مستشعر ثاني أكسيد الكربون

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
مستشعر ثاني أكسيد الكربون Roomyou1 ذاتي المعايرة مزود بشاشة حبر إلكتروني. يقيس هذا الجهاز، الذي يعمل بالبطاريات، ثاني أكسيد الكربون، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وضغط الهواء، ومستوى الإضاءة المكافئة لضوء النهار. وهو مصمم ليتوافق مع معايير البناء مثل WELL.
مستشعر NDIR ذاتي المعايرة مع شاشة حبر إلكتروني.

مستشعر ثاني أكسيد الكربون ( CO2 ) هو أداة لقياس غاز ثاني أكسيد الكربون . تعتمد معظم مستشعرات ثاني أكسيد الكربون على مبدأي عمل مستشعرات الغاز بالأشعة تحت الحمراء ( NDIR ) ومستشعرات الغاز الكيميائية. يُعد قياس ثاني أكسيد الكربون مهمًا في مراقبة جودة الهواء الداخلي ، [ 1 ] ووظائف الرئتين باستخدام جهاز قياس ثاني أكسيد الكربون ، بالإضافة إلى العديد من العمليات الصناعية.

مستشعرات ثاني أكسيد الكربون بالأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR)

مقياس تركيز ثاني أكسيد الكربون باستخدام مستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتت

مستشعرات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) هي مستشعرات طيفية تُستخدم للكشف عن ثاني أكسيد الكربون في البيئة الغازية من خلال امتصاصه المميز. تتكون هذه المستشعرات بشكل أساسي من مصدر للأشعة تحت الحمراء ، وأنبوب ضوئي ، ومرشح تداخل (طول موجي)، وكاشف للأشعة تحت الحمراء. يُضخ الغاز أو ينتشر داخل الأنبوب الضوئي، وتقوم الدوائر الإلكترونية بقياس امتصاص الطول الموجي المميز للضوء. تُستخدم مستشعرات NDIR في أغلب الأحيان لقياس ثاني أكسيد الكربون. [ 2 ] تتميز أفضل هذه المستشعرات بحساسية تتراوح بين 20 و50 جزءًا في المليون . [ 2 ] يتراوح سعر مستشعرات NDIR النموذجية بين 100 و1000 دولار أمريكي. تُستخدم هذه المستشعرات للامتثال لمعايير البناء التي تركز على السلامة والصحة، مثل معيار WELL V2. كما تُستخدم مستشعرات ثاني أكسيد الكربون، مثل RoomYou1، للامتثال لمعايير البناء التي تُعطي الأولوية لسلامة شاغلي المبنى، مثل معيار WELL Building Standard . [ 3 ]

تُستخدم مستشعرات ثاني أكسيد الكربون بتقنية الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) لقياس ثاني أكسيد الكربون المذاب في تطبيقات متنوعة، مثل كربنة المشروبات، وتخمير المستحضرات الصيدلانية، وعزل ثاني أكسيد الكربون . في هذه الحالة، تُقترن هذه المستشعرات ببصريات الانعكاس الكلي المخفف (ATR) لقياس الغاز في الموقع . تشمل التطورات الحديثة استخدام مصادر الأشعة تحت الحمراء بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) لخفض تكلفة هذه المستشعرات وتصنيع أجهزة أصغر حجمًا (على سبيل المثال، للاستخدام في تطبيقات تكييف الهواء ). [ 4 ]

ويمكن أيضًا استخدام طريقة أخرى ( قانون هنري ) لقياس كمية ثاني أكسيد الكربون المذاب في سائل، إذا كانت كمية الغازات الغريبة ضئيلة.

أجهزة الاستشعار الكهروضوئية

يمكن قياس ثاني أكسيد الكربون باستخدام مطيافية الصوت الضوئي . ويُقاس تركيزه بتعريض عينة لنبضات من الطاقة الكهرومغناطيسية (مثل تلك الصادرة من ليزر التغذية الراجعة الموزعة [ 5 ] ) المُضبوطة خصيصًا على طول موجة امتصاص ثاني أكسيد الكربون . مع كل نبضة طاقة، تمتص جزيئات ثاني أكسيد الكربون داخل العينة هذه النبضات، مُولِّدةً موجات ضغط عبر التأثير الصوتي الضوئي . ثم تُكتشف موجات الضغط هذه بواسطة كاشف صوتي، وتُحوَّل إلى قراءة قابلة للاستخدام لتركيز ثاني أكسيد الكربون عبر جهاز كمبيوتر أو معالج دقيق. [ 6 ]

أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون الكيميائية

تتميز مستشعرات غاز ثاني أكسيد الكربون الكيميائية ذات الطبقات الحساسة المصنوعة من البوليمر أو البولي سيلوكسان غير المتجانس بميزة رئيسية تتمثل في استهلاكها المنخفض جدًا للطاقة، وإمكانية تصغير حجمها لتناسب الأنظمة الإلكترونية الدقيقة. لكن من عيوبها، تأثيرات الانحراف على المدى القصير والطويل، بالإضافة إلى عمرها الافتراضي القصير نسبيًا، والتي تُعدّ عوائق رئيسية مقارنةً بمبدأ قياس الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR). [ 7 ] تُعاير معظم مستشعرات ثاني أكسيد الكربون بالكامل قبل شحنها من المصنع. ومع مرور الوقت، يلزم معايرة نقطة الصفر للمستشعر للحفاظ على استقراره على المدى الطويل. [ 8 ]

مستشعر ثاني أكسيد الكربون المقدر

في البيئات الداخلية كالمكاتب والصالات الرياضية، حيث يُعدّ التنفس البشري المصدر الرئيسي لثاني أكسيد الكربون ، يُمكن تقدير تركيز ثاني أكسيد الكربون الحقيقي بشكل كافٍ لأغراض التهوية والإشغال، وذلك بإعادة حساب بعض الكميات الأسهل قياسًا، مثل تركيز المركبات العضوية المتطايرة (VOC) وغاز الهيدروجين (H2) . علاوة على ذلك ، ونظرًا لأن التهوية عاملٌ في انتشار الفيروسات التنفسية ، [ 9 ] فإن مستويات ثاني أكسيد الكربون تُعدّ مؤشرًا تقريبيًا لمخاطر كوفيد-19 ؛ فكلما كانت التهوية أسوأ، كان ذلك أفضل للفيروسات، والعكس صحيح . [ 10 ] يُمكن تصنيع أجهزة استشعار لهذه المواد باستخدام تقنية أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS) لأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) منخفضة التكلفة ( حوالي 20 دولارًا أمريكيًا) . تُسمى القراءة التي تُنتجها هذه الأجهزة ثاني أكسيد الكربون المُقدّر ( eCO2 ) [ 11 ] أو مُكافئ ثاني أكسيد الكربون ( CO2 eq ). [ 12 ] على الرغم من أن القراءات تميل إلى أن تكون جيدة بما يكفي على المدى الطويل، إلا أن إدخال مصادر غير تنفسية للمركبات العضوية المتطايرة أو ثاني أكسيد الكربون ، مثل تقشير الفاكهة أو استخدام العطور ، سيؤثر سلبًا على موثوقيتها. تُعد أجهزة الاستشعار القائمة على الهيدروجين أقل تأثرًا لأنها أكثر تحديدًا للتنفس البشري، مع أن الحالات الصحية نفسها التي صُمم اختبار التنفس بالهيدروجين لتشخيصها ستؤثر أيضًا على دقتها. [ 12 ]

