引言
在三電極傳感器中，每個(gè)電極都有特定用途：
?工作電極WE[或感應(yīng)電極（Sens）]：
在工作電極WE上氧化或還原目標(biāo)氣體乌庶，產(chǎn)生與氣體濃度成比例的電流盐杂，通過(guò)對(duì)電極CE將該電流提供給傳感器辙纬。
?參比電極RE（Ref）：
恒電位電路讓參比電極RE與工作電極WE保持固定電位。對(duì)于無(wú)偏置傳感器难捌，工作電極電位必須保持與參考電極電位相同的電位；對(duì)于需要偏置的傳感器鸦难，必須保持偏移根吁。
?對(duì)電極CE（Cnt）：
對(duì)電極CE和工作電極WE一同完成電路，如果工作電極WE正在氧化合蔽，對(duì)電極CE則還原一些化學(xué)物質(zhì)(通常是氧)婴栽，或者如果工作電極WE正在還原目標(biāo)氣體，對(duì)電極CE則發(fā)生氧化辈末。允許對(duì)電極CE電位浮動(dòng)愚争，隨著氣體濃度的增加而改變。對(duì)電極CE上的電位并不重要挤聘，只要恒電位儀電路可以提供足夠的電壓和電流以將工作電極WE保持在與參比電極RE相同的電位或固定的偏移轰枝。
1.1典型的恒電位儀電路由三部分組成：
1、偏置電壓可控電路
2组去、電流測(cè)量電路（跨阻放大）
3鞍陨、當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，短路FET將工作電極WE連接到參考電極RE（零偏置）
1.2控制電路
控制運(yùn)算放大器（圖1中的IC2）向對(duì)電極CE提供電流从隆，以平衡工作電極WE所需的電流诚撵。
IC2的反相輸入連接到 參考電極RE， 參考電極RE上電流極小键闺。建議使用輸入偏置電流小于5nA的運(yùn)算放大器寿烟。
當(dāng)接通電路時(shí)，耗盡模式JFET（圖1中的Q1）進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)辛燥，并且IC2提供電流以將工作電極WE保持在與參考電極RE相同的電位筛武。因IC2中的輸入失調(diào)電壓引起的任何偏移都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)電位突然變化缝其。氣體傳感器具有較大的電容，因此可以在很小的電位漂移下流過(guò)大量電流徘六，因此請(qǐng)確保運(yùn)算放大器具有低偏移電壓内边，最好小于100μV，還要檢查使用溫度下的運(yùn)算放大器偏移電壓待锈。
通常漠其，對(duì)于具有鉑參比電極RE的可氧化氣體（例如CO），對(duì)電極CE將與地電位相距-300至-400mV竿音。但是辉懒，如果氫離子而不是氧分子減少，則電位可能高達(dá)-1.05V谍失。此外眶俩，還原性氣體（如NO2或氯）迫使對(duì)電極CE氧化水，釋放出氧氣快鱼，在這種情況下颠印，相對(duì)于 參比電極RE的電位在+ 600和+ 800mV之間，這取決于參比電極RE的類型抹竹。因此线罕，必須允許IC2有足夠的電壓擺動(dòng)，以便將對(duì)電極CE驅(qū)動(dòng)到所需電位并且傳感器需要足夠的電流窃判。如果電路無(wú)法做到這一點(diǎn)钞楼，那么在較高濃度下會(huì)出現(xiàn)極端的非線性。最好在IC2上允許±1.1V擺幅（加上任何施加的偏置電壓）袄琳。這意味著對(duì)于CO或H2S傳感器询件，對(duì)電極CE通常希望低于接地點(diǎn)-350 mV，因此IC2需要負(fù)電源唆樊。如果使用單端低壓電源宛琅，請(qǐng)?zhí)貏e注意運(yùn)算放大器在所需電流下的可用輸出擺幅。
注意逗旁， 當(dāng)在電活性氣體存在的情況下接通電路或首次連接新傳感器時(shí)嘿辟，傳感器可能會(huì)產(chǎn)生幾mA的浪涌電流，這可能導(dǎo)致IC1鉗位片效，具體取決于IC1的電流驅(qū)動(dòng)能力; 在這種高電流瞬態(tài)期間红伦，IC1不太可能通過(guò)高反饋電阻在其反相輸入端維持虛擬接地。
在為電路供電之前淀衣，務(wù)必連接傳感器昙读。
控制電路的電路穩(wěn)定性和降噪性依賴于R1，R2舌缤，C1和C2; 某些運(yùn)算放大器可能不需要C2箕戳。 如果消除C2，那么C1可以增加到10到100nF之間国撵。 推薦的運(yùn)算放大器是OP90（單運(yùn)放）和OP 296（雙運(yùn)放）陵吸。
1.3 偏置電壓
通常，氣體傳感器在零偏壓模式下運(yùn)行介牙；但是壮虫，某些傳感器（如NO傳感器）需要偏置電壓：NO傳感器通常為±150或300mV。 或者环础，可以通過(guò)添加偏置電壓來(lái)增強(qiáng)傳感器對(duì)某些氣體的靈敏度囚似。
如果偏差不正確，性能會(huì)降低线得！ 隨意使用偏差電路可能導(dǎo)致無(wú)偏的傳感器損壞饶唤。
