二氧化碳傳感器TGS4160的原理及應用
二氧化碳傳感器TGS4160是FIGARO（費加羅）公司生產(chǎn)的固態(tài)電化學型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風換氣系統(tǒng)或CO2氣體的長期監(jiān)測等應用場合。但是，由于TGS4160的預熱時間較長（一般為2小時），所以，該器件比較適合于在室溫下長時間通電連續(xù)工作。此外，為了方便客戶使用，F(xiàn)IGARO公司還專門設計了帶溫度補償?shù)膫鞲衅魈幚砟KAM-4。該模塊采用微處理器進行控制，CO2氣體濃度的輸出信號電平為0～3.0V，相當于0～3000ppm的濃度，并有中繼轉接控制口，可輸出高、低兩種門限信號以供外接控制使用。
TGS4160主要技術參數(shù)
測量范圍：0～5000ppm;
使用壽命：2000天;
加熱器電壓：5.0±0.2VDC;
加熱器電流：250mA;
加熱器功耗：1.25W;
內(nèi)部熱敏電阻(補償用)：100kΩ±5%;
使用溫度：-10～+50℃
使用濕度：5～95%RH;
產(chǎn)品尺寸：最大外徑Φ24mm，高24mm，引腳長5.8mm。
TGS4160內(nèi)部結構
TGS4160是一種內(nèi)含熱敏電阻的混合式CO2敏感元件。該元件在兩個電極之間充有陽離子固體電解質。它的陰極由鋰碳酸鹽和鍍金材料制成，而陽極只是鍍金材料。該敏感元件的基襯是用對苯二酯聚乙烯和玻璃纖維加固，然后采用不銹鋼網(wǎng)做圓柱型封裝。元件的內(nèi)層采用100目雙層不銹鋼網(wǎng)套在鍍鎳銅環(huán)上，并用高強度樹脂粘合劑與基襯固定在一起。其外層頂蓋上又罩上了一層60目的不銹鋼網(wǎng)。為了達到降低干擾氣體影響的目的，TGS4160在內(nèi)外兩層不銹鋼網(wǎng)之間還填充有吸附材料（沸石）。傳感器的6個引腳通過0.1mm的箔導線與內(nèi)部相連。
TGS4160工作原理
TGS4160是一種電化學型氣體的敏感元件，當該元件暴露在CO2氣體環(huán)境中時，就會產(chǎn)生電化學反應。通過監(jiān)測兩個電極之間所產(chǎn)生的電勢值EMF，就可以測量CO2的濃度值。為了使該傳感器保持在最敏感的溫度上，一般需要給加熱器提供加熱電壓進行加熱，但加熱電壓的變化將直接影響傳感器的穩(wěn)定性，因此加熱電壓必須穩(wěn)定，其范圍應在5.0±0.2VDC之內(nèi)。為了保證CO2的準確測量，除了保證加熱電壓穩(wěn)定及對環(huán)境溫度的變化進行溫度補償外，更主要的是要測量兩電極之間變化的電勢值ΔEMF，而不是絕對電勢值EMF，因為ΔEMF與CO2濃度變化之間有一個較好的線性關系。雖然EMF絕對值隨環(huán)境溫度的上升而上升，ΔEMF卻保持常量，而且它在-10℃～+50℃溫度范圍內(nèi)，基本不受溫度的影響。
TGS4160基本應用
利用TGS4160傳感器并通過高輸入阻抗、低偏置電流的運放進行放大，再作一些簡單的運算處理，就可以在CO2濃度為300～5000ppm的范圍內(nèi)測得信號，該信號為0～幾百毫伏的電壓信號，可以供高精度A/D采樣使用。如果使用費加羅(FIGARO)公司提供的AM-4 CO2傳感器模塊，則可直接應用于自動通風換氣系統(tǒng)或是CO2氣體監(jiān)測。該模塊內(nèi)部帶有A/D轉換器，并已對數(shù)據(jù)進行了采樣并作了處理。它輸出的電壓信號與CO2濃度值呈線性關系，輸出的電壓信號為0～3.0V，相當于0～3000ppm的CO2濃度。另外，該模塊還提供有中繼轉接控制信號。當CO2濃度高于設定值時，輸出的轉接控制信號為高電平5V，該信號可以使得紅LED點亮;反之，它將轉接控制信號為低電平0V以使綠LED點亮。但是，該模塊的設定值是分檔的，而不是連續(xù)可調的。
二氧化碳傳感器TGS4160特別適合于連續(xù)監(jiān)測CO2的場所，它不需斷電，其穩(wěn)定性好。但TGS4160不適于做便攜式或手持式CO2測量儀器。因為預熱時間太長，不能即時測量，同時傳感器的功率也較大。此外，傳感器暴露在某些氣體中（如氯氣）會降低靈敏度，由于沸石可以對某些干擾氣體(如乙醇)加以濾除。因此，不用時可置于干燥劑中，并用專用袋進行密封。
