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气体热导传感器TCS208F采用*的硅MEM S技术,具有体积小、成本低、功耗低、时间常数小、抗冲击能力强等
特点, 其外部结构图如图1( a) 所示; 截面图如图1( b) 所
示。传感器内部包含一个硅片, 硅片上有一块大小约为
1mm2的由具有相当好的电、热隔离特性材料做成的薄膜。
薄膜上集成了2只电阻器( Rm1, Rm2 )用于加热薄膜与测量
薄膜温度Tm
。电阻器及其引线都已经过钝化处理以避免
受到气体侵蚀。薄膜被上方方形空间的硅片完全覆盖, 该
方形空间即热导感测区。被测气体可以从侧面的开口以扩
散的形式进入测量区域。
TCS208F内部电路结构如图1( c) 所示, 其固体部分还
有2只电阻器( Rt1, Rt2 ) 用于对周围温度效应进行测量与
补偿。
TCS208F 典型电路
由TCS208F传感器组成的惠斯通电桥如图2所示, 由
AD694输出的10V精密参考电压供电。电桥中, R1, R2 为
电压参考臂, 其阻值固定。Rm1 + Rm2为薄膜电阻, 作为电桥
的测量臂。R3 为调零电阻, R t1 + R t2为一阶温度补偿电阻,
用于测量环境温度并进行补偿。R 4 为二阶温度补偿电阻,
其值固定并取决于被测气体。
惠斯通电桥电路
工作初始状态, 调节R3 使得电桥处于平衡状态, 输出
电压为0。当被测气体组分发生变化时, Rm 1 + Rm 2的阻值
发生改变, 电桥失去平衡, Vin+
与Vin-之间产生反映气体热导率变化的电压差Vin。
信号调理电路设计
为了真实地测量和反映传感器得到的信号, 需要将其
微弱而夹杂噪声的信号进行放大、滤波等调理, 从而得到可
以为单片机提供A /D输入的信号。本设计调理电路要求
信号能真实有效地反映混合气体热导率的变化, 从而推出
甲烷体积分数的变化。因此, 该调理电路必须确保传输过
程中信号的保真、低噪, 以及电压信号在放大过程中的精确
性。
信号调理电路的实现
信号调理电路流程如图3所示。热导传感器将气体体
积分数信号转换成数百V的电压信号, 通过仪表放大器
INA122放大约1 000倍, 滤波后送入U / I变换芯片AD694,
将电压信号转换成4~ 20mA的工业标准电流信号, 以便进
行长距离传输。在单片机端, 再将电流信号转换为电压信
号, 经A /D转换进入单片机。
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电脑版：H2热导气体传感器TCS208F
