Carbon dioxide là một loại khí không màu, không mùi. Nó là một trong những thành phần quan trọng nhất của khí quyển. Là chất phản ứng chính của quá trình quang hợp, nồng độ carbon dioxide có liên quan trực tiếp đến hiệu quả quang hợp của cây trồng, và quyết định sự sinh trưởng, phát triển, giai đoạn trưởng thành, khả năng chống chịu stress, chất lượng và năng suất cây trồng. Nhưng quá nhiều carbon dioxide không chỉ gây ra hiệu ứng nhà kính và các tác động khác mà còn gây hại cho sức khỏe con người. Ở nồng độ 0,3%, người ta có thể bị đau đầu rõ rệt, và ở mức 4-5% thì cảm thấy chóng mặt. Môi trường trong nhà, đặc biệt là trong phòng điều hòa, tương đối kín. Nếu không có sự thông gió trong thời gian dài, nồng độ carbon dioxide sẽ tăng dần, gây hại cho sức khỏe con người. Theo tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà được thực hiện năm 2003, giá trị tiêu chuẩn của nồng độ carbon dioxide trung bình hàng ngày không được vượt quá 0,1%.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, sự cải thiện ngày càng tăng về mức sống của người dân và sự quan tâm ngày càng lớn của mọi người đối với việc bảo vệ môi trường, việc giám sát và kiểm soát định lượng khí carbon dioxide đang trở thành một nhu cầu ngày càng tăng trong điều hòa không khí, nông nghiệp, y tế, ô tô và bảo vệ môi trường.Cảm biến carbon dioxide được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, quốc phòng, y tế và sức khỏe, bảo vệ môi trường, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến carbon dioxide được giới thiệu dưới đây.
Mỗi chất đều có phổ vạch sáng đặc trưng riêng, và tương ứng với phổ hấp thụ, như các phân tử khí carbon dioxide. Sự dao động mạng tinh thể của vật liệu gốm và chuyển động của electron có tác dụng cản trở lẫn nhau; khi nhiệt độ tăng, dao động mạng tinh thể mạnh hơn, biên độ tăng, tác dụng cản trở của electron cũng mạnh hơn. Theo lý thuyết hấp thụ chọn lọc khí, khi bước sóng phát xạ của nguồn sáng trùng với bước sóng hấp thụ của khí, hiện tượng hấp thụ cộng hưởng sẽ xảy ra, và cường độ hấp thụ của nó tỷ lệ thuận với nồng độ của khí. Nồng độ của khí có thể được đo bằng cách đo cường độ hấp thụ của ánh sáng.
Hiện nay, có rất nhiều loại cảm biến carbon dioxide, bao gồm loại dẫn nhiệt, loại đo mật độ, loại hấp thụ bức xạ, loại dẫn điện, loại hấp thụ hóa học, loại điện hóa, loại sắc ký, loại phổ khối lượng, loại quang học hồng ngoại, v.v.
Cảm biến khí carbon dioxide bằng phương pháp hấp thụ hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý phổ hấp thụ của khí thay đổi tùy thuộc vào chất. Cảm biến carbon dioxide điều khiển mạch đèn hồng ngoại trong một dải hồng ngoại cố định, hấp thụ khí cần kiểm tra, biên độ ánh sáng hồng ngoại thay đổi, sau đó tính toán sự thay đổi nồng độ khí. Tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi được lọc, xử lý tăng cường và thu thập, chuyển đổi bằng ADC, đưa vào vi xử lý. Hệ thống vi xử lý sẽ bù trừ nhiệt độ, áp suất tương ứng dựa trên các giá trị thu thập được, cuối cùng tính toán mật độ carbon dioxide và xuất ra thiết bị hiển thị cần kiểm tra. Nó chủ yếu bao gồm quang phổ hấp thụ laser diode điều chỉnh được, quang phổ quang âm, quang phổ tăng cường khoang và quang phổ hồng ngoại phi quang phổ. Cảm biến hấp thụ hồng ngoại có nhiều ưu điểm như độ nhạy cao, tốc độ phân tích nhanh, độ ổn định tốt, v.v.
Cảm biến khí carbon dioxide điện hóa là một loại cảm biến hóa học chuyển đổi nồng độ (hoặc áp suất riêng phần) của carbon dioxide thành tín hiệu điện thông qua phản ứng điện hóa. Theo phương pháp phát hiện tín hiệu điện, cảm biến điện hóa được chia thành loại điện thế, loại dòng điện và loại điện dung. Theo dạng chất điện phân, có chất điện phân lỏng và chất điện phân rắn. Từ những năm 1970, cảm biến carbon dioxide sử dụng chất điện phân rắn đã được các nhà nghiên cứu quan tâm rộng rãi. Nguyên lý hoạt động của cảm biến carbon dioxide sử dụng chất điện phân rắn là vật liệu nhạy khí tạo ra các ion khi khí đi qua, từ đó tạo thành sức điện động và đo sức điện động để xác định thể tích của khí.
Tận dụng sự khác biệt về độ dẫn nhiệt của carbon dioxide và các khí khác, cảm biến khí carbon dioxide cũng là cảm biến đầu tiên được sử dụng để phát hiện carbon dioxide. Tuy nhiên, độ nhạy của nó thấp.
Cảm biến khí sóng âm bề mặt (SAW) sử dụng tinh thể áp điện phủ một lớp màng nhạy khí có khả năng hấp phụ chọn lọc. Khi màng nhạy khí tương tác với khí cần kiểm tra, chất lượng và đặc tính của lớp phủ màng nhạy khí như độ nhớt đàn hồi và độ dẫn điện sẽ thay đổi, dẫn đến tần số sóng âm bề mặt của tinh thể áp điện bị dịch chuyển, từ đó phát hiện nồng độ khí. Cảm biến khí sóng âm bề mặt (SAW) là một loại cảm biến nhạy khối lượng. Ngoài ra, cảm biến khí vi cân bằng tinh thể thạch anh hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như cảm biến SAW, do đó nó cũng thuộc loại cảm biến nhạy khối lượng. Bản thân cảm biến nhạy khối lượng không có tính chọn lọc đối với khí hoặc hơi, và tính chọn lọc của nó như một cảm biến hóa học chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của chất phủ bề mặt.
Cảm biến khí cacbon dioxide bán dẫn sử dụng cảm biến khí bán dẫn làm cảm biến khí, và cảm biến khí cacbon dioxide bán dẫn oxit kim loại có đặc điểm là phản hồi nhanh, khả năng chống chịu môi trường tốt và cấu trúc ổn định.
Thời gian đăng bài: 14 tháng 8 năm 2020
