極傳感器例如將展示隨著增加的溫度而增加的背景電流。
[0028]可替代地，如上面提到的，二極管可跨傳感器而耦合以在一定范圍的電流上提供相對(duì)恒定的電壓降。熱敏電阻器可與二極管串聯(lián)和/或并聯(lián)地被添加以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。
[0029]圖4示出氣體檢測(cè)器10-4的溫度補(bǔ)償靜態(tài)實(shí)施例。在實(shí)施例10-4中，傳感器14被配置用于如上討論的兩個(gè)端子操作?？梢瞥?cái)y帶在殼體12-4中的封裝14-4攜帶兩個(gè)接觸管腳40a、b，其經(jīng)由接觸40b將傳感器接觸14b耦合到負(fù)載電阻器40。接觸40a將負(fù)載電阻器40耦合到二極管42。
[0030]二極管42提供跨傳感器14的基本上恒定的、預(yù)定電壓降。如上面討論的，使用由傳感器14產(chǎn)生的電流給二極管42供電?？梢允菬崦綦娮杵鞯脑?4a、b為二極管42提供溫度補(bǔ)償。
[0031]關(guān)于其中圖4的實(shí)施例，如果具有隨著溫度而增加的電阻的熱敏電阻器44b與二極管42并聯(lián)耦合，則在低溫處，它可有效地產(chǎn)生并聯(lián)的低電阻路徑，從而下拉電壓降。在極端情況下，如果在低溫處零偏置的背景電流可接受地低，則可能有可能使二極管幾乎完全短路。
[0032]熱敏電阻器可被選擇成使得在高溫處它的電阻與二極管比較是高的，使得二極管單獨(dú)限定偏壓。附加或代替此地，具有隨著溫度而增加的電阻的熱敏電阻器可放置成與二極管串聯(lián)。熱敏電阻器可被選擇成使得在低溫處跨它的電壓降是低的，使得二極管單獨(dú)限定偏壓，而隨著增加的溫度，偏壓增加。
[0033]應(yīng)注意到，與二極管42串聯(lián)的熱敏電阻器(例如44a)和/或并聯(lián)的熱敏電阻器(例如44b)的添加將在某種程度上損害電路的性能，因?yàn)闊崦綦娮杵骶哂芯€性I/V特性而不是隨著電流幾乎恒定的正向電壓。然而，例如，如果在低溫處的所需偏壓足夠低，使得二極管可幾乎完全短路，或如果在高溫處傳感器的響應(yīng)速度足夠快，使得額外的串聯(lián)電阻(其將減慢響應(yīng))的存在不是問(wèn)題，則這可以是可接受的。
[0034]在圖5中示出在檢測(cè)器10-4的實(shí)施例中可用的替代的無(wú)源型溫度補(bǔ)償電路，其包括兩個(gè)二極管42a、42b和兩個(gè)熱敏電阻器44a、42b。這兩個(gè)熱敏電阻器都是PTC類(lèi)型，即，它們的電阻隨著增加的溫度而增加。
[0035]圖5的電路可優(yōu)選地與傳感器14的鋅型版本一起使用。部件可被選擇成使得在“環(huán)境”溫度及之下處，熱敏電阻器Tl的電阻足夠低，使得它有效地使二極管D2短路。因此，對(duì)于中溫到低溫，等效電路是Dl和T2并聯(lián)的電路。T2被選擇成使得在“中”溫(例如20C)處，它的電阻足夠大，使得電路表現(xiàn)為單獨(dú)的二極管D1。
[0036]在低溫(例如-20C)處，T2的電阻意在使二極管Dl短路，結(jié)果是偏壓朝零下降。這的優(yōu)點(diǎn)是，電路的阻抗低，使與傳感器電容形成的RC時(shí)間常數(shù)最小化，使由于低溫而將已經(jīng)很慢的響應(yīng)速度的任何降級(jí)最小化。
[0037]總的來(lái)說(shuō)，由傳感器本身產(chǎn)生的不需要的電壓跨適當(dāng)?shù)牟考陆怠Ｔ谝粋€(gè)公開(kāi)的實(shí)施例中，這可以通過(guò)使用例如一個(gè)或多個(gè)二極管而被動(dòng)執(zhí)行。二極管可以是溫度補(bǔ)償?shù)??？商娲?，可使用有源部件，例如晶體管或任何其它部件，它們的Ι/v特性可被控制/調(diào)節(jié)。在這種情況下，有可能主動(dòng)調(diào)節(jié)跨部件下降的電壓。這可用于確保在寬傳感器操作電流之上的一致的電壓降。
[0038]例如，諸如1η4148的二極管將在85毫安的傳感器電流處產(chǎn)生500毫伏的自偏壓，在3毫安的基線傳感器電流處下降到300毫伏。當(dāng)使用連接為二極管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更好的性能。例如，并聯(lián)的三個(gè)PN4117A場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它們的源極和漏極端子連接在一起并用作二極管陰極，且它們的柵極連接在一起并用作二極管陽(yáng)極，這產(chǎn)生非常低泄漏的二極管，其在75毫安處產(chǎn)生700毫伏的電壓，在I納安的基線傳感器電流處下降到370毫伏。這樣的電路的性能在下面討論的圖6中示出。
