Принцип действия датчика углекислого газа, варианты дешевых комнатных газоанализаторов

Модели датчиков СО2

На современном рынке в продаже представлено специализированное оборудование — датчики СО2, которые позволяют контролировать уровень концентрации двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе. В основном оборудование монтируется на стене, промышленные датчики подключаются напрямую к системе вентилирования. В итоге, когда повышается предельно допустимая концентрация СО2 во вдыхаемом воздухе, начинает работать вентиляционная система, из помещения выводится газ, повышается качество вдыхаемого воздуха.

Есть в продаже также уже готовые вентиляционные системы, которые в составе компонентов уже содержат анализаторы качества воздуха в помещении.

Среди моделей существуют устройства с релейным и аналоговым выходом, с возможностью подключения специального монитора. Многие производители делают только один выход, в итоге умельцам приходится дорабатывать конструкцию устройства, добавляя количество выходов. Такой самодельный датчик считается наиболее производительным и эффективным за счет того, что совместим с любой системой вентилирования, вне зависимости от производителя и модели.

Обязательный компонент датчика СО2 — это наличие функции самостоятельной калибровки. Функция позволяет устройству автоматически подстраивать свои показатели для более точного анализа качества воздуха.

На рынке датчики СО2 представлены следующими моделями:

• Настенные модели с реле, имеющие световую индикацию и кнопочное управление основными функциями.
• Настенные модели без индикаторов и платы электронного управления.
• Самостоятельные приборы, которые устанавливаются на столе и показывают дополнительную информацию (время, уровень влажности, температуру).

В основном датчики СО2 подключаются к слаботочным электрическим сетям, некоторые модели предусматривают в конструкции наличие дополнительного блока питания.Ниже в таблице представлены наиболее функциональные модели.

Возможности датчиков

Работа всех датчиков СО2 построена на способности измерять уровень концентрации углекислого газа в воздушных массах, в случае, если концентрация превышает допустимые значения и становится опасной, датчик подает сигнал либо автоматически активирует работу вентиляционной системы (в зависимости от модели).

Удобнее всего использовать устройства с аналоговым выходом. Вся информация о концентрации СО2 в анализируемых атмосферных массах отображается на подключаемых мониторах.

Датчики СО2 калибруются ручным и автоматическим способом. Сразу после установки оборудования и при первом запуске необходимо настроить датчик: прибор подключается к бесперебойному источнику питания, а помещение тщательно проветривается. Оптимальным показателем считается 300 ppm (0,003%) (данное значение принимается за нулевой показатель).

Современные модели калибровать нужно в ручном режиме всего один раз – после подключения и первого запуска. В дальнейшем калибровка происходит в автоматическом режиме.

Современные датчики сразу после подключения и пробного запуска самостоятельно проводят установочные процедуры, а также выполняют тестирование всех составных компонентов. В итоге первое время показатели, отображаемые на мониторе, отличаются от реальных данных о концентрации диоксида углерода.

Симптомы

Двуокись углерода, даже при превышении показателей нормальной концентрации, не имеет запаха, при этом определить превышение можно не только по показателям анализаторов, но и при появлении специфических симптомов.

Длительное вдыхание воздуха, перенасыщенного СО2, начинают наблюдаться следующие симптомы:

• Общая усталость организма.
• Рассеянность.
• Отсутствие концентрации внимания.
• Проблемы с дыханием.
• Сонливость.
• Снижение работоспособности.

Чаще всего указанные проблемы появляются при длительной работе в замкнутых помещениях, в которых одновременно находится большое количество человек (проблема распространена в учреждениях здравоохранения, в больницах и пр.).Лабораторным способом было установлено, что для человека нормальной считается концентрация газа от 0,04 до 0,07%. Повышение концентрации, регистрируемое датчиками, до 0,1% уже вызывает неприятные симптомы.

