CN110940861B - 一种气体传感器的电阻测试电路及电阻测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体传感器的电阻测试电路及电阻测试方法，属于气体传感器领域。该电路包括：待测气体传感器、第一电阻、第二电阻、参数一致且均为NPN型的三极管一和三极管二，两者的基极相连，三极管一的发射极接地，三极管一的集电极与第一电阻的第二端相连，第一电阻的第一端施加有第一电压值，且第二端与两个三极管的基极均相连，三极管二的发射极与第二电阻的第一端相连，第二电阻的第二端接地，待测气体传感器的第一端施加有第二电压值，第二端与三极管二的集电极相连，其中，第一电压、第二电压、第一电阻和第二电阻选择为使得待测气体传感器的电流为恒定的微安级电流。本发明的气体传感器的电阻测试电路及方法测试更稳定更准确。
Description
技术领域
本发明涉及气体传感器领域，特别是涉及一种气体传感器的电阻测试电路及电阻测试方法。
背景技术
目前在传感器测量领域内，将传感器置于简单的分压电路中(参见图1)，根据传感器静态电阻值取一个合适的负载值，取传感器敏感体电阻值与负载电阻分压，MCU(微控制器)读取电压值来分析传感器响应程度。
上述方案用于一些对电流十分敏感的传感器时，因电流较大，且在使用过程中随传感器材料阻值变化，电流也在不停变化，根据欧姆定律，这样就使的流过传感器的电流也会不停的变化，电流的大小对传感器的材料产生的不同的影响，尤其一些对电流敏感的传感器材料,从而使传感器性能的稳定性和传感器的一致性得不到保障，进而使得测试的可靠性与稳定性得不到保障。因此要寻找一种更稳定的传感器应用电路方式。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种更稳定的气体传感器的电阻测试电路及电阻测试方法。
本发明的另一个目的是通过恒流的测试电路使得所采集的气体传感器的浓度更准确，精度更高。
本发明的进一步的一个目的是要缩减测试时间。
特别地，本发明提供了一种气体传感器的电阻测试电路，包括：
待测气体传感器、第一电阻、第二电阻、参数一致且均为NPN型的三极管一和三极管二，所述三极管一的基极与所述三极管二的基极相连，所述三极管一的发射极接地，所述三极管一的集电极与第一电阻的第二端相连，所述第一电阻的第一端施加有第一电压值，所述第一电阻的所述第二端还与所述三极管一的基极以及所述三极管二的基极相连，所述三极管二的发射极与所述第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地，所述待测气体传感器的第一端施加有第二电压值，所述待测气体传感器的第二端与所述三极管二的集电极相连，其中，所述第一电压、所述第二电压、所述第一电阻和所述第二电阻的值选择为使得流经所述待测气体传感器的电流为恒定的微安级别电流。
可选地，流经所述待测气体传感器的电流为10-100μA中的任一值。
可选地，所述第一电压和所述第二电压的电压值范围均为3.3V-5V。
可选地，所述第一电阻和所述第二电阻均为千分之一精度低温漂的电阻。
特别地，本发明还提供了一种气体传感器的电阻测试方法，以通过上述任一项所述的电阻测试电路测试所述待测气体传感器的电阻值，该电阻测试方法包括以下步骤：
在所述第一电阻的第一端施加第一电压VCC1，在所述待测气体传感器的第一端施加第二电压VCC2，其中，所述第一电压、所述第二电压、所述第一电阻和所述第二电阻的值选择为使得流经所述待测气体传感器的电流为恒定的微安级别电流；
计算流经所述待测气体传感器的电流IC2；
测量所述三极管二的集电极端的电压值Vadc；
根据VCC2、Vadc、IC2计算所述待测气体传感器的电阻值。
可选地，计算流经所述待测气体传感器的电流IC2，包括：
根据以下公式计算所述待测气体传感器的电流IC2：
IC2＝Ut/R2*ln(IR1/IC2)，
