Детекторы токсичных/горючих газов широко используются в нефтехимической промышленности, включая нефте- и газохранилища, химические и топливные склады, где присутствуют токсичные газы. Они используются для обнаружения протечек в особо опасных помещениях и являются важнейшими инструментами для обеспечения безопасности производства и личной безопасности. Когда в исследуемой зоне присутствует токсичный газ, детектор преобразует сигнал датчика газа в сигнал напряжения или тока, который затем передаётся на линию сигнализации. Контрольный прибор отображает процентное значение концентрации токсичного газа и/или ее допустимые уровни. Когда концентрация токсичного газа превышает установленное значение, срабатывают сигналы звуковой и визуальной тревоги, позволяющие дежурным сотрудникам своевременно принимать меры безопасности для предотвращения возгорания, взрывов или отравлений.
Большинство детекторов токсичных газов используют электрохимические датчики. Выход электрохимических датчиков обычно представляет собой очень слабый сигнал тока или напряжения, требующий кондиционирования сигнала. Некоторые датчики также требуют напряжения смещения для активации. Например, датчик угарного газа (CO) выдает ток всего лишь 55-90 нА/ppm (@400ppm). Этот сигнал сначала преобразуется из тока в напряжение (I/V), затем усиливается. Если усиления одного каскада недостаточно, можно использовать усиление еще одного каскада. Усиленный сигнал затем передаётся на АЦП для аналогово-цифрового преобразования, а затем в микроконтроллер для обработки. В промышленных условиях для передачи сигналов датчиков на большие расстояния обычно используется сигнал «токовая петля», 4-20 мА. Для передачи на короткие расстояния может использоваться сигнал напряжения.
Система обработки сигнала датчика включает операционный усилитель (ОУ) для кондиционирования сигнала датчика, усилитель мощности и ЦАП для формирования выходных сигналов 4-20 мА и 0-10 В, а также схемы управления питанием и формирования опорного напряжения для АЦП и напряжения сдвига для датчика, при необходимости.
Структурная схема газового детектора:
Для формирования выходного сигнала 4-20 мА могут быть использованы микросхемы:
- GP8102SL/GP8202SL и GP8112S – преобразуют сигнал ШИМ (PWM) в 4-20 мА, содержат встроенный ЦАП
- GP8212S, GP8312– высокоточные (0.01 и 0.02% соответственно) преобразователи интерфейса I2C в сигнал 4-20 мА
- GP8301 – преобразует сигнал ШИМ (PW) в 4-20мА/0-24мА output, содержит встроенный ЦАП, имеет дополнительный выход ALARM, сигнализирующий об обрыве токовой петли.
Пример схемы применения:
Для формирования выходного сигнала 0-5 или 0-10В могут быть использованы микросхемы:
- GP8101S – одноканальный преобразователь ШИМ в напряжение 0-5В/0-10В со встроенным 12-разрядным ЦАП
- GP8401 - двухканальный преобразователь ШИМ в напряжение 0-5В/0-10В со встроенным 12-разрядным ЦАП
- GP8201/GP8211- одноканальные преобразователи интерфейса I2C в напряжение 0-5В/0-10В со встроенным 12- или 15-разрядным ЦАП соответственно.
Пример схемы применения:
Для применения в газоанализаторах совместно с приведенными микросхемами Linearin рекомендует следующие изделия:
Операционные усилителиснизким потреблением и малым дрейфом:
LTC8331/2 – одно- и двухканальные ОУ с нулевым дрейфом (zero-drift), максимальным напряжением смещения 15 мкВ и температурным дрейфом менее 50 нВ/℃.
LTC8811/2 - одно- и двухканальные ОУ с ультранизким потреблением (600 нА)
LDO-стабилизатор LTP3559. Входное напряжение до 45В, ток нагрузки до 350 мА. Выпускается в корпусах SOT-23-3, SOT23-5, SOT89-3, DFN1x1-4, DFN 2x2-6L. Есть варианты как со входом разрешения (ENABLE), так и без него.
Источник опорного напряжения серии LTR33xx.
Ряд выходных напряжений: 1.25 V, 2.048 V, 2.5 V, 3.0 V, 3.3 V, 4.096 V, точность ±0.1%
Малый уровень собственных шумов: 15 мкВ/В (0,1-10 Гц)
Температурный коэффициент: 20 ppm/⁰C (максимум)
Входное напряжение: 2,7 – 5,5В
Ток нагрузки: 5мА
Корпус: SOT23-3
