(jù),使研究過程更便捷、研究環(huán)境更**。