其中，Ut为所述三极管一或所述三极管二的温度电压当量，R2为所述第二电阻的电阻值，ln为以常数e为底数的对数函数，IR1为流过所述第一电阻的电流。
可选地，根据VCC2、Vadc、IC2计算所述待测气体传感器的电阻值，包括：
根据以下公式计算所述待测气体传感器的电阻值Rsensor：
Rsensor＝(VCC2-Vadc)/IC2。
可选地，在需要得到预设的IC2时，所述第二电阻的电阻值R2根据以下公式选取：
R2＝Ut/IC2*ln(IR1/IC2)
其中，Ut为所述三极管一或所述三极管二的温度电压当量，IR1为流过所述第一电阻的电流。
可选地，所述第一电阻的电阻值R1和所述第二电阻的电阻值R2满足以下关系式：
R2＝Ut/IC2*ln(VCC1-UBE1)/R1/IC2，
其中，UBE1为所述三极管一的基极与发射极之间的电压值。
可选地，流经所述待测气体传感器的电流IC2为10-100μA中的任一值；
所述第一电压VCC1和所述第二电压VCC2的范围均为3.3V-5V。
本发明所提供的电阻测试电路使得流经待测气体传感器的电流为恒定的微安级别电流。采用这种微电流电路得到微安级的电流，使得流过待测气体传感器上的材料阻值的电流减小，降低较大电流对气体传感器材料的影响，使气体传感器在工作中性能更稳定。
进一步地，由于传感器在使用时会有基线波动，采用本发明这种恒定电流的方式，减小了因工作中电流不断变化对传感器的材料的刺激，提高传感器性能，并且可以加快待测气体传感器基线的稳定时间，缩减测试时间。
进一步地，采用恒流的电路方式，采集的浓度更准确，提高MCU采集到的电压值与浓度的线性度，减少了线性标定的点，缩减测试时间。
进一步地，运用此电路，测试精度更高，与待测气体传感器的实际的性能更接近，也方便区分更小的单位浓度。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是现有技术中气体传感器的电阻测试电路图；
图2是根据本发明一个实施例的气体传感器的电阻测试电路的电路图；
图3是根据本发明一个实施例的气体传感器的电阻测试方法的流程图。
具体实施方式
图2是根据本发明一个实施例的气体传感器的电阻测试电路的电路图。如图2所示，本发明的一个实施例中，气体传感器的电阻测试电路包括待测气体传感器10、第一电阻20、第二电阻30、参数一致且均为NPN型的三极管一40和三极管二50。其中，三极管一40的基极与三极管二50的基极相连，三极管一40的发射极接地，三极管一40的集电极与第一电阻20的第二端相连，第一电阻20的第一端施加有第一电压值，第一电阻20的第二端还与三极管一40的基极以及三极管二50的基极相连，三极管二50的发射极与第二电阻30的第一端相连，第二电阻30的第二端接地，待测气体传感器10的第一端施加有第二电压值，待测气体传感器10的第二端与三极管二50的集电极相连，其中，第一电压、第二电压、第一电阻20和第二电阻30的值选择为使得流经待测气体传感器10的电流为恒定的微安级别电流。
本实施例所提供的电阻测试电路使得流经待测气体传感器10的电流为恒定的微安级别电流。采用这种微电流电路得到微安级的电流，使得流过待测气体传感器10上的材料阻值的电流减小，降低较大电流对气体传感器材料的影响，使气体传感器在工作中性能更稳定。
进一步地，由于传感器在使用时会有基线波动，采用本实施例这种恒定电流的方式，减小了因工作中电流不断变化对传感器的材料的刺激，提高传感器性能，并且可以加快待测气体传感器10基线的稳定时间，缩减测试时间。
进一步地，采用恒流的电路方式，采集的浓度更准确，提高MCU采集到的电压值与浓度的线性度，减少了线性标定的点，缩减测试时间。
进一步地，运用此电路，测试精度更高，与待测气体传感器10的实际的性能更接近，也方便区分更小的单位浓度。
可选地，流经待测气体传感器10的电流为10-100μA中的任一值，例如为10μA、60μA或100μA。
一个实施例中，第一电压和第二电压的电压值范围均为3.3V-5V，例如第一电压或第二电压的电压值为3.3V、4V或5V。
