[发明专利]电化学检测电路

说明书

本发明涉及电化学检测电路，更具体地说，涉及检测来自三端电化学电池的电池电流流动的电气电路。

三端电化学电池用于各种气体监测器，并且包括一个其中引入要分析的气体的电池和三根隔开的电极。三根电极包括一个跨过其产生电池电流的主对、和一根启动在被测量电池电解液中的预定点处的电位的参考电极。电池电流与由电池检测的化合物或元素的浓度成比例，所述化合物或元素例如可以是一氧化碳。

已知的三端电化学电池能使用图1中所示的电路稳定。为了稳定电池，必须把分别标有“W”和“R”的“工作”和“参考”电极带到相同电位。不从参考电极取出电流。而是，电流由放大器A1注入标有“C”的反电极中，直到参考和工作电极R和W都分别是相同的电位。在反电极和工作电极中流动的电流是电池电流，并且由于电池的内部操作，该电流与由电池检测的化合物的浓度成比例。

参照图1，放大器A1通过把电流反馈给反电极把参考电极保持在OV。放大器A2把工作电极保持在OV，因为放大器A2负输入是处于OV。电池电流由放大器A1驱动，但由放大器A2检测，因为电池电流通过电阻器R2以产生电压V_out。

图1中所示以前已知的电路的一个缺点在于，它易于振荡，因为每个放大器的虚接地阻抗作为另一个放大器反馈通路的部分出现。这能在没有良好地限定虚接地阻抗之处导致高频率下的振荡。

对于低成本基于微控制器用途的第二个缺点在于，输出V_out是在能数字处理之前必须通过模数转换的模拟电压。

第三个缺点在于，尽管当检测到气体时V_out是正的，但反电极负充电，要求放大器A1的输出变负。因此图1中所示的电路需要正和负的电源(表示为V₊和V_-)。

本发明的一个目的在于提供一种其中克服上述缺点的至少一个、并且能由诸如电池之类的独立直流电源供电的简化检测电路。

根据本发明的一个方面，提供有一种包括一个电化学电池的电化学电池检测电路，该电化学电池在电解液中具有一根工作电极、一根反电极和一根参考电极，电池如此建造，从而在使用中，当把要分析的气体引入电池中时，电流在反电极与工作电极之间流动，并且在电解液中一个位置处的电位由参考电极检测，该电路进一步包括：电源装置，用来相对于工作电极向反电极施加一个偏移电压；一个放大器装置，用来监测参考电极与工作电极之间的电压差，并且可在使用中操作以把电流经一条反馈回路反馈给工作电极，并由此趋于把工作电极保持为基本上与参考电极相同的电位；及测量装置，用来测量由放大器反馈给工作电极的电流，作为在工作电极与反电极之间流动的电池电流的测量。

最好测量装置包括一个串联连接在放大器的输出与工作电极之间的电阻器装置，并且提供用来测量跨过电阻器产生的电压的装置。

可选择的是，测量装置包括：一个串联连接在放大器的输出与工作电极之间的电容器；一个跨过电容器并联连接的开关装置，所述开关可操作于一个短路电容器的闭合位置、和一个允许电容器由通过放大器反馈给工作电极的电流而充电的断开位置；及一个比较器，适于在第一输入处接收放大器的输出、和在第二输入处接收参考电压V_r，所述比较器是可运算的，以比较第一和第二输入，并且当所述开关断开时产生一个指示电池电流的输出信号。

最好电源装置包括一个把正电位施加到反电极上的直流电源。

最好放大器连接在一个与把正电位施加到反电极上的该直流电源隔离的第二直流电源之间。

最好所述电源装置包括一个把正电位施加到反电极上的直流电源，并且比较器和放大器连接在一个与把正电位施加到反电极上的该直流电源隔离的第二直流电源之间。

来自比较器的输出信号可以是数字信号。

可以提供一种把电源中的脉冲注入到反电极中的装置，以提供一个试验电路的校正运算的装置。

参照附图通过例子将描述本发明的两个实施例，在附图中：

图1表明一种已知的电化学检测电路，并且以上进行了讨论。

图2表明本发明的一个实施例，及

图3表明用来把电池输出转换成计时信号的本发明第二实施例。

参照图2，电化学电池10具有常规结构，并且包括一个向其中引入要监测的气体的腔室或空腔11。三根隔开的电极W、C、R布置在空腔11中。电极R构成一根参考电极，并且连接到一个运算放大器A2的一个输入12上。放大器的一个第二输入13连接到电极W上。放大器A2的输出14经一条包括电阻器R3的反馈回路连接到电极W上。反电极C连接到由电阻器R4和连接到OV线上的二极管D1产生的参考电压上。