0962875986
sales@pgtech.com.vn
Giỏ hàng 
Cảm biến khí CO2 là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến khí CO2
21/10/2024
Lượt xem: 308
Ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực HVAC, thiết bị cảm biến của Belimo nổi lên trong giới công nghệ thế giới bởi tính đa dạng, nhỏ gọn, hiệu quả và điều khiển thông minh. Việc tạo ra một môi trường an toàn cho sức khỏe con người là mục tích hướng tới của nhà sản xuất Belimo Thụy Sỹ. Cũng chính lí do này, PGTECH đã trở thành nhà phân phối đại diện Belimo tại thị trường Việt Nam từ nhiều năm đến nay. Chúng tôi nhập khẩu và phân phối dòng Cảm biến khí CO2 được thiết kế để phát hiện carbon dioxide (CO2), nhiệt độ và độ ẩm tương đối (tùy chọn) trong không gian sống. Bất cứ nơi nào mọi người ở trong phòng, nồng độ CO2 sẽ là chỉ báo rõ ràng về chất lượng không khí trong phòng. Đối với phép đo CO2, Belimo sử dụng “Công nghệ hồng ngoại không phân tán (NDIR)” với chức năng hiệu chuẩn tự động được sử dụng. Đối với khóa trực tiếp vào DDC hoặc hệ thống giám sát, có sẵn đầu ra tương tự 0...10V. Ngoài ra, các thiết bị WRF04 CO2...có thể được cung cấp với cảm biến nhiệt độ thụ động ví dụ như PT100, PT1000, NTC10k, v.v. Hãy cùng PGTECH tìm hiểu về dòng cảm biến khí CO2 của Belimo có đặc điểm như thế nào, và các loại cảm biến khí CO2 phổ biến trên thị trường cùng nguyên lý hoạt động của cảm biến khí CO2 như thế nào thông qua bài viết này.
Tổng quan về dải sản phẩm cảm biến Belimo, những đặc tính kỹ thuật nổi bật
Cảm biến khí CO2 là gì? Tại sao cần phải giám sát khí CO2?
Cảm biến khí CO2, còn được gọi là cảm biến carbon dioxide (cacbon đioxit), là thiết bị được thiết kế để đo và theo dõi nồng độ khí carbon dioxide trong môi trường xung quanh.
Hàm lượng khí CO2 trong không khí trong lành là 0,04%. Nếu hàm lượng CO2 có trong không khí trong nhà vượt quá một mức nhất định, sẽ xảy ra tình trạng khó chịu và gây ra ngộ độc ở một mức độ nhất định:
- 2,5% : Không có triệu chứng trong vài giờ;
- 3.0% : Số lần thở tăng lên một cách vô thức;
- 4,0% : xuất hiện triệu chứng kích ứng tại chỗ;
- 6,0% : Tăng thể tích hô hấp;
- 8,0% : khó thở;
- 10,0% : bất tỉnh, dẫn đến tử vong sớm;
- 20,0% : Tình trạng tê liệt xảy ra sau vài giây và tim ngừng đập.
Vì vậy, không gian được giám sát khí CO2 sẽ đảm bảo cung cấp một môi trường sạch sẽ, an toàn và giúp duy trì chi phí năng lượng phù hợp. Bảng dưới đây mô tả về nồng độ khí CO2 trong không khí, đơn vị ppm (phần triệu), và các triệu chứng tương ứng.
| Nồng độ | PPM | Triệu chứng |
|---|---|---|
| 0.04% (Không khí trong lành) | 400 ppm | Không có triệu chứng |
| 2.50% | 25,000 ppm | Không có triệu chứng trong vài giờ |
| 3.00% | 30,000 ppm | Tăng tần suất thở, dẫn đến bất tỉnh |
| 4.00% | 40,000 ppm | Xuất hiện các triệu chứng kích ứng tại chỗ |
| 6.00% | 60,000 ppm | Tăng thể tích hô hấp |
| 8.00% | 80,000 ppm | Khó thở |
| 10.00% | 100,000 ppm | Bất tỉnh, dẫn đến tử vong |
| 20.00% | 200,000 ppm | Bị tê liệt trong vài giây, tim ngừng đập |
Cảm biến khí CO2 của Belimo
Thiết bị cảm biến của Belimo có độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, và tích hợp liền mạch với Hệ thống Tự động hóa Tòa nhà trung tâm (BAS). Belimo cung đầy đủ dải sản phẩm về các giải pháp thiết bị hiện trường bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến khí CO2, và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) trong các ứng dụng hệ đường ống. Tất cả các sản phẩm của Belimo được chế tạo theo tiêu chuẩn chất lượng đẳng cấp thế giới.
