Analizzatore di concentrazione di monossido di carbonio. Schema, descrizione

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Analizzatore di concentrazione di monossido di carbonio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il monossido di carbonio (monossido di carbonio, CO) è uno dei prodotti di combustione più tossici. Fa parte del fumo e viene rilasciato durante la combustione senza fiamma e la combustione di tutte le sostanze organiche e contenenti carbonio. Questo è un gas molto velenoso. Non ha né colore né odore, il che lo rende particolarmente pericoloso e difficile da rilevare in modo tempestivo. Una persona può sentire la presenza di monossido di carbonio nell'aria solo ai primi sintomi di avvelenamento da monossido di carbonio, e questo è molto brutto. L'intossicazione avviene inosservata e aumenta rapidamente. A volte è troppo tardi per tentare di salvare, poiché il monossido di carbonio può "spegnere" la coscienza di una persona in pochi secondi.

L'effetto principale del monossido di carbonio sul corpo umano è il suo legame con l'emoglobina nei globuli rossi. In questo modo si blocca il percorso dell’ossigeno verso le cellule e il corpo semplicemente non può continuare a funzionare. Sfortunatamente, bisogna fare i conti con questo pericoloso veleno costantemente nella vita di tutti i giorni, non solo nelle grandi città (sulle strade trafficate, vicino a stufe a gas e scaldabagni), ma anche nelle zone rurali (vicino alle grandi autostrade, negli stabilimenti balneari e nelle case con riscaldamento della stufa). Pertanto, è molto auspicabile avere un indicatore delle concentrazioni pericolose di monossido di carbonio nell'aria di casa.

Figaro Engineering produce un sensore elettrochimico economico e affidabile per questo gas con elettrolita liquido TGS5042 [1-3]. Per dimensioni e aspetto è simile ad una cella galvanica convenzionale di dimensione AA e funziona nell'intervallo di temperature da -40 a 70 ^оC a concentrazioni di CO da 0 a 10000 ppm. Rispetto ad altri sensori simili, il TGS5042 presenta numerosi vantaggi. Utilizza un elettrolita leggermente alcalino che soddisfa tutti i requisiti di sicurezza ambientale; non si verificano perdite di elettrolita dall'alloggiamento, usura degli elettrodi e consumo di materiali chimici del sensore durante il funzionamento. Ha una bassa sensibilità agli altri gas, un basso costo, una lunga durata ed è facile da calibrare.

(clicca per ingrandire)

Questo sensore viene utilizzato nel dispositivo descritto, il cui schema è mostrato in figura. Il dispositivo rileva la presenza di monossido di carbonio nell'aria e ne misura la concentrazione nell'intervallo 1-999 parti per milione (ppm). Il dispositivo visualizza il risultato della misurazione su un indicatore LED a tre cifre e sette elementi HG1; quando la concentrazione di gas supera 100 ppm, viene generato un segnale dall'emettitore sonoro HA1.

Nella Federazione Russa le concentrazioni massime consentite di sostanze inquinanti nell'aria sono stabilite in milligrammi per metro cubo [4, 5]. Secondo questi documenti, la concentrazione di monossido di carbonio all'aria aperta non dovrebbe superare i 3 mg/m³ (media giornaliera) e 5 mg/mXNUMX³ (picco) e nell'aria interna - 20 mg/m³ durante tutta la giornata lavorativa, 50 mg/m³ - entro un'ora, 100 mg/mXNUMX³ - entro 30 minuti o 200 mg/mXNUMX³ entro 15 minuti Per il monossido di carbonio, 1 mg/m3 equivale a 0,86 ppm.

La corrente di uscita del sensore B1 è direttamente proporzionale alla concentrazione di monossido di carbonio nell'aria ambiente con un fattore di conversione

1,2...2,4 nA/ppm. Utilizzando l'amplificatore operazionale incluso nel chip DA1 (MAX9001ESD), la corrente del sensore viene convertita in tensione, che viene misurata da un voltmetro digitale integrato sui chip DA2 e DD1. Con un coefficiente di conversione del sensore di 2 nA/ppm e R1=500 kOhm, una concentrazione di monossido di carbonio di 1000 ppm corrisponde ad una tensione di 1 V all'uscita dell'amplificatore operazionale.

