LMP91000在電化學(xué)傳感器電極故障檢測中的應(yīng)用

　　文章首先介紹了電化學(xué)傳感器的構(gòu)成，對傳統(tǒng)的信號調(diào)理電路進(jìn)行了簡要分析，指出經(jīng)典電路在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)存在的一些局限性以及在傳感器電極故障狀態(tài)檢測中遇到的困難。隨后介紹了電化學(xué)傳感器模擬前端 LMP91000 的特性和相比于傳統(tǒng)電路的優(yōu)點(diǎn)；基于 LMP91000 對傳感器故障狀態(tài)檢測進(jìn)行了測試，對應(yīng)測試結(jié)果進(jìn)行初步分析。最后給出了可以檢測各種電極故障狀態(tài)的參考算法。

　　電化學(xué)傳感器及其信號調(diào)理電路電化學(xué)氣體傳感器的工作原理和原電池的原理相類似，當(dāng)敏感氣體擴(kuò)散進(jìn)入傳感器內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)過程中輸出的電荷載流子與氣體濃度成正比。多數(shù)情況下，三電極的傳感器應(yīng)用更為廣泛，相比于早期兩電極的氣體傳感器，三電極氣體傳感器的檢測靈敏度高、更容易穩(wěn)定而且可實(shí)現(xiàn)高濃度檢測。圖-1 是電化學(xué)傳感器及其信號調(diào)理電路的簡要組成示意，其中傳感器（SENSOR）部分給出了三電極化學(xué)傳感器的電極組成與其等效電路，在電路中運(yùn)放的作用使得參考電極（RE）相對于工作電極（WE）保持恒定電位，工作電極（WE）收集敏感氣體在反應(yīng)中產(chǎn)生的電流并且通過后級運(yùn)放實(shí)現(xiàn)對弱電流信號的放大。三電極傳感器的檢測效率、靈敏度受偏置電壓影響明顯；傳感器對敏感氣體的選擇性同樣會(huì)到偏置電壓的影響；在應(yīng)用過程中應(yīng)該保持偏置電壓恒定。

　　常見的三電極電化學(xué)傳感器信號調(diào)理電路是由偏壓電路單元、跨阻放大器單元組成；前者確保傳感器的最佳工作條件，后者實(shí)現(xiàn)對輸出弱電流信號的放大。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，通常借助一個(gè)雙通道運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。由于電化學(xué)傳感器的輸出對偏置電壓敏感，因而需要偏壓單元中的運(yùn)放有較低的失調(diào)電壓及其較小的溫漂特性，否則傳感器的穩(wěn)定性會(huì)受到明顯影響；跨阻放大器實(shí)現(xiàn)對工作電極輸出弱小電流信號的放大，希望運(yùn)放的偏置電流較小，否則疊加在傳感器輸出電流上輸出偏置電流使得輸出存在較大的零偏誤差。根據(jù)上述分析，所選雙運(yùn)放的特性應(yīng)該同時(shí)滿足低失調(diào)電壓、小偏置電流、低功耗，很多時(shí)候同時(shí)滿足上述條件的雙運(yùn)放型號非常有限。