تصنيف ومبدأ عمل مستشعر ثاني أكسيد الكربون

تصنيف ومبدأ عمل مستشعر ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون غاز عديم اللون والرائحة، وهو أحد المكونات الأساسية للغلاف الجوي. وباعتباره المتفاعل الرئيسي في عملية التمثيل الضوئي، يرتبط تركيزه ارتباطًا مباشرًا بكفاءة التمثيل الضوئي للمحاصيل، ويحدد نموها وتطورها ونضجها ومقاومتها للإجهاد وجودتها وإنتاجيتها. مع ذلك، فإن ارتفاع تركيزه بشكل مفرط لا يُنتج آثارًا سلبية فحسب، مثل ظاهرة الاحتباس الحراري، بل يُهدد صحة الإنسان أيضًا. إذ يُصاب الإنسان بصداع شديد عند بلوغ تركيزه 0.3%، ودوار عند بلوغه 4-5%. وتتميز البيئات الداخلية، وخاصة في الغرف المكيفة، بأنها مغلقة نسبيًا. فإذا لم تتوفر التهوية لفترة طويلة، سيزداد تركيز ثاني أكسيد الكربون تدريجيًا، مما يُضر بصحة الإنسان. وفقًا لمعيار جودة الهواء الداخلي المُطبق عام 2003، لا تتجاوز القيمة المعيارية اليومية لنسبة حجم ثاني أكسيد الكربون 0.1%. ومع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، وتحسن مستويات معيشة الناس، وتزايد اهتمامهم بحماية البيئة، أصبح الرصد والتحكم الكمي لغاز ثاني أكسيد الكربون مطلبًا متزايدًا. وتُستخدم أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل الصناعة والزراعة والدفاع الوطني والطب والصحة وحماية البيئة والفضاء.

دعوني أشرح لكم مبدأ عمل مستشعر ثاني أكسيد الكربون . لكل مادة طيفها المميز ذو الخطوط الساطعة، وطيف امتصاصها المقابل، وكذلك جزيئات غاز ثاني أكسيد الكربون. يؤثر اهتزاز الشبكة البلورية للمادة الخزفية سلبًا على حركة الإلكترونات. مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد اهتزاز الشبكة البلورية وتزداد سعته، مما يعيق تعزيز حركة الإلكترونات. وفقًا لنظرية الامتصاص الانتقائي للغاز، عندما يتطابق طول موجة انبعاث مصدر الضوء مع طول موجة امتصاص الغاز، يحدث امتصاص رنيني، وترتبط شدة الامتصاص بتركيز الغاز. يمكن قياس تركيز الغاز عن طريق قياس شدة امتصاص الضوء. يوجد حاليًا أنواع عديدة من مستشعرات ثاني أكسيد الكربون. بناءً على مبادئ عملها، تُقسم إلى مستشعرات التوصيل الحراري، ومقياس الكثافة، وامتصاص الإشعاع، والتوصيلية، والامتصاص الكيميائي، والكيمياء الكهربائية، والكروماتوغرافيا، وقياس الطيف الكتلي، والأشعة تحت الحمراء، والنوع البصري، وغيرها. يعتمد مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يمتص الأشعة تحت الحمراء على مبدأ أن طيف امتصاص الغاز يختلف باختلاف المواد. يتحكم عنصر استشعار ثاني أكسيد الكربون في مصباح الأشعة تحت الحمراء الداخلي لإصدار ضوء تحت أحمر بطول موجي ثابت عبر دائرة التشغيل. بعد امتصاص الغاز المراد قياسه، يتغير مقدار ضوء الأشعة تحت الحمراء، ومن ثم يُحسب تركيز الغاز المراد قياسه من خلال رصد هذا التغير. أي أن إشارة خرج عنصر الاستشعار تُصفى وتُضخّم وتُجمع بواسطة محول تناظري رقمي (ADC) وتُحوّل، ثم تُدخل إلى المعالج الدقيق. يقوم نظام المعالج الدقيق بإجراء معالجة تعويضية لدرجة الحرارة والضغط وفقًا لقيم درجة الحرارة والضغط المُجمعة، ثم يحسب قيمة تركيز ثاني أكسيد الكربون المراد قياسه ويعرضها على جهاز العرض. تشمل التقنيات الرئيسية مطيافية امتصاص ليزر الصمام الثنائي القابل للضبط، وتقنية مطيافية الصوت الضوئي، وتقنية مطيافية التجويف المُحسّن، وتقنية مطيافية الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة. تتميز مستشعرات امتصاص الأشعة تحت الحمراء بالعديد من المزايا، مثل الحساسية العالية وسرعة التحليل العالية والاستقرار الجيد.

مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائي هو نوع من المستشعرات الكيميائية التي تحول تركيز (أو الضغط الجزئي) ثاني أكسيد الكربون إلى إشارة كهربائية من خلال تفاعل كهروكيميائي. وبحسب الإشارة الكهربائية المُكتشفة، يُقسم النوع الكهروكيميائي إلى نوع الجهد، ونوع التيار، ونوع السعة. وبحسب شكل الإلكتروليت، يوجد نوعان: الإلكتروليت السائل والإلكتروليت الصلب. ومنذ سبعينيات القرن الماضي وحتى الآن، حظيت مستشعرات ثاني أكسيد الكربون ذات الإلكتروليت الصلب باهتمام واسع من الباحثين العلميين. ويعتمد مبدأ عملها على توليد أيونات في المادة الحساسة للغاز عند مرورها عبر الغاز، مما يُشكل قوة دافعة كهربائية، ومن ثم قياس هذه القوة لتحديد نسبة حجم الغاز. كما يُعد استخدام ثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى في صناعة مستشعر غاز ثاني أكسيد الكربون من النوع الموصل حرارياً أول مستشعر للكشف عن ثاني أكسيد الكربون، إلا أن حساسيته منخفضة. أما مستشعر الغاز ذو الموجات الصوتية السطحية، فيعتمد على طلاء بلورة كهرضغطية بغشاء حساس للغاز يمتص غازاً معيناً بشكل انتقائي. عندما يتفاعل الغشاء الحساس للغاز مع الغاز المراد قياسه، تتغير جودة الغشاء وقوة التصاقه. وتؤدي التغيرات في خصائص مثل المرونة والتوصيل الكهربائي إلى انحراف تردد الموجة الصوتية السطحية للبلورة الكهروإجهادية، مما يسمح بالكشف عن تركيز الغاز. يُعد مستشعر الغاز بالموجات الصوتية السطحية نوعًا من المستشعرات الحساسة للكتلة. بالإضافة إلى ذلك، يعمل مستشعر الغاز بميزان بلوري كوارتز دقيق بنفس مبدأ عمل مستشعر الموجات الصوتية السطحية، وهو أيضًا مستشعر حساس للكتلة. لا يتميز المستشعر الحساس للكتلة بانتقائية تجاه الغاز أو البخار، وتعتمد انتقائيته كمستشعر كيميائي فقط على طبيعة مادة الطلاء السطحي. تستخدم مستشعرات غاز ثاني أكسيد الكربون شبه الموصلة أشباه الموصلات كمستشعرات للغاز. وتتميز مستشعرات غاز ثاني أكسيد الكربون شبه الموصلة المصنوعة من أكسيد المعادن بالاستجابة السريعة، ومقاومة الظروف البيئية القوية، والبنية المستقرة.

بفضل أنظمة مراقبة البيئة ومزايا أجهزة الاستشعار الأصلية، أصبحت كلمة رائجة في سوق أنظمة مراقبة البيئة.
احصل على استشارة احترافية وفعّالة من حيث التكلفة من شركة ريكا للمستشعرات، المتخصصة في أجهزة الاستشعار الأصلية. خبراء شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة هم خيارك الأمثل!
مشاكل أنظمة مراقبة البيئة ليست بجديدة، فكلنا تقريباً نواجهها في مرحلة ما من حياتنا، وبعضنا لا يتخلص منها أبداً. ومع تطور تقنية أجهزة الاستشعار الأصلية، أصبح لدينا الآن حل مثالي لهذه المشكلة.

تزويد خبراء استراتيجيات حلول أجهزة الاستشعار بالأموال الكافية لتسويق شركتنا والمنتجات والخدمات التي تقدمها بشكل مناسب.
الاتساق والبساطة متلازمان. وهذا يعني مواءمة مستشعرات ريكا مع المنصات المناسبة، والتحدث إلى العملاء المناسبين بالرسالة المناسبة، وبيع الفكرة المناسبة.