二酸化炭素センサーの分類と原理

二酸化炭素は無色無臭の気体です。それは大気の最も重要な構成要素の 1 つです。光合成の主な反応物質である二酸化炭素の濃度は作物の光合成効率に直接関係しており、作物の成長と発達、成熟段階、ストレス耐性、品質と収量を決定します。しかし、その量が多すぎると、温室効果などの影響が生じるだけでなく、人間の健康にも悪影響を及ぼします。 0.3% で顕著な頭痛を経験し、4 ～ 5% でめまいを感じます。屋内環境、特にエアコンの効いた部屋は比較的密閉されています。長期間換気がない場合、二酸化炭素濃度は徐々に増加し、人間の健康に悪影響を及ぼします。 2003年に施行された室内空気質基準では、一日平均二酸化炭素含有量の体積分率の基準値が0.1％を超えてはならないと定められています。

科学技術の絶え間ない発展に伴い、人々の生活水準はますます向上し、環境保護、二酸化炭素ガスの定量的な監視と制御に対する人々の関心の高まりにより、空調、農業、医療、自動車および環境保護における需要が高まっています。 。二酸化炭素センサーは、産業、農業、国防、医療と健康、環境保護、航空宇宙などの分野で広く使用されています。

二酸化炭素センサーの動作原理を以下に紹介します。

二酸化炭素ガスの分子と同様に、すべての物質には独自の特徴的な輝線スペクトルと、それに対応する吸収スペクトルがあります。セラミック材料の格子振動と電子の運動には障害効果があり、温度が上昇すると格子振動が強くなり、振幅が大きくなり障害電子の作用が強くなります。ガス選択吸収理論によれば、光源の発光波長とガスの吸収波長が一致すると共鳴吸収が起こり、その吸収強度はガスの濃度に関係する。光の吸収強度を測定することでガスの濃度を測定することができます。

現在、二酸化炭素センサーには熱伝導率型、濃度計型、放射線吸収型、電気伝導率型、化学吸収型、電気化学型、クロマトグラフィー型、質量スペクトル型、赤外線光学式など多くの種類があります。

赤外線吸収炭酸ガスセンサーは、ガスの吸収スペクトルが物質によって異なるという原理に基づいています。赤外線ランプ駆動回路による二酸化炭素センサーは、赤外線の固定帯域内で制御し、試験中のガスの吸収、赤外線の振幅変化、ガス濃度の変化のチェック計算を通じて、フィルタリング後のセンサー出力信号、強化された処理とADCの収集と変換、マイクロプロセッサへの入力、収集に従ってマイクロプロセッサシステムは対応する温度、圧力、温度、圧力を補正し、最終的にテスト対象のディスプレイデバイスに出力される二酸化炭素密度を計算します。これには主に、可変ダイオードレーザー吸収分光法、光音響分光法、空洞増強分光法、および非スペクトル赤外分光法が含まれます。赤外線吸収センサーは、高感度、速い分析速度、良好な安定性など、多くの利点を備えています。

電気化学的二酸化炭素ガス センサーは、電気化学反応を通じて二酸化炭素の濃度 (または分圧) を電気信号に変換する化学センサーです。電気信号の検出方法により、電気化学式は電位式、電流式、静電容量式に分けられます。電解質の形態により、液体電解質と固体電解質があります。 1970 年代以来、固体電解質二酸化炭素センサーは研究者によって広く注目されてきました。固体電解質二酸化炭素センサの原理は、ガス感受性材料がガス中を通過する際にイオンを生成し、起電力を発生させ、その起電力を測定することでガスの体積分率を測定することです。

二酸化炭素と他のガスの異なる熱伝導率を利用した二酸化炭素ガスセンサーは、二酸化炭素センサーの検出にも初めて使用されました。しかし感度は低いです。

ガス感応膜のガスを選択的に吸着する層をコーティングする圧電結晶内の弾性表面波（saw）ガスセンサーは、ガス感応膜が試験中のガスと相互作用する際に、ガス感応膜のコーティング品質、粘弾性、粘弾性などの特性を決定します。導電率の変化により圧電結晶の表面弾性波周波数がドリフトし、ガスの濃度を検出します。表面弾性波 (SAW) ガス センサーは、質量感知センサーの一種です。また、水晶微量天秤ガスセンサーもSAWセンサーと同様の原理で動作するため、質量感知センサーに属します。質量感知センサー自体にはガスや蒸気に対する選択性はなく、化学センサーとしての選択性は表面コーティング物質の特性にのみ依存します。

半導体炭酸ガスセンサーはガスセンサーとして半導体ガスセンサーを使用しており、金属酸化物半導体炭酸ガスセンサーは、応答が速く、耐環境性が強く、構造が安定しているという特徴があります。