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    TGS4160是日本FIGARO（弗加罗）公司生产的一种固态电化学型二氧化碳传感器（CO2 sensor），该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外，同时还具有耐高湿和耐低温等特点。因而可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体的长期监测等应用场合。下文将给大家叙述该传感器的内部结构和工作原理，给出了一个用二氧化碳传感器TGS4160设计的*模块的基本应用电路原理图。

１　二氧化碳传感器TGS4160概述

TGS4160二氧化碳传感器是FIGARO（弗加罗）公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性可广泛用于自动通风换气系统或是ＣＯ２气体的长期监测等应用场合。但是，由于TGS4160的预热时间较长（一般为２小时），所以，该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。此外，为了方便客户使用，FI-GARO公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块ＡＭ－４。该模块采用微处理器进行控制，ＣＯ２气体浓度的输出信号电平为０．０～３．０Ｖ，相当于０～３０００ｐｐｍ的浓度，并有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器的主要技术参数如下：

●测量范围：０～５０００ｐｐｍ；

●使用寿命：２０００天；

●加热器电压：５．０±０．２ＶＤＣ；

●加热器电流：２５０ｍＡ；

●加热器功耗：１．２５Ｗ；

●内部热敏电阻（补偿用）：１００ｋΩ±５％；

●使用温度：－１０～＋５０℃

●使用湿度５～９５％ＲＨ；

●产品尺寸：*大外径Φ２４ｍｍ，高２４ｍｍ，引脚长５．８ｍｍ。

２　二氧化碳传感器TGS4160内部结构

TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式CO2敏感元件。该元件在两个电*之间充有阳离子固体电解质。它的阴*由锂碳酸盐和镀金材料制成，而阳*只是镀金材料。该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维*，然后采用不锈钢网做圆柱型封装。元件的内层采用１００目双层不锈钢网套在镀镍铜环上，并用*度树脂粘合剂与基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层６０目的不锈钢网。为了*降低干扰气体影响的目的，TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料（沸石）。传感器的６个引脚通过０．１ｍｍ的箔导线与内部相连。其等效的内部结构见图１所示。图中，阳*与传感器的第３脚Ｓ（＋）相连，阴*与传感器的第４脚Ｓ（－）相连，Ｐｔ加热器与传感器的第１，６脚相连，内部热敏电阻与传感器的第２，５脚相连。内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度，以便对该传感器进行温度补偿，从而使校正后的测量值更加准确。

３　二氧化碳传感器TGS4160工作原理

TGS4160型CO2传感器是一种电化学型气体的敏感元件，当该元件暴露在CO2气体环境中时，就会产生电化学反应。其反应式如下：

阴*反应方程：

４Ｌｉ＋＋２ ＣＯ２＋Ｏ２＋４ｅ－＝２Ｌｉ２ＣＯ３

阳*反应方程：

４Ｎａ＋＋Ｏ２ ＋４ｅ－＝２Ｎａ２Ｏ

总的化学反应方程：

Ｌｉ２ＣＯ３＋２Ｎａ＋＝Ｎａ２Ｏ＋２Ｌｉ＋＋ＣＯ２

作为电化学反应的结果，根据耐斯特方程（Ｎｅｒｎｓｔ），该过程将产生如下电势（ＥＭＦ）：

ＥＭＦ＝Ｅｃ－（ＲＦ）／（２Ｆ）ｌｎ（ＰＣＯ２ ）

式中：ＰＣＯ２ 为ＣＯ２的分压；Ｅｃ为常数；Ｒ是气体常数； Ｔ为温度值（Ｋ）；Ｆ是法拉第常数。

从上式看出，通过监测Ｓ（＋）、Ｓ（－）两个电*之间所产生的电势值ＥＭＦ，就可以测量ＣＯ２的浓度值。为了使该传感器保持在*敏感的温度上，一般需要给加热器提供加热电压进行加热，但加热电压的变化将直接影响传感器的稳定性，因此加热电压*须稳定，其范围应在５．０±０．２ＶＤＣ之内。为了*ＣＯ２的准确测量，除了*加热电压稳定及对环境温度的变化进行温度补偿外，更主要的是要测量两电*之间变化的电势值ΔＥＭＦ，而不是*对电势值ＥＭＦ，因为ΔＥＭＦ与ＣＯ２浓度变化之间有一个较好的线性关系。虽然ＥＭＦ*对值随环境温度的上升而上升，ΔＥＭＦ却保持常量，而且它在－１０℃～＋５０℃温度范围内，基本不受温度的影响。

