Углекислый газ схема прибора

Принцип действия датчика углекислого газа, варианты дешевых комнатных газоанализаторов

Диоксид углерода, находящийся в воздухе, при разной концентрации, по-разному влияет на самочувствие человека. Нормальным значением в атмосфере считается 400 частей на миллион. При увеличении свыше 1500 может ощущаться усталость, чувство духоты. Отсутствие должной вентиляции и отсутствие контроля содержания углекислоты в воздухе является причиной потери внимания, снижения способности восприятия информации учеников в малых аудиториях, кабинетах, у работников офисов.

Обладая газоанализатором углекислого газа можно вовремя принять меры по снижению высокого содержания двуокиси углерода. Определить, необходимо ли приобретать дополнительную вентиляцию и установить собственный допустимый минимальный предел, помогающий чувствовать себя всегда свежо.

Принцип действия

Принцип действия детектора CO2 основан на поглощении газом инфракрасных лучей. Анализируемый воздух, находясь в небольшой камере, подвергается облучению инфракрасным лучом. Сначала осуществляется замер интенсивности без оптического устройства. Затем луч, проходя через смесь газов и светофильтр, доходит до считывающего датчика. Датчик фиксирует показание интенсивности принятого луча диапазоном от 1 до 15 мкм. После определения двух значений, по разнице, прибор определяет концентрацию углекислоты в воздухе.

Данные газоанализаторы нечувствительны к кислороду, имеют хорошую избирательность и стабильность, быстрый отклик и надёжность.

На небезызвестном сайте Aliexpress можно найти и купить большое разнообразие бытовых, комнатных датчиков. Часто сам сенсор вставлен внутрь корпуса, напоминающий небольшие настольные часы, либо будильник, который совмещает несколько функций. Мы сделали небольшую подборку популярных анализаторов диоксида углерода от разных продавцов.

Газоанализаторы

Вариант №1

Датчик углекислого газа бренда AZ из магазина Ideal Concept Store, имеющий артикул CO87, похож на часы — будильник, имеющий встроенный экран. Фронтальная сторона наклонена к поверхности под углом 15 градусов и имеет круглую форму диаметром 12 см. Устройство не имеет выступающих частей и острых углов. Высота устройства 8 см. Корпус сделан из серого пластика.

Данный прибор имеет следующие особенности:

• Наличие датчиков температуры и влажности с отображением на экране
• Наличие встроенного календаря и часов
• Индикация качества воздуха
• Наличие светодиодного индикатора, звукового сигнала о превышении установленного показания двуокиси углерода
• Предусмотрена автоматическая калибровка
• Широкий диапазон измерений
• Возможность выбора размерности указания температуры (градусы, фаренгейты)
• Возможна синхронизация с ПК с последующим составлением анализа
• Возможность программирования указания качества воздуха в зависимости от содержания CO2
• Характеристики газоанализатора следующие:
• Диапазон измерения углекислоты: 0 -2000 ppm, 2001 – 9999 вне шкалы (с разрешением 1 ppm.)
• Диапазон измеряемой температуры воздуха: -10 — +60 °C (с разрешением 0,1 °C )
• Диапазон измерения влажности воздуха: 0,1 – 99,9 % (с разрешением 0,1 %)
• Точность измеряемого CO₂: ±50 ppm
• Интервал между измерениями от 1 секунды до 5 часов
• 4” LCE экран c подсветкой
• Адаптер питания 5 V / 0,5 А
• Предупреждение при достижении предельной (программируемой) концентрации.

Вариант №2

Анализатор углекислого газа AZ, имеющий артикул CO22_EU, выглядит как фото-рамка с габаритами 130*85*60 мм

Устройство можно связать с системой вентиляции и задать определённое значение, по которому будет происходить включение, либо отключение вентиляции. Возможен вывод показания содержания углекислоты на компьютер.