Chi tiết kỹ thuật của dòng cảm biến khí CO2 Belimo:
- Cảm biến phòng để đo nồng độ CO2 và nhiệt độ trong phòng
- Dải đo nồng độ CO2 từ 0...2000ppm và dải đo nhiệt độ từ 0...50°C
- Đầu ra 0...10V
- Nguồn điện DC 15-24V / AC 24V
- Cảm biến nhiệt độ thụ động tùy chọn (không có sẵn cho loại LK CO2)
- Tùy chọn có màn hình LCD để hiển thị nồng độ CO2, nhiệt độ và độ ẩm tương đối
- Tùy chọn có 3 đèn LED để hiển thị nồng độ CO2
- Tùy chọn có đầu ra tương tự cho độ ẩm tương đối
Phân loại Cảm biến khí CO2
Có một số cách khác nhau để đo mức CO2 và mỗi loại cảm biến sử dụng một nguyên lý đo khác nhau. Sau đây là các loại cảm biến khí CO2 phổ biến nhất:
Cảm biến NDIR (cảm biến hồng ngoại không phân tán)
Cảm biến khí CO2 loại NDIR sử dụng các đặc tính hấp thụ của bức xạ hồng ngoại để đo nồng độ CO2.
Các cảm biến này bao gồm một nguồn sáng hồng ngoại (thường là bóng đèn hồng ngoại), một buồng quang học và một máy dò hồng ngoại. Nguồn sáng phát ra bức xạ hồng ngoại ở một bước sóng cụ thể, đi qua buồng quang học. Khi ánh sáng đi qua buồng, các phân tử CO2 hấp thụ các bước sóng cụ thể của ánh sáng hồng ngoại. Một máy dò hồng ngoại đo cường độ ánh sáng đi qua buồng và dựa trên sự hấp thụ CO2 ở các bước sóng cụ thể, tính toán và đưa ra nồng độ CO2.
Cảm biến dẫn nhiệt - Thermal Conductor sensors
Cảm biến khí CO2 loại dẫn nhiệt đo nồng độ CO2 dựa trên mối quan hệ giữa độ dẫn nhiệt của khí CO2 và nồng độ của nó. Cảm biến bao gồm một cặp nhiệt điện hoặc nhiệt điện trở, với một phần được làm nóng và duy trì ở nhiệt độ không đổi, và một phần khác đóng vai trò là nhiệt độ tham chiếu. Khi khí CO2 chảy qua cảm biến, nó mang nhiệt từ phần được làm nóng đi, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ. Cảm biến đo chênh lệch nhiệt độ này và chuyển đổi thành nồng độ CO2.
Cảm biến bán dẫn - Semiconductor Sensor
Cảm biến khí CO2 bán dẫn sử dụng các đặc tính điện của vật liệu bán dẫn oxit để đo nồng độ CO2. Các cảm biến loại này thường sử dụng các vật liệu nhạy cảm với khí oxit kim loại như thiếc dioxide (SnO2). Khi khí CO2 tiếp xúc với vật liệu oxit, phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt vật liệu, gây ra sự thay đổi điện trở của vật liệu. Sự thay đổi điện trở này tỷ lệ thuận với nồng độ CO2 và cảm biến đo sự thay đổi điện trở này để xác định nồng độ CO2.
Có một số loại cảm biến khí CO2, nhưng loại phổ biến nhất là loại dựa trên công nghệ hồng ngoại không phân tán (NDIR non-dispersive infrared).
Nguyên lý hoạt động của Cảm biến khí CO2 loại cảm biến NDIR (hồng ngoại không phân tán)
Do cấu trúc bên trong của các phân tử của các chất khác nhau nên sự hấp thụ chọn lọc của chúng đối với ánh sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau, nghĩa là: các chất chỉ có thể hấp thụ ánh sáng có bước sóng nhất định và mối quan hệ hấp thụ của các chất đối với ánh sáng có bước sóng nhất định tuân theo định luật hấp thụ Lambert-Beer.
Biểu đồ này là một phổ hấp thụ của các phân tử khí khác nhau trong miền hồng ngoại (infrared spectrum), được biểu diễn dưới dạng cường độ đường hấp thụ, tức khả năng các phân tử hấp thụ bức xạ tại các tần số hoặc số sóng khác nhau, theo đơn vị cm/phân tử dựa trên số sóng (wavenumber) tính bằng cm⁻¹, cũng tương ứng với bước sóng của bức xạ hồng ngoại.
Các đường và dải màu trên biểu đồ đại diện cho các khí khác nhau (như N₂O, NH₃, CO₂, CH₄, O₃, v.v.), và vùng hấp thụ phổ của chúng trong các khoảng số sóng khác nhau. Màu sắc và ký hiệu của các khí tương ứng được chú thích trong phần bên trái biểu đồ.
