CN217180688U - 一种恒温电路及使用其电路的气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种恒温电路及使用其电路的气体传感器，包括：控制模块、电桥模块和放大模块，所述控制模块与电桥模块电性连接，所述电桥模块与放大模块电性连接；所述电桥模块包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别与第七电阻和第一电阻电性连接，所述第一电阻的另一端与第六电阻电性连接，所述第六电阻的另一端与第七电阻电性连接；所述放大模块包括差分运算放大器和运算放大器，所述差分运算放大器的同相输入端与第三电阻电性连接，所述第三电阻的另一端连接于第二电阻和第一电阻之间的电路上，所述差分运算放大器的反相输入端连接于第一电阻与第二电阻之间的电路上，所述差分运算放大器的输出端与第五电阻电性连接。

Description

一种恒温电路及使用其电路的气体传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种恒温电路及使用其电路的气体传感器。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

气敏元件又称为气体传感器，它是一种能感知环境中某种气体(定性)及浓度(定量)的元器件，它利用化学或物理效应把某些气体及其浓度的相关信息转换成电信号，经电路处理后进行监测、监控和报警。气体传感器在环保、家用电器、集成电路(光伏、光纤)工厂车间、实验室、消防、公共交通、矿山得到广泛应用，如煤矿瓦斯爆炸、交警用的乙醇检测仪已经深入到每家每户。

大多数气体传感器都是通过传感器阻值的变化来反应待测气体浓度的变化，一般都存在一定的电阻温度系数，即温度波动时，传感器的电阻值也会波动，而待测组分(VOC、氨气、硫化氢等)带来的信号变化本身为电阻值的变化，温度变化会干扰传感器的零点和响应值。现有的气体传感器普遍采用了恒电压的工作模式，如不同型号的传感器需要工作在不同的温度，则需要传感器自身的加热电阻不同，工作温度高，则加热阻抗小，温度低则加热阻抗大。例如，费加罗TGS2600的加热阻抗为83欧姆，TGS2611的加热阻抗为52欧姆，二者均采用了5V的供电。而此类传感器的加热阻抗均为氧化钌电阻浆料烧结而成，其制作工艺复杂，因此，不同系列的产品需额外进行氧化钌电阻的工艺匹配，加大了产品生产的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种恒温电路及使用其电路的气体传感器

一种恒温电路，包括：控制模块、电桥模块和放大模块，所述控制模块与电桥模块电性连接，所述电桥模块与放大模块电性连接；

所述电桥模块包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别与第七电阻和第一电阻电性连接，所述第一电阻的另一端与第六电阻电性连接，所述第六电阻的另一端与第七电阻电性连接；

所述放大模块包括差分运算放大器和运算放大器，所述差分运算放大器的同相输入端与第三电阻电性连接，所述第三电阻的另一端连接于第二电阻和第一电阻之间的电路上，所述差分运算放大器的反相输入端连接于第一电阻与第二电阻之间的电路上，所述差分运算放大器的输出端与第五电阻电性连接；

所述控制模块为三极管，所述三极管的发射极与第一电源的正极电性连接，所述三极管的基极与第五电阻电性连接，所述三极管的集电极连接于第二电阻与第七电阻之间的电路上，所述第一电阻与第六电阻之间的电路上电性连接第一电源的负极。

优选的，所述差分运算放大器电性连接有调节模块，所述调节模块包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻与第二电容并联，所述第四电阻的一端与差分运算放大器的反向输入端电性连接，第四电阻的另一端与差分运算放大器的输出端电性连接。

优选的，所述运算放大器的同相输入端连接于第六电阻与第七电阻之间的电路上，所述运算放大器的输出端与第八电阻电性连接，所述第八电阻的另一端与微处理器电性连接，所述运算放大器的反向输入端电性连接于第八电阻与微处理器之间的电路上。

优选的，所述微处理器包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第八电阻与微处理器的第一接口电性连接。

优选的，所述微处理器与辅助模块电性连接，所述辅助模块包括单片机，所述单片机的第二引脚、第三引脚、第四引脚均与第九电阻电性连接，第九电阻的另一端与第十电阻电性连接，所述第十电阻的另一端与单片机的第五引脚、第六引脚电性连接，所述单片机的第七引脚、第八引脚与第二电源的正极连接，所述第二电源的正极与负极之间的电路上电性连接有第三电容，所述第九电阻与第十电阻之间的电路上依次电性连接有第十一电阻、第十二电阻，所述第十二电阻的另一端与第二电源的负极电性连接。

