使用电化学传感器的单电源、微功耗有毒气体探测器

电路功能与优势

图1所示电路是使用电化学传感器的单电源、低功耗、电池供电、便携式气体探测器。本示例中使用Alphasense CO-AX一氧化碳传感器。

对于检测或测量多种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(ppm)，所需工作电流极小，非常适合便携式电池供电的仪器。

图1所示电路使用双通道微功耗放大器ADA4505-2 ，该器件在室温下的最大输入偏置电流为2 pA，每个放大器的功耗仅为10 μA。此外，ADR291 精密、低噪声、微功耗基准电压源的功耗仅为12 μA，可建立2.5 V共模伪地基准电压。

图1. 低功耗气体探测器电路

ADP2503 高效率、降压/升压调节器支持两节AAA电池的单电源供电，在节能模式下的功耗仅为38 μA。

图1所示电路（不包括 AD7798 ADC）的总功耗在正常条件下（未探测到气体）约为110 μA，在最差条件下（探测到2000 ppm CO）约为460 μA。AD7798工作时的功耗约为180 μA（G = 1，缓冲模式），节能模式下仅为1 μA。

由于电路功耗极低，两节AAA电池便可提供合适的电源。当连接到ADC和微控制器或者内置ADC的微控制器时，电池寿命可从6个月以上到一年以上不等。

电路描述

图2显示电化学传感器测量电路的原理示意图。电化学传感器的工作原理是允许气体通过薄膜扩散到传感器内，并与工作电极(WE)相互作用。传感器参考电极(RE)提供反馈，以便通过改变反电极(CE)上的电压保持WE引脚的恒定电位。WE引脚上的电流方向取决于发生的反应是氧化还是还原。在一氧化碳情况下发生的是氧化；因此，电流会流入工作电极，这要求反电极相对于工作电极处于负电压（通常为300 mV至400 mV）。驱动CE引脚的运算放大器相对于 VREF 应具有±1 V的输出电压范围，以便为不同类型的传感器（Alphasense应用笔记AAN-105-03，设计恒电位电路，Alphasense公司）提供充足裕量。

图2. 简化电化学传感器电路