專利名稱：電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路及偏壓配置電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及氣體檢測技術(shù)，特別是一種電化學(xué)氣體傳感器的偏壓與非偏壓自適應(yīng)電路。
背景技術(shù)：
在氣體檢測行業(yè)中，對有毒氣體的檢測是行業(yè)中非常重要的一部份。有毒氣體檢測主要通過電化學(xué)氣體傳感器來實現(xiàn)，電化學(xué)氣體傳感器具有反映速度快、準確(可用于ppm級)，穩(wěn)定性好、能夠定量檢測、可重復(fù)性好、抗干擾能力強等優(yōu)點。電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學(xué)傳感器由工作電極(或傳感電極)和對電極組成，工作電極與對電極之間·由一個薄電解層隔開。當目標氣體進入傳感器后，與工作電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流，檢測所述電流便可測得目標氣體濃度。為了將工作電極的電位穩(wěn)定在一個特定范圍內(nèi)以保證電化學(xué)氣體傳感器正常工作，人們引入了第三電極，即參考電極。電化學(xué)類氣體傳感器的工作方式可分為偏壓工作方式和非偏壓工作方式。所謂偏壓工作方式，是指電化學(xué)氣體傳感器在工作期間，要求工作電極與對電極之間要保持一定的電壓差，這樣才能進行目標氣體濃度的有效檢測；所謂非偏壓工作，是指電化學(xué)氣體傳感器的工作電極和對電極不需要電壓差(電位相等)。在實際運用中，根據(jù)不同的目標氣體檢測特點，需要設(shè)計不同的傳感器工作電路，以保證傳感器正?？煽康墓ぷ?，從而有效檢測目標氣體濃度。由于現(xiàn)有技術(shù)中，據(jù)不同的目標氣體檢測特點，需要設(shè)計不同的傳感器工作電路，對于用戶來說就需要購買至少兩套傳感器工作電路，并且根據(jù)檢測的目標氣體特點選用不同的傳感器電路，這樣不僅增加了成本，工作效率也低下。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種能夠工作電化學(xué)氣體偏壓與非偏壓工作狀態(tài)的傳感器電路及其偏壓偏置電路。本實用新型中的電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路，包括傳感器供電電路、偏壓配置電路與傳感器輸出信號提取電路；所述傳感器輸出信號提取電路用于接收并放大電化學(xué)氣體傳感器工作電極輸出的電流信號；所述偏壓配置電路具有第一電壓輸出端與第二電壓輸出端；第一電壓輸出端用于向傳感器供電電路提供第一電壓；所述傳感器供電電路用于將第一電壓傳輸給電化學(xué)氣體傳感器的對電極；第二電壓輸出端用于向電化學(xué)氣體傳感器的工作電極提供第二電壓；所述偏壓配置電路可配置其輸出的第一電壓與第二電壓相等或不等。優(yōu)選地，所述偏壓配置電路包括第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻；第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻順序連接，第一分壓電阻的另一端接有直流電壓源；第三分壓電阻的另一端接地；第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第一電壓輸出端；第二分壓電阻與第三分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第二電壓輸出端；所述第二分壓電阻的兩端并聯(lián)有一開關(guān)。 優(yōu)選地，所述第二分壓電阻為阻值可調(diào)的可變電阻優(yōu)選地，所述偏壓配置電路的第二電壓輸出端還用于向所述傳感器輸出信號提取電路提供初始電壓。優(yōu)選地，所述電化學(xué)氣體傳感器還包括參考電極；所述傳感器供電電路包括第一運算放大器、第一電阻及第二電阻；偏壓配置電路的第一電壓輸出端通過第一電阻與第一運算放大器的正相輸入端連接；第二電阻的一端與第一運算放大器的反相輸入端連接，第二電阻的另一端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的參考電極；所述第一運算放大器的輸出端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的對電極。 優(yōu)選地，第一運算放大器的輸出端與第二電阻用于連接電化學(xué)氣體傳感器的參考電極一端之間接有濾波電容。優(yōu)選地，所述傳感器輸出信號提取電路包括第二運算放大器、第三電阻、第四電阻及第五電阻；所述偏壓配置電路的第二電壓輸出端通過第三電阻與第二運算放大器的正相輸入端連接；所述第四電阻的一端與第二運算放大器的反相輸入端連接，第四電阻另一端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的工作電極；第二運算放大器的反相輸入端通過第五電阻與第二運算放大器的輸出端連接。本實用新型中的電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路的偏壓配置電路包括第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻；第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻順序連接，第一分壓電阻的另一端接有直流電壓源；第三分壓電阻的另一端接地；第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第一電壓輸出端；第二分壓電阻與第三分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第二電壓輸出端；所述第一電壓輸出端與第二電壓輸出端用于向電化學(xué)氣體傳感器的對電極與工作電極供電；所述第二分壓電阻的兩端并聯(lián)有一開關(guān)。