NDIR二氧化碳传感器模块的应用须知
关于非分散红外(NDIR)原理的二氧化碳气体传感器,在安费诺旗下,有两大知名品牌专注于该类型气体传感器的研发及推广应用:Telaire和SGXsensortech。当然Telaire品牌下还有温湿度传感器、粉尘传感器等产品;SGX品牌下还有其它多种适用于各种场合的气体传感器。有兴趣的朋友可以去我们的公司网站了解更多。
这次先着重介绍NDIR的CO2传感器在选择及应用方面的须知。
产品一般性特性
NDIR二氧化碳传感器根据应用场合及需求的不同,设计为两大类型:
· 单光路:红外源 + 一个滤镜 + 一个热电堆
· 双光路:红外源 + 两个滤镜 + 两个热电堆
两者的特性比较如下:
特性 |
单光路型号 |
双光路型号 |
量程 |
0~2000ppm 0~5000ppm |
0~2000ppm 0~5000ppm 0~10,000ppm 0~50,000ppm 可以更高,具体看应用 |
测量精度 |
± 30 ppm or 3% of reading |
75 ppm or 10% of reading |
稳定性* |
< 2% of FS over life of sensor (15 years typical) |
< 5% of FS or <10% reading annual (10 Years) |
气压影响* |
0.13% of reading per mm Hg |
|
温度影响* |
0.2% FS per °C |
其中我们看传感器输出测量值稳定性时,需要进一步了解两类产品应用特点:
· 两类传感器都适用于长期带电运行工作。
· 两类传感器都有自动校准功能,其中:
o 单光路的传感器利用ABCLogicTM(Automatic Background Calibration)自动校准功能,因此需要传感器在工作期间具备ABC Logic功能工作的条件,具体请参考《AAS Telaire ABCLogic CO2传感器自校准功能说明》,运行中最好每天有4小时以上的时间工作环境的CO2气体浓度可降到大气环境下的~400ppm;
o 双光路的传感器利用第二个光路进行校准,因此不受工作环境的影响,所以适用于在环境更加苛刻的条件下工作,比如CO2浓度需要始终维持高浓度的工况;
其中,ABCLogicTM功能可以通过设置关闭或者打开,但是关闭状态下,传感器的稳定性将不可避免地受到影响,这种情况下,建议选择使用双光路类型的。其中关于NDIR CO2传感器原理的介绍,可以参考我们之前的文章:《NDIR二氧化碳传感器在绿色建筑中的应用》。有了以上的准备,我们可以进行一般的问答环节了。
产品应用问答
Q1:在使用双光路CO2传感器的情况下,如果气体浓度无法降到预设的400ppm大气环境,是否需要关闭ABCLogic?
A1:双光路CO2传感器模块内部校准功能不是ABCLogic,因此也不具备关闭指令;双光路CO2传感器适用于测量环境无法满足《AAS-Telaire-ABCLogic CO2传感器自校准功能说明》中的要求的应用,因此,可以放心使用。
Q2:在使用单光路CO2传感器的情况下,如果气体浓度无法降到预设的400ppm大气环境,是否需要关闭ABCLogic?
A2:如果不更换传感器模块为双光路的情况下,建议通过指令暂时关闭ABCLogic功能。,然后每隔大约3个月进行一次单点校准。如果应用环境长期无法使用ABCLogic自动校准功能,建议更换为双光路产品。
Q3:对于气压或者海拔高度的变化对浓度测量是否有影响?如有的话,该如何补偿?
A3:气压包括海拔高度引起的气压变化,对于CO2读数存在影响。传感器的CO2浓度输出单位是ppm(百万分子一),是CO2分子数与环境单位空气体积之比。原则上温度也有影响(见产品规格书),不过传感器对温度已经作了内部补偿,影响虽有,一般情况下可以根据应用情况忽略温度的影响。如果一定要进行二次温度补偿,用户可以自行进行测试验证。
[一定温度下的压力和海拔高度的关系——这里提供以上数据的Excel下载链接]
如果当前大气的压力为P,标准大气压为P0,则随着海拔高度的变化,大气压P的变化如上图所示。变化系数表示K=P/P0。气压减小时,相同输出信号下,高海拔的CO2浓度相对情况下,由于单位体积的气体总分子数相应减小,因此实际浓度应该偏高。补偿如下:
CO2_Actual_ppm = CO2_ppm_output / K
将当前的读数转换为应用环境中的CO2浓度(ppm)有两种方式:
1) 在用户的电路中放置一个大气压力传感器,测得压力后进行外部固件的运算补偿,安费诺旗下的品牌AllSensors提供多款数字(最小分辨率为12bit)、模拟的大气压力传感器 [点击下载产品说明书];
2) 或者再进一步,将测得的大气压力转换为海拔高度之后,通过UART接口,按照指令重新设置CO2传感器的内部海拔参数。(见《安费诺Telaire CO2传感器模块UART通讯协议》中指令CMD_UPDATE ELEVATION)——请留意协议中使用的单位是feet。在第二种情况下,读取的传感器数据为当前已经补偿之后的CO2浓度值。
A4:对于单光路的CO2传感器,正常情况下,如果工况满足ABCLogic的要求,并不需要进行校准,传感器自己即可进行校准;对于 双光路的CO2传感器,在满足工况的情况下,一般也不需要校准。不过由于传感器使用器件的额外漂移,或者对于传感器的精度要求有额外要求,比如缩短的使用周期等,可以进行单点0点校准(《安费诺Telaire CO2传感器模块UART通讯协议》中的指令:CMD_SGPT_CALIBRATE)。
校准过程,可以参考相应的文档和指令进行。安费诺都可以提供相应的软硬件配套设备。
测试软件下载
[AASTG Sensor Reader V1.2.1 - Win10]