KR200443022Y1 - Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same - Google Patents

Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same Download PDF

Info

Publication number
KR200443022Y1
KR200443022Y1 KR2020070001112U KR20070001112U KR200443022Y1 KR 200443022 Y1 KR200443022 Y1 KR 200443022Y1 KR 2020070001112 U KR2020070001112 U KR 2020070001112U KR 20070001112 U KR20070001112 U KR 20070001112U KR 200443022 Y1 KR200443022 Y1 KR 200443022Y1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electromotive force
gas sensor
voltage
output
differential amplifier
Prior art date
Application number
KR2020070001112U
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20080002848U (en
Inventor
유한일
김양기
Original Assignee
유한일
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유한일 filed Critical 유한일
Priority to KR2020070001112U priority Critical patent/KR200443022Y1/en
Publication of KR20080002848U publication Critical patent/KR20080002848U/en
Application granted granted Critical
Publication of KR200443022Y1 publication Critical patent/KR200443022Y1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion

Abstract

본 고안은 전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로 및 이를 이용한 가스농도 측정 모듈을 개시한다. 본 고안에 따른 기전력 증폭회로는, 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력을 입력받아 기전력과 실질적으로 동일한 레벨의 전압을 출력하되, 수 내지 수백 GΩ의 내부 임피던스를 가진 전압 팔로워; 및 상기 전압 팔로워로부터 출력된 전압을 입력받아 소정 레벨로 증폭하는 차동 증폭기를 포함한다.The present invention discloses an electromotive force amplification circuit of an electrolyte type gas sensor and a gas concentration measuring module using the same. An electromotive force amplifying circuit according to the present invention includes a voltage follower that receives an electromotive force output from an electrolyte type gas sensor and outputs a voltage having substantially the same level as the electromotive force, having an internal impedance of several to several hundred GΩ; And a differential amplifier receiving the voltage output from the voltage follower and amplifying the voltage to a predetermined level.

본 고안에 따르면, 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력 신호를 내부 임피던스가 매우 큰 전압 팔로워를 통하여 차동 증폭기에 인가한다. 따라서 가스센서와 차동 증폭기의 임피던스 부정합에 의해 가스센서로부터 출력되는 기전력이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 기전력을 증폭한 전압으로부터 산출되는 가스농도의 계산 정확도를 더욱 증가시킬 수 있다.According to the present invention, an electromotive force signal output from an electrolyte type gas sensor is applied to a differential amplifier through a voltage follower having a large internal impedance. Therefore, it is possible to prevent the electromotive force output from the gas sensor from being distorted by the impedance mismatch between the gas sensor and the differential amplifier. As a result, it is possible to further increase the calculation accuracy of the gas concentration calculated from the voltage amplified electromotive force.

전해질형 가스센서, 기전력, 전압 팔로워, JFET 타입의 연산 증폭기  Electrolytic gas sensor, electromotive force, voltage follower, JFET type operational amplifier

Description

전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로 및 이를 이용한 가스농도 측정 모듈{Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same}Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and measuring module for gas concentration using the same

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 고안의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.

도 1은 전해질형 가스센서의 기전력 증폭을 위해 사용되는 종래의 기전력 증폭회로를 보인 회로 구성도이다.1 is a circuit diagram showing a conventional electromotive force amplification circuit used for electromotive force amplification of the electrolyte type gas sensor.

도 2는 전해질형 가스센서의 기전력 증폭을 위해 사용되는 종래의 다른 기전력 증폭회로를 보인 회로 구성도이다.2 is a circuit diagram showing another conventional electromotive force amplification circuit used for electromotive force amplification of the electrolyte type gas sensor.

도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 기전력 증폭회로를 보인 회로 구성도이다.3 is a circuit diagram illustrating an electromotive force amplifying circuit according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 전해질형 가스센서를 이용한 가스농도 측정 모듈의 구성을 보인 블록 다이어그램이다.4 is a block diagram showing the configuration of a gas concentration measurement module using an electrolyte type gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 참조번호><Main reference number in drawing>

10, 40, 100: 기전력 증폭회로 20, 110: 전해질형 가스센서10, 40, 100: electromotive force amplification circuit 20, 110: electrolyte type gas sensor

30: 연산 증폭기 120: 전압 팔로워30: operational amplifier 120: voltage follower

130: 차동 증폭기 200: 마이크로컨트롤러130: differential amplifier 200: microcontroller

300: 표시수단 400: 알람수단300: display means 400: alarm means

본 고안은 전해질형 가스센서에 접속되는 기전력 증폭회로에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질형 가스센서로부터 출력되는 미세한 기전력(EMF: Electro-Motive Force) 신호를 왜곡 없이 정밀하게 증폭할 수 있는 기전력 증폭회로와 이를 이용한 가스농도 측정 모듈에 대한 것이다. The present invention relates to an electromotive force amplification circuit connected to an electrolytic gas sensor, and more specifically, electromotive force amplification capable of accurately amplifying a fine Electro-Motive Force (EMF) signal output from an electrolytic gas sensor without distortion. The circuit and the gas concentration measuring module using the same.

