Датчик углекислого газа
Датчик углекислого газа или CO 2 датчик — 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 в виде капнографа и многих промышленных процессов.
Недисперсионные инфракрасные (NDIR) CO 2 датчики
[ редактировать ]
NDIR Датчики 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.
NDIR Датчики CO 2 также используются для измерения растворенного CO 2 в таких приложениях, как карбонизация напитков, фармацевтическая ферментация и CO 2 улавливание . В этом случае они подключаются к оптике ATR (пониженное полное отражение) 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
[ редактировать ]CO 2 можно измерить с помощью фотоакустической спектроскопии . Концентрацию CO 2 можно измерить, подвергнув 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 CO 2 датчики
[ редактировать ]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 CO 2 датчик
[ редактировать ]Для внутренних помещений, таких как офисы или спортивные залы, где основным источником CO 2 человека является дыхание , необходимо пересчитать некоторые более простые для измерения количества, такие как летучие органические соединения (ЛОС) и газообразный водород ( Концентрации H 2 ) обеспечивают достаточно хорошую оценку реальной концентрации CO 2 для целей вентиляции и занятости. [ 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) ) микроэлектромеханических систем (МЭМС технологии металлооксидных полупроводников (МОП ). Показания, которые они генерируют, называются оценками CO 2 (eCO 2 ). [11] или эквивалент 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, водородный дыхательный тест, также нарушат их работу. которые призван диагностировать [12]
Приложения
[ редактировать ]- Примеры:
- Модифицированная атмосфера
- Качество воздуха в помещении
- безбилетных пассажиров Обнаружение
- Подвалы и газовые склады
- Морские суда
- Теплицы
- Свалочный газ
- Замкнутые пространства
- Аэрокосмическая промышленность
- Здравоохранение
- Садоводство
- Транспорт
- Криогеника
- вентиляцией Управление
- Горное дело
- Ребризеры (АКВАЛИН)
- Декофеинизация
- Для подсчета присутствия людей в помещении [13] [14]
- В системах отопления , вентиляции и кондиционирования датчики CO 2 могут использоваться для контроля качества воздуха и индивидуальной потребности в свежем воздухе соответственно. Измерение уровня CO 2 косвенно определяет количество людей в помещении, и вентиляцию можно соответствующим образом отрегулировать. См. вентиляцию с регулированием по потребности (DCV) . [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кампезиду, С.И.; 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 CO 2 и датчиков температуры» . Энергия и здания . 242 : 110863. doi : 10.1016/j.enbuild.2021.110863 . ISSN 0378-7788 . S2CID 233831299 .
- ^ Jump up to: а б Ланг, Т.; Вимхёфер, HD; Гепель, В. (1996). « CO 2 Высокоэффективные датчики на основе карбоната». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 34 (1–3): 383–7. дои : 10.1016/S0925-4005(96)01846-1 .
- ^ Винсент, штат Техас; 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 .
- ^ Закария, Рияд (март 2010 г.). «3.5 Фотоакустическая спектроскопия (PAS)» (PDF) . Проектирование приборов NDIR для CO 2 измерения газа (доктор философии). Крэнфилдский университет. стр. 35–36. hdl : 1826/6784 .
- ^ АГ, Инфинеон Технологии. «Датчики CO 2 — Infineon Technologies» . www.infineon.com . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ Чжоу, Р.; Вайхингер, С.; Гекелер, Кентукки; Гепель, В. (1994). «Надежные CO 2 датчики с полимерами на основе кремния на кварцевых микровесах». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 19 (1–3): 415–420. дои : 10.1016/0925-4005(93)01018-Y .
- ^ « CO 2 Руководство по автокалибровке » (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 августа 2014 г. Проверено 19 августа 2014 г.
- ^ 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 . ПМИД 32196426 . S2CID 214601321 .
- ^ 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 . PMID 37566374 .
- ^ https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210407143809.html. [ только URL ]
- ^ Рюффер, Д; Хёне, Ф; Бюлер, Дж (31 марта 2018 г.). «Новая платформа цифровых датчиков оксидов металлов (MOx)» . Датчики (Базель, Швейцария) . 18 (4): 1052. Бибкод : 2018Senso..18.1052. . дои : 10.3390/s18041052 . ПМЦ 5948493 . ПМИД 29614746 .
- ^ Jump up to: а б Гербергер С., Херольд М., Улмер Х. (2009). «Технология газового МОП-датчика для вентиляции с регулированием по потребности» (PDF) . Материалы 4-го Международного симпозиума по герметичности зданий и воздуховодов и 30-й конференции AIVC по тенденциям в высокоэффективных зданиях и роли вентиляции . Берлин.
- ^ 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. дои : 10.1016/j.pmcj.2018.03.001 . ISSN 1873-1589 . S2CID 13670861 .
- ^ 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. стр. 125–143. дои : 10.1007/978-981-13-0292-3_8 . ISBN 978-981-13-0291-6 .
- ^ «Преимущества вентиляции с контролем спроса для вашего здания» (PDF) . Управление КМК. 2013.