Was ist ein CO2-Sensor?
Ein CO2-Sensor ist ein Gerät, das die CO2-Konzentration kontinuierlich misst.
Geräte zur Messung der CO2-Konzentration in der Ausatemluft für medizinische Zwecke werden auch als Kapnometer bezeichnet. Unter den Geräten zur CO2-Messung werden tragbare Produkte mit einer Echtzeitanzeige oft als CO2-Sensor bezeichnet.
Das Display ist in der Regel digital mit einer 7-Segment-Anzeige, und es wird empfohlen, das Gerät an einem Ort zu installieren, der nicht leicht durch Atemluft oder Abgase beeinträchtigt wird. Da die CO2-Konzentration in der Atmosphäre etwa 0,4 % beträgt, ist die Maßeinheit in der Regel ppm.
Anwendungen von CO2-Sensoren
CO2-Sensoren sind im Handel weit verbreitet und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Büros bis zur Landwirtschaft. Spezifische Anwendungen sind folgende:
- Überprüfung der Belüftungsbedingungen in Büros und Besprechungsräumen, in denen sich viele Menschen aufhalten
- Kontrolle der CO2-Konzentration bei Pflanzen in Kunststoffgewächshäusern
- Überprüfung der CO2-Konzentration in dicht bevölkerten Bereichen wie Einzelhandelsgeschäften und Restaurants
- Bestätigung der Lüftungsbedingungen in Wohnräumen
- Analyse der Abgase von Heizkesseln und Autos
Eine unzureichende Belüftung kann zu Kopfschmerzen und anderen negativen Auswirkungen führen, weshalb die Messung der CO2-Konzentration häufig als Richtwert verwendet wird. Es kann in Ihrem eigenen Zimmer zu Hause installiert und als Richtwert für die Belüftung verwendet werden. Kunststoffgewächshäuser beispielsweise benötigen eine regelmäßige Zufuhr von CO2 über Kohlendioxidgas, weshalb CO2-Sensoren eingesetzt werden.
Funktionsweise der CO2-Sensoren
Bei den weit verbreiteten CO2-Sensoren handelt es sich um NDIR-Systeme (non-dispersive infrared concentration), die sich die Eigenschaft des CO2 zunutze machen, Infrarotstrahlung einer bestimmten Frequenz zu absorbieren und die Hauptbestandteile der Atmosphäre, N2 und O2, nicht zu stören. Im Vergleich zu anderen Messgeräten hat sich der NDIR-Typ aufgrund seiner einfacheren Struktur und kompakteren Größe durchgesetzt.
Im NDIR-System besteht das Messgerät hauptsächlich aus einer Lichtquelle, einer Probenzelle, einem Infrarotdetektor und einem Indikator. Die Lichtquelle sendet Infrarotstrahlung einer Wellenlänge aus, die von CO2 absorbiert und durch die Probenzelle zum Infrarotdetektor geleitet wird. Wenn CO2-haltige Luft in die Probenzelle strömt, wird die Infrarotstrahlung im Verhältnis zur CO2-Konzentration absorbiert. Die Ausgabe wird entsprechend der Menge der absorbierten Infrarotstrahlung in die CO2-Konzentration umgerechnet.
Die Hauptbestandteile der Luft, N2 und O2, absorbieren keine Infrarotstrahlung und können daher selektiv erfasst werden, während Wasserdampf und CO Infrarotstrahlung der gleichen Wellenlänge absorbieren und daher die Messung stören. Da eine Lichtquelle verwendet wird, ist es außerdem nicht für die Messung von verschmutzter Luft wie Rauchgas geeignet.
Arten von CO2-Sensoren
Es gibt mehrere Arten von NDIR-CO2-Sensoren, je nach Anzahl und Art der Lichtquellen.
1. Einstrahliger Typ
CO2-Sensoren mit einem Strahl haben nur eine Lichtquelle. Da es keine Lichtquelle gibt, mit der es verglichen werden kann, gibt es mehr CO2-Konzentration aus, wenn die Lichtemission aufgrund der Verschlechterung der Lichtquelle im Laufe der Zeit oder der Staubmenge schwächer wird. Es hat jedoch den Vorteil, dass es aufgrund seines einfachen Aufbaus kostengünstig hergestellt werden kann.
2. Zwei-Lichtquellen-System
Das Zweistrahlsystem verwendet zwei Lichtquellen und vergleicht beide, um eine Korrektur durchzuführen. Im Vergleich zum Einstrahlverfahren kann die Verschlechterung der Lichtquelle im Laufe der Zeit kompensiert werden, sodass genaue Daten gemessen werden können. Der Nachteil ist jedoch, dass zwei Lichtquellen erforderlich sind, was die Anzahl der Bauteile erhöht und das Ausfallrisiko steigert.
3. Zweistrahlverfahren
Bei der Zweistrahlmethode werden zwei Infrarot-Wellenlängen zur Messung von CO2 verwendet. Sie wird auch als Ein-Quellen-Zwei-Wellenlängen-Methode bezeichnet.
Durch den Vergleich der beiden Wellenlängen kann die Verschlechterung der Lichtquelle im Laufe der Zeit kompensiert werden und eine genaue CO2-Messung ist möglich.
Diese Methode hat weniger Komponenten als die Methode mit zwei Lichtquellen und kann die CO2-Konzentration genauer messen als die Einstrahlmethode. Aus diesem Grund ist die Zweistrahlmethode derzeit die gängigste Methode im NDIR-Bereich.
Weitere Informationen über CO2-Sensoren
Andere CO2-Sensoren als NDIR
Zu den anderen CO2-Sensoren neben der NDIR-Methode gehört die Festelektrolyt-Methode, die das chemische Gleichgewichtsverhältnis zwischen CO2 und Na2CO3 nutzt, um die elektromotorische Kraft zu messen, die durch die Zu- oder Abnahme von Natriumionen im Festelektrolyten verursacht wird, und diese in die CO2-Konzentration umzurechnen.
Sie ist zwar weniger anfällig für Störungen durch andere Komponenten, hat jedoch den Nachteil, dass sie von Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst wird.