用于电化学传感器的恒电位电路的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本申请涉及驱动电化学传感器的电路和方法。更具体地，本申请涉及由相应的传感器所产生的功率部分或全部供电的电路。
【背景技术】
[0002]功率消耗是关于电化学传感器的问题。常规恒电位器必须向传感器提供电流，即使传感器将能够在简单的二电极负载电阻器电路中操作时产生其自己的电流。
[0003]常规恒电位器主动迫使电流穿过计数器/工作电极电路，以便维持在工作和参考电极之间的期望电位差。基于例如锌或锡的金属的自耗阳极氧传感器遭受由于感测电极被驱动到它们可析出氢的电位而引起的问题。效果在升高的温度下变得更坏。在感测电极上的析氢也导致背景电流、阳极的额外消耗以及与从传感器排出所析出的氢有关的问题。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方面，提供了一种控制电化学传感器的方法，包括:操作所述传感器并产生传感器电压；以及进行将基本上固定的负载电阻耦合到所述传感器或将电子地可变的负载电阻耦合到所述传感器之一，并调节电阻以便维持选定的传感器电压，其中来自所述传感器的电能耦合到所述固定的负载电阻或所述可变的负载电阻。
[0005]根据本发明的另一个方面，提供了一种装置，包括:电化学传感器，其被携带在壳体中，携带在所述壳体上的两个端子耦合到相应的传感器电极；以及携带在所述壳体中的传感器输出电压建立电路，其被所述传感器耦合并供电。
[0006]根据本发明的又一个方面，提供了一种电化学检测器，包括:电化学传感器；以及以下中的至少一个:包括耦合到所述传感器以维持选定传感器电压的电子地可变的负载电阻的有源电压控制电路，或产生跨所述传感器的电压降的电子部件，其中所述电压降足以在所述传感器的正常操作电流范围上防止析氢而不引起过度的活动性损失，且其中功率是至少部分地从所述传感器得到的。
【附图说明】
[0007]图1是其动态实施例的一个实施例的示意图；
图2是其另一实施例的示意图；
图3是其又另一实施例的示意图；
图4是静态实施例的示意图；
图5是另一静态实施例的不意图；以及图6是示出有和没有如本文公开的电路的传感器性能的曲线图。
【具体实施方式】
[0008]虽然所公开的实施例可采取很多不同的形式，但是其中的特定实施例在附图中示出，且将在本文被详细描述，应理解的是，本公开应被考虑为其原理的范例以及实施其的最佳模式，且并不意图将其权利要求限制到所示的特定实施例。
[0009]在其中的一个方面中，与包括电化学传感器特别是气体传感器的检测器相关的功率消耗可有利地减少。其中的电化学实施例可包括两个、三个或更多个电极。
[0010]可利用下列事实:电化学传感器可产生其自己的功率。该功率中的一些可用于给相关电路供电。例如其值被主动或被动地调节的晶体管或二极管的电子地可变的负载电阻可用于维持在工作和参考电极之间的期望电位。该电路可使用由相应的传感器产生的功率。它有利地不主动向传感器施加功率。它从它正调整的传感器接收其功率要求，以便调节电子地可变的电阻设备。在一些实施例中，反馈放大器也可至少部分地从相应的传感器所产生的功率或从单独的源被供电。
[0011]因为在其中的实施例中，驱动电能来自传感器本身，最大电压和电流由传感器确定。具体地，这意味着不可能在偏压下操作传感器，该偏压在由传感器的零(即，短路)和开路电压定界的范围之外。此外，因为开路电压被接近，可用电流降低了。
[0012]在可替代实施例中，包括例如二极管的部件的“无源”系统可用于产生跨例如氧传感器的传感器的电压降。例如，在一些实施例中，“无源”系统可包括不活动且不包括晶体管的系统。在该配置中，电压降优选地足以防止析氢，而不引起在传感器的正常操作电流范围上的活动性的过度损失。
[0013]上述方法可应用于自诊断电路，其中期望通过在不同偏压处的操作来故意将电极反应的速率减小到正常使用的速率。例如，对于两个电极自耗铅阳极氧传感器，可通过改变传感器偏压来得到有用的诊断，以便减小电极活动性。通常这将需要有源恒电位电路的使用，然而，这需要功率消耗，并因此是不合乎期望的，因为氧传感器通常在负载电阻器内操作且不需要外部功率。使用本方法和电路，这样的传感器可以被恒电位地控制，而不明显增加功率消耗。
[0014]在图1中示出电化学检测器10的一种可能的示例性实现。在图1中，检测器10包括携带电化学气体传感器14的壳体12。传感器14包括计数器电极14a、工作电极14b和参考电极14c。
[0015]部件20是电子地可调节的可变电阻的某种形式。这可例如是晶体管(双极或场效应)或电子地可调节的电位计。例如，诸如模拟设备AD5258或类似设备的数字电位计，或电子地可调节的机械可变电阻器或产生其电阻可被电子地调节的设备的任何其它装置。
[0016]部件22包括数字或模拟比较器。它测量在参考电极14c和工作电极14b之间发展的电压，并在线22a上输出信号以调节部件20的电阻。部件22调节部件20的电阻以确保在工作和参考电极14b、c之间的偏压保持等于期望偏压24。在很多应用中，偏压24为零，如本领域中的技术人员将理解的。部件22可被实现为模拟设备，例如运算放大器。可替代地，可使用数字设备，例如在22b处指示的微控制器。
