CN208568666U - 电化学传感器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电化学传感器电路，该电化学传感器电路包括电化学传感器和差分电路，所述电化学传感器包括构造相同的工作电极和辅助电极；所述电化学传感器的工作电极连接所述差分电路的一个输入端，所述电化学传感器的辅助电极连接所述差分电路的另一个输入端。采用本电化学传感器电路能够抑制温度漂移的电化学传感器电路。

Description

电化学传感器电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电化学传感器电路。

背景技术

目前普遍采用的电化学传感器电路由电化学传感器、偏置电路以及放大电路组成。

然而，因电化学传感器的温度特征，其易受温度影响，在温度影响下容易造成电压漂移。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够抑制温度漂移的电化学传感器电路。

一种电化学传感器电路，包括电化学传感器和差分电路，电化学传感器包括构造以及所处环境温度均相同的工作电极和辅助电极；电化学传感器的工作电极连接差分电路的一个输入端，电化学传感器的辅助电极连接差分电路的另一个输入端。

在其中一个实施例中，上述的电化学传感器是在原电化学传感器中增设辅助电极得到，原电化学传感器包括工作电极。

在其中一个实施例中，上述的电化学传感器电路还包括第一放大电路和第二放大电路，第一放大电路和第二放大电路具有相同的放大特性；

第一放大电路的输入端连接电化学传感器的工作电极，第一放大电路的输出端连接差分电路的一个输入端，第二放大电路的输入端连接电化学传感器的辅助电极，第二放大电路的输出端连接差分电路的另一个输入端。

在其中一个实施例中，上述的电化学传感器电路还包括第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；

第一低通滤波电路的输入端连接第一放大电路的输出端，第一低通滤波电路的输出端连接差分电路的一个输入端；

第二低通滤波电路的输入端连接第二放大电路的输出端，第二低通滤波电路的输出端连接差分电路的另一个输入端。

在其中一个实施例中，上述的电化学传感器电路还包括偏置电路，电化学传感器还包括计数电极和参考电极；

偏置电路的一端连接电化学传感器的计数电极，偏置电路的另一端连接电化学传感器的参考电极。

在其中一个实施例中，上述的电化学传感器电路还包括数模转换电路，数模转换电路的输入端与差分电路的输出端连接。

在其中一个实施例中，上述的电化学传感器电路还包括数模转换电路和偏置电路，电化学传感器还包括计数电极和参考电极，差分电路和数模转换电路由一个差分放大及模数转换电路实现；

偏置电路的一端连接电化学传感器的计数电极，偏置电路的另一端连接电化学传感器的参考电极，数模转换电路的输入端与差分电路的输出端连接；

差分放大及模数转换电路的输入正极连接第一低通滤波电路的输出端，差分放大及模数转换电路的输入负极连接第二低通滤波电路的输出端。

在其中一个实施例中，上述的偏置电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

第一电阻的一端连接电化学传感器的计数电极，第一电阻的另一端分别连接第一电容的一端和第一运算放大器的输出端，第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端和第三电阻的一端，第二电阻的另一端连接电化学传感器的参考电极，第三电阻的另一端连接第一运算放大器的负极输入端，第一运算放大器的正极输入端接地。

在其中一个实施例中，上述的第一放大电路包括第二运算放大器、第四电阻、第五电阻和第二电容，上述的第二放大电路包括第三运算放大器、第六电阻、第七电阻和第三电容；

第四电阻的一端连接电化学传感器的工作电极，第四电阻的另一端分别连接第二运算放大器的负极输入端、第二电容的一端和第五电阻的一端，第二运算放大器的输出端分别连接第一低通滤波电路的输入端、第二电容的另一端和第五电阻的另一端，第二运算放大器的正极输入端接地；

第六电阻的一端连接电化学传感器的辅助电极，第六电阻的另一端分别连接第三运算放大器的负极输入端、第三电容的一端和第七电阻的一端，第三运算放大器的输出端分别连接第二低通滤波电路的输入端、第三电容的另一端和第七电阻的另一端，第三运算放大器的正极输入端接地。

在其中一个实施例中，上述的第一低通滤波电路包括第八电阻和第四电容，上述的第二低通滤波电路包括第九电阻和第五电容；

第八电阻的一端连接第二运算放大器的输出端，第八电阻的另一端分别连接第四电容的一端和差分放大及模数转换电路的输入正极，第四电容的另一端接地；

第九电阻的一端连接第三运算放大器的输出端，第九电阻的另一端分别连接第五电容的一端和差分放大及模数转换电路的输入负极，第五电容的另一端接地。

上述电化学传感器电路，由于包括电化学传感器和差分电路，且由于电化学传感器包括构造相同的工作电极和辅助电极，电化学传感器的工作电极连接差分电路的一个输入端，电化学传感器的辅助电极连接差分电路的另一个输入端，如此，即便电化学传感器所处的环境温度发生变化，工作电极和辅助电极的相对电流会保持一个定值，使得最终从差分电路输出的电压值恒定，该电压值不会随着电化学传感器温度的变化而变化，从而实现了抑制温度漂移。

