基于SGAS707气体传感器的精确气体监测系统设计

ChemiresisTIve传感器为工业控制，HVAC系统以及健康和安全等应用提供了测量各种气体浓度的低成本手段。由于它们依靠加热元件，因此开发人员必须确保传感器电阻的精确测量，同时还要控制加热元件以保持适当的温度。

对于这两个要求，开发人员可以利用各种技术来平衡设计复杂性和测量精度。

本文回顾了chemiresisTIve传感器的性质及其在各种应用中的作用。然后，它介绍了Integrated Device Technology（IDT）的化学气体传感器设备，然后着重讨论了使用这些传感器的要求以及支持其操作的模拟设计替代方案。

最后，介绍了一种通用的基于MCU的设计方法，并介绍了用于评估和开发气体传感器设计的相关电路板和软件。

精确的传感器

定性检测和定量测量在专业和更常见的应用中越来越重要。甲烷检测器在采矿作业中提供关键警告，氢气测量可以提醒用户电池存在问题，精确的气体传感器可以在医疗应用中用作“电子鼻”。在住宅和商业建筑中，监测各种气体含量的能力可以警告使用者有毒气体，并提供火灾预警。

在可用的气体传感器中，chemiresistive金属氧化物传感器提供了一种经济高效的解决方案，即使在苛刻的应用中也能够提供可靠的结果。在这些传感器中，气载气体分子浓度的变化会导致传感器电阻的变化。这种电阻变化可以在传感器的工作范围内达到几个数量级。传感器电阻（R S）和气体浓度C 之间的这种关系用一个简单的公式表示，它只包含两个附加的常数因子：A和α。

或以等同形式写成：

公式2演示了气体浓度对数与传感器电阻对数之间的线性关系。实际上，该方程表明，这些传感器在低浓度时将表现出电阻的快速变化，但在高浓度下变化缓慢得多（图1）。

图1：IDS的SGAS701氢传感器等化学传感器传感器在传感器电阻和气体浓度之间呈现线性对数 - 对数关系，但支持电路会导致测量结果出现非线性。（图片来源：Integrated Device Technology）

来自IDT的一系列chemiresistive传感器可以提供各种气体的准确测量，包括：

氢气，使用IDT SGAS701传感器

使用SGAS707传感器测量挥发性有机化合物（VOC），包括甲醛，甲苯，丙酮和酒精

使用SGAS711传感器的易燃气体，包括碳氢化合物，甲烷，丙烷，天然气

与传感器元件一起，IDT的四引脚器件集成了一个电阻元件，可将传感器加热到最佳测量温度。

对于开发人员来说，挑战在于确保传感器电阻的准确测量，同时将加热元件保持在适当的温度。对于这两个要求，开发人员可以利用各种技术来平衡设计复杂性和测量精度。