用化学武器设计精确的气体监测系统

　　化学电阻传感器提供一个低成本的测量应用在工业控制、暖通空调系统的各种气体的浓度，以及健康和安全。由于它们依赖于加热元件，所以开发人员面临着确保传感器电阻精确测量的挑战，同时还要控制加热元件以维持适当的温度。

　　对于这两个需求，开发人员可以利用各种技术来平衡设计复杂度和测量精度。

　　本文综述了化学电阻传感器及其在各种应用中的作用的性质。然后介绍了传感器来检测气体传感器设备集成设备技术(IDT)专注于使用这些传感器的要求，以及模拟设计方案支持他们的操作。

　　最后，描述了一种基于MCU的通用设计方法，并介绍了用于评估和开发气敏传感器设计的相关板和软件。

　　化学电阻传感器

　　定性检测和定量测量在专业化和更普遍的应用中越来越重要。甲烷探测器在采矿作业中提供了重要的警告，氢气测量可以提醒用户电池的问题，精确的气体传感器可以作为医疗应用中的“电子鼻”。在住宅和商业建筑中，监测各种气体的水平可以警告有毒烟雾的使用者，并提供火灾预警。

　　现有气体传感器中，传感器来检测金属氧化物传感器提供一个具有成本效益的解决方案，甚至能在严酷的应用提供可靠的结果。在这些传感器中，空气中气体分子浓度的变化导致传感器电阻的变化。这种电阻的变化可以在传感器的工作范围内达到几个数量级。这种传感器电阻(RS)与气体浓度c之间的关系用一个简单的方程表示，它只包含两个附加常数因子：α和α。

　　方程1

      

　　或以同等形式写成的：

　　方程2

　　方程2显示了气体浓度测井曲线与传感器电阻对数之间的线性关系。从实际意义上讲，方程表明，这些传感器在低浓度下表现出快速的电阻变化，但在高浓度下的变化要慢得多(图1)。

　　IDT的sgas701氢传感器图呈现线性对数关系阻力和气体浓度传感器

　　图1：化学电阻传感器如IDT的sgas701氢气传感器具有线性对数关系之间的传感器电阻和气体浓度，但支持电路可导致测量结果的非线性。(图像来源：集成设备技术)

　　从IDT一套化学电阻传感器可以提供范围广泛的气体，包括精确的测量：

　　氢，采用IDT sgas701传感器

　　挥发性有机化合物(VOCs)包括甲醛、甲苯、丙酮、醇类、使用sgas707传感器

　　可燃气体，包括烃类、甲烷、丙烷、天然气，使用sgas711传感器

　　随着传感器元件，IDT的四针设备集成电阻元件加热传感器到最佳的测量温度。

　　对于开发人员来说，挑战在于确保传感器电阻的精确测量，同时保持加热元件处于适当的温度。对于这两个需求，开发人员可以利用各种技术来平衡设计复杂度和测量精度。

　　模拟前端实现的考虑

　　作为一个电阻装置，一个化学电阻传感器需要一个适当的励磁电源测量电阻的变化由于瓦斯浓度的变化。与任何此类设备一样，开发人员可以使用不同的方法来测量传感器电阻(RS)，包括：