附图说明

图1为传统的电化学传感器电路的组成结构示意图；

图2为第一实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图；

图3为第二实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图；

图4为第三实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图；

图5为第四实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图；

图6为第五实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图；

图7为第六实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图；

图8为第七实施例中的上述电化学传感器电路的组成结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

目前普遍采用的电化学传感器如图1所示。由运算放大器IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R6和电容C1组成偏置电路，为电化学传感器提供偏置电压；运算放大器IC2、电阻R3、电阻R4、电阻R5组成电流-电压转换及放大电路，对电化学传感器的检测电流变化进行转化及放大。因电化学传感器的化学特性，其易受温度影响，普通电化学传感器电路无温度补偿，在温度影响下易造成电压漂移。结型场效应管J1用于在电路断电时短接电化学传感器的参考电极Reference和工作电极Sensing，使电化学传感器在电路断电时亦处于工作状态，减少电路通电后的稳定时间。

在一个实施例中，如图2所示，提供一种电化学传感器电路，该电化学传感器电路包括电化学传感器201和差分电路202，电化学传感器201包括构造以及所处环境温度均相同的工作电极SEN和辅助电极AUX；电化学传感器201的工作电极SEN连接所述差分电路202的一个输入端，电化学传感器201的辅助电极AUX连接差分电路202的另一个输入端。

在本实用新型实施例中的电化学传感器电路投入使用后，电化学传感器201作为一个器件，一般处于同一温度环境下。

本实施例中的电化学传感器电路，由于包括电化学传感器201和差分电路202，且由于电化学传感器201包括构造相同的工作电极SEN和辅助电极AUX；电化学传感器201的工作电极SEN连接所述差分电路202的一个输入端，电化学传感器201的辅助电极AUX连接差分电路202的另一个输入端，如此，即便电化学传感器201所处的环境温度发生变化，工作电极和辅助电极输出的相对电流会保持一个定值，使得最终从差分电路202输出的电压值恒定，该电压值不会随着电化学传感器202温度的变化而变化，从而实现了抑制温度漂移。

现在普遍采用的电化学传感器一般是三电极电化学传感器，该三电极电化学传感器的三电极分别为图1中的计数电极Counter、参考电极Reference和工作电极Sensing。为了节约成本可以通过在图1中的该三电极电化学传感器上多设置一个辅助电极AUX，得到一个四电极电化学传感器，即本实用新型实施例中的电化学传感器201。具体地，在其中一个实施例中，电化学传感器201可以是在原电化学传感器中增设辅助电极AUX得到，该原电化学传感器包括工作电极SEN。这里电化学传感器一般是指三电极电化学传感器。

其中，辅助电极AUX与工作电极SEN所处环境的温度值相同。

本实施例中的在原电化学传感器中增设辅助电极AUX得到电化学传感器201，不需要更换电化学传感器，可以节约成本。

考虑到增设的辅助电极AUX与原电化学传感器中的工作电极SEN的制造工艺往往存在偏差，辅助电极AUX会有一定的细微电流流入或流出，往往需要放大电路对其进行放大。

为此，在其中一个实施例中，如图3所示，提供一种电化学传感器电路，该电化学传感器电路还包括第一放大电路301和第二放大电路302，第一放大电路301和第二放大电路302具有相同的放大特性；第一放大电路301的输入端连接电化学传感器201的工作电极SEN，第一放大电路301的输出端连接差分电路202的一个输入端，第二放大电路302的输入端连接电化学传感器201的辅助电极AUX，第二放大电路302的输出端连接差分电路202的另一个输入端。

其中，第一放大电路301和第二放大电路302具有相同的放大特性，具体值，第一放大电路301和第二放大电路302达到的放大效果相同，例如，第一放大电路301和第二放大电路302可以采用相同组成结构的放大电路。

本实施例中的电化学传感器电路具有两个构造相同的工作电极和辅助电极，在电化学传感器201静态时，由于工作电极SEN和辅助电极AUX的参数一致性，其输入或输出的相对电流会保持在一个定值，当电化学传感器201发生变化时，因为这两个电极处于同样的温度环境下，所以会以同样的方向改变其电流，而且不管其温度如何变化，两电极的相对电流都会保持在一个定值，将这两个电极的电流转换为电压并放大后再送入差分电路202，可取得一个恒定的电压值，该电压将不会随传感器温度变化而变化，从而实现抑制温度漂移。

