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基于89S51的TiO2氧敏传感器测量电路

作者:时间:2009-03-25来源:网络收藏

一、 前言
研究气敏机理,分析制备工艺,监督生产过程,检验产品质量,以及利用气敏元件装各种整机等,都要对气敏元件的性能参数进行测试。因此,如何测试气敏元件是从事气敏专业工作的人员十分关心的问题。气敏元件的电参量是随外界气体种类和浓度变化而变化的敏感元件,围绕参数的自动,我们设计了利用的测试系统。
二、氧敏元件性能特点阐述
气敏元件种类很多,特性各异。电阻型半导体气敏元件近年来发展较快,应用较广,主要用于检测可燃烧性气体和有毒性气体。其工作原理是当接触某种气体时,本身的电阻值发生变化。表示其特异性的参数有灵敏度、选择性、浓度特性、响应时间、恢复时问、加热特性、温湿度特性、稳定特性等,这些参数都与气敏元件电阻值变化的大小和快慢有关。因此说,电阻值是气敏元件的本征参数,电阻型半导体气敏元件实质是电阻变换器。气敏元件的特性与工作条件有关,当工作温度不同时,灵敏度、响应时问、恢复时间也不同,甚至选择性也不一样。另外工作电压(气敏元件各极间的电压),工作电流(气敏元件两个极间的电流)对其特性都有一定的影响。因此,在测试中要特别注意保持工作条件的相对稳定,并应测出最佳工作条件及在该条件下气敏元件的特性。
本文中所研究的 氧敏阻值即体现了敏感器随环境氧气浓度的密切变化,由于阻值较高(范围0~200M,一般都在100M左右),而且课题要求阻值精度为±0.5%,因此实现起来有一定的难度。
三、 系统总体方案
氧敏经加热,输出为0~200M的电阻信号,首先经分压(分量程)进行阻压变换处理再放大,然后通过线性化进行非线性,送A/D转换进行模数转换,将数据送根据数值大小判断是否需要量程切换从而控制换挡,还可以进一步对数据进行软件处理,最后驱动数码管显示输出。其系统总体框图如图1所示:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/173843.htm

控制核心:采用Atmel公司生产的AT单片机为控制处理核心,由它完成对数据的采集,处理以及量程控制。它带有一个4KB的可编程/可擦除/只读存储器;其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容,并且具有ISP功能;
线性化放大电路部分:采用以AD538(8)为核心的处理电路,恒流源供电、高精度运放OP77实现放大、阻抗匹配和隔离;
量程转换部分:采用不同的分压电阻,用继电器控制实现最多6个量程档位划分需要;
A/D转换部分:根据显示精度±0.5%的要求,采用12位AD574实现,电路简单可靠;
驱动显示部分:采用专用芯片7219驱动数码管,用6位高精度稳定显示,根据实际最多可扩展为8位。
1.自动量程转换电路
由于采用电阻分压原理来的的电阻值,为了适合不同的测量需要,所以本仪器设置了6个档位来保证测量精度。由于常用自动换档模拟电子开关CD4051在测量阻值比较高的情况下,产生误差很大,对于本课题所研究的这种传感器不适用,因此改用了继电器机械开关来实现。尽管机械开关转换速率不如电子开关,但完全可以满足本课题气体浓度变换不太剧烈情况下的测量需要。仪器开始工作时启动默认量程工作,然后单片机采样数据,检测量程是否合适,如果不合适则发出控制信号,启动换档,直到合适为止。两量程划分见表1。

2.A/D转换电路 (3)
为了满足高精度测量,采用了12位快速逐次逼近型A/D转换器AD574,其最快转换时间为25ms,转换误差为±1LSB。接成单极性方式,输入电压范围为0~20V。为了使电路设计简洁,AD574的2脚接地,这样数据分时传送。
3.线性化电路(8)

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