• Диапазон измерения: 0 -2000 ppm, 2001 – 9999 вне шкалы (с разрешением в 1 ppm)
• Точность измерения CO₂: ±50 ppm
• Время выхода на режим после включение: 30 секунд
• 3,07” LCD экран c подсветкой
• Питание 12 V / 1 А
• Ёмкость аккумулятора 50 мА

Вариант №3

Газоанализатор бренда Barry Century из магазина Instruments, имеющий артикул AZ7788A имеет формы небольшой пластиковой коробочки с размерами 120*91,2*27 мм.

Из основных особенностей можно выделить составление на собственном ЖК экране график изменения концентрации фиксируемого газа, наличие трех диодов, сообщающих о качестве воздуха.

Технические характеристики следующие:

• Диапазон концентрации измерения углекислого газа: 0 -5000 ppm
• Погрешность измерения CO₂: ±50 ppm
• Адаптер 5 V / 16 мА. Аккумулятор ёмкостью 160 мА

Вариант №4

Измеритель концентрации углекислого газа из магазина NewBeautifulLife Store версии 8802-EN-00 является портативным вертикально стоящим датчиком. Небольшие габариты позволяют брать устройство в карман. На ЖК экране кроме концентрации анализируемого вещества отображается температура, давление, дату и время.

Детектор имеет характеристики:

• Диапазон измерения диоксида углерода 0 – 2000 ppm с разрешением в 0,1 ppm
• Погрешность измерения ±3%
• Параметры рабочей среды: температура 0 – 50 °C , влажность 10 – 90 %.
• Тип датчика: NDIR CO₂
• Адаптер питания 5 V
• Имеется звуковой и световой сигнал предупреждения о превышении установленной концентрации.

Вариант №5

Датчик диоксида углерода в воздухе из магазина instrument Factory Store под артикулом HT-2000 имеет следующие характеристики:

• Диапазон измерения CO₂: 0 – 9999 ppm (вне шкалы)
• Дисплей LCE: 3,5 дюйма (8,9 см) с подсветкой
• Время отклика: 10 секунд
• Точность измерения: ± 50ppm
• Срок службы: 15 лет
• Параметры рабочей среды: температура 0 – 50 °C , влажность 10 – 90 %.

Вариант №6

Анализатор, продаваемый магазином Measuring Tools под артикулом HT-501, имеет стильный дизайн миниатюрных часов, показывающих концентрацию углекислоты, температуру и влажность. Экран обведён чёрной рамкой, цифры отображаются на тёмном фоне и при этом легко читаются. Управление просто и интуитивно понятно, имеет прочный корпус.

• Размеры: 107*107*58,2 мм
• Ёмкая батарея на 1000 мА
• Время отклика: 1 секунда
• Диапазон измерения: 1 – 9999 ppm
• Точность: ± 70ppm

Вариант №7

Один из самых маленьких комнатных устройств контроля содержания CO₂, продаётся в магазине HTI под артикулом HT-401. На ЖК экране отображается только концентрация анализируемого газа, указание чистоты воздуха по индикатору «смайлик». Прибор может работать как от батарейки, так и от mini-USB, автоматически откалиброван

Характеристики анализатора следующие:

• Диапазон измерений углекислого газа: 1 – 9999 ppm
• Точность: ± 70ppm
• Габариты:74*71*27мм
• Вес: 51 г
• Время автономной работы: 3,5 часа

Вариант №8

Самый дешевый газоанализатор концентрации CO₂ продаётся в магазине HESSWAY IntelligentHome Store под артикулом KF-800F. На ЖК экране можно увидеть не только содержание газа, но и температуру помещения. Отличительной особенностью данного девайса является возможность управлять как самим вентилятором, так и его скоростями. В зависимости от концентраций и температуры ЖК экран может менять свой фон с зеленого на желтый или красный.

