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無線電子工学および電気工学の百科事典 一酸化炭素濃度計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
ご存知のとおり、一酸化炭素（一酸化炭素、CO）は非常に有毒で有毒です。 空気中の許容濃度を超えると、ガスが充満した部屋で人の死に至る可能性があります。 このガスは無臭で無色であるため、特に危険であり、通常は半導体または電気化学センサーを使用する特別な機器なしでは検出することが困難です。 半導体一酸化炭素センサーは電気化学センサーよりもはるかに安価ですが、原則として空気中の一酸化炭素の存在を知らせるためにのみ使用され、電気化学センサーを使用する必要がある濃度を正確に測定するためには使用されません。 電気化学センサーの動作を非常に簡単に説明すると、その動作中に、検出されたガスが電極上で酸化還元反応が起こるゾーンに浸透し、信号が現れると言えます。 電気化学的ガスセンサーは、電解質に浸漬された電気化学的触媒反応のための XNUMX つまたは XNUMX つの電極で構成されています。 センサーの作用電極の電圧はガス濃度に正比例し、この電圧を測定することでガス濃度を決定できます。 1 電極電気化学センサーを使用した一酸化炭素濃度分析装置の説明は、[5042] で公開されました。 比較的安価なTGS1センサーを使用していますが、感度が低いため、低濃度のCOを高精度に測定することができません。 そして、規制文書によると、一酸化炭素濃度計は、XNUMX立方メートルあたりミリグラムの単位から始めて、その濃度の小さな値を正確に測定する必要があります（ロシアでは、空気中の汚染物質の濃度は通常、次のように測定されます）このような単位、一酸化炭素 XNUMX mg / m3 = 0,86 ppm)。 文書 [2、3] では、外気中の一酸化炭素濃度が 3 mg/m を超えないことが要求されています。3 (5 日平均) および XNUMX mg/m3 （ピーク）。 室内空気では、濃度が 20 mg/m を超えてはなりません。3 営業日を通して、50 mg/m3 - 100時間以内、XNUMXmg/m3 - 30 分以内または 200 mg/m3 15分以内この表は、一部の XNUMX 電極および XNUMX 電極電気化学センサーの感度の値と一酸化炭素の測定可能な最大濃度を示しています。 テーブル
この表に示されている 2 電極センサーの中で、CO/SF-4E センサーが最も高い感度を持っています [1]。 このようなセンサーを備えた一酸化炭素濃度レベル計のスキームを図に示します。 XNUMX.
[1] で説明したメーターと比較すると、要素ベースのみが変更されています。 DA1には、122つの高精度オペアンプで構成されたTSZ5IDTチップ[1]を採用し、より高精度な一酸化炭素濃度の測定を可能にしました。 これらのオペアンプの入力バイアス電圧の標準値は 50 μV、入力電流は 1.1 pA です。 OU DAXNUMX はセンサーの出力電流を電圧 (U) に変換します。O=IдR4)。 抵抗器 R4 の抵抗値は、10 mg/m あたり 1 mV の変換係数が得られるように選択されます。3。 インジケーターは、測定限界 3 mV の内蔵デジタル電圧計 SM2D-DV1 (PV1999) で、最大 199,9 mg/m 一酸化炭素の濃度を測定できます。3 分解能 0,1 mg/m3. オペアンプ DA1.2 とトランジスタ VT2 は電圧比較器を形成します。 抵抗器 R5 と R6 によって設定されるしきい値は 200 mV で、これは一酸化炭素濃度 20 mg/m に相当します。3。 抵抗 R7 はコンパレータのスイッチング応答に少量のヒステリシスを提供し、トリガ時にコンパレータの出力電圧が跳ね上がるのを防ぎます。 トリガーされたコンパレータは HA1 ピエゾサウンドエミッタ (内蔵ジェネレータ付き) をオンにし、可聴アラーム信号を発します。 フォトカプラ U1 を介して、警報信号は部屋の換気システムの要素 (ファンライト窓オープナーと排気ファン) の制御装置に入力されます。 センサー B1 の分極を防ぐには、電源がオフのときにセンサー B1 の電極を接続したままにする必要があります。 このために、p チャネル電界効果トランジスタ VT5 が設計されており、電力が供給されていない場合には開きますが、ソースに対して +XNUMX V の電圧がゲートに印加されると閉じます。 CO/SF-2E センサーの感度の広がりは ±20% に達します。 したがって、製造された機器を基準一酸化炭素濃度計の指示に対して校正する必要があります。基準一酸化炭素濃度計は、ガス制御システムのメンテナンス用の多くの研究所のうちの 4 つで検証されることが望ましいです。 校正プロセス中に、抵抗器 R5 の抵抗値を選択することによってデバイスの感度が調整されます。 コンパレータの応答しきい値を ±XNUMX% の精度で設定すれば十分です。 2 電極センサーは 90 電極センサーと比較して技術的特性が高く、測定精度が向上します。 しかし、このようなセンサーのスイッチング回路はより複雑です。 ロシア製の 6 電極電気化学センサー 2FS-XNUMXL [XNUMX] を使用すると、図 XNUMX に示す回路に従って一酸化炭素濃度計を組み立てることができます。 XNUMX.
