有毒气体传感器电路的可变增益电路的制作方法

本实用新型涉及气体检测的技术领域，尤其是有毒气体传感器电路的可变增益电路。

背景技术：

在有毒气体探测器或检测仪中，气体传感器输出微弱电流信号，经过信号处理电路，输出电压信号到微控制器。在常用的三电极气体传感器电路中，如图1所示，电路后一级放大倍数k=r60/r59，调整放大倍数简单，但是使用的参考电压v0.6v较低，一些传感器量程范围内高浓度输出可能受限制，如果提高参考电压则输出范围缩小，如提高到1.2v，输出从1.2v到3v，常用的单端模数转换接口的微控制器接受的电压信号范围约为0-3v，电压的变化范围比较小，微控制器得到的模数转换值变化较小，分辨率就略低。如图2所示，电路保证了气体传感器的参考电极（r极）电压高于负电极（c极）电压1.0v以上，参考电压使用1.2v，输出从0.3v开始到3v，但是放大倍数固定为2.25倍，需要改变第一级增益电阻r40以改变放大输出，一些传感器满量程输出电流比较小，需要提高r40以增大电压变化范围，而r40如果比较大输出电压容易震荡漂移。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供有毒气体传感器电路的可变增益电路，其使用两级放大电路将传感器输出电压范围扩大，同时采用独立的传感器参考电压和输出起始电压，使放大倍数调整更加灵活。

本实用新型的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

有毒气体传感器电路的可变增益电路，包括传感器电路、可变增益电路和稳压电路，传感器电路、可变增益电路和稳压电路三者信号连接，其特征在于：所述传感器电路包括运算放大器u11、电阻r40、电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44、电阻r45、电阻r46、电感c20、电感c21、电感c22、场效应管q5和气体传感器，运算放大器u11的电源端接电容c21的一端，运算放大器u11的第一正输入端和第二正输入端分别连接电阻r43的一端和电阻r41的一端，运算放大器u11的第二负输入端接电阻r44的一端，电阻r44的另一端分别连接电容c22的一端和电阻r45的一端，电阻45的另一端接气体传感器的r端，电阻r45的另一端还接场效应管q5的第二端，场效应管q5的第三端接气体传感器的s端，气体传感器的c端接电容c22的另一端后与运算放大器u11的第二输出端连接，场效应管q1的第一端接电阻r46的一端，电阻r46的另一端接地；运算放大器u11的第一负输入端接电阻r43的一端，电阻r43的另一端接气体传感器的s端，运算放大器u11的第一负输入端还分别连接电容c20的一端和电阻r40的一端，电容c20的另一端和电阻r40的另一端均连接运算放大器u11的第一输出端，可变增益电路包括电阻r59、电阻r60、电阻r61、电阻r62和运算放大器u15，电阻r61的一端接运算放大器u11的第一输出端，电阻r61的另一端接运算放大器u15的第一正输入端，运算放大器u15的第一正输入端还连接电阻r62的一端，电阻r62的另一端分别连接运算放大器u15的第二负输入端和第二输出端，运算放大器u15的第一负输入端与电阻r60的一端连接，运算放大器u15的第一输出端连接电阻r60的另一端，运算放大器u15的第二正输入端连接有0.3v独立电源，电阻r46的另一端、运算放大器u11的电源端和运算放大器u15的电源端连接后共同接3v电源，电阻r59的一端与运算放大器u15的第一负输入端连接，电阻r59的另一端、电阻r41的另一端和电阻r42的另一端连接后共同接1.2v电源。

优选地，所述运算放大器u11的型号为opa2330，气体传感器采用co传感器，气体传感器的型号为sensor4，电阻r40为3千欧、电阻r41为10千欧、电阻r42为10千欧、电阻r43为33千欧、电阻r44为10千欧、电阻r45为10千欧、电感c20为1uf、电感c21为0.1uf、电感c22为0.1uf。优选地，所述稳压芯片u3的输出端的输出电压为3v，电容c7和电容c9均为10uf，电容c8为0.1uf。

优选地，所述运算放大器u15的型号为opa2330，电阻r59为10千欧、电阻r60为100千欧、电阻r61为10千欧、电阻r62为100千欧。

优选地，所述稳压电路包括稳压器u10、电阻r37、电阻r38和电阻r39，电阻r37、电阻r38和电阻r39串联，稳压器u10的正极连接在电阻r37与电阻r38之间，稳压器u10的负极和电阻r39的另一端均接地，电阻r37的另一端与电阻r46的另一端、运算放大器u11的电源端和运算放大器u15的电源端连接后共同接3v电源。

优选地，所述稳压器u10的型号为lm385m-1.2，电阻r37为15千欧，电阻r38为30千欧，电阻r39为10千欧。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

在保证了较高的传感器参考极电压下，传感器量程范围内输出电流不受限制；独立的输出起始电压，常用的正信号类传感器使用0.3v，使气体检测电路输出电压范围扩大，检测精度提高，相对零点提高一些，避免了运算放大器在零点附近的较大误差，起始电压改用1.2v即可适用于负信号类传感器；二级放大倍数可调，第一级增益电阻不用太大，不易震荡漂移。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的改进前1的电路原理图；