優(yōu)選地，所述第二分壓電阻為阻值可調(diào)的可變電阻。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是I、本實用新型可以兼容電化學(xué)氣體傳感器的偏壓與非偏壓工作方式，僅需要一套傳感器電路便可滿足不同目標氣體的檢測要求，大大簡化產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)，節(jié)省了成本。2、通過所述開關(guān)可以將傳感器電路配置為偏壓或非偏壓工作方式，在偏壓工作方式下通過調(diào)整第二分壓電阻阻值以提供與電化學(xué)氣體傳感器相適應(yīng)的偏壓，相對于現(xiàn)有技術(shù)更換傳感器電路的做法本實用新型有效提高了工作效率。

圖I是本實用新型的電路原理框圖。圖2是本實用新型一個具體實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。[0024]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖I所示，本實用新型中的電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路，包括傳感器供電電路、傳感器輸出信號提取電路以及偏壓配置電路。其中傳感器輸出信號提取電路用于接收并放大電化學(xué)氣體傳感器工作電極輸出的電流信號，偏壓配置電路，用于控制電化學(xué)氣體傳感器的供電，使其工作在偏壓或非偏壓工作方式。如圖2，本實用新型的一個具體實施例是本實施例包括傳感器供電電路、傳感器輸出信號提取電路以及偏壓配置電路。所述電化學(xué)氣體傳感器為三電極結(jié)構(gòu)，包括工作電極2、對電極I及參考電極3。傳感器輸出信號提取電路用于接收工作電極2輸出的電流信號并將其放大后輸出。所述偏壓配置電路具有第一電壓VSl輸出端與第二電壓VS2輸出端。第一電壓VSl輸出端用于向傳感器供電電路提供第一電壓VSl ;所述傳感器供電電路用于將第一電壓VSI傳輸給電化學(xué)氣體傳感器的對電極I，為電化學(xué)氣體傳感器提供恒定的工作電壓。第二電壓VS2輸出端用于向電化學(xué)氣體傳感器的工作電極2提供第二電壓VS2。所述偏壓配置電路的第二電壓VS2輸出端還用于向所述傳感器輸出信號提取電路提供初始電壓，當電化學(xué)氣體傳感器無輸出信號時，傳感器輸出信號提取電路輸出一初始值。所述偏壓配置電路可配置其輸出的第一電壓VSl與第二電壓VS2相等或不等。具體的，所述傳感器供電電路包括運算放大器U3A、電阻R13及電阻R12 ;偏壓配置電路的第一電壓VSl輸出端通過電阻R13與運算放大器U3A的正相輸入端連接；電阻R12的一端與運算放大器U3A的反相輸入端連接，電阻R12的另一端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的參考電極3 ;所述運算放大器U3A的輸出端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的對電極I。為了穩(wěn)定電化學(xué)氣體傳感器對電極上的電位，可以在運算放大器U3A的輸出端與電阻R12中用于連接電化學(xué)氣體傳感器參考電極3的一端之間接入濾波電容C3，也即是在運算放大器U3A的輸出端與電化學(xué)氣體傳感器的參考電極3之間接入濾波電容C3。所述傳感器輸出信號提取電路包括運算放大器U3B、電阻R14、電阻R16及電阻R18 ;所述偏壓配置電路的第二電壓VS2輸出端通過電阻R18與運算放大器U3B的正相輸入端連接；所述電阻R16的一端與運算放大器U3B的反相輸入端連接，電阻R16另一端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的工作電極2 ;運算放大器U3B的反相輸入端通過電阻R14與運算放大器U3B的輸出端連接。電化學(xué)氣體傳感器的氣體響應(yīng)電流，即目標氣體在工作電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)后輸出的電流，流經(jīng)電阻R16、電阻R14，從而在電阻R14上得到與電流成正比的電壓信號，作為氣體響應(yīng)信號輸出。所述偏壓配置電路包括分壓電阻R15、分壓電阻R17與分壓電阻R19 ;分壓電阻Rl5、分壓電阻Rl7與分壓電阻R19順序連接，其中，分壓電阻Rl5未連接分壓電阻Rl7的一端接有直流電壓源；分壓電阻R19未連接分壓電阻R17的一端接地；分壓電阻R15與分壓電阻R17的公共連接段為偏壓配置電路的第一電壓VSl輸出端；分壓電阻R17與分壓電阻R19的公共連接段為偏壓配置電路的第二電壓VS2輸出端。在本實施例中，電阻R17又可稱為偏壓電阻，其兩端的電位差(VS1-VS2)為電化學(xué)氣體傳感器提供偏置電壓。當電化學(xué)氣體傳感器工作在偏壓模式時，電阻R15、電阻R17及電阻R19共同組成分壓電路，得到電壓VSDVS2，其中VS2為電化學(xué)氣體傳感器的工作電極2提供工作電壓，同時為傳感器輸出信號提取電路提供初始電壓，即環(huán)境中目標氣體為零時，傳感器輸出信號提取電路的輸出電壓為VS2。VSl為電化學(xué)氣體傳感器對電極提供工作電壓，即傳感器供電電壓，在本實施例中通過傳感器供電電路輸出給電化學(xué)傳感器的對電極I。由于電阻R17的分壓作用，使得VSDVS2，使得傳感器對電極電壓高于工作電極電壓，形成偏置電壓(VS1-VS2)，其中VS1/VS2的值，根據(jù)傳感器自身參數(shù)，由分壓電阻R15、電阻R17及電阻R19配置得到。具體的可以將電阻R17設(shè)計為阻值可調(diào)的可變電阻或電位計，通過調(diào)整R17的阻值改變(VS1-VS2)的值，從而為電化學(xué)氣體傳感器提供合適的偏置電壓。