二氧化碳CO2气体传感器 TGS4160

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二氧化碳传感器TGS4160是深圳市浩时健电子有限公司*的气体传感器之一,TGS4160是日本FIGARO(弗加罗)公司生产的一种固态电化学型二氧化碳传感器(CO2 sensor),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。下文将给大家叙述该传感器的内部结构和工作原理,给出了一个用二氧化碳传感器TGS4160设计的*模块的基本应用电路原理图。

 

二氧化碳传感器TGS4160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:

 

●测量范围:0~5000ppm;

●使用寿命:2000天;

●加热器电压:5.0&plu*n;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&plu*n;5%;

●使用温度:-10~+50℃

●使用湿度5~95%RH;

●产品尺寸:*大外径Φ24mm,高24mm,引脚长5.8mm。

二氧化碳传感器TGS4160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*之间充有阳离子固体电解质。它的阴*由锂碳酸盐和镀金材料制成,而阳*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*,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*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*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*与传感器的第3脚S(+)相连,阴*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。

二氧化碳传感器TGS4160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*反应方程:

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

阳*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,通过监测S(+)、S(-)两个电*之间所产生的电势值EMF,就可以测量CO2的浓度值。为了使该传感器保持在*敏感的温度上,一般需要给加热器提供加热电压进行加热,但加热电压的变化将直接影响传感器的稳定性,因此加热电压*须稳定,其范围应在5.0&plu*n;0.2VDC之内。为了*CO2的准确测量,除了*加热电压稳定及对环境温度的变化进行温度补偿外,更主要的是要测量两电*之间变化的电势值ΔEMF,而不是*对电势值EMF,因为ΔEMF与CO2浓度变化之间有一个较好的线性关系。虽然EMF*对值随环境温度的上升而上升,ΔEMF却保持常量,而且它在-10℃~+50℃温度范围内,基本不受温度的影响。

二氧化碳传感器TGS4160基本应用

利用TGS4160二氧化碳传感器并通过高输入阻*、低偏置电流的运放进行放大,再作一些简单的运算处理,就可以在CO2浓度为300~5000ppm的范围内测得信号,该信号为0~几百毫伏的电压信号,可以供*A/D采样使用。如果使用费加罗(FIGARO)公司提供的AM-4 CO2传感器模块,则可直接应用于自动通风换气系统或是CO2气体监测。该模块内部带有A/D转换器,并已对数据进行了采样并作了处理。它输出的电压信号与CO2浓度值呈线性关系,输出的电压信号为0~3.0V,相当于0~3000ppm的CO2浓度。另外,该模块还提供有中继转接控制信号。当CO2浓度高于设定值时,输出的转接控制信号为高电平5V,该信号可以使得红LED点亮;反之,它将转接控制信号为低电平0V以使绿LED点亮。但是,该模块的设定值是分档的,而不是连续可调的。共分为四档(可通过线路板上的跳线来实现),表1和表2分别给出了门限开关信号的浓度值及跳线连接方法。AM-4模块的实用电路原理图见图2所示。

表1 门限信号浓度

控制信号门限
档次
800ppm720ppm
1000ppm900ppm
1500ppm1350ppm
2000ppm1800ppm

表2 跳线连接

连   接   方   式
档次JP5JP6JP7JP8

如果认为使用AM-4模块不方便或是认为价格太高,也可以自行设计电路,并自行编写程序进行处理。

 

TGS4160型CO2传感器*适合于连续监测CO2的场所,它不需断电,其稳定性好。但TGS4160传感器不适于做便携式或手持式CO2测量仪器。因为预热时间太长,不能即时测量,同时传感器的功率也较大。此外,传感器暴露在某些气体中(如氯气)会降低灵敏度,由于沸石可以对某些干扰气体(如乙醇)加以滤除。因此,不用时可置于干燥剂中,并用*袋进行密封。

是否提供加工定制

品牌/商标

FIGARO

型号/规格

TGS4160

种类

气体

材料

聚合物

材料物理性质

半导体

材料晶体结构

非晶

制作工艺

集成

输出信号

模拟型

*护等级

1

线性度

2(%F.S.)

迟滞

标准(%F.S.)

重复性

4(%F.S.)

灵敏度

标准

漂移

标准

分辨率

标准