工业自动化消费中传感器故障问题解析.docx

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1、工业自动化消费中传感器故障问题解析传感器、气体类型和气体深度程度决定了传感器工作电极输出电流的多少。为了应对这种变化，可使用一个具有可调节增益的TIA。一到数百uA的电流范围是可能的，因此使用一到数百kOhm范围的TIA增益就已足够。不同的传感器要求不同的偏置，或一些传感器会要求零偏置。注意这些要求，以便传感器产生电流便可到达标准。组件是否完成被测气体的氧化CO或复原NO2反响，决定了组件是否产生WE输入或输出电流。应对TIA非反相引脚电压进展正确的电平位移，以确保单电源系统中放大器输出不饱和的情况下获得最大增益。例如，TIA产生一个由如下方程式计算得到的输出电压：VOUT=-IINRFEED

2、BACK，其中IIN为流向反应电阻器TIA的电流。假如进入TIA的该电流为正复原反响，那么非反相引脚电压时VOUT为负。应升高该电压，以防止输出至负电源。根本上，电气化学组件中包含温度校正和一个提供灌电流/拉电流、电压偏置、电流到电压转换和电平位移的恒电位器是非常重要的。例如，LMP91000可配置AFE恒电位器是传感器AFE系列的组成局部，并拥有这些功能。它包含一个完好的恒电位器电路，拥有灌电流和拉电流功能，和可编程TIA增益、电气化学单元偏置和内部零电压。另外，这种传感器AFE还包含一个集成温度传感器，并使用小型14引脚、4mm2封装，进而允许直接将该器件放置在电气化学组件下面，以实现准确

3、温度补偿和更高噪声性能。并非所有气体都能用电气化学组件准确地测量。一种备用方法是，使用非分散红外NDIR技术。它是一种红外光谱技术。红外光谱技术的原理是，大多数气体分子都吸收红外光在特定波长下。吸收光线的多少与气体浓度成比例关系。十分是，NDIR让所有红外光线通过气体采样，然后使用一个光滤波器来隔离所需要的波长。通常，具有内置滤波器的热电堆用于检测详细气体的多少。例如，CO2在4.26m波长下具有较强的吸光率，因此使用带通滤波器移除这种波长之外的所有光线。通过与CO2和乙醇检测相结合，NDIR气体传感器还可用于检测温室气体和冷冻剂例如：氟利昂等。NDIR系统存在的一个主要问题是随着时间的推移，

4、怎样准确地知道发送给检测器的光线变化是否真的因气体吸收所引起，而不是光源变化或舱室污染所引起。尽管在NDIR系统工作之初进展校正是可能的，但是为了应对随着时间推移而出现的光源变化和舱室污染问题，要求不断进展校准。这样做本钱很高昂、消耗时间，并且在长期现场运行经过中也不可行。解决这个问题的一个方法是，在你的系统中使用一条基准通道。该基准通道包含一个检测器，在没有光线吸收的范围内测量光源。如今，气体浓度由两个发送光量之比来决定。光源偏向引起的任何误差如今都被抵消。这种偏向导致长期漂移，其出如今较大的时间段内。因此，无需同时对基准和有源通道进展采样。你可以使用一个输入多路复用器MUX来在两条通道之间

5、切换，进而降低系统本钱和复杂程度，并同时维持准确度。在NDIR系统中用作红外检测器的热电堆根据其接收的入射光多少单位为瓦特来产生电压。被测气体类型、其吸光系数和气体浓度范围都影响热电堆检测器的入射光线量。它产生热电堆输出电压范围通常为数十V。因此，你需要设计出具有使用不同增益放大热电堆输出电压功能的电子支持组件。可以通过一个含内置PGA的模拟前端AFE来处理这种情况。要求使用数百到数千V/V范围的增益设置，来把小热电堆信号放大到系统全刻度模数转换器ADC，进而实现最大系统准确度。NDIR系统设计的另一个因素是知道怎样处理热电堆传感器相关的显著偏移电压。热电堆会有一个大于实际信号的偏移分量高达1

6、mV，其限制了系统的动态范围。把这种问题降至最小程度的一种方法是，在系统的电子组件中集成偏移补偿。一种解决方案是，使用一个数模转换器DAC对被测偏移进展补偿。系统微控制器C可以捕获偏移程度，并通过对DAC编程让输出趋向负轨即零刻度来消除这种偏移。这种解决方案利用ADC的全部动态范围，最小化了ADC分辨率要求。另外，由于存在热电堆偏移电压，需要把热电堆偏置至接地以上。你可以通过利用一个共模生成器，向传感器施加一个共模电压，完成这项工作。这样可以把热电堆传感器信号电平位移至负轨以外，进而允许准确地检测传感器偏移电压的存在。另外，NDIR系统需要一个基准通道、可调节放大、偏移补偿和偏置。LMP910

7、51可以知足这些要求，它是NDIR检测应用的可配置传感器AFE。它拥有一个双通道输入，可支持有源基准通道、PGA、可调节偏移抵消DAC和共模生成器。LMP91051集成了这些重要的NDIR系统模块，降低了设计时间，并减少了板级空间占用、功耗和本钱。一个pH电极测量氢离子H+活泼性，并产生一个电位，即电压。pH电极的工作原理是：pH值不同的两种液体在薄玻璃隔膜的两边接触时形成电位。这些pH电极利用一样的原理来测量各种应用的pH值，包括水处理、化学处理、医学仪器和环境测试系统等。pH电极是一种无源传感器，其意味着无需鼓励源电压或电流。但是，它是一种双极传感器，它的输出可以围绕基准点上下摆动。因此，在一个单电源系统中，传感器需要参考共模电压通常为半电源，以防止其轨接地。