• Диапазон отображения температуры: 0 °C — 50 °C
• Срок службы: ≥ 10 лет
• Диапазон CO₂ дисплея: 350ppm-3000ppm
• Время выхода на показания: ≤ 30 секунд

Вариант №9

На али экспрессе возможно приобрести сенсор без вывода данных. Он пригодится при необходимости удалённого контроля за концентрацией углекислого газа, при необходимости вывода посредством wi-fi, либо проводной сети сразу нескольких показателей на общий пульт контроля, управления. Любителям программировать устройства на ардуино подойдет для опытов. В магазине FYD Open Source Hardware под артикулом MH-Z19 продаётся недорогой модуль.

• Способен измерять концентрацию CO2: 1 – 5000 ppm
• Точность: ± 50ppm
• Размеры: 30*20*9 мм
• Вес: 21 г
• Срок службы: 5 лет
• Рабочее напряжение 3,6 – 5,5 V, сила тока 18 мА

Заключение

Приобретение газоанализаторов для контроля за содержанием углекислого газа в домах, это путь к здоровой жизни. Знания о влиянии диоксида углерода на человека в комнате обязательно приведут к тому, что контроль за концентрацией возможно станет обязательным. Датчики и анализаторы будут устанавливать во всех школах, институтах, садиках. На работе, в помещениях с большим скоплением людей, будет считаться нормой установка сенсора CO₂ для управления системой вентиляции…

Источник статьи: http://uglekislygaz.ru/dioksid-ugleroda/gazoanalizatory/

Прибор-приставка к мультиметру для контроля содержания углекислого газа

Для приборов контроля содержания углекислого газа в помещениях несколько крупных зарубежных фирм, в частности японские фирмы, выпускают датчики. Справочные листки этих датчиков размещены в сети Интернет, но сами датчики достать в Украине, России и Беларуси практически невозможно. Исключение составляют датчики фирмы FIGARO. Один из них и был приобретен для экспериментов.

Внешний вид датчика TGS 4161 показан на фото в начале статьи, габаритные размеры — на рис.1. Принцип работы датчика основан на изменении ЭДС встроенного в него микроминиатюрного гальванического источника напряжения при колебаниях содержания углекислого газа в окружающей среде. Для повышения эффективности работы датчика, внутри корпуса установлен также электрический подогреватель Если учесть, что все компоненты датчика размещены на стеклянной пластинке размерами 1,5×1,5 мм, то можно догадаться, почему стоимость датчика при его заказе весьма высока и достигает $50.

Пока одна из киевских фирм выполняла заказ на поставку датчика из-за границы, можно было начать макетировать схему контроля. При этом было обращено внимание на тот факт, что при таких микроскопических размерах источника ЭДС датчика его можно нагружать только на очень высокоомный вход операционного усилителя (ОУ). Конечно, для этой цели непригодны широко распространенные бытовые ОУ, например, типа LM358N и аналогичные. Их входное сопротивление не превышает 200 кОм. Более рационально использовать ОУ с полевыми транзисторами во входных каскадах. Весьма недорогим и распространенным таким ОУ является CA3140EZ. Его входное сопротивление доходит до нескольких ГОм (гигаом).

Второй задачей при построении бытового измерителя С0₂ с датчиком TGS4161 является линеаризация его выходной характеристики. Кстати, эта проблема характерна и для датчиков других фирм. Действительно, в тексте справочного листка датчика лишь одним кратким предложением отмечено, что его выходная характеристика логарифмическая. Пользоваться такой шкалой бытового прибора (измерителя концентрации С0₂ в помещении) обывателю крайне неудобно. Значит, надо линеаризовать передаточную характеристику прибора.

Именно на эти вышеуказанные особенности проектируемого бытового измерителя концентрации СО₂ и было обращено внимание при его построении.

До получения заказанного датчика С0₂ вместо него для макетирования схемы использовался его имитатор, схема которого показана на рис.2, а внешний вид — на фото 1 Напряжение (3 В) малогабаритной часовой батареи CR2023 понижается делителем имитатора примерно до 0,30. 0,36 В. Конкретная величина выходного напряжения имитатора зависит от положения червячного микрометрического винта подстроечного резистора R3 и сопротивлении резисторов R1, R4, R5, R6.

Резистор R7 является выходным токоограничивающим.