优选的，所述第九电阻与第十电阻之间的电路上电性连接有微处理器的第三接口，所述第十一电阻与第十二电阻之间的电路上电性连接有微处理器的第二接口。

本实用新型的有益效果是：该恒温电路及使用其电路的传感器，通过电桥模块中的第一电阻、第二电阻、第七电阻和第六电阻组成电桥，当电桥处于平衡状态时，该电桥模块的输出为0，反之，当电桥不平衡时，该电桥模块有输出，三极管会调整流过电流的大小，使电桥再次平衡，由于第六电阻为气体传感器内部的加热电阻，其阻值随着流过电流的增大而增大，当第一电阻、第二电阻以及第七电阻的阻值确定时，第六电阻的阻值也是一个确定的值，即可认为此时的气体传感器处于一个恒定的工作温度中。该恒温电路及使用其电路的传感器，设计了一种恒温工作模式，即不论环境中待测气体浓度以及温度如何变化，始终保持第六电阻(气体传感器加热电阻)不变，该方法可以极大地提高传感器检测气体浓度的准确度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的电路连接示意图。

图2是本实用新型电桥模块的电路连接示意图。

图3是本实用新型辅助模块的电路连接示意图。

图4是本实用新型运算放大器的电路连接示意图。

图5是本实用新型微处理器的电路连接示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种恒温电路及使用其电路的气体传感器，包括控制模块、电桥模块和放大模块，所述控制模块与电桥模块电性连接，所述电桥模块与放大模块电性连接；

所述电桥模块包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别与第七电阻和第一电阻电性连接，所述第一电阻的另一端与第六电阻电性连接，所述第六电阻的另一端与第七电阻电性连接，第六电阻为气体传感器加热电阻；

所述放大模块包括差分运算放大器U1和运算放大器U2，所述差分运算放大器U1的同相输入端与第三电阻电性连接，所述第三电阻的另一端连接于第二电阻和第一电阻之间的电路上，所述差分运算放大器U1的反相输入端连接于第一电阻与第二电阻之间的电路上，所述差分运算放大器U1的输出端与第五电阻电性连接；

所述控制模块为三极管，所述三极管的发射极与第一电源的正极电性连接，所述三极管的基极与第五电阻电性连接，所述三极管的集电极连接于第二电阻与第七电阻之间的电路上，所述第一电阻与第六电阻之间的电路上电性连接第一电源的负极。

进一步的，所述差分运算放大器U1电性连接有调节模块，所述调节模块包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻与第二电容并联，所述第四电阻的一端与差分运算放大器U1的反向输入端电性连接，第四电阻的另一端与差分运算放大器U1的输出端电性连接。

进一步的，所述运算放大器U2的同相输入端连接于第六电阻与第七电阻之间的电路上，所述运算放大器U2的输出端与第八电阻电性连接，所述第八电阻的另一端与微处理器U4电性连接，所述运算放大器U2的反向输入端电性连接于第八电阻与微处理器U4之间的电路上，第八电阻为保护电阻，微处理器U4通过内置的ADC采集隔离后的电压。

进一步的，所述微处理器U4包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第八电阻与微处理器U4的第一接口电性连接。

进一步的，所述微处理器U4与辅助模块电性连接，所述辅助模块包括单片机U3，所述单片机U3的第二引脚、第三引脚、第四引脚均与第九电阻电性连接，第九电阻的另一端与第十电阻电性连接，第九电阻和第十电阻用于设置单片机U3输出的恒流源的大小，所述第十电阻的另一端与单片机U3的第五引脚、第六引脚电性连接，所述单片机U3的第七引脚、第八引脚与第二电源的正极连接，所述第二电源的正极与负极之间的电路上电性连接有第三电容，所述第九电阻与第十电阻之间的电路上依次电性连接有第十一电阻、第十二电阻，所述第十二电阻的另一端与第二电源的负极电性连接，第十一电阻为气体传感器内部的测温电阻，第十二电阻与标准参考电阻。