Чаще всего показатели 0,07-0,1% регистрируются датчиками в переполненных помещениях, а также в общественном транспорте. Использование современных анализаторов качества атмосферного воздуха позволяет своевременно выявить проблемы и организовывать проветривание и вентилирование комнат.

Эксплуатация

Датчики углекислого газа, являющиеся одним из основных критериев эффективности вентиляционных систем, в зависимости от комплектации, могут устанавливаться в обслуживаемой зоне (на высоте 1-2 метра над уровнем пола), или в сборном вытяжном воздуховоде. Через прибор должно проходить достаточное количество воздуха.

Чтобы предотвратить газообмен между воздухом, содержащимся в воздуховоде, корпус анализатора должен быть тщательно заизолирован. В помещениях с большим количеством людей, постоянно выдыхающих углекислый газ, устройство должно крепиться не менее чем в метре от живых объектов.

Датчики размещают на доступной высоте, в хорошо освещенном месте.

При определении концентрации оксида углерода на свежем воздухе прибор выносится на улицу, после чего осуществляется продувка в соответствии с инструкцией производителя устройства.

Допустимые условия окружающей среды:

• влажность – 0-95% (при отсутствии конденсата);
• температура: 0-50 С.

Особенности

Датчики углекислого газа используются для оценки эффективности существующей вентиляционной системы. Как правило, они размещаются в обслуживаемой зоне на высоте до 2 метров, чтобы удобно было считывать показания, и не далее чем в 1 метре от зоны скопления людей. Также приборы могут располагаться в вытяжном сборном воздуховоде – так, чтобы через них проходило достаточное количество воздуха. Корпус во время установки должен быть тщательно заизолирован.

Контроллеры количества СО2 отличаются такими эксплуатационными особенностями:

• Нормальная работа обеспечивается при влажности до 90-95%, то есть образование конденсата на поверхности следует исключить;
• Сенсоры чувствительны к пыли и ударам. Соответственно, место их установки выбирают таким образом, чтобы свести эти негативные факторы к минимуму;
• Если прибор монтируется на открытой площадке, где возможно попадание ветра и осадков, то его дополнительно закрывают щитком;
• В процессе использования проводится регулярное техническое обслуживание, во время которого проверяют работоспособность частей и снимают скопившийся заряд статического электричества;
• Корпуса изготавливаются герметичными, поэтому попадание воды внутрь прибора затруднено. Однако нельзя допускать эксплуатацию во влажных помещениях, где происходит выпадение конденсата, поскольку это приводит к коррозии проводов и ослаблению клемм;
• Возникающие в процессе работы сбои устраняются повторными калибровками. Основные неисправности могут быть связаны с перегревом из-за попадания прямого солнечного света и намоканием токоведущих частей (и, как следствие, их коррозии).

Компания «Измеркон» предлагает функциональные и компактные датчики СО2 в Санкт-Петербурге и с доставкой по России. Здесь можно подобрать модели, подходящие для систем автоматического контроля климата в заданиях, для теплиц, инкубаторов, для производственных цехов и автомобилей. Такие измерители, предназначенные для контроля качества воздуха, поставляются с аналоговыми выходами и с жидкокристаллическим дисплеем для удобного считывания информации.

Меры предосторожности

Практически все сенсоры, работающие по принципу инфракрасной спектроскопии, очень чувствительны к пыли и внешним механическим воздействиям (ударам). Это следует знать и учитывать при размещении и эксплуатации датчиков.

При невозможности установить прибор в месте, защищенном от воздействия сильного ветра, прямого попадания пара, вибрации, скопления пыли и атмосферных осадков, перед датчиком устанавливается специальный грязевой щиток.

Перед снятием детектора СО2 его следует предварительно отключать от источника электропитания.

При проведении технического обслуживания, во избежание скопления статического заряда на пластиковых поверхностях, щитке или переходнике, необходимо избегать контакта материалов друг с другом, а также, по возможности, заземлить все доступные металлические части электрооборудования.

