Bạn có bao giờ thắc mắc làm thế nào mà một chiếc cảm biến nhỏ bé lại có thể giám sát liên tục và chính xác nồng độ CO2 trong môi trường sống, học tập, làm việc lẫn sản xuất? Câu trả lời nằm ở công nghệ hồng ngoại không tán sắc (NDIR) - bộ não của đa số các thiết bị cảm biến nồng độ CO2 hiện đại. Hãy cùng Sensors Việt Nam tìm hiểu nguyên lý đo CO2 NDIR trong bài việc sau đây nhé!
SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LÝ ĐO CO2 NDIR
NDIR (Non-Dispersive Infrared) là công nghệ hồng ngoại không phân tán/không tán sắc. Đây là giải pháp đo lường chất khí dựa trên nguyên tắc hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại ở bước sóng cụ thể của các phân tử khí.
Thuật ngữ "không tán sắc" trong NDIR nghĩa là: tia hồng ngoại sẽ không bị phân tách thành các bước sóng khác nhau như trong các phương pháp quang phổ sử dụng lăng kính truyền thống. Thay vào đó, cảm biến được tích hợp công nghệ NDIR sử dụng bộ lọc quang học chuyên biệt - chỉ chọn lọc chính xác bước sóng đặc trưng mà chất khí cần đo có thể hấp thụ mạnh nhất.
Bên cạnh khả năng đảm bảo độ chính xác tối đa của phép đo, công nghệ này còn có các ưu điểm nổi bật như:
- Hoạt động ổn định và ít drift theo thời gian.
- Hạn chế sai số do nhiễu do các khí khác và độ ẩm.
- Tuổi thọ cao (có thể lên đến 5 - 10 năm nếu được sử dụng, bảo trì/bảo dưỡng, hiệu chuẩn đúng cách).
Điều này cũng lý giải vì sao nguyên lý hoạt động cảm biến khí CO2 NDIR được ưu ái trong các hệ thống HVAC, BMS, IAQ, nhà kính và nhà máy.
Công nghệ hồng ngoại không tán sắc được tích hợp trong các cảm biến khí CO2 hiện đại
XEM THÊM: CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ CO2
NGUYÊN LÝ ĐO CO2 CỦA CÔNG NGHỆ NDIR
Nguyên lý đo CO2 NDIR sẽ “đếm” phân tử khí CO2 thông qua cơ chế hấp thụ hồng ngoại ở bước sóng đặc trưng. Cụ thể như sau:
- Mỗi loại khí có bước sóng hấp thụ riêng, đó là "dấu vân tay quang học” độc nhất vô nhị. Theo đó, các phân tử khí CO2 chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước sóng 4.26 μm.
- Sự khác biệt này là cơ sở giúp cảm biến công nghệ NDIR có thể phân biệt chính xác khí CO2 với các loại khí khác.
Nguyên lý đo CO2 - quy trình 6 bước cụ thể:
Nguyên lý hoạt động cảm biến CO2 sử dụng công nghệ NDIR diễn ra như sau:
Bước 1: Phát Xạ Hồng Ngoại
Cảm biến khí CO2 sẽ sử dụng một nguồn phát hồng ngoại trong dải bước sóng 1-20 μm. Các tia hồng ngoại được hướng vào buồng đo quang học (sample chamber) bên trong cảm biến.
Bước 2: Tương Tác Với Khí
Khi luồng khí đi vào buồng đo quang học của cảm biến, các phân tử CO2 trong không khí sẽ hấp thụ năng lượng hồng ngoại ở bước sóng đặc trưng là 4.26 micron. Mức độ hấp thụ này sẽ tương ứng với nồng độ khí CO2 trong không khí ở khu vực đo.
Bước 3: Lọc Quang Học
Ánh sáng hồng ngoại còn lại (sau khi bị CO2 hấp thụ) sẽ tiếp tục đi đến bộ lọc quang học (được thiết kế chỉ cho phép ánh sáng ở bước sóng 4.26 micron đi qua) để loại bỏ nhiễu trước khi gửi tới bộ dò hồng ngoại (IR Detector).
Bước 4: Phát Hiện - Đo Cường Độ
Bộ dò hồng ngoại (thường là cảm biến nhiệt điện thermopile) sẽ đo cường độ ánh sáng còn lại để phản ánh chính xác số lượng photon sau khi bị khí CO2 hấp thụ.
