Схема Датчика угарного газа

Интоксикация организма нарастает стремительно и предпринимать какие-либо попытки к спасению практически невозможно, так как угарный газ может "отключить" сознание человека за несколько секунд.

Основное биологическое воздействие угарного газа на организм человека состоит в связывании оксидом углерода гемоглобина в красных кровяных тельцах. Этим ставится практически непреодолимый барьер для доступа кислорода к клеткам организма, и последний просто перестает функционировать. С этим газом можно столкнуться практически везде, около газовых плит и колонок, на оживлённых дорогах, в банях и в домах с печным отоплением. Поэтому иметь дома датчик-индикатор опасной концентрации оксида углерода очень рекомендуется.

Описание работы схемы датчика угарного газа

Фирма Figaro Engineering может нам в этом помочь, несколько лет назад, она выпустила на рынок недорогой датчик угарного газа с жидким электролитом TGS5042. Своим внешним видом и габаритами он напоминает обычную батарейку типа АА, способен функционировать в большом диапазоне температур от -40 до 70 °С при концентрации оксида углерода от 0 до 10000 ррт. По сравнению с аналогичными моделями TGS5042 имеет ряд плюсов. В нём применен слабощелочной электролит, удовлетворяющий всем требованиям современной техники безопасности, полностью отсутствуют утечки электролита из корпуса, нет никакого износа электродов и расход химических элементов преобразователя в процессе работы. Он обладает низкой чувствительностью к другим видам газов, и крайне низкую стоимость (от 23 бакинских), длительный срок работы и простой алгоритм настройки схемы.

Этот тип преобразователя мы и задействовали в нашем приборе, схема которого приведена на рисунке чуть ниже. Устройство фиксирует наличие оксида углерода в воздухе и измеряет уровень его концентрацию в диапазоне от 1 до 999 миллионных долей (ррт). Результат измерения выводится на трёхразрядный семиэлементный светодиодный индикатор HG1. В случае превышения концентрации в 100 ррт вырабатывается звуковой сигнал, поступающий на пищалку НА1.

Выходной ток преобразователя В1 прямо пропорционален концентрации угарного газа в воздухе с коэффициентом преобразования от 1,2 до 2,4 нА/ppm. С помощью операционного усилителя DA1 (MAX9001ESD), ток датчика преобразуется в напряжение, которое измеряется цифровым вольтметром, выполненным на микросборках DA2 и DD1. При коэффициенте преобразования 2 нА/ppm и сопротивлении R1=500 кОм концентрации в 1000 рргл соответствует напряжение около 1 В на выходе операционника.

В DA1 кроме ОУ есть прецизионный источник напряжения 1,23 В и компаратор напряжения с шириной петли гистерезиса 2 мВ. На один из входов компаратора следует напряжение с выхода ОУ, а на другой — с помощью резистивного делителя R2-R3 образцовое напряжение уровнем 100 мВ, что соответствует концентрации в 100 рргл. При превышении напряжением с выхода ОУ этого значения, логический уровень на выходе компаратора станет низким, транзистор VT2 откроется и через него на звуковой излучатель НА1 проследует напряжение питания. Частота встроенного в излучатель генератора регулируется номиналом емкости С4.

Микросборка DA2 типа СА3162Е уже есть готовый вольтметр с диапазоном измерения от 0 999 мВ, оснащённый блоком динамической индикации. Для его работы с светодиодным индикатором необходимо добавить в схему лишь преобразователь кода DD1 на микросборке СА3161Е и три транзисторных ключа VT3—VT5.

Чтобы исключить вероятность поляризации датчика, при отключенном напряжении питании требуется соединять его выводы между собой. Для этого в конструкцию был введен р-канальный полевой транзистор VT1 типа J177, открытый при отсутствии напряжения питания, но запирающийся при подаче на его затвор уровня в +5 В относительно истока. Блок питания должен быть обязательно стабилизированным и рассчитанным на ток нагрузки не ниже 200 мА.

Настройку измерительного устройства начинают с калибровки цифрового вольтметра. Вначале на вход DA2 (вывод 11) временно отсоединяют от выводов 3 и 10 DA1 и подключают его к общему проводу (минус). Подстроечным сопротивлением R4 добиваются нулевых показаний на светодиодном индикаторе. Затем подают на вывод 11 постоянное напряжение +999 мВ и подстроечным сопротивлением R5 задают на цифровом индикаторе число 999. После этого соединение выводов 3 и 10 DA1 с 11 ножкой микросхемы DA2 восстанавливают.

Информация об индивидуальном коэффициенте преобразования TGS5042 нанесена на корпус каждого экземпляра. Если он отличается от 2 нА/ppm, то сопротивление R1 требуется настроить обратно пропорционально этому коэффициенту. Образцовое напряжение на входе компаратора (вывод 11 микросборки DA1), соответствующее требуемому порогу включения звуковой сигнализации, устанавливают подборкой сопротивлений R2 и R3.