另一个实施例中，第一电阻20和第二电阻30均为千分之一精度低温漂的电阻。电路中采用千分之一精度低温漂的电阻可以得到更准确更稳定的电流，且电流受温度影响较小，流过传感器电流的波动小，降低传感器在工作中因电流不断变化而生产的影响。
图3是根据本发明一个实施例的气体传感器的电阻测试方法的流程图。本发明还提供了一种气体传感器的电阻测试方法，以通过上述任一种的电阻测试电路测试待测气体传感器10的电阻值。本发明的一个实施例中，该电阻测试方法包括以下步骤：
S10：在第一电阻20的第一端施加第一电压VCC1，在待测气体传感器10的第一端施加第二电压VCC2，其中，第一电压、第二电压、第一电阻20和第二电阻30的值选择为使得流经待测气体传感器10的电流为恒定的微安级别电流。
S20：计算流经待测气体传感器10的电流IC2。
S30：测量三极管二50的集电极端的电压值Vadc。
S40：根据VCC2、Vadc、IC2计算待测气体传感器10的电阻值。
本实施例所提供的电阻测试方法使得流经待测气体传感器10的电流为恒定的微安级别电流。采用这种微电流电路得到微安级的电流，使得流过待测气体传感器10上的材料阻值的电流减小，降低较大电流对气体传感器材料的影响，使气体传感器在工作中性能更稳定。
进一步地，由于传感器在使用时会有基线波动，采用本实施例这种恒定电流的方式，减小了因工作中电流不断变化对传感器的材料的刺激，提高传感器性能，并且可以加快待测气体传感器10基线的稳定时间，缩减测试时间。
进一步地，采用恒流的电路方式，采集的浓度更准确，提高MCU采集到的电压值与浓度的线性度，减少了线性标定的点，缩减测试时间。
进一步地，本实施例的测试方法测试精度更高，与待测气体传感器10的实际的性能更接近，也方便区分更小的单位浓度。
另一个实施例中，S20中根据以下公式(1)计算待测气体传感器10的电流IC2：
IC2＝Ut/R2*ln(IR1/IC2) (1)
其中，Ut为三极管一40或三极管二50的温度电压当量，R2为第二电阻30的电阻值，ln为以常数e为底数的对数函数，IR1为流过第一电阻20的电流。
上述公式(1)根据本发明的电阻测试电路的连接关系通过以下公式推导而来：
UBE1-UBE2＝IE2*R2≈IC2*R2 (2)
UBE1-UBE2≈Ut*ln(IC1/Is)-Ut*ln(IC2/Is)≈IC2*R2 (3)
IC2＝Ut/R2*ln(IC1/IC2)≈Ut/R2*ln(IR1/IC2) (4)
其中，UBE1为三极管一40的基极与发射极之间的电压值，UBE2为三极管二50的基极与发射极之间的电压值，IE2为流经第二电阻30的电流值，Is为三极管一40或三极管二50的饱和电流。
Ut、Is的大小可根据三极管对应的元件参数资料查询获得。
IR1根据以下公式(5)计算：
IR1＝(VCC1-UBE1)/R1 (5)
本发明的进一步的一个实施例中，S40根据以下公式(6)计算待测气体传感器10的电阻值Rsensor：
Rsensor＝(VCC2-Vadc)/IC2 (6)
为了得到期望的流经待测气体传感器10的电流，可以根据具体的IC2值去选定第一电阻20和第二电阻30的电阻值。
一个实施例中提供了第二电阻30的电阻值R2的计算方法：
在需要得到预设的IC2时，第二电阻30的电阻值R2根据以下公式(7)选取：
R2＝Ut/IC2*ln(IR1/IC2) (7)
另一个实施例中，第一电阻20的电阻值R1和第二电阻30的电阻值R2满足以下关系式(8)：
R2＝Ut/IC2*ln(VCC1-UBE1)/R1/IC2 (8)
其中，UBE1为三极管一40的基极与发射极之间的电压值。
假设需要得到10μA的IC2，VCC1为3.3V，UBE1为0.7V，Ut为26mV，则根据上述公式(8)，可以将R1取值为10K，R2为8.5K。
一个实施例中，流经待测气体传感器10的电流IC2为10-100μA中的任一值，例如为10μA、60μA或100μA。
