El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro. Es uno de los componentes más importantes de la atmósfera. Como reactivo principal de la fotosíntesis, la concentración de dióxido de carbono está directamente relacionada con la eficiencia fotosintética de los cultivos y determina su crecimiento y desarrollo, etapa de madurez, resistencia al estrés, calidad y rendimiento. Sin embargo, un exceso de dióxido de carbono no solo produce el efecto invernadero y otros efectos, sino que también perjudica la salud humana. Con una concentración del 0,3%, las personas experimentan un dolor de cabeza notable, y con una concentración del 4-5%, mareos. El ambiente interior, especialmente en habitaciones con aire acondicionado, es relativamente hermético. Si no hay ventilación durante un tiempo prolongado, la concentración de dióxido de carbono aumentará gradualmente, lo cual es perjudicial para la salud humana. Según la norma de calidad del aire interior implementada en 2003, el valor estándar de la fracción volumétrica del contenido promedio diario de dióxido de carbono no debe exceder el 0,1%.
Con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, la creciente mejora del nivel de vida de las personas y la mayor atención que prestan a la protección del medio ambiente, el control y la monitorización cuantitativa del dióxido de carbono se han convertido en una demanda cada vez mayor en la climatización, la agricultura, la medicina, la automoción y la protección del medio ambiente.Los sensores de dióxido de carbono se utilizan ampliamente en la industria, la agricultura, la defensa nacional, la medicina y la salud, la protección del medio ambiente, la industria aeroespacial y otros campos.
A continuación se describe el principio de funcionamiento del sensor de dióxido de carbono.
Cada sustancia posee un espectro de líneas brillantes característico y, en consecuencia, un espectro de absorción, como ocurre con las moléculas de dióxido de carbono. La vibración de la red cristalina de los materiales cerámicos y el movimiento de los electrones generan un efecto de barrera: al aumentar la temperatura, la vibración de la red se intensifica, su amplitud aumenta y, por lo tanto, la acción de barrera de los electrones se fortalece. Según la teoría de la absorción selectiva de gases, cuando la longitud de onda de emisión de la fuente de luz coincide con la longitud de onda de absorción del gas, se produce una absorción por resonancia, cuya intensidad está relacionada con la concentración del gas. La concentración del gas puede medirse a partir de la intensidad de absorción de la luz.
En la actualidad, existen muchos tipos de sensores de dióxido de carbono, incluidos los de conductividad térmica, densitométricos, de absorción de radiación, de conductividad eléctrica, de absorción química, electroquímicos, de cromatografía, de espectrometría de masas, ópticos infrarrojos, etc.
El sensor de dióxido de carbono por absorción infrarroja se basa en el principio de que el espectro de absorción de un gas varía según la sustancia. El sensor de dióxido de carbono, mediante un circuito controlador de lámpara infrarroja, controla dentro de una banda fija la absorción del gas bajo prueba. El cambio en la amplitud de la luz infrarroja se realiza mediante un cálculo de verificación para determinar el cambio en la concentración del gas. La señal de salida del sensor, después de ser filtrada, procesada y convertida mediante ADC, se introduce en el microprocesador. El sistema microprocesador compensa la temperatura y la presión correspondientes, calculando finalmente la densidad de dióxido de carbono y mostrándola en un dispositivo de visualización. Incluye principalmente espectroscopia de absorción láser de diodo sintonizable, espectroscopia fotoacústica, espectroscopia de mejora de cavidad y espectroscopia infrarroja no espectral. El sensor de absorción infrarroja presenta numerosas ventajas, como alta sensibilidad, velocidad de análisis rápida y buena estabilidad.
Un sensor electroquímico de dióxido de carbono es un sensor químico que convierte la concentración (o presión parcial) de dióxido de carbono en una señal eléctrica mediante una reacción electroquímica. Según la detección de señales eléctricas, los sensores electroquímicos se dividen en de potencial, de corriente y de capacitancia. Según la forma del electrolito, existen electrolitos líquidos y sólidos. Desde la década de 1970, los sensores de dióxido de carbono con electrolito sólido han sido objeto de gran interés para los investigadores. El principio de funcionamiento de estos sensores se basa en que el material sensible al gas produce iones al pasar a través del gas, generando así una fuerza electromotriz que, al medirse, permite determinar la fracción volumétrica del gas.
Aprovechando la diferente conductividad térmica del dióxido de carbono y otros gases, el sensor de dióxido de carbono fue el primero en utilizarse para detectar dióxido de carbono. Sin embargo, su sensibilidad es baja.
El sensor de gas de ondas acústicas superficiales (SAW) utiliza una capa de película sensible al gas con recubrimiento de cristal piezoeléctrico para la adsorción selectiva de un gas. Cuando esta película interactúa con el gas analizado, las propiedades del recubrimiento, como la viscoelasticidad y la conductividad, cambian, lo que provoca una variación en la frecuencia de las ondas acústicas superficiales del cristal piezoeléctrico y permite detectar la concentración del gas. El sensor de gas de ondas acústicas superficiales (SAW) es un sensor de masa. Además, el sensor de gas de microbalanza de cristal de cuarzo funciona con un principio similar al del sensor SAW, por lo que también pertenece a la categoría de sensores de masa. El sensor de masa en sí mismo no tiene selectividad para gases o vapores, y su selectividad como sensor químico depende únicamente de las propiedades de las sustancias del recubrimiento superficial.
El sensor de gas de dióxido de carbono semiconductor utiliza el sensor de gas semiconductor como sensor de gas, y el sensor de gas de dióxido de carbono semiconductor de óxido metálico tiene las características de respuesta rápida, fuerte resistencia ambiental y estructura estable.
Fecha de publicación: 14 de agosto de 2020
