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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Analizador de concentración de monóxido de carbono. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El monóxido de carbono (monóxido de carbono, CO) es uno de los productos de combustión más tóxicos. Forma parte del humo y se libera durante la combustión lenta y lenta de todas las sustancias orgánicas y que contienen carbono. Este es un gas muy venenoso. No tiene color ni olor, lo que lo hace especialmente peligroso, dificultando su detección a tiempo. Una persona puede sentir la presencia de monóxido de carbono en el aire sólo ante los primeros síntomas de intoxicación por monóxido de carbono, y esto es muy malo. La intoxicación pasa desapercibida y aumenta rápidamente. A veces es demasiado tarde para intentar rescatarlo, ya que el monóxido de carbono puede "apagar" la conciencia de una persona en cuestión de segundos. El principal efecto del monóxido de carbono en el cuerpo humano es su unión a la hemoglobina de los glóbulos rojos. Al hacer esto, bloquea el camino del oxígeno a las células, el cuerpo simplemente no puede continuar funcionando. Desafortunadamente, uno tiene que lidiar constantemente con este peligroso veneno en la vida cotidiana, no solo en una gran ciudad (en calles muy transitadas, cerca de estufas de gas y calentadores de agua), sino también en las zonas rurales (cerca de las grandes carreteras, en baños y casas con calefacción por estufa). Por lo tanto, es muy recomendable tener en casa un indicador de concentraciones peligrosas de monóxido de carbono en el aire. Figaro Engineering produce un sensor electroquímico económico y confiable para este gas con electrolito líquido TGS5042 [1-3]. En tamaño y apariencia es similar a una celda galvánica convencional de tamaño AA y opera en el rango de temperatura de -40 a 70ºC. оC en concentraciones de CO de 0 a 10000 ppm. Comparado con otros sensores similares, el TGS5042 tiene una serie de ventajas. Utiliza un electrolito ligeramente alcalino que cumple con todos los requisitos de seguridad ambiental, no hay fugas de electrolito de la carcasa, desgaste de los electrodos ni consumo de materiales químicos del sensor durante el funcionamiento. Tiene baja sensibilidad a otros gases, bajo costo, larga vida útil y es fácil de calibrar.
Este sensor se utiliza en el dispositivo descrito, cuyo diagrama se muestra en la figura. El dispositivo detecta la presencia de monóxido de carbono en el aire y mide su concentración en el rango de 1 a 999 partes por millón (ppm). El dispositivo muestra el resultado de la medición en un indicador LED HG1 de tres dígitos y siete elementos; cuando la concentración de gas supera las 100 ppm, el emisor de sonido HA1 genera una señal. En la Federación de Rusia las concentraciones máximas permitidas de contaminantes en el aire se establecen en miligramos por metro cúbico [4, 5]. Según estos documentos, la concentración de monóxido de carbono al aire libre no debe exceder los 3 mg/m3 (promedio diario) y 5 mg/m3 (pico) y en el aire interior: 20 mg/m3 durante toda la jornada laboral, 50 mg/m3 - dentro de una hora, 100 mg/m3 - dentro de los 30 minutos o 200 mg/m3 en 15 min. Para el monóxido de carbono, 1 mg/m3 equivale a 0,86 ppm. La corriente de salida del sensor B1 es directamente proporcional a la concentración de monóxido de carbono en el aire ambiente con un factor de conversión 1,2...2,4 nA/ppm. Utilizando el amplificador operacional incluido en el chip DA1 (MAX9001ESD), la corriente del sensor se convierte en voltaje, que se mide con un voltímetro digital integrado en los chips DA2 y DD1. Con un coeficiente de conversión del sensor de 2 nA/ppm y R1=500 kOhm, una concentración de monóxido de carbono de 1000 ppm corresponde a un voltaje de 1 V en la salida del amplificador operacional. Además del amplificador operacional, el chip DA1 contiene una fuente de voltaje de referencia de precisión de 1,23 V y un comparador de voltaje con un ancho de zona de histéresis de 2 mV. Una de las entradas del comparador en el dispositivo recibe voltaje de la salida del amplificador operacional, y la segunda recibe un voltaje de referencia de 2 mV obtenido utilizando un divisor resistivo R3R100, que corresponde a una concentración de monóxido de carbono de 100 ppm. . Si el voltaje de la salida del amplificador operacional excede este valor, el nivel lógico en la salida del comparador será bajo, el transistor de efecto de campo VT2 se abrirá y a través de él se suministrará voltaje de suministro al emisor de sonido HA1. . La frecuencia del generador integrado en el emisor la establece el condensador C4. El chip DA2 (CA3162E) es un voltímetro digital con un intervalo de medición de 0-999 mV, equipado con una unidad de indicación dinámica de resultados. Para trabajar con un indicador LED de siete elementos y tres dígitos, solo necesita agregar un convertidor de código DD1 (CA3161E) y tres interruptores de transistores VT3-VT5. Para evitar la polarización del sensor, cuando se apaga, es necesario conectar sus terminales entre sí. Para ello, se diseña el transistor de efecto de campo de canal p VT1 (J177), abierto en ausencia de energía, pero cerrado cuando se aplica un voltaje de +5 V a su puerta con respecto a la fuente. La fuente de alimentación debe estar estabilizada y diseñada para una corriente de carga de al menos 200 mA. La configuración del dispositivo comienza con la calibración del voltímetro. Primero, la entrada del chip DA2 (pin 11) se desconecta temporalmente de los pines 3 y 10 del chip DA1 y se conecta al cable común (menos energía). La resistencia de sintonización R4 logra lecturas cero en el indicador. Luego lo envían para su retiro. 11 voltaje constante +999 mV y la resistencia de recorte R5 establecen en el indicador el número 999. Después de esto, se restablece la conexión entre los pines 3 y 10 del chip DA1 con el pin 11 del chip DA2. La información sobre el coeficiente de conversión individual del sensor TGS5042 está disponible en el cuerpo de cada instancia. Si difiere de 2 nA/ppm, entonces la resistencia de la resistencia R1 debe cambiarse en proporción inversa a este coeficiente. El voltaje de referencia en la entrada del comparador (pin 11 DA1), correspondiente al umbral requerido para encender la señal de audio, se establece seleccionando las resistencias R2 y R3. Es aconsejable utilizar resistencias R1-R3 con una desviación máxima de resistencia del valor nominal no peor que ±1%. Literatura
Autor: A. Kornev
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