التطبيقات

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كامبيزيدو، إس آي؛ تيكايات راي، أ.؛ دنكان، إس.؛ بالتشانوس، إم جي؛ مافريس، دي إن (2021-01-07). "الكشف عن الإشغال في الوقت الحقيقي باستخدام آلات التعرف على الأنماط المستندة إلى الفيزياء، وذلك بالاعتماد على مستشعرات محدودة لثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة" . الطاقة والمباني . 242 110863. Bibcode : 2021EneBu.24210863K . doi : 10.1016/j.enbuild.2021.110863 . ISSN 0378-7788 . S2CID 233831299 .  
  2. 1 2 لانغ، ت.؛ ويمهوفر، هـ.د.؛ غوبل، و. (1996). "مستشعرات ثاني أكسيد الكربون عالية الأداء القائمة على الكربونات". المستشعرات والمحركات ب: الكيميائية . 34 ( 1-3 ): 383-387 . doi : 10.1016/S0925-4005(96)01846-1 .
  3. ↑ "المعهد الدولي للمباني الصحية" . resources.wellcertified.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-10-03 .
  4. ↑ فينسنت، تي. أ.؛ غاردنر، جيه. دبليو. (نوفمبر 2016). "نظام NDIR منخفض التكلفة قائم على تقنية MEMS لرصد ثاني أكسيد الكربون في تحليل الزفير بمستويات جزء في المليون" . أجهزة الاستشعار والمحركات ب: الكيميائية . 236 : 954-964 . Bibcode : 2016SeAcB.236..954V . doi : 10.1016/j.snb.2016.04.016 .
  5. ↑ زكريا، الرياض (مارس 2010). "3.5 مطيافية الصوت الضوئي (PAS)" (ملف PDF) . تصميم أجهزة NDIR لاستشعار غاز ثاني أكسيد الكربون (أطروحة دكتوراه). جامعة كرانفيلد. الصفحات 35-36 . hdl : 1826/6784 . 
  6. ↑ شركة إنفينون تكنولوجيز المساهمة. " مستشعرات ثاني أكسيد الكربون - إنفينون تكنولوجيز" . www.infineon.com . تاريخ الاسترجاع: 10 نوفمبر 2020 .
  7. ↑ تشو، ر.؛ فايهينجر، س.؛ جيكيلر، ك.إ.؛ جوبيل، و. (1994). " مستشعرات ثاني أكسيد الكربون الموثوقة باستخدام بوليمرات السيليكون على محولات طاقة الميزان الدقيق الكوارتزي". المستشعرات والمحركات ب: الكيميائية . 19 ( 1-3 ): 415-420 . doi : 10.1016/0925-4005(93)01018-Y .
  8. ↑ " دليل المعايرة التلقائية لثاني أكسيد الكربون" ( ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 19 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أغسطس 2014 .
  9. ↑ مورياما، ميو؛ هوجينتوبلر، والتر جيه؛ إيواساكي، أكيكو (29 سبتمبر 2020). "موسمية العدوى الفيروسية التنفسية" . المراجعة السنوية لعلم الفيروسات . 7 (1): 83-101 . doi : 10.1146/annurev-virology-012420-022445 . PMID 32196426. S2CID 214601321 .  
  10. ↑ بينغ، تشي؛ خيمينيز، خوسيه ل. (11 مايو 2021). "ثاني أكسيد الكربون في الزفير كمؤشر لخطر الإصابة بفيروس كوفيد-19 في بيئات وأنشطة داخلية مختلفة" . رسائل العلوم والتكنولوجيا البيئية . 8 (5): 392-397 . Bibcode : 2021EnSTL...8..392P . doi : 10.1021/acs.estlett.1c00183 . PMC 8043197. PMID 37566374 .  
  11. ↑ روفير، د؛ هوهن، ف؛ بوهلر، ج (31 مارس 2018). "منصة استشعار رقمية جديدة لأكاسيد المعادن (MOx)" . مجلة Sensors (بازل، سويسرا) . 18 (4): 1052. Bibcode : 2018Senso..18.1052. doi : 10.3390 /s18041052 . PMC 5948493. PMID 29614746 .  
  12. 1 2 هيربرغر إس، هيرولد إم، أولمر إتش (2009). "تقنية مستشعرات الغاز MOS للتهوية التي يتم التحكم فيها حسب الطلب" (ملف PDF) . وقائع الندوة الدولية الرابعة حول إحكام إغلاق المباني وقنوات التهوية والمؤتمر الثلاثين لـ AIVC حول اتجاهات المباني عالية الأداء ودور التهوية . برلين.
  13. ↑ عارف-أنج، آي بي؛ هاميلتون، إم؛ سليم، إف. (2018-06-01). "RUP: التنبؤ باستخدام الغرف الكبيرة بواسطة مستشعر ثاني أكسيد الكربون". الحوسبة المنتشرة والمتنقلة . 46 : 49-72 . doi : 10.1016/j.pmcj.2018.03.001 . ISSN 1873-1589 . S2CID 13670861 .  
  14. ↑ عارف-أنج، آي بي؛ سليم، إف دي؛ هاميلتون، إم. (14-04-2018). "SD-HOC: خوارزمية التحلل الموسمي لاستخراج البيانات من السلاسل الزمنية المتأخرة". استخراج البيانات [ SD-HOC: خوارزمية التحلل الموسمي لاستخراج البيانات من السلاسل الزمنية المتأخرة ] . سلسلة الاتصالات في علوم الحاسوب والمعلومات. المجلد 845. سبرينغر. الصفحات 125-143 . doi : 10.1007/978-981-13-0292-3_8 . ISBN   978-981-13-0291-6.
  15. ↑ "فوائد أنظمة التهوية المتحكم بها حسب الطلب لمبناك" (ملف PDF) . شركة KMC Controls. 2013. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27-06-2014.