현재 이산화탄소 등의 가스를 감지하기 위해 사용되는 센서로는 가스크로마토그래피를 이용한 센서와 SnO2 또는 TiO2 등의 반도체 화합물을 이용한 가스센서 등이 있다. 그런데 가스크로마토그래피를 이용한 가스센서는 부피 및 무게가 크고 고가라는 단점이 있으므로 극히 제한된 용도로만 사용되고 있다. 그리고 반도체 화합물을 이용한 가스센서는 소자 형태의 센서 제작이 가능하다는 장점은 있지만, 반도체 화합물의 표면에 흡착되는 가스의 종류를 구별하기 어려워 가스 선택성이 떨어지는 단점이 있다.Currently, sensors used to detect gases such as carbon dioxide include sensors using gas chromatography and gas sensors using semiconductor compounds such as SnO 2 or TiO 2 . However, the gas sensor using gas chromatography has a disadvantage in that the volume and weight are large and expensive, so it is only used for extremely limited purposes. In addition, the gas sensor using the semiconductor compound has the advantage that it is possible to manufacture a sensor in the form of an element, but it is difficult to distinguish the type of gas adsorbed on the surface of the semiconductor compound has a disadvantage inferior gas selectivity.

한편 최근에는 단순한 구조로 인해 작은 소자 형태의 센서 제작이 가능하고 가스선택성이 우수하여 특정 가스농도의 정량적인 측정이 가능한 전해질형 가스센 서가 개발되어 주목을 받고 있다.Recently, due to its simple structure, a small device type sensor can be manufactured and an excellent gas selectivity has been developed, and an electrolyte type gas sensor capable of quantitatively measuring a specific gas concentration has been developed.

일예로, 한국공개특허공보 제2003-225호는 전도체로 이루어진 고체 전해질막(NASICON)과, 상기 고체 전해질막의 일 측면에 부착되며 2성분의 탄산염 혼합물로 이루어진 감지 전극막과, 상기 고체 전해질막의 타 측면에 부착되며 Na-Ti-O계 화합물의 2상 혼합체로 이루어진 기준 전극막으로 구성되는 고체 전해질형 이산화탄소 가스센서를 개시하고 있다. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-225 discloses a solid electrolyte membrane (NASICON) consisting of a conductor, a sensing electrode membrane attached to one side of the solid electrolyte membrane and composed of a carbonate mixture of two components, and the other of the solid electrolyte membrane. Disclosed is a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor attached to a side surface and composed of a reference electrode film made of a two-phase mixture of Na-Ti-O-based compounds.

다른 예로, 한국공개특허 제2003-55233호는 전도체로 이루어진 고체 전해질막(NASICON)과, 상기 고체 전해질막의 일 측면에 부착되며 황산염 혼합물로 이루어진 감지 전극막과, 상기 고체 전해질막의 타 측면에 부착되며 Na-Ti-O계 화합물의 2상 혼합체로 이루어진 기준 전극막과, 상기 기준전극 주위의 고체 전해질 표면에 코팅된 유리질의 보호막으로 구성되는 고체 전해질형 SOx 센서를 개시하고 있다. As another example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-55233 is a solid electrolyte membrane (NASICON) made of a conductor, a sensing electrode membrane made of a sulfate mixture and attached to one side of the solid electrolyte membrane, and attached to the other side of the solid electrolyte membrane Disclosed is a solid electrolyte SO x sensor comprising a reference electrode film composed of a two-phase mixture of Na-Ti-O-based compounds and a glassy protective film coated on the surface of the solid electrolyte around the reference electrode.

이러한 전해질형 가스센서는 측정 대상 가스에 노출될 경우 기준 전극막과 감지 전극막에서 산화 환원 반응이 유발되며, 그 과정에서 Na+ 이온이 고체 전해질막을 통해 감지 전극막으로부터 기준 전극막으로 이동하여 퇴적된다. 그 결과, 양 전극막 사이에 mV 단위의 미세한 기전력이 유발된다. 이렇게 유발된 기전력의 크기는 측정 대상 가스의 농도와 일정한 함수 관계를 가지므로, 가스센서에 기전력 증폭회로를 연결하여 감지 전극막과 기준 전극막 사이의 기전력을 측정하면 가스의 농도를 정량적으로 측정할 수 있다.When the electrolyte type gas sensor is exposed to the gas to be measured, a redox reaction is induced in the reference electrode film and the sensing electrode film. In the process, Na + ions move from the sensing electrode film to the reference electrode film through the solid electrolyte film and are deposited. do. As a result, minute electromotive force in mV is induced between the two electrode films. Since the induced electromotive force has a constant function relationship with the concentration of the gas to be measured, the electromotive force amplification circuit is connected to the gas sensor to measure the electromotive force between the sensing electrode film and the reference electrode film. Can be.

도 1은 전해질형 가스센서의 기전력을 측정하기 위해 사용되는 종래의 기전 력 증폭회로를 보인 회로 구성도이다.1 is a circuit diagram showing a conventional electromotive force amplification circuit used to measure the electromotive force of the electrolyte type gas sensor.

