ChemiresisTIve传感器为工业操控，HVAC体系以及健康和安全等运用供给了丈量各种气体浓度的低成本手法。由于它们依托加热元件，因而开发人员有必要保证传感器电阻的精确丈量，一同还要操控加热元件以坚持恰当的温度。
关于这两个要求，开发人员能够运用各种技能来平衡规划复杂性和丈量精度。
本文回忆了chemiresisTIve传感器的性质及其在各种运用中的效果。然后，它介绍了Integrated Device Technology（IDT）的化学气体传感器设备，然后侧重评论了运用这些传感器的要求以及支撑其操作的模仿规划代替计划。
终究，介绍了一种通用的依据MCU的规划办法，并介绍了用于评价和开发气体传感器规划的相关电路板和软件。
精确的传感器
定性检测和定量丈量在专业和更常见的运用中越来越重要。甲烷检测器在采矿作业中供给重要正告，氢气丈量能够提示用户电池存在问题，精确的气体传感器能够在医疗运用中用作“电子鼻”。在住宅和商业修建中，监测各种气体含量的才能能够正告运用者有毒气体，并供给火灾预警。
在可用的气体传感器中，chemiresisTIve金属氧化物传感器供给了一种经济高效的处理计划，即便在严苛的运用中也能够供给牢靠的成果。在这些传感器中，气载气体分子浓度的改动会导致传感器电阻的改动。这种电阻改动能够在传感器的作业规模内到达几个数量级。传感器电阻（R S）和气体浓度C 之间的这种联系用一个简略的公式标明，它只包含两个附加的常数因子：A和α。
或以同等方法写成：
公式2演示了气体浓度对数与传感器电阻对数之间的线性联系。实践上，该方程标明，这些传感器在低浓度时将表现出电阻的快速改动，但在高浓度下改动缓慢得多（图1）。
图1：IDS的SGAS701氢传感器等化学传感器传感器在传感器电阻和气体浓度之间呈现线性对数 – 对数联系，但支撑电路会导致丈量成果呈现非线性。（图片来历：Integrated Device Technology）
来自IDT的一系列chemiresisTIve传感器能够供给各种气体的精确丈量，包含：
氢气，运用IDT SGAS701传感器
运用SGAS707传感器丈量挥发性有机化合物（VOC），包含甲醛，甲苯，丙酮和酒精
运用SGAS711传感器的易燃气体，包含碳氢化合物，甲烷，丙烷，天然气
与传感器元件一同，IDT的四引脚器材集成了一个电阻元件，将传感器加热到最佳丈量温度。
关于开发人员来说，应战在于保证传感器电阻的精确丈量，一同将加热元件坚持在恰当的温度。关于这两个要求，开发人员能够运用各种技能来平衡规划复杂性和丈量精度。
模仿前端施行注意事项
作为电阻设备，chemiresistive传感器需求恰当的鼓励电源来丈量由于气体浓度改动引起的电阻改动。与任何此类设备相同，开发人员能够运用不同的办法丈量传感器电阻（R S），包含：
- 将传感器置于简略的分压器中
- 用恒压源驱动器材
- 用恒流源驱动器材
关于开发人员来说，每种办法的适用性取决于规划简略性与丈量质量的运用要求。例如，经过丈量R S作为简略分压器的一部分，开发人员能够创立最简略的处理计划（图2）。可是，依据运用要求，这种办法固有的丈量约束或许过于严厉。
图2：分压器装备供给了最简略的化学传感器传感器规划，但有些约束或许不足以满意需求精确丈量气体浓度的运用。（图片来历：Integrated Device Technology）
在任何分压器中，丈量输出V OUT永久不会到达电源值V bias（图2中的V c）。电阻网络依据以下公式将V OUT约束为V bias的一部分：
由于传感器呼应项R FIXED /（R FIXED + R S），V OUT / V 误差永久达不到共同。可是开发人员能够设置R FIXED电阻值，以完成坐落传感器基线值（考虑空气中丈量的值）和传感器满量程呼应（千分之一百）（图3）之间的有用电压规模。
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图3：运用3.3 V电源（V bias，如图2中的V c所示），运用R FIXED的不同设置值，开发人员能够在满量程呼应和基线呼应（空气中）之间到达所需的呼应规模。（图片来历：Integrated Device Technology）