На все без исключения модели датчиков распространяется гарантия. Однако устройство может быть снято с гарантийного обслуживания при несоблюдении потребителем требований компании-производителя, использованию прибора не по назначению, а также при наличии следов постороннего вмешательства, попадании внутрь корпуса инородных предметов и жидкостей, а также при внесении изменений в конструкцию.

Предназначение датчиков углекислого газа

Такие приборы необходимы, чтобы измерять концентрацию углекислого газа и контролировать его граничные значения для своевременного запуска вентиляции. Они обеспечивают контроль в пределах 0-100%. Используются такие датчики для:

• климатических систем и автоматической вентиляции;
• контроля микроклимата в помещениях, где работают люди, и на производстве, где нарушения технологических процессов недопустимы;
• контроля содержания углекислоты во входящем воздушном потоке;
• для проверки текущего уровня и быстрой нормализации нарушенного газообмена.

Игнорировать повышенный уровень СО2 в помещениях нельзя. Когда углекислота накапливается, уровень работоспособности людей падает, а их общее самочувствие ухудшается. Датчики способны своевременно сигнализировать о нарушении микроклимата, а значит, можно запустить вентиляцию или проветрить комнату, чтобы оперативно исправить ситуацию и не допустить дальнейшего ее усугубления.

Технология измерения углекислого газа

В зависимости от назначения измерители СО2 бывают канальные, интегрированные в вентиляционные системы. Бытовые настольные, настенные измеряют показатели содержания углекислого газа в помещении.

Работа не дисперсионные газоанализаторов базируется на прохождение СО2 через спектр инфракрасного излучения (диапазок1-15мкм). В специальной камере фиксируется количество света, поглощённого СО2. Регистрируется измерителем, показатель выводится на сенсорный дисплей.

Назначение измерителя определяют тип прибора.

По назначению разделяются:

• на компактные бытовые, для дома, офиса;
• для коммерческих, общественных зданий;
• промышленные образцы.

Измерительные устройства для бытового пользования оснащены цифровыми дисплеями. Они, как правило, имеют самокалибрующиеся настройками. Основа схемы датчика — микропроцессорная плата.

Измерительные приборы на производствах оснащают инфракрасными сенсорами. В условиях повышенной опасности используют датчики, защищённые взрывоопасным корпусом.

Приборы через аналоговый, цифровой выход подключаются к компьютеру, другим гаджетам. Считывать показатели, отображать данные в графическом виде. Управляться через релейные выходы. Оснащаться дополнительными входами для считывания данных с внешних датчиков.

Конструкция измерителя зависит от назначения, системы, в которую интегрируется.

Основные конструктивные элементы бытового прибора:

• плата микроконтрллера;
• инфракрасный измеритель;
• датчики температуры, влажности;
• реле;
• преобразователь (энкодер);
• преобразователь системы питания (с 220в на 5 В).

Измерители оснащены аналоговыми входами, кнопкой сброса настроек, разъёмами для USB кабеля.

Большинство бытовых приборов — комбинированного типа. Показывают температуру, влажность, уровень СО2, возможно, содержание озона в воздухе. Приборы регистрируют основные показатели для того, чтобы можно было откорректировать их.

Встроенные измерители предназначены для интегрированных систем вентиляции, кондиционирования. Показания служат сигналом для автоматического включения оборудования.

Производители и модели датчиков СО2

SenseAir

На сегодняшний день самым известным производителем датчиков углекислого газа является шведская компания SenseAir. Мировой лидер в отрасли разработки и производства не только газовых анализаторов, но и оборудования для систем “Умный дом”(датчиков движения, автоматических розеток, GSM охранных сигнализаций).

Углекислые датчики компании SenseAir, работающие по методу недисперсионной ИК-спектрометрии, в отличие от своих аналогов, имеют более высокие эксплуатационные характеристики.

Они могут использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе, и решать одновременно несколько задач (измерять концентрацию СО2, температуру и влажность воздуха).

