您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
二氧化碳傳感器的分類及原理
二氧化碳是一種無色無味的氣體，它是大氣重要組成成分之一。二氧化碳作為光合作用的主要反應(yīng)物，其濃度大小直接關(guān)系到農(nóng)作物的光合效率，決定著農(nóng)作物的生長發(fā)育，成熟期，抗逆性，質(zhì)量，產(chǎn)量等。但其含量過高除了會產(chǎn)生溫室效應(yīng)等多種影響，還會危害人類的健康。當(dāng)濃度達(dá)到0.3%時(shí)人們會出現(xiàn)明顯的頭痛，達(dá)到4%-5%時(shí)會感到眩暈。室內(nèi)環(huán)境尤其是在空調(diào)房間，環(huán)境相對密封，如果長時(shí)間不通風(fēng)換氣，二氧化碳濃度會逐漸升高，對人體健康不利，根據(jù)2003年實(shí)施的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，日平均二氧化碳含量體積分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)值不超過0.1%。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高以及人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，在空調(diào)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、汽車及環(huán)保等方面，對二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行定量監(jiān)測與控制已經(jīng)成為日益增長的需求。
二氧化碳傳感器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、航空航天等許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。
下面向大家介紹一下二氧化碳傳感器的工作原理。
任何物質(zhì)都有其特征明線光譜，相應(yīng)的也會有吸收光譜，二氧化碳?xì)怏w分子亦然。陶瓷材料的晶格的振動和對電子運(yùn)動產(chǎn)生阻礙作用，溫度升高，晶格振動加強(qiáng)、振幅加大，阻礙電子作用增強(qiáng)。根據(jù)氣體選擇性吸收理論可知，當(dāng)光源的發(fā)射波長與氣體的吸收波長相吻合時(shí)，就會發(fā)生共振吸收，其吸收強(qiáng)度與該氣體的濃度有關(guān)，通過測量光的吸收強(qiáng)度就可測量氣體的濃度。
目前二氧化碳傳感器的種類很多，就其原理來分有熱導(dǎo)式、密度計(jì)式、輻射吸收式、電導(dǎo)式、化學(xué)吸收式、電化學(xué)式、色譜式、質(zhì)譜式、紅外光學(xué)式等。
紅外吸收型二氧化碳?xì)怏w傳感器是基于氣體的吸收光譜隨物質(zhì)的不同而存在差異的原理制成的。二氧化碳傳感元件通過驅(qū)動電路控制內(nèi)部紅外燈發(fā)出固定波段的紅外光，經(jīng)待測氣體的吸收，紅外光幅值發(fā)生變化，再通過檢測變化量計(jì)算待測氣體的濃度，即傳感元件輸出的信號分別經(jīng)過濾波、放大處理和ADC采集轉(zhuǎn)換、輸入到微處理器，微處理器系統(tǒng)根據(jù)采集到的溫度、壓力進(jìn)行相應(yīng)的溫度、壓力補(bǔ)償處理，終計(jì)算出待測的二氧化碳濃度值輸出到顯示設(shè)備。主要有可調(diào)諧二極管激光吸收光譜、光聲光譜技術(shù)、腔增強(qiáng)光譜技術(shù)和非分光紅外光譜技術(shù)等。紅外吸收型傳感器優(yōu)點(diǎn)很多，靈敏度高、分析速度快、穩(wěn)定性好等。
電化學(xué)二氧化碳?xì)怏w傳感器是將二氧化碳的濃度（或分壓）通過電化學(xué)反反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電信號的一類化學(xué)傳感器。按照檢測電信號來分，電化學(xué)型分為電位型、電流型和電容型。按照電解質(zhì)的形態(tài)，有液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)之分。自20世紀(jì)70年代至今，固體電解質(zhì)二氧化碳傳感器一直深受廣大科研工作者的關(guān)注。固體電解質(zhì)二氧化碳傳感器的原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動勢，測量電動勢從而測量氣體體積分?jǐn)?shù)。
利用二氧化碳與其他氣體熱傳導(dǎo)率的不同制作熱導(dǎo)式二氧化碳?xì)怏w傳感器也是早用來檢測二氧化碳的一種傳感器。但其靈敏度低。
聲表面波氣敏傳感器在壓電晶體涂覆一層有選擇吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用，使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量、粘彈性和電導(dǎo)率等特性發(fā)生變化，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移，從而檢測出氣體的濃度。聲表面波氣體傳感器屬于質(zhì)量敏感型傳感器的一種，另外石英晶體微量天平氣體傳感器與聲表面波傳感器工作原理類似，也屬于質(zhì)量敏感型傳感器。質(zhì)量敏感型傳感器本身對氣體或蒸氣不具有選擇性，其作為化學(xué)傳感器的選擇性僅僅依賴于表面涂層物質(zhì)的性質(zhì)。
半導(dǎo)體式二氧化碳?xì)怏w傳感器利用半導(dǎo)體氣敏元件作為敏感元件的氣體傳感器，金屬氧化物半導(dǎo)體二氧化碳?xì)怏w傳感器特點(diǎn)有響應(yīng)快、耐環(huán)境能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。