考虑到电化学传感器201在与被测气体进行氧化还原反应时，会产生许多不规律的噪声，若是任由这些噪声流入后面的差入电路202，将会严重降低整体信噪比，影响测量数据。同时由于电化学传感器201是低响应速率器件，所以可以用大时间常数的低通滤波器件对其产生的噪声进行过滤，从而提高整体测量信噪比。

具体地，在一个实施例中，如图4所示，提供一种电化学传感器电路，该电化学传感器电路还包括第一低通滤波电路401和第二低通滤波电路402；

一般地，第一低通滤波电路401和第二低通滤波电路402可以采用具有相同滤波特性的低通滤波电路，例如，采用组成结构相同的低通滤波电路。

第一低通滤波电路401的输入端连接第一放大电路301的输出端，第一低通滤波电路401的输出端连接差分电路202的一个输入端；

第二低通滤波电路402的输入端连接第二放大电路302的输出端，第二低通滤波电路402的输出端连接差分电路202的另一个输入端。

本实施例中，第一低通滤波电路401可以降低或者去除第一放大电路301输出信号中的高频噪声，第二低通滤波电路402可以降低或者去除第二放大电路302输出信号中的高频噪声，可以提高整体测量信噪比。

在一个实施例中，如图5所示，提供一种电化学传感器电路，该电化学传感器电路还包括偏置电路501，电化学传感器201还包括计数电极CNT和参考电极REF；偏置电路501的一端连接电化学传感器201的计数电极CNT，偏置电路501的另一端连接电化学传感器201的参考电极REF。该偏置电路501可以为电化学传感器201提供偏置电压。

这里，计数电极CNT和参考电极REF分别类似于图1中的计数电极Counter和参考电极Reference。

在一个实施例中，如图6所示，提供一种电化学传感器电路，该电化学传感器电路还包括数模转换电路601，数模转换电路601的输入端与差分电路202的输出端连接。

本实施例中，数模转换电路601可以将模拟信号转换成数字信号，方便对电化学传感器201的信号处理。

在其中一个实施例中，如图7所示，图6中的差分电路202和数模转换电路601由一个差分放大及模数转换电路701实现，如此可以减少器件个数，使得电化学传感器电路的结构更加简化。

在其中一个实施例中，如图8所示，提供一种较佳的电化学传感器电路，根据实际需要，也可以包括更多或者更少的器件。

在其中一个实施例中，如图8所示，偏置电路501可以包括第一运算放大器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1；

第一电阻R1的一端连接电化学传感器201的计数电极CNT，第一电阻R1的另一端分别连接第一电容C1的一端和第一运算放大器IC1的输出端，第一电容C1的另一端分别连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，第二电阻R2的另一端连接电化学传感器201的参考电极REF，第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器IC1的负极输入端，第一运算放大器IC1的正极输入端接地。

在其中一个实施例中，如图8所示，第一放大电路301包括第二运算放大器IC2、第四电阻R4、第五电阻R5和第二电容C2，第二放大电路302包括第三运算放大器IC3、第六电阻R6、第七电阻R7和第三电容C3；

第四电阻R4的一端连接电化学传感器201的工作电极SEN，第四电阻R4的另一端分别连接第二运算放大器IC2的负极输入端、第二电容C2的一端和第五电阻R5的一端，第二运算放大器IC2的输出端分别连接第一低通滤波电路401的输入端、第二电容C2的另一端和第五电阻R5的另一端；

第六电阻R6的一端连接电化学传感器201的辅助电极AUX，第六电阻R6的另一端分别连接第三运算放大器IC3的负极输入端、第三电容C3的一端和第七电阻R7的一端，第三运算放大器IC3的输出端分别连接第二低通滤波电路402的输入端、第三电容C3的另一端和第七电阻R7的另一端。

其中，上述的第一运算放大器IC1、第二运算放大器IC2和第三运算放大器IC3可以还是同一种运算放大器，例如，型号均为MCP6041，但也不限于此。

在其中一个实施例中，如图8所示，第一低通滤波电路401包括第八电阻R8和第四电容C4，第二低通滤波电路402包括第九电阻R9和第五电容C5；

第八电阻R8的一端连接第二运算放大器IC2的输出端，第八电阻R8的另一端分别连接第四电容C4的一端和差分放大及模数转换电路701的输入正极，第四电容C4的另一端接地；

第九电阻R9的一端连接第三运算放大器IC3的输出端，第九电阻R9的另一端分别连接第五电容C5的一端和差分放大及模数转换电路701的输入负极，第五电容C5的另一端接地。

其中，差分放大及模数转换电路701可以型号为MCP3425的模数转换器，但也不限于此，图5中的VIN-为输入负极、VIN+为输入正极、SCL为通迅时钟线、SDA为通迅数据线、VDD为电源引脚、VSS为接地引脚。