При необходимости устройства подключаются к компьютеру, обеспечивающему длительную бесперебойную работу и быстрый отклик в широком диапазоне.

AZ Instrument Corp

Следующий известный производитель анализаторов углекислого газа – компания AZ Instrument Corp (Тайвань).

Все модели датчиков углекислоты компании AZ Instrument Corp оснащаются гигрометром и термометром, позволяющими одновременно с концентрацией СО2 измерять температуру и влажность воздуха, и, при необходимости, компенсировать температурную зависимость.

S+S Regeltechnik

И еще один производитель инфракрасных датчиков – немецкая компания S+S Regeltechnik – производитель контрольно-измерительного, вентиляционного и климатического оборудования (датчиков воды, дыма, тепла, розеток с термостатом и т.д).

Самокалибрующиеся энергосберегеющие углекислые датчики компании S+S Regeltechnik являются очень надежными, чувствительными устройствами, не нуждающимися в техническом обслуживании.

Обладая высокой избирательностью и устойчивостью к помехам и вибрации, они используются для мониторинга качества воздуха в закрытых помещениях.

Адаптивная и традиционная вентиляция

Оптимальным вариантом для жилых помещений является адаптивная вентиляция, она, в отличие от традиционных приборов, предусматривает несколько режимов работы в зависимости от качества атмосферного воздуха и количества людей, которые одновременно находятся в комнате.

Адаптивные вентиляционные системы активируются автоматически в случае, если концентрация СО2 в атмосферном воздухе повышается выше предельно допустимых показателей. Такие вентиляционные системы имеют в составе датчик СО2, в итоге устройство своевременно реагирует на изменение показателей и позволяет поддержать наиболее оптимальный уровень диоксида углерода за счет постоянного проветривания помещения.

Специалисты, занимающиеся монтажом систем вентиляции, часто оценивают работоспособность вентиляции понятием эффективности распределения воздуха. Под данным параметром понимается скорость распределения свежего воздуха по помещению. Оптимально настроенная вентиляционная система должна обеспечивать равномерное распределение — в помещении не должно быть участков, где концентрация двуокиси углерода выше.

Современные климатические системы и оборудование для вентилирования построены таким образом, что обеспечивают эффективное и экономичное проветривание помещения. Поток свежего воздуха не контактирует с потоками с высоким содержанием СО2. В системы уже встроены датчики, анализирующие содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе, нет необходимости следить за показателями самостоятельно и проветривать помещение в ручном режиме. В комнате создаются наиболее оптимальные условия, повышается работоспособность, не снижается уровень концентрации внимания.

Система вентилирования включается только в тот момент, когда показатели СО2, согласно данным датчика, превышают допустимые значения, в итоге удается значительно сэкономить на потреблении электроэнергии оборудованием.

Проблемы

При проникновении воды в корпус датчика он может выйти из строя. Следует отметить, что подобное повреждение не покрывается гарантией. Однако, в связи с тем, что корпус устройства достаточно герметичен, чаще всего намокают только окончания проводов.

Это может повлечь за собой коррозию или ослабление крепления клеммных соединений. Для решения подобной проблемы необходимо обеспечить долгосрочную коррозионную защиту и заблокировать неиспользуемые порты.

Такая неисправность, как сбой нуля датчика, устраняется повторной калибровкой, которая должна проводиться в соответствии с прилагаемой инструкцией.

Если на дисплее не отражаются показатели, это может сигнализировать об избытке солнечного света или отсутствии отклика трансмиттера. В первом случае, для уменьшения отблеска, необходимо установить защитный щиток, а во втором – проверить подачу напряжения на клеммы, а также убедиться, что нет сбоя в ITM, и на кабеле отсутствует влага, приводящая к коррозии его металлических частей.

Устройство CO2 датчиков

Датчики СО2 – приборы, обеспечивающие качественный мониторинг окружающего воздуха и определение концентрации двуокиси углерода. Обычно это сенсорные устройства, основанные на стабильном инфракрасном методе детектирования, но есть и другие варианты. 

