所謂氣體傳感器，是指用于探測在一定區域范圍內是否存在特定氣體或能連續測量氣體成分濃度的傳感器。在煤礦、石油、化工、市政、醫療、交通運輸、家庭等安全防護方面，氣體傳感器常用于探測可燃、易燃、有毒氣體的濃度或其存在與否，或氧氣的消耗量等。

氣體傳感器的信號調理要求

1、催化燃燒式氣體傳感器：

催化燃燒式氣體傳感器如圖5所示。包括探測器端和補償端。通過配置外圍的 R1/R2/VR，使電橋平衡。采用惠斯通電橋原理，感應電阻與環境中的可燃氣體發生無焰燃燒，使溫度使感應電阻的阻值發生變化，打破電橋平衡，使之輸出穩定的電信號，再經過信號放大電路、穩定和處理得到測量數。在此種應用中，需要放大器有較高的共模抑制比，低失調電壓，可選用儀表放大器實現。

AD8420 是低功耗 90μA，寬電壓供電范圍 2.7V～36V，高共模抑制（》100dB）的軌到軌輸出的儀表放大器。

2、半導體式氣體傳感器：

此類通常傳感器含有 4/6 個引腳，如圖 1 所示：H/h 為加熱級，A/a 與 B/b 是敏感電阻的兩極，器中 A/a 內部短路，B/b 內部短路。VH 是加熱電壓，Vc 是激勵電壓，RL 為端接負載電阻。通過兩端的電壓 VRL 可得到傳感器的阻值，即可得到氣體的濃度（根據傳感器廠家提供的特征曲線計算）。

在測量 VRL 時，對后端的放大器和數據轉換器（ADC）的要求一般不高，一般選取高輸入阻抗，帶寬小于 1Mhz 的低成本的放大器。ADC：低成本，一般采用單片機（MCU）集成的 ADC 分辨率》=8 bits， 采樣率 《 1Kbps，或直接采用比較器，作為報警功能使用。門限值的調整與負載電阻 RL 相關。

AD8613 是低成本，低功耗的放大器，帶寬 400Khz，失調電壓 2.2mV，可作為緩沖 / 放大電路使用。

AD7170 是低功耗，分辨率 12bit，數據吞吐率為 125hz S/D 型 ADC，適合低功耗，一般精度要求的數據采集系統。

3、紅外式氣體傳感器：

熱釋電是紅外氣體傳感器中重要的一種，其傳感器及其典型接口電路如圖 7 和圖 8 所示，框中部分是傳感器，內部集成有 JFET 和 CMOS 運放兩種形式。對外部均需要精密運算放大器對輸出的信號進行調理。溫度的變化對于此類傳感器影響較大，一般有溫度校正的環節。

4、電化學式氣體傳感器：

電化學式氣體傳感器通常是電流方式輸出，信號的靈敏度從幾十 nA/ppm 到幾百 nA/ppm，其數值根據氣體的種類不同而不同。另外，不同廠家的傳感器也略有差異。此類傳感器一般 3 個引腳，分別是工作電極（WE）/ 參考電極（RE）/ 對電極（CE）。 工作電極與對電極之間流動的電流與氣體濃度成比例。參考電極沒有電極流動，只是提供一個參考電壓。對于不同氣體傳感器，參考電壓會有所不同，設計后端電路時要仔細閱讀產品手冊。

該類氣體傳感器需要使用 TIA（Trans Impedance Amplifier）將電流信號轉成電壓信號，再進行模數轉換。由于信號的輸出電流較小，需要選用 Ib（偏置電流《10pA）較小的精密運算放大器。

ADA4505-1/2/4 是超低功耗，軌到軌，零交越失真輸入輸出放大器。Ib 為 0.5pA，供電范圍 1.8～5V，每個放大器的功耗為 10μA，非常適合此應用。

AD7988-1 是 16bit 分辨率，100Kbps 采樣率的 SAR 型超低功耗 ADC。功耗在 100Kbps 采樣率時僅 0.7mW。

AD7792/3 是 16/24bit 分辨率，低功耗的 S/D 型 ADC。內部集成儀表放大器及其參考源，適于低頻高精度的采樣系統。

5、PID光離子化式氣體傳感器：

PID光電離式氣體傳感器的電路部分不僅包括信號的檢測電路，還包括紫外光的電源驅動，風扇控制電路等控制。嚴格的說，它是一個氣體探測器，而非傳感器。以下僅討論起信號的檢測部分。光離化后，產生的離子流通常在 0.1nA 的等級，需要微弱信號檢測技術。需超低偏流的 TIA 放大器，處理噪聲極為重要，如圖 9 所示。信號放大之后需要高精度，低噪聲的模數轉換器 ADC。當然，也有一些傳感器將這些都處理好，提供給用戶的直接是 mV 級靈敏度的電壓信號。再此基礎上，用戶就可以通過簡單的放大電路進行處理。

圖9：微弱電流檢測 TIA

AD549L：針對微弱電流信號的檢測，它是提供了目前業界出色的超低偏流放大器，Ib 僅 60fA max。

AD7190 是分辨率 24bit，超高精度 S/D 型 ADC，在 4.7Hz 吞吐率，增益 128 時，噪聲水平僅為 8.5nV/sqrt Hz. 廣泛的用于超高精度數據采樣系統。

對于氣體傳感器后端的信號處理，ADI 提供了非常有競爭力的信號調理產品，如上所述的運算放大器、儀表放大器、數據轉換器等。表 1 給出了針對不同類型的氣體傳感器對信號調理器件的主要參數需求，及其推薦器件。

表 1： 信號調理要求 VS 氣體傳感器類型

綜合簡述

有毒有害等氣體的檢測，已成為環境監測與化學分析應用的一個重要分支，其傳感器的發展隨著應用的需求也在發生著變化。同時，對后端的信號處理，也提出了挑戰。隨著科技的不斷進步，氣體傳感器對于精密信號處理，技術及信號調理產品（放大器，數據轉換器等）在氣體測量的可靠性，精準性方面，都可以帶來出色的性能，毫無疑問，這一應用將在很大程度上滿足不同的需求。

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