Un sensor de dióxido de carbono o CO 2 sensor es un instrumento para la medición de dióxido de carbono gas. Los principios más comunes para los sensores de CO 2 son los sensores de gas infrarrojos ( NDIR ) y los sensores de gas químico. La medición del dióxido de carbono es importante para monitorear la calidad del aire interior , la función de los pulmones en forma de un dispositivo capnógrafo y muchos procesos industriales.
Sensores de CO 2 infrarrojos no dispersivos (NDIR)
Los sensores NDIR son sensores espectroscópicos para detectar CO 2 en un ambiente gaseoso por su característica absorción. Los componentes clave son una fuente de infrarrojos , un tubo de luz , un filtro de interferencia (longitud de onda) y un detector de infrarrojos. El gas se bombea o se difunde en el tubo de luz, y la electrónica mide la absorción de la longitud de onda característica de la luz. Los sensores NDIR se utilizan con mayor frecuencia para medir el dióxido de carbono. [1] Los mejores de estos tienen sensibilidades de 20 a 50 PPM . [1] Los sensores NDIR típicos cuestan en el rango de (US) $ 100 a $ 1000.
Los sensores NDIR CO 2 también se utilizan para CO 2 disuelto para aplicaciones como carbonatación de bebidas, fermentación farmacéutica y aplicaciones de secuestro de CO 2 . En este caso, se acoplan a una óptica ATR (reflexión total atenuada) y miden el gas in situ . Los nuevos desarrollos incluyen el uso de fuentes IR de sistemas microelectromecánicos (MEMS) para reducir los costos de este sensor y crear dispositivos más pequeños (por ejemplo, para su uso en aplicaciones de aire acondicionado ). [2]
También se puede utilizar otro método ( la ley de Henry ) para medir la cantidad de CO 2 disuelto en un líquido, si la cantidad de gases extraños es insignificante. [ se necesita más explicación ]
Sensores fotoacústicos
El CO 2 se puede medir mediante espectroscopia fotoacústica . La concentración de CO 2 se puede medir sometiendo una muestra a pulsos de energía electromagnética (como los de un láser de retroalimentación distribuida [3] ) que está sintonizado específicamente a la longitud de onda de absorción de CO 2 . Con cada pulso de energía, las moléculas de CO 2 dentro de la muestra absorberán y generarán ondas de presión a través del efecto fotoacústico . Estas ondas de presión luego se detectan con un detector acústico y se convierten en una lectura de CO 2 utilizable a través de una computadora o microprocesador. [4]
Sensores químicos de CO 2
Los sensores químicos de gas CO 2 con capas sensibles a base de polímero o heteropolisiloxano tienen la principal ventaja de un consumo de energía muy bajo y de que pueden reducirse en tamaño para adaptarse a sistemas basados en microelectrónicos. En el lado negativo, los efectos de deriva a corto y largo plazo, así como una vida útil general bastante baja, son obstáculos importantes en comparación con el principio de medición NDIR. [5] La mayoría de los sensores de CO 2 están completamente calibrados antes de su envío desde la fábrica. Con el tiempo, el punto cero del sensor debe calibrarse para mantener la estabilidad a largo plazo del sensor. [6]
Sensor de CO 2 estimado
Para ambientes interiores como oficinas o gimnasios donde la principal fuente de CO 2 es la respiración humana , el reajuste de algunas cantidades más fáciles de medir, como las concentraciones de compuestos orgánicos volátiles (VOC) y gas hidrógeno (H 2 ), proporciona un estimador suficientemente bueno de la concentración real de CO 2 para fines de ventilación y ocupación. Los sensores para estas sustancias se pueden fabricar utilizando tecnología de semiconductores de óxido metálico (MOS) MEMS barata (~ $ 20) . La lectura que generan se denomina CO 2 estimado (eCO 2 ) o CO2 equivalente (CO 2 eq) . [7] Aunque las lecturas tienden a ser suficientemente buenas a largo plazo, la introducción de fuentes de COV o CO 2 que no sean de respiración , como pelar frutas o usar perfume , socavará su confiabilidad. Los sensores basados en H 2 son menos susceptibles, ya que son más específicos de la respiración humana, aunque las mismas condiciones que la prueba de hidrógeno en el aliento está configurada para diagnosticar también los alterarán. [8]