可选地，第一电压VCC1和第二电压VCC2的范围均为3.3V-5V，例如第一电压或第二电压的电压值为3.3V、4V或5V。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种气体传感器的电阻测试电路，其特征在于，包括：
待测气体传感器、第一电阻、第二电阻、参数一致且均为NPN型的三极管一和三极管二，所述三极管一的基极与所述三极管二的基极相连，所述三极管一的发射极接地，所述三极管一的集电极与第一电阻的第二端相连，所述第一电阻的第一端施加有第一电压值，所述第一电阻的所述第二端还与所述三极管一的基极以及所述三极管二的基极相连，所述三极管二的发射极与所述第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地，所述待测气体传感器的第一端施加有第二电压值，所述待测气体传感器的第二端与所述三极管二的集电极相连，其中，所述第一电压、所述第二电压、所述第一电阻和所述第二电阻的值选择为使得流经所述待测气体传感器的电流为恒定的微安级别电流。
2.根据权利要求1所述的气体传感器的电阻测试电路，其特征在于，
流经所述待测气体传感器的电流为10-100μA中的任一值。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器的电阻测试电路，其特征在于，
所述第一电压和所述第二电压的电压值范围均为3.3V-5V。
4.根据权利要求1或2所述的气体传感器的电阻测试电路，其特征在于，
所述第一电阻和所述第二电阻均为千分之一精度低温漂的电阻。
5.一种气体传感器的电阻测试方法，以通过权利要求1-4中任一项所述的电阻测试电路测试所述待测气体传感器的电阻值，其特征在于，所述电阻测试方法包括以下步骤：
在所述第一电阻的第一端施加第一电压VCC1，在所述待测气体传感器的第一端施加第二电压VCC2，其中，所述第一电压、所述第二电压、所述第一电阻和所述第二电阻的值选择为使得流经所述待测气体传感器的电流为恒定的微安级别电流；
计算流经所述待测气体传感器的电流IC2；
测量所述三极管二的集电极端的电压值Vadc；
根据VCC2、Vadc、IC2计算所述待测气体传感器的电阻值。
6.根据权利要求5所述的气体传感器的电阻测试方法，其特征在于，计算流经所述待测气体传感器的电流IC2，包括：
根据以下公式计算所述待测气体传感器的电流IC2：
IC2＝Ut/R2*ln(IR1/IC2)，
其中，Ut为所述三极管一或所述三极管二的温度电压当量，R2为所述第二电阻的电阻值，ln为以常数e为底数的对数函数，IR1为流过所述第一电阻的电流。
7.根据权利要求6所述的气体传感器的电阻测试方法，其特征在于，根据VCC2、Vadc、IC2计算所述待测气体传感器的电阻值，包括：
根据以下公式计算所述待测气体传感器的电阻值Rsensor：
Rsensor＝(VCC2-Vadc)/IC2。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的气体传感器的电阻测试方法，其特征在于，
在需要得到预设的IC2时，所述第二电阻的电阻值R2根据以下公式选取：
R2＝Ut/IC2*ln(IR1/IC2)
其中，Ut为所述三极管一或所述三极管二的温度电压当量，IR1为流过所述第一电阻的电流。
9.根据权利要求8所述的气体传感器的电阻测试方法，其特征在于，
所述第一电阻的电阻值R1和所述第二电阻的电阻值R2满足以下关系式：
R2＝Ut/IC2*ln(VCC1-UBE1)/R1/IC2，
其中，UBE1为所述三极管一的基极与发射极之间的电压值。
10.根据权利要求9所述的气体传感器的电阻测试方法，其特征在于，
流经所述待测气体传感器的电流IC2为10-100μA中的任一值；
所述第一电压VCC1和所述第二电压VCC2的范围均为3.3V-5V。
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