このセンサーには 7 つの電極があります: W - 測定電極または作用電極、C - 参照電極、R - 補助電極。 10 電極センサーに電力を供給するには、通常、特別なユニットであるポテンシオスタットが使用されます。このユニットは、基準電極に対する測定電極の電位のゼロオフセットを高精度で提供する必要があります。 原則として、XNUMX 電極センサーのポテンショスタットは、メーカーが発行するセンサーの使用マニュアルに記載されている標準スキームに従って組み立てられます [XNUMX-XNUMX]。 このメーターは、TSZ124lDT と同じオペアンプを 122 つ含む TSZ1IPT チップを使用しており、トランジスタ VT1 はセンサーの分極を防ぐ役割を果たします。 抵抗分圧器 R2R1.1 とオペアンプ DA1.2 は、デバイスの電源電圧の半分に等しい電位を持つ人工的な「グランド」を生成します。 シェルター DA1.3 および DA9 - ポテンショスタットの要素。 抵抗 R9 は、W センサー電極の電流を電圧に変換するための係数を設定します。 前のケースと同様に、R117=1kΩの場合、一酸化炭素の濃度はXNUMXmg/m になります。3 は、ポテンショスタットの出力の 10 mV の電圧に相当します。 2FS-90L センサーのメーカーは、100 nA/ppm の感度と 10% 以下の偏差を保証しています。 このような測定精度が十分であれば、機器の校正を行わずに行うこともできますが、標準メーターの測定値に基づいて検証しても問題はありません。 一酸化炭素の濃度を ppm (ppm) 単位で測定するには、どちらのバージョンのメーターでも、センサーの電流対電圧変換係数を 100 kOhm (比率に基づいて) に設定する抵抗器の抵抗を下げるだけで十分です。 1mg/m3 = 0,86 ppm)。 必要に応じて、XNUMX 位置抵抗スイッチをデバイスに導入することにより、XNUMX つの測定スケールを提供できます。 両方のデバイスに電力を供給するには、図に示す回路に従って組み立てられた無停電電源装置を使用できます。 3. 約 230 V のネットワークと 1,5 V の電圧のガルバニ電池の両方で動作します。これにより、メーターを定常状態だけでなくフィールドでも使用できるようになります。
AC-DC コンバータ U1 (これは通常のネットワーク アダプタでもよい) は、ネットワークに接続されており、出力で 5 V の定電圧を生成します。トランジスタ VT1 とショットキー ダイオード VD1 は、バッテリからの自動電源スイッチを形成します。主電源へ、またはその逆に。 コンバータ U1 が動作し、その出力の電圧がガルバニ電池 G1 の電圧より高い場合、電界効果トランジスタ VT1 は閉じます。これは、そのゲートとソース間の電圧が p チャネル トランジスタに対して閉じる極性を持っているためです。 。 さらにオープンダイオード VD5 を介して 1 V の電圧が供給されます。 コンバータＵ１がネットワークから切り離されると、トランジスタＶＴ１のゲート電圧は共通線に対してゼロになる。 電界効果トランジスタの内部ダイオードを介してコンデンサ C1 をトランジスタ VT1 のしきい値電圧を超える電圧まで充電した後、そのドレイン-ソース チャネルが開きます。 この時点から、要素 G2 の負荷電流は、オープン チャネルの極めて低い抵抗を通って流れます。 さらに、メーターに電力を供給するための 5 V の電圧は、昇圧電圧コンバータ DA1 (HT7750A) を形成します。 出力に電圧が存在することは、LED HL1 によって通知されます。 電源には、DC 抵抗が低く、Q 値の高い L1 インダクタを取り付ける必要があります。 最大 2 A の電流に耐えるように設計され、フェライト ロッドの形の磁気回路を備え、直径 0,5 mm 以上の銅線が巻かれている必要があります。 酸化物コンデンサ C1 ～ C3 - タンタル、コンデンサ C4 - セラミック。 TSZ12x シリーズ オペアンプの代わりに、より低いゼロ オフセット電圧と低い入力電流を備えた他の高精度オペアンプを一酸化炭素メーターに使用できます。 抵抗 R4 ～ R6 (図 1 を参照) および R1 ～ R5、R9 ～ R11 (図 2 を参照) の公称値からの偏差は 1% 以内でなければなりません。 注意してください。 自動電源スイッチを確実に動作させるには、トランジスタ VT1 のゲートを 1 ～ 10 kOhm の抵抗を使って共通線 (マイナス要素 G100) に接続する必要があります。 KP507A トランジスタのゲート・ソース間電圧のしきい値は 0,8 ... 2 V の範囲にあります。トランジスタの適用インスタンスの絶対値が G1 素子の電圧よりも大きい場合、後者では、トランジスタのチャネルは開かず、電圧はトランジスタの内蔵保護ダイオードを通じてのみ負荷に供給されます。 このダイオードの両端の電圧降下 (約 0,6 V) は、コンバータの効率を大幅に低下させます。 このような状況では、トランジスタをVD1と同様のショットキーダイオードに置き換え、アノードをG1のプラスに接続し、カソードをコンデンサC2の接続点（VD1ダイオードのカソード）に接続することをお勧めします。とインダクタL1。 文学
著者: A. コルネフ
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