مستشعر ثاني أكسيد الكربون: قياس CO2 الفعلي وتصميم الجهاز

كيف تعمل مستشعرات CO2 من نوع NDIR التقليدي والصوتي الضوئي؟

تُقيّم مستشعرات NDIR مقدار امتصاص ضوء تحت أحمر محدد أثناء مروره عبر الغاز. ويشكل المصدر وحجم القياس وترتيب الاستشعار أجزاء من سلسلة القياس نفسها. وقد تساعد قناة مرجعية مناسبة على تقليل آثار تغير مصدر الضوء أو المسار البصري. لكن الاستقرار الذي توفره لا يلغي أهمية التلوث والتكاثف.

في الطريقة الصوتية الضوئية، يُكتشف تغير الضغط الذي يسببه الضوء الممتص داخل الغاز. وتستخدم عائلة Sensirion SCD4x هذا المبدأ وتقيس CO2 فعليًا. ولا يعني اسم الطريقة أن للمكون الدقة نفسها في كل نطاق. وتُقيّم سرعة استجابة الجهاز النهائي واستهلاكه للطاقة وتحمله للبيئة مع شروط الطراز المختار وتكامله.

لماذا لا يحل eCO2 محل قياس ثاني أكسيد الكربون؟

eCO2 أو مكافئ CO2 مؤشر تقديري تنتجه خوارزمية بعض مستشعرات جودة الهواء من استجابتها لغازات أخرى. فمثلًا توضح الوثيقة التقنية لـ Sensirion SGP30 أن إشارة CO2 المكافئة تُحسب من قياسات الإيثانول والهيدروجين. واستخدام الشاشة لوحدة ppm لا يثبت قياس جزيئات ثاني أكسيد الكربون مباشرة.

عند تغير منتجات التنظيف أو المركبات المتطايرة الأخرى، قد يتباعد التقدير وCO2 الفعلي. وإذا كان متطلب المشروع تركيز CO2، تُختار طريقة قياس محددة لهذا الغاز. وإذا كان الجهاز سيعرض CO2 وVOC معًا، تُسمى القناتان بصورة منفصلة، ويُوضح نوع المستشعر وكيفية إنتاج البيانات في الوثائق التقنية.

اقرؤوا ppm والنسبة المئوية وتعبير الدقة معًا

تعادل نسبة CO2 البالغة 1 بالمئة حجميًا 10,000 ppm. ولا تُختار وحدة تراقب تغيرات هواء الغرفة ومسبار يقيس غاز عملية عند مستويات مئوية بالتوقعات نفسها. وقد تنتج بعض المستشعرات خرجًا رقميًا واسع النطاق، بينما تنطبق الدقة المحددة فقط على نطاق أضيق.

يُقيّم الحد الثابت بوحدة ppm والحد المعطى كنسبة من القراءة معًا في تعبير الدقة. وتختلف قابلية التكرار وآخر منزلة على الشاشة عن الدقة. ويجب أن تشمل خطة القبول نقاط التشغيل الطبيعية وأعلى مستوى متوقع وسلوك التعافي. وقد تهم التطبيق أيضًا عودة المستشعر إلى نطاقه الطبيعي بعد تعرضه لغاز مرتفع جدًا.

تحققوا من افتراضات التصحيح التلقائي لخط الأساس

تفترض خوارزمية المعايرة التلقائية في بعض المستشعرات التعرض دوريًا لمستوى CO2 منخفض معلوم. وقد لا تحقق هذا الشرط مساحة مشغولة باستمرار أو عملية يُحافظ فيها على CO2 مرتفع. وقد يؤدي الافتراض الخاطئ إلى انجراف القيمة المعروضة مع الزمن دون تغير التركيز الفعلي.

لهذا تُستمد إعدادات الخوارزمية من التعليمات الحالية للمكون المختار ونمط الاستخدام الفعلي. والضبط القسري باستخدام غاز معلوم أو مرجع موثوق عملية منفصلة. وتُسجل شروط الفحص بدل الاكتفاء بمنطق «فتحنا النافذة، إذًا القراءة صحيحة». ويمكن حفظ استبدال المستشعر والتركيب وتحديث معامل المعايرة كأحداث قابلة للتتبع في البرمجيات.

كيف يؤثر الضغط والحرارة ومسار الهواء في القياس؟

لأن كثافة الغاز تتغير مع الضغط والحرارة، تُدرس كيفية تصحيح المستشعر لهذه التأثيرات. ولا يقيس كل مسبار ضغطه بنفسه؛ فبعض الطرز تتطلب معلومات ضغط خارجية أو إعداد الارتفاع. وقد تغير المكونات الإلكترونية التي تسخن داخل الصندوق ظروف المستشعر البيئية أيضًا.

في مراقبة الغرف، قد يؤدي النفس المباشر أو الموضع المجاور مباشرة لنافذة مفتوحة أو مخرج هواء إلى نتائج غير ممثلة. وتؤثر فتحات الصندوق وحجمه الداخلي في سرعة وصول الغاز إلى المستشعر. وتُدرس على النموذج الأولي تأثيرات مصادر الحرارة والاهتزاز ومسارات الهواء غير المرغوبة وفق دليل Sensirion للتصميم. وللعمليات المصحوبة بتكاثف، يُختار مسبار وترتيب عينة يلبيان الظروف بدل وحدة مخصصة للغرف.

ما الذي يُصمم عند تحويل وحدة CO2 إلى منتج؟

يتطلب التوصيل داخل اللوحة مثل I2C وتصميم خط اتصال طويل إلى الموقع نهجين مختلفين. ويجب أن تلبي التغذية تغير الحمل أثناء القياس إلى جانب متوسط تيار المستشعر. ولأن توزيع PCB والصندوق قد يغير نتائج لوحة تقييم كانت تعمل جيدًا، يُختبر التصميم النهائي مجددًا.

تُعالج في البرمجيات المدمجة مرحلة البدء ومعلومة جاهزية بيانات جديدة وخطأ الاتصال والقياس غير الصالح بصورة منفصلة. ولا تُعرض آخر قيمة كأنها حالية عند انقطاع الاتصال. وتُحدد للترشيح وخرج التحكم مدة التأخير والتشغيل والإيقاف المتكرر قرب العتبة وسلوك إعادة التشغيل. ويجب أن تستخدم الشاشة والسجل والخادم الوحدة ومعلومات الوقت نفسيهما.

نقل بيانات المستشعر من الجهاز إلى الأتمتة →

بأي معلومات يمكنكم بدء مشروع CO2؟

شاركوا المكان أو العملية ونطاق CO2 المتوقع وظروف الحرارة والرطوبة ونقطة التركيب والقرار الذي ستُستخدم البيانات لاتخاذه. وعمر البطارية وتواتر القياس والشاشة والاتصال بالشبكة والوصول للصيانة أجزاء من التصميم. واذكروا خصوصًا الاستخدام الذي يحتوي CO2 مرتفعًا باستمرار، ليُختار نهج المعايرة وفق ذلك.

يُوضح في المشروع المطوّر مع VOMRO اختيار المستشعر واللوحة الإلكترونية والبرمجيات المدمجة والصندوق ونطاق التحقق معًا. ويُوثق موقع المقارنة بالمرجع والانحراف المقبول. وتُدرج الشيفرة المصدرية ووثائق التصميم في قائمة التسليم. وعرض CO2 على النموذج الأولي لا يُعد وعدًا بوظيفة إنذار لسلامة الأشخاص لم يُتحقق منها بصورة مستقلة.