CO气体检测温度自补偿实现及硬件电路设计

　　0　引言

　　在用CO电化学传感器测量CO的体积分数时,会受到温度的影响,采用温度补偿的方法可以提高测量灵敏度。温度补偿可以采用硬件电路来完成,但是操作工艺复杂,精度低。采用软件补偿的方法,可以克服硬件补偿的缺点。软件补偿的基本思路是:找出测量系统静态输入输出特性随温度变化的规律,当检测出测量系统当前的工作温度时,立即确定当前温度的输入输出特性,并按照它进行转换,从而避免了按最初标定特性出现的误差[1-4]。

　　1　温度自补偿方法

　　1.1　标定数据

　　CO电化学传感器在其量程内输出为线性,所以在其工作温度范围内选取2个不同温度,每个温度下测量2个数据,就可以对输入输出特性进行标定。输入输出特性如图1所示,不同温度下有不同的特性曲线,标定数据如表1所示[5],1 ppm=10^-6。

　　1.2　建立反非线性拟合曲线

　　建立各个标定温度下输入输出特性的一次拟合方程,T₁和T₂时多项式方程为

　　式中:A₀(T_i)为不同工作温度的零位值,i=1,2;A₁(T_i)为不同工作温度的灵敏度,i=1,2。

　　解式(2)、式(3),求T=T₁时的系数A₀(T₁),A₁(T₁)

　　解式(4)、式(5),求T=T₂时的系数A₀(T₂),A1(T₂)。

　　1.3　确定温度系数

　　系数A₀(T)与温度的关系可以用式(6)表示:

　　将A₀(T₁),T₁和A₀(T₂),T₂带入式(6),得到式(7),式(8)

　　解方程得到a₀,a₁

　　系数A₁(T)与温度的关系可以用式(9)表示:

　　将A₁(T₁),T₁和A₁(T₂),T₂带入式(9),得到式(10)、式(11)

　　解方程得到b₀,b₁。

　　1.4　反非线性拟合方程的通式

　　CO浓度测量系统的输入输出特性的一次拟合方程通式为

　　确定了系数a₀,a₁,b₀,b₁后,可以确定温度系数A₀(T)、A₁(T),这样就可以根据测量的电压值求出当前温度下的CO体积分数值。这些可以用软件来实现,单片机STC12C5410AD负责数据的计算。