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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kohlenmonoxid-Konzentrationsanalysator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid, CO) ist eines der giftigsten Verbrennungsprodukte. Es ist Bestandteil von Rauch und wird beim Schwelen und Verbrennen aller organischen und kohlenstoffhaltigen Stoffe freigesetzt. Dies ist ein sehr giftiges Gas. Es hat weder Farbe noch Geruch, was es besonders gefährlich macht und es schwierig macht, es rechtzeitig zu erkennen. Eine Person kann das Vorhandensein von Kohlenmonoxid in der Luft nur bei den ersten Symptomen einer Kohlenmonoxidvergiftung spüren, und das ist sehr schlimm. Die Vergiftung verläuft unbemerkt und nimmt rasch zu. Manchmal ist es für Rettungsversuche zu spät, da Kohlenmonoxid das Bewusstsein einer Person innerhalb von Sekunden „abschalten“ kann. Die Hauptwirkung von Kohlenmonoxid auf den menschlichen Körper ist seine Bindung an Hämoglobin in den roten Blutkörperchen. Dadurch wird der Weg des Sauerstoffs zu den Zellen blockiert, der Körper kann einfach nicht weiter funktionieren. Leider hat man im Alltag ständig mit diesem gefährlichen Gift zu tun, nicht nur in einer Großstadt (an stark befahrenen Straßen, in der Nähe von Gasherden und Warmwasserbereitern), sondern auch in ländlichen Gebieten (in der Nähe großer Autobahnen, in Badehäusern und in Häusern mit Ofenheizung). Daher ist es sehr wünschenswert, einen Indikator für gefährliche Kohlenmonoxidkonzentrationen in der Luft zu Hause zu haben. Figaro Engineering produziert einen kostengünstigen und zuverlässigen elektrochemischen Sensor für dieses Gas mit dem flüssigen Elektrolyten TGS5042 [1-3]. In Größe und Aussehen ähnelt sie einer herkömmlichen galvanischen Zelle der Größe AA und arbeitet im Temperaturbereich von -40 bis 70 °C оC bei CO-Konzentrationen von 0 bis 10000 ppm. Im Vergleich zu anderen ähnlichen Sensoren bietet der TGS5042 eine Reihe von Vorteilen. Es verwendet einen leicht alkalischen Elektrolyten, der alle Umweltsicherheitsanforderungen erfüllt; es kommt zu keinem Elektrolytaustritt aus dem Gehäuse, zu keinem Elektrodenverschleiß und zu keinem Verbrauch chemischer Materialien des Sensors während des Betriebs. Es weist eine geringe Empfindlichkeit gegenüber anderen Gasen auf, ist kostengünstig, hat eine lange Lebensdauer und ist einfach zu kalibrieren.
Dieser Sensor wird in dem beschriebenen Gerät verwendet, dessen Diagramm in der Abbildung dargestellt ist. Das Gerät erkennt das Vorhandensein von Kohlenmonoxid in der Luft und misst dessen Konzentration im Bereich von 1–999 Teilen pro Million (ppm). Das Gerät zeigt das Messergebnis auf einer dreistelligen siebengliedrigen LED-Anzeige HG1 an; wenn die Gaskonzentration 100 ppm überschreitet, wird vom Schallgeber HA1 ein Signal erzeugt. Die maximal zulässigen Schadstoffkonzentrationen in der Luft werden in der Russischen Föderation in Milligramm pro Kubikmeter festgelegt [4, 5]. Diesen Unterlagen zufolge sollte die Konzentration von Kohlenmonoxid in der Außenluft 3 mg/mXNUMX nicht überschreiten3 (durchschnittlich täglich) und 5 mg/m3 (Spitze) und in der Innenluft - 20 mg/m3 über den gesamten Arbeitstag hinweg 50 mg/m3 - innerhalb einer Stunde 100 mg/m3 - innerhalb von 30 Minuten oder 200 mg/m3 innerhalb von 15 Min. Für Kohlenmonoxid entspricht 1 mg/m3 0,86 ppm. Der Ausgangsstrom des