Sensor de dióxido de carbono

Un sensor de dióxido de carbono o sensor de CO2 es un instrumento para la medición del gas de dióxido de carbono . Los principios más comunes para los sensores de CO2 son los sensores de gas infrarrojos ( NDIR ) y los sensores de gas químicos. La medición del dióxido de carbono es importante para monitorear la calidad del aire en interiores , [1] la función de los pulmones en forma de un dispositivo capnográfico y muchos procesos industriales.

Infrarrojo no dispersivo (NDIR) CO2sensores

Medidor de concentración de CO2 que utiliza un sensor infrarrojo no dispersivo

Los sensores NDIR son sensores espectroscópicos que detectan CO2 en un entorno gaseoso por su absorción característica. Los componentes clave son una fuente de infrarrojos , un tubo de luz , un filtro de interferencia (longitud de onda) y un detector de infrarrojos. El gas se bombea o se difunde en el tubo de luz y la electrónica mide la absorción de la longitud de onda característica de la luz. Los sensores NDIR se utilizan con mayor frecuencia para medir el dióxido de carbono. [2] Los mejores de ellos tienen sensibilidades de 20 a 50 ppm . [2] Los sensores NDIR típicos cuestan entre 100 y 1000 dólares estadounidenses.

Los sensores de CO2 NDIR también se utilizan para el CO2 disuelto en aplicaciones como la carbonatación de bebidas, la fermentación farmacéutica y el secuestro de CO2 . En este caso, se combinan con una óptica ATR (reflexión total atenuada) y miden el gas in situ . Los nuevos desarrollos incluyen el uso de fuentes de infrarrojos de sistemas microelectromecánicos (MEMS) para reducir los costos de este sensor y crear dispositivos más pequeños (por ejemplo, para su uso en aplicaciones de aire acondicionado ). [3]

También se puede utilizar otro método ( la Ley de Henry ) para medir la cantidad de CO2 disuelto en un líquido, si la cantidad de gases extraños es insignificante. [ se necesita más explicación ]

Sensores fotoacústicos

El CO 2 se puede medir mediante espectroscopia fotoacústica . La concentración de CO 2 se puede medir sometiendo una muestra a pulsos de energía electromagnética (como los de un láser de retroalimentación distribuida [4] ) que está ajustado específicamente a la longitud de onda de absorción del CO 2. Con cada pulso de energía, las moléculas de CO 2 dentro de la muestra absorberán y generarán ondas de presión a través del efecto fotoacústico . Estas ondas de presión se detectan luego con un detector acústico y se convierten en una lectura de CO 2 utilizable a través de una computadora o microprocesador. [5]

CO químico2sensores

Los sensores de gas CO2 químicos con capas sensibles basadas en polímeros o heteropolisiloxanos tienen la principal ventaja de un consumo de energía muy bajo y de que se pueden reducir en tamaño para adaptarse a sistemas basados ​​en microelectrónica. En el lado negativo, los efectos de deriva a corto y largo plazo, así como una vida útil general bastante corta, son obstáculos importantes en comparación con el principio de medición NDIR. [6] La mayoría de los sensores de CO2 se calibran completamente antes de salir de fábrica. Con el tiempo, el punto cero del sensor necesita calibrarse para mantener la estabilidad a largo plazo del sensor. [7]

Estimación de CO2sensor

Para ambientes interiores como oficinas o gimnasios donde la principal fuente de CO 2 es la respiración humana , reescalar algunas cantidades más fáciles de medir como las concentraciones de compuestos orgánicos volátiles (VOC) y gas hidrógeno ( H 2 ) proporciona un estimador suficientemente bueno de la concentración real de CO 2 para fines de ventilación y ocupación. [ cita requerida ] Además, en la medida en que la ventilación es un factor en la propagación de virus respiratorios , [8] los niveles de CO 2 son una métrica aproximada para el riesgo de COVID-19 ; cuanto peor sea la ventilación, mejor para los virus y viceversa . [9] Los sensores para estas sustancias se pueden fabricar utilizando tecnología de semiconductores de óxido metálico (MOS) de sistemas microelectromecánicos (MEMS) baratos (~ $ 20) . La lectura que generan se llama CO 2 estimado (eCO 2 ) [10] o equivalente de CO 2 (CO 2 eq). [11] Aunque las lecturas tienden a ser suficientemente buenas a largo plazo, la introducción de fuentes de COV o CO2 no relacionadas con la respiración , como pelar frutas o usar perfume , socavará su confiabilidad. Los sensores basados ​​en H2 son menos susceptibles ya que son más específicos de la respiración humana, aunque las mismas condiciones de salud que la prueba de aliento con hidrógeno está diseñada para diagnosticar también los alterarán. [11]