[0039]可在各種電路中提供對(duì)晶體管的溫度變化的補(bǔ)償。反饋可以采取簡(jiǎn)單地維持跨晶體管本身的恒定電壓、跨晶體管和串聯(lián)測(cè)量電阻器的恒定電壓的形式，或可被制造成以受控方式改變以補(bǔ)償傳感器中的非理想性——例如隨著溫度而改變偏壓。在三電極系統(tǒng)中，可基于在參考電極上測(cè)量的電壓來(lái)調(diào)節(jié)電壓降，如在常規(guī)三電極恒電位電路中那樣。電極材料可包括錫、鋅、銻和鉍，都是非限制性的。
[0040]圖6示出在有和沒(méi)有本文的電路及方法的應(yīng)用的情況下基于鋅陽(yáng)極的傳感器的表現(xiàn)。傳感器結(jié)構(gòu)基于市售的City Technology 40X2L氧傳感器,但用鋅陽(yáng)極代替了常見(jiàn)的鉛陽(yáng)極。鋅陽(yáng)極由在一端焊接到鎳集電器的5克I _直徑的鋅線(99.99%純度)形成，鎳和焊接頭密封在環(huán)氧樹(shù)脂中以使這些與電解質(zhì)隔離以防止在這些和陽(yáng)極之間形成電化學(xué)電池。電解質(zhì)是常規(guī)水性4M醋酸鉀溶液，且感測(cè)電極是在如40X2L傳感器中所使用的石墨上含5%鉬的氣體擴(kuò)散電極。
[0041]相對(duì)粗的鋅線的使用及因而陽(yáng)極的低表面積使由于在鋅表面上的局部電池而導(dǎo)致的自放電效應(yīng)和析氫最小化，而不損害傳感器性能。由于鋅的較高能量密度，與具有相同的物理尺寸和電流輸出的鉛陽(yáng)極傳感器的2年理論壽命相比較，在空氣中的鋅陽(yáng)極傳感器的理論壽命是大約5年。
[0042]圖6示出當(dāng)連接到100歐姆負(fù)載電阻器(操作40X2L傳感器的常規(guī)方法)時(shí)來(lái)自傳感器的示例性輸出信號(hào)(虛線)?？商娲兀境隽艘韵虑闆r下來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)(實(shí)線):電路合并被配置為二極管的并聯(lián)的三個(gè)PN4117A場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中漏極和源極端子連接在一起。
[0043]最初，傳感器暴露于合成空氣(在氮中含有21%的氧)。在時(shí)間=1秒處,傳感器暴露于100%氮，且傳感器信號(hào)朝零下降?？煽吹?，由于在具有簡(jiǎn)單負(fù)載電阻器的傳感器上的析氫，存在大寄生電流。這在所述二極管被添加到系統(tǒng)時(shí)幾乎完全被移除。對(duì)于理想傳感器應(yīng)為零的在氮中的穩(wěn)態(tài)信號(hào)在沒(méi)有所述二極管的情況下是135毫安，在有所述二極管的情況下是I納安，以上是在氮中5分鐘之后測(cè)量的。
[0044]應(yīng)注意，雖然在沒(méi)有所述二極管的情況下的信號(hào)看起來(lái)最初更快速地對(duì)氮做出響應(yīng)，但在氮中的所述信號(hào)中存在數(shù)十毫安的延長(zhǎng)的緩慢向下漂移，使得簡(jiǎn)單地減去恒定背景信號(hào)并不是一個(gè)選擇。該背景信號(hào)也是強(qiáng)溫度相關(guān)的。
[0045]應(yīng)理解，雖然已經(jīng)關(guān)于氧傳感器描述了上面描述的一些實(shí)施例，但是本文公開(kāi)的實(shí)施例并不受此限制。例如，可結(jié)合一氧化碳(CO)傳感器來(lái)使用本文公開(kāi)的一些實(shí)施例。例如，根據(jù)上文，與在正常操作條件下的激活電位相比較，可通過(guò)將一氧化碳傳感器偏置到稍微小于激活電位來(lái)減小一氧化碳傳感器的氫橫向靈敏度。
[0046]從前文中將觀察到，可實(shí)施很多變型和修改，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)理解，并不意圖有或應(yīng)當(dāng)推斷出關(guān)于本文所示的特定裝置的任何限制。當(dāng)然，意圖由所附權(quán)利要求覆蓋落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有這樣的修改。
