Датчик углекислого газа - Carbon dioxide sensor

Не путать с Датчик угарного газа.

А датчик углекислого газа или же CO₂ датчик инструмент для измерения углекислый газ газ. Наиболее распространенные принципы для CO₂ датчики инфракрасные датчики газа (NDIR ) и химические газовые датчики. Измерение углекислого газа важно при мониторинге качество воздуха в помещении, функция легких в виде капнограф устройство и многие производственные процессы.

Недисперсный инфракрасный (NDIR) CO₂ Датчики

CO
2 измеритель концентрации с использованием недисперсный инфракрасный датчик

Основная статья: Недисперсный инфракрасный датчик

Смотрите также: Капнография

NDIR датчики спектроскопический датчики для обнаружения CO₂ в газовой среде благодаря своей характеристической абсорбции. Ключевые компоненты - это инфракрасный источник, a свет трубка, интерференционный (длина волны) фильтр и инфракрасный детектор. Газ перекачивается или рассеивается в световой трубке, а электроника измеряет поглощение характеристики. длина волны света. Датчики NDIR чаще всего используются для измерения углекислого газа.^[1] Лучшие из них имеют чувствительность 20–50 PPM.^[1] Типичные датчики NDIR стоят от 100 до 1000 долларов США.

NDIR CO₂ датчики также используются для растворенного CO₂ для таких применений, как газирование напитков, фармацевтическая ферментация и CO₂ секвестрация Приложения. В этом случае они подключаются к оптике ATR (с ослабленным полным отражением) и измеряют газ. на месте. Новые разработки включают использование микроэлектромеханические системы (MEMS) Источники инфракрасного излучения для снижения стоимости этого датчика и создания небольших устройств (например, для использования в кондиционер Приложения).^[2]

Другой способ (Закон Генри ) также можно использовать для измерения количества растворенного CO₂ в жидкости, если количество посторонних газов незначительно.^{[требуется дальнейшее объяснение ]}

Фотоакустические датчики

CO₂ можно измерить с помощью фотоакустическая спектроскопия. Концентрация CO₂ можно измерить, подвергнув образец импульсам электромагнитной энергии (например, от Лазер с распределенной обратной связью ^[3]), который настроен специально на длину волны поглощения CO₂. С каждым импульсом энергии СО₂ молекулы внутри образца будут поглощать и генерировать волны давления через фотоакустический эффект. Эти волны давления затем обнаруживаются акустическим детектором и преобразуются в пригодный для использования CO.₂ чтение через компьютер или микропроцессор. ^[4]

Химический CO₂ датчики

Химический CO₂ газовые сенсоры с чувствительными слоями на основе полимеров или гетерополисилоксан имеют главное преимущество - очень низкое энергопотребление и то, что они могут быть уменьшены в размерах, чтобы соответствовать микроэлектронным системам. С другой стороны, краткосрочные и долгосрочные эффекты дрейфа, а также довольно низкий общий срок службы являются основными препятствиями по сравнению с принципом измерения NDIR.^[5] Большинство CO₂ датчики полностью откалиброваны перед отгрузкой с завода. Со временем нулевая точка датчика должна быть откалибрована, чтобы поддерживать долговременную стабильность датчика.^[6]

Расчетный CO₂ датчик

Для помещений, таких как офисы или спортзалы, где основной источник CO₂ человек дыхание, изменяя масштаб некоторых более простых для измерения величин, таких как летучие органические соединения (VOC) и водородный газ (ЧАС₂) концентраций обеспечивает достаточно хорошую оценку реального CO₂ концентрация для вентиляции и использования. Датчики для этих веществ могут быть изготовлены с использованием дешевых (~ 20 долларов) МЭМС. металлооксидный полупроводник (MOS) технология. Считывание, которое они генерируют, называется расчетный CO₂ (eCO₂) или эквивалента CO2 (CO₂экв).^[7] Хотя в долгосрочной перспективе показания, как правило, будут достаточно хорошими, использование источников ЛОС или CO, не связанных с дыханием.₂, например, чистка фруктов или использование духи, подорвет их надежность. ЧАС₂-сенсоры менее восприимчивы, поскольку они более специфичны для человеческого дыхания, хотя сами условия водородный дыхательный тест установлен, чтобы диагностировать, также нарушит их.^[8]

