引言
在三电极传感器中，每个电极都有特定用途：
•工作电极WE[或感应电极（Sens）]：
在工作电极WE上氧化或还原目标气体，产生与气体浓度成比例的电流，通过对电极CE将该电流提供给传感器。
•参比电极RE（Ref）：
恒电位电路让参比电极RE与工作电极WE保持固定电位。对于无偏置传感器，工作电极电位必须保持与参考电极电位相同的电位；对于需要偏置的传感器，必须保持偏移。
•对电极CE（Cnt）：
对电极CE和工作电极WE一同完成电路，如果工作电极WE正在氧化，对电极CE则还原一些化学物质(通常是氧)，或者如果工作电极WE正在还原目标气体，对电极CE则发生氧化。允许对电极CE电位浮动，随着气体浓度的增加而改变。对电极CE上的电位并不重要，只要恒电位仪电路可以提供足够的电压和电流以将工作电极WE保持在与参比电极RE相同的电位或固定的偏移。
1.1典型的恒电位仪电路由三部分组成：
1、偏置电压可控电路
2、电流测量电路（跨阻放大）
3、当电源关闭时，短路FET将工作电极WE连接到参考电极RE（零偏置）
1.2控制电路
控制运算放大器（图1中的IC2）向对电极CE提供电流，以平衡工作电极WE所需的电流。
IC2的反相输入连接到 参考电极RE， 参考电极RE上电流极小。建议使用输入偏置电流小于5nA的运算放大器。
当接通电路时，耗尽模式JFET（图1中的Q1）进入高阻抗状态，并且IC2提供电流以将工作电极WE保持在与参考电极RE相同的电位。因IC2中的输入失调电压引起的任何偏移都会导致导通时电位突然变化。气体传感器具有较大的电容，因此可以在很小的电位漂移下流过大量电流，因此请确保运算放大器具有低偏移电压，最好小于100μV，还要检查使用温度下的运算放大器偏移电压。
通常，对于具有铂参比电极RE的可氧化气体（例如CO），对电极CE将与地电位相距-300至-400mV。但是，如果氢离子而不是氧分子减少，则电位可能高达-1.05V。此外，还原性气体（如NO2或氯）迫使对电极CE氧化水，释放出氧气，在这种情况下，相对于 参比电极RE的电位在+ 600和+ 800mV之间，这取决于参比电极RE的类型。因此，必须允许IC2有足够的电压摆动，以便将对电极CE驱动到所需电位并且传感器需要足够的电流。如果电路无法做到这一点，那么在较高浓度下会出现极端的非线性。最好在IC2上允许±1.1V摆幅（加上任何施加的偏置电压）。这意味着对于CO或H2S传感器，对电极CE通常希望低于接地点-350 mV，因此IC2需要负电源。如果使用单端低压电源，请特别注意运算放大器在所需电流下的可用输出摆幅。
注意， 当在电活性气体存在的情况下接通电路或首次连接新传感器时，传感器可能会产生几mA的浪涌电流，这可能导致IC1钳位，具体取决于IC1的电流驱动能力; 在这种高电流瞬态期间，IC1不太可能通过高反馈电阻在其反相输入端维持虚拟接地。
在为电路供电之前，务必连接传感器。
控制电路的电路稳定性和降噪性依赖于R1，R2，C1和C2; 某些运算放大器可能不需要C2。 如果消除C2，那么C1可以增加到10到100nF之间。 推荐的运算放大器是OP90（单运放）和OP 296（双运放）。
1.3 偏置电压
通常，气体传感器在零偏压模式下运行；但是，某些传感器（如NO传感器）需要偏置电压：NO传感器通常为±150或300mV。 或者，可以通过添加偏置电压来增强传感器对某些气体的灵敏度。
如果偏差不正确，性能会降低！ 随意使用偏差电路可能导致无偏的传感器损坏。
如果传感器需要偏置电压，那么也要确保偏置电压稳定：即使几mV的变化也会影响对气体的敏感度，偏置电压的快速变化只会产生一个mV，这会产生长达数小时的瞬态效应。
偏置传感器的简单方法如下图2所示。 可以移除接地的10K负载电阻，以减小Vbias上的电流。
仪器关闭时应保持偏置，不再用JFET来保持。这通常通过使用一直保持打开的纽扣电池来完成。在这种情况下，IC2的输入偏移并不重要，但其
随温度等的漂移必须保持很小。
1.4电流测量电路
测量电路是跨阻配置的单级运算放大器（IC1）;传感器电流通过R4放大，产生相对于虚拟地的输出电压。 C3可降低高频噪音。有时需要使用两个运算放大器级来提供所需的输出：第一级使用小的R4阻值，以允许电路在瞬态条件下对抗传感器电流，然后是第二个电压增益级，以提供所需的输出。 IC1的输入失调电压将增加传感器偏置电压（因为工作电极WE将偏离0V），因此输入偏移应保持较低。
产生的电流可以可正可负的：在工作电极WE（例如CO）处氧化的传感器产生进入IC2的电流，在工作电极WE（例如Cl2或NO2）处还原则吸收电流。因此，对于第二种情况，确保IC2具有足够的电流吸收能力。
1.5负载电阻（Rload）
测量电路使用（负载电阻（Rload）加内部传感器电阻）和（内部传感器电容）的组合来建立RC电路; Rload的选择应综合考虑最快响应时间（低电阻Rload）和最佳噪声（高电阻Rload）的影响。
该RC电路影响均方根噪声和响应时间：响应时间随着Rload电阻的增加而线性增加，而噪声随着Rload阻值的增加，其迅速下降。
如果需要最高分辨率，则会丧失快速响应时间。 同样，需要快速响应时间，那么只能降低分辨率或更快地采样信号并在软件中对几个读数进行平均以消除抖动。 由于电路的低阻抗特性，最好使用具有低噪声电流的运算放大器（通常以噪声电压为代价）以获得最佳的整体噪声性能。
当传感器电流流过Rload时，传感器偏置电位Bias会有一个小的变化。 这增加了传感器稳定时间，将需要短时间来重新稳定，但是除了高气体浓度和高Rload电阻之外通常不会看到这种瞬态。
1.6 FET短路
通常的做法是为无偏置传感器增加一个短路FET，以便在从电路中断电时，参考电极和工作电极一起短路（剩余电阻为几十欧姆）。这确保了当电路关闭时工作电极保持与参考电极相同的电位。只要通电，短路FET通常是开路的。这种“零偏压”状态确保当您重新接通电路时，传感器立即就绪。如果您不使用短路FET并在电路关闭时让传感器保持开路，则有气体传感器将在下次开启时需要几个小时才能稳定下来。
如果您通过IC2提供偏置电压，那么当您关闭电路时，传感器将处于零偏置状态，因此当您重新施加偏置电压时，传感器需要很长时间（最多几个小时）才能重新接通建立平衡。对于偏置电路，建议始终保持偏置电压，并且不使用短路FET，这不会影响传感器的使用寿命。
JFET（Q1）应该是p型FET。推荐的FET类型包括表面贴装或TO-92封装，如下表2所示。
实际仿真时，可以用以下的传感器等效模型进行模拟：
参考
1、电化学传感器电路设计