도 1을 참조하면, 종래의 기전력 증폭회로(10)는 전해질형 가스센서(20)로부터 출력되는 mV 단위의 미세 기전력을 증폭하는 연산 증폭기(OP-AMP: 30)를 포함한다. 연산 증폭기(30)의 반전단자(-)는 저항 R1을 매개로 가스센서(20)의 + 전위를 갖는 전극막과 연결되고, 연산 증폭기(30)의 비반전 단자(+) 및 가스센서(20)의 - 전위를 갖는 전극막은 그라운드(GND)에 접지된다. 연산 증폭기(30)의 출력단은 저항 R3를 통해 반전단자(-)로 피드백되고, 연산 증폭기(30)는 가스센서(20)의 기전력 Vi를 -(R2/R1)Vi로 증폭하여 출력한다. 증폭된 전압 값은 측정의 대상이 되는 가스 농도와 일정한 함수 관계를 가지므로, 증폭된 전압 값을 알면 가스 농도를 계산할 수 있다.Referring to FIG. 1, the conventional electromotive force amplifying circuit 10 includes an operational amplifier (OP-AMP) 30 that amplifies the micro electromotive force in mV units output from the electrolyte type gas sensor 20. The inverting terminal (-) of the operational amplifier 30 is connected to the electrode film having the + potential of the gas sensor 20 via the resistor R1, and the non-inverting terminal (+) and the gas sensor 20 of the operational amplifier 30. The electrode film having the potential of −) is grounded to the ground GND. The output terminal of the operational amplifier 30 is fed back to the inverting terminal (-) through the resistor R3, the operational amplifier 30 amplifies and outputs the electromotive force Vi of the gas sensor 20 to-(R2 / R1) Vi. Since the amplified voltage value has a constant function relation with the gas concentration to be measured, the gas concentration can be calculated by knowing the amplified voltage value.

도 2는 전해질형 가스 센서의 기전력을 측정하기 위해 사용되는 종래의 다른 기전력 증폭회로를 보인 회로 구성도이다.Figure 2 is a circuit diagram showing another conventional electromotive force amplification circuit used to measure the electromotive force of the electrolyte type gas sensor.

도 2를 참조하면, 종래의 다른 기전력 증폭회로(40)는 가스센서(20)의 + 전위를 갖는 전극막이 연산 증폭기(30)의 비반전 단자(+)에 접속되고 저항 R1이 그라운드(GND)에 접지된다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 회로와 실질적으로 동일한 회로 구성을 갖는다. 다만 연산 증폭기(30)는 도 2에 도시된 기전력 증폭회로(10)와 달리 가스센서(20)의 기전력 Vi를 (1+R2/R1)Vi로 증폭하여 출력한다.Referring to FIG. 2, another conventional electromotive force amplifying circuit 40 includes an electrode film having a + potential of the gas sensor 20 connected to a non-inverting terminal + of an operational amplifier 30, and a resistor R1 of the ground GND. It has a circuit configuration substantially the same as the circuit shown in FIG. 1 except that it is grounded to. However, unlike the electromotive force amplifying circuit 10 shown in FIG. 2, the operational amplifier 30 amplifies and outputs the electromotive force Vi of the gas sensor 20 to (1 + R2 / R1) Vi.

그런데 전해질형 가스센서는 기전력 증폭회로에 대해 전압원으로 작용하면서도 고유의 내부 임피던스를 가지고 있다. 따라서 가스센서(20)의 내부 임피던스 보다 기전력 증폭회로(10, 40)의 임피던스가 충분히 크지 않으면, 기준 전극부에 퇴 적된 양이온이 감지 전극부로 이동함으로써 가스센서(20)의 양 전극부에 형성된 기전력이 서서히 저하된다. 이러한 경우, 연산 증폭기(30)를 통해 출력되는 전압 값이 왜곡되며, 그 결과 증폭된 기전력과 가스농도의 함수관계로부터 얻어지는 가스 농도 값에 오차가 발생되어 가스센서의 신뢰성을 저하시키게 된다.However, the electrolyte type gas sensor acts as a voltage source for the electromotive force amplification circuit, but has an inherent internal impedance. Therefore, if the impedance of the electromotive force amplifying circuits 10 and 40 is not sufficiently larger than the internal impedance of the gas sensor 20, the positive ions accumulated in the reference electrode portion move to the sensing electrode portion so that the electromotive force formed on both electrode portions of the gas sensor 20 is increased. This is lowered gradually. In this case, the voltage value output through the operational amplifier 30 is distorted. As a result, an error occurs in the gas concentration value obtained from the amplified electromotive force and the gas concentration, thereby lowering the reliability of the gas sensor.

