Metodi di calibrazione per sensori di CO2 a canale singolo e doppio - Nota applicativa


Il biossido di carbonio (CO2) nell'aria viene normalmente misurato in parti per milione (ppm). A 1.000 ppm di CO2, un milione di molecole d'aria conterrebbe una miscela di 999.000 molecole d'aria e 1.000 molecole di CO2. I sensori di CO2 più comuni sono noti con il termine ingegneristico Non-Dispersive InfaRed, o NDIR. Un sensore di CO2 NDIR emette luce infrarossa attraverso un campione di gas in una camera di campionamento (vedi Figura 1). I fotorilevatori sensibili misurano l'intensità della luce infrarossa dopo il suo passaggio attraverso il campione di gas.

Fig 1: Sensore di CO2 a canale singolo

Le molecole di CO2 sono opache alla luce infrarossa di 4,26 micron, mentre il resto delle molecole d'aria non lo sono. L'intensità della luce infrarossa diminuisce quindi proporzionalmente al numero di molecole di CO2 presenti. La misurazione dell'intensità luminosa risultante misura il numero di molecole di CO2 presenti.

Deriva del sensore

La sorgente luminosa più comune per i sensori NDIR è una lampadina a incandescenza. In queste lampadine, una corrente elettrica passa attraverso un filamento metallico e lo riscalda finché non inizia a brillare. Il filamento incandescente è estremamente caldo e alcuni atomi di metallo si staccano dal filamento e volano all'interno della lampadina. La maggior parte di questi atomi si riaggancia al filamento quando la lampadina viene spenta, ma alcuni si allontanano abbastanza dal filamento e si condensano sull'involucro di vetro. Con il tempo, questo sottile rivestimento metallico riduce leggermente la quantità di luce emessa dalla lampadina. Questa riduzione viene percepita dal sensore come un aumento della concentrazione di CO2. Inoltre, quando gli atomi di metallo si condensano nuovamente sul filamento, possono spostare lentamente lo spettro della luce emessa, influenzando l'intensità della luce infrarossa percepita e la concentrazione di CO2.

Calibrazione automatica dello sfondo

Un modo per compensare la deriva del sensore è la calibrazione automatica dello sfondo. I livelli di CO2 all'aperto sono generalmente intorno a 400 ppm. Poiché le persone sono la principale fonte di CO2 all'interno di un edificio, quando un edificio non è occupato per 4-8 ore i livelli di CO2 tendono a scendere al livello esterno. La calibrazione automatica dello sfondo utilizza il microprocessore a bordo del sensore per ricordare la concentrazione di CO2 più bassa che si verifica ogni 24 ore. Il sensore presume che questo punto basso sia il livello di CO2 esterno.

Il sensore è anche abbastanza intelligente da ignorare le letture periodiche elevate che si verificano se uno spazio è occupato per 24 ore al giorno per alcuni giorni. Una volta raccolti 14 giorni di periodi di bassa concentrazione di CO2, il sensore esegue un'analisi statistica per verificare se si sono verificate piccole variazioni nelle letture dei livelli di fondo che potrebbero essere attribuite alla deriva del sensore. Se l'analisi conclude che c'è una deriva, viene apportato un piccolo fattore di correzione alla calibrazione del sensore per aggiustare questa variazione. Questa calibrazione automatica richiede che almeno tre degli ultimi 14 giorni abbiano livelli di CO2 spaziali che raggiungano i 400 ppm per un'ora o più.

L'effetto combinato di temperatura e pressione barometrica sulla misurazione della CO2

Un altro modo per compensare la deriva del sensore è il design a due canali. In questa configurazione, un fotorivelatore e un filtro vengono utilizzati per la misurazione della CO2 e funzionano come in un design a canale singolo. Il secondo fotorivelatore e filtro è un riferimento e utilizza una lunghezza d'onda che non viene influenzata dalle molecole d'aria. Circa una volta al giorno, il sensore esegue una lettura utilizzando il canale di riferimento. Qualsiasi cambiamento in questa misurazione di riferimento indica un cambiamento nell'ottica del sensore che può portare a una deriva. Il sensore corregge quindi automaticamente la misura di CO2 dal primo canale per evitare la deriva.

Figura 2: Sensore di CO2 a doppio canale

Mentre il canale di riferimento corregge le variazioni nel tempo, una calibrazione sul campo con azoto gassoso ripristina immediatamente il massimo livello di precisione.

Se hai altre domande, chiama il tuo rappresentante BAPI.


Versione pdf stampabile di questa nota di applicazione

Lascia una risposta

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.