图2

    ΔＥＭＦ值可由下式求得：

ΔＥＭＦ＝ＥＭＦ１－ＥＭＦ２

其中，ＥＭＦ１为３５０ｐｐｍ的ＣＯ２中的ＥＭＦ值；ＥＭＦ２为所测量的ＣＯ２的ＥＭＦ值。

在温度为２０℃±２℃、湿度为６５±５％ＲＨ、加热电压为５．０±０．０５ＶＤＣ、预热时间为７天或大于７天的条件下，测得传感器在浓度为３５０ｐｐｍ中的ＥＭＦ值是２２０～４９０ｍＶ，而ΔＥＭＦ在３５０～３５００ｐｐｍ的ＣＯ２浓度中的值是４４～７２ｍＶ，因此在实际测量应用电路中，要根*感器的特点要求，除使用高输入阻*（≥１００ＧΩ）、低偏置电流（≤１ｐＡ）的运算放大器外，还要对测得的信号进行处理。处理该信号通常有两种方案可供选择：一是使用费加罗（ＦＩＧＡＲＯ）公司的ＦＩＣ９８６４６*处理器模块，二是选用其它型号的单片机并通过自己编程进行信号处理。

４　二氧化碳传感器TGS4160基本应用

利用TGS4160二氧化碳传感器并通过高输入阻*、低偏置电流的运放进行放大，再作一些简单的运算处理，就可以在ＣＯ２浓度为３００～５０００ｐｐｍ的范围内测得信号，该信号为０～几百毫伏的电压信号，可以供*Ａ／Ｄ采样使用。如果使用费加罗（ＦＩＧＡＲＯ）公司提供的ＡＭ－４ ＣＯ２传感器模块，则可直接应用于自动通风换气系统或是ＣＯ２气体监测。该模块内部带有Ａ／Ｄ转换器，并已对数据进行了采样并作了处理。它输出的电压信号与ＣＯ２浓度值呈线性关系，输出的电压信号为０～３．０Ｖ，相当于０～３０００ｐｐｍ的ＣＯ２浓度。另外，该模块还提供有中继转接控制信号。当ＣＯ２浓度高于设定值时，输出的转接控制信号为高电平５Ｖ，该信号可以使得红ＬＥＤ点亮；反之，它将转接控制信号为低电平０Ｖ以使绿ＬＥＤ点亮。但是，该模块的设定值是分档的，而不是连续可调的。共分为四档（可通过线路板上的跳线来实现），表１和表２分别给出了门限开关信号的浓度值及跳线连接方法。ＡＭ－４模块的实用电路原理图见图２所示。

表1 门限信号浓度

表2 跳线连接

如果认为使用ＡＭ－４模块不方便或是认为价格太高，也可以自行设计电路，并自行编写程序进行处理。

５　结束语

TGS4160型CO2传感器*适合于连续监测CO2的场所，它不需断电，其稳定性好。但TGS4160传感器不适于做便携式或手持式CO2测量仪器。因为预热时间太长，不能即时测量，同时传感器的功率也较大。此外，传感器暴露在某些气体中（如*）会降低灵敏度，由于沸石可以对某些干扰气体（如乙醇）加以滤除。因此，不用时可置于干燥剂中，并用*袋进行密封。
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通用电气（GE）*大的多元化业务公司之一，连续5年被《财富》杂志评选为**受推崇的公司，连续4年被《金融时报》评选为**受尊敬的公司。2002年位居《商业周刊》*市值*高的1000家公司*。由美国伟大发明家托马斯?爱迪生创建的GE公司因其*的传统，致力于为客户带来美好生活的产品和服务，以及杰克?韦尔奇这样伟大的企业*人而*。
       2001年, GE在其工业系统集团旗下成立了传感器事业部，并在过去的六、七个月里陆续收购了GEI公司、KAYE公司、DRUCK公司、THERMALMETRICS公司、*VA SENSOR公司等五家传感器行业的公司。产品涉及了温度、湿度、流量、气体、压力, 工业校准等诸多领域。虽然GE对这一系列*都保持的很低调，但是大家知道GE在传感器行业悄悄的在布局，接下来会是什么谁也不知道。