따라서 본 고안은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전해질형 가스센서의 기전력을 증폭하는 과정에서 기전력의 왜곡을 유발하지 않는 개량된 기전력 증폭회로와 이를 이용한 가스농도 측정 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides an improved electromotive force amplification circuit and gas concentration measuring module using the same, which do not cause distortion of electromotive force in amplifying electromotive force of an electrolyte type gas sensor. Its purpose is to.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 고안에 따른 전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로는, 상기 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력을 입력받아 기전력과 동일한 레벨의 전압을 출력하는 전압 팔로워; 및 상기 전압 팔로워로부터 출력된 전압을 입력받아 증폭하는 차동 증폭기를 포함한다.An electromotive force amplifying circuit of an electrolyte type gas sensor according to the present invention for achieving the above technical problem, the voltage follower receiving the electromotive force output from the electrolyte type gas sensor and outputs a voltage at the same level as the electromotive force; And a differential amplifier for receiving and amplifying the voltage output from the voltage follower.

바람직하게, 상기 가스센서의 기전력은 전압 팔로워의 비반전 단자에 입력되고 전압 팔로워의 출력 전압은 전압 팔로워의 반전단자로 피드백된다.Preferably, the electromotive force of the gas sensor is input to the non-inverting terminal of the voltage follower and the output voltage of the voltage follower is fed back to the inverting terminal of the voltage follower.

바람직하게, 상기 전압 팔로워는 JFET을 이용한 연산 증폭기이다.Preferably, the voltage follower is an operational amplifier using a JFET.

바람직하게, 상기 차동 증폭기의 이득은 R4/R3이고, 상기 전압 팔로워의 출력 전압은 저항 R3를 통해 상기 차동 증폭기의 비반전 단자에 입력되며, 상기 비반 전 단자는 저항 R3와 병렬 연결된 저항 R4를 통해 그라운드에 접지되고, 상기 차동 증폭기의 증폭 출력 전압은 저항 R4를 통해 차동 증폭기의 반전 단자로 피드백되고, 상기 반전 단자는 저항 R4와 병렬 연결된 저항 R3를 통해 그라운드에 접지된다.Preferably, the gain of the differential amplifier is R4 / R3, and the output voltage of the voltage follower is input to the non-inverting terminal of the differential amplifier through the resistor R3, and the non-inverting terminal is connected through the resistor R4 connected in parallel with the resistor R3. Grounded to ground, the amplified output voltage of the differential amplifier is fed back through the resistor R4 to the inverting terminal of the differential amplifier, and the inverting terminal is grounded through the resistor R3 in parallel with the resistor R4.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 고안에 따른 전해질형 가스센서를 이용한 가스농도 측정 모듈은, 전해질형 가스센서; 상기 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력을 입력받아 기전력과 동일한 레벨의 전압을 출력하는 전압 팔로워; 상기 전압 팔로워로부터 출력된 전압을 입력받아 증폭하는 차동 증폭기; 및 상기 차동 증폭기로부터 출력된 증폭 전압을 입력받아 미리 정의된 함수관계에 대입하여 측정 대상 가스의 농도를 계산하여 표시수단을 통해 출력하는 마이크로컨트롤러;를 포함한다.Gas concentration measurement module using an electrolyte-type gas sensor according to the present invention for achieving the above technical problem, the electrolyte-type gas sensor; A voltage follower receiving an electromotive force output from the electrolyte gas sensor and outputting a voltage having the same level as the electromotive force; A differential amplifier for receiving and amplifying a voltage output from the voltage follower; And a microcontroller that receives the amplified voltage output from the differential amplifier, calculates the concentration of the gas to be measured and substitutes the predetermined functional relationship, and outputs the same through the display means.

본 고안의 일 측면에 따르면, 점등과 소등이 가능한 시각적 알람수단을 더 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러는 계산된 가스농도가 소정의 임계치를 초과하는 경우 상기 알람수단을 점등시킨다.According to an aspect of the present invention, it further comprises a visual alarm means that can be turned on and off, the microcontroller turns on the alarm means when the calculated gas concentration exceeds a predetermined threshold.

본 고안의 다른 측면에 따르면, 경보음 출력이 가능한 청각적 알람수단을 더 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러는 계산된 가스농도가 소정의 임계치를 초과하는 경우 상기 알람수단을 통해 경보음을 출력시킨다.According to another aspect of the present invention, it further comprises an acoustic alarm means capable of outputting the alarm sound, the microcontroller outputs an alarm sound through the alarm means when the calculated gas concentration exceeds a predetermined threshold.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사 전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors will properly describe the concept of terms in order to best explain their own design. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations.

도 3은 전해질형 가스센서의 기전력을 증폭하기 위해 사용되는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 기전력 증폭회로를 도시한 회로 구성도이다.3 is a circuit diagram illustrating an electromotive force amplifying circuit according to a preferred embodiment of the present invention used to amplify electromotive force of an electrolyte type gas sensor.

도면을 참조하면, 본 고안에 따른 기전력 증폭회로(100)는 전해질형 가스센서(110)의 미세 기전력(Vi)을 입력받아 전압 강하 없이 기전력과 실질적으로 동일한 레벨의 전압(Vi)을 출력하는 전압 팔로워(120)와, 전압 팔로워(120)가 출력한 전압(Vi)을 입력받아 소정 레벨[(R4/R3)*Vi]로 증폭하는 차동 증폭기(130)를 포함한다.Referring to the drawings, the electromotive force amplifying circuit 100 according to the present invention receives a fine electromotive force Vi of the electrolyte type gas sensor 110 and outputs a voltage Vi at substantially the same level as the electromotive force without a voltage drop. A follower 120 and a differential amplifier 130 that receives the voltage Vi output by the voltage follower 120 and amplifies the voltage Vi to a predetermined level [(R4 / R3) * Vi].