Sensors B1 ist mit einem Umrechnungsfaktor direkt proportional zur Kohlenmonoxidkonzentration in der Umgebungsluft 1,2...2,4 nA/ppm. Mithilfe des im DA1-Chip enthaltenen Operationsverstärkers (MAX9001ESD) wird der Sensorstrom in Spannung umgewandelt, die von einem digitalen Voltmeter gemessen wird, das auf den DA2- und DD1-Chips aufgebaut ist. Bei einem Sensorumwandlungskoeffizienten von 2 nA/ppm und R1=500 kOhm entspricht eine Kohlenmonoxidkonzentration von 1000 ppm einer Spannung von 1 V am Ausgang des Operationsverstärkers. Zusätzlich zum Operationsverstärker enthält der DA1-Chip eine Präzisionsreferenzspannungsquelle von 1,23 V und einen Spannungskomparator mit einer Hysteresezonenbreite von 2 mV. Einer der Eingänge des Komparators im Gerät wird mit Spannung vom Ausgang des Operationsverstärkers versorgt, und der zweite wird mit einer Referenzspannung von 2 mV versorgt, die über einen Widerstandsteiler R3R100 erhalten wird, was einer Kohlenmonoxidkonzentration von 100 ppm entspricht . Wenn die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers diesen Wert überschreitet, wird der logische Pegel am Ausgang des Komparators niedrig, der Feldeffekttransistor VT2 öffnet und über ihn wird die Versorgungsspannung dem Schallsender HA1 zugeführt . Die Frequenz des im Emitter eingebauten Generators wird durch den Kondensator C4 eingestellt. Der DA2-Chip (CA3162E) ist ein digitales Voltmeter mit einem Messintervall von 0–999 mV, ausgestattet mit einer dynamischen Ergebnisanzeigeeinheit. Um mit einer dreistelligen LED-Anzeige mit sieben Elementen zu arbeiten, müssen Sie lediglich einen DD1-Codekonverter (CA3161E) und drei VT3-VT5-Transistorschalter hinzufügen. Um eine Polarisierung des Sensors zu verhindern, ist es bei ausgeschalteter Stromversorgung erforderlich, seine Anschlüsse miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck ist der p-Kanal-Feldeffekttransistor VT1 (J177) so ausgelegt, dass er bei fehlender Stromversorgung offen ist, aber geschlossen ist, wenn an seinem Gate relativ zur Source eine Spannung von +5 V anliegt. Die Stromquelle muss stabilisiert und für einen Laststrom von mindestens 200 mA ausgelegt sein. Das Einrichten des Geräts beginnt mit der Kalibrierung des Voltmeters. Zunächst wird der Eingang des DA2-Chips (Pin 11) vorübergehend von den Pins 3 und 10 des DA1-Chips getrennt und mit der gemeinsamen Leitung (Minusstrom) verbunden. Der Abstimmwiderstand R4 erreicht auf der Anzeige Nullwerte. Dann reichen sie es zur Auszahlung ein. 11 Konstantspannung +999 mV und Trimmwiderstand R5 stellen auf der Anzeige die Zahl 999 ein. Danach wird die Verbindung zwischen Pin 3 und 10 des DA1-Chips mit Pin 11 des DA2-Chips wiederhergestellt. Informationen zum individuellen Umwandlungskoeffizienten des TGS5042-Sensors finden Sie auf dem Gehäuse jedes Exemplars. Wenn er von 2 nA/ppm abweicht, muss der Widerstandswert des Widerstands R1 umgekehrt proportional zu diesem Koeffizienten geändert werden. Die Referenzspannung am Eingang des Komparators (Pin 11 DA1), entsprechend der erforderlichen Schwelle zum Einschalten des Audiosignals, wird durch Auswahl der Widerstände R2 und R3 eingestellt. Es empfiehlt sich, Widerstände R1-R3 zu verwenden, deren maximale Widerstandsabweichung vom Nennwert nicht schlechter als ±1 % sein darf. Literatur
Autor: A. Kornew
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