Kalibratiemethoden voor CO2-sensoren met één of twee kanalen - Toepassingsnota


Koolstofdioxide (CO2) in de lucht wordt gewoonlijk gemeten in Parts Per Million (ppm). Bij 1000 ppm CO2 bevat een miljoen luchtmoleculen een mengsel van 999.000 luchtmoleculen en 1000 CO2-moleculen. De meest gebruikte CO2-sensoren staan bekend onder de technische term Niet-Dispersieve Infrarood, of NDIR. Een NDIR CO2-sensor schijnt infrarood licht door een gasmonster in een monsterkamer (zie figuur 1). Gevoelige fotodetectoren meten de intensiteit van het infrarode licht nadat het door het gasmonster is gegaan.

Fig 1: CO2-sensor met één kanaal

CO2-moleculen zijn ondoorzichtig voor infrarood licht van 4,26 micron, terwijl de rest van de luchtmoleculen dat niet zijn. De intensiteit van het infrarode licht wordt dus evenredig verminderd met het aantal aanwezige CO2-moleculen. Meting van de resulterende lichtintensiteit meet het aantal aanwezige CO2-moleculen.

Sensor afwijking

De meest gebruikelijke lichtbron voor NDIR-sensoren is een gloeilamp. In deze lampen gaat een elektrische stroom door een metalen gloeidraad en verhit deze tot hij begint te gloeien. De gloeiende gloeidraad is extreem heet en sommige metaalatomen koken van de gloeidraad af en vliegen rond in de lamp. De meeste van deze atomen hechten zich weer aan de gloeidraad wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, maar sommige verplaatsen zich ver genoeg van de gloeidraad af om te condenseren op het glazen omhulsel. Na verloop van tijd vermindert deze dunne metaallaag enigszins de hoeveelheid licht die door de lamp wordt uitgestraald. Deze vermindering wordt door de sensor waargenomen als een toename van de CO2-concentratie. Wanneer de metaalatomen weer op de gloeidraad condenseren, kunnen zij het spectrum van het uitgezonden licht langzaam veranderen, wat de waargenomen intensiteit van het infrarode licht en de CO2-concentratie kan beïnvloeden.

Automatische achtergrondkalibratie

Eén manier om sensor drift te compenseren is door automatische achtergrond kalibratie. CO2-niveaus buiten zijn over het algemeen ongeveer 400 ppm. Aangezien mensen de belangrijkste bron van CO2 in een gebouw zijn, zullen de CO2-niveaus dalen tot het buitenniveau wanneer een gebouw 4 tot 8 uur lang niet wordt gebruikt. De automatische achtergrondijking gebruikt de ingebouwde microprocessor van de sensor om de laagste CO2-concentratie te onthouden die elke 24 uur voorkomt. De sensor gaat ervan uit dat dit laagste punt het CO2-niveau buiten is.

De sensor is ook slim genoeg om periodiek verhoogde meetwaarden, die optreden als een ruimte gedurende een paar dagen 24 uur per dag bezet is, buiten beschouwing te laten. Zodra de sensor gedurende 14 dagen periodes met lage CO2-concentraties heeft gemeten, voert hij een statistische analyse uit om te zien of er kleine veranderingen in de achtergrondniveaus zijn opgetreden die kunnen worden toegeschreven aan sensordrift. Als uit de analyse blijkt dat er drift is, wordt een kleine correctiefactor op de sensorkalibratie toegepast om voor deze verandering te corrigeren. Voor deze automatische ijking is vereist dat op ten minste drie van de laatste 14 dagen het CO2-gehalte in de ruimte gedurende een uur of langer 400 ppm bedraagt.

Het gecombineerde effect van temperatuur en barometerdruk op CO2 meting

Een andere manier om sensor drift te compenseren is door een tweekanaals opzet. In deze opstelling wordt één fotodetector en filter gebruikt voor CO2-meting en werkt hetzelfde als in een eenkanaals opstelling. De tweede fotodetector en filter zijn een referentie en gebruiken een golflengte die niet wordt beïnvloed door luchtmoleculen. Ongeveer eenmaal per dag meet de sensor via het referentiekanaal. Elke verandering in deze referentiemeting wijst op een verandering in de optiek van de sensor, wat kan leiden tot drift. De sensor corrigeert dan automatisch de CO2-meting van het eerste kanaal om drift te voorkomen.

Figuur 2: CO2-sensor met twee kanalen

Terwijl het referentiekanaal veranderingen in de tijd corrigeert, zal een veldkalibratie met stikstofgas onmiddellijk het hoogste niveau van nauwkeurigheid herstellen.

Als u nog vragen heeft, neem dan contact op met uw BAPI-vertegenwoordiger.


Printbare pdf-versie van deze toepassingsnota

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres zal niet worden gepubliceerd.