상기 전압 팔로워(120)는 증폭 이득(Gain)이 실질적으로 1이며, 가스센서(110)와 차동 증폭기(130) 사이에 개재되어 전해질형 가스센서(110)와 차동 증폭기(130) 사이의 임피던스 부정합에 의해 기전력(Vi)이 왜곡되는 것을 방지한다. 이를 위해, 상기 전압 팔로워(120)의 비반전 단자(+)에는 전해질형 가스센서(110)로부터 출력되는 기전력(Vi)이 입력되고, 반전 단자(-)에는 전압 팔로워(120)의 출력 전압(Vi)이 피드백된다. 여기서 상기 기전력(Vi)은 측정 대상이 되는 가스의 농도 에 따라 수 내지 수백 mV의 전압 레벨을 갖는다. 하지만 본 고안이 기전력 (Vi)의 전압 레벨에 의해 한정되는 것은 아니다.The voltage follower 120 has an amplification gain of substantially 1, and is interposed between the gas sensor 110 and the differential amplifier 130 and has an impedance mismatch between the electrolyte type gas sensor 110 and the differential amplifier 130. This prevents the electromotive force Vi from being distorted. To this end, the electromotive force Vi output from the electrolyte type gas sensor 110 is input to the non-inverting terminal (+) of the voltage follower 120, and the output voltage of the voltage follower 120 is input to the inverting terminal (−). Vi) is fed back. Here, the electromotive force Vi has a voltage level of several to several hundred mV depending on the concentration of the gas to be measured. However, the present invention is not limited by the voltage level of the electromotive force Vi.

상기 전압 팔로워(120)는 가스센서(110)의 기전력(Vi)을 입력받아 전압의 왜곡 없이 기전력과 동일한 레벨의 전압(Vi)을 차동 증폭기(130)로 입력한다. 이 때 가스센서(110)로부터 출력되는 기전력은 그 값이 매우 작으므로 전압 팔로워(120)를 구성하는 연산 증폭기(140)의 내부 임피던스에 의해서도 전압 레벨이 왜곡될 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 상기 전압 팔로워(120)는 내부 임피던스가 수 내지 수백 GΩ의 연산 증폭기(140)를 이용하여 구성하는 것이 바람직하다. 일예로 전압 팔로워(120)를 구성하는 연산 증폭기(140)는 JFET(Junction Field Effect Transistor)을 이용하여 구현할 수 있으나, 본 고안이 연산 증폭기(140)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.The voltage follower 120 receives the electromotive force Vi of the gas sensor 110 and inputs a voltage Vi having the same level as the electromotive force to the differential amplifier 130 without distortion of the voltage. At this time, since the electromotive force output from the gas sensor 110 is very small, the voltage level may be distorted by the internal impedance of the operational amplifier 140 constituting the voltage follower 120. In view of this, it is preferable that the voltage follower 120 is configured using the operational amplifier 140 having an internal impedance of several to several hundred GΩ. For example, the operational amplifier 140 constituting the voltage follower 120 may be implemented using a junction field effect transistor (JFET), but the present invention is not limited to the type of the operational amplifier 140.

상기 차동 증폭기(130)는 전압 팔로워(120)가 출력한 전압(Vi)을 증폭하여 (R4/R3)*Vi의 레벨을 갖는 전압을 출력한다. 즉 차동 증폭기(130)는 이득이 R4/R3인 연산 증폭기(150)이다. 물론 연산 증폭기(150)의 이득 값은 임의로 조절 가능하다. 전압(Vi)의 증폭을 위해, 전압 팔로워(120)가 출력한 전압(Vi)은 저항 R3를 통해 비반전 단자(+)로 입력되고, 차동 증폭기(130)에서 증폭된 출력 전압(Vo)은 저항 R4를 통해 차동 증폭기(130)의 반전 단자(-)에 피드백된다. 한편 차동 증폭기(130)의 비반전 단자(+)는 저항 R3와 병렬 연결된 저항 R4를 통해 그라운드(GND)에 접지되고, 차동 증폭기(130)의 반전 단자(-)는 저항 R4와 병렬 연결된 저항 R3를 통해 그라운드(GND)에 접지된다.The differential amplifier 130 amplifies the voltage Vi output by the voltage follower 120 and outputs a voltage having a level of (R4 / R3) * Vi. That is, the differential amplifier 130 is an operational amplifier 150 whose gain is R4 / R3. Of course, the gain value of the operational amplifier 150 can be arbitrarily adjusted. In order to amplify the voltage Vi, the voltage Vi output from the voltage follower 120 is input to the non-inverting terminal (+) through the resistor R3, and the output voltage Vo amplified by the differential amplifier 130 is It is fed back to the inverting terminal (-) of the differential amplifier 130 through the resistor R4. Meanwhile, the non-inverting terminal (+) of the differential amplifier 130 is grounded to ground (GND) through the resistor R4 connected in parallel with the resistor R3, and the inverting terminal (-) of the differential amplifier 130 is connected to the resistor R4 in parallel with the resistor R3. To ground (GND).

