电化学传感器（2）---设计恒电位电路

三电极电化学恒电位电路

这是在瑞士Membrapor气体传感器官网找到的技术文档

4.  3电极传感器 - 设计恒电位电路

         为了操作电化学传感器，需要控制电路，称为恒电位电路。对于3电极传感器，主要目的是维持参比电极（ref）和感测电极（sens，也称为工作电极）之间的电压，以控制电化学反应并输出与产生的电流成比例的输出信号由传感器。

         传感器响应目标气体，氧化或还原气体，产生与气体浓度成比例的电流。这个电流必须通过反电极（cnt）提供给传感器。

         在cnt发生相反的氧化还原反应，用sens完成电路。允许cnt的潜力浮动。当检测到气体时，电池电流上升，并且cnt相对于参考极化。cnt的电位并不重要，只要电路能提供足够的电压和电流来维持sens的正确电位即可。

         电化学传感器的测量电路是跨阻抗结构的单级运算放大器ic1。传感器电流在rgain上反射，产生相对于虚拟地gnd的输出电压。c2降低高频噪音。负载电阻rload是最快响应时间和最佳信噪比之间的折衷。推荐值在传感器数据表中给出。

         控制运算放大器ic2向cnt提供电流以平衡sens所需的电流。ic2的反相输入连接到参考电压，不能从电流中得到任何显着的电流。

         当断开电路电源时，jfet将引脚短接到公共电路。

         这确保了sens的维持在与ref相同的潜力。这种无偏压传感器的状态确保传感器在开机时立即就绪。

         需要偏置电压的传感器不能被短路。相反，建议始终保持电压（大部分为300 mv）。这可以通过关闭电源时的按钮单元来实现。

 

5. 2电极传感器

         2电极传感器具有感测电极的电位可能偏移的缺点。这主要发生在暴露于目标气体时。因此建议不要使用双电极传感器进行连续测量。与3或4电极传感器相比，其他缺点是温度依赖性更强，信号输出更低。

 

6. 4电极传感器

         4电极传感器是最复杂的电化学传感器。他们有一个额外的电极，即所谓的辅助电极（辅助），提供有关传感器的状态的附加信息。可以产生两种不同类型的4电极传感器：

•氢补偿传感器

•低浓度的l型传感器

         这些传感器是完全不同类型的传感器，其中辅助设备采用不同的功能。然而，基本的恒压电路是一样的：

 

7. 4电极传感器类型

7.1 氢补偿传感器

         这种类型的元件4电极传感器允许补偿不能用滤波器或其他技术进行区分的干扰气体。co / sf-4e-s是烟气/烟道气体监测中非常受欢迎的气体传感器，也是氢气补偿一氧化碳（co）传感器的一个例子。尽管co和氢气（h2）的氧化都发生在感应电极上，但辅助电极处的信号几乎完全是由h2引起的。由两种气体引起的两种信号的浓度可以很容易地计算出来，因此，在3-电极传感器失效的应用中可以获得高度精确的浓度。

7.2  L型低浓度传感器

         与三电极传感器相比，这种类型的传感器可以降低检测限，提高分辨率。辅助电极的信号用于校正以下影响：

•温度变化引起基线漂移

•干扰气体引起基线漂移

不纠正的是由于干扰气体造成的交叉敏感性。