如果傳感器需要偏置電壓，那么也要確保偏置電壓穩(wěn)定：即使幾mV的變化也會(huì)影響對(duì)氣體的敏感度贯钩，偏置電壓的快速變化只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)mV募狂，這會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的瞬態(tài)效應(yīng)。
偏置傳感器的簡(jiǎn)單方法如下圖2所示角雷。 可以移除接地的10K負(fù)載電阻祸穷，以減小Vbias上的電流。
儀器關(guān)閉時(shí)應(yīng)保持偏置雷滚，不再用JFET來(lái)保持。這通常通過(guò)使用一直保持打開(kāi)的紐扣電池來(lái)完成吗坚。在這種情況下祈远，IC2的輸入偏移并不重要，但其
隨溫度等的漂移必須保持很小商源。
1.4電流測(cè)量電路
測(cè)量電路是跨阻配置的單級(jí)運(yùn)算放大器（IC1）;傳感器電流通過(guò)R4放大绊含，產(chǎn)生相對(duì)于虛擬地的輸出電壓。 C3可降低高頻噪音炊汹。有時(shí)需要使用兩個(gè)運(yùn)算放大器級(jí)來(lái)提供所需的輸出：第一級(jí)使用小的R4阻值躬充，以允許電路在瞬態(tài)條件下對(duì)抗傳感器電流，然后是第二個(gè)電壓增益級(jí)讨便，以提供所需的輸出充甚。 IC1的輸入失調(diào)電壓將增加傳感器偏置電壓（因?yàn)?code>工作電極WE將偏離0V），因此輸入偏移應(yīng)保持較低霸褒。
產(chǎn)生的電流可以可正可負(fù)的：在工作電極WE（例如CO）處氧化的傳感器產(chǎn)生進(jìn)入IC2的電流伴找，在工作電極WE（例如Cl2或NO2）處還原則吸收電流。因此废菱，對(duì)于第二種情況技矮，確保IC2具有足夠的電流吸收能力抖誉。
1.5負(fù)載電阻（Rload）
測(cè)量電路使用（負(fù)載電阻（Rload）加內(nèi)部傳感器電阻）和（內(nèi)部傳感器電容）的組合來(lái)建立RC電路; Rload的選擇應(yīng)綜合考慮最快響應(yīng)時(shí)間（低電阻Rload）和最佳噪聲（高電阻Rload）的影響。
該RC電路影響均方根噪聲和響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間隨著Rload電阻的增加而線性增加衰倦，而噪聲隨著Rload阻值的增加袒炉，其迅速下降。
如果需要最高分辨率樊零，則會(huì)喪失快速響應(yīng)時(shí)間我磁。 同樣，需要快速響應(yīng)時(shí)間驻襟，那么只能降低分辨率或更快地采樣信號(hào)并在軟件中對(duì)幾個(gè)讀數(shù)進(jìn)行平均以消除抖動(dòng)夺艰。 由于電路的低阻抗特性，最好使用具有低噪聲電流的運(yùn)算放大器（通常以噪聲電壓為代價(jià)）以獲得最佳的整體噪聲性能沉衣。
當(dāng)傳感器電流流過(guò)Rload時(shí)郁副，傳感器偏置電位Bias會(huì)有一個(gè)小的變化。 這增加了傳感器穩(wěn)定時(shí)間豌习，將需要短時(shí)間來(lái)重新穩(wěn)定霞势，但是除了高氣體濃度和高Rload電阻之外通常不會(huì)看到這種瞬態(tài)。
1.6 FET短路
通常的做法是為無(wú)偏置傳感器增加一個(gè)短路FET斑鸦，以便在從電路中斷電時(shí)愕贡，參考電極和工作電極一起短路（剩余電阻為幾十歐姆）。這確保了當(dāng)電路關(guān)閉時(shí)工作電極保持與參考電極相同的電位巷屿。只要通電固以，短路FET通常是開(kāi)路的。這種“零偏壓”狀態(tài)確保當(dāng)您重新接通電路時(shí)嘱巾，傳感器立即就緒憨琳。如果您不使用短路FET并在電路關(guān)閉時(shí)讓傳感器保持開(kāi)路，則有氣體傳感器將在下次開(kāi)啟時(shí)需要幾個(gè)小時(shí)才能穩(wěn)定下來(lái)旬昭。
如果您通過(guò)IC2提供偏置電壓篙螟，那么當(dāng)您關(guān)閉電路時(shí)，傳感器將處于零偏置狀態(tài)问拘，因此當(dāng)您重新施加偏置電壓時(shí)遍略，傳感器需要很長(zhǎng)時(shí)間（最多幾個(gè)小時(shí)）才能重新接通建立平衡。對(duì)于偏置電路骤坐，建議始終保持偏置電壓绪杏，并且不使用短路FET，這不會(huì)影響傳感器的使用壽命纽绍。
JFET（Q1）應(yīng)該是p型FET蕾久。推薦的FET類型包括表面貼裝或TO-92封裝，如下表2所示拌夏。
實(shí)際仿真時(shí)僧著，可以用以下的傳感器等效模型進(jìn)行模擬：