상술한 구성을 갖는 본 고안에 따른 기전력 증폭회로(100)는 가스센서(110)로부터 출력되는 기전력(Vi)을 내부 임피던스가 매우 큰 전압 팔로워(120)를 통하여 차동 증폭기(130)에 인가한다. 따라서 가스센서(110)와 차동 증폭기(130)의 임피던스 부정합에 의해 가스센서(110)로부터 출력되는 기전력이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 기전력(Vi)을 증폭한 전압(Vo)으로부터 산출되는 가스농도의 정확도를 증가시킬 수 있다.The electromotive force amplifying circuit 100 according to the present invention having the above-described configuration applies an electromotive force Vi output from the gas sensor 110 to the differential amplifier 130 through the voltage follower 120 having a large internal impedance. Accordingly, the electromotive force output from the gas sensor 110 may be prevented from being distorted due to the impedance mismatch between the gas sensor 110 and the differential amplifier 130. As a result, it is possible to increase the accuracy of the gas concentration calculated from the voltage Vo which amplifies the electromotive force Vi.

도 4는 상술한 기전력 증폭회로를 이용한 가스농도 측정 모듈의 바람직한 실시예를 도시한 블록 다이어그램이다.4 is a block diagram showing a preferred embodiment of the gas concentration measuring module using the electromotive force amplifier circuit described above.

도 4를 참조하면, 본 고안에 따른 가스농도 측정 모듈은, 도 3을 참조하여 상술한 기전력 증폭회로(100)와, 기전력 증폭회로(100)로부터 증폭 전압(Vo)을 입력받아 소정의 함수관계에 의해 가스농도를 산출하는 마이크로컨트롤러(200)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the gas concentration measuring module according to the present invention receives amplification voltage Vo from the electromotive force amplifying circuit 100 and the electromotive force amplifying circuit 100 described above with reference to FIG. It includes a microcontroller 200 for calculating the gas concentration by.

가스농도를 산출하기 위한 함수관계의 일예는 다음과 같다. 하기 함수관계는 가스센서(110)의 측정 대상이 이산화탄소인 경우에 대해 성립된다. 물론 본 고안은 가스의 종류와 함수관계를 이루는 구체적인 수학식에 의해 한정되지 않는다.An example of a functional relationship for calculating the gas concentration is as follows. The following functional relationship is established for the case where the measurement target of the gas sensor 110 is carbon dioxide. Of course, the present invention is not limited to the specific equation that forms a functional relationship with the type of gas.

[함수관계][Function relations]

E=A+BT/1000-CT/1000log(CO2/ppm)E = A + BT / 1000-CT / 1000log (CO 2 / ppm)

상기 수학식에서 A, B 및 C는 가스센서(110)마다 고유하게 정해지는 파라미터로서 실험적으로 결정된다. 좌변의 E는 가스센서(110)의 기전력이며, 기전력 증 폭회로(100)로부터 출력된 증폭 전압(Vo)으로부터 계산할 수 있다. 즉 E는 Vo와 차동 증폭기(130) 이득의 역수를 곱하여 계산 가능하다. 이산화탄소의 농도 'CO2/ppm'은 상기 함수관계에 E, 파라미터 A, B, C, 그리고 가스센서(110)의 작동 온도 T를 대입하여 대수학적 연산과정을 거치면 계산이 가능하다.In the above equations, A, B, and C are experimentally determined as parameters uniquely determined for each gas sensor 110. E on the left side is the electromotive force of the gas sensor 110, and can be calculated from the amplification voltage Vo output from the electromotive force amplification circuit 100. That is, E can be calculated by multiplying Vo by the inverse of the gain of the differential amplifier 130. The concentration of carbon dioxide 'CO 2 / ppm' can be calculated by substituting E, parameters A, B, C, and the operating temperature T of the gas sensor 110 into the above functional relationship and performing algebraic calculation.