當電化學(xué)氣體傳感器工作在非偏壓模式時，VS1=VS2，電化學(xué)傳感器的工作電極和對電極電壓值相等。要使VS1=VS2，可以使用一根導(dǎo)線將電阻R17短接，即將導(dǎo)線并聯(lián)在電阻R17兩端，或者將一開關(guān)并聯(lián)在電阻R17的兩端，開關(guān)閉合時，VS1=VS2,電化學(xué)氣體傳感器工作在非偏壓工作方式下；當開關(guān)斷開時，電化學(xué)氣體傳感器工作在偏壓工作方式下。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路，包括傳感器供電電路與傳感器輸出信號提取電路；所述傳感器輸出信號提取電路用于接收并放大電化學(xué)氣體傳感器工作電極輸出的電流信號； 其特征在于， 還包括偏壓配置電路；所述偏壓配置電路具有第一電壓輸出端與第二電壓輸出端； 第一電壓輸出端用于向傳感器供電電路提供第一電壓；所述傳感器供電電路用于將第一電壓傳輸給電化學(xué)氣體傳感器的對電極； 第二電壓輸出端用于向電化學(xué)氣體傳感器的工作電極提供第二電壓；所述偏壓配置電路可配置其輸出的第一電壓與第二電壓相等或不等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路，其特征在于，所述偏壓配置電路包括第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻；第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻順序連接，第一分壓電阻的另一端接有直流電壓源；第三分壓電阻的另一端接地；第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第一電壓輸出端；第二分壓電阻與第三分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第二電壓輸出端；所述第二分壓電阻的兩端并聯(lián)有一開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路，其特征在于，所述第二分壓電阻為阻值可調(diào)的可變電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路，其特征在于，所述偏壓配置電路的第二電壓輸出端還用于向所述傳感器輸出信號提取電路提供初始電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路,其特征在于，所述電化學(xué)氣體傳感器還包括參考電極；所述傳感器供電電路包括第一運算放大器、第一電阻及第二電阻；偏壓配置電路的第一電壓輸出端通過第一電阻與第一運算放大器的正相輸入端連接；第二電阻的一端與第一運算放大器的反相輸入端連接，第二電阻的另一端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的參考電極；所述第一運算放大器的輸出端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的對電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路,其特征在于，第一運算放大器的輸出端與第二電阻用于連接電化學(xué)氣體傳感器的參考電極一端之間接有濾波電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路,其特征在于，所述傳感器輸出信號提取電路包括第二運算放大器、第三電阻、第四電阻及第五電阻；所述偏壓配置電路的第二電壓輸出端通過第三電阻與第二運算放大器的正相輸入端連接；所述第四電阻的一端與第二運算放大器的反相輸入端連接，第四電阻另一端用于連接電化學(xué)氣體傳感器的工作電極；第二運算放大器的反相輸入端通過第五電阻與第二運算放大器的輸出端連接。
8.—種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路的偏壓配置電路,其特征在于，包括第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻；第一分壓電阻、第二分壓電阻與第三分壓電阻順序連接，第一分壓電阻的另一端接有直流電壓源；第三分壓電阻的另一端接地；第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第一電壓輸出端；第二分壓電阻與第三分壓電阻的公共連接段為偏壓配置電路的第二電壓輸出端；所述第一電壓輸出端與第二電壓輸出端用于向電化學(xué)氣體傳感器的對電極與工作電極供電；所述第二分壓電阻的兩端并聯(lián)有一開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路的偏壓配置電路，其特征在于，所述第二分壓電阻為阻值可調(diào)的可變電阻。
專利摘要本實用新型公開了電化學(xué)氣體傳感器偏壓與非偏壓工作電路及偏壓配置電路，涉及氣體檢測技術(shù)，旨在針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種既能適應(yīng)偏壓工作方式又能適應(yīng)非偏壓工作方式的傳感器工作電路。本實用新型技術(shù)要點在于包括傳感器供電電路、偏壓配置電路與傳感器輸出信號提取電路；傳感器輸出信號提取電路用于接收并放大電化學(xué)氣體傳感器工作電極輸出的電流信號；偏壓配置電路具有第一電壓輸出端與第二電壓輸出端；第一電壓供給傳感器供電電路；傳感器供電電路用于將第一電壓傳輸給電化學(xué)氣體傳感器的對電極；第二電壓供給電化學(xué)氣體傳感器的工作電極；所述偏壓配置電路可配置其輸出的第一電壓與第二電壓相等或不等。
文檔編號G01N27/26GK202599895SQ20122025159
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者何柳 申請人:成都安可信電子股份有限公司