Aplicaciones

Véase también

Referencias

  1. ^ Kampezidou, SI; Tikayat Ray, A.; Duncan, S.; Balchanos, MG; Mavris, DN (7 de enero de 2021). "Detección de ocupación en tiempo real con máquinas de reconocimiento de patrones informadas por la física basadas en sensores limitados de CO2 y temperatura". Energía y edificios . 242 : 110863. Bibcode :2021EneBu.24210863K. doi : 10.1016/j.enbuild.2021.110863 . ISSN  0378-7788. S2CID  233831299.
  2. ^ ab Lang, T.; Wiemhöfer, HD; Göpel, W. (1996). "Sensores de CO2 basados ​​en carbonato con alto rendimiento". Sensors and Actuators B: Chemical . 34 (1–3): 383–7. doi :10.1016/S0925-4005(96)01846-1.
  3. ^ Vincent, TA; Gardner, JW (noviembre de 2016). "Un sistema NDIR basado en MEMS de bajo costo para el monitoreo de dióxido de carbono en análisis del aliento a niveles de ppm". Sensores y actuadores B: Química . 236 : 954–964. Bibcode :2016SeAcB.236..954V. doi :10.1016/j.snb.2016.04.016.
  4. ^ Zakaria, Ryadh (marzo de 2010). "3.5 Espectroscopia fotoacústica (PAS)" (PDF) . Diseño de instrumentación NDIR para detección de gas CO2 (PhD). Universidad de Cranfield. págs. 35–36. hdl :1826/6784.
  5. ^ AG, Infineon Technologies. "Sensores de CO2 - Infineon Technologies". www.infineon.com . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
  6. ^ Zhou, R.; Vaihinger, S.; Geckeler, KE; Göpel, W. (1994). " Sensores de CO2 fiables con polímeros basados ​​en silicio sobre transductores de microbalanza de cuarzo". Sensors and Actuators B: Chemical . 19 (1–3): 415–420. doi :10.1016/0925-4005(93)01018-Y.
  7. ^ "Guía de calibración automática de CO2" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2014-08-19 . Consultado el 2014-08-19 .
  8. ^ Moriyama, Miyu; Hugentobler, Walter J.; Iwasaki, Akiko (29 de septiembre de 2020). "Estacionalidad de las infecciones virales respiratorias". Revisión anual de virología . 7 (1): 83–101. doi : 10.1146/annurev-virology-012420-022445 . PMID  32196426. S2CID  214601321.
  9. ^ Peng, Zhe; Jiménez, Jose L. (11 de mayo de 2021). "CO2 exhalado como indicador de riesgo de infección por COVID-19 para diferentes entornos y actividades en interiores". Environmental Science & Technology Letters . 8 (5): 392–397. Bibcode :2021EnSTL...8..392P. doi :10.1021/acs.estlett.1c00183. PMC 8043197 . PMID  37566374. 
  10. ^ Rüffer, D; Hoehne, F; Bühler, J (31 de marzo de 2018). "Nueva plataforma de sensores digitales de óxido metálico (MOx)". Sensors (Basilea, Suiza) . 18 (4): 1052. Bibcode :2018Senso..18.1052.. doi : 10.3390/s18041052 . PMC 5948493 . PMID  29614746. 
  11. ^ ab Herberger S, Herold M, Ulmer H (2009). "Tecnología de sensores de gas MOS para ventilación controlada por demanda" (PDF) . Actas del 4.º Simposio internacional sobre hermeticidad en edificios y conductos y la 30.ª Conferencia de la AIVC sobre tendencias en edificios de alto rendimiento y el papel de la ventilación . Berlín.
  12. ^ Arief-Ang, IB; Hamilton, M.; Salim, F. (1 de junio de 2018). "RUP: predicción de utilización de salas grandes con sensor de dióxido de carbono". Computación móvil y generalizada . 46 : 49–72. doi :10.1016/j.pmcj.2018.03.001. ISSN  1873-1589. S2CID  13670861.
  13. ^ Arief-Ang, IB; Salim, FD; Hamilton, M. (14 de abril de 2018). "SD-HOC: Algoritmo de descomposición estacional para la minería de series temporales rezagadas". Minería de datos [ SD-HOC: Algoritmo de descomposición estacional para la minería de series temporales rezagadas ]. Comunicaciones en informática y ciencias de la información. Vol. 845. Springer. págs. 125–143. doi :10.1007/978-981-13-0292-3_8. ISBN 978-981-13-0291-6.
  14. ^ "Beneficios de la ventilación controlada por demanda para su edificio" (PDF) . KMC Controls. 2013. Archivado desde el original (PDF) el 27 de junio de 2014.
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