[发明专利]一种电化学气体传感器正反向电流适配电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体检测技术，尤其是一种电化学气体传感器输出正反向电流的适配电路及方法。

背景技术

在气体检测行业中，对有毒气体的检测是行业中非常重要的一部份。有毒气体检测主要通过电化学气体传感器来实现，电化学气体传感器具有反映速度快、准确（可用于ppm级），稳定性好、能够定量检测、可重复性好、抗干扰能力强等优点。

电化学气体传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学气体传感器由工作电极（或传感电极）和对电极组成，工作电极与对电极之间由一个薄电解层隔开。当目标气体进入传感器后，与工作电极发生氧化还原反应，产生电流，通过外围电路检测所述电流便可测得目标气体浓度。为了将工作电极的电位稳定在一个特定范围内以保证电化学气体传感器正常工作，人们引入了第三电极，即参考电极。

电化学气体传感器输出的电流信号可以有正有负。一般来说，电化学气体传感器输出电流信号需要经过一个信号提取电路采集和放大，然后通过AD采样电路送至单片机之类的控制处理单元进行进一步的分析处理，如果电化学气体传感器输出为负，还需在信号提取电路后增加一用于将负信号转换为正信号的电路，如反相跟随器，这样一来不仅增加了用于适配负电流传感器的工作电路的复杂程度，增加了电路的设计成本，而且在实际运用中就需要设计不同的传感器工作电路来适配不同输出电流方向的电化学气体传感器。对于用户来说就需要购买至少两套传感器工作电路，并且根据传感器特点选用不同的传感器工作电路，这样不仅增加了成本，工作效率也低下。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足提供一种能够适配电化学气体传感器输出正电流或负电流的工作电路及方法。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种电化学气体传感器正反向电流适配电路，包括传感器供电电路、供电配置电路及传感器输出信号提取电路，所述传感器供电电路用于向电化学气体传感器供电，传感器输出信号提取电路用于接收并放大电化学气体传感器输出的信号；所述供电配置电路用于输出大于或等于0的电压信号给所述传感器输出信号提取电路，使得传感器输出信号提取电路的输出电压信号大于或等于0。

优选地，所述供电配置电路还用于向传感器供电电路提供输入电压。

优选地，所述供电配置电路包含第一电阻与第二电阻，第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，第二电阻的另一端接直流电压源；第一电阻与第二电阻的公共连接段为供电配置电路的电压输出端；第一电阻为阻值可调的可变电阻。

优选地，所述电化学气体传感器还包括参考电极；所述传感器供电电路包括第一运算放大器、第三电阻及第四电阻；供电配置电路的电压输出端通过第三电阻与第一运算放大器的正相输入端连接；第四电阻的一端与第一运算放大器的反相输入端连接，第四电阻的另一端用于连接电化学气体传感器的参考电极；所述第一运算放大器的输出端连接电化学气体传感器的对电极。

优选地，第一运算放大器的输出端与第四电阻中用于连接电化学气体传感器参考电极的一端之间接有滤波电容。

优选地，所述传感器输出信号提取电路包括第二运算放大器、第五电阻、第六电阻及第七电阻；所述供电配置电路的电压输出端通过第五电阻与第二运算放大器的正相输入端连接；所述第六电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端连接, 第六电阻另一端用于连接电化学气体传感器的工作电极；第二运算放大器的反相输入端通过第七电阻与第二运算放大器的输出端连接。

所述的电化学气体传感器正反向电流适配电路的工作方法，包括：

步骤1：确定所述电化学气体传感器输出的电流信号是正电流还是负电流，若是正电流执行步骤2，若是负电流执行步骤3；

步骤2：控制所述供电配置电路输出电压为V1；电压V1满足这样的条件：当所述电化学气体传感器输出最大值时，电压V1使传感器输出信号提取电路工作在线性放大状态；

步骤3：控制所述供电配置电路输出电压大于V2；电压V2满足这样的条件：当所述电化学气体传感器输出最小值时，电压V2使传感器输出信号提取电路的输出电压非负，当所述电化学气体传感器输出最大值时，电压V2使传感器输出信号提取电路工作在线性放大状态；

当电化学气体传感器工作电极上的电流信号方向为从工作电极流向外围电路时电化学气体传感器输出的电流信号为负电流；当电化学气体传感器工作电极上的电流信号方向为从外围电路流向工作电极时电化学气体传感器输出的电流信号为正电流。