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二氧化碳CO2传感器的现状浅分析与检测分类:

日期:2016-11-10 17:08:08 浏览次数:


      二氧化碳CO2是主要的大气成分,对农业、工业等领域都有很重要的影响,随着工业的发展,二氧化碳CO2含量逐年增加,二氧化碳CO2含量过高不仅对人体健康产生隐患,而且引发了不少环境问题,温室效应就是最典型的例子植物的光合作用和呼吸作用也和CO2浓度有很大关系。


一.目前二氧化碳CO2检测方法有很多种,主要有气相色谱法,滴定法,固体电解质式,电容式,光纤检测法,红外吸收法等多种方法。


下面对这些方法做简要介绍:

1.1气相色谱法气相色谱法是将二氧化碳在色谱柱中与空气的其他成分完全分离后,进入热导检测器的工作臂,使该臂电阻值的变化与参考臂电阻值的变化不相等,惠斯通电桥失去平衡而产生的信号输出。在线性范围内,信号大小与进入检测器的二氧化碳浓度成正比。从而进行定性与定量测定。在进样3mL时,测定浓度范围是0.02%~0.6%,最低检出浓度为0.014%。由于采用了气象色谱分离技术,所以空气、水、CO等均不影响测定,但是色谱分析条件常因实验条件不同而有差异,所以应根据所用气相色谱仪的型号和性能,制定能分析二氧化碳的最佳色谱分析条件。且在测量过程中需要配制标准气,并用纯氮气对标准气进行稀释,过程繁琐,且操作时间较长,难以保证测量准确度。


1.2滴定法滴定法是用过量的氢氧化钡溶液与空气中二氧化碳作用生成碳酸钡沉淀,采样后剩余的氢氧化钡用标准乙二酸溶液滴定至酚酞试剂红色刚褪。由容量法滴定结果除以所采集的空气样品体积,即可测得空气中二氧化碳的浓度。滴定溶液需要前两天配置好,所需时间较长,不能被广泛采用。


1.3固体电解质式二氧化碳CO2传感器固体电解质式CO2传感器有较长的发展史,它是利用固体电解质气敏元件作为敏感元件的气体传感器,利用电极反应的总反应式计算CO2含量,在不断的发展过程中,主要通过改变电解质来提高传感器性能。初期,用K2CO3作为固体电解质,设计了一种电位型CO2气体传感器,但是由于K2CO3易受与之共存的水蒸气的影响,难以实用。随后,用稳定性较好的锆酸盐ZrO2-MgO设计了一种CO2气体敏感传感器,现在有人采用聚丙烯晴(PAN),二甲亚砜(DMSO)和高氯酸四丁基铵(TBAP)制备一种新型的固体聚合物电解质。当配比合适时,有高达10-4S/cm的温室离子电导率和好的空间网状多孔结构,尤其在金微电极上成膜构成的全固态电化学体系,在常温下对CO2气体有良好的电流响应特性,消除了传统电化学传感器因电解液渗漏或干涸带来的弊端,同时具有体积小,使用方便的优点,但是使用时间较短,且预热时间长达几个小时,不能及时测量,不适合新型农业检测使用。


1.4电容式二氧化碳CO2传感器电容式传感器是把被测量的变化转换成电容量的变化的传感器,主要是因为金属氧化物的介电常数一般比其他碳酸盐要大,利用电容的变化来检测CO2气体浓度。常采用溶胶一凝胶法,以醋酸钡和钛酸丁酯为原料,乙醇和醋酸为溶剂制备了BaTi03纳米晶材料。采用这种纳米晶材料为基体,制备电容式CO2气体传感器,其缺点是检测低浓度CO2时输出信号小,且容易受到其他气体的影响。


1.5光纤二氧化碳CO2传感器光纤传感器是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的。在光通信系统中,光纤被用作远距离传输光波信号的媒质。在这类应用中,光纤传输的光信号受外界干扰越小越好。但是,在实际的光传输过程中,光纤容易受外界环境因素影响,比如温度、压力、电磁场等外界条件的变化将引起光纤光波参数(如光强、相位、频率、偏振、波长等)的变化。因此,人们发现如果能测出光波参数的变化,就可以知道导致光波参数变化的各种物理量的大小,于是产生了光纤传感技术。光纤CO2传感器利用CO2与水结合后,生成的碳酸酸性较弱,其酸性的检测多采用灵敏度较高的荧光法,该方法克服了化学发光传感器消耗试剂的不足,不必连续不断的在反应区加送试剂,比较容易实现,成本较低,但其系统繁琐,使用寿命较短。


1.6.红外吸收型(NDIR)二氧化碳CO2传感器红外吸收型CO2传感器是利用红外线作为介质的测量系统,它利用二氧化碳吸收波长4.26um红外线的物理特性来有选择地准确测量二氧化碳的分压,其吸收关系服从 Lamber.Beer定律。红外吸收型气体分析检测仪一般由红外辐射源,测量气室,波长选择装置(滤光片),红外探测装置等组成。如果气体的吸收光谱在入射光谱范围内,那么红外辐射透过被测气体后,在相应波长处会发生能量的衰减,未被吸收的辐射被探头测出,通过测量该谱线能量的衰减量来得知被测气体浓度。红外线气体检测仪的优点是测量范围宽、选择性好、防爆性好、设计简便、价格低廉。


      基于红外吸收原理的CO2传感器具有的独到优势,所以,研制和开发基于红外光谱吸收的CO2分析仪对提高我国CO2气体测量监控水平有着重要的作用。    

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