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低功耗有毒氣體探測器的設計

作者: 時間:2014-01-11 來源:網(wǎng)絡 收藏
  在美國,國家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)和美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家會議(ACGIH)已規(guī)定了許多有毒工業(yè)氣體的短時間和長時間接觸限值?!伴撓拗怠獣r間加權平均值”(TLV-TWA)是指大多數(shù)工人可以在正常8小時工作日內反復接觸而不會受到有害影響的時間加權平均濃度?!伴撓拗怠虝r間接觸限值”(TLV-STEL)是指大多數(shù)工人可以短時間接觸而不會受到刺激或傷害的濃度?!傲⒓赐{生命或健康的濃度”(IDLHC)是一種限制性濃度,它會對生命立即或緩慢產生威脅,導致不可逆轉的健康損害,或者影響工人獨立逃生的能力。表1列出了幾種常見氣體的限值。

表1. 幾種常見氣體的限值

  對于檢測或測量有毒氣體濃度的儀器,電化學能夠提供多項優(yōu)勢。大多數(shù)都是針對特定氣體而設計,可用分辨率小于氣體濃度的百萬分之一(1 PPM),所需工作電流極小,非常適合便攜式電池供電的儀器。電化學的一個重要特性是響應緩慢:首次上電后,傳感器可能需要數(shù)分鐘時間才能建立至最終輸出值;暴露于中間量程的氣體濃度時,傳感器可能需要25到40秒時間才能達到最終輸出值的90%。

  本文描述一種使用電化學傳感器的便攜式一氧化碳(CO)探測器。一氧化碳的IDLH濃度遠高于大多數(shù)其它有毒氣體,處理起來相對更安全。但一氧化碳仍然屬于致命性氣體,測試本文所述電路時應極其小心并采取適當?shù)耐L措施。

CO-AX一氧化碳傳感器

圖1. CO-AX一氧化碳傳感器

  圖1所示為 Alphasense公司的CO-AX傳感器。表2是CO-AX傳感器技術規(guī)格摘要。

表2. CO-AX傳感器技術規(guī)格

  對于這種應用中的便攜式儀表,實現(xiàn)最長的是最重要的目標,因此,必須將功耗降到最低,這一點至關重要。在典型的低功耗系統(tǒng)中,測量電路上電后執(zhí)行一次測量,然后關斷進入長時間待機狀態(tài)。然而,在這種應用中,由于電化學傳感器的時間常數(shù)很長,測量電路必須始終保持上電狀態(tài)。幸運的是,因為響應緩慢,所以我們可以使用微功耗放大器、高值電阻和低頻濾波器,從而將約翰遜噪聲和1/f噪聲降至最低。此外,單電源供電可避免雙極性電源的功率浪費現(xiàn)象。

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