另一个约束来自这种办法的非线性。经过将等式1和3重构为：
在R S（即A * C- α）主导R FIXED的低气体浓度下，传感器呼应和气体浓度坚持线性对数 – 对数联系。在R FIXED主导R S的较高气体浓度下，跟着气体浓度的添加（图4），这种线性联系丢失而且呼应的阶跃改动变小。
图4：R FIXED开端在分压器装备中占主导地位，导致传感器呼应与气体浓度之间的对数对数联系呈非线性联系。（图片来历：Integrated Device Technology）
不幸的是，开发人员在处理这种非线性方面没有多少好的挑选，由于R FIXED和R S的奉献在成果中不能区别。因而，这种办法更适用于专心于气体检测的运用，而不是精确的定量丈量。关于这些检测运用，开发人员能够简略地运用模仿比较器组来切换固定的电压电平，该电压电平对应于给定气体浓度的阈值。
进步精确性
经过运用稳定电压或稳定电流源进行传感器鼓励，规划人员能够消除R FIXED及其对线性度的影响。另一方面，这些办法呈现出明显不同的规划要求，影响整个体系的要求。关于稳定电压鼓励，开发人员能够运用简略的模仿前端发生线性对数对数呼应（图5）。在这里，输出电压与R SENSOR有一个简略的直接联系：
图5：规划人员能够运用一个电路供给偏置补偿和扩大的稳定电压传感器鼓励，以添加规划复杂性为价值进步精度。（图片来历：Integrated Device Technology）
在稳定电流鼓励下，V OUT成为R SENSOR和经过其的电流的乘积，使得传感器呼应与气体浓度成正比。成果是气体浓度的对数与整个作业规模内的传感器呼应的对数之间的彻底线性联系。该办法有用地扩展了该规模内的电阻改动，供给了与气体浓度共同的电阻阶跃改动。
与稳定电压法比较，这些长处的价值是复杂度越来越高。与后一种办法相同，稳定电流办法运用运算扩大器级来完成根本的驱动器电路。可是，在这种状况下，那些运算扩大器级调理添加的MOSFET门以发生所需的鼓励电流水平。可是，即便规划复杂度越来越高，恒流电路在依据MCU的规划中供给了优势，如下所述。
加热器驱动程序
不管用于传感器鼓励的办法怎么，都需求将金属氧化物资料加热到特定温度以取得最佳成果。关于IDT传感器，SGAS707 VOC传感器的传感器作业温度为150°C，SGAS701氢传感器的传感器作业温度为240°C，SGAS711易燃气体传感器的传感器作业温度为300°C。
与传感器相同，加热器是一个电阻元件，需求恒压或恒流源将其坚持在所需的温度。开发人员有必要保证加热器驱动电路调理其输出以避免或许改动传感器灵敏度的改动。
关于恒压源，规划人员能够简略地运用传统的线性电压调理器，以满意电压和功率要求。例如，德州仪器 LM317供给了一种适宜的处理计划，能够供给每个IDT传感器所需的特定调理输出电平：SGAS707为3.5伏，SGAS701为5.4伏，SGAS711为7.0伏。
只需添加少数附加组件，开发人员就能够运用LM317创立一个能够满意大多数气体传感器运用要求的恒压源（图6）。开发人员能够经过恰当挑选R2 来将V HEATER设置为所需的电压电平。
图6：规划人员能够运用传统的线性稳压器（如德州仪器LM317）为气体传感器加热器创立适宜的恒压源。（图片来历：Integrated Device Technology）
尽管如此，该处理计划相对简略，但由于环境温度的改动或电路组件的改动，使得运用露出于丈量不精确的状况。
例如，之前说到的方针加热器电压电平对应于在环境温度为0°C的环境中作业的传感器所需的电平。所需的加热器电压与温度成反比联系，如图7所示。未能调整加热器电压以补偿环境温度的改动将影响传感器灵敏度和气体丈量精度。
图7：关于每个IDT气体传感器，所需的传感器加热器电压跟着环境温度的改动以相同的速率改动，可是每种传感器类型都需求一个特定的偏移量：5.5伏，如SGAS701所示，SGAS707为3.8伏， SGAS711为7.2伏特。（图片来历：Integrated Device Technology）