[0047]此外，在附圖中描繪的邏輯流程不要求所示的特定的次序或順序次序來(lái)獲得期望的結(jié)果?？梢蕴峁┢渌襟E，或可以從描述的流程中消除步驟，并且其他部件可以添加到描述的實(shí)施例中或從中移除。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種控制電化學(xué)傳感器的方法，包括: 操作所述傳感器并產(chǎn)生傳感器電壓；以及 進(jìn)行將基本上固定的負(fù)載電阻耦合到所述傳感器或?qū)㈦娮拥乜勺兊呢?fù)載電阻耦合到所述傳感器之一，并調(diào)節(jié)電阻以便維持選定的傳感器電壓，其中來(lái)自所述傳感器的電能耦合到所述固定的負(fù)載電阻或所述可變的負(fù)載電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括給反饋元件提供輸出信號(hào)，將所述輸出信號(hào)耦合到所述負(fù)載電阻，以及使用所述輸出信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所述電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括在所述傳感器的第一電極和第二電極之間維持選定電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括改變所述傳感器電壓，從而減小電極活動(dòng)性并得到診斷信息。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括提供二電極氧傳感器，且其包括改變所述傳感器電壓，從而減小電極活動(dòng)性并得到診斷信息。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括提供多電極傳感器并從其得到診斷信息。
7.一種裝置，包括: 電化學(xué)傳感器，其被攜帶在殼體中，攜帶在所述殼體上的兩個(gè)端子耦合到相應(yīng)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。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中電路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(fù)載電阻或產(chǎn)生跨所述傳感器的電壓降的電子部件之一，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(guò)度的活動(dòng)性損失。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其包括可釋放地耦合到所述傳感器的電負(fù)載，其中跨所述負(fù)載的電壓是在所述傳感器處的氣體濃度的指示。
10.一種電化學(xué)檢測(cè)器，包括: 電化學(xué)傳感器；以及 以下中的至少一個(gè):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(fù)載電阻的有源電壓控制電路，或產(chǎn)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(guò)度的活動(dòng)性損失，且其中功率是至少部分地從所述傳感器得到的。
11.如權(quán)利要求10所述的檢測(cè)器，其中所述傳感器包括氧傳感器，且所述電子部件包括二極管。
12.如權(quán)利要求10所述的檢測(cè)器，其中所述傳感器包括二電極自耗陽(yáng)極氧傳感器。
13.如權(quán)利要求12所述的檢測(cè)器，其中所述自耗陽(yáng)極選自包括鋅或錫自耗陽(yáng)極中的至少一個(gè)的類(lèi)別。
14.如權(quán)利要求13所述的檢測(cè)器，其中所述傳感器至少包括第一電極和第二電極，且其中在它們之間維持選定電壓。
15.如權(quán)利要求14所述的檢測(cè)器，其中所述電子部件包括二極管。
【專(zhuān)利摘要】提供了用于電化學(xué)傳感器的恒電位電路。電化學(xué)檢測(cè)器可由傳感器所產(chǎn)生的電壓部分地或全部地供電。使用在相應(yīng)的傳感器中產(chǎn)生預(yù)定電壓降的有源電路或無(wú)源部件，可提供在操作期間不析氫的二電極自耗陽(yáng)極氧傳感器。
【IPC分類(lèi)】G01N27-26, G05F1-56
【公開(kāi)號(hào)】CN104569086
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410523464
【發(fā)明人】K.F.E.普拉特, M.韋勒, L.肖, A.侯賽因馬迪
【申請(qǐng)人】霍尼韋爾國(guó)際公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年10月8日
【公告號(hào)】EP2860517A1, US20150096905