气敏元件自平衡测量电路的设计王彩君黄智越／艳峰吴兴惠.PDF

1998年9月 传 感 技 术 学 报 第3期 气敏元件 自平衡测量 电路的设计。 王彩君 黄智越／艳峰 吴兴惠 (云南大学物理 乐．昆明市，650091) ， 摘要 提 出了一种气敏元件 自平衡 电路 的设计法．操作这种电路没有常规 电路那一种调零 繁琐手续，但却有 自动快速平衡的优点，从而实现 了气体测量的高精度 、快速性与简单化 的 愿望． 美键 l 高 的应用价值．惜此类元件的静态阻值高，与后续放大电路耦合不易．所 以常采用桥式电路 探头来解决，同时也可降低所能检出的最低值 ，或说提 高感度．但 由此引来 了测量前 的调零 手续和测量过程中零漂干扰．这些对人工调节来说都感到棘手．为此 ，本文提出了一种 自平 衡测量 电路．这种 电路可以在不影响测量精度的前提下 ，实现对输出值 的快速 自平衡，从而 减轻了操作量 ，也提高 了测量速度． 2 电路工作原理 21 操 作过程 (参见附图) 下面附图中 R 为气敏元件，R 为温度补偿元件 ．把它们组合在一起成为一个带有温度 补偿的热线型气敏探头的整体．V 是探头 的工作 电压， 为探头的输出电压 ，V 为 自平衡 电压，并可被 电路保持．△ 是输 出电压，也就是测值信号电压．按 电钮驱使控 制脉冲 为 高电位，让开关S闭合，电路成闭环工况．于是 V —V 一△V ·．4 而△V—V —V —V 一 △ · ．由于放大器的放大倍数 n很大很大 ，所 以△V≈o，也就是 Vu—V ．这表 明，在 闭环 工况下 ． 跟随 变化且相等 ，使输出为零 ．这就是说，电路 自动获得了平衡．因此． 是 来槁 [1期：l997年 10月 151] 第 3期 王彩君、黄智进等．气敏元件 自平衡测量 电路的设计 电路平衡信息值，成为闭环采样 附表 电路输 出值 ／mV △ △ △ 2 △ 0 0．1 0．1 0．1 气 200 5．9 6 5．3 体 400 l0 l0．1 9．8 浓 600 l3 14．6 13．4 度 800 17．5 18 3 17．1 (× 10) l000 20．4 21 3 20 附图 自平衡洲量 电路 的原理 框 图 当控制脉冲为低 电位时 ，开关 S开启，电路成开环工况．此时 ，e不再跟随代表相应于 当时待测气体浓度的v ，而依仗 电路的保持功能保持着原有平衡 电压值．由于 yny 两值 不等 ，有△ 的输出，供后续电路显示 ，完成测量工作 ，所 以称为开环保持与测量． 至于脉冲宽度则根据所采用 的气敏元件的驰豫时 间而定． 这样 ，只要在测量前，先按一下脉冲按钮 ，等待测量仪显示结果，或在测量过程 中怀疑有 零漂干扰时，按一下脉冲按钮，再读显示值就可以了． 2．2 原理分析 设某次测量前 ，气敏元件阻值为 R 、R。，经电路平衡后，则 VB— VA— R2V ／(R1+ R：) (1) 进人测量后，当敏感元件受待测气体影响，其阻值变化△R 时，则 变为 ，即 V ^一 R!Vc／(Rl一 △R】+ R2) (2) 利用式(2)、(3)，并设 一R。／R ，气敏元件灵敏度 I△R ／R I《1，则 电路输出 (R R R 一 R R c 1 ·R ㈣ l 一 △ 】+ 2) 1+ 2 ( + n) 1 … 式(3)即为 自平衡测量