Oltre all'amplificatore operazionale, il chip DA1 contiene una sorgente di tensione di riferimento di precisione di 1,23 V e un comparatore di tensione con un'ampiezza della zona di isteresi di 2 mV. Uno degli ingressi del comparatore nel dispositivo viene alimentato con tensione dall'uscita dell'amplificatore operazionale e il secondo viene alimentato con una tensione di riferimento di 2 mV ottenuta utilizzando un partitore resistivo R3R100, che corrisponde a una concentrazione di monossido di carbonio di 100 ppm . Se la tensione dall'uscita dell'amplificatore operazionale supera questo valore, il livello logico all'uscita del comparatore diventerà basso, il transistor ad effetto di campo VT2 si aprirà e attraverso di esso la tensione di alimentazione verrà fornita all'emettitore sonoro HA1 . La frequenza del generatore integrato nell'emettitore è impostata dal condensatore C4.

Il chip DA2 (CA3162E) è un voltmetro digitale con un intervallo di misurazione di 0-999 mV, dotato di un'unità di indicazione dinamica dei risultati. Per funzionare con un indicatore LED a sette elementi a tre cifre, è sufficiente aggiungere un convertitore di codice DD1 (CA3161E) e tre interruttori a transistor VT3-VT5.

Per evitare la polarizzazione del sensore, quando l'alimentazione è spenta, è necessario collegare tra loro i suoi terminali. A tale scopo, è progettato il transistor ad effetto di campo a canale P VT1 (J177), aperto in assenza di alimentazione, ma chiuso quando viene applicata una tensione di +5 V al suo gate rispetto alla sorgente. La fonte di alimentazione deve essere stabilizzata e progettata per una corrente di carico di almeno 200 mA.

La configurazione del dispositivo inizia con la calibrazione del voltmetro. Innanzitutto, l'ingresso del chip DA2 (pin 11) viene temporaneamente disconnesso dai pin 3 e 10 del chip DA1 e collegato al filo comune (meno alimentazione). Il resistore di sintonizzazione R4 raggiunge letture pari a zero sull'indicatore. Quindi lo sottopongono al ritiro. 11 tensione costante +999 mV e resistenza di regolazione R5 impostano sull'indicatore il numero 999. Successivamente, viene ripristinata la connessione tra i pin 3 e 10 del chip DA1 con il pin 11 del chip DA2.

Le informazioni sul coefficiente di conversione individuale del sensore TGS5042 sono disponibili sul corpo di ciascuna istanza. Se differisce da 2 nA/ppm, la resistenza del resistore R1 deve essere modificata in proporzione inversa a questo coefficiente. La tensione di riferimento all'ingresso del comparatore (pin 11 DA1), corrispondente alla soglia richiesta per l'accensione del segnale audio, viene impostata selezionando i resistori R2 e R3. Si consiglia di utilizzare resistori R1-R3 con una deviazione massima della resistenza dal valore nominale non inferiore a ±1%.

Letteratura

Krashevsky R. Nuova serie di sensori di monossido di carbonio TGS5042 di Figaro Engineering. - CHIP NEWS Ucraina, n. 4 (114), maggio 2012, pag. 44-46.
Romanova I. Sensori di gas altamente sensibili, nuovi prodotti da FIGARO ENGINEERING. - "Elettronica: NTB", 2011, n. 1 (00107), pp. 64-70.
TGS 5042 - per la rilevazione del monossido di carbonio. - URL: figarosensor.com/products/5042pdf.pdf.
"Concentrazioni massime ammissibili (MPC) di inquinanti nell'aria atmosferica delle aree popolate." Norme igieniche GN 2.1.6.1338-03 (approvate dal Capo Sanitario dello Stato della Federazione Russa il 25 giugno 2003). - URL: ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/42/42030/index.php.
"Concentrazioni massime ammissibili (MPC) di sostanze nocive nell'aria dell'area di lavoro." Norme igieniche GN 2.2.5.1313-03 (approvate dal Capo Sanitario dello Stato della Federazione Russa il 27 aprile 2003) - URL: norm-load.ru/SNiP/Data1/42/42033/index.htm.

Autore: A. Kornev

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