开发人员能够运用图6所示的简略线性稳压器电路，添加反应来追寻加热器功率和温度。可是，规划师能够挑选运用恒流源的更简略的处理计划，而不是处理相关的复杂问题。
与稳定电流传感器鼓励相同，稳定电流加热器电路供给更灵敏的处理计划。IDT供给了一个示意图，演示传感器鼓励和加热器操控运用恒流电路（图8）。
图8：IDT演示了为传感器和加热器供给稳定电流源的电路，在其SMOD7xx评价板中运用相同的模仿规划。（图片来历：Integrated Device Technology）
关于稳定电流传感器鼓励（图8，顶部），IDT结合了一对凌力尔特 LTC6081精细运算扩大器，每个驱动一个Diodes公司的 DMC2700高效率MOSFET，终究运用TI OPA2376AIDGKR低噪声运算扩大器供给传感器电压。
传感器加热器电路采取了相似的办法，但运用了德州仪器的LPV511运算扩大器，能够习惯电路的9伏电源（图8，底部）。
两个电路都依托输入电压来设置电流水平，这在典型的依据MCU的传感器体系中供给了明显的优势（图9）。
图9：恒流电路对依据MCU的传感器体系特别有用。MCU能够运用数模转换器（DAC）以编程方法操控传感器和加热器电压，并监督加热器电压并运用模数转换器（ADC）丈量传感器输出电压。（图片来历：Integrated Device Technology）
经过运用MCU操控数模转换器（DAC），开发人员能够经过编程设置传感器和加热器所需的操控电流水平来呼应不断改动的条件。相似地，开发人员能够运用MCU经过模数转换器（ADC）读取传感器输出，履行任何所需的调理或补偿，并将成果传递给运用。
关于加热器，开发人员能够丈量加热器电压输出，并将成果用于软件反应回路中，旨在将加热器温度坚持在与特定传感器和环境温度相习惯的水平。
IDT在其用于SGAS701（SMOD701KITV1），SGAS707（SMOD707KITV1）和SGAS711（SMOD711KITV1）的SMOD7xx演示套件中运用了相同的双恒流电路规划。旨在便于评价SGAS7xx传感器的SMOD7xx电路板将恒流电路与各自的传感器，TI MSP430I2021 MCU和支撑电路相结合。
规划与SMODxx电路板合作运用，独立的SMOD运用软件程序（需求注册）可让开发人员当即开端探究气体传感运用场景。经过将SMODxx电路板的传感器露出于所需的气体浓度，开发人员能够运用SMOD软件程序直接检查传感器电阻的改动并重视其运用对不同气体和浓度的呼应（图10）。
图10：与SMOD7xx电路板合作运用时，IDT SMOD运用软件程序可让开发人员依据不同的运用状况检查传感器电阻的改动。（图片来历：Integrated Device Technology）
结合运用，SMOD7xx套件和SMOD软件包为了解气体传感器在实践运用中的功能供给了重要东西。在工业环境中沐浴在多种气体中，气体传感器能够给不甘愿的开发者带来意想不到的成果。尽管每种化学灵敏传感器都规划为对特定类型的气体做出最佳呼应，但不同气体的存在会影响成果。
例如，尽管针对氢气进行了优化，但SGAS701传感器会对其他类型的气体发生呼应，包含运用SGAS707 VOC传感器和SGAS711易燃气体传感器（图11）进行最佳检测的气体。别的，湿度和其他环境条件能够发生传感器呼应的体系改动。运用IDT开发东西，开发人员能够在终究规划气体传感器体系之前发现或许影响其运用的要素。
图11：气体传感器一般显现对SGAS701氢气传感器的其他类型气体的某种程度的灵敏度，需求在露出于此类环境的气体传感器规划中进行恰当的补偿或校对。（图片来历：Integrated Device Technology）
定论
丈量不同气体浓度的才能在广泛的运用中变得越来越重要。来自IDT等公司的低成本化学感应传感器供给了现成的处理计划，但需求细心规划电路以满意这些设备的共同要求。
运用各种技能，规划人员能够创立气体传感规划，以平衡电路复杂性和丈量精度，以满意其本身运用的共同要求。