需要说明的是，在图2至图7中只示出了与本实用新型改进相关的器件或组成，但不表示不可以有更多或者更少的器件或组成。例如，图2至图7中的电化学传感器201仅示出了其四个电极，但并不表示其没有其他的组成部分。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电化学传感器电路，其特征在于，包括电化学传感器和差分电路，所述电化学传感器包括构造以及所处环境温度均相同的工作电极和辅助电极；所述电化学传感器的工作电极连接所述差分电路的一个输入端，所述电化学传感器的辅助电极连接所述差分电路的另一个输入端。

2.根据权利要求1所述的电化学传感器电路，其特征在于，所述电化学传感器是在原电化学传感器中增设所述辅助电极得到，所述原电化学传感器包括所述工作电极。

3.根据权利要求2所述的电化学传感器电路，其特征在于，还包括第一放大电路和第二放大电路，所述第一放大电路和所述第二放大电路具有相同的放大特性；

所述第一放大电路的输入端连接所述电化学传感器的工作电极，所述第一放大电路的输出端连接所述差分电路的一个输入端，所述第二放大电路的输入端连接所述电化学传感器的辅助电极，所述第二放大电路的输出端连接所述差分电路的另一个输入端。

4.根据权利要求3所述的电化学传感器电路，其特征在于，还包括第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；

所述第一低通滤波电路的输入端连接所述第一放大电路的输出端，所述第一低通滤波电路的输出端连接所述差分电路的一个输入端；

所述第二低通滤波电路的输入端连接所述第二放大电路的输出端，所述第二低通滤波电路的输出端连接所述差分电路的另一个输入端。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的电化学传感器电路，其特征在于，还包括偏置电路，所述电化学传感器还包括计数电极和参考电极；

所述偏置电路的一端连接所述电化学传感器的计数电极，所述偏置电路的另一端连接所述电化学传感器的参考电极。

6.根据权利要求5所述的电化学传感器电路，其特征在于，还包括数模转换电路，所述数模转换电路的输入端与所述差分电路的输出端连接。

7.根据权利要求4所述的电化学传感器电路，其特征在于，还包括数模转换电路和偏置电路，所述电化学传感器还包括计数电极和参考电极，所述差分电路和所述数模转换电路由一个差分放大及模数转换电路实现；

所述偏置电路的一端连接所述电化学传感器的计数电极，所述偏置电路的另一端连接所述电化学传感器的参考电极，所述数模转换电路的输入端与所述差分电路的输出端连接；

所述差分放大及模数转换电路的输入正极连接所述第一低通滤波电路的输出端，所述差分放大及模数转换电路的输入负极连接所述第二低通滤波电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的电化学传感器电路，其特征在于，所述偏置电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一电阻的一端连接所述电化学传感器的计数电极，所述第一电阻的另一端分别连接所述第一电容的一端和所述第一运算放大器的输出端，所述第一电容的另一端分别连接所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述电化学传感器的参考电极，所述第三电阻的另一端连接所述第一运算放大器的负极输入端，所述第一运算放大器的正极输入端接地。

9.根据权利要求7或8所述的电化学传感器电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第二运算放大器、第四电阻、第五电阻和第二电容，所述第二放大电路包括第三运算放大器、第六电阻、第七电阻和第三电容；

所述第四电阻的一端连接所述电化学传感器的工作电极，所述第四电阻的另一端分别连接所述第二运算放大器的负极输入端、所述第二电容的一端和所述第五电阻的一端，所述第二运算放大器的输出端分别连接所述第一低通滤波电路的输入端、所述第二电容的另一端和所述第五电阻的另一端，所述第二运算放大器的正极输入端接地；

所述第六电阻的一端连接所述电化学传感器的辅助电极，所述第六电阻的另一端分别连接所述第三运算放大器的负极输入端、所述第三电容的一端和所述第七电阻的一端，所述第三运算放大器的输出端分别连接所述第二低通滤波电路的输入端、所述第三电容的另一端和所述第七电阻的另一端，所述第三运算放大器的正极输入端接地。

10.根据权利要求9所述的电化学传感器电路，其特征在于，所述第一低通滤波电路包括第八电阻和第四电容，所述第二低通滤波电路包括第九电阻和第五电容；

所述第八电阻的一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第八电阻的另一端分别连接所述第四电容的一端和所述差分放大及模数转换电路的输入正极，所述第四电容的另一端接地；

所述第九电阻的一端连接所述第三运算放大器的输出端，所述第九电阻的另一端分别连接所述第五电容的一端和所述差分放大及模数转换电路的输入负极，所述第五电容的另一端接地。