进一步的，所述第九电阻与第十电阻之间的电路上电性连接有微处理器U4的第三接口，所述第十一电阻与第十二电阻之间的电路上电性连接有微处理器U4的第二接口。

本实用新型的工作原理为：该恒温电路及使用其电路的气体传感器，使用时，由于第六电阻、第一电阻、第二电阻以及第七电阻形成电桥，根据其数值大小符合R2/R1＝R7/R6则电桥平衡的原理，使电桥处于平衡状态，从而使得电桥模块的输出为0，此时第六电阻的阻抗恒定，即可认为该气体传感器处于恒定的工作温度中；当不同浓度的待测气体流过时，加热电阻的阻值会发生变化，此时电桥平衡被打破，当重新达到平衡时，第六电阻(气体传感器加热电阻)的输出电压(Vout)会改变，通过运算放大器U2对Vout起到电压跟随的作用，对第六电阻的输出电压进行隔离，提高输入阻抗；微处理器U4采集第十一电阻(气体传感器测温电阻)和第十二电阻(参考电阻)，先通过计算第十二电阻流过的电流大小，再计算第十一电阻的电阻值，依靠第十一电阻的TCR系数可以得出环境温度，从而对采集到的第六电阻的输出电压进行温度修正；此外，可通过由第四电阻和第二电容组成的RC并联电路对差分运算放大器U1的放大倍数进行调节，从而提高该电路的使用灵活性。该恒温电路及使用其电路的气体传感器，能够有效减小温度波动对传感器的影响，有利于推广使用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种恒温电路，包括控制模块、电桥模块和放大模块，其特征在于，所述控制模块与电桥模块电性连接，所述电桥模块与放大模块电性连接；

所述电桥模块包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别与第七电阻和第一电阻电性连接，所述第一电阻的另一端与第六电阻电性连接，所述第六电阻的另一端与第七电阻电性连接；

所述放大模块包括差分运算放大器和运算放大器，所述差分运算放大器的同相输入端与第三电阻电性连接，所述第三电阻的另一端连接于第二电阻和第一电阻之间的电路上，所述差分运算放大器的反相输入端连接于第一电阻与第二电阻之间的电路上，所述差分运算放大器的输出端与第五电阻电性连接；

所述控制模块为三极管，所述三极管的发射极与第一电源的正极电性连接，所述三极管的基极与第五电阻电性连接，所述三极管的集电极连接于第二电阻与第七电阻之间的电路上，所述第一电阻与第六电阻之间的电路上电性连接第一电源的负极。

2.根据权利要求1所述的恒温电路，其特征在于，所述差分运算放大器电性连接有调节模块，所述调节模块包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻与第二电容并联，所述第四电阻的一端与差分运算放大器的反向输入端电性连接，第四电阻的另一端与差分运算放大器的输出端电性连接。

3.根据权利要求1所述的恒温电路，其特征在于，所述运算放大器的同相输入端连接于第六电阻与第七电阻之间的电路上，所述运算放大器的输出端与第八电阻电性连接，所述第八电阻的另一端与微处理器电性连接，所述运算放大器的反向输入端电性连接于第八电阻与微处理器之间的电路上。

4.根据权利要求3所述的恒温电路，其特征在于，所述微处理器包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第八电阻与微处理器的第一接口电性连接。

5.根据权利要求3所述的恒温电路，其特征在于，所述微处理器与辅助模块电性连接，所述辅助模块包括单片机，所述单片机的第二引脚、第三引脚、第四引脚均与第九电阻电性连接，第九电阻的另一端与第十电阻电性连接，所述第十电阻的另一端与单片机的第五引脚、第六引脚电性连接，所述单片机的第七引脚、第八引脚与第二电源的正极连接，所述第二电源的正极与负极之间的电路上电性连接有第三电容，所述第九电阻与第十电阻之间的电路上依次电性连接有第十一电阻、第十二电阻，所述第十二电阻的另一端与第二电源的负极电性连接。

6.根据权利要求5所述的恒温电路，其特征在于，所述第九电阻与第十电阻之间的电路上电性连接有微处理器的第三接口，所述第十一电阻与第十二电阻之间的电路上电性连接有微处理器的第二接口。

7.一种气体传感器，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的恒温电路。

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