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红外二氧化碳传感器的工作原理

关键词:红外气体传感器,电路设计,传感器点击:
  二氧化碳传感器的工作原理
  随着我国大气污染日益严重,大半个中国都被雾霾严重袭击。传感器作为测量气体浓度的一种检测装置也在此同时不断的出现和发展。传感器的种类繁多,每种传感器都适用一定的应用领域,在测量气体上包括化学传感器、陶瓷传感器和测量湿度的温湿度记录仪,二氧化碳传感器等。
  传感器需要经常校准,并只能在清洁的环境中工作。传统的二氧化碳传感器对于像co2这样的不可燃气体的测量尤其困难,化学传感器很难胜任这项工作,使用寿命也很短。其他的各种间接测量方法,由于它们通常不仅仅对一种气体组成度敏感。所以其精度很低且漂移量较大。与化学二氧化碳传感器相比,光学测量仪器有许多优点,但其昂贵的价格也确时降低了它的市场竞争力。不过,随着产品集成化程度的提高,其生产成本也正在降低。
  这种二氧化碳传感器的工作原理是:采用了单束双波长非发散性红外线洲量方法,其独特之处在于它的滤光镜——1种袖珍电子调谐干扰仪。这种滤光铣保证了它所透过的光波波长的精确性和稳定性,避免了由于滤光镜厦探刹器不匹配而发生的问题及传统的旋转式滤光镜所产生的磨损。
  各种气体都会吸收光。不同的气体吸收不同波长的光,比如co2就对红外线(波长为4。26m)最敏感。二氧化碳分析仪通常是把被测气体吸入一个测量室,测量室的一端安装有光源而另一端装有滤光镜和探测器。滤光镜的作用是只容许某一特定波长的光线通过。探测器则测量通过测量室的光通量。探测器所接收到的光通量取决于环境中被测气体的浓度。
 
二氧化碳传感器
 
  二氧化碳传感器检测方法分类
  目前二氧化碳传感器的检测方法有很多种,主要有气相色谱法,滴定法,固体电解质式,电容式,光纤检测法,红外吸收法等多种方法。下面对这些方法做简要介绍:
  1.1气相色谱法
  气相色谱法是将二氧化碳在色谱柱中与空气的其他成分完全分离后,进入热导检测器的工作臂,使该臂电阻值的变化与参考臂电阻值的变化不相等,惠斯通电桥失去平衡而产生的信号输出。在线性范围内,信号大小与进入检测器的二氧化碳浓度成正比。从而进行定性与定量测定。在进样3mL时,测定浓度范围是0.02%~0.6%,低检出浓度为0.014%。由于采用了气象色谱分离技术,所以空气、水、CO等均不影响测定,但是色谱分析条件常因实验条件不同而有差异,所以应根据所用气相色谱仪的型号和性能,制定能分析二氧化碳的佳色谱分析条件。且在测量过程中需要配制标准气,并用纯氮气对标准气进行稀释,过程繁琐,且操作时间较长,难以保证测量准确度。
  1.2滴定法
  滴定法是用过量的氢氧化钡溶液与空气中二氧化碳作用生成碳酸钡沉淀,采样后剩余的氢氧化钡用标准乙二酸溶液滴定至酚酞试剂红色刚褪。由容量法滴定结果除以所采集的空气样品体积,即可测得空气中二氧化碳的浓度。滴定溶液需要前两天配置好,所需时间较长,不能被广泛采用。
  1.3固体电解质式二氧化碳传感器传感器
  固体电解质式二氧化碳传感器传感器有较长的发展史,它是利用固体电解质气敏元件作为敏感元件的气体传感器,利用电极反应的总反应式计算二氧化碳传感器含量,在不断的发展过程中,主要通过改变电解质来提高传感器性能。初期,用K2CO3作为固体电解质,设计了一种电位型二氧化碳传感器气体传感器,但是由于K2CO3易受与之共存的水蒸气的影响,难以实用。随后,用稳定性较好的锆酸盐ZrO2-MgO设计了一种二氧化碳传感器气体敏感传感器,现在有人采用聚丙烯晴(PAN),二甲亚砜(DMSO)和高氯酸四丁基铵(TBAP)制备一种新型的固体聚合物电解质。当配比合适时,有高达10-4S/cm的温室离子电导率和好的空间网状多孔结构,尤其在金微电极上成膜构成的全固态电化学体系,在常温下对二氧化碳传感器气体有良好的电流响应特性,消除了传统电化学传感器因电解液渗漏或干涸带来的弊端,同时具有体积小,使用方便的优点,但是使用时间较短,且预热时间长达几个小时,不能及时测量,不适合新型农业检测使用。
 
  二氧化碳分析仪适用于粮食、蔬菜、干鲜果品、药材、烟草等气调储藏以及保鲜工作进行测定。工业方面:环保、化工、电站、冶炼、锅炉、窑炉废气等测定。二氧化碳分析仪是低功耗的产品。能快速测定混合气体中的CO2百分比含量,测定部分采用新型CO2双传感器,提高了测试精度。用高亮数码管显示,读数直观清晰。
 
  CO2红外线气体分析根据由异原子组成的具有偶极矩的气体分子如CO2,CO,H2O,SO2,CH3,NH4,NO等在2.5~25um的红外光区都有特异的吸收带,CO2在中段红外区的吸收带有4处,其中4.26um的吸收带zui强,而且不与H2O相互干扰。红外线CO2分析就是通过检测CO2对4.26um光谱的吸收来测定光合作用过程中CO2的变化量。因为CO2吸收的4.26um红外光能与其吸收系数(K)、气体的浓度(C)和测定的气室长度(L)有关,并服从比尔一兰伯特定律:E=Eoe-KCL因为测定仪在设计过程中将确定了Eo(初级始发能量)和L(气室长度),-K,e为常数,而E(测定未端的能量)就有了与C(被测气体浓度)的对应关系,通过测定E就可测定出CO2浓度。ECACO2红外线气体分析采用单片机的智能管理技术,除了监测环境中的CO2变化外,还同时根据用户设定定时纪录测量结果,测量结果可以在机内存储和与计算机通讯。
 
  二氧化碳分析仪特点
■体积小、重量轻,便于携带
■液晶数字显示
■可以观测、自动/手动记录CO2,并具有存储和与计算机通讯的功能
■分辨率高,稳定性极强
■设置有标准气接口,可以非常方便校对
■RS-232接口,方便的进行数据处理
■交直两用,适应任何场。


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