ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة. وهو أحد أهم مكونات الغلاف الجوي. باعتباره المتفاعل الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي، يرتبط تركيز ثاني أكسيد الكربون ارتباطًا مباشرًا بكفاءة التمثيل الضوئي للمحاصيل، ويحدد نمو وتطور المحاصيل ومرحلة النضج ومقاومة الإجهاد وجودة وإنتاجية المحاصيل. ولكن الكثير منها لن يؤدي فقط إلى ظاهرة الاحتباس الحراري وغيرها من التأثيرات، بل سيضر أيضًا بصحة الإنسان. عند 0.3 في المائة، يعاني الأشخاص من صداع ملحوظ، وعند 4-5 في المائة يشعرون بالدوار. البيئة الداخلية، خاصة في الغرف المكيفة، مغلقة نسبيًا. إذا لم يكن هناك تهوية لفترة طويلة، فإن تركيز ثاني أكسيد الكربون سيزداد تدريجيا، وهو ما يضر بصحة الإنسان. وفقًا لمعيار جودة الهواء الداخلي الذي تم تنفيذه في عام 2003، يجب ألا تتجاوز القيمة القياسية لكسر الحجم من متوسط محتوى ثاني أكسيد الكربون اليومي 0.1%.
مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، والتحسن المتزايد في مستوى معيشة الناس واهتمام الناس المتزايد بحماية البيئة، أصبح الرصد الكمي والتحكم في غاز ثاني أكسيد الكربون طلبًا متزايدًا في تكييف الهواء والزراعة والعلاج الطبي والسيارات وحماية البيئة. .تستخدم أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع في الصناعة والزراعة والدفاع الوطني والطب والصحة وحماية البيئة والفضاء وغيرها من المجالات.
تم تقديم مبدأ عمل مستشعر ثاني أكسيد الكربون أدناه.
كل مادة لها طيفها الساطع المميز، وأطياف الامتصاص المقابلة لها، كما هو الحال مع جزيئات غاز ثاني أكسيد الكربون. إن الاهتزاز الشبكي للمواد الخزفية وحركة الإلكترون لهما تأثير عائق، حيث ترتفع درجة الحرارة، ويتم تعزيز اهتزاز الشبكة، وتزداد السعة، ويتم تعزيز عمل الإلكترون المعوق. وفقًا لنظرية الامتصاص الانتقائي للغاز، عندما يتزامن الطول الموجي للانبعاث لمصدر الضوء مع الطول الموجي لامتصاص الغاز، سيحدث امتصاص الرنين، وترتبط شدة الامتصاص بتركيز الغاز. يمكن قياس تركيز الغاز عن طريق قياس شدة امتصاص الضوء.
في الوقت الحاضر، هناك أنواع كثيرة من أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون، بما في ذلك نوع التوصيل الحراري، ونوع مقياس الكثافة، ونوع امتصاص الإشعاع، ونوع الموصلية الكهربائية، ونوع الامتصاص الكيميائي، والنوع الكهروكيميائي، والنوع اللوني، ونوع الطيف الكتلي، والنوع البصري للأشعة تحت الحمراء، وما إلى ذلك.
يعتمد مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون الممتص بالأشعة تحت الحمراء على مبدأ أن طيف امتصاص الغاز يختلف باختلاف المواد. مستشعر ثاني أكسيد الكربون عن طريق التحكم في دائرة تشغيل مصباح الأشعة تحت الحمراء داخل نطاق ثابت من الأشعة تحت الحمراء، وامتصاص الغاز قيد الاختبار، وتغيير سعة ضوء الأشعة تحت الحمراء، مرة أخرى من خلال حساب التحقق للتغيير في تركيز الغاز، وإشارة خرج المستشعر بعد التصفية، والمعالجة المحسنة و جمع وتحويل ADC، والمدخلات إلى المعالجات الدقيقة، ونظام المعالجات الدقيقة وفقا لجمعها تعويض درجة الحرارة المقابلة، والضغط، ودرجة الحرارة، والضغط، وأخيرا حساب إخراج كثافة ثاني أكسيد الكربون إلى جهاز عرض قيد الاختبار. ويشمل بشكل أساسي التحليل الطيفي لامتصاص ليزر الصمام الثنائي القابل للضبط، والتحليل الطيفي الضوئي الصوتي، والتحليل الطيفي لتعزيز التجويف، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء غير الطيفية. يتمتع مستشعر امتصاص الأشعة تحت الحمراء بالعديد من المزايا، والحساسية العالية، وسرعة التحليل السريعة، والاستقرار الجيد، وما إلى ذلك.
مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائي هو مستشعر كيميائي يحول تركيز (أو الضغط الجزئي) لثاني أكسيد الكربون إلى إشارة كهربائية من خلال تفاعل كهروكيميائي. وفقا للكشف عن الإشارات الكهربائية، يتم تقسيم النوع الكهروكيميائي إلى النوع المحتمل والنوع الحالي ونوع السعة. وفقًا لشكل الإلكتروليت، هناك إلكتروليتات سائلة وإلكتروليتات صلبة. منذ سبعينيات القرن العشرين، أصبحت أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون الصلبة محل اهتمام الباحثين على نطاق واسع. مبدأ مستشعر ثاني أكسيد الكربون بالكهرباء الصلبة هو أن المادة الحساسة للغاز تنتج أيونات عند مرورها عبر الغاز، وبالتالي تشكيل القوة الدافعة الكهربائية وقياس القوة الدافعة الكهربائية وذلك لقياس الجزء الحجمي للغاز.
الاستفادة من الموصلية الحرارية المختلفة لثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون هو أيضًا أول جهاز يستخدم للكشف عن مستشعر ثاني أكسيد الكربون. لكن حساسيته منخفضة.
مستشعر غاز الموجة الصوتية السطحية (المنشار) في طبقة الكريستال الكهرضغطية التي تغطي طبقة من الامتزاز الانتقائي لغاز فيلم حساس للغاز، عندما تتفاعل الأفلام الحساسة للغاز مع الغاز قيد الاختبار، تجعل جودة طلاء الفيلم الحساس للغاز، مثل اللزوجة المرنة و تتغير الموصلية، مما يؤدي إلى انحراف تردد الموجة الصوتية السطحية للبلورة الكهرضغطية، للكشف عن تركيز الغاز. يعد مستشعر الغاز للموجة الصوتية السطحية (SAW) نوعًا من أجهزة الاستشعار الحساسة للكتلة. بالإضافة إلى ذلك، يعمل مستشعر الغاز ذو التوازن الدقيق لكريستال الكوارتز على مبدأ مماثل لمستشعر SAW، لذا فهو ينتمي أيضًا إلى المستشعر الحساس للكتلة. جهاز الاستشعار الحساس للكتلة في حد ذاته ليس لديه انتقائية للغاز أو البخار، وانتقائيته كمستشعر كيميائي تعتمد فقط على خصائص مواد طلاء السطح.
يستخدم مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون لأشباه الموصلات مستشعر غاز أشباه الموصلات كمستشعر للغاز، ويتميز مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون لأشباه الموصلات بأكسيد المعدن بخصائص الاستجابة السريعة والمقاومة البيئية القوية والهيكل المستقر.
وقت النشر: 14 أغسطس 2020
