1. Функциональная схема измеряемого канала

Д - датчик (Figaro tgs 4160);

ЛУ – логарифмический усилитель;

ОУ – операционный усилитель;

ПФ вч - полосовой фильтр высоких частот (второго порядка);

ПФ нч - полосовой фильтр низких частот (второго порядка);

К – компаратор;

Р – реле;

И - индикаторное устройство (сирена с качающимся сигналом);

Принцип действия функциональной схемы:

С источника питания подается напряжение. В датчики происходит электрохимическая реакция в результате которой выделяется тепло, поступающее на термистор расположенный в корпусе датчика. Он меняет свое сопротивление, следовательно изменяется ток и напряжение. Повторитель данной схеме нужен для сравнения входа с выходом датчика. Далее сигнал поступает на логарифмический усилитель, который преобразует логарифмическую зависимость выхода датчика с концентрацией измеряемого газа. После чего сигнал приходит на операционный усилитель, где усиливается по напряжению. Два полосовых фильтра ФВЧ и ФНЧ второго порядка служат для «отсечения» верхних и нижних частот. После прохождения сигнала через фильтры он поступает опять на операционный усилитель, где также усиливается по напряжению до нужного значения. Следом за операционным усилителем сигнал идет на компаратор. Компаратор необходим для сравнения сигнала и в зависимости от сравнения подает напряжение на автоматически замыкающее реле. Реле замыкает контакты – сирена включается ,сигнализируя об превышении концентрации в воздухе СО2.

2. Выбор первичного преобразователя

На основе данных я выбираю датчик углекислого газа компании Figaro, т.к. датчик tgs 4160 компании Figaro полностью удовлетворяет мои исходные данные.

Датчик на основе твердого электролита для определения концентрации

углекислого газа (TGS4160).

Датчик на CO2 представляет собой гибридную структуру из чувствительного элемента (рис. 1) и внутреннего термистора. Сенсор, чувствительный к углекислому газу, состоит из твердого электролита, заключенного между двумя электродами, носителями заряда в котором являются катионы натрия (Na+), а также нагревательного элемента, выполненного в виде платиновой подложки. Катод (электрод сравнения изготавливается из карбоната лития и золота, анод (измерительный электрод)из золота. Внутренний термистор служит для компенсации температурной зависимости сенсора. При помещении в среду с углекислым газом на электродах сенсора происходят следующие электрохимические реакции:

Катод: 2Li+ + CO2 + 1/2O2 + 2e- = Li2CO3

Анод: 2Na+ + 1/2O2 + 2e- = Na2O

В целом: Li2CO3 + 2Na+ = Na2O + 2Li+ + CO2

В результате электрохимической реакции элемент создает разность потенциалов (ЭДС), являющуюся откликом датчика и выражающуюся по закону Нернста следующим образом:

ЭДС = Ec + (RT/2F)ln(P(CO2)),

где Ec . константа (для Li =-3.02 В),

R - универсальная газовая постоянная (=8.3 Дж/моль*К),

F - постоянная Фарадея (=96485,33 Кл/моль),

T – абсотютная температура (=273 К),

P(CO2) - парциальное давление углекислого газа (=0,03 кПа).