图2是本实用新型的改进前2的电路原理图；

图3是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参考图3，为本实用新型公开的有毒气体传感器电路的可变增益电路，包括传感器电路、可变增益电路和稳压电路，传感器电路、可变增益电路和稳压电路三者信号连接。传感器电路提供一级放大运算，可变增益电路为传感器提供第二级放大运算，稳压电路为电路提供基准电压。

参考图3，稳压电路包括稳压器u10、电阻r37、电阻r38和电阻r39，稳压器u10的型号为lm385m-1.2。电阻r37为15千欧，电阻r38为30千欧，电阻r39为10千欧，电阻r37、电阻r38和电阻r39串联。稳压器u10的正极连接在电阻r37与电阻r38之间，稳压器u10的负极和电阻r39的另一端均接地，电阻r37、电阻r38、电阻r39以及稳压器u10组成参考电压电路。传感器电路包括运算放大器u11、电阻r40、电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44、电阻r45、电阻r46、电感c20、电感c21、电感c22、场效应管q5和气体传感器。运算放大器u11的型号为opa2330，气体传感器采用co传感器，气体传感器的型号为sensor4。电阻r40为3千欧、电阻r41为10千欧、电阻r42为10千欧、电阻r43为33千欧、电阻r44为10千欧、电阻r45为10千欧、电感c20为1uf、电感c21为0.1uf、电感c22为0.1uf。运算放大器u11的电源端接电容c21的一端，电容c21的另一端接地。运算放大器u11的第一正输入端和第二正输入端分别连接电阻r43的一端和电阻r41的一端。运算放大器u11的第二负输入端接电阻r44的一端，电阻r44的另一端分别连接电容c22的一端和电阻r45的一端，电阻45的另一端接气体传感器的r端，电阻r45的另一端还接场效应管q5的第二端，场效应管q5的第三端接气体传感器的s端，气体传感器的c端接电容c22的另一端后与运算放大器u11的第二输出端连接。场效应管q1的第一端接电阻r46的一端，电阻r46的另一端接地；运算放大器u11的第一负输入端接电阻r43的一端，电阻r43的另一端接气体传感器的s端。运算放大器u11的第一负输入端还分别连接电容c20的一端和电阻r40的一端，电容c20的另一端和电阻r40的另一端均连接运算放大器u11的第一输出端。运算放大器u11的接地端接地。

参考图3，可变增益电路包括电阻r59、电阻r60、电阻r61、电阻r62和运算放大器u15，运算放大器u15的型号为opa2330。电阻r59为10千欧、电阻r60为100千欧、电阻r61为10千欧、电阻r62为100千欧。电阻r61的一端接运算放大器u11的第一输出端，电阻r61的另一端接运算放大器u15的第一正输入端。运算放大器u15的第一正输入端还连接电阻r62的一端，电阻r62的另一端分别连接运算放大器u15的第二负输入端和第二输出端。运算放大器u15的第一负输入端与电阻r60的一端连接，运算放大器u15的第一输出端连接电阻r60的另一端。运算放大器u15的接地端接地。此时稳压器u10的正极会稳压输出1.2v电压，稳压器u10输出的1.2v电压经电阻r38和电阻r39分压后得到一个0.3v的电压，该电压加在运算放大器u15的第二正输入端。电阻r37的另一端、电阻r46的另一端、运算放大器u11的电源端和运算放大器u15的电源端连接后共同接3v电源。电阻r59的一端与运算放大器u15的第一负输入端连接，电阻r59的另一端、电阻r41的另一端和电阻r42的另一端连接后共同接1.2v电源。

上述实施例的实施原理为：本实施例通过使用单端模数转换的微控制器以及两级放大电路。前一级放大电路使用1.2v参考电压，后一级放大电路将起始输出电压调整到另一个独立的电压0.3v（常用的正信号传感器），使变化范围改为从0.3v到3v，并且放大倍数可以通过调整电阻改变。正信号类传感器v0.3v点的电压0.3v经过运算放大器u15的电压跟随，输出0.3v，再到电阻r62的右端，这样0.3v零点输出电压比较稳定，不会因为输出改变而浮动。正信号类传感器信号经两级运放后，ch3点的电压v0=0.3v+k*r40*i，i为传感器输出电流，k=r60/r59,且r60=r62,r59=r61，当气体检测仪在干净的空气中时，i=0，v0=0.3v，当有待测气体时，输出随浓度线性增加，即输出范围从0.3v到3v；负信号类传感器ch3点的电压v0=1.2v-k*r40*i，在干净的空气中时，v0=1.2v,当有待测气体时，电流输出随浓度线性增加，即输出范围从1.2v到0v。由于气体传感器种类比较多，有的传感器输出电流小，第一级放大输出比较小，而第二级放大k倍，相对于原来的电路，可以灵活调整电阻比例以适应不同的气体传感器，将信号输出调整到接近满输出范围。有毒气体探测器或检测仪，如果不使用单端模数转换的微控制器，而使用带有差分模式模数转换的微控制器，微控制器差分输入a+接电路输出，差分a-接1.2v参考电压，这样差分电压变化范围为0到模拟输入满量程。差分模式的微控制器会较贵一些，可选型号少一些。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。