Đối với cảm biến khí CO2 hồng ngoại, nguồn sáng hồng ngoại phát ra ánh sáng hồng ngoại 1-20 μm, được hấp thụ bởi buồng khí có chiều dài nhất định, sau đó đi qua bộ lọc băng hẹp có bước sóng 4,26 μm và được giám sát bởi một máy dò hồng ngoại truyền ánh sáng hồng ngoại có bước sóng 4,26 μm. Cường độ ánh sáng biểu thị nồng độ khí CO2.
Sau đây là cách hoạt động của cảm biến NDIR:
Nguồn hồng ngoại: Cảm biến NDIR bao gồm một nguồn sáng hồng ngoại, thường là bóng đèn hồng ngoại hoặc đèn LED. Nguồn phát ra ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng cụ thể tương ứng với dải hấp thụ của khí được đo, trong trường hợp này là CO2.
Buồng quang học: Cảm biến chứa một buồng quang học hoặc ô cho phép ánh sáng hồng ngoại đi qua. Buồng được thiết kế để đảm bảo rằng mẫu khí được đo tương tác hiệu quả với ánh sáng hồng ngoại. Tương tác mẫu khí: Mẫu không khí chứa CO2 được đưa vào buồng quang học. Khi ánh sáng hồng ngoại đi qua buồng, các phân tử CO2 trong mẫu khí hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng cụ thể phù hợp với dải hấp thụ của chúng.
Máy dò: Ở phía bên kia của buồng quang học, có một máy dò hồng ngoại đo cường độ của ánh sáng hồng ngoại đã đi qua buồng. Máy dò có thể là một điốt quang, máy dò quang hoặc các loại thiết bị nhạy cảm với hồng ngoại khác.
Kênh tham chiếu: Cảm biến NDIR thường sử dụng kênh tham chiếu để bù đắp cho các biến thể trong điều kiện môi trường và đảm bảo các phép đo chính xác. Kênh tham chiếu đo cường độ của ánh sáng hồng ngoại chưa được khí mục tiêu hấp thụ, cung cấp tham chiếu cơ sở để so sánh.
Xử lý tín hiệu: Máy dò chuyển đổi cường độ ánh sáng hồng ngoại truyền đi thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được xử lý bởi bộ phận điện tử của cảm biến, trừ cường độ của kênh tham chiếu khỏi kênh đo để cô lập sự hấp thụ do khí CO2 gây ra.
Hiệu chuẩn và Đầu ra: Cảm biến NDIR cần hiệu chuẩn để thiết lập mối quan hệ giữa tín hiệu đo được và nồng độ CO2 thực tế. Sau khi hiệu chuẩn, cảm biến cung cấp tín hiệu đầu ra, thường ở dạng điện áp tương tự hoặc tín hiệu số, tương ứng với nồng độ CO2 trong không khí.
Mối quan hệ giữa độ truyền hồng ngoại và nồng độ khí được thể hiện bằng định luật Lambert-Beer:
T = I / I₀ = e^(-εcd)
- T biểu thị độ truyền của ánh sáng hồng ngoại qua mẫu khí,
- I biểu thị cường độ của ánh sáng hồng ngoại truyền qua,
- I₀ biểu thị cường độ của ánh sáng hồng ngoại chiếu tới,
- ε biểu thị độ hấp thụ mol hoặc hệ số hấp thụ của khí,
- c biểu thị nồng độ khí và d biểu thị độ dài đường đi của mẫu khí.
Phương trình này dựa trên Định luật Lambert- Beer, mô tả mối quan hệ giữa độ truyền ánh sáng qua môi trường, nồng độ chất hấp thụ trong môi trường và độ dài đường đi của môi trường.
Theo phương trình, độ truyền dẫn (T) là tỷ số giữa cường độ ánh sáng truyền qua (I) với cường độ ánh sáng tới (I₀). Nó liên quan đến nồng độ (c) của khí và độ dài đường đi (d) thông qua số mũ của số e^(-εcd).
Số εcd biểu thị tích của độ hấp thụ mol (ε), là thước đo mức độ khí hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng cụ thể và nồng độ (c) của khí nhân với độ dài đường đi (d) của mẫu khí. Số này định lượng mức độ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của mẫu khí.
Khi nồng độ hoặc độ dài đường đi tăng, số εcd tăng, dẫn đến giảm độ truyền qua (T) của ánh sáng hồng ngoại. Sự giảm độ truyền qua này tương ứng với sự hấp thụ ánh sáng cao hơn của mẫu khí, cho thấy nồng độ khí cao hơn.
Bằng cách đo độ truyền của ánh sáng hồng ngoại qua mẫu khí và biết được độ dài đường đi và độ hấp thụ mol của khí, nồng độ khí có thể được tính toán bằng phương trình Định luật Lambert-Beer.
