电化学传感器电路设计注意点

基本知识:

1、常规电化学传感器多是两电极和三电极两种，感应电极(S)，参考电极(R)，计数电极(C)。两电极传感器没有参考电极。

2、电化学传感器有氧化反应和还原反应.CO、H2S、SO2、H2、HCL、HCN、ETO、NH3等为还原性气体为正输出,氧化性气体诸如NO2、Cl2、O3、HF为负输出。

3、传感器工作都会受温度，湿度，压力等影响，只是每家产品受影响程度不同。所以想要产品做好，各种补偿最好是要有的。

4、不同厂家同一气体，甚至同一厂家同一型号的电化学传感器灵敏度都是有所不同的。同一厂家同一型号差别会很小，不同厂家同一气体灵敏度差别会比较明显。一般来说，信号差别较大时两种传感器是不能直接替换的。如果电路开发时用的传感器信号小，那么大信号的传感器直接换就需要考虑量程的问题。如果量程不变，想用大信号的传感器替换小信号的传感器，那就需要改变放大电路了。

5、电化学传感器都有灵敏度漂移和损失，具体需要查阅规格书。既然漂移不可避免，那么就必需在软件中纠正灵敏度的漂移和损失。

基于以上基本知识，开发电路要点如下：

1、各家电化学的推荐电路，除了正反应和负反应不同，基本都是通用的，差别就是在传感器信号大小不同，放大程度不同。

2、3电极传感器储存过程中感应电极（S）、参考电极(R)为了确保有稳定的零点电流是被短路的，接入电路之前需拿掉弹簧。电路设计中，建议在S和R之间加J型场效应管（J177），这样当仪器断电时传感器相当于处于待机状态，一上电就能快速进入检测状态。 但是如果传感器工作如果需要偏置电压，如测量NO、ETO的电路，那S和R之间就无需短路。
3、一般传感器在推荐的气体浓度检测范围内的输出都是线性的，输出电流可以用下面的公式来计算：
       灵敏度（nA/ppm）x 气体浓度（ppm）= 传感器输出 (nA)

   也就是说3电极传感器输出随气体浓度的增加而增大，在控制放大电路确立的饱和值以内都是线性的。但是，气体浓度继续增大一定程度时输出电流就不再变化。

4、工作电极响应目标气体，无论是氧化的过程还是减少气体，都会产生与气体浓度成比例的相应大小的电流，电流都由传感器的计数电极产生。用参考电极在工作电极端形成一个稳定的电压，对于无需偏置的传感器和提供了偏置电压的传感器，要求工作电极和参考电极的电压必须保持相同。计数电极和工作电极形成回路，如果工作电极正在氧化，就会减少其它化学物质（通常是氧气）；如果工作电极消耗掉目标气体的话，回路又可促进氧化。计数电极电压可以是变动的，有时会随着气体浓度的增加而变化。计数电极端的电压并不重要，不像工作电极端，它需要静态电路提供足够的电压和电流以保持和参考电极相同的电压。

标准电路中：IC1向计数电极提供电流以保持与工作电极电流的平衡，IC1信号放大器应该选择低漂移或者是无漂移的元件；因为当接通工作电路时，J型场效应管J177就会处于高增益工作状态。IC1向工作电极提供电流使其电压与参考电极相同，任何IC1中偏置电压带来的偏置效果都会在电路工作时产生一个极大的漂移。反过来输入IC1的信号都与参考电极连接起来，这并不会淹没参考电极端主要的电流信号。

偏置电路：必须要确保偏置电压是稳定的：任何微小的诸如mV级的变化都会影响对气体的灵敏度；因为，偏置电压的迅速变化（诸如1mV）都会在传感器输出端形成数小时的影响。仪器断电时，偏置电压需保留。在这里，IC1的偏置并不是很严格，但是温度等情况形成的漂移应该尽可能的小。偏置电流和偏置电压都应该时刻保持。