Czujnik dwutlenku węgla
Czujnik dwutlenku węgla lub czujnik CO 2 jest przyrządem do pomiaru gazowego dwutlenku węgla . Najpopularniejszymi czujnikami CO 2 są czujniki gazów na podczerwień ( NDIR ) i czujniki gazów chemicznych. Pomiar dwutlenku węgla jest ważny w monitorowaniu jakości powietrza w pomieszczeniach , funkcji płuc w postaci urządzenia kapnografu oraz wielu procesów przemysłowych.
czujniki CO 2 na podczerwień (NDIR).
NDIR to czujniki spektroskopowe do wykrywania CO 2 w środowisku gazowym na podstawie jego charakterystycznej absorpcji. Kluczowe elementy to podczerwieni , rura świetlna , filtr interferencyjny (długość fali) i detektor podczerwieni. Gaz jest pompowany lub dyfundowany do tuby świetlnej, a elektronika mierzy absorpcję charakterystycznej długości fali światła. Czujniki NDIR są najczęściej używane do pomiaru dwutlenku węgla. Najlepsze z nich mają czułość 20–50 PPM . Typowe czujniki NDIR kosztują w przedziale (USA) od 100 do 1000 USD.
NDIR CO 2 są również używane do pomiaru rozpuszczonego CO 2 w zastosowaniach takich jak karbonizacja napojów, fermentacja farmaceutyczna i sekwestracja CO 2 . W tym przypadku są one połączone z optyką ATR (osłabione całkowite odbicie) i mierzą gaz na miejscu . Nowe osiągnięcia obejmują wykorzystanie w systemach mikroelektromechanicznych (MEMS) w celu obniżenia kosztów tego czujnika i stworzenia mniejszych urządzeń (na przykład do zastosowań w klimatyzacji ).
Inną metodę ( prawo Henry'ego ) można również zastosować do pomiaru ilości rozpuszczonego CO 2 w cieczy, jeśli ilość obcych gazów jest znikoma. [ potrzebne dalsze wyjaśnienia ]
Czujniki fotoakustyczne
CO2 można zmierzyć za pomocą spektroskopii fotoakustycznej . Stężenie CO 2 można zmierzyć poddając próbkę impulsom energii elektromagnetycznej (takiej jak z lasera z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym ), która jest dostrojona specjalnie do długości fali absorpcji CO 2 . Z każdym impulsem energii cząsteczki CO 2 w próbce będą absorbować i generować fale ciśnienia poprzez efekt fotoakustyczny . Te fale ciśnienia są następnie wykrywane za pomocą detektora akustycznego i przetwarzane na użyteczny odczyt CO 2 przez komputer lub mikroprocesor.
Chemiczne czujniki CO 2
Chemiczne czujniki gazu CO 2 z wrażliwymi warstwami na bazie polimeru lub heteropolisiloksanu mają tę główną zaletę, że zużywają bardzo mało energii i że można je zmniejszyć, aby pasowały do systemów opartych na mikroelektronice. Z drugiej strony, krótko- i długoterminowe efekty dryfu, a także raczej krótki całkowity czas życia są głównymi przeszkodami w porównaniu z zasadą pomiaru NDIR. Większość czujników CO 2 jest w pełni skalibrowana przed wysyłką z fabryki. Z biegiem czasu punkt zerowy czujnika musi zostać skalibrowany, aby utrzymać długoterminową stabilność czujnika.
Szacowany czujnik CO 2
W przypadku środowisk wewnętrznych, takich jak biura lub sale gimnastyczne, gdzie głównym źródłem CO 2 jest oddychanie człowieka , przeskalowanie niektórych łatwiejszych do zmierzenia wielkości, takich jak stężenia lotnych związków organicznych (VOC) i gazowego wodoru (H 2 ), zapewnia wystarczająco dobre oszacowanie rzeczywiste stężenie CO 2 do celów wentylacji i użytkowania. [ potrzebne źródło ] Ponadto, ponieważ wentylacja jest czynnikiem rozprzestrzeniania się wirusów układu oddechowego , poziomy CO 2 są przybliżoną miarą ryzyka COVID-19 ; im gorsza wentylacja, tym lepiej dla wirusów i odwrotnie . Czujniki tych substancji można wykonać przy użyciu taniej (~ 20 USD) układów mikroelektromechanicznych (MEMS) półprzewodników z tlenku metalu (MOS). Odczyt, który generują, nazywany jest szacowanym CO 2 (eCO 2 ) lub ekwiwalentem CO 2 (CO 2 eq). Chociaż odczyty wydają się być wystarczająco dobre na dłuższą metę, wprowadzenie źródeł lotnych związków organicznych lub CO 2 niezwiązanych z oddychaniem , takich jak obieranie owoców lub używanie perfum , podważy ich wiarygodność. Czujniki oparte na H 2 są mniej podatne, ponieważ są bardziej specyficzne dla ludzkiego oddechu, chociaż same warunki zdrowotne, które ma zdiagnozować wodorowy test oddechowy, również je zakłócą.
Aplikacje
- Przykłady:
- Zmodyfikowane atmosfery
- Jakość powietrza wewnętrznego
- Wykrywanie pasażera na gapę
- Sklepy piwniczne i gazowe
- Statki morskie
- Szklarnie
- Gaz wysypiskowy
- Ograniczone przestrzenie
- Lotnictwo
- Opieka zdrowotna
- Ogrodnictwo
- Transport
- kriogenika
- Zarządzanie wentylacją
- Górnictwo
- Rebreathery (nurkowanie)
- Dekofeinizacja
- Do liczenia ludzi w pomieszczeniach
- W zastosowaniach HVAC czujniki CO 2 mogą być używane odpowiednio do monitorowania jakości powietrza i dostosowanego zapotrzebowania na świeże powietrze. Pomiar poziomu CO 2 pośrednio określa liczbę osób w pomieszczeniu, a wentylację można odpowiednio dostosować. Patrz wentylacja sterowana na żądanie (DCV) .