Ứng dụng của cảm biến khí CO2
Cảm biến khí CO2 có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau do tầm quan trọng của việc theo dõi và kiểm soát mức carbon dioxide. Sau đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến CO2:
Giám sát chất lượng không khí trong nhà (IAQ)
Cảm biến khí CO2 được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà, văn phòng, trường học và nhà ở để giám sát chất lượng không khí trong nhà. Nồng độ CO2 cao có thể chỉ ra tình trạng thông gió không đầy đủ, có thể dẫn đến khó chịu, giảm năng suất và các vấn đề về sức khỏe. Cảm biến khí CO2 giúp đảm bảo thông gió thích hợp và cho phép điều chỉnh để duy trì chất lượng không khí trong nhà tối ưu.
Hệ thống HVAC
Cảm biến khí CO2 được tích hợp vào hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng. Bằng cách đo mức khí CO2, cảm biến cho phép thông gió theo nhu cầu, điều chỉnh luồng khí dựa trên mức độ chiếm dụng và nồng độ CO2 để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng trong khi vẫn duy trì môi trường trong nhà lành mạnh.
An toàn công nghiệp
Trong môi trường công nghiệp, cảm biến khí CO2 được sử dụng để theo dõi và phát hiện mức độ carbon dioxide có khả năng gây nguy hiểm. Các ngành công nghiệp như nhà máy bia, sản xuất đồ uống và sản xuất hóa chất sử dụng cảm biến CO2 để đảm bảo an toàn cho người lao động và ngăn ngừa sự tích tụ mức độ CO2 nguy hiểm.
Nhà kính và Nông nghiệp
Trong hoạt động nhà kính và nông nghiệp, cảm biến khí CO2 đóng vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng và năng suất của cây trồng. Theo dõi và kiểm soát mức CO2 trong môi trường nhà kính có thể tăng cường quá trình quang hợp và tăng trưởng của cây trồng, dẫn đến cải thiện năng suất cây trồng.
Ngành công nghiệp Ô tô
Cảm biến khí CO2 được sử dụng trong các ứng dụng ô tô, đặc biệt là trong các xe có động cơ đốt trong. Chúng giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu và giảm lượng khí thải bằng cách cung cấp phản hồi theo thời gian thực về mức CO2 trong khí thải, cho phép hệ thống điều khiển động cơ điều chỉnh hỗn hợp không khí-nhiên liệu để đốt cháy tối ưu.
Giám sát môi trường
Cảm biến khí CO2 được sử dụng trong giám sát môi trường để đo và theo dõi mức CO2 trong môi trường ngoài trời. Dữ liệu này rất cần thiết cho nghiên cứu về biến đổi khí hậu, nghiên cứu chu trình carbon và đánh giá tác động của hoạt động của con người lên môi trường.
An toàn trong không gian hạn chế
Cảm biến khí CO2 được sử dụng trong giám sát không gian hạn chế để phát hiện mức carbon dioxide cao có thể gây nguy hiểm cho người lao động. Các cảm biến này cung cấp các dấu hiệu cảnh báo sớm và giúp đảm bảo an toàn cho người lao động trong các môi trường như bể chứa, đường hầm và không gian ngầm.
Liên hệ
PGTECH cung cấp giải pháp Cảm biến cho hệ HVAC gồm Cảm biến nhiệt độ, Cảm biến áp suất, Cảm biến độ ẩm, Cảm biến khí CO & NO2, Cảm biến CO2, Cảm biến chênh áp, Bảm biến lưu lượng, Cảm biến phòng... Đây là những giải pháp ưu việt để phát hiện nồng độ khí có hại tại các không gian kín, hoặc không gian mở như trong phòng, bãi đỗ xe indoor, nhà để xe nhiều tầng của tòa nhà, nhà xưởng để từ đó có những hành động xử lý nguồn khí phù hợp, mang lại sự an toàn cho con người và hiệu quả năng lượng. Những đặc tính nổi trội của Thiết bị Cảm biến Belimo đó là dòng sản phẩm tự động hóa chất lượng cao, có độ chính xác cao và an toàn, bền bỉ, thông minh. Vui lòng liên hệ trực tiếp với PGTECH để nhận được tư vấn chi tiết về dải thiết bị cảm biến Belimo chất lượng cao này.
PGTech Co., Ltd - Nhà phân phối các thiết bị, sản phẩm công nghiệp uy tín hàng đầu tại Việt Nam và các nước trong Khu Vực
Copyright © - Bản quyền bài viết thuộc về PGTech Việt Nam
Ban Biên Tập Tin Tức: PGTECH
Kỹ Sư: Hữu Quỳnh
PGTECH CO., LTD