[0017]实际中，所需的偏压24根据传感器电流可以是可变的。例如，传感器14可被制造成在一状况(regime)中操作，该状况在介于开路恒电位设备的状况与完全恒电位控制的测量电流设备的状况之间的某处。如同常规恒电位器一样，图1的电路可通过将相应于电极14a、14c的“参考”和“计数器”端子连接在一起来在2电极模式中使用，并且也可容易扩展以包括额外的工作电极。
[0018]也可提供用于测量由传感器14产生的电流的电路。电流跟随器的使用不是合乎期望的，因为它是有源电流吸收器，且因此需要提供等于正被测量的电流的电流。测量电流的可能电路包括但不限于:与工作或计数器电极串联的、具有测量跨其发展的电压的装置的固定电阻器，或如果可变电阻设备20的电阻是已知的(如可以是如果例如它是电子地可控制的机械或固态电位计的情况)或如果它的电阻可基于施加到它的电压而被计算(如可以是例如具有场效应晶体管的情况)，则可从跨其发展的电压计算流经设备20的电流。
[0019]如果可变电阻设备20是双极晶体管，则可从基极电流或基极电压的测量计算它的电流，如果它的特性被良好限定。在一些情况(特别是其中可变电阻设备20是双极或场效应晶体管)下，可能需要与可变电阻设备20相同的类型的第二匹配设备来补偿温度影响。可替代地，可使用外部温度补偿电路。对于一些应用一例如用于在存储中时在正确的偏压条件下维持传感器的“偏压板”，测量传感器电流可能不是必要的。然而，这样的电路将仍然受益于较长的电池寿命。
[0020]图2示出配置有用于现有的2电极自耗阳极氧传感器的“混入(drop in)”替换14-2的检测器10-2的实现。图2中相应于图1的之前讨论的元件的元件被分配相同的标识数字且不需要被再次讨论。当前测量部件30 (—般是电阻器或有时是电流跟随器)在传感器封装14-2外部。可以被温度补偿的参考生成元件24耦合到比较器22。
[0021]如本领域中的技术人员将理解的，在图2中，没有明确示出运算放大器22的电源——它可由小钮扣电池或类似的电池提供，这是因为对运算放大器的功率要求小。例如，如果模拟设备型号AD8500的低功率低电压运算放大器用于以I微安为运算放大器22连续供电5年，则仅仅需要44毫安培小时。这可由单个锂钮扣电池实现，锂纽扣电池的直径(12.5mm)将方便地安放在City Technology 4系列传感器壳体内，且只占据2.5mm的高度。可在单个1.5V电池上操作的运算放大器现在是可用的，这允许电池尺寸有可能进一步减小。
[0022]在比较中，使用10uA的标称传感器电流操作具有常规供电的恒电位电路的氧传感器14五年将需要大约4.4安培小时。这需要显著大于4-系列传感器封装的电池。
[0023]在图3中示出另一实现10-3。在实施例10-3中，来自传感器14的能量被转向以给调节运算放大器22的电阻供电。壳体12-3携带检测器10-3。
[0024]传感器14和控制电路22a包含在具有2管脚连接的壳体14_3内，并可被制造为用于现有2管脚自耗阳极传感器的机械和电气混入替换，如上面关于图2所讨论的。例如负载电阻器30的阻抗元件、例如运算放大器电流跟随器电路的有源阻抗元件或任何其它适当的电流测量电路在壳体和集成传感器14-3外部，如对氧传感器的当前一般惯例一样。电压参考24限定跨传感器14要维持的电位以避免析氢或活动性问题，并如果需要的话可设计成随着温度而改变。传输晶体管(pass transistor) 20用于产生所需的跨传感器14的电压降，且可以是零电压阈值金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或类似物。
[0025]运算放大器22驱动传输晶体管20以维持跨传感器14的期望电压。如上面讨论的，运算放大器22可以是集成设备或可从分立零阈值mosfet或类似部件构建，而不偏离其精神和范围。运算放大器22可直接从跨传感器的超额电压被供电，在这种情况下，它的正电源22c连接到在14a处的传感器的正端子，且它的负电源22d优选地连接到如所示的输出管脚14b，使得流经运算放大器22的电流仍然由外部电路30测量，因为它是来自需要被测量的传感器的总电流。
[0026]可替代地，运算放大器可从传感器中的单独电极或内部电池被供电，在这种情况下，来自运算放大器22的负电源22d应替代地直接连接到传感器14的在14b处的负管脚，使得流经运算放大器22的电流不添加到所测量的输出电流。这样的电路可适合于三电极系统，如本领域中的技术人员将理解的，其通过将图3中的运算放大器22的输入22e连接到参考电极14c而不是感测电极而除了常见的感测和计数器电极以外还具有参考电极。在又另一方面中，可提供升压电路来从较低的传感器电压产生适当高的电源电压，以激励运算放大器。
[0027]如上面关于图1-3讨论的，可提供有源电路来维持恒定电压配置。可替代的实施例提供传感器配置，其合并一个或多个无源部件以提供仅具有两个与传感器串联的端子的温度补偿自供电电路。应认识到，锌阳