Aplicaciones
- Ejemplos:
- Atmósferas modificadas
- Calidad del aire interior
- Detección de polizones
- Almacenes de bodega y gas
- Buques marinos
- Invernaderos
- Gas de vertedero
- Espacios confinados
- Aeroespacial
- Cuidado de la salud
- Horticultura
- Transporte
- Criogenia
- Gestión de la ventilación
- Minería
- Rebreathers (SCUBA)
- Descafeinato
- Para el recuento de ocupación humana en interiores [9] [10]
- Para aplicaciones de HVAC , los sensores de CO 2 se pueden usar para monitorear la calidad del aire y la necesidad personalizada de aire fresco, respectivamente. La medición de los niveles de CO 2 determina indirectamente cuántas personas hay en una habitación y la ventilación se puede ajustar en consecuencia. Ver ventilación controlada por demanda (DCV) . [11]
Ver también
- Analizador de gases de escape
- Sensor de oxigeno
- Detector de gas
Referencias
- ^ a b Sensores de CO 2 a base de carbonato de alto rendimiento, Th. Lang, H.-D. Wiemhöfer y W. Göpel, Conf.Proc.Eurosensors IX, Estocolmo (S) (1995); Sensores y actuadores B, 34, 1996, 383–387.
- ^ Vincent, TA; Gardner, JW (noviembre de 2016). "Un sistema NDIR basado en MEMS de bajo costo para el monitoreo del dióxido de carbono en el análisis del aliento a niveles de ppm" . Sensores y actuadores B: Químico . 236 : 954–964. doi : 10.1016 / j.snb.2016.04.016 .
- ^ Zakaria, Ryadh (marzo de 2010). DISEÑO DE INSTRUMENTACIÓN NDIR PARA LA DETECCIÓN DE GAS CO 2 (PhD). págs. 35–36.
- ^ AG, Infineon Technologies. "Sensores de CO2 - Infineon Technologies" . www.infineon.com . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ Sensoresconfiables de CO 2 basados en polímeros a base de silicio en transductores de microbalanza de cuarzo, R. Zhou, S. Vaihinger, KE Geckeler y W. Göpel, Conf.Proc.Eurosensors VII, Budapest (H) (1993); Sensores y actuadores B, 18-19, 1994, 415-420.
- ^ "Guía de calibración automática de CO2" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 19 de agosto de 2014 . Consultado el 19 de agosto de 2014 .
- ^ Rüffer, D; Hoehne, F; Bühler, J (31 de marzo de 2018). "Nueva plataforma de sensores digitales de óxido de metal (MOx)" . Sensores (Basilea, Suiza) . 18 (4). doi : 10.3390 / s18041052 . PMC 5948493 . PMID 29614746 .
- ^ Herberger S, Herold M, Ulmer H (2009). "Tecnología de sensor de gas MOS para ventilación controlada por demanda" (PDF) . Actas del 4º Simposio Internacional sobre Hermeticidad en Edificios y Ductos y 30ª Conferencia AIVC sobre Tendencias en Edificios de Alto Rendimiento y el papel de la Ventilación . Berlina.
- ^ Arief-Ang, IB; Hamilton, M .; Salim, F. (1 de junio de 2018). "RUP: predicción de utilización de habitaciones grandes con sensor de dióxido de carbono". Computación móvil y generalizada . 46 : 49–72. doi : 10.1016 / j.pmcj.2018.03.001 . ISSN 1873-1589 .
- ^ Arief-Ang, IB; Salim, FD; Hamilton, M. (14 de abril de 2018). Minería de datos [ SD-HOC: Algoritmo de descomposición estacional para series de tiempo rezagadas de minería ]. Springer, Singapur. págs. 125-143. doi : 10.1007 / 978-981-13-0292-3_8 . ISBN 978-981-13-0291-6.
- ^ Controles KMC. (2013). Beneficios de ventilación con control de demanda para su edificio. Consultado el 25 de marzo de 2013 en http://www.kmccontrols.com/docs/DCV_Benefits_White_Paper_KMC_RevB.pdf Archivado el 27 de junio de 2014 en Wayback Machine.