LMP91000在电化学传感器电极故障检测中的应用

　　文章首先介绍了电化学传感器的构成，对传统的信号调理电路进行了简要分析，指出经典电路在设计实现时存在的一些局限性以及在传感器电极故障状态检测中遇到的困难。随后介绍了电化学传感器模拟前端 LMP91000 的特性和相比于传统电路的优点；基于 LMP91000 对传感器故障状态检测进行了测试，对应测试结果进行初步分析。最后给出了可以检测各种电极故障状态的参考算法。

　　电化学传感器及其信号调理电路电化学气体传感器的工作原理和原电池的原理相类似，当敏感气体扩散进入传感器内部发生氧化还原反应，其化学反应过程中输出的电荷载流子与气体浓度成正比。多数情况下，三电极的传感器应用更为广泛，相比于早期两电极的气体传感器，三电极气体传感器的检测灵敏度高、更容易稳定而且可实现高浓度检测。图-1 是电化学传感器及其信号调理电路的简要组成示意，其中传感器（SENSOR）部分给出了三电极化学传感器的电极组成与其等效电路，在电路中运放的作用使得参考电极（RE）相对于工作电极（WE）保持恒定电位，工作电极（WE）收集敏感气体在反应中产生的电流并且通过后级运放实现对弱电流信号的放大。三电极传感器的检测效率、灵敏度受偏置电压影响明显；传感器对敏感气体的选择性同样会到偏置电压的影响；在应用过程中应该保持偏置电压恒定。

　　常见的三电极电化学传感器信号调理电路是由偏压电路单元、跨阻放大器单元组成；前者确保传感器的最佳工作条件，后者实现对输出弱电流信号的放大。传统设计方案中，通常借助一个双通道运放来实现设计。由于电化学传感器的输出对偏置电压敏感，因而需要偏压单元中的运放有较低的失调电压及其较小的温漂特性，否则传感器的稳定性会受到明显影响；跨阻放大器实现对工作电极输出弱小电流信号的放大，希望运放的偏置电流较小，否则叠加在传感器输出电流上输出偏置电流使得输出存在较大的零偏误差。根据上述分析，所选双运放的特性应该同时满足低失调电压、小偏置电流、低功耗，很多时候同时满足上述条件的双运放型号非常有限。