Bước 5: Tính Toán Thành Nồng Độ Khí CO2
Cảm biến khí CO2 sử dụng công nghệ hồng ngoại không tán sắc (NDIR) sẽ so sánh cường độ ánh sáng còn lại với cường độ ánh sáng ban đầu để biết được có bao nhiêu phân tử CO2 đã hấp thụ nó - sau đó tính toán thành nồng độ CO2 theo đơn vị ppm (parts per million).
Bước 6: Xử Lý Tín Hiệu
Giá trị nồng độ CO2 theo đơn vị ppm sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện phù hợp để gửi về bộ điều khiển trung tâm (PLC, BMS) hoặc thiết bị hiển thị.
.jpg)
Nguyên lý đo CO2 bằng công nghệ hồng ngoại không tán sắc NDIR
XEM THÊM: TRÊN TAY VÀ ĐÁNH GIÁ CẢM BIẾN KHÍ CO2 GẮN TƯỜNG KT-445 (EMS)
NGUYÊN LÝ ĐO CO2 NDIR - NHỮNG LƯU Ý QUAN TRỌNG CẦN NHỚ!
Khi sử dụng nguyên lý đo CO2 NDIR, người dùng nhất định phải nhớ:
- Chọn dải đo phù hợp (cao hơn khoảng 20% so với nhu cầu thực tế): Thông thường, các ứng dụng cho văn phòng/nhà ở/phòng học nên chọn cảm biến CO2 dải đo 0 - 5000ppm; còn trong các ứng dụng công nghiệp thì nên chọn thiết bị đo lên đến 50.000ppm.
- Tính năng tự hiệu chuẩn (ABC Logic): Tính năng này giúp cảm biến công nghệ hồng ngoại không tán sắc NDIR tự điều chỉnh về mức 400ppm (tương ứng với môi trường không khí sạch) để hạn chế tối đa vấn đề sai số tích lũy.
- Thời gian đáp ứng nhanh: Hiện nay, các nguyên lý đo CO2 chất lượng cao đều có thời gian phản hồi rất nhanh dưới 30 giây.
- Thời gian khởi động: Thông thường, thời gian khởi động (Warm-up Time) của cảm biến khí CO2 sẽ dao động từ 2- 5 phút. Những kết quả đo được trong khoảng thời gian này có thể không chính xác tối đa.
- Ảnh hưởng từ yếu tố môi trường: Nguyên lý đo lường CO2 NDIR có thể bị ảnh hưởng bởi áp suất khí, nhiệt độ, độ ẩm và sự ngưng tụ nước trong buồng quang học.
- Vận hành đúng cách và bảo trì định kỳ: Nguyên lý hoạt động cảm biến CO2 hoạt động chính xác nhất khi được:
+ Vận hành đúng cách (lắp đặt ở độ cao lý tưởng 1,2 - 1,8m so với sàn, tránh lắp quá gần nơi có luồng khí trực tiếp từ điều hoà, tránh lắp quá gần khu vực có hơi thở con người…).
+ Bảo trì định kỳ: Nguyên lý hoạt động cảm biến khí CO2 NDIR có thể bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn nên người dùng cần vệ sinh thiết bị thường xuyên hoặc chọn thiết bị có màng lọc bụi cho buồng đo.
Người dùng nên ưu tiên các dòng cảm biến CO2 có tính năng tự hiệu chuẩn
XEM THÊM: CẢM BIẾN CO2 GẮN ỐNG GIÓ VÀ TẦM QUAN TRỌNG ĐẶC BIỆT TRONG HVAC
Nguyên lý đo CO2 NDIR tận dụng đặc tính hấp thụ quang độc nhất của khí CO2 tại bước sóng 4.26 micron, công nghệ này mang lại độ chính xác cao, tuổi thọ lâu dài, khả năng hoạt động ổn định vượt trội, giảm chi phí bảo trì - thay thế và có khả năng dụng rộng rãi. Nếu bạn có nhu cầu được tư vấn kỹ hơn hoặc sở hữu sản phẩm này thì hãy liên hệ cho Sensors Việt Nam để nhận hỗ trợ nhanh chóng, mua hàng chính hãng giá tốt ngay hôm nay!