[实用新型]一种半导体臭氧传感器测量电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于测量空气中臭氧浓度的一种半导体臭氧传感器测量电路。

背景技术

臭氧是一种强氧化剂，具有很好的杀菌消毒功能，它可以弥散到空间中的任何一个角落杀毒，且不会有残留物，避免了二次污染，已广泛用于空气净化、水处理、食品加工、医疗、医药、水产养殖等领域。但是臭氧对人体呼吸道粘膜有刺激，空气中臭氧浓度过高，可引起脉搏加速、疲倦、头痛，严重时可发生肺气肿，以致死亡。因此在使用臭氧进行空气净化消毒时，要严格检测和控制其浓度。

目前，测量空气中臭氧浓度的方法有化学法、紫外吸收法，均可连续在线检测，优点为检测精度高，稳定性好，其它氧化剂干扰小。缺点为价格较高。半导体臭氧传感器具有灵敏度高、响应速度快、体积小、寿命长、成本低、测量电路简单等特点，广泛用于空气臭氧浓度测量，但由于半导体臭氧浓度传感器受温湿度影响比较大，测量精度低，测量重复性差等缺点，使得该种传感器一直以来仅被用作定性测量。

半导体臭氧传感器是一种薄膜型半导体氧化物气敏元件，由加热电极和测量电极组成，加热电极的作用是将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，提高器件的灵敏度和响应速度。氧化物半导体表面在200~400℃的高温下接触臭氧测量电极，其电阻值会发生变化，臭氧浓度与测量电极电阻值呈确定函数关系，通过测量传感器的测量电极电阻值可以得到臭氧浓度的大小。常规测量电路是将传感器测量电极与一固定值电阻串联，两端加固定值电压，测量固定值电阻两端电压，用来间接测量传感器的测量电极的阻值，得到臭氧浓度值。由于传感器测量电极的阻值在有臭氧和无臭氧的情况下变化很大，串联电路的电流也是不稳定的，造成臭氧传感器的工作电流不稳定，测量结果不准确，实际应用中甚至出现臭氧浓度越高，测量电极阻值测量结果与反应方向相反的变化趋势，而且测量重复性差，难以实现定量测量。

实用新型内容

为了改善现有的半导体臭氧传感器测量电路测量结果的稳定性和重复性，提高测量精度，本实用新型设计提供一种新型的半导体臭氧传感器的测量电路，即通过一个可控电流源对测量电极的电流进行控制，使传感器工作时测量电流始终保持在一个稳定值，为半导体臭氧传感器的测量提供一个稳定的电流工作条件，从而不会出现由于常规测量电路中出现的测量电极的电流不稳定的情况，影响半导体臭氧传感器的测量精度的问题。通过这样的措施有效的增加了半导体臭氧传感器的测量范围，提高了测量精度和测量的稳定性。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案如下所述：

一种半导体臭氧传感器测量电路，该电路由单片机控制电路1、测量电极电流源电路2、测量电极电压测量电路3、半导体臭氧传感器4和加热电极供电电路5组成；所述测量电极电流源电路2的输入端通过集成运算放大器U1A的引脚3与单片机控制电路的数模转换器DAC电压控制接口相连接，输出端与半导体臭氧传感器4的测量电极4a引脚1、3相连；所述测量电极电压测量电路3中的集成运算放大器U1B的引脚5与半导体臭氧传感器4的测量电极4a引脚1、3相连接，所述测量电极电压测量电路3通过集成运算放大器U1B的引脚7与单片机控制电路1的模数转换器ADC电压检测接口相连接；所述加热电极供电电路5采用已授权发明专利ZL201110128447.3的电路和补偿方法，加热电极供电电路5与半导体臭氧传感器4的加热电极4b引脚2相连；半导体臭氧传感器4的引脚4、5、6接地。

所述测量电极电流源电路2为半导体臭氧传感器4的测量电极4a供电，根据测量电极电阻的敏感特性，利用测量电极电压测量电路3来检测测量电极两端的电压变化，得到测量电极的阻值变化，从而确定所测臭氧浓度值，单片机控制电路1根据量程设定范围，调整测量电极电流源电路2的电流大小，使半导体臭氧传感器4既可以工作在不同的测量范围，又能在正常测量时获得一个稳定的工作电流。

本实用新型与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步：

1、本实用新型可以实现半导体臭氧传感器测量电极的电流源供电，并控制测量电极电流的稳定输出，达到测量电极恒流控制的目的。

2、本实用新型中的半导体臭氧浓度传感器测量电路可以准确获得测量电极的电阻值变化，根据其和臭氧浓度的确定函数关系，得到臭氧浓度值，测量结果精度高、重复性好、稳定性高。

3、本实用新型中的半导体臭氧浓度传感器测量电路输出信号是电压信号，测量电极电流控制电路也是采用电压控制，可以方便地实现与单片机接口控制传感器工作电流和检测臭氧浓度，实现半导体臭氧传感器数字化检测。