电化学传感器原理

引言

在三电极传感器中，每个电极都有特定用途：
•工作电极WE[或感应电极（Sens）]：

在工作电极WE上氧化或还原目标气体，产生与气体浓度成比例的电流，通过对电极CE将该电流提供给传感器。
•参比电极RE（Ref）：

恒电位电路让参比电极RE与工作电极WE保持固定电位。对于无偏置传感器，工作电极电位必须保持与参考电极电位相同的电位；对于需要偏置的传感器，必须保持偏移。
•对电极CE（Cnt）：

对电极CE和工作电极WE一同完成电路，如果工作电极WE正在氧化，对电极CE则还原一些化学物质(通常是氧)，或者如果工作电极WE正在还原目标气体，对电极CE则发生氧化。允许对电极CE电位浮动，随着气体浓度的增加而改变。对电极CE上的电位并不重要，只要恒电位仪电路可以提供足够的电压和电流以将工作电极WE保持在与参比电极RE相同的电位或固定的偏移。
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图1 零偏置的三电极电化学电路

1.1典型的恒电位仪电路由三部分组成：

1、偏置电压可控电路
2、电流测量电路（跨阻放大）
3、当电源关闭时，短路FET将工作电极WE连接到参考电极RE（零偏置）
1.2控制电路

控制运算放大器（图1中的IC2）向对电极CE提供电流，以平衡工作电极WE所需的电流。
IC2的反相输入连接到 参考电极RE， 参考电极RE上电流极小。建议使用输入偏置电流小于5nA的运算放大器。
当接通电路时，耗尽模式JFET（图1中的Q1）进入高阻抗状态，并且IC2提供电流以将工作电极WE保持在与参考电极RE相同的电位。因IC2中的输入失调电压引起的任何偏移都会导致导通时电位突然变化。气体传感器具有较大的电容，因此可以在很小的电位漂移下流过大量电流，因此请确保运算放大器具有低偏移电压，最好小于100μV，还要检查使用温度下的运算放大器偏移电压。
通常，对于具有铂参比电极RE的可氧化气体（例如CO），对电极CE将与地电位相距-300至-400mV。但是，如果氢离子而不是氧分子减少，则电位可能高达-1.05V。此外，还原性气体（如NO2或氯）迫使对电极CE氧化水，释放