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就是开路时的电压极限电化学传感器最简单的一种是两电极系统，但是如果气体的浓度不断升高，传感器将不成线性，因此两电极传感器有局限性，为此引入了第三电极，参考电极。参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。
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