Рис. 3. Принципиальная схема датчика газа CO₂

Принципиальная схема усилителя ЭДС датчика газа СО₂ показана на рис.3. Напряжение датчика подается на неинвертирующий вход ОУ DA1. Резисторы цепи обратной связи R1 и R2 задают небольшой коэффициент усиления каскада на ОУ. К выходу этого усилителя, как показано на рис.3, подключают цифровой мультиметр, например, DT-830B, подготовленный для измерения напряжений на пределе 200 мВ.

Первоначально при нулевом значении сопротивления между движком R3 и нижним по схеме рис.2 выводом этого резистора выставляют подстроечными резисторами имитатора его выходное напряжение 300 мВ. Далее выставляют величину подстроенного резистора R2 в схеме рис.3 порядка 9,1 кОм. Регулировкой положения движка подстроенного резистора R5 добиваются минимальных, практически нулевых, показаний мультиметра DT-830B, подключенного к контактам колодки XS2. Это оказывается возможным при включении (по схеме) измерительного милливольтметра между выходом ОУ DA1 и движком подстроечного резистора R5. Далее выставляют выходное напряжение имитатора порядка 350 мВ. Это должно имитировать подачу на вход устройства сигнала датчика газа при давлении СО₂ 2000 ppm.

Диод VD1 совместно с резистором R3 линеаризуют выходную характеристику всей схемы измерителя С0₂ на ОУ DA1. В качестве VD3 использован диод Шотки с относительно небольшим пороговым напряжением (порядка 0,3 В). При больших напряжениях (примерно с 0,4 В) диод Шотки резко переходит в насыщение Это явление и использовано для линеаризации показаний прибора для измерения процентного содержания углекислого газа в воздухе. Дело в том, что согласно справочному листку фирмы FIGARO для датчика TGS4161, линейные приращения выходного напряжения датчика происходят при изменениях давления СО₂ по логарифмическому закону (рис.6). Фактически, датчик имеет отклик при изменении парциального давления С02 от 350 до 10000 ppm. По санитарным нормам допускается 10% содержание СО₂ в воздухе жилых помещений. поэтому для бытовых целей достаточно ограничить диапазон парциального давления этого газа в воздухе 1000 ppm Даже с двукратным превышением С0₂ в контролируемом воздухе диапазон изменений этого газа описанным прибором составляет 350. 2000 ppm.

На рис.4 показана топография печатной платы макета, на рис.5 — расположение радиокомпонентов на плате, а на фото 2 — внешний вид макета.

В заключение этой статьи хотелось бы поделиться с читателями своими сомнениями в правильности фирменной информации FIGARO в части рисунка активногоэлемента датчика TGS4161 (рис.7). Согласно этому рисунку электроды активного элемента датчика (Sensing electrode и Counter electrode) разделены между собой не только слоем электролита (Solid electrolyte), но и слоем стекла (Glass). Стекло — практически идеальный диэлектрик, через него «не проходят» электрические заряды (ток). Как же он «не мешает» работе гальванического элемента датчика С0₂? Может быть, стекло на заводе-изготовителе датчиков TGS4161 было легировано специальными примесями, которые и придали ему возможность проводить электрические заряды. Об этом остается только догадываться. Фактически, конструкция датчика С0₂ — объективная реальность. Датчик TGS4161 работоспособен и используется во многих странах мира, поэтому вопрос его «детальной» конструкции — риторический и в него, пожалуй, не стоит углубляться. Лучше обратить внимание читателей, что фирма FIGARO разработала и серийно выпускает аналогичный датчик С0₂ — TGS4160. В его корпусе дополнительно установлен терморезистор, что позволяет производить контроль температуры в «структуре» датчика. Поддержание температуры на постоянном уровне независимо от колебаний внешней температуры в помещении делает работу датчика С0₂ более стабильной. Правда, стоит такой датчик на 10 дол. больше.

Рис. 6

Е.Л. Яковлев, г. Ужгород Журнал Радиоаматор, №10 2012г

Источник статьи: http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1267