Приложения

• Примеры:
  • Модифицированные атмосферы
  • Качество воздуха в помещении
  • Безбилетный пассажир обнаружение
  • Подвал и газовые склады
  • Морские суда
  • Теплицы
  • Свалка газ
  • Ограниченное пространство
  • Аэрокосмическая промышленность
  • Здравоохранение
  • Садоводство
  • Транспорт
  • Криогеника
  • Вентиляция управление
  • Добыча полезных ископаемых
  • Ребризеры (Подводное плавание)
  • Без кофеина
• Для человека в помещении подсчет занятости^[9][10]
• За HVAC приложений, CO₂ Датчики могут использоваться для контроля качества воздуха и индивидуальной потребности в свежем воздухе соответственно. Измерение CO₂ Уровни косвенно определяют, сколько человек находится в комнате, и вентиляцию можно регулировать соответствующим образом. Видеть управляемая вентиляция (DCV).^[11]

Смотрите также

• Анализатор выхлопных газов
• Датчик кислорода
• Детектор газа

Рекомендации

1. СО на карбонатной основе₂ Датчики с высокой производительностью, тыс. Ланг, Х.-Д. Wiemhöfer и W. Göpel, Conf.Proc.Eurosensors IX, Стокгольм (S) (1995); Датчики и исполнительные механизмы B, 34, 1996, 383–387.
2. Vincent, T.A .; Гарднер, Дж. (Ноябрь 2016 г.). «Недорогая система NDIR на основе МЭМС для мониторинга углекислого газа при анализе дыхания на уровнях ppm». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 236: 954–964. Дои:10.1016 / j.snb.2016.04.016.
3. Закария, Риад (март 2010 г.). ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИБОРОВ NDIR ДЛЯ CO₂ ДАТЧИК ГАЗА (Кандидат наук). С. 35–36.
4. AG, Infineon Technologies. «Датчики CO2 - Infineon Technologies». www.infineon.com. Получено 2020-11-10.
5. Надежный CO₂ Датчики на основе полимеров на основе кремния на кварцевых преобразователях микровесов, Р. Чжоу, С. Вайхингер, К.Э. Geckeler и W. Göpel, Conf.Proc.Eurosensors VII, Budapest (H) (1993); Датчики и исполнительные механизмы B, 18–19, 1994, 415–420.
6. «Руководство по автоматической калибровке CO2» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) в 2014-08-19. Получено 2014-08-19.
7. Rüffer, D; Hoehne, F; Bühler, J (31 марта 2018 г.). «Новая платформа для цифрового металлооксидного датчика (МОх)». Датчики (Базель, Швейцария). 18 (4). Дои:10,3390 / с18041052. ЧВК  5948493. PMID  29614746.
8. Гербергер С., Герольд М., Ульмер Х (2009). «Технология газовых датчиков MOS для вентиляции с регулируемой потребностью» (PDF). Материалы 4-го Международного симпозиума по воздухонепроницаемости зданий и воздуховодов и 30-й конференции AIVC по тенденциям в высокоэффективных зданиях и роли вентиляции. Берлин.
9. Arief-Ang, I.B .; Гамильтон, М .; Салим, Ф. (01.06.2018). «RUP: Прогноз использования больших помещений с датчиком углекислого газа». Повсеместные и мобильные вычисления. 46: 49–72. Дои:10.1016 / j.pmcj.2018.03.001. ISSN  1873-1589.
10. Arief-Ang, I.B .; Salim, F.D .; Гамильтон, М. (14 апреля 2018 г.). Сбор данных [SD-HOC: алгоритм сезонной декомпозиции для горных запаздывающих временных рядов]. Спрингер, Сингапур. С. 125–143. Дои:10.1007/978-981-13-0292-3_8. ISBN  978-981-13-0291-6.
11. KMC Controls. (2013). Преимущества вентиляции с контролем потребления для вашего здания. Получено 25 марта 2013 г. из http://www.kmccontrols.com/docs/DCV_Benefits_White_Paper_KMC_RevB.pdf В архиве 2014-06-27 на Wayback Machine