바람직하게, 상기 마이크로컨트롤러(200)는 상기 함수관계에 의해 계산된 가스농도를 외부로 출력한다. 이를 위해, 본 고안에 따른 가스농도 측정 모듈은 상기 마이크로컨트롤러(200)와 접속된 표시수단(300)과 알람수단(400)을 더 포함한다. 여기서 표시수단(300)과 알람수단(400)은 선택적으로 구비될 수도 있음은 자명하다. 상기 표시수단(300)은 액정 디스플레이나 LED-세그먼트 등으로 구성될 수 있는데, 본 고안이 이에 한하는 것은 아니다. 상기 알람수단(400)은 LED 등의 시각적 알람수단 또는 경보음을 출력하는 청각적 알람수단일 수 있다. 이러한 경우, 상기 마이크로컨트롤러(200)는 계산된 가스농도를 표시수단(400)을 통해 출력할 수 있다. 또한 상기 마이크로컨트롤러(200)는 가스농도의 수준이 소정 임계치를 초과하는 경우 알람수단(400)을 통해 시각적 및/또는 청각적으로 가스농도가 임계치를 초과하였다는 사실을 사용자에게 통지할 수 있다. 예를 들어 마이크로컨트롤러(200)는 알람수단(400)을 이용하여 LED를 점등하거나 경보음을 출력한다.Preferably, the microcontroller 200 outputs the gas concentration calculated by the functional relationship to the outside. To this end, the gas concentration measuring module according to the present invention further includes a display means 300 and an alarm means 400 connected to the microcontroller 200. Here, it is apparent that the display means 300 and the alarm means 400 may be selectively provided. The display means 300 may be configured as a liquid crystal display or an LED segment, but the present invention is not limited thereto. The alarm means 400 may be a visual alarm means such as an LED or an audible alarm means for outputting an alarm sound. In this case, the microcontroller 200 may output the calculated gas concentration through the display means 400. In addition, the microcontroller 200 may notify the user that the gas concentration has exceeded the threshold visually and / or audibly through the alarm means 400 when the level of the gas concentration exceeds a predetermined threshold. For example, the microcontroller 200 turns on the LED or outputs an alarm sound using the alarm means 400.

이상과 같이, 본 고안은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 고안은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술사상과 아래에 기재될 실용신안청구범위의 균 등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Various modifications and variations are possible, of course, within the equivalent scope of the utility model claims to be described.

아울러 본 고안에 따른 기술적 사상은 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력 증폭회로의 구성과 이를 포함하는 가스농도 측정 모듈에 있으므로 가스센서의 종류에 의해 한정되지 않는다. 따라서 본 고안에 따른 기전력 증폭회로와 이를 포함하는 가스농도 측정 모듈은 가스의 종류와 무관하게 본 고안이 속한 기술분야에서 공지된 각종 전해질형 가스센서에 접속되어 사용될 수 있다.In addition, the technical idea according to the present invention is not limited by the type of gas sensor because the configuration of the electromotive force amplification circuit output from the electrolyte type gas sensor and the gas concentration measurement module including the same. Therefore, the electromotive force amplifying circuit and the gas concentration measuring module including the same according to the present invention can be connected to various electrolyte type gas sensors known in the art to which the present invention belongs regardless of the type of gas.

본 고안에 따르면, 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력 신호를 내부 임피던스가 매우 큰 전압 팔로워를 통하여 차동 증폭기에 인가한다. 따라서 가스센서와 차동 증폭기의 임피던스 부정합에 의해 가스센서로부터 출력되는 기전력이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 기전력을 증폭한 전압으로부터 산출되는 가스농도의 계산 정확도를 더욱 증가시킬 수 있다.According to the present invention, an electromotive force signal output from an electrolyte type gas sensor is applied to a differential amplifier through a voltage follower having a large internal impedance. Therefore, it is possible to prevent the electromotive force output from the gas sensor from being distorted by the impedance mismatch between the gas sensor and the differential amplifier. As a result, it is possible to further increase the calculation accuracy of the gas concentration calculated from the voltage amplified electromotive force.

Claims (7)

