1Для приладів контролю вмісту вуглекислого газу в приміщеннях кілька великих закордонних фірм, зокрема японські фірми, випускають датчики. Довідкові листки цих датчиків розміщені в мережі Інтернет, але самі датчики дістати в Україні, Росії та Білорусі практично неможливо. Виняток становлять датчики фірми FIGARO. Один з них і був придбаний для експериментів.

2 

Рис. 1. Габаритний креслення TGS4161

Зовнішній вигляд датчика TGS 4161 зображений на фото на початку статті, габаритні розміри – на рис.1. Принцип роботи датчика заснований на зміні ЕРС вбудованого в нього мікромініатюрного гальванічного джерела напруги при коливаннях вмісту вуглекислого газу в навколишньому середовищі. Для підвищення ефективності роботи датчика, всередині корпусу встановлений також електричний підігрівач Якщо врахувати, що всі компоненти датчика розміщені на скляній пластинці розмірами 1,5 × 1,5 мм, то можна здогадатися, чому вартість датчика при його замовленні вельми висока і досягає $ 50.

 
Поки одна з київських фірм виконувала замовлення на постачання датчика за кордону, можна було почати макетировать схему контролю. При цьому було звернено увагу на той факт, що за таких мікроскопічних розмірах джерела ЕРС датчика його можна навантажувати тільки на дуже високоомний вхід операційного підсилювача (ОУ). Звичайно, для цієї мети непридатні широко поширені побутові ОУ, наприклад, типу LM358N та аналогічні. Їх вхідний опір не перевищує 200 кОм. Більш раціонально використовувати ОУ з польовими транзисторами у вхідних каскадах. Вельми недорогим і поширеним таким ОУ є CA3140EZ. Його вхідна опір доходить до декількох ГОм (Гіга).

Другим завданням при побудові побутового вимірника С02 з датчиком TGS4161 є лінеаризація його вихідної характеристики. До речі, ця проблема характерна і для датчиків інших фірм. Дійсно, в тексті довідкового листка датчика лише одним коротким реченням зазначено, що його вихідна характеристика логарифмічна. Користуватися такою шкалою побутового приладу (вимірювача концентрації С02 в приміщенні) обивателю вкрай незручно. Значить, треба линеаризовать передавальну характеристику приладу.

Саме на ці вищевказані особливості проектованого побутового вимірювача концентрації СО2 і було звернуто увагу при його побудові.

3

 
До отримання замовленого датчика С02 замість нього для макетування схеми використовувався його імітатор, схема якого показана на рис.2, А зовнішній вигляд – на фото 1 Напруга (3 В) малогабаритної часовий батареї CR2023 знижується дільником імітатора приблизно до 0,30 … 0,36 В. Конкретна величина вихідної напруги імітатора залежить від положення черв’ячного мікрометричного гвинта підлаштування резистора R3 і опорі резисторів R1, R4, R5, R6.

4

Резистор R7 є вихідним струмообмежувальним.

5

 Рис. 3. Принципова схема датчика газу CO2

 
Принципова схема підсилювача ЕРС датчика газу СО2 показана на рис.3. Напруга датчика подається на неінвертуючий вхід ОП DA1. Резистори ланцюга зворотного зв’язку R1 і R2 задають невеликий коефіцієнт посилення каскаду на ОП. До виходу цього підсилювача, як показано на рис.3, Підключають цифровий мультиметр, наприклад, DT-830B, підготовлений для вимірювання напруг на межі 200 мВ.

 
Спочатку при нульовому значенні опору між движком R3 і нижнім за схемою рис.2 висновком цього резистора виставляють підлаштування резисторами імітатора його вихідна напруга 300 мВ. Далі виставляють величину підлаштований резистора R2 у схемі рис.3 порядку 9,1 кОм. Регулюванням положення движка підлаштований резистора R5 домагаються мінімальних, практично нульових, показань мультиметра DT-830B, підключеного до контактів колодки XS2. Це виявляється можливим при включенні (за схемою) вимірювального мілівольтметри між виходом ОУ DA1 і движком підлаштування резистора R5. Далі виставляють вихідна напруга імітатора близько 350 мВ. Це повинно імітувати подачу на вхід пристрою сигналу датчика газу при тиску СО2 2000 ppm.

 
Діод VD1 спільно з резистором R3 лінеарізуют вихідну характеристику всієї схеми вимірювача С02 на ОУ DA1. В якості VD3 використаний діод Шотки з відносно невеликим пороговою напругою (порядку 0,3 В). При великих напругах (приблизно з 0,4 В) діод Шотки різко переходить в насичення Це явище та використано для лінеаризації показань приладу для вимірювання відсоткового вмісту вуглекислого газу в повітрі. Справа в тому, що згідно довідковому листку фірми FIGARO для датчика TGS4161, лінійні прирощення вихідної напруги датчика відбуваються при змінах тиску СО2 за логарифмічною закону (рис.6). Фактично, датчик має відгук при зміні парціального тиску С02 від 350 до 10000 ppm. За санітарними нормами допускається 10% вміст СО2 в повітрі житлових приміщень. тому для побутових цілей досить обмежити діапазон парціального тиску цього газу в повітрі 1000 ppm Навіть з дворазовим перевищенням С02 в контрольованому повітрі діапазон змін цього газу описаним приладом становить 350 … 2000 ppm.