[發明專利]用于電化學傳感器的恒電位電路

有效

• 申請號: 201410523464.0
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104569086B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: K.F.E.普拉特;M.韋勒;L.肖;A.侯賽因馬迪
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G05F1/56
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張凌苗,徐紅燕

技術領域

本申請涉及驅動電化學傳感器的電路和方法。更具體地，本申請涉及由相應的傳感器所產生的功率部分或全部供電的電路。

背景技術

功率消耗是關于電化學傳感器的問題。常規恒電位器必須向傳感器提供電流，即使傳感器將能夠在簡單的二電極負載電阻器電路中操作時產生其自己的電流。

常規恒電位器主動迫使電流穿過計數器/工作電極電路，以便維持在工作和參考電極之間的期望電位差。基于例如鋅或錫的金屬的自耗陽極氧傳感器遭受由于感測電極被驅動到它們可析出氫的電位而引起的問題。效果在升高的溫度下變得更壞。在感測電極上的析氫也導致背景電流、陽極的額外消耗以及與從傳感器排出所析出的氫有關的問題。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種控制電化學傳感器的方法，包括：操作所述傳感器并產生傳感器電壓；以及進行將基本上固定的負載電阻耦合到所述傳感器或將電子地可變的負載電阻耦合到所述傳感器之一，并調節電阻以便維持選定的傳感器電壓，其中來自所述傳感器的電能耦合到所述固定的負載電阻或所述可變的負載電阻。

根據本發明的另一個方面，提供了一種裝置，包括：電化學傳感器，其被攜帶在殼體中，攜帶在所述殼體上的兩個端子耦合到相應的傳感器電極；以及攜帶在所述殼體中的傳感器輸出電壓建立電路，其被所述傳感器耦合并供電。

根據本發明的又一個方面，提供了一種電化學檢測器，包括：電化學傳感器；以及以下中的至少一個：包括耦合到所述傳感器以維持選定傳感器電壓的電子地可變的負載電阻的有源電壓控制電路，或產生跨所述傳感器的電壓降的電子部件，其中所述電壓降足以在所述傳感器的正常操作電流范圍上防止析氫而不引起過度的活動性損失，且其中功率是至少部分地從所述傳感器得到的。

附圖說明

圖1是其動態實施例的一個實施例的示意圖；

圖2是其另一實施例的示意圖；

圖3是其又另一實施例的示意圖；

圖4是靜態實施例的示意圖；

圖5是另一靜態實施例的示意圖；以及

圖6是示出有和沒有如本文公開的電路的傳感器性能的曲線圖。

具體實施方式

雖然所公開的實施例可采取很多不同的形式，但是其中的特定實施例在附圖中示出，且將在本文被詳細描述，應理解的是，本公開應被考慮為其原理的范例以及實施其的最佳模式，且并不意圖將其權利要求限制到所示的特定實施例。

在其中的一個方面中，與包括電化學傳感器特別是氣體傳感器的檢測器相關的功率消耗可有利地減少。其中的電化學實施例可包括兩個、三個或更多個電極。

可利用下列事實：電化學傳感器可產生其自己的功率。該功率中的一些可用于給相關電路供電。例如其值被主動或被動地調節的晶體管或二極管的電子地可變的負載電阻可用于維持在工作和參考電極之間的期望電位。該電路可使用由相應的傳感器產生的功率。它有利地不主動向傳感器施加功率。它從它正調整的傳感器接收其功率要求，以便調節電子地可變的電阻設備。在一些實施例中，反饋放大器也可至少部分地從相應的傳感器所產生的功率或從單獨的源被供電。

因為在其中的實施例中，驅動電能來自傳感器本身，最大電壓和電流由傳感器確定。具體地，這意味著不可能在偏壓下操作傳感器，該偏壓在由傳感器的零（即，短路）和開路電壓定界的范圍之外。此外，因為開路電壓被接近，可用電流降低了。

在可替代實施例中，包括例如二極管的部件的“無源”系統可用于產生跨例如氧傳感器的傳感器的電壓降。例如，在一些實施例中，“無源”系統可包括不活動且不包括晶體管的系統。在該配置中，電壓降優選地足以防止析氫，而不引起在傳感器的正常操作電流范圍上的活動性的過度損失。

上述方法可應用于自診斷電路，其中期望通過在不同偏壓處的操作來故意將電極反應的速率減小到正常使用的速率。例如，對于兩個電極自耗鉛陽極氧傳感器，可通過改變傳感器偏壓來得到有用的診斷，以便減小電極活動性。通常這將需要有源恒電位電路的使用，然而，這需要功率消耗，并因此是不合乎期望的，因為氧傳感器通常在負載電阻器內操作且不需要外部功率。使用本方法和電路，這樣的傳感器可以被恒電位地控制，而不明顯增加功率消耗。

在圖1中示出電化學檢測器10的一種可能的示例性實現。在圖1中，檢測器10包括攜帶電化學氣體傳感器14的殼體12。傳感器14包括計數器電極14a、工作電極14b和參考電極14c。