전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력을 증폭시키는 기전력 증폭회로에 있어서,In the electromotive force amplification circuit for amplifying the electromotive force output from the electrolyte type gas sensor, 상기 전해질형 가스센서로부터 출력되는 기전력을 입력받아 기전력과 동일한 레벨의 전압을 출력하는 전압 팔로워; 및 A voltage follower receiving an electromotive force output from the electrolyte gas sensor and outputting a voltage having the same level as the electromotive force; And 상기 전압 팔로워로부터 출력된 전압을 입력받아 증폭하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로.An electromotive force amplifying circuit of an electrolyte type gas sensor, characterized in that it comprises a differential amplifier for receiving and amplifying the voltage output from the voltage follower. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스센서의 기전력은 전압 팔로워의 비반전 단자에 입력되고 전압 팔로워의 출력 전압은 전압 팔로워의 반전단자로 피드백되는 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로.The electromotive force amplification circuit of the electrolytic gas sensor, characterized in that the electromotive force of the gas sensor is input to the non-inverting terminal of the voltage follower and the output voltage of the voltage follower is fed back to the inverting terminal of the voltage follower. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전압 팔로워는 JFET을 이용한 연산 증폭기인 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로.The voltage follower is an electromotive force amplification circuit of an electrolytic gas sensor, characterized in that the operational amplifier using a JFET. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 차동 증폭기의 이득은 R4/R3이고,The gain of the differential amplifier is R4 / R3, 상기 전압 팔로워의 출력 전압은 저항 R3를 통해 상기 차동 증폭기의 비반전 단자에 입력되며, 상기 비반전 단자는 저항 R3와 병렬 연결된 저항 R4를 통해 그라운드에 접지되고,The output voltage of the voltage follower is input to a non-inverting terminal of the differential amplifier through a resistor R3, the non-inverting terminal is grounded to ground through a resistor R4 connected in parallel with the resistor R3, 상기 차동 증폭기의 증폭 출력 전압은 저항 R4를 통해 차동 증폭기의 반전 단자로 피드백되고, 상기 반전 단자는 저항 R4와 병렬 연결된 저항 R3를 통해 그라운드에 접지되는 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서의 기전력 증폭회로.The amplification output voltage of the differential amplifier is fed back to the inverting terminal of the differential amplifier through a resistor R4, and the inverting terminal is grounded to ground through a resistor R3 connected in parallel with the resistor R4. . 전해질형형 가스센서;Electrolyte type gas sensor; 상기 전해질 가스센서로부터 출력되는 기전력을 입력받아 기전력과 동일한 레벨의 전압을 출력하는 전압 팔로워;A voltage follower receiving an electromotive force output from the electrolyte gas sensor and outputting a voltage having the same level as the electromotive force; 상기 전압 팔로워로부터 출력된 전압을 입력받아 증폭하는 차동 증폭기; 및A differential amplifier for receiving and amplifying a voltage output from the voltage follower; And 상기 차동 증폭기로부터 출력된 증폭 전압을 입력받아 미리 정의된 함수관계에 대입하여 측정 대상 가스의 농도를 계산하여 표시수단을 통해 출력하는 마이크로컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서를 이용한 가스농도 측정 모듈.A microcontroller which receives the amplification voltage output from the differential amplifier and calculates the concentration of the gas to be measured and outputs it through the display means by substituting the amplified voltage output from the differential amplifier into a predefined functional relationship; Concentration measurement module. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 점등과 소등이 가능한 시각적 알람수단을 더 포함하고,It further comprises a visual alarm means that can be turned on and off, 상기 마이크로컨트롤러는 계산된 가스농도가 소정의 임계치를 초과하는 경우 상기 알람수단을 점등시키는 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서를 이용한 가스농도 측정 모듈.The microcontroller is a gas concentration measurement module using an electrolyte type gas sensor, characterized in that for lighting the alarm means when the calculated gas concentration exceeds a predetermined threshold. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 경보음 출력이 가능한 청각적 알람수단을 더 포함하고,It further comprises an acoustic alarm means capable of outputting an alarm sound, 상기 마이크로컨트롤러는 계산된 가스농도가 소정의 임계치를 초과하는 경우 상기 알람수단을 통해 경보음을 출력하는 것을 특징으로 하는 전해질형 가스센서를 이용한 가스농도 측정 모듈.And the microcontroller outputs an alarm sound through the alarm means when the calculated gas concentration exceeds a predetermined threshold.
KR2020070001112U 2007-01-22 2007-01-22 Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same KR200443022Y1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2020070001112U KR200443022Y1 (en) 2007-01-22 2007-01-22 Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2020070001112U KR200443022Y1 (en) 2007-01-22 2007-01-22 Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080002848U KR20080002848U (en) 2008-07-25
KR200443022Y1 true KR200443022Y1 (en) 2009-01-07

Family

ID=41490911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR2020070001112U KR200443022Y1 (en) 2007-01-22 2007-01-22 Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR200443022Y1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE212019000356U1 (en) * 2018-08-10 2021-03-15 Ceramic Oxide Fabricators Pty Ltd Oxygen monitoring system for a furnace

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080002848U (en) 2008-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9933387B1 (en) Miniaturized sub-nanoampere sensitivity low-noise potentiostat system
US10429483B2 (en) Internal integrated circuit resistance calibration
WO2007146369A8 (en) Ammonia gas sensor with dissimilar electrodes
NO20063141L (en) System for differential determination of a proteolytic enzyme level in a body fluid
US20130154670A1 (en) Method and Apparatus for Detecting Smoke in an ION Chamber
WO2018036211A1 (en) Temperature drift compensation apparatus and method for measuring micro signals
CN103913249A (en) Temperature monitoring circuit device and method
WO2006044501A3 (en) Electrochemical sensing circuit having high dynamic range
US20200319137A1 (en) Electrochemical gas sensor with varying bias voltage and environmental compensation
WO2018036210A1 (en) Apparatus and method for precision measurement of micro signals from biosensors
KR200443022Y1 (en) Amplifying circuit for electro-motive force of electrolyte type gas sensor and Measuring module for gas concentration using the same
WO2018036209A1 (en) Apparatus and method for multistage amplification of micro signals from biosensors
KR20140111285A (en) Method and apparatus for detecting smoke in an ion chamber
US10024813B2 (en) Gas detection apparatus
KR20130008102A (en) Electrostatic capacity measuring circuits for electrostatic capacity sensor having parasitic capacitance
WO2009051069A1 (en) Gmr sensor
Sohn et al. A unified potentiostat for electrochemical glucose sensors
CN203658306U (en) Temperature compensation circuit for oxygen sensor
US20100225334A1 (en) Liquid concentration sensor
Sennequier Signal conditioning for electrochemical sensors
CN103558281B (en) A kind of temperature-compensation circuit of lambda sensor
US20180149608A1 (en) Sensing device for measuring a level of an analyte, method of fabrication thereof
JP2008304272A (en) Gas concentration detector
JP5796704B2 (en) Glass film resistance measurement circuit
CN210743181U (en) Detection circuit of watch type gas detection and reporting device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
REGI Registration of establishment
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121224

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131218

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141210

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee