stringtranslate.com

Датчик углекислого газа

Датчик углекислого газа или датчик CO 2 — это прибор для измерения содержания углекислого газа. Наиболее распространенными принципами датчиков CO 2 являются инфракрасные датчики газа ( NDIR ) и химические датчики газа. Измерение углекислого газа важно для мониторинга качества воздуха в помещении , [1] функции легких с помощью капнографа и многих промышленных процессов.

Недисперсионные инфракрасные (NDIR) датчики CO 2

Измеритель концентрации CO 2 с использованием недисперсионного инфракрасного датчика

Датчики NDIR представляют собой спектроскопические датчики для обнаружения CO 2 в газообразной среде по его характерному поглощению. Ключевыми компонентами являются источник инфракрасного излучения , световая трубка, интерференционный (длинноволновой) фильтр и инфракрасный детектор. Газ накачивается или диффундирует в световую трубку, а электроника измеряет поглощение характерной длины волны света. Датчики NDIR чаще всего используются для измерения углекислого газа. [2] Лучшие из них имеют чувствительность 20–50 PPM . [2] Типичные датчики NDIR стоят от 100 до 1000 долларов США.

Датчики CO 2 NDIR также используются для измерения растворенного CO 2 в таких приложениях, как карбонизация напитков, фармацевтическая ферментация и улавливание CO 2 . В этом случае они подключаются к оптике ATR (пониженного полного отражения) и измеряют газ на месте . Новые разработки включают использование ИК-источников микроэлектромеханических систем (МЭМС) для снижения стоимости этого датчика и создания устройств меньшего размера (например, для использования в системах кондиционирования воздуха ). [3]

Другой метод ( закон Генри ) также можно использовать для измерения количества растворенного CO 2 в жидкости, если количество посторонних газов незначительно. [ нужны дальнейшие объяснения ]

Фотоакустические датчики

CO 2 можно измерить с помощью фотоакустической спектроскопии . Концентрацию CO 2 можно измерить, подвергая образец импульсам электромагнитной энергии (например, от лазера с распределенной обратной связью [4] ), который специально настроен на длину волны поглощения CO 2 . С каждым импульсом энергии молекулы CO 2 внутри образца поглощают и генерируют волны давления посредством фотоакустического эффекта . Эти волны давления затем обнаруживаются акустическим детектором и преобразуются в полезные показания CO 2 с помощью компьютера или микропроцессора. [5]

Химические датчики CO 2

Химические датчики газа CO 2 с чувствительными слоями на основе полимера или гетерополисилоксана имеют главное преимущество: очень низкое энергопотребление и возможность уменьшения их размера для соответствия системам на основе микроэлектроники. С другой стороны, краткосрочные и долгосрочные эффекты дрейфа, а также довольно низкий общий срок службы являются основными препятствиями по сравнению с принципом измерения NDIR. [6] Большинство датчиков CO 2 полностью откалиброваны перед отправкой с завода. Со временем нулевую точку датчика необходимо калибровать для поддержания долгосрочной стабильности датчика. [7]

Предполагаемый датчик CO 2

Для помещений, таких как офисы или спортивные залы, где основным источником CO 2 является дыхание человека , изменение масштаба некоторых более простых для измерения величин, таких как концентрации летучих органических соединений (ЛОС) и газообразного водорода (H 2 ), дает достаточно хорошую оценку реальная концентрация CO 2 для целей вентиляции и пребывания. [ нужна ссылка ] Кроме того, поскольку вентиляция является фактором распространения респираторных вирусов , [8] уровни CO 2 являются приблизительным показателем риска заражения COVID-19 ; чем хуже вентиляция, тем лучше для вирусов и наоборот . [9] [10] Датчики этих веществ могут быть изготовлены с использованием дешевой (~ 20 долларов) технологии металлооксидных полупроводников (МОП) микроэлектромеханических систем (МЭМС). Показания, которые они генерируют, называются оценками CO 2 (eCO 2 ) [11] или эквивалентом CO 2 (CO 2 экв.). [12] Хотя в долгосрочной перспективе показания обычно оказываются достаточно хорошими, использование источников ЛОС или CO 2 , не связанных с дыханием, таких как чистка фруктов или использование духов , подорвет их надежность. Датчики на основе H 2 менее восприимчивы, поскольку они более специфичны для человеческого дыхания, хотя те самые состояния здоровья, которые призван диагностировать водородный дыхательный тест , также нарушат их работу. [12]

Приложения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кампезиду, СИ; Тикаят Рэй, А.; Дункан, С.; Балханос, МГ; Маврис, Д.Н. (07.01.2021). «Обнаружение присутствия в режиме реального времени с помощью машин распознавания образов с учетом физики на основе ограниченного количества датчиков CO2 и температуры». Энергия и здания . 242 : 110863. doi : 10.1016/j.enbuild.2021.110863 . ISSN  0378-7788. S2CID  233831299.
  2. ^ ab Высокопроизводительные датчики CO 2 на основе карбонатов, Th. Ланг, Х.-Д. Вимхёфер и В. Гепель, Conf.Proc.Eurosensors IX, Стокгольм (S) (1995); Датчики и исполнительные механизмы Б, 34, 1996, 383–387.
  3. ^ Винсент, штат Калифорния; Гарднер, JW (ноябрь 2016 г.). «Недорогая система NDIR на базе MEMS для мониторинга содержания углекислого газа при анализе дыхания на уровнях ppm». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 236 : 954–964. дои :10.1016/j.snb.2016.04.016.
  4. ^ Закария, Рьяд (март 2010 г.). РАЗРАБОТКА ПРИБОРОВ NDIR ДЛЯ ДАТЧИКА ГАЗОВ CO2 (доктор философии). стр. 35–36.
  5. ^ AG, Infineon Technologies. «Датчики CO2 — Infineon Technologies». www.infineon.com . Проверено 10 ноября 2020 г.
  6. ^ Надежные датчики CO 2 на основе полимеров на основе кремния на кварцевых датчиках микровесов, Р. Чжоу, С. Вайхингер, К. Э. Гекелер и В. Гепель, Conf.Proc.Eurosensors VII, Будапешт (H) (1993); Датчики и исполнительные механизмы Б, 18–19, 1994, 415–420.
  7. ^ «Руководство по автоматической калибровке CO2» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 августа 2014 г. Проверено 19 августа 2014 г.
  8. ^ Морияма, Мию; Хугентоблер, Уолтер Дж.; Ивасаки, Акико (29 сентября 2020 г.). «Сезонность респираторных вирусных инфекций». Ежегодный обзор вирусологии . 7 (1): 83–101. doi : 10.1146/annurev-virology-012420-022445 . PMID  32196426. S2CID  214601321.
  9. ^ Пэн, Чжэ; Хименес, Хосе Л. (11 мая 2021 г.). «Выдыхаемый CO 2 как показатель риска заражения COVID-19 для различных помещений и видов деятельности». Письма об экологической науке и технологиях . 8 (5): 392–397. Бибкод : 2021EnSTL...8..392P. doi : 10.1021/acs.estlett.1c00183. ПМК 8043197 . ПМИД  37566374. 
  10. ^ https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210407143809.html [ пустой URL-адрес ]
  11. ^ Рюффер, Д; Хёне, Ф; Бюлер, Дж (31 марта 2018 г.). «Новая платформа цифровых датчиков оксида металла (MOx)». Датчики (Базель, Швейцария) . 18 (4): 1052. Бибкод : 2018Senso..18.1052.. doi : 10.3390/s18041052 . ПМЦ 5948493 . ПМИД  29614746. 
  12. ^ ab Гербергер С., Герольд М., Улмер Х. (2009). «Технология газового МОП-датчика для вентиляции с регулированием по потребности» (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.
  13. ^ Ариеф-Анг, IB; Гамильтон, М.; Салим, Ф. (01.06.2018). «RUP: Прогноз использования большого помещения с помощью датчика углекислого газа». Повсеместные и мобильные вычисления . 46 : 49–72. doi :10.1016/j.pmcj.2018.03.001. ISSN  1873-1589. S2CID  13670861.
  14. ^ Ариеф-Анг, IB; Салим, Флорида; Гамильтон, М. (14 апреля 2018 г.). «SD-HOC: Алгоритм сезонной декомпозиции для временных рядов с задержкой в ​​майнинге». Интеллектуальный анализ данных [ SD-HOC: алгоритм сезонной декомпозиции для анализа временных рядов с задержкой ]. Коммуникации в компьютерной и информатике. Том. 845. Спрингер, Сингапур. стр. 125–143. дои : 10.1007/978-981-13-0292-3_8. ISBN 978-981-13-0291-6.
  15. ^ Элементы управления KMC. (2013). Преимущества вентиляции с контролем спроса для вашего здания. Получено 25 марта 2013 г. с сайта http://www.kmccontrols.com/docs/DCV_Benefits_White_Paper_KMC_RevB.pdf. Архивировано 27 июня 2014 г. в Wayback Machine .