Конструкция

Датчики измерения СО2 работают следующим образом: измеряется количество света, прошедшего через светофильтр и поглощенного углекислотой (то есть замеряется интенсивность ИК-излучения до и после поглощения углекислого газа). Количество кислорода в воздухе в этом случае не влияет на показатели и их точность.

Такие газоанализаторы комплектуются приемниками с немонохроматическим излучением или светофильтрами, а также рабочей камерой. Воздух для анализа попадает в камеру, а затем – в приемник, где расположен источник излучения (инфракрасный лазер, светодиод или нагретая спираль). Углекислый газ поглощает часть световых лучей, и регистрируемый сигнал изменяется. Также в конструкции могут использоваться специальные фильтры.

По конструкции такие приборы учета подразделяются на:

• Стационарные, работающие с электроподключением: могут устанавливаться на стену, на столы или на пол в рабочей зоне либо монтироваться непосредственно в вентканал;
• Автономные, работающие благодаря внешнему аккумулятору;
• Канальные, позволяющие определить концентрацию СО2 в воздуховоде;
• Комнатные компактные, для жилых или офисных помещений;
• Датчики углекислого газа для вентиляции, которые могут интегрироваться в автоматическую систему управления приточной вентиляцией.

Материалы

Устройства для контроля количества СО2 в помещении поставляются в высокопрочных полимерных корпусах. Обычно используется стандартный пластик: ударопрочный поликарбонат РС для конструкций, рассчитанных на эксплуатацию под открытым небом, и ABC – для тех, что используются при нормальном диапазоне температур внутри помещений.

Наиболее популярные модели

В мире не так много производителей, которые занимаются выпуском датчиков, измеряющих концентрацию углекислого газа во вдыхаемом воздухе. Самым известным производителем считается компания SenseAir, датчики компании работают на основе сенсора NDIR. Сенсор измеряет показатели поглощения света с длиной волны 4 микрометра в зависимости от концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе.

Наиболее оптимальным считается прибор SensAir K30, он гарантирует высокую точность определения превышений предельно допустимых показателей и имеет доступную стоимость. Стоит отметить, что приборы, которые работают на основе данного датчика СО2, стоят на рынке больше 200 долларов. Желательно приобретать датчик отдельно и адаптировать его под свои потребности, так устройство обойдется на порядок дешевле.

Торговые площадки eBay и Aliexpress завоевали датчики от компании GAIN EXPRESS. Сейчас в ассортименте производителя насчитывается сразу семь приборов, цена на которые колеблется в пределах от 113 до 149 долларов (среди датчиков СО2 по непонятным причинам также затесались измерители уровня угарного газа в воздухе, будьте внимательны при выборе подходящей модели).

В основном датчики СО2 потребляют довольно много электроэнергии, если на предприятиях их подключают напрямую к электрическим сетям, то для домашнего использования выпускаются специальные модели со встроенным блоком питания. Модели для домашнего использования помимо данных о концентрации углекислого газа в воздухе также отображают на дисплее данные о температуре и влажности.

Выводы

При выборе подходящей модели датчика для измерения концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе обязательно обращайте внимание на точность определения концентрации. Датчик СО2 — незаменимая вещь, особенно в помещениях, где одновременно находится большое количество людей

С помощью датчика вы своевременно определите повышение концентрации вредного газа выше допустимых параметров и предотвратите негативные последствия такого превышения (слабость, снижение работоспособности, ощущение нехватки воздуха и пр.)

Датчик СО2 — незаменимая вещь, особенно в помещениях, где одновременно находится большое количество людей. С помощью датчика вы своевременно определите повышение концентрации вредного газа выше допустимых параметров и предотвратите негативные последствия такого превышения (слабость, снижение работоспособности, ощущение нехватки воздуха и пр.).