MS-3型钢制“S”称重传感器，测量方式为拉式，结构紧凑、安装方便，适用于制造各种配料称、*钩称及各种*称、工艺称等。

二、技术指标：

三、外形尺寸：

	S型称重传感器 型号：MS-1 量程：5Kg~20t 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		S型称重传感器 型号：MS-1C 量程：20~5000t 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2.0mV/V *过载：150%FS		拉压式称重传感器 型号：MS-3 量程：100~1000Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	*秤*传感器 型号：ET-1 量程：1~30T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：1.5±0.10mV/V *过载：300%FS		拉式称重传感器 型号：ET-2 量程：0.1~30T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		压式称重传感器 型号：ET-3 量程：0.1~30T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	拉式称重传感器 型号：ET-4 量程：1~100T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：1.5±0.01mV/V *过载：120%FS		悬臂梁称重传感器 型号：GX-1 量程：0.05~10T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		悬臂梁称重传感器 型号：GX-2 量程：0.5~20t 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	轮辐式称重传感器 型号：GY-1 量程：0.5~100T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		轮辐式称重传感器 型号：GY-2 量程：0.5~100T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		轮辐式称重传感器 型号：GY-3 量程：0.5~100T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	箱式称重传感器 型号：PE-3 量程：60~500Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		波纹管称重传感器 型号：PE-7 量程：10~1000Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		悬臂梁称重传感器 型号：PE-8 量程：20~1000Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	密封压式称重传感器 型号：PE-9 量程：3~150Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		箱式称重传感器 型号：PE-5 量程：50~1000Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.1mV/V *过载：120%FS		桥式称重传感器 型号：GF-1 量程：10~50T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	桥式称重传感器 型号：GF-2 量程：1~75Klb 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：3.0±0.01mV/V *过载：120%FS		桥式称重传感器 型号：GF-3 量程：25~125Klb 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：3.0±0.01mV/V *过载：120%FS		柱式称重传感器 型号：CP-1 量程：5~450T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	柱式称重传感器 型号：CP-2 量程：20~45T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		柱式称重传感器 型号：CP-3 量程：25~45T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		轴销式称重传感器 型号：ALP-9A 量程：1~10T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：1.5±0.01mV/V *过载：150%FS
	传感器称重模块 型号：PE-7M 量程：10~200Kg 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		传感器称重模块 型号：GY-1M 量程：2~50T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS		传感器称重模块 型号：GF-2M 量程：1~75T 精度：0.05% 供电：10~12VDC 灵敏度：2±0.01mV/V *过载：120%FS
	称重变送器 型号：BSQ 供电：24VDC 输入：mV模拟量线性 输出：4~20mA、1~5VDC 工作温度：-20~85℃		智能显示控制仪表 型号：XST *输入 四位LED显示 8组继电器报警输出 带清*、去皮、峰值保持 外供精密电源，RS485接口		彩屏无纸记录仪 型号：XM6000 通道：1~16路*输入 精度：0.2%FS 供电：220VAC或24VDC 记录间隔：1~3600S可选 转存方式：U盘
	不锈钢接线盒 产品型号：XGH 输入信号：mV 接入方式：四路、六路 八路、十路 产品材质：不锈钢		U*型数据采集器 采集通道：4路、16路 输入信号：4~20mA、0~5V 1~5V、0~10V 采集频率：20次平均 采集周期50ms 系统精度：±0.1%FS		RS485型数据采集器 电源电压：DC24VDC 精度等级：0.5% 采集速率：128bps 输入接口：4~20mA 0~5V 1~5V 输出接口：RS-485电气协议 使用温度：-25~70℃

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