应用电化学传感器的设计

2018-11-15 14:45:25

2676 传感器放大器晶体管

　　早在1950年电化学传感器就已用于氧（气）的监测；随着对于人生安全的重视与日俱增，便携式电化学传感器的需求显著增加。今天，电化学传感器已经普遍用在监测各种有害气体的便携设备中。
　　电化学传感器的原理是检测气体的化学反应所产生的电流，而这一电流与气体的浓度成比例。旧式电化学传感器基于两个电极配置；而为了达到优良的电化学稳定性，目前使用的是三电极系统。这三个电极彼此并联堆叠，由一个电解质薄层分隔，电解质在电极之间提供了离子的电接触。
　　传感器的功能当某一气体与传感器接触时，会通过一层薄的阻挡隔膜到达电极表面，进入的气体所遇到的第一个电极是工作电极（WE），设计工作电极以优化电化学的氧化反应（或降解被测气体），并产生一个正比与气体浓度的电流。
　　由于工作电极上电势变化的连续电化学反应，传感器的性能会随时间的延续而劣化。为了减少退化并维持一个恒定的且线性良好的灵敏度，靠近工作电极放入一个参考电极（RE）。参考电极的用途是使工作电极固定在正确的电势上工作。为了使参考电极能维持恒定的电势，参考电极上不应该有电流。
　　第3个电极，即计数电极（CE），用于导入或导出传感器的电流。当工作电极氧化一氧化碳时，计数电极还原其它分子，如氧分子，从而产生电流。这个电流正好与工作电极极产生的电流相平衡。在工作电极和计数电极之间的离子电流由电解质传输。
　　恒电势电路
　　电化学传感器需要控制电路来进行工作。这个控制电路被称之为恒电势电路。图2 所示为一个简化的恒电势电路，由两个放大器和一个场效应晶体管所组成。在实现这个电路时，有一些小的变化，但功能和结果是一样的。

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