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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Analisador de concentração de monóxido de carbono. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O monóxido de carbono (monóxido de carbono, CO) é um dos produtos de combustão mais tóxicos. Faz parte da fumaça e é liberado durante a combustão lenta e combustão de todas as substâncias orgânicas e que contêm carbono. Este é um gás muito venenoso. Não possui cor nem odor, o que o torna especialmente perigoso, dificultando sua detecção em tempo hábil. Uma pessoa pode sentir a presença de monóxido de carbono no ar apenas pelos primeiros sintomas de envenenamento por monóxido de carbono, e isso é muito ruim. A intoxicação ocorre despercebida e aumenta rapidamente. Às vezes é tarde demais para fazer qualquer tentativa de resgate, pois o monóxido de carbono pode “desligar” a consciência de uma pessoa em questão de segundos. O principal efeito do monóxido de carbono no corpo humano é a sua ligação à hemoglobina nos glóbulos vermelhos. Ao fazer isso, ele bloqueia o caminho do oxigênio para as células e o corpo simplesmente não consegue continuar a funcionar. Infelizmente, é preciso lidar constantemente com esse veneno perigoso na vida cotidiana, não apenas nas grandes cidades (em estradas movimentadas, perto de fogões a gás e aquecedores de água), mas também em áreas rurais (perto de grandes rodovias, em balneários e em casas com aquecimento do fogão). Portanto, é muito desejável ter um indicador de concentrações perigosas de monóxido de carbono no ar em casa. A Figaro Engineering produz um sensor eletroquímico barato e confiável para este gás com eletrólito líquido TGS5042 [1-3]. Em tamanho e aparência é semelhante a uma célula galvânica convencional de tamanho AA e opera na faixa de temperatura de -40 a 70 оC em concentrações de CO de 0 a 10000 ppm. Comparado com outros sensores semelhantes, o TGS5042 apresenta uma série de vantagens. Utiliza um eletrólito levemente alcalino que atende a todos os requisitos de segurança ambiental, não há vazamentos de eletrólito da carcaça, desgaste dos eletrodos e consumo de materiais químicos do sensor durante a operação. Possui baixa sensibilidade a outros gases, baixo custo, longa vida útil e fácil calibração.
Este sensor é utilizado no dispositivo descrito, cujo diagrama é mostrado na figura. O dispositivo detecta a presença de monóxido de carbono no ar e mede sua concentração na faixa de 1 a 999 partes por milhão (ppm). O dispositivo exibe o resultado da medição em um indicador LED de três dígitos e sete elementos HG1; quando a concentração de gás excede 100 ppm, um sinal é gerado pelo emissor de som HA1. As concentrações máximas permitidas de poluentes no ar são estabelecidas na Federação Russa em miligramas por metro cúbico [4, 5]. De acordo com estes documentos, a concentração de monóxido de carbono ao ar livre não deve exceder 3 mg/m3 (média diária) e 5 mg/m3 (pico), e no ar interno - 20 mg/m3 durante todo o dia de trabalho, 50 mg/m3 - dentro de uma hora, 100 mg/m3 - dentro de 30 minutos ou 200 mg/m3 dentro de 15 minutos. Para o monóxido de carbono, 1 mg/m3 equivale a 0,86 ppm. A corrente de saída do sensor B1 é diretamente proporcional à concentração de monóxido de carbono no ar ambiente com um fator de conversão 1,2...2,4 nA/ppm. Usando o amplificador operacional incluído no chip DA1 (MAX9001ESD), a corrente do sensor é convertida em tensão, que é medida por um voltímetro digital construído nos chips DA2 e DD1. Com um coeficiente de conversão do sensor de 2 nA/ppm e R1=500 kOhm, uma concentração de monóxido de carbono de 1000 ppm corresponde a uma tensão de 1 V na saída do amplificador operacional. Além do amplificador operacional, o chip DA1 contém uma fonte de tensão de referência de precisão de 1,23 V e um comparador de tensão com largura de zona de histerese de 2 mV. Uma das entradas do comparador no dispositivo é alimentada com tensão da saída do amplificador operacional, e a segunda é alimentada com uma tensão de referência de 2 mV obtida por meio de um divisor resistivo R3R100, que corresponde a uma concentração de monóxido de carbono de 100 ppm . Se a tensão da saída do amplificador operacional exceder este valor, o nível lógico na saída do comparador ficará baixo, o transistor de efeito de campo VT2 abrirá e através dele a tensão de alimentação será fornecida ao emissor de som HA1. A frequência do gerador embutido no emissor é definida pelo capacitor C4. O chip DA2 (CA3162E) é um voltímetro digital com intervalo de medição de 0-999 mV, equipado com uma unidade de indicação dinâmica de resultados. Para trabalhar com um indicador LED de três dígitos e sete elementos, você só precisa adicionar um conversor de código DD1 (CA3161E) e três chaves de transistor VT3-VT5. Para evitar a polarização do sensor, quando a alimentação estiver desligada, é necessário conectar seus terminais entre si. Para tanto, foi projetado o transistor de efeito de campo de canal p VT1 (J177), aberto na ausência de energia, mas fechado quando uma tensão de +5 V é aplicada à sua porta em relação à fonte. A fonte de alimentação deve ser estabilizada e projetada para uma corrente de carga de pelo menos 200 mA. A configuração do dispositivo começa com a calibração do voltímetro. Primeiro, a entrada do chip DA2 (pino 11) é temporariamente desconectada dos pinos 3 e 10 do chip DA1 e conectada ao fio comum (menos potência). O resistor de sintonia R4 atinge leituras zero no indicador. Em seguida, eles o enviam para retirada. 11 tensão constante +999 mV e resistor de corte R5 definem o número 999 no indicador. Depois disso, a conexão entre os pinos 3 e 10 do chip DA1 com o pino 11 do chip DA2 é restaurada. Informações sobre o coeficiente de conversão individual do sensor TGS5042 estão disponíveis no corpo de cada instância. Se for diferente de 2 nA/ppm, então a resistência do resistor R1 deve ser alterada na proporção inversa deste coeficiente. A tensão de referência na entrada do comparador (pino 11 DA1), correspondente ao limite necessário para ligar o sinal de áudio, é definida selecionando os resistores R2 e R3. É aconselhável usar resistores R1-R3 com um desvio máximo de resistência do valor nominal não inferior a ±1%. Literatura
Autor: A. Kornev
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