二氧化碳检测原理,及各原理优劣浅析

2021-05-10 产品热点丨美思编辑部

通常一谈到空气质量,大家很容易把关注点集中在PM2.5上,但实际上,过量的二氧化碳也是空气中的隐形“杀手”。

一、CO2浓度过高对人体有哪些危害?


在大自然中,空气中CO2的正常含量在400PPM左右,大城市有时候达到500 PPM;室内没有人的情况下,CO2浓度一般在500到700 PPM左右。

当二氧化碳的浓度达到1000PPM时,人们会感到沉闷,注意力开始不集中,心悸;如果在不透气的卧室里二氧化碳达到1000 PPM,而我们连续睡觉8个小时,早上起床时我们会感觉没有休息好,不想起床。如果办公室的空气中CO2含量达到1000PPM,员工们的工作效率会下降。当CO2浓度达到1500-2000PPM时,人们会感到气喘、头痛、眩晕。

两个人在密闭的卧室里睡一个晚上,CO2的浓度很容易达到2000PPM,办公室的空气中CO2浓度达到2000PPM时,员工们会感觉很困,注意力不集中,精神疲劳。超过2000PPM后,我们甚至不想继续工作,思考能力明显下降。CO2浓度5000PPM以上时人体机能严重混乱,使人丧失知觉、神志不清。

二、CO2典型的几种检测原理

1、热导原理 :热导气敏材料根据不同气体与空气导热系数的差异来测量气体浓度,通常导热系数的差异通过电路转化为电阻的变化,当待检测气体浓度发生变化时,热导元件中的桥臂阻值发生变化。改变的电阻将通过信号调节和转换电路(一种可以将传感元件输出的电信号转换成便于显示、记录和控制的有用信号的电路),得到气体浓度的变化,这种传感器一般受环境温度影响比较大,只能气体做等级量程区分。

2、固态电解质原理:固态电解质气体传感器是一种内含敏感材料电阻的混合式气体敏感元件,该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质,它的阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成,而阳极只是镀金材料,在通过气体时产生离子,从而形成电动势,测量电动势变化量△V大小就可以测量气体浓度。固态电解质在一定浓度范围内线性度较好,随着气体浓度增大线性度衰减比较厉害。

3、半导体原理:半导体气体传感器是以金属氧化物半导体为基础材料,当被测气体在该半导体表面吸附后,引起其电学特性(例如电导率)发生变化;这种原理有着致命缺陷就是受温度、湿度等环境干扰非常严重,目前在民用可燃(还原性气体)检测还有部分市场份额,半导体原理CO2传感器几乎被业界所淘汰。

4、NDIR红外原理 :基于热电堆的气体传感器,利用了非分散红外(NDIR)原理。热电堆传感器由通常串联的大量热电偶组成,串联热电偶的输出电压取决于热电偶结与基准结之间的温度差,该原理称为塞贝克效应。由于各种物质分子内部结构的不同,决定了它们对不同波长光线的选择吸收,即物质只能吸收一定波长的光,物质对一定波长光的吸收关系服从朗伯—比尔(Lambert2Beer)吸收定律。

三、CO2传感器各检测原理浅析

 热导原理广谱性非常明显,对CO2选择性比较差,对LP气体、挥发性有机气体等多种气体均有灵敏度,但是成本相对较低,适用于没有其它气体干扰环境,适合对精度要求不高、对成本非常敏感的产品设计;固态电解质原理具有一定的局限性,比如需要加热、精度不高、寿命短,成本也不低,所以在市面上并未得到广泛认可;NDIR原理比较成熟,利用吸收CO2特定波长方法,对CO2选择性非常好、寿命长、精度可达几十个PPM,近年来被市场普遍认可,成本也在不断下降。在此,推荐一款美思先端的单通道CO2探测器MTP20-B6CO2、一款双通道CO2探测器MTP20-A6CO2以及红外光源MIR-715供大家选择参考。

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