氣體檢測儀和報警器運(yùn)算放大器選型

2023-08-29

電化學(xué)傳感器本質(zhì)上就是一個電池，可以等效為一個大電容，輸出微安級的電流。三電極電化學(xué)傳感器需插入稱之為“恒電位儀”（又稱“三電極系統(tǒng)”）的電路中才能正常工作。高頓推薦恒電位儀使用增益帶寬積較?。?00kHz左右）、差模輸入阻抗較?。?0MΩ左右）、輸入失調(diào)電壓較?。ǎ?00μV）的運(yùn)算放大器，如OPA336、OP177、OP295等，這樣可以有效抑制環(huán)境噪聲耦合對恒電位儀的干擾，避免電路發(fā)生震蕩引起漂移等問題。另外，應(yīng)該避免使用劣質(zhì)的運(yùn)算放大器，引起恒電位儀工作不正常從而發(fā)生震蕩、基線漂移等現(xiàn)象。
報警器數(shù)字發(fā)生漂移和傳感器漂移是完全不同的兩個概念。傳感器漂移是指在沒見到氣體時傳感器輸出一個電流。自發(fā)型電化學(xué)傳感器的性質(zhì)決定其自身不可能發(fā)生漂移。電化學(xué)傳感器的工作原理和燃料電池一樣，依靠聞到CO等毒氣提供能源而產(chǎn)生電流，因此沒有氣體存在傳感器就不會輸出電流，這和汽車不加汽油就不會跑是一個道理。有些終端客戶一見氣體報警器發(fā)生漂移現(xiàn)象了，立即就說傳感器壞了，這是不清楚電化學(xué)傳感器的工作原理而輕率下的錯誤結(jié)論。
那么報警器為什么有時會發(fā)生基線漂移現(xiàn)象呢？引起報警器發(fā)生漂移的原因主要有下面幾點(diǎn)：
（1）傳感器接腳和線路板上的接插件接觸不良，恒電位儀類似于缺失了參比電極，參比電極端處于浮空（Floating）狀態(tài)，因此參比電極的恒電位功能不能正常工作，三電極系統(tǒng)得到一個虛假的電位反饋信息，對工作電極的電位補(bǔ)償將變得不可預(yù)知，工作電極和對電極之間的電位差處于不確定狀態(tài)，有可能引發(fā)傳感器內(nèi)部發(fā)生電解水反應(yīng)，產(chǎn)生電解電流，從而導(dǎo)致報警器漂移，嚴(yán)重時甚至假報警；正漂、負(fù)漂都有可能。注意，如果是工作電極或?qū)﹄姌O斷路或接觸不良，通常見到的現(xiàn)象是基線為零，對氣體沒響應(yīng)。因此，參比電極端發(fā)生接觸不良等產(chǎn)生的后果最為嚴(yán)重。在此過程中由于發(fā)生電解反應(yīng)，傳感器可能會遭受永久性損壞或暫時性損壞；如果是暫時性損壞通常將傳感器的工作電極和參比電極接腳短路后放置1天或更長就能恢復(fù)。
（2）選用增益帶寬積太寬（例如：有達(dá)2-3MHz的）、差模輸入阻抗太大的運(yùn)算放大器，環(huán)境噪音容易耦合進(jìn)電路發(fā)生震蕩引起報警器漂移。電路設(shè)計(jì)中的參數(shù)不正確也會發(fā)生電路震蕩等嚴(yán)重問題，例如，接工作電極的第一級運(yùn)放的功能是電流電壓轉(zhuǎn)換器，如果反饋電阻的阻值太大，系統(tǒng)將很不穩(wěn)定，引發(fā)震蕩、漂移等問題。在這些問題發(fā)生時，傳感器有可能遭受永久性損壞或暫時性損壞。
（3）使用質(zhì)量低劣的運(yùn)算放大器，引起恒電位儀工作不正常，從而發(fā)生基線漂移。同樣，在此過程中傳感器有可能遭受永久性或暫時性損壞。
（4）電路中有虛焊，引起恒電位儀工作不正常?？赡墚a(chǎn)生的問題同上。
（5）長期在濕度大、有腐蝕性氣體存在的環(huán)境里，線路板和所有接插部分又不氣密，元器件、接插件發(fā)生腐蝕，局部產(chǎn)生“微電池”，這些“微電池”產(chǎn)生的電流進(jìn)入放大電路，使恒電位儀和放大電路不能正常工作，產(chǎn)生各種各樣無法預(yù)料的問題，如漂移、無響應(yīng)、損壞傳感器，等等。
（6）傳感器發(fā)生電解液泄漏，流入線路板或接腳之間，引起短路等，使恒電位儀不能正常工作而發(fā)生漂移。傳感器內(nèi)部參比電極引線斷路或接觸不良（例如：傳感器遭碰撞、摔打、跌落，或由于制造過程中的缺陷，等），恒電位儀實(shí)際上缺失了參比電極，參比電極端處于浮空狀態(tài)，因此參比電極的恒電位功能不能正常工作。這一條是真正由于傳感器本身問題造成的報警器漂移等問題。注意，如（1）所述，如果是工作電極或?qū)﹄姌O的引線發(fā)生斷路或接插處接觸不良，產(chǎn)生的問題一般是沒有響應(yīng)。
（7）環(huán)境中存在干擾氣體如NO2、SO2、CO、H2S等，來自霧霾、附近工廠排放、垃圾堆放、室內(nèi)其它氣源等。這種情況實(